Eu acabara de ter o mesmo problema, umount não desmontará meu dispositivo de loop. Estranho o suficiente, que nem o lsof nem o fusor pudessem encontrar qualquer processo usando esse ponto de montagem. O lsof encontrou apenas o thread do kernel [loop0], eu tentei matá-lo (mesmo com -9) mas sem sucesso.
O que realmente me maravilhou, foi que depois de esperar alguns minutos (depois de tentar umount -f / mnt etc. - não funcionou), eu tentei de novo, e voila, agora deu certo?!
Eu não tenho certeza, mas talvez o próprio kernel não possa liberar o loop0-thread por um tempo, mas depois ele pode fechá-lo? Quem sabe ...
Então, a linha de fundo é: tente isso umount uma e outra vez, depois de um certo tempo você poderia ter sorte: -)