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Since 2001, the Hybrid Stress Blast Model (HSBM) project members have developed a software suite to model the complete blasting process from non-ideal detonation to muck pile formation. To preserve the physics and improve solution time, the breakage engine uses a combination of analytical models and 2D axisym-metric finite differences to model near-field crushing, coupled to 3D discrete lattice fracturing and distinct element numerical methods to model throw and muck pile development. The model has been validated by comparison with laboratory and field tests in kimberlite. Multiple blasthole simulations are used to demonstrate how changes to blasting parameters can influence downstream efficiencies. Case studies of wall control blasting show that the presplit design must balance the two opposing effects of increased damage with increased charge and decreasing attenuation of the seismic waves with decreasing charge. Modelling of decoupled explosives needs further development. Reducing the charge towards the back of the trim blast results in a much more significant decrease in back damage than altering the timing. The model demonstrates how separation along the weaker planes in a jointed rock can coarsen the fragmentation, leading to inefficient beneficiation, and extends the damage to a distance of at least twice the burden behind from the blasthole, severely compromising the wall stability.

Jan 1, 2012

By R. C. D. Phillis

The annual mine planning process is one of the most important tactical/operational steps towards achieving strategic goals. These tactical plans are part of a very comprehensive Mineral Resource Management process, with the natural sequel to planning being execution. The execution of an underground hard rock mine plan is a multi-project environment that comprises many development-construction-equipping-stoping single project paths, which are referred to as ?stoping paths?. The uncertainty that typifies execution of projects comes in the form of untimely disruptions to constituent tasks and/or project paths. Annual mining plans also include quantified objectives for occupational health and safety, production, quality, cost, employee morale, environment, and corporate social investment. Such objectives make for a highly complex environment that management must contend with?complex in the sense that all the paths and objectives have interdependent constraints. Furthermore, