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By K. Sugawara, H. -S. Jeong, Y. Ishiguro, J. Otani, Y. Obara, A. Hirata

A series of measurements of induced stress by the Compact Conical-ended Borehole Overcoring (CCBO) technique was performed within rock mass around a tunnel excavated in a region that an underground powerhouse is constructed under high initial rock stress. In the measurements, a phenomenon of core disking was observed during overcoring. The selecting method of strain data uninfluenced by the core disking was proposed, using X-ray CT scanner. Then, the state of induced stress determined from the selected strain data was discussed, comparing with the state of initial stress. Eine Serie von Messungen von induzierter Belastung mit kompaktem konisch-beendetem Überbohrverfahren (CCBO) wurde in Felsmassen um einen Tunnel ausgeführt, der in einer Region gebohrt wurde wo ein unterirdisches Kraftwert unter hoher anfänglicher Felsbelastung gebaut wird. Bei den Messungen wurde beim Überbohrverfahren ein Phänomen des Core Disking beobachtet. Die gewählte Methode der Belastungsdaten, unbeeinflusst durch Core Disking wurde vorgeschlagen, unter Verwendung von Röntgen-CT-Scanner. Dann wurde der Zustand der induzierten Belastung aus den gewählten Belastungsdaten diskutiert, unter Vergleich mit der ursprünglichen Belastung. Une série de mesures de contrainte induite effectuée avec la technique de forage de sur-carottage compacte à embout conique a été exécutée dans la masse rocheuse autour d'un tunnel excavé dans une région de construction d'une centrale électrique souterraine sous haute contrainte de roche initiale. Au cours des mesures, un phénomène de discage de carotte a été observé pendant le sur-carottage. La méthode de sélection des données de contrainte non influencée par le discage de carotte a été proposée, en utilisant un scanneur de tomographie calculée aux rayons X. Il s'ensuit que l'état de contrainte induite provoquée et déterminé à partir des données de la contrainte sélectionnées a été traitée, en effectuant une comparaison avec l'état de contrainte initiale.

Jan 1, 2003

By D. Grabowski, Z. Pokryszka

ABSTRACT: Some residential areas of the iron basin of Lorraine (in the North-East of France) are affected by noxious gas emissions (under oxygenated, carbon dioxide loaded and radon loaded gas mixtures). Site investigations showed that the gas flow was mainly due to natural thermal air circulation between old mines and the external atmosphere. The main hazards associated with this flow of gas and its potential accumulation in confined volumes within buildings are asphyxiation and intoxication. A further study is in progress in order to better understand the origin of the gas generation within the old iron mine workings. Following the first hypothesis, the carbon dioxide emission is mainly due to the specific hydro-geo-chemical process associating the pyrite oxidation with the acid dissolution of carbonates. KEY-WORDS : gas, emission, mine, flow, pyrite. ZUSAMMENFASSUNG: Einige Wohngebiete der Eisenmulde Lothringen (im Nordöst Frankreich) werden von Ausgasung gesundsheitsschädlichen sauerstoffarmen Mischungen, die mit Kohlendioxid und Radon beladen sind, betroffen. Untersuchungen am Ort haben gezeigt, wie diese Gasstroemung von natürlichem thermischen Luftumlauf zwischen den alten Bergwerken und der externen Atmosphäre ausgelöst wird. Erstickung und Vergiftung sind die wichtigste Risiken, die mit dieser Gasströmung und ihrer möglichen Speicherung in begrenzten Lokalen zusammenhängen. Eine weitere Untersuchung wird durchgefuehrt so dass man die Herkunft der Gaserzeugung in den alten Grubenräume besser versteht. Der ersten Hypothese folgend, Ausgasung von Kohlensäure liegt vor allem an dem hydro-geo-chemischen Prozess, der Pyritrösten mit der säuren Auflösung von Karbonate verbindet SCHLÜSSELWÖRTER: Gas, Ausgasung, Bergwerk, Strömung, Pyrit RESUME: Certaines agglomérations du bassin ferrifère lorrain (au Nord-Est de la France) sont affectées par des émanations de mélanges gazeux sous-oxygénés et chargés en certains gaz nocifs (dioxyde de carbone, radon…). Les investigations effectuées in situ ont montré que les écoulements gazeux à l’origine de ces émanations sont liées au phénomène de tirage naturel entre les anciens travaux miniers et la surface. Les principaux risques engendrés par ces émanations de gaz et son accumulation possible dans des endroits confinés sont l’asphyxie et l’intoxication. Une étude est en cours afin d’expliquer l’origine de la modification de l’air au sein des vieux travaux miniers. Les émissions de dioxyde de carbone seraient dues à des processus hydro-geo-chimiques associant l’oxydation de la pyrite et la dissolution de carbonates. MOTS CLES: gaz, émanation, mine, écoulement, pyrite.

Jan 1, 2003

Abstract : The computation of reliability index or failure probability of slopes can be transformed into an optimisation problem. In high rock slope engineering, it is usually a multimodal optimization problem. The traditional optimization techniques are difficulty to find out the global optimal solution because of their easily falling into local optimal value. Recently, a new kind of bionic algorithm - ant colony algorithm (ACA) - has been used to solve this problem. In this paper, the structure of ant colony algorithm and the transfer probability of ants are modified to evaluate the failure probability of complicated slopes. A new adaptive ant colony algorithm (AACA) is proposed to determine critical slip surface and its corresponding failure probability of complicated slopes. A case study is given to verify the proposed approach. The results show that the presented method has obvious advantages compared with traditional methods. ZUSAMMENFASSUNG: Die Rechnung des Zuverlaessigkeitindexes oder der Zerstoerungswahrscheinlichkeit kann sich in einer Optimierungsfrage umwandeln, im Bauprojekt an hoehe Gebirgehang, handelt es sich meistens um eine Optimierungsfrage ueber Multi- Spitzenwert. Mit der traditionelle Optimierungsmethode ist es schwer eine umfassende Loesung fuer die Optimierung zu finden wegen des leichte Verfallens in Beschraenkung der Teiloptimierungsloesung. Mit dem neue Bionik- Algorithmus —— Ameisen - Kolonie- Algorithmus wird dieses Problem geloest. In diesem Text hat man eine Strukturverbesserungsloesung fuer das Ameisen- Kolonie -system und die Wahrscheinlichkeit der Ameisenkolonie erwaehnt, und damit wird man die Zerstoerungswahrscheinlichkeit des komplizierte Hangs feststellen. Mit dem neuen Ameisen- Kolonie- Algorithmus kann man die gefaehrlichste Gleitflaeche und die entsprechende Zerstoerungswahrscheinlichkeit herausfinden. Die in diesem Text beschriebene Methode wurde durch Praxis geprueft. Durch die Pruefergebnisse wurde es gezeigt und bestaetigt, dass der neue Bionik- Algorithmus vorteilhafter als der traditionelle Algorithmus ist. Résumé : Le calcul de l’indice la fiabilité ou de la probabilité de ruptures peut être transformé en un problème de l’optimisation. Pour le cas du génie des pentes de haut rocher , le problème se pose en général en l’optimisation de multi-crêtes. Les techniques traditionnelles conduisent facilement à la solution optimal partielle au lieu de celle globale. Récemment un nouveau type de bionique algorithmique a été appliqué pour la solution de ce genre de problèmes, c’est l’Algorithme Colonie de Fourmis. Dans l’article il est proposé de modifier la structure du système de la colonie de fourmis et la probabilité de transfert des fourmis en vue d’évaluer la probabilité de ruptures des pentes de haut rocher complexes, par ailleurs un nouveau algorithme adapté de colonie de fourmis est formulé pour déterminer la surface glissante critique et la probabilité de ruptures correspondante. Les techniques proposées dans l’article sont vérifiées à travers des expérimentations dont les résultats ont prouvé que les techniques présentées dans l’article sont évidemment meilleures que celles traditionnelles.

Jan 1, 2003

By M. Tanaka, K. Aoki, T. Mori, H. Morioka, K. Iwano, T. Kanagawa

To estimate the detailed characteristics of the rock around the cavern during excavation, new monitoring technique for dynamic properties of the rock has been applied. In this paper, micro-seismic monitoring and AE monitoring technique are applied to the excavation of large underground rock cavern and the result was discussed to clarify the acutal behavior of EDZ around the cavern. Zur Einschätzung der Gesteinseigenschaften um die Ausschachtung herum haben die Autoren eine Technik eingesetzt, mit der die physikalischen und dynamischen Änderungen im Gestein um den Schacht während der Ausschachtung beobachtet werden. In der vorliegenden Studie wurde zur mikroseismischen Überwachung ein AE Überwachungsverfahren eingesetzt und die Autoren berichten über die Veränderungen in den Gesteinseigenschaften um die Ausschachtung herum. Dans le but d'évaluer en détail les propriétés des roches qui forment les parois des cavernes creusées, les auteurs ont utilisé une technique de mesure permettant d’observer les modifications physico-dynamiques des roches aux alentours de la caverne pendant son excavation. Dans le cadre de cet article, une technique de surveillance de l’agitation et du bruit microséismiques a été mise en œuvre et les auteurs font état de la modification des propriétés de la roche environnante.

Jan 1, 2003

By D. Boldini, R. Lackner, H. A. Mang

ABSTRACT: In this paper, the strong interaction between the hardening shotcrete lining and the surrounding ground in NATM tunneling is investigated by means of axisymmetric analyses, accounting for the three-dimensional nature of the excavation process. The effect of the hydration of shotcrete on strength, stiffness, chemical shrinkage as well as microcracking and creep are accounted for. For the description of the mechanical behavior of the ground, a multi-surface plasticity model is employed. The performed analyses of the excavation process provide insight into the influence of each phenomenon accounted for in the material model for shotcrete on the response of the ground-shotcrete compound structure. ZUSAMMENFASSUNG: In diesem Beitrag soll die Interaktion zwischen dem erhärtenden Spritzbeton und dem Boden auf der Basis axisymmetrischer Berechnungen untersucht werden. Derartige Berechnungen ermöglichen die Berücksichtigung des drei-dimensionalen Charakters des Vortriebprozesses. Die Auswirkung der Hydratation auf die Entwicklung der Festigkeit, Steifigkeit und der chemischen Schwindverzerrungen, sowie das Reißen und das Kriechen des Spritzbetons wurde berücksichtigt. Das mechanische Verhalten des Bodens wurde mittels eines Mehrflächenplastizitätsmodells simuliert. Die durchgeführten Berechnungen des Vortriebprozesses geben Einblicke in die Auswirkungen der Spritzbetoneigenschaften auf das Tragverhalten des Boden-Spritzbeton-Komposits. RÉSUMÉ: La stricte interaction entre le soutènement en béton projeté durcissant et le terrain dans un tunnel creusé avec la NATM est étudiée par des analyses axisymétriques, compte tenu de la nature tridimensionnelle des processus de creusement. Les effets de l’hydratation du béton sur la résistance, la rigidité et la contraction chimique, ainsi que sur la micro-fissuration et le fluage, sont mis en compte. Pour la description du comportement mécanique du terrain on emploie un modèle de plasticité multi-surface. Les analyses conduites mettent en évidence l’influence de chaque phénomène considéré dans le modèle constitutif du béton projeté sur la réponse de la structure composite terrain-béton projeté.

Jan 1, 2003

By A. M. Milev

A stand-alone instrument especially designed for recording strong ground motions was used in this study to create a large data base of peak particle velocities measured on stope hangingwalls. A total number of 58 sites located in stopes mining the Carbon Leader Reef, Ventersdorp Contact Reef, Vaal Reef and Basal Reef were monitored. The peak particle velocities were measured at the surface of the excavations to identify the effect of the free surface and the fractures surrounding the underground mining. From the monitoring results obtained, the velocity criterion of 3 m/s will bean adequate value that support systems have to sustain during a rockburst in most cases. However, PPVs in excess of this criterion were recorded, and some PVDs were damaged or irretrieveable, a consequence of which was that possible extreme events were not recorded. The data recorded on the skin of the excavations were compared to the data recorded by the mine seismic networks to determine the site response, defined as the ratio of the measured peak ground velocity to the peak ground velocity inferred from the mine seismic data. The site response measured at all mines studied was found to be 9 ±3 times on average. Values of the site response did not vary significantly with seismological parameters such as peak ground velocity, hypocentral distance and source radius.

Jan 1, 2005

By N. Mashaba, D. Botha

The aims of this study were to investigate the factors that influence women’s engagement in technical positions in the South African mining sector and to determine what could be done to promote their successful participation. A convergent parallel mixed-methods research design was used to ascertain the factors that facilitate, inhibit, and influence engagement. In the quantitative phase of the study, questionnaires were circulated to women employeees; and in the qualitative phase, semistructured interviews were conducted with employer representatives, most of whom were human resource personnel. Confirmatory factor analysis showed that the three-factor structure (vigour, dedication, and absorption) of the Utrecht Work Engagement Scale fit the sample data reasonably well. Although there is room for improvement, respondents demonstrated acceptable levels of engagement in their work. On the other hand, the qualitative findings showed that employee engagement is impacted by unfavourable working conditions, work–life balance, and the mining industry’s male-dominated work culture. The findings showed that employee engagement should be elevated to a core human resource function. To increase the participation of women in mining, human resource professionals are encouraged to collaborate with mine supervisors, managers, and employees to develop programmes that promote employees’ absorption in and dedication to their work.

Nov 6, 2023

By S. D. Viljoen

The use of ceramics to protect equipment subjected to wear in abrasive and corrosive applications has been accepted by most plants as the industry norm. Little is, however, known about alternative special ceramic based products which are available for the protection of plant assets. With careful engineering, impact resistant ceramics can be used in high impact zones using modern ceramic technology. Properly selected and properly installed, ceramics will provide a tough wear resistant lining for protection against abrasion and impact. Basalt, on the other hand, is widely used in coal washing plant process pipes with varying degrees of success. Basalt is normally not used for the lining of bends, ?T? pieces or reducers due to the reduced wear resistance compared to alumina ceramic. The advantage is a much reduced initial capital cost. A patented ceramic composite non-return valve solved an old problem encountered in the operation of medium sumps. The design approach overcomes the lack of functionality of alternative designs and reduces valve wear while preventing medium settlement during plant shutdown periods. Direct bonded ceramic pulley lagging is becoming the industry norm, eliminating most of the problems encountered with conventional pulley lagging systems.

Jan 1, 2010

By B. P. Watson

The Bushveld platinum group metal deposits are two distinct, shallow-dipping stratiform tabular orebodies which strike for many hundreds of kilometres. Mining is extensive, with depths ranging from close-to-surface to 2 300 m. The mining method is a variation of planar open stoping. Pillars are widely employed to support the open stopes. In the deeper levels, in-stope pillars are required to fail in a stable manner soon after being cut, and the residual pillar strength is used to stabilize the hanging wall. These pillars are commonly known as crush pillars. Little work has been done in the past to determine pillar peak and residual strengths, and pillars have been designed using experience and formulae developed for other hard-rock mines. This has led to over and undersize pillars with consequential loss of ore, pillar bursts and potential collapses. This paper describes a crush pillar design methodology, and provides design charts. Three mining environments were incorporated in the investigations, which included underground and laboratory measurements, analytical solutions, numerical model sand back analyses. The results of the study are suitable for the areas where the research was carried out, and may also be applied with caution in other similar environments.

Jan 1, 2010

By M. Hakala, P. Tolppanen

A method to predict stress-induced failures around excavations based on the mapped geological and rock mechanical information is studied. Totally of 7 km of newly excavated tunnels are mapped in the Inmet’s Pyhäsalmi mine in Finland at depth between 1000 - 1440 m from which the results and conclusions from the firstly mapped 1.7 km of tunnels are reported. The main rock type at the site is very hard volcanite having uniaxial compressive strength of 230 MPa in median and GSI-value 72 - 80. The maximum in situ stress around the tunnels is 65 - 85 MPa. The prediction of observed stress failures was preceded by comparing elastic 3-D simulation results of tunnels with three statistical yield criteria. Read’s or Hoek & Brown’s yielding criteria are found the most relevant, though, the effect of anisotropy was found to be significant. The most important parameters having a correlation with stress failures are the tunnel orientation and the foliation of rock. Also, the rock type and its strength, tunnel shape and the geological anomalies have their effects. Further, a delay time on mapping was found to clearly diminishing of the most violent failures. Une méthode de prédiction des contraintes à la rupture autour d'excavation, établie sur la base de cartographie géologique et d'information sur la mécanique des roches, à été étudiée. Au total, 7 km d'un tunnel nouvellement percé à une profondeur de 1000 à 1400 m ont été cartographiés dans la mine de Inmet’s Pyhäsalmi en Finlande. La roche principale du site est une vulcanite dur ayant une résistance à la compression uniaxiale de 230 MPa (valeur moyenne) et une valeur GSI de 72 - 80. La contrainte in situ maximale autour du tunnel se situe entre 65 et 85 MPa. La prédiction des contraintes à la rupture observées a été évaluée en comparant les résultats d'une simulation 3D d'un tunnel avec trois critères de limite d'élasticité statistiques. Le critère de limite d'élasticité de Read ou de Hoek & Brown’s se trouvent être les plus important, même si les effets de l'anisotropie sont significatifs. Les paramètres les plus importants ayant une corrélation avec la rupture sont l'orientation du tunnel et la foliation de la roche. De plus, le type de roche et sa résistance à la compression, la forme du tunnel et les anomalies géologiques ont aussi leur importance. Finalement, un délai dans la cartographie résulte en une diminution nette des ruptures violentes. Basierend auf kartierten geologischen und felsmechanischen Informationen, wird eine Methode untersucht, um spannngsbedingtes Versagen um Ausbrüche herum vorherzusagen. Insgesamt werden 7 km neu ausgebrochenen Tunnels in einer Tiefe zwischen 1000 und 1400 m in der Inmet Pyhäsalmin Mine in Finnland kartiert. Das hauptsächlich vorkommende Gestein ist sehr hart und vulkanischen Ursprungs mit einer mittleren einachsialen Druckfestigkeit von 230 MPa (Medianwert) und einem GSI-Wert von 72-80. Die maximale In-situ-Spannung im Tunnel beträgt 65-85 MPa. Die Vorhersage von beobachteten Spannungsversagen werden weitergeführt indem man elastische 3-D-Simulationsergebnisse von Tunneln mit drei statistischen Fliesskriterien vergleicht. Read's oder Hoek's Fliesskriteria werden dabei als die relevantesten Kriterien angesehen, obwohl auch der Effekt der Anisotropie als wesentlich erachtet wird. Die wichtigsten Parameter für eine Korrelation von Spannungsversagen sind die Orientierung des Tunnels und die Schieferung der Gesteinsschichten. Desweiteren haben Gesteinsart, Tunnelprofil und geologische Anomalien ihren Einfluss. Ausserdem zeigt sich, dass eine Verzögerung bei der Kartierung die ausgeprägtesten Versagen deutlich verringern.

Jan 1, 2003

Rock engineering has now been practised as a discipline for about50 years, and many sophisticated methods of analysis for use in rock engineering design have been developed. However, analysis is only a tool for use in engineering design, and rock masses are often so complex that realistic modelling of them, even with sophisticated methods of analysis, is impossible. At the other end of the scale, rock mass classification methods have been developed to quantify the rock mass. These ?numbers? are now widely used for assessment of stability of underground and surface excavations in rock, for the determination of rock support requirements, and for the estimation of rock mass strength and deformation properties. In considering these areas, the two concepts?design, and prediction of behaviour?will be dealt with. The discussion will be introduced by a consideration of the characteristics of the rock mass, which will highlight the variability in its properties and hence the uncertainty in the behavioural parameters. Examples of real projects will be used to illustrate the discussion.

Jan 1, 2003

By C. -J. Rick

By implementing a converter downstream of the reduction furnace it is possible to broaden the product range significantly. The converter can also successfully be used to strip furnace slag from chromium oxide. Some process alternatives and their economical, practical and environmental implications are studied using process models developed based on UHT?s long experience in stainless steelmaking, stainless steel process control and charge chrome refining. Keywords Charge chrome, converter refining, ferrochromium products, process design.

Jan 1, 2010

By K. Thuro, R. J. Plinninger

ABSTRACT: Determining tunnel stability is a key issue during preliminary site investigation. In contrast, problems of excavatability have been largely ignored. While the choice of an economic tunnelling method is admittedly a clear priority in the planning stage, special investigations focus-sing on rock fragmentation (e.g. drilling or cutting performance, rock mass blastability or tool wear) are rarely carried out. This paper explores possibilities to quantify key parameters for rock mass excavatability in drilling, blasting and cutting by TBMs and roadheaders. RÉSUMÉE: La détermination de la stabilité du tunnel est une question clé lors des études prélimi-naires. En revanche, les problèmes d'excavabilité sont souvent en grande partie ignorés. Tandis que le choix d'une méthode de percement économique est évidemment une priorité claire dans l'étape de planification, des investigations spéciales se concentrant sur la fragmentation de la roche (par exemple le comportement de la roche au forage, à l’excavation ou au dynamitage et l’usure des outil) sont rarement effectuées. Cet article explore les possibilités pour quantifier les paramè-tres clé de la roche lors d’excavation par forage, dynamitage, au tunnelier (TBMs) ou à l’excavatrice. ZUSAMMENFASSUNG: Beim Tunnelbau wir meist die Vorhersage der Stabilität des ausgebrochenen Hohlraums als Schlüsselfragestellung betrachtet. Im Gegensatz dazu werden Probleme der Gebirgslösung weitgehend ignoriert. Während der Wahl einer wirtschaftlichen Vortriebsmethode während der Planungsphase meist noch eine gewisse Priorität beigemessen wird, werden spezielle Untersuchungen zur Gebirgslösung (Bohr- oder Schneidbarkeit, Sprengbarkeit oder Werkzeugverbrauch) nur sehr selten durchgeführt. Diese Publikation zeigt Möglichkeiten der Quantifizierung von Schlüsselparametern für die Gebirgslösbarkeit auf, also der Bohr- und Sprengbarkeit, der Fräsbarkeit mit Teilschnittmaschinen und der Schneidbarkeit mit TBMs.

Jan 1, 2003

By D. P. Penswick

The Palabora open pit is scheduled to cease operations in 2002. While the ore body continues below the bottom of the final pit shell, the stripping ratio precludes further economic open pit mining. Palabora Mining Company has investigated various means of continuing copper production, and has determined that an underground mine is the best solution. Board approval to commence construction of the mine has been granted and shaft sinking is underway. First production is planned for the year 2000 and full production of 30 000 t/d will be achieved by the end of the year 2002. [ ] Mechanised block caving will be the mining method employed at Palabora. The cave will be initiated by excavating a thin horizontal slice known as the undercut. Removal of the undercut will induce stresses which cause the rockmass overhead to fracture. Fractured rock will gravitate through drawbells to drawpoints on the production level, and be loaded by LHDs for transport to crushers.

Jan 1, 1997

By N September, R Abate

Bateman Modular (previously Van Eck and Lurie) has been building and supplying the mining industry with modular DMS plants for the last 30 years. These DMS modules range in capacity from 1 tph to 200 tph. The most popular unit produced by Bateman Modular over the years has been the 50 tph module. Development In the last 7 years a need has arisen from the industry to provide Modular DMS plants that can treat higher tonnages (150 to 200 tph). The first DMS provided to the mining industry based on the modular concept was a 150 tph DMS Module to MIBA in the DRC. Since then Bateman Modular has provided some 14 Mega DMS modules over the last 7 years with the latest two orders from Debswana (Damtshaa double up project) and Namdeb. Ever since the first Mega Module was supplied Bateman Modular has been improving the Modules. Implementation The modules can be supplied in different configurations so as to improve the overall availability of the plant. Two off 150 tph DMS modules were supplied for a Transhex operation. This allowed the client to still operate one DMS module while maintenance is being performed on the other DMS module. The client also has the option of choosing a single module. Successes The following list of projects provides the base for the success of the Mega Modules.

Jan 1, 2006

By M. Kwasniewski, M. Takahashi

Prismatic samples of a medium-grained sandstone from Slask Colliery (Upper Silesian Coal Basin, Poland) were tested under uniaxial compression, conventional triaxial compression and true triaxial compression conditions. The conventional triaxial compression tests were carried out at confining pressure (p) equal to 12.5, 25.0 and 37.5 MPa. In the true triaxial compression tests the minimum principal stress (s3) was equal to 25.0 MPa and the intermediate principal stress (s2) was 1.5, 2 and 2.5 times higher than s3. Results of the studies show that confining pressure strongly inhibited dilatant behavior of rock samples tested under conventional triaxial compression conditions; the increasing confinement resulted in the growing compaction of the rock material. The effect of dilatancy was also highly suppressed by the intermediate principal stress. While important dilatant, negative volumetric strain corresponded to the peak differential stress at low intermediate principal stress conditions, at high intermediate stresses the rock material was damaged to much lesser extent. As a result, faulting of rock samples in the post-peak region was much more violent and was accompanied by a strong acoustic effect. Les échantillons parallélépipédiques du grès à grains moyens de la mine ‘Slask’ (Bassin Houiller de Haute Silésie, Pologne) ont subi les essais de compression monoaxiale (compression simple), de compression triaxiale conventionnelle (compression triaxale de révolution) et de compression triaxiale vraie. Les essais de la compression triaxiale conventionnelle ont été effectués à la pression de confinement de 12,5, 25,0 et 37,5 MPa. Dans les essais de compression triaxiale vraie la contrainte principale minimale (s3) était de 25,0 MPa et la contrainte principale intermédiaire (s2) était 1,5, 2 et 2,5 fois supérieure de s3. Il résulte des essais que la pression de confinement inhibe fortement le processus de dilatance dans les échantillons testés dans les conditions de compression triaxiale conventionnelle; l’augmentation de la pression provoquait l’augmentation du compactage du matériau rocheux. Le phénomène de dilatance était également limité de façon significative par la contrainte principale intermédiaire. Alors que l’importante déformation volumique négative correspondait à la contrainte différentielle ultime avec les faibles contraintes principales intermédiaires, dans les conditions de fortes contraintes intermédiaires, le matériau rocheux subissait l'endommagement de façon beaucoup moins importante. En résultat, la rupture des échantillons rocheux au stade post-maximum était beaucoup plus violente et accompagnée d’un fort effet acoustique. Prismatische Probekörper des mittelkörnigen Sandsteines aus dem Bergwerk ‘Slask’ (das Oberschlesische Kohlengebiet, Polen) wurden unter der einaxialen Druckbeanspruchung, konventionellen dreiaxialen Druckbeanspruchung und der echten dreiaxialen Druckbeanspruchung geprüft. Konventionelle dreiaxiale Druckversuche wurden bei dem Manteldruck von 12,5 25,0 und 37,5 MPa durchgeführt. Bei den echten dreiaxialen Druckversuchen betrug die kleinste Hauptspannung (s3) 25,0 MPa und mittlere Hauptspannung (s2) war 1,5-, 2- und 2,5-mal höher als s3. Aus den durchgeführten Versuchen ergibt sich, dass der Manteldruck die Dilatanzentwicklung bei den Probekörpern unter der konventionellen dreiaxialen Druckbeanspruchung stark bremst; die Erhöhung des Druckes rief die ansteigende Kompaktion des Gesteinsmaterials hervor. Die Dilatanz wurde auch durch die mittlere Hauptspannung beschränkt. Während die wesentlichen volumetrischen, dilatanten Verformungen der Grenzdifferenzspannung bei den niedrigen mittleren Hauptspannungen entsprachen, bei den hohen mittleren Hauptspannungen wurde das Gesteinsmaterial viel weniger beschädigt. Im Ergebnis war der Scherbruch der Gesteinsproben im Post-Peak-Bereich viel heftiger und mit kräftigen akustischen Effekten verbunden.

Jan 1, 2003

By T. J. Goff

Keywords: accurate control, matte level, smelting operations, process control, tapping, sounding bar, electromagnetic measurement [ ] Accurate control of matte levels during primary matte smelting operations is desirable in order to improve process decision-making. High matte levels in the vessel could have to disastrous consequences, particularly in the new generation of intensive smelting furnace with deep-cooled copper coolers. Knowing when to commence tapping and a better understanding of melt times can only be improved if the furnace levels are monitored correctly. At Lonmin Marikana Smelter Division it has long been understood that the matte level information being provided by the manual sounding bar is only as good as the operators? following of measurement procedure, their skill in assessing what the sounding bar is displaying, and their individual interpretation of what they are looking at. This paper sets out to show how this problem was identified as an area of major concern to the plant, how a solution was sought and how an electromagnetic measurement system was installed as an alternative measurement to the matte sounding bar system. Other areas discussed in the paper are the difficulties to be overcome when first installing new equipment and how these teething problems were solved by close co-operation between Lonmin and equipment suppliers, which led to some design modifications to the delivery system. In conclusion the paper discusses the results between the electromagnetic measurement and the manual sounding measurement and how best to integrate the generated data into the plant?s process control system for improved decision making.

Jan 1, 2011

By N. Fardin, O. Stephansson, L. Jing

A pair of silicon rubber replicas of size 250 mm by 250 mm, from a natural rock joint, was used to produce several high strength concrete fracture replicas of different sizes, from 50 mm by 50 mm to 200 mm by 200 mm. The morphology of the concrete fracture replicas were digitized at the laboratory using a 3D-laser-scanning machine with high accuracy and resolution. The scale dependency of the geometrical properties, including surface roughness and aperture, of the samples were investigated using fractal method. The investigation was extended to study the scale effect on the mechanical properties of the concrete fracture replicas. Four concrete replicas having same geometry from each sampling size were sheared under four different normal loads. The results show that normal and shear stiffness and peak shear strength decrease with increasing sample size and decreasing normal stress. It is concluded that for accurate determination of geometrical and mechanical properties of rock joints in the laboratory and field scales, samples with size equal to or larger than stationarity limit are required. Silikongummiabdrücke der Größe 250 mm x 250 mm einer natürlichen Kluft dienten als Vorlage für mehrere Hochfestbeton Rissreplikas verschiedener Größe. Die Morphologie der Beton Rissreplikas wurde mittels eines 3D-Laserscanners hoher Genauigkeit und Auflösung im Labor digitalisiert. Die Skalenabhängigkeit der geometrischen Eigenschaften, dies inklusive Oberflächenrauhigkeit und Öffnungsweite, wurden mittels Fraktalen bestimmt. Die Studie wurde durch die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften der Betonrepliken erweitert. Hierbei wurden vier Betonrepliken der selben Geometrie jeder Probengrösse unter vier verschiedenen normalen Belastungen abgeschert. Die Ergebnisse zeigen das sowohl Normal- und Schersteifigkeit als auch die Spitzenscherfestigkeit mit zunehmender Probengrösse und abnehmender Normalspannung abnehmen. Es hat sich gezeigt, daß für eine genaue Bestimmung der geometrischen und mechanischen Eigenschaften von Felsklüften im Labor und im Feld Proben einer Größe gleich oder größer des stationären Limits verlangt werden. Deux répliques en gomme de silicone d’une fracture naturelle, de dimension 250 mm par 250 mm, ont été utilisées pour produire des répliques en béton de haute résistance de dimensions allant de 50 mm par 50 mm à 200 mm par 200 mm. La morphologie de ces répliques a été digitalisée au laboratoire à l’aide d’un laser-scanner 3D haute résolution et haute précision. L’influence de l’échelle des propriétés géométriques, incluant rugosité et ouverture, a été étudiée en utilisant la méthode des fractales. Des essais complémentaires ont été réalisés afin d’étudier l’effet d’échelle sur les propriétés mécaniques des répliques de fracture en béton. Quatre répliques béton de même géométrie pour les différentes tailles d’échantillons ont été cisaillées sous quatre valeurs de contrainte normale. Les résultats montrent que la rigidité normale et tangentielle ainsi que la résistance de pic diminuent en proportion de l’augmentation de la taille de l’échantillon et de la diminution des contraintes normales. On peut en conclure que, pour une détermination précise des propriétés géométriques et mécaniques des fractures au laboratoire et sur le terrain, des échantillons de taille égale ou supérieure à la limite stationnaire sont nécessaires.

Jan 1, 2003

By R. M. Spang

Abstract Between the German city of Dresden and the Czech capital Prague a 4-lane highway is under con-struction. At the outskirts of Dresden it will cross the narrow and deeply eroded Weißeritz Valley by a bridge. Two twin tube tunnels under oblique angles join the bridge out of the rocky valley flanks. The different geotechnical conditions of these 4 tunnel portals, their design and construction are described within this publication. The two southern portals of the tunnel Dölzschen are situated within a vertical 65 m high former quarry slope, 25 m above the valley floor. The slope proved instable due to toppling failure and exposed serious rockfall risks. Systematic anchoring, scaling, rock bolting, netting and filling under extreme access conditions eliminated these risks. Tunnel excavation started from the slope surface without any pre-cut or conventional portal construction. The opposite northern portals of the tunnel Coschütz are situated in more gentle rock slopes. After removal of debris, excavation of the eastern tunnel started in a 30° slope striking oblique to the driving direction, without any precut, too. Because of the gentle slope inclination the cross section was not earlier completely covered by rock than 30 m behind. The western tunnel started from an optimized short, narrow and steep precut. Its flanks were stabilized by reinforced shotcrete and rock bolts. Because of the small distance between the tubes rock bolts were drilled into the cross section of the neighboring tunnel. Tunnel excavation was made by drill and blast operation, preliminary support consisted of steel arches, reinforced shotcrete and radial rock bolts. Thorough survey of the bolt’s coordinates and direction prevented them from meeting each other. Rock bolts were of the permanent type to prevent the final lining from being obliquely loaded. Systematically arrayed measuring devices checked deformations of slopes and tunnels. Zusammenfassung Der Neubau der Bundesautobahn A 17 wird Dresden und Prag miteinander verbinden. Die vierspurige Autobahn quert westlich von Dresden das enge und tief eingeschnittene Tal der Wilden Weißeritz mit einer Brücke. An beide Brückenwiderlager schließen mit schiefwinkligem Anschnitt doppelröhrige Tunnel an, deren Portale in den felsigen Talflanken liegen. Die unterschiedlichen geotechnischen Verhältnisse, die Überlegungen für einen jeweils optimalen Entwurf und der Bau der portalnahen bergmännischen Tunnelabschnitte sind Gegenstand dieser Veröffentlichung. Die Südportale des Tunnels Dölzschen liegen in einer vertikalen, 65 m hohen Felswand, 25 m über dem Talgrund. Die Felswand erwies sich als global kippgefährdet, außerdem lagen flächig verteilte erhebliche Steinschlag- und Felssturzrisiken für Bau und Betrieb vor. Die Kippgefahr wurde durch ein Systemraster aus vorgespannten Felsankern, die Steinschlag- und Felssturzrisiken durch bergsteigerisches Beräumen mit dem Brecheisen, Felsnägel und Steinschlagschutznetze eliminiert. Der Tunnelausbruch begann von einer Vorschüttung direkt in der Felswand ohne Voreinschnitt im Schutz einer kurzen Luftbogenstrecke. Die gegenüberliegenden Nordportale des Tunnels Coschütz befinden sich in wesentlich flacheren Hängen. Nach dem Aushub einer mehrere Meter dicken Abraumhalde begann der Tunnelausbruch der östlichen Röhre asymmetrisch mit einer Luftbogenstrecke in einer spitzwinklig zur Vortriebsrichtung streichenden, 30° mit dem Vortrieb steigenden Felsfläche, ebenfalls ohne Voreinschnitt. Wegen der flachen Neigung der Böschung war der Tunnelquerschnitt erst nach 30 m vollständig überdeckt. Für den Vortrieb der westlichen Tunnelröhre mussten erst eine zwischen den Röhren vorhandene Felsnase teilweise abgetragen, die westlich anschließende zurückspringende Felswand vertikal gestellt und gesichert und Felsaushub in der rechten Flanke getätigt werden. Der damit entstehende Voreinschnitt wurde so kurz wie möglich und ohne seitliche Arbeitsräume ausgeführt. Die Sicherung der Böschungen erfolgte mit bewehrtem Spritzbeton und Felsnägeln. Wegen des geringen Abstands der beiden Röhren wurden die unteren Lagen der radialen Ausbruchsicherung durchgeankert. Der Tunnelvortrieb begann im Schutz eines geankerten Portalkranzes und ebenfalls von einer Luftbogenstrecke aus.

Jan 1, 2003

By A. Rejeb

ABSTRACT: This paper contributes to the study of underground structures in argillaceous media, especially Tournemire argillites (Aveyron, France). The basic results obtained over six years in two experimental drifts at the Tournemire site are presented. In situ measurements cover drift wall temperature, humidity and convergence. Delayed convergence represents around 50-65% of the total measured convergence. Analysis of the measurements has shown that delayed convergence is explained by the viscoplastic behaviour of the argillaceous formations. Lemaitre’s rheological model has been extended to the orthotropic case, as Tournemire argillite is naturally anisotropic. The triaxial creep test results on samples at different orientations enabled the parameters of the Tournemire argillite to be identified in terms of orthotropic viscoplastic law. A plane deformation model, using this rheological law and the initial stress field in the site, was developed to interpret the convergence measurements in the drifts. The computed results match the measurements well, especially during the excavation phase. KEY WORDS: Argillite, convergence, time-dependent behaviour, creep, viscoplasticity, modelling. ZUSAMMENFASSUNG: Der vorliegende Artikel ist ein Beitrag zur Untersuchung der unterirdischen Strukturen tonhaltiger Milieus, insbesondere der Tongesteine von Tournemire (Aveyron, Frankreich). Die wichtigsten Ergebnisse, die in zwei Forschungsstrecken am Standort Tournemine über einen Beobachtungszeitraum von sechs Jahren zusammengetragen wurden, werden hier vorgestellt. Gemessen wurden in situ Temperatur, Feuchtigkeit und Streckenkonvergenz. Von der insgesamt gemessenen Konvergenz sind etwa 50 bis 65 % auf zeitlich verzögerte Konvergenz zurückzuführen. Die Auswertung aller Messungen hat ergeben, dass die zeitverzögerte Konvergenz mit dem viskos-plastischen Verhalten des Tonsteinmassivs zu erklären ist. Aufgrund der naturgemäßen Anisotropie des Tongesteins von Tournemine wurde das rheologische Modell von Lemaitre auf den orthotropen Fall ausgedehnt. Triaxiale Kriechversuche bei jeweils unterschiedlicher Ausrichtung dienten der Ermittlung der einzelnen Parameter des orthotropen, viskos-plastischen Gesetzes. Zur Auswertung der Konvergenzmessungen innerhalb der beiden Strecken wurde unter Beachtung dieses rheologischen Modells sowie des ursprünglichen Spannungszustands vor Ort ein flächiges Deformationsmodell entwickelt. Die Rechenergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Messungen, insbesondere während der Vortriebsphase. SCHLÜSSELWÖRTER: Tongestein, Konvergenz, zeitlich verzögertes Verhalten, Kriechen, Viskoplastizität, Modellbildung. RESUME : Cet article est une contribution à l’étude des structures souterraines dans les milieux argileux, notamment les argilites de Tournemire (Aveyron, France). Les principaux résultats obtenus pendant six années, dans deux galeries d’expérimentation au site de Tournemire, sont présentés. Ces mesures portent sur la température, l’humidité et la convergence des parements des galeries. La convergence différée représente environ 50 à 65% de la convergence totale mesurée. L’analyse de l’ensemble des mesures a montré que la convergence différée est interprétée par le comportement viscoplastique du massif argileux. Etant donné que l’argilite de Tournemire est naturellement anisotrope, le modèle rhéologique de Lemaitre a été étendu au cas orthotrope. Les résultats des essais de fluage triaxial, sur des échantillons à différentes orientations, ont permis de déterminer les paramètres de la loi viscoplastique orthotrope. Un modèle en déformation plane, utilisant cette loi rhéologique et l’état de contrainte initiale dans le site, a été développé en vue d’interpréter les mesures de convergence dans les galeries. Les résultats des calculs sont en bon accord avec les mesures et plus particulièrement durant la phase de creusement. MOTS-CLEFS : argilite, convergence, comportement différé, fluage, viscoplasticité, modélisation.

Jan 1, 2003