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Beatrix Gold Mine, a deep-level gold mine in the Free State province of South Africa, has the highest methane emission rate of any gold mine in the country. Methane is emitted from underground sources intersected during mining operations and is liberated into the general mine atmosphere. The total methane emission rate for the mine is of the order of 16001/s and the South section of the mine emits approximately 10001/s of methane gas. The mine has a history of gas accumulations which have led to a number of underground explosions. Following the last explosion in 2001 and the subsequent investigation, a number of recommendations were made. Two of these were to consider extracting the underground mine methane to render the mine atmosphere safe, and to declare hazardous locations that require special operating procedures. A number of such workplaces have now been declared at the South section of the mine. Methane gas is a potent, explosive greenhouse gas whose contribution to global warming and climate change is 21 times higher than that of carbon dioxide. To reduce its inherent danger and to mitigate its global warming impact, a carbon credit project under the Clean Development Mechanism (CDM) of the Kyoto Protocol has been developed and implemented, the aim being to capture and destroy the methane at Beatrix mine. The mine has constructed an extraction system to capture and extract 400 (Is of the methane. Percentage methane (per volume) of the gas intersected at source is 85%, with negligible concentrations of other hydrocarbons and water associated. The mine contracted the services of Group Five to design and construct the flare and ancillary equipment on surface, and Promethium Carbon was contracted to assist with the carbon¬-related aspects, approval framework, and administration of the project. A number of design and construction challenges had to be faced to extract and transport the gas effectively to the surface of the mine as the emitters are approximately 3 600 m away from the mine shaft at a depth of 860 m. Further considerations were the requirements for the type of column to be used to transport the methane gas, the pressure loss over the system, the safety systems needed to address the risk factors involved in the transport of the methane gas, and a suitable pumping system to extract the gas to the surface. The system operates under negative pressure provided by two blowers on surface delivering the emissions to a flare capable of burning off 450 8/s of methane gas. In this paper a number of benefits for the mine are discussed. These include, but are not limited to, the removal of approximately 55% of the total volume of methane gas from the general body of the air in the geographical areas of the mine where the methane gas is emitted into the atmosphere, and reducing the risk of methane-related incidents. A further benefit of this project is the mitigation of the global warming impact of the methane gas and the reduction of the mine's carbon footprint by approximately 25%. This project could also assist in alleviating the energy shortage being experienced in South Africa by means of the planned generation of 4 MW of electrical power, utilizing the methane gas, as a second phase of the project.

Jan 1, 2011

By S. Mohanta, I. D. Behera, B. Sahoo

"Run-of-mine coal contains particles of different sizes with different specific gravities, and when this coal is crushed, the amount of material present in a particular density class changes. This alters the washability characteristics of the coal, which affects the quantity, quality, and separation efficiency of the gravity-based coal washing process. The degree of difficulty in washing a typical coal at a particular specific gravity depends mostly on the amount of material occurring within ±0.1 specific gravity range, which is known as ‘near-gravity material’ at that particular specific gravity of separation. In this paper, two numerical indices, namely ‘near-gravity material index’ and ‘index of washability’, are used to quantify the distribution of near-gravity material in different density classes and to evaluate the degree of difficulty involved in the washing process. The results of this preliminary investigation indicate the uniform distribution of near-gravity material in all density classes for finer size fractions, whereas for coarser size fractions more near-gravity material is present in the lower density classes, making the washing process more difficult at a lower specific gravity of separation. IntroductionThe prime objective of coal beneficiation is to remove physical impurities as effectively and economically as possible. The beneficiation process includes various operations on the asmined coal to make it more suitable for enduse application without destroying the physical identity of the coal. There are several coal beneficiation processes, but gravity-based separators remain the most efficient unit operation for removing the undesirable gangue material from run-of-mine coal. These separators exploit the difference in density between coal particles and gangue particles to effect a separation. The feed is introduced into an aqueous suspension of ultrafine magnetite with a particular density. The feed particles with a relative density less than that of the suspension (clean coal) float to the top surface of the suspension, whereas particles denser than the suspension density (gangue material) sink to the bottom. When the difference in density between the particle and the aqueous suspension is large, the separation is easy, but when this difference is less the separation becomes much more difficult since the settling velocity of the particles is very low. This lower settling velocity increases the probability that particles that should report to floats report to sinks, and vice versa, hence increasing the amount of misplaced material. Therefore, the degree of difficulty in beneficiating a typical coal at a particular specific gravity depends on the amount of material occurring within ±0.1 specific gravity range. This is known as ‘neargravity’ material, also termed ‘near-dense’ material, at that particular specific gravity of separation."

Jan 1, 2016

By H. Willenberg, J. S. Coggan

ABSTRACT: Although individually both continuum and discontinuum numerical analyses provide useful means to analyze rock slope stability problems, complex failures typically involve mechanisms related to both existing discontinuities (i.e. discontinuum) and deformation and brittle fracture of intact rock (i.e. continuum). One such example is the 1991 Randa rockslide in the southwestern Swiss Alps, where failure involved several complex mechanisms, which require the consideration of progressive failure and rock mass strength degradation. This paper presents results from a series of hybrid finite-/discrete-element models directed towards the explicit modelling of brittle fracturing in natural rock slopes, enabling the modelling of progressive failure, from initiation, through to the development of catastrophic failure, transport and deposition. RÉSUMÉ: Si les modélisations numériques de type continu ou discontinu fournissent des outils utiles pour l’analyse de problèmes de stabilité de pentes rocheuses, elles montrent de sérieuses limitations lorsque des mécanismes de rupture complexes impliquent des processus liés autant aux discontinuités préexistantes qu’au développement progressif de nouvelles fractures. Ceci se retrouve typiquement dans l’exemple de l’éboulement de 1991 à Randa dans les Alpes suisses du sud-ouest, où la rupture a impliqué plusieurs mécanismes complexes nécessitant la prise en considération de la fracturation progressive ainsi que de la dégradation de la résistance des masses rocheuses. Cet article présente des résultats provisoires d'une série de modèles hybrides orientés vers la modélisation explicite de la fracturation de pentes naturelles, permettant la modélisation de fractures progressive de leur initiation jusqu’à leur développement, leur rupture catastrophique, leur transport et leur déposition. ZUSAMMENFASSUNG: Obwohl numerische Kontinuum- und Diskontinuum-Berechnungen einzeln nützliche Ergebnisse zur Stabilitätsanalyse von Felshängen liefern, sind komplexe Felsrutschungen typischerweise mit Mechanismen verbunden, die sowohl durch bestehende Trennflächen (s.a. Diskontinuum-Ansatz) als auch durch die Deformation und das Versagen intakter Felsbereiche (s.a. Kontinuum-Ansatz) bedingt werden. Ein Beispiel für einen solchen Sachverhalt ist der Bergsturz von Randa 1991 im südwestlichen Teil der Schweizer Alpen, bei dem die Rutschung mehrere komplexe Mechanismen umfasste, so dass “progressive failure” und Verminderung der Gebirgsfestigkeit in Betracht gezogen werden müssen. Dieser Artikel beschreibt vorläufige Ergebnisse einer Reihe von hybriden Modellrechnungen (Finite-/Diskrete-Elemente). Diese haben zum Ziel, explizit das bruchhafte Versagen natürlicher Felshänge zu modellieren, wobei das progressives Versagen im ganzen modelliert wird, von der Anfangsphase über die Entwicklung zum katastrophalen Versagen und den Transport und die Ablagerung der Rutschmassen.

Jan 1, 2003

By C. Haberfield, J. Szymakowski

Recent studies by the authors into the behaviour of jointed rock masses using direct shear testing have confirmed that joint spacing has a significant effect on rock mass strength. The rock mass failure envelopes assessed from these tests have been compared to failure envelopes obtained using the Hoek-Brown GSI criterion. Good agreement between measured and estimated GSI strength envelopes where obtained when joint spacing was considered in the assessment of GSI. Les études récentes conduites par les auteurs sur le comportement des joints rocheux employant l'essai direct de cisaillement ont confirmé que l'espacement a un effet significatif sur la force de la masse rocheuse. Les enveloppes de ruptures obtenues pour ces essais ont été comparées à l'enveloppe de rupture obtenue en utilisant le critère GSI Hoek-Brown. Une bonne corrélation a été constatée entre les enveloppes obtenues expérimentalement et les enveloppes calculées par la méthode GSI quand l'espacement des joints a été pris en considération dans l'évaluation de GSI. Kuerzliche Untersuchungen der Autoren betreffs Reaktionen von gebrochenen Felsmassen zu direkter Scherkraft, bestaetigen, dass die Abstaende von Rissen einen deutlichen Einfluss auf den Widerstand der Felsmassen hat. Die Bruchbereiche der Felsmassen die von diesen Untersuchungen entwickelt wurden, wurden verglichen mit den Bruchbereichen, die man mit der Anwendund der Hoek-Brown GSI Formulierung erhaelt. Eine gute Uebereinstimmung zwischen gemessenen und errechneten GSI Festigkeitsbereichen wurde erzielt, wenn der Abstand der Risse in der Berechnung der GSI in Betracht gezogen wurde.

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 S. -H. Chang, C. -I. Lee, Y. -K. Lee

Based on results from triaxial compressive tests, an experimental damage model to simulate post-peak behaviours as well as nonlinear behaviours before peak strength was developed. In order to consider pre-peak behaviours, variations of elastic constants at each damage level were regressed by functions of confining pressure. In addition, post-peak behaviours were simulated successfully by using Hoek-Brown constants. As results, the experimental model could predict nonlinear behaviours, peak strengths and stiffness changes observed in experiments. Basé sur des résultats des essais compressifs à trois axes, un modèle expérimental de dommages pour simuler des comportements de poteau-crête aussi bien que des comportements non-linéaires avant la force maximale a été développé. Afin de considérer des comportements de pré-crête, des variations des constantes élastiques à chaque niveau de dommages ont été régressées par des fonctions de pression d'emprisonnement. En outre, des comportements de poteau-crête ont été simulés avec succès en employant des constantes de Hoek-Brunes. Comme résultat, le modèle expérimental a pu prévoir des comportements non-linéaires, des forces maximales et des changements de riidité observés dans les expériences. Auf Basis der Ergebnisse des dreiaxialen Drucktests wurde das experimentelle Schadensmodell, das sowohl das nicht-lineare Verhalten vor der maximalen Stärke als auch das Verhalten nach der maximalen Stärke simulieren kann, entwickelt. Um das Verhalten vor der maximalen Stärke zu berücksichtigen, wurden die Veränderungen der elastischen Konstante bei dem jeweiligen Schadensniveau durch die Funktionen des begrenzten Drucks zurückgegangen. Außerdem wurde das Verhalten nach der maximalen Stärke unter Benutzung von Hoek-Brown Konstanten erfolgreich simuliert. Schließlich konnte das experimentelle Modell das nicht-lineare Verhalten, die maximale Stärke und die Veränderungen bezüglich der Steifigkeit während der Experimente voraussehen.

Jan 1, 2003

By Y. M. Zhao

The separating performance of a pilot dry beneficiation system using a gas-solid fluidized bed was investigated with coal from South Africa. The coal used for the study has a low inherent moisture content, a moderate ash content, a moderate volatile content, a low sulphur content and a high calorific value. Its washability is moderate. Experimental results show that the separating quality of the fluidized bed drops gradually as the feed-coal particle size decreases. The probable error, E, values for 50?25mm, 25?13 mm and 13?6 mm coals were 0.04 g/cm3, 0.06 g/cm3 and 0.09 g/cm3, respectively. The cause of the differences in separating characteristics was analysed by particle dynamics and numerical modelling. Furthermore, the pilot fluidized bed was employed to separate 50-6mm coal. In this experiment the coal ash content was reduced from 23.74% to 11.79%, with a probable error, E, value of 0.07 g/cm3and a recovery efficiency of 98.26%. This indicates that the fluidized bed is applicable to the separation of coal from South Africa and has good separating performance and wide applicability. Keywords: feed-coal particle size; gas-solid fluidized bed; dry coal beneficiation; numerical simulation.

Jan 1, 2010

By J. P. Piguet, Y. Wileveau

ABSTRACT : An experimental programme for damage assessment was performed in the vicinity of the main shaft of Andra’s Underground Research Laboratory, currently under construction in the East of France, when the shaft is crossing the Kimmeridgian marls between 80 and 100 m depth. The mechanical behaviour was analysed by mean of convergence and displacement measurements. The disturbance into the wall was assessed using numerous methods such as measurement of sonic velocities, permeability measurement and VSP measurement in radial boreholes. The intensity of the damaged zone is low, and its extension does not exceed 0.5 time the radius of the shaft. It does not seem to depend on blasting patterns. ZUSAMMENFASSUNG : Ein Forschungs- und Versuchsprogramm wurde aufgestellt, um die beschädigte Zone im Bereich der Kimmeridgemergel zwischen 80 und 100 Meter Tiefe beim Zugangsschacht des im Bau befindlichen Andralabors im Osten Frankreichs zu berechnen. Das mechanische Verhalten der Formationen wird auf der Grundlage von Konvergenz- und Verschiebungsmessungen ermittelt. Verschiedene Messmethoden, wie z.B. mikroseismische Geschwindigkeite Messungen, Permeabilitäs- und Beschleunigungsbestimmungen in strahlenförmigen Bohranordnungen, erlaubten die Ermittlung des Beschädigungscharakters der Schachtwand. Die Intensität der beschädigten Zone ist niedrig, ihre Ausdehnung übersteigt nicht die Hälfte des Radius des Zugangsstollens und scheint unabhängig vom Schema der Sprengstoffanordnungen zu sein. RESUME : Un programme expérimental visant à évaluer la zone endommagée autour du puits d’accès du Laboratoire de Recherche Souterrain de l’Andra actuellement en construction dans l’Est de la France a été mis en œuvre lors de la traversée des marnes du Kimméridgien entre 80 et 100 m de profondeur. Le comportement mécanique des formations est évalué à partir de mesures de convergence et de déplacements. La mise en œuvre de nombreuses méthodes, telles que des mesures microsismiques, des mesures de perméabilité et d’accélérométrie en forages radiaux, a permis de caractériser l’endommagement en paroi du puits. L’intensité de la zone endommagée est faible et son extension ne dépasse pas 0,5 fois le rayon du puits. L’endommagement semble indépendant des schémas de tirs testés.

Jan 1, 2003

By S. Sakurai

We discuss the mechanical characteristics of underground structures that are subjected to vertical oscillations. Under such circumstances - expected when an earthquake rupture occurs very close to highly developed urban areas - the conventional seismic analysis, which mainly considers horizontal shear oscillations, may not be fully valid. Our analysis, based on the elastic wave theory, shows the effects of vertical disturbances and the generation mechanism of the unique damage patterns observed on the occasion of the 1995 Hyogo-ken Nanbu (Kobe) Earthquake. Wir diskutieren über die mechanischen Eigenschaften der unterirdischen Strukturen, die sich vertikalen Schwingungen aussetzen. Unter solchen Umständen - erwartet, wann ein Erdbebenabbruch sehr nah an hochentwickelten städtischen Bereichen geschieht - kann die herkömmliche seismische Analyse, die sich hauptsächlich horizontale Schubbewegungen überlegt, möglicherweise nicht völlig gültig sein. Unsere Analyse, basiert auf der elastischen Wellentheorie, zeigt die Effekte der vertikalen Bewegungen und den Erzeugungsmechanismus der einzigartigen Beschädigungsmuster, die anläßlich des 1995 Kobe Erdbebens beobachtet wurden. Nous discutons les caractéristiques mécaniques des structures souterraines qui s’exposent aux oscillations verticales. Dans ces conditions - s’attendent quand une rupture de tremblement de terre se produit tout près des secteurs urbains fortement développés - l’analyse séismique conventionnelle, qui considère principalement des oscillations horizontales de cisaillement, peut ne pas être entièrement efficace. Notre analyse, qui est basée sur la théorie des vagues élastiques, montre les effets des mouvements verticaux et le mécanisme de génération des modèles uniques de dommages, que nous avons observés à l’occasion du tremblement de terre 1995 de Kobe.

Jan 1, 2003

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 A. Bouvard, N. Hoteit, E. Boidy, F. Pellet

In the context of the construction of an Underground Research Laboratory devoted to the feasibility studies of radioactive waste deposits, it appears of the utmost importance to study the long-term behaviour of rock, over a long time period. In this paper, some results of tests performed on the argillite from the Meuse-Haute-Marne site test in Eastern France are presented. Then a numerical simulation of one of this test using the viscoplastic damaging constitutive law proposed by Lemaitre is presented. Finally, this law is used to simulate numerically the behaviour of the rock at the wall of a circular tunnel in order to determine the extension and the change along the time of the Excavated Damaged Zone (EDZ). Advantages and limitations of the model are discussed. Dans le cadre de la réalisation d’un laboratoire de recherche souterrain conçu pour étudier la faisabilité d’installations de stockage de déchets radioactifs, il apparaît fondamental de caractériser non seulement le comportement viscoplastique à très long terme des matériaux mais aussi les phénomènes d’endommagement consécutif à la redistribution de contraintes provoquées par l’excavation des cavités. On présente ici les résultats d’essais réalisés sur les argilites du site de Meuse/Haute-Marne et destinés à caractériser leur comportement visco-endommageable. Il est ensuite procédé à une application de la loi viscoplastique endommageable de Lemaitre pour simuler l'un de ces tests. Les apports et les limites d'un tel modèle sont mis en évidence par des simulations numériques du comportement de la roche au pourtour d'une galerie circulaire permettant de suivre l’évolution au cours du temps de la zone endommagée (EDZ) à la paroi . Im Rahmen des Baus eines unterirdischen Forschungslabors für die Untersuchung der Machbarkeit von Deponien für radioaktive Abfälle erweist es sich als äußerst wichtig, das langfristige Verhalten von Gestein über einen langen Zeitraum zu untersuchen. Im vorliegenden Artikel werden einige Ergebnisse von Untersuchungen vorgestellt, die mit Tonschiefer aus der Meuse-Haute-Marne in Frankreich durchgeführt wurden. Anschließend wird eine numerische Simulation der Untersuchungen unter Verwendung des von Lemaitre vorgeschlagenen viskoplastischen Verformungsgesetzes vorgestellt. Schließlich wird dieses Gesetz auf die numerische Simulation eines Kreistunnels angewandt, um die Ausdehnung und die zeitliche Entwicklung der Auflockerungszone (EDZ) zu bestimmen. Es werden die Vorteile und Grenzen des Modells diskutiert.

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 R. J. Pine, J. M. Rance, J. S. Coggan

ABSTRACT: The safe design of excavations created in a fractured rock mass is of paramount importance in rock engineering. Depending on the nature of the stress regime acting on an excavation, and the associated deformational behaviour of the rock mass surrounding the excavation, a number of potential failure mechanisms exist. These involve a combination of shear failure on existing joints, extension of critically oriented joints and propagation of new fractures through previously intact rock. Conventional numerical codes usually adopt either a continuum or discontinuum approach; this often results in significant over simplification and kinematic limitations particularly when modelling complex rock mass behaviour in the close vicinity of excavations. This paper describes the results from several case examples using a combined finite element-discrete element code, ELFEN that incorporates a crack propagation mode. Through the use of selected rock engineering examples, the authors demonstrate the potential of the code in the realistic simulation of complex rock failure both in underground and surface excavation applications. RÉSUMÉ: La conception sûre des excavations créées dans une masse de roche fracturée est d'importance primordiale dans la géotechnique. Selon la nature du régime d'effort autour d’une excavation, et le déformation associé de la masse de roche autour de l'excavation, il exsite un certain nombre de mécanismes potentiels d'échec. Ceux-ci comportent une combinaison d'échec de cisaillement sur les joints existants, la prolongation des joints d’orientation critique et la propagation de nouvelles ruptures dans la roche précédemment intacte. Les codes numériques conventionnels adoptent habituellement l’approche, soit d’un continuum, soit de discontinuum; ceci a souvent comme conséquence une sursimplification significative et les limitations cinématiques en particulier en modelant le comportement complexe de la masse de roche très proche des excavations. Cet article décrit les résultats de plusieurs exemples de cas en utilisant un code qui s’agit d’une combination d’élément discret et d'élément fini, ELFEN qui incorpore un mode de propagation de fissure. Par l'utilisation des exemples choisis géotechniques, les auteurs démontrent le potentiel du code dans la simulation réaliste de l'échec complexe de roche pour les applications aux excavations soit au fond soit à l’extérieure. ZUSAMMENFASSUNG: Das sichere Design der Aushöhlungen, die in einer zerbrochenen Felsenmasse verursacht werden, ist vom paramount Wert in der Felsentechnik. Abhängig von der Natur des Druckregimes, das auf einer Aushöhlung und dem dazugehörigen deformationalen Verhalten der Felsenmasse umgibt die Aushöhlung fungiert, bestehen eine Anzahl von möglichen Ausfalleinheiten. Diese beziehen eine Kombination des Scherausfalls auf vorhandenen Verbindungen, Verlängerung der kritisch orientierten Verbindungen und Ausbreitung der neuen Brüche durch vorher intakten Felsen. Herkömmliche numerische Codes nehmen normalerweise entweder ein kontinuum oder discontinuum Annäherung an; dieses ergibt häufig bedeutende Übervereinfachung und kinematische Beschränkungen, besonders wenn es kompliziertes Felsenmasseverhalten in der Nähe der Aushöhlungen modelliert. Dieses Papier beschreibt die Resultate von einigen Fallbeispielen mit einem kombinierten begrenzten Element - getrennten Elementcode, ELFEN, das einen Sprungausbreitungmodus enthält. Durch den Gebrauch von vorgewählten Felsentechnikbeispielen, demonstrieren die Autoren das Potential des Codes in der realistischen Simulation des komplizierten Felsenausfalls bei Anwendungen für beide Tagebaue und Untergrundsaushöhlungen.

Jan 1, 2003

By C. -T. Mutale, A. S. Tuling

Titanium can exist in three different oxidation states. Its oxides are numerous and in presence of iron and oxygen, iron-titanium oxide compounds can also form. Some of the oxides are non-stoichiometric, making the determination of the thermodynamic properties of titanium and its oxides in molten steel and in slag difficult. Therefore, for the assessment of titanium activity in molten steel using the electrochemical measurements of oxygen partial pressure, the identification of oxides in equilibrium with titanium is important. This paper reports on an investigation of solid titanium oxide inclusions, which have been identified by combining different methods of analysis on quenched samples. These samples were taken from a Fe-Ti-melt at 1600°C, quenched in cold water then mounted and polished for optical microscopy. The oxide inclusions were analysed using transmission electron microscopy (TEM) with energy dispersive spectroscopy (EDS). Both single crystal and polycrystalline diffraction patterns were used to identify the oxides by comparing the d spacings with those in the ICDD X-Ray Diffraction (XRD) database. XRD was used to analyse the oxide particles on the top of slow cooled samples. It was found in the TEM study that the similarity of the diffraction patterns of the various phases meant that unique identification was difficult to achieve in some of the diffraction patterns. However, TiO, Ti2O3, Ti3O5, Ti4O7were identified in quenched samples, while TiO2, FeO.TiO2and iron oxides were seen in slow cooled samples. It was also confirmed that the type of oxides is related to titanium content of the samples. Keywords: Titanium, Titanium Oxides, Iron, TEM, XRD, thermodynamic.

Jan 1, 2004

By P. van der Heever

The genesis of Simrac?s technology transfer practices and future initiatives are discussed in this report. Simrac produces a relatively large volume of research-based health and safety outputs that must be communicated to its tripartite stakeholders and to other interested and affected parties. The wide spectrum and complexity of the transferables, together with the diversity of end-user needs and skills of the recipient population, necessitate customizing of technology transfer practices. In an attempt to optimize this process, a variety of practices are employed. Information is transferred by means of publication and dissemination of a variety of reports (paper, website and CD).Knowledge transfer is directed to health and safety practitioners by means of workshops, seminars, best practice booklets, handbooks and textbooks. Promotion of recently completed projects is directed at targeted recipients by means of project launches. Only isolated cases of piloting and implementation of technologies have been undertaken due to lack of resources and past organizational focus. It is anticipated that Simrac?s new organizational structure and management system, together with end-user involvement by industry champions, from project inception to implementation, will enhance the effectiveness of the technology transfer process.

Jan 1, 2002

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

The paper examines the design issues associated with the integration of mineral processing within underground mining systems. It demonstrates conceptual integrated system design options appropriate to a range of geological scenarios. Particular reference is then given to a case study of stoping in narrow base metal veins. The performance of such integrated systems in terms of productivity, economic and environmental criteria is demonstrated by means of simulation. Particular attention is given to the potential benefits to mine waste management. Processing technologies appear to offer genuine potential benefit, whilst underground mining methods may need to evolve further to facilitate full integration. This paper is based on industry supported research aimed at developing selective and clean underground mining systems.

Jan 1, 2003

By D. Grgic, A. Giraud, F. Homand

RESUME : Le comportement mécanique partiellement saturé du minerai de fer a été étudié à partir d’essais de compression simple sur des éprouvettes à pression capillaire imposée par les solutions salines. Les échantillons restent peu saturés (32 %) même pour une humidité relative de 94 %, du fait de la présence de mésopores. Jusqu’à 90 % d’humidité relative la résistance diminue régulièrement. De 90 % à 94 % une forte chute est observée et pourrait être liée à la fois aux effets capillaires et à l’hydratation de certains minéraux. Le cycle hydrique subit par la roche dans la mine a été modélisé en 1D à l’aide d’un code de calcul entièrement couplé pour les milieux poreux partiellement saturés. Les calculs ont montré notamment une diminution importante en paroi des contraintes totales au cours de la phase de désaturation et une augmentation importante au cours de la phase de resaturation. Ces variations pourraient induire un endommagement du massif et être à l’origine d’instabilités, et soulignent l’intérêt d’une modélisation avec une géométrie plus adaptée. MOTS-CLEFS : mines de fer, partiellement saturé, pression capillaire, résistance, modélisation. ABSTRACT : The partially saturated mechanical behavior of iron ore has been studied from uniaxial compression tests on samples in which the suction is imposed with aqueous solutions. Samples are little saturated (32 %) even for a 94 % relative humidity because pores are too large. Up to 90 % relative humidity the strength decreases regularly. From 90 % to 94 % a great decrease is observed ; it could be explained by the capillary effects and the moisturizing of some minerals. The hydrous cycle imposed to the rocks in the mine has been modeled with an 1D fully coupled code for partially saturated porous media. The computations have shown an important decrease in the total stresses at the wall during the desaturation stage and an important increase during the re-saturation stage. These variations could induce a rock mass damage and instabilities, and highlight the necessity of a modeling with a well-adapted geometry. KEY-WORDS : iron mines, partially saturated, suction, strength, modeling. ZUSAMMENFASSUNG : Das mechanische Verhalten von teilweise gesättigten Eisenerz wird durch einachsige Druckversuche untergesucht. Die Prüfkörper haben einen durch Salzlösungen gestimmten kapillarischen Druck. Sie bleiben kaum gesättigt (32 %), sogar bei einer relativen Feuchtigkeit von 94 %, aufgrund der Anwesenheit von Mesoporen. Bis eine relative Feuchtigkeit von 90 % verringert sich gleichmässig die Druckfestigkeit und zwischen 90 % und 94 % merkt man eine starke Abnahme in Verbindung, möglicherweise, mit kapillarischen Effekten und Hydratation von bestimmten Mineralen. Die nümerische 1D Modellisierung des gezwungenen Wasserzyklus im Stein der Mine ist mit einem für porösen Medien ganz vernetzten Rechnungcode geführt. Sie zeigt besonders ein bedeutendes Sinken der Gesamtspannung während der Entwässerung und eine bedeutende Steigerung während der Sättigung. Diese Veränderungen könnten die Beschädigung des Gesteines herbeiführen und die Grundlage von Unstabilität sein. Sie unterstreichen die Wichtigkeit eine Modellisierung mit einer gut geeigneten Geometrie. STICHWÖRTER : Eisenminen, teilweise gesättigt, kapillarischer Druck, Druckfestigkeit, Modellisierung.

Jan 1, 2003

By F. H. Cornet, D. Ask, O. Stephansson

We have conducted a stress analysis of overcoring stress measurements undertaken at the Zedex Test Site (ZTS) in the Äspö HRL, Sweden. Two different types of overcoring cells have been used at the site: the 9-gauge Borre Probe (CSIR-type) and the 12-gauge CSIRO HI cell. Inversion programs based on the least-squares criterion were developed and calibrated. The primary and secondary stress field in the ZTS were back-calculated using strain data from individual cells as well as from combining data from both cells. We propose that the combination of strain data from the two cells significantly improves the determination of the stress field. A striking result is the good agreement between the re-analysed overcoring data and the existing hydraulic fracturing data. The deviations for the horizontal stresses between the re-analyzed overcoring data and the existing hydraulic fracturing data are approximately 3 MPa. The deviation in the orientation of maximum horizontal stress is approximately 10-20°. Nous avons analysé les résultats de mesures de contrainte par surcarottage réalisées sur le site Zedex, du laboratoire souterrain HRL d’Aspö, en suède. Deux types de cellule de mesure ont été utilisés sur ce site : la cellule à 9 jauges (du type CSIR) et la cellule à 12 jauges (du type CSIRO HI). Un programme d’inversion mettant en œuvre une norme par moindres carrés a été développé et validé. Les champs de contrainte primaires et secondaires du site Zedex ont été évalués d’une part en considérant chaque mesure isolément, d’autre part en intégrant l’ensemble des données de déformation dans une inversion unique. Nos résultats suggèrent que l‘association des diverses mesures dans une intégration unique améliore nettement la détermination du champ de contrainte. Un résultat intéressant est le bon accord entre ces nouveaux résultats et les résultats des mesures par fracturation hydraulique. Les écarts sur l’amplitude des contraintes horizontales est de l’ordre de 3 Mpa, les écarts sur les orientations de l’ordre de 10-20°. Auf dem Zedex Test Gelände im Äspö Festgesteinslabor (HRL) wurde eine Spannungsanalyse mittels Overcoring Spannungsmessungen durchgeführt. Hierzu wurden zwei verschiedene Methoden verwendet: das 9-kanal Borre Gerät (CSIR- Ausführung) und die 12-Kanal CSIRO HI Zelle. Inversionsprogramme, die auf dem “least-squares”- Kriterium basieren, wurden entwickelt und kalibriert. Das primäre und sekundäre Spannungsfeld des Zedex Test Geländes wurde sowohl aus Verformungsdaten individueller Zellen als auch aus Kombination beider Zellen ermittelt. Wir nehmen an, daß die Kombination der Messergebnisse beider Geräte die Bestimmung des Spannungsfeldes signifikant verbessert. Überzeugender Beweis hierfür ist die gute Übereinstimmung der überprüften Overcoring Daten und Ergebnisse aus existierenden Hydraulic Fracturing Versuchen. Die Abweichungen der horizontalen Spannungen aus beiden Datensätzen ist etwa 3 MPa und Abweichungen der Orientierung der größten Horizontalspannung liegen bei etwa 10-20°.

Jan 1, 2003

Due to the reduction in frictional resistance, the characteristics of joint infill have a major role to play on rock mass instability. This paper elucidates the laboratory behaviour of graphite infilled joints based on a large-scale shear apparatus under constant normal stiffness (CNS). Discontinuities in a graphite mine have been simulated using high strength gypsum plaster, with the joints infilled with compressed graphite layers. The Fourier series was employed to characterize the joint surface, and the method of using the Fourier coefficients for the prediction of dilation and normal stress with displacement is explained. Die Charateristik von Verbindungsfüllungen hat einen wichtigen Einfluss auf Felsmassenstabilität aufgrund der Verringerung des Reibwiderstandes. Diese Veröffentlichung untersucht das Verhalten von Graphit gefüllten Verbindungen im Labormaßstab mit einer Methode die auf einem gross-umfang Apparateprinzip unter konstanter Normal-Steifheit beruht. Unregelmässigkeiten in einer Graphit Mine wurden mit Gypsum Gips von hoher Festigkeit simuliert, die Verbindungen wurden mit kompressierten Graphitschichten gefüllt. Fourier Reihen wurden angewandt um die Verbindungs Fläche zu Characterisieren. Die Methode die verwendet wurde um die Ausdehnung und Normalkraft mit der Verschiebung mit Hilfe von Fourierkoeffizienten zu bestimmen wird beschrieben. Due à diminution des résistances par frottements, les caractéristiques des joints de remplissage joue un rôle majeur sur les instabilités de la roche. Cet article étudie le comportement en laboratoire des joints de remplissage en graphite à partir d’un dispositif de friction à grande échelle sous rigidité normale constante. Les discontinuités dans une mine de graphite ont été simulées grâce à un plâtre à haute teneur en gypse, dont les joints ont été remplis de couches de graphite compressées. La caractérisation de la surface des joints a été réalisée avec les séries de Fourier. La méthode utilisant le coefficient de Fourrier pour la prédiction de la dilatation et de la compression en fonction du déplacement est également expliquée.

Jan 1, 2003