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By T. Dlokweni

Several Rockmass classification systems have been developed and used in Civil Engineering design and for underground mining operations. Some of these rockmass classification systems have been modified and used in the South African coal mining industry to quantify descriptive geological information for use in coal mine design and roof support selection. The Coal Mine Roof Rating (CMRR) system developed in the USA has been investigated in detail as part of the study. Advantages and disadvantages of the system have been identified by means of underground and surface borehole testing. Investigations into the rating systems in South Africa found that most of the rating systems used in the South African coal mining industry are for planning purposes, and are conducted on borehole cores. This study also highlighted that the rating systems being used are based on geology, and that the human factor plays a major role in the rating systems. To overcome these problems, all the classification systems used in South African coal mines have been benchmarked against impact splitting technique and documented. The best elements of these systems are combined into a new standard system that will be easily used by all mine geologists and rock mechanics engineers. Plusieurs systèmes de classification de la masse rocheuse ont été développés et utilisés dans le Génie Civil et pour les opérations d'exploitation minière souterraine. Certains de ces systèmes de classification de la masse rocheuse ont été modifiés et utilisés dans l'industrie minière sud-africaine pour quantifier l'information géologique descriptive utilisée dans la conception de mines de charbon et la sélection de soutènement du toit. Le système d'Evaluation de Toit de Mine de Charbon (CMRR) développé aux USA a été examiné en détail, comme part de l'étude présente. Tests en surface de trous de mine ont permis d'identifier les avantages et inconvénients du système. Une étude des systèmes d'évaluation en Afrique du Sud a révélé que la plupart des systèmes d'évaluation utilisés dans l'industrie minière sud-africaine sont utilisés pour la planification, et sont menés sur les carottes de trous de mine. L'étude présente a aussi souligné que les systèmes d'évaluation utilisés sont basés sur la géologie, et que le facteur humain joue un rôle majeur dans les systèmes d'évaluation. Pour surmonter ces problèmes, tous les systèmes de classification utilisés en Afrique du Sud ont été référencés en termes de technique de fissuration sur choc, et documentés. Les meilleurs éléments de ces systèmes sont combinés dans un nouveau système standard qui sera utilisé aisément par tous les géologues de mine et les ingénieurs miniers. Verschiedene Gesteinsmassenklassifikationssysteme wurden entwickelt und kamen im Design für Hoch- und Tiefbau und Untertageabbau zum Einsatz. Einige dieser Gesteinsmassen-klassifikationssysteme wurden modifiziert und sind in der südafrikanischen Kohlebergbauindustrie in Verwendung, um beschreibende geologische Informationen für die Anwendung im Design von Kohlebergwerken und der Firstabstützungsauswahl quantitativ zu beschreiben. Das in den USA entwickelte Kohlengrubenfirstbewertungssystem (CMRR) wurde als Teil der Studie im Detail untersucht. Vorteile und Nachteile des Systems sind mittels der Untergrund- und Oberflächenbohrlochprüfung gekennzeichnet worden. Prüfungen der Bewertungssysteme in Südafrika ergaben, daß die meisten Bewertungssysteme die in der südafrikanischen Kohlebergbauindustrie benutzt werden, Planungszwecken dienen und werden anhand von Bohrlochkernen durchgeführt. Diese Studie hob auch hervor, daß die verwendeten Bewertungssysteme auf Geologie basieren und daß der menschliche Faktor eine Hauptrolle in den Bewertungssystemen spielt. Um diese Probleme zu überwinden, wurden alle in südafrikanischen Kohlengruben benutzte Klassifizierungssysteme vergleichsweise in Hinblick auf Spaltschlagtechnik überprüft und dokumentiert. Die besten Elemente dieser Systeme werden in ein neues Standardsystem kombiniert, das leicht von allen Grubengeologen und von Gebirgsmechanikingenieuren benutzt werden kann.

Jan 1, 2003

By J. W. van der Merwe, A. S. Bolokang, M. J. Phasha, V. J. Matjeke, C. Moopanar

"Excessive wear rates on railway wheels can result in rolling-stock derailments. If wear is detected early the possible derailments can be prevented by prematurely replacing wheelsets, although the inventory cost and maintenance downtime remain a challenge. In the current study, wheels were introduced and monitored in-service for two years to investigate the cause of excessive wear rates. The wear rates and stresses were calculated for the wheels suitable for a maximum load of 26 t per axle. Microstructural and mechanical properties were analysed. As expected, the general microstructure of all the wheels tested was pearlitic. Although all the wheels complied with the tensile strength requirements, stress calculations confirmed material distortion on excessively worn wheels whereas trial wheels revealed yield strength exceeding the yield criterion. High wear rates observed on the wheels were a result of low yield strength relative to the load per axle. The typical wear mechanism found was due to a combination of rolling contact fatigue and abrasive brake wear. Despite compliance of the wheels with existing requirements regarding material and mechanical properties (hardness, ultimate tensile strength), it is recommended that the yield strength must also be taken into consideration as a critical parameter.IntroductionRailway wheels are used to support the wagon mass and guide the wagon along the tracks (Park, 1974). The wheels and rails must be able to tolerate the applied tangential forces in order to effect wagon dynamic performance and reduce material deformation (Ghidini et al., 1994; RSE_TE_SPC_0045, 2011; AAR M107/M 208 Specification, 2011. Over the past ten years, the South African coal wagon maintenance depot has experienced excessive hollow wheel wear rates on the heavy haul line wheels. The maximum load of Jumbo wagons on the coal line is 104 t, or 26 t per axle. Although the maintenance intervention cycle for wheelsets was two years, between February 2011 and August 2012 some wheels experienced excessive hollow wear. Hollow wear is regarded as wear exceeding 2 mm on the central portion of the wheel tread (RSE_TE_SPC_0045, 2011). This happened despite the fact that these wheels were manufactured and certified according to the requirements of AAR M107/208 standard for carbon steel wheels (AAR M107/M 208 Specification,. 2011) and the local wheel RS/ME/SP 021 standard specification (RS / ME / SP / 021 REV 5 (2013). The AAR standard only specifies a minimum hardness as a required mechanical property and the local standard specifies hardness and minimum tensile strength only. In general, an increase in hardness will improve the rolling/sliding wear resistance of steel. This relationship of hardness and wear resistance was found to be true only in a situation where solid and similar alloys are in contact (Singh, Khatirkar and Sapate, 2015). The sliding wear resistance of a material is usually estimated using Archard’s equation (Liu and Li, 2001)."

Jan 1, 2016

By A. Fahimifar, H. Soroush

Abstract: In order to develop non-destructive methods in studying physical and mechanical properties of rock and replacing them with difficult and expensive static methods, several ultrasonic tests were carried out on cylindrical rock specimens in accordance with the ISRM suggested methods and velocity of P and S waves were determined. Also, density, porosity, water absorption, uniaxial compressive strength and indirect tensile strength were determined for each specimen in accordance with ISRM suggested methods. According to above tests static and dynamic elastic constants were calculated After statistical analysis of data obtained from tests, the relationships between velocity of elastic waves and physical or mechanical parameters were determined and some equations were obtained. Also similar analyses were performed on static and dynamic constants and some equations were extracted. Using these equations, the physical and mechanical parameters of rock and also static elastic constants can be estimated by conducting simple and quick tests (i.e. ultrasonic tests). Abriß: Um zu entwickeln, die zerstörungsfreien Methoden für Studieren die physischen und mechanischen Eigentümer von Steinen und auch ist für Ersetzen diese Methoden mit schwierigen teuren statischen Methoden, mehrere altrasonic Prüfungen auf zylindrischen Steinproben gemäß ISRM anregenden Methoden und den Geschwindigkeiten von S und P Wellen bestimmt worden sind durchgeführt worden. Außer der Dichtheit und der Porosität betonen Wasser Aufnahme und monoaxial Widerstand und dehnbaren indirekten Widerstand jeder Probe betreffend der erhaltenen Ergebnisse die atmosphärische Aufladung sind bestimmt worden und die dynamischen Faktoren der Steine sind kalkuliert worden. Nachdem statistische Analyse die Korrelation der Ergebnisse zwischen der Geschwindigkeit elastischer Wellen und mechanischer und physischer Eigentümer der Steine erhalten worden ist, und mehrere Verhältnisse sind vorgeschlagen worden. Eine ähnliche Analyse ist auf atmosphärischer Aufladung und dynamischen Faktoren durchgeführt worden und einige Verhältnisse sind erhalten worden. Mit Hilfe dieser Verhältnisse die physischen und mathematischen Eigentümer von Steinen und auch können die Statistik Faktoren durch einfachen und schnellen altrasonic Prüfungen erhalten werden. Resume: Puor le development des method non-destructive et evaluuation des propietes physical et mechanical des rock et superseding avec les methods dificzle et cher statique, c‘ est fait plusieur essayes ultrasonique sur les echantillons cylinrique et par a port le proposale TSRM et le vittesse des ondes P et S et densite et porosite et absorption des eaux le resistant de pression uniaxial et resistance de chaque echantillon est determinee. A la fin en base des resultat obtenue les constant statique et dynamique des roches sont calcule. Apres les analyses statistiquc sur les resultat obtenue du les essaybs, c‘ etait produit les relation entre les viptesse les ondes elastique et les proprietes physic et mechanicue des roches et c est propose quelque relations. Aussi le meme enterpretation sur les constant statique etdinamique. En possezon de ces relations, les spesificatio physique, aussi on peut trouver leur constant statique, avel les essayes sample et raptid a d ultrasonique.

Jan 1, 2003

By Henk van der Bijl, Sean Rogers, Eugene Sidorski, Alan Carpenter

The electrode column is the heart of the submerged arc furnace. Superior electrode performance provides improved furnace performance. This paper describes the main features of the electrode column that delivers superior performance in furnaces worldwide, developed by Pyromet. Pyromet?s electrode comprises the compact slipping device, lower electrode assembly, upper and lower mantles, self-adjusting electrode seal, paste heaters, and Pyromet?s patented innovative electrode breakage detection and length determination system. Pyromet?s slipping device features compact interlocking clamping rings, incorporating fail-safe spring-loaded design. The interlocked clamping rings distribute the clamping force over a larger area of the electrode casing, preventing damage. The slipping device assembly features a low maintenance modular design that allows rapid slipping cycle times, back slipping, and compatibility with Pyromet?s electrode breakage detection and length determination system. Pyromet?s lower electrode assembly consists of the contact shoes, pressure bellows, pressure ring and heat shields. The contact shoes and pressure ring are designed for long, trouble free operation whilst the pressure bellow configuration equalise contact pressure and current distribution. Furthermore, the contact shoes incorporate a self cleaning feature, ensuring optimum electrical contact. The segmented design offers easy maintenance. Pyromet?s clients experience less down time due to longer component life. Pyromet?s remote adjusted electrode seal assembly reduces the rope seal working temperature, increasing rope life. The self compensating rope seal clamping force ensures an effective seal as the rope wears. Pyromet?s electrode breakage detection and length determination system detects electrode breaks utilising Pyromet?s electrode holder and data processing system. The length measurement system controls electrode length, eliminating the occurrence of short electrodes. The length measurement system furthermore eliminates the need for manual electrode length measurement, reducing associated production losses during furnace burn downs.

Jan 1, 2007

By A. Kazemi, M. A. Ahmadi

Pressure tunnels are constructed nurously in related with powerhouse. In some cases, according to high internal water pressure, rock mass around tunnel can seldom suffer this pressure. So installation of concrete lining which interacts with rock mass and suffers parts of this pressure and transfers the rest of the pressure to the rock. In this paper hydromechanical interaction between rock and lining is investigated. With using empirical and numerical methods concrete lining for Symareh waterway is designed. Initial support of 10 cm reinforced shotcret with wire mesh and rock bolts pattern of 2.5*2.5 m with length of 4 m is suggested. By using FLAC package final lining with paying attention to axial force and momentum in reinforced concrete was designed. Reinforced concrete with 60 cm thickness and two rows of bars, 18 mm diameter and 20 cm spacing are designed. Also for preventing cracks in concrete which caused by the change of temperature and shrinkage, bars with 10 mm diameter and 25 cm spacing, and also bars with 8 mm diameter and 10 cm as minimum shear bars are suggested. Plusieurs galeries en pression se construisent en liaison avec les centrales électriques. Dans certaines galeries, suite à une haute pression interne de l'eau, le massif rocheux autour de la galerie ne peut pas supporter cette pression. L'installation d'une couche de béton a l'intérieur de la galerie donc réagit avec les roches et support d'une partie de cette pression et transfère le reste de la pression aux roches. Dans ce papier, l'interaction hydromécanique entre la roche et la couche en béton a été étudiée. En se basant sur les méthodes empiriques et numériques le système de support de galerie de passage d'eau de Saymareh a été conçu. Un soutènement initial d'une épaisseur de 10 cm de béton étant renforcé par un grill métallique et une maille de boulon (2.5 * 2.5 m) d'une longueur de 4 m a été proposé. En utilisant le logiciel de FlAC, la couche finale en béton selon les forces dans le béton a été conçue. Le béton renforcé d'une épaisseur de 60 cm et deux ranges d'armateurs (18 mm de diamètre) avec un intervalle de 20 cm a été conçu. De plus; pour éviter des fissures dans le béton suite au changement de la température et de l'extraction, des armateurs de 10 mm de diamètre et de 25 cm d'intervalle pour augmenter la résistance au sciesiement du béton ont été proposes Unter Druck stehende Tunnels werden hauptsaechlich im Zusammenhang mit Kraftwerken gebaut. In einigen Faellen, wo der Wasserdruck zu hoch ist, Kann selten die Felsenmasse diesen hoehen Druck allein aufnehwen. Deshalb werden sie mit Betonauskleidung versehen, die wegen guter Wechelwirkung mit der Felsenmasse einen Hauptanteil des Druckes aufnehmen Kann, wobei der Rest an die Felsenmesse weitergeleitet wird. In dieser Arbeit wird die hydromechanische Wechelwirkung zwischen der Gesteinmasse und der Auskleidung untersucht. Mit Hilfe empirischen und numerischen Verfahren sowie Kombination der beiden wurde eine Betonauskleidung fuer die Symareh Wasser Kannal koustruiert. Als erstes wurde ein 10Cm dicker armierter Beton mit einem Mashengitter von 2.5*2.5 sowie den gleichen Felsbolzenabstaenden und einer Laenge von 4 m vorgeschlagen. Mit Hilfe des FLAC Programms wurde die Hauptauskleidung unter Beruecksichtigung von Axialkraeften und Momenten im Stahlbeton koustruiert. Der 60 Cm dicke Stahlbeton wurde mit zwei Reihen von Stangen, 8 mm im Durchmesser und in Abstaenden von 20 Cm koustruiert. Ferner im Sinne der Vorbeugung gegen Rissen im Beton, die durch Temperatur aendeungen und Schrumpfungen bedingt sind, wurden Stangen mit 10 mm Durchmesser und 2.5 Cm Abstaenden zur Erhoehung vor Scherfestigkeit des Betons vorgeschlagen.

Jan 1, 2003

By K. J. Oliver, A. G. Meyers, S. P. Hunt

Deformation Rate Analysis (DRA) and porosimetry have been used to demonstrate the “stress memory” effect in rock and to estimate the vertical in-situ stress in samples of fine-coarse grained sandstone and carbonaceous mudstone. The results of this study indicate that the stresses predicted using both methods are similar to those determined from depth and density of the overburden rocks. The results confirmed that DRA was still applicable even when the core had been sampled 18 months prior to testing. Additionally, the DRA results were modelled using the software PFC2D. A uniaxial test was modelled using the same rock parameters as those observed for the actual core samples. This numerical technique can be used as an aid for DRA results analysis, and can also be used to predict the minimum stress level at which the DRA technique is applicable. The results confirm that any rock mechanics laboratory having standard test equipment could apply the DRA method combined with standard UCS testwork to determine the in-situ stress. Mit der Analyse der Deformationsrate (DRA) und der Anwendung der Porosimetrie wird der Spannungsgedaechtnisseffekts (Stress Memory Effect) im Fels demonstriert, und es werden Abschaetzungen fuer die vertikale in-situ Spannung einer Probe aus mittelgrobem Sandstein und carbonierten Lehmstein getroffen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen, dass die mit Hilfe dieser beiden Methoden ermittelten Spannungen sind vergleichbar. Die Ergebnisse bestaetigen, dass DRA noch anwendbar ist, wenn die Proben schon 18 Monate vor Untersuchungsbeginn gesammelt worden sind. Darueber hinaus wurden die DRA Ergebnisse mit Hilfe des Sofwarepakets PFC modelliert. Ein einaxialer Test wurde mit genau die gleichen Felsparametern, die fuer die eigentliche Probe gelten, modelliert. Diese numerische Methode kann sowohl als eine Unterstuetzung fuer DRA Ergebnisanalyse als auch zur Ermittlung der minimalen Spannung, bei dem die DRA Methode noch anwendbar ist, herangezogen werden. Die Ergebnisse bestaetigen, dass jedes Felsmechaniklabor, das mit den ueblichen Testgeraeten ausgestattet ist, die DRA Methode in Kombination mit dem Standard UCS Testarbeit zur Bestimmung der in-situ Spannungen anwenden kann. L'Analyse du Taux de la difformité (DRA) et les porosimetry ont été utilisés démontrer le " effet de la mémoire " du stress dans roc et estimer le stress dans - situ vertical dans échantillons de grès du grained fin grossier et mudstone carbonifère. Les résultats de cette étude indiquent que les insistances ont prédit utiliser les deux methods est semblable à ceux déterminés de profondeur et densité du surchargez des rocs. Les résultats ont confirmé ce DRA était encore même applicable quand le coeur avait été goûté 18 mois avant tester. En outre, les résultats DRA étaient des modelled qui utilisent le logiciel PFC2D. Une épreuve de l'uniaxial était modelled qui utilise les mêmes paramètres du roc comme ceux observé pour les réels échantillons du coeur. Cette technique numérique peut être utilisée comme une aide pour DRA résulte analyse, et peut aussi être utilisé pour prédire le niveau du stress minimum à que la technique DRA est applicable. Les résultats confirment que tout laboratoire des mécaniques du roc qui a le matériel de l'épreuve standard pourrait appliquer la méthode DRA combinée avec testwork UCS standard pour déterminer le stress dans - situ.

Jan 1, 2003

By W. Wittke, J. Gattermann

ABSTRACT: One alternative to close a radioactive waste repository in rock salt is the construction of a “Cross Section Closure (CSC)“ sealing barrier. The proposed material for the CSC is highly compacted bentonite. To investigate the swelling behaviour of a highly compacted bentonite a large number of laboratory tests were performed. In addition, large scale model test were carried out to demonstrate the development of a nearly homogeneous and isotropic swelling pressure. The results of the large scale model tests were interpreted numerically based on the models for stress-strain behaviour and water uptake which are implemented in the finite element codes FEST03 and HYDOPO. The investigations show a good agreement of the results of the model tests and the corresponding analyses and show, that the theoretical models are capable of describing the behaviour of sealing structures based on highly compacted bentonite. ZUSAMMENFASSUNG: Eine Möglichkeit für den Verschluß eines Endlagers für radioaktive Abfälle im Steinsalz ist die Konstruktion einer Querschnittsabdichtung aus hochverdichtetem Bentonit. Zur Untersuchung des Quellverhaltens von hochverdichtetem Bentonit wurden eine große Anzahl von Laborversuchen durchgeführt. Um die Entwicklung eines nahezu homogenen und isotropen Quelldrucks nachzuweisen, wurden darüber hinaus auch Modellversuche in größerem Maßstab durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Modellversuche wurden im Hinblick auf die Wasseraufnahme und das Spannungs-Verformungsverhalten mit Hilfe numerischer Berechnungen mit den finite Element Programmen FEST 03 und HYDOPO interpretiert. Die Untersuchungen zeigen gute Übereinstimmungen zwischen Versuchs- und Berechnungsergebnissen. Die numerischen Modelle sind somit geeignet, das Verhalten von Abdichtungsbauwerken aus hochverdichtetem Bentonit zutreffend zu beschreiben. RÉSUMÉ: Une possibilité pour fermer un dépôt final de déchets radioactifs dans sel gemme est la construction d'un étanchement de coupe transversale, fabriqué de bentonite fortement compacté. Pour étudier le comportement de gonflement de bentonite fortement compacté, de nombreux essais en laboratoire ont été exécutés. En outre, des essais sur modèle sur une plus grande échelle ont aussi été exécutes afin de prouver le développement d'une pression de gonflement à peu près homogène et isotrope. Les résultats de ces essais sur modèle étaient interprétés en vue de l'absorption d'eau et du comportement contraintes-déformations par le moyen de calculs numériques avec les programmes d'éléments finis FEST03 et HYDOPO. Les études montrent de bonnes conformités entre des résultats d'essai et de calcul. Les modèles numériques sont ainsi capables de décrire justement le comportement d'ouvrages d'étanchement fabriqués de bentonite fortement compacté.

Jan 1, 2003

By M. Arlandi, J. C. Monge

In this paper, the finite element method is used to obtain deformations of a rock tunnel. More than 3,000 numerical simulations and calculations were carried out. The analysis of this results has allowed to achieve mathematical formulations and graphs, to obtain in advance support monitored displacements in tunnelling construction, so they can be predicted before excavation and supporting woks. The application of the presented formulations and charts will aid engineers to control tunnel monitoring, reducing decision time when problems occur. The analysis is limited to cases involving elastic behaviour of the terrain for tunnels of average to good quality in rock, and to excavation sections of average or smaller dimensions for road tunnels. The results show that, in all cases, mathematical expressions to obtain induced displacements around tunnel excavations, have similar pattern than Kirsch (1898) expressions for circular excavations. As corollary of the achieved results, a method to estimate in situ natural geostress ratio K0=sh/sv , by means of convergence measurements, is presented. In diesem Beitrag wurden die Verschiebungen eines Tunnels durch die Methode de Finiten Elemente berechnet. Mehr als 3000 numerische Simulationen und Berechnungen wurden ausgeführt. Die Analyse dieser Resultate hat es ermöglicht, mathematische Formeln und Grafiken zu entwickeln, die zur Voraussage der Verschiebungen in Tunnel dienen, auch unter Betrachtung der verschiedenartigen Abstützungen. So können die Verschiebungen vor den Erdarbeiten und dem Bau der Abstützung abgeschätzt werden. Die abgeleiteten Formeln und Grafiken werden vor allem einen grossen Dienst für Ingenieure bei der Mithilfe zu zeitsparenden Entscheidungen im Tunnelbau und bei der Tunnelkontrolle leisten. Die analysierten Fälle sind auf eine elastische Modellierung des Baugrunds beschränkt, sowie auf eine mittlere bis gute Qualität des Felsens und auf die Aushebung von Abtragungsabschnitten mittlerer oder geringer Grösse für den Strassenverkehr. Die Resultate zeigen, dass in allen Fällen die hergeleiteten Formeln zur Berechnung der durch den Tunnelbau verursachten Verschiebungen um den Tunnel die gleiche mathematische Struktur haben wie diejenigen von Kirsch (1898) für kreisförmigen Bodenaushub. Als Korollarium der ausgeführten Berechnungen wird eine Methode zur Abschätzung der vorherrschenden in situ Geospannungs-Verhälniss K0=sh/sv angegeben, die von den Messungen der Verschiebungen im Tunnel ausgeht. Dans cet article, la méthode des éléments finis est utilisée pour obtenir les déformations d’un tunnel creusé dans la roche. Plus de 3000 simulations numériques et calculs ont été effectuées. L’analyse de ces résultats a permis de définir des modèles mathématiques et des abaques afin de prédire, avant l’excavation et les travaux de soutènement, les déplacements auscultés pendant la construction du tunnel. L’application de ces modèles et abaques permettra donc aux ingénieurs de contrôler les déplacements durant l’auscultation du tunnel et de réduire le temps de décision lorsque des problèmes surviennent. L’analyse est limitée au cas du comportement élastique du terrain pour des tunnels creusés dans de la roche de moyenne a bonne qualité, et à de sections d’excavation de petites à moyennes dimensions pour des tunnels routiers. Les résultats montrent que, dans tous les cas, les expressions mathématiques permettant d’obtenir les déplacements induits autour des excavations de tunnel, présentent des similitudes avec celles de Kirsch (1898) pour des excavations circulaires. Comme corollaire aux résultats obtenus, une méthode pour estimer le rapport des

