La ripiena mineraria (backfill) è il materiale introdotto nello spazio vuoto lasciato dall’estrazione del minerale in un cantiere sotterraneo allo scopo di fornire supporto strutturale alle pareti e al tetto dello scavo, limitare le deformazioni del massiccio roccioso circostante, ridurre la subsidenza in superficie e, in molti casi, recuperare pilastri altrimenti abbandonati.
Tipologie di ripiena
Ripiena idraulica (hydraulic fill, HF)
Sabbie di coda (tailings) degli impianti di flottazione, classificate (desiltatate per eliminare le frazioni più fini che impedirebbero il drenaggio) e pompate sotto forma di polpa acquosa nelle camere esaurite tramite condotte. Il drenaggio dell’acqua in eccesso avviene attraverso filtri draining al fondo della camera. La ripiena idraulica ha una resistenza meccanica bassa (non cementata: < 1 MPa) ma è a basso costo e utilizza un sottoprodotto altrimenti da smaltire.
Ripiena cementata in pasta (cemented paste backfill, CPB)
Miscela ad alta densità di solidi (70–80% in peso) di code di flottazione, acqua e legante idraulico (cemento Portland, scorie granulate, ceneri volanti). Viene pompata allo stato pastoso e si consolida in posto. Le resistenze a compressione raggiungono 0, 5–5 MPa, sufficienti per rimuovere i pilastri e ottenere un recupero del giacimento vicino al 90–95%. È il sistema più diffuso nelle miniere di metalli preziosi e di base ad alto valore.
La resistenza a compressione non drenata (UCS) cresce con il contenuto di legante e con il tempo di cura secondo una relazione approssimativa:
dove è un esponente caratteristico della miscela (tipicamente 0, 3–0, 5).
Ripiena con roccia (rock fill, RF)
Roccia sterile di miniera o cava, frantumata e caricata nelle camere per gravità o con nastri trasportatori. Ha buona resistenza ma poca compattezza e non si distribuisce uniformemente. Spesso usata come ripiena di base su cui stendere ripiena cementata.
Ripiena secca compattata
Materiale granulare deposto meccanicamente e compattato con vibro-compattatori. Usato in condizioni specifiche dove non è disponibile acqua o legante.
Progettazione geomeccanica
La ripiena deve essere dimensionata per garantire la stabilità del cantiere durante e dopo la sua introduzione. I requisiti minimi di resistenza dipendono dalla geometria della camera, dall’altezza del pilastro esposto, dalle tensioni nel massiccio e dal tipo di metodo estrattivo. La stabilità della parete di ripiena esposta (la faccia verticale di ripiena che rimane libera dopo la rimozione del pilastro adiacente) è critica: si calcola con metodi analitici semplificati o con simulazioni numeriche agli elementi finiti.
Benefici ambientali
La ripiena con paste di code riduce il volume di materiale da depositare nei bacini di decantazione superficiali (tailings ponds), diminuendo il rischio di rottura degli argini e la contaminazione del suolo e delle acque. Questo aspetto assume importanza crescente dopo i disastri di Brumadinho (2019) e Mariana (2015) in Brasile, che hanno causato centinaia di vittime per la rottura di bacini di sterile.