Jan 1, 2003

By D. A. Spencer, L. J. Gardner

In light of the apparent productivity benefits provided by mechanised stoping, Impala Platinum Limited commissioned a study to investigate its possible implementation for mining reserves located 1200 – 1700 m below surface. This paper records the methodology employed for designing a support system for such mechanised mining, as well as initial conclusions of the work done. Preliminary results show the concept to be technically feasible; work was however stopped due to financial non-viability. En considération des bénéfices de production apparents que donne l’exploitation par gradins mécanisée, Impala Platinum Limited a commissionné une étude visant à examiner sa mise en œuvre possible pour des réserves minières situées à 1200 – 1700 m sous la surface. L’étude présente rapporte la méthodologie employée pour créer un système de support pour ce genre d’exploitation mécanisée, ainsi que les conclusions initiales de ce projet. Les résultats préliminaires montrent que le concept est techniquement faisable ; cependant le travail fut arrêté à cause de difficultés de rentabilité. Im Licht des offensichtlichen Produktivitätsnutzens auf Grund mechanisierten Stossbaus, kommissionierte Impala Platinum Limited eine Studie, die dessen mögliche Implementierung für den Abbau von Reserven 1200 - 1700 m unterhalb der Oberfläche untersuchen soll. Dieses Elaborat dokumentiert sowohl die Methode die für das Design eines Unterstützungssystems für eine derartige mechanisierte Abbauweise angewendet wird als auch die anfänglichen Konklusionen der geleisteten Arbeit. Anfängliche Resultate zeigen daß das Konzept technisch durchführbar ist; die Arbeit wurde jedoch wegen der finanziellen Nichtrealisierarkeit gestoppt.

Jan 1, 2003

By Richard Peaker, Jens Lichter, Alexander V. Potapov

The recent combination of Computational Fluid Dynamics (CFD) and Discrete Element Modeling (DEM) can provide considerable insight into the performance of flotation cells. One area of interest from a fundamental equipment design perspective has been the influence of flotation cell size and the inflow rate on the metallurgical performance of the cell. One of the specific design objectives when increasing the size of flotation cells, or increasing the feed flow to the flotation cell, is to ensure that the feed stream flowing into the cell does not have an opportunity to bypass the mechanism. This paper describes the initial modeling efforts to quantify the inter-relationship of cell size, inflow rates, and feed and discharge box placement, on the retention time distribution of solids in the flotation cell, and the fraction of particles that bypass the mechanism on a size by size basis.

Jan 1, 2007

By N. Gatelier, T. You, J. C. Kandel

ABSTRACT: Underground hydrocarbons storage is a very specific domain for the designer. He is usually free to adjust the section, shape and layout to cope with the geological and geotechnical conditions. This paper presents a panorama of the geotechnical design of mined underground storage caverns, then lists a number of uncommon features encountered in a storage excavated in Sydney, Australia, the Elgas LPG project that had to face major non-isotropic conditions with numerous local variations, impacting on the achievement of the design profiles. Changes in geotechnical design methodology and practice are examined through this project, now in operation, which will have lasted altogether almost ten years. KEY WORDS: underground storage, geotechnical engineering, stability, methodology, design. ZUSAMMENFASSUNG: Die untertaegige Speicherung von Kohlenwasserstoffen unterliegt in der Planung sehr spezifischen Bedingungen. Der planende Ingenieur hat bei der Dimensionierung und Formgebung der Speicherhohlraeume gewisse Freiheiten, muss jedoch vorgefundene geologische und geotechnische Bedingungen beruecksichtigen. Der vorliegende Beitrag gibt zunaechst einen allgemeinen Ueberblick ueber die geotechnische Planung von bergmaennisch aufgefahrenen Speicherhhohlraeumen. Darueber hinaus werden Besonderheiten betrachtet, mit denen das Elgas LPG-Speicherprojekt in einer bergmaennisch aufgefahrenen Kaverne in Sydney, Australien konfrontiert war. Hierbei ging es um die Beruecksichtigung anisotroper Bedingungen mit zusaetzlichen Heterogenitaeten im Gestein und den daraus erwachsenden Schwierigkeiten, die geplante Hohlraumform zu verwirklichen. Ueber einen Zeitraum von fast 10 Jahren, in denen das jetzt in Betrieb befindliche Projekt unterschiedliche Betriebsphasen durchlaufen hat, wurden verschiedene geotechnische Entwurfsverfahren auf ihre Anwendbarkeit geprueft. SCHLUESSELWOERTER: Untergrundspeicherung, Geotechnik, Stabilitaet, Entwurfsverfahren, Planung. RESUME : Le stockage souterrain d’hydrocarbures est un domaine très spécifique pour le concepteur, car celui-ci dispose d'une large liberté pour adapter les sections, les formes et les implantations aux conditions géologiques et géotechniques de l’environnement choisi. Après un panorama de la conception géotechnique des stockages souterrains d’hydrocarbures par la méthode dite des cavités minées, l’accent sera mis sur un certain nombre de particularités rencontrées lors du projet de stockage de GPL de Elgas à Sydney en Australie, creusé dans de très fortes conditions d’anisotropie du massif rocheux, avec de nombreuses variations locales et toutes les implications que cela peut avoir sur le maintien des formes. L’évolution des approches méthodologiques géotechniques durant la dizaine d'années de développement de ce projet depuis les premières études jusqu'à l'exploitation actuelle est également présentée. MOTS-CLEFS : stockage souterrain, géotechnique, stabilité, méthode, conception.

Jan 1, 2003

By R. Sullivan, K. Joiner, B. Emery, M. de Vries, F. A. Stober, L. R. Nelson, J. M. A. Geldenhuis

Keywords: Pyrometallurgy, smelting, converting, furnace design, furnace retrofit, high-intensity smelting, copper coolers, plate coolers, waffle coolers, tap-blocks, lower sidewall air-cooling, wall hold-down system, platinum group metals, ferroalloys, ferrochrome, ferrocobalt, ilmenite smelting, ironmaking, operational readiness, operational support The paper describes the development of furnace designs by Hatch in conjunction with the smelting plants in Africa to meet the intense process requirements in certain applications; continued improvement in operating efficiency through increased throughput from existing crucibles; and improvement in campaign life and furnace integrity. The era of Hatch in Africa has seen the doubling of furnace power in retrofit projects using existing crucibles to developing the highest intensity immersed electrode operations in the world. This has resulted in minimized OPEX and CAPEX per unit of production. Through the continued development of its cooling, binding and furnace power supply technologies and working with the experienced and knowledgeable personnel at the smelting facilities in Africa, Hatch has managed to meet the challenges of ever increasing furnace process requirements associated with increased power density and superheats prevalent in the operations. In addition to developing furnace crucible designs, Hatch has also intensified its ?after sales service and support? with the construction, commissioning and start-up technical assistance and operational readiness and operational support for ramp-up to nameplate capacity and beyond. The key areas of furnace risk associated with high superheat molten material tapping has also seen the development of diagnostic systems to mitigate risks and produce early warning signals for the operators.

Jan 1, 2006

By G Njowa

Mineral resource evaluation and estimation process is not an exact science; however it depends on the knowledge and experience of the competent person and his ability to apply his mind, make reasonable assumptions, interpretations and exercise sound judgment in the mineral resource estimation process. The mineral resource evaluation results in a mineral resource statement are disclosed to investors. The minerals industry is presently undergoing rapid changes in legislation governing the public reporting of mineral assets. It has gone through different phases of development with respect to the reporting of mineral resources and mineral reserves (mineral assets). In the past no reporting was done and currently mineral assets are reported as a supplementary section that briefly describes the mineral asset termed ?the mineral reserve and mineral resource statement?. The current industry trend appears to be going towards recognition and disclosure of the mineral assets on to the balance sheet. This paper explores the salient issues behind the mineral resources and mineral reserve statement of vein and reef deposits published in the public domain. It also highlights the potential misleading consequences of these issues and which filter through to the valuation of these particular mineral assets. The creation of reporting standards in the minerals industry has made significant inroads in standardizing and consolidating the interpretation and understanding of the different classification categories in the industry in an effort to promote common interpretation towards these salient issues.

Jan 1, 2008

By G. van Aswegen

Seismic monitoring became commonplace in the deep South African gold mines in the early 1990’s. The discipline has, to a large extent, developed beyond the ‘research’ stage, and a ‘Guide to Seismic Monitoring in Mines’ has been accepted by the Department of Minerals and Energy1. Although ongoing research is a requirement for the achievement of all the objectives of seismic monitoring in mines, sufficient knowledge exists to apply seismic monitoring for routine seismic hazard assessment as an aid to risk management. The design and management of seismic monitoring systems can be tested against requirements spelled out in the ‘Guide’. Assuming the seismic monitoring system performs as per requirement, the best practice for routine seismic hazard assessment in mines includes • Long term seismic hazard assessment: through back analysis of seismic data and correlation with numerical modelling output, reasonable tests for planned mine designs are possible. • Medium term seismic hazard assessment: o Spatial analysis through contouring of seismic strain related parameters, with superimposed contours or event plots of stress related parameters allow the delineation of potential instabilities in space. o Quantitative and statistical analyses of seismicity in smaller spatial units (usually encompassing production sites) allow the comparative seismic hazard rating of different areas/sites so that rock engineering input and risk management can be optimised • Short term seismic hazard assessment relies mainly on time history analyses of particular seismicity parameters. The temporal patterns are controlled by a combination of temporal and parameter filters, the optimisation of which determines the success rate.

Jan 1, 2003

By Mike de Wit

Of the approximately 6,500 kimberlites known to date, less than 3% are diamondiferous and less than half of those are economically viable. Admittedly, this is a global figure and varies from area to area much depending on geological, logistical, and political circumstances. The number of diamond-bearing kimberlites is an important geobarometer, and an age-frequency profile has been compiled in order to identify diamond metallogenic epochs and provinces. Four primary diamond clusters have been recognized: Siberia (332-370Ma), Kaapvaal South(114-144Ma), Kaapvaal Southwest(84-95Ma), and Slave (52-55Ma). In addition, three secondary clusters are the Kaapvaal Central (S06-S38Ma), the Man Craton (139-lS3Ma) and the Kasai Craton (120-130Ma). The Kaapvaal is the only area where kimberlites with diamonds were discovered between 1870 and 1925, except for the Prairie Creek discovery in North America in 1906 and Colossus in Zimbabwe in 1907. Between 1906 and 1940 no major diamondiferous kimberlites were discovered, but many of Africa's alluvial deposits were found and exploited in that period. Advances in scientific prospecting in the 1940's rapidly accelerated the discovery rate that peaked in the 1990's; 39 diamondiferous occurrences were found in the 1980's, of which 8 became mines and 5 are in feasibility, and nearly 450ha of kimberlite was added to the global resource base. Despite the accelerated exploration expenditure, the last decade (e.g. 2000-2009) has been the leanest since the 1940's. The most important reason for this decline in exploration success is that any undiscovered deposits are largely buried by younger cover. Understanding complex and geophysical noisy basement geology, as well as decomposition of path-finder minerals are major challenges to further exploration success. Major investments in basic geological expertise and field research will have to be made in order to secure future diamond resources. Integrated geophysical studies, geochemistry diamond forensics, and improved imaging of Earth's upper mantle are perhaps foremost in this requirement, but the costs of these activities are such that government support will be required if countries are to sustain their diamond mining industry.

Jan 1, 2010

By G. L. Smith

This paper consolidates the key elements of seven contributions, on strategic long-term planning, to two of the three international conferences on Strategic versus Tactical approaches in Mining held over the period 2005?2008. The holistic concept of strategic long-term planning as developed and implemented at Anglo Platinum is described. Consideration is given to the planning cycle, principles supporting the construction of the long-term plan, and aspects of unique best practice as developed in Anglo Platinum. Further description of Anglo Platinum?s approach to corporate governance, including the processes, methodology, systems, unique tools and techniques that are applied to value and select capital investment options is also given.

Jan 1, 2009

By M. Ghoreychi, X. Daupley

ABSTRACT: The paper is devoted to two major aspects related to the abandonment of salt mines: 1)- Long-term risk associated with the mechanical instability of surface and its consequences for public security and properties. 2)- Long term dissolution and transport of salt resulting from its communication with groundwater. Basic characteristic features of salt deposits and mining methods are presented through the studies already undertaken on French mines. This analysis allows to identify major hazards encountered in different traditional salt mines and solution-mining cavities. In particular, the role of overburden (presence and thickness of salt layer in exploitation roof, presence of clayey rocks or hard rocks e.g. dolomite or anhydrite), presence of water-bearing strata and possibly natural brine levels, discontinuities, etc. are discussed. In the second part, the main features of mechanical behaviour of salt (creep, damage) as well as transfer processes of this material are presented. The influence of these aspects on the long term evolution of abandoned salt mines is then analysed. KEY WORDS: exploitation, abandonment, salt, mechanical, stability, transport, solution, brine. ZUSAMMENFASSUNG: Der Artikel bezieht sich auf zwei bedeutende Aspekte beim Salzabbau: 1)-Das langsfristige Risiko zur Bodenoberflächeunbeständigkeit und sein Einfluss über Mensch= und Gütersicherheit. 2)-Die langsfristige Auflösung und Beförderung des Salz beruhen sich auf Studien über französiche Bergbauen. Diese Analyse emöglicht es, die bedeutendesten Risiken in verschiedenen Salzgruben zu identifizieren, bzw. Traditionellen oder durch Auflösung abgebauten. Insbesondere wird die Rolle des Deckgebirges (Vorhandensein und Dicke von Salzschicht am Dach des Grube, Beisein von Tanlager oder hartem Gestein wie Bitterkalk oder Anhydrid), Beisein von wasserhaltigem Boden und/oder gesalzenen Wasserflächen, Trennflächen, usw… erötert. Im zweiten Teil werden die haupsächlichen Eigenschaften des Salzverhaltens (Kriechen und Beschädigung) beschrieben. Ihr Einfluss über das Verhalten von stillgelegten Bergwerken lässt sich analysieren. SCHLÜSSELWÖRTER: Bergwerksbetrieb, Stilllegung, Mechanik, Beständigkeit, Ausbreitung, Aussolung, Solewasser. RESUME: L’article est consacré à deux aspects majeurs liés à l’abandon d’exploitations de sel : 1)- Le risque d’une instabilité à long terme de la surface du sol et son incidence sur la sécurité des personnes et des biens. 2)- La dissolution à long terme et le transport de sel sous l’effet d’une communication avec des eaux souterraines. Les principales caractéristiques de gisements et d’exploitations de sel sont présentées en s’appuyant sur les études antérieures réalisées sur les exploitations en France. Cette analyse permet d’identifier les risques majeurs rencontrés dans différentes mines de sel traditionnelles ou exploitées par dissolution. En particulier, le rôle du recouvrement (présence et épaisseur d’un banc de sel au toit de l’exploitation, présence de terrains argileux ou de roches dures telles que la dolomie ou de l’anhydrite), présence de terrains aquifères ou de nappes salées éventuelles, discontinuités, etc. sont discutées. Dans la deuxième partie, les principaux traits du comportement mécanique du sel (fluage, endommagement) ainsi que les processus de transport de ce matériau sont présentés. L’influence de ces aspects sur le comportement à long terme d’exploitations abandonnées de sel est ensuite analysée. MOTS CLES: exploitation, abandon, mécanique, sel, stabilité, transport, dissolution, saumure.

Jan 1, 2003

By B. Haimson

A new loading apparatus was fabricated and used to conduct true-triaxial compression tests on KTB amphibolite, a crystalline basement rock. Tests in dry jacketed samples reveal that the intermediate principal stress has a significant effect on the onset of dilatancy and on rock strength, contrary to the implicit assumption made by Mohr-type failure criteria. Failure is induced through a shear fracture that dips steeply in the direction of the least principal stress. Experimental results lead to a new generalized strength criterion in terms of all three principal stresses. Unjacketed KTB amphibolite specimens, exposed to confining fluid, are considerably weaker than the jacketed ones, despite the negligible porosity and permeability. Failure is facilitated by several closely spaced subparallel tensile cracks normal to the least stress direction. SEM analysis suggests that microcracks developed upon dilatancy onset are penetrated and extended by the confining fluid, bringing about the unexpected rock failure mechanism at reduced stress levels. Un nouveau dispositif à chargement fut fabriqué et utilisé afin de réaliser un vrai essai de compression tri-axial sur KTB amphibolite, une roche cristalline du sous-sol. Les essais effectués sur échantillons enveloppés et secs révèlent que les contraintes principales intermédiaires affectent considérablement le début de la dilatance et la résistance de la roche, contrairement à la supposition fondée sur le critère de rupture de Mohr. La rupture est produite grâce à une cassure de cisaillement très incliner en direction où la contrainte principale est moindre. Ces résultats expérimentaux indiquent un nouveau critère de rupture général en fonction des trois contraintes principales. Les échantillons de KTB amphibolites sans enveloppe, exposés à un liquide confiné, sont considérablement plus faibles que ceux enveloppés, malgré la porosité et la perméabilité négligeable. La rupture est facilitée par plusieurs fissures de traction adjacentes et sub-parallèles, normales à la plus petite contrainte principale. L’analyse SEM suggère que les micro-fissures développent suivant le début de la dilatance, elles sont pénétrées et agrandies par le liquide confiné, produisant un mécanisme de rupture de roche inattendu, ceci à un niveau de contrainte réduit. Ein neuer Ladungsapparat wurde hergestellt um real - triaxiale Druckfestigkeitsversuche in KTB Amphibolit, einem kristallinen Grundgebirgsgestein, durchzuführen. Messungen in trockenen, bedeckten Proben zeigen that die mittlere Hauptspannung eine bedeutende Wirkung auf das Einsetzen von Dilatanz und auf die Stärke des Gesteins hat, im Gegensatz zu der impliciten Annahme auf Grund von Mohr-ähnlichen Versagungskriterien. Versagen ist induziert durch eine Scherfraktur die sich steil in die Richtung der geringsten Haupspannung nach unten senkt. Messergebnisse führen zu einem neuen, verallgemeinerten Stärke Kriterium dass auf alle drei Hauptspannungen basiert ist. Unbedeckte KTB Amphibolit Proben, die unmittelbar den umgebenden Fluiden ausgesetzt sind, sind wesentlich schwächer als bedeckte, trotz geringfügiger Permeabilität und Porosität. Versagen wird gefördert durch mehrere, nebeneinander liegende, sub-parallele Spannungsbrüche, normal zu der geringsten Spannungsrichtung. SEM Analyse lässt vermuten dass Mikrobrüche, die sich beim Überschreiten der Dilatanzschwelle entwickeln, durch die umgebenden Fluiden fortgepflanzt und weiter verbreitet werden, und unerwartet, auf Grund der reduzierten Spannungswerte, den Versagungsmechanismus des Gesteins einleiten

Jan 1, 2003

By R. Hansson

Zincite and spinel phases are present in the complex slag systems encountered in zinc/lead sintering and zinc smelting processes. These phases form extensive solid solutions and are stable over a wide range of compositions, temperatures and oxygen partial pressures. Accurate information on the stability of these phases is required in order to develop thermodynamic models of these slag systems. Phase equilibria in the Fe-Zn-O system have been experimentally studied for a range of conditions, between 900 and 1580°C and oxygen partial pressures (pO2) between air and metallic iron saturation, using equilibration and quenching techniques. The compositions of the phases were measured using Electron Probe X-ray Microanalysis (EPMA). The ferrous and ferric bulk iron concentrations were determined using a specially developed wet-chemical analysis procedure based on the use of ammonium metavanadate. XRD was used to confirm phase identification. A procedure was developed to overcome the problems associated with evaporation of zinc at lowpO2s and to ensure the achievement of equilibria. An isothermal section of the system FeO-Fe2O3-ZnO at high ZnO concentrations at 1200°C was constructed. The maximum solubilities of iron and zinc in zincite and spinel phases in equilibrium were determined at pO2=1*10-6atm at 1200and 1300°C. The morphology of the zincite crystals sharply changes in air between 1200 and 1300°C from rounded to plate-like. This is shown to be associated with significant increase in total iron concentration, the additional iron being principally in the form of ferric iron. Calculations performed by Fact Sage with a thermodynamically optimized database have been compared with the experimental results. Keywords: Phase Equilibria, Fe-Zn-O, Quenching, Wet-Chemistry, EPMA, XRD, ISP.

Jan 1, 2004

By S. Ndlovu, M. Malatse

"The Witwatersrand Basin is the heart of South Africa’a gold mining industry. The cluster of gold mines located in the Witwatersrand Basin generates a significant amount of mine tailings, which have adverse effects on the environment and ecological systems. In addition, disposal costs are very high. The exponential population growth in the Witwatersrand area has resulted in pressure on the reserves of traditional building materials. Quarrying for natural construction material is very expensive and damages the landscape. This work therefore examines the use of gold mine tailings in the production of bricks.Different mixing ratios of gold tailings, cement, and water were used. The resulting bricks were then cured in three different environments - sun dried, oven dried at 360°C, and cured in water for 24 hours. The bricks were then tested for unconfined compressive strength, water absorption, and weight loss. The results showed that the mixture with more cement than tailings had a compressive strength of approximately 530 kN/m2. It was also found that the best brick curing system was in a water environment. Bricks made from tailings cost more than conventional bricks because of the higher quantity of cement used, but the manufacturing process consumes less water. Overall, the results indicated that gold mine tailings have a high potential to substitute for the natural materials currently used in brickmaking.Paper written on project work carried out in partial fulfilment of BSc. Eng. (Metallurgyand Materials Sciences)"

Jan 1, 2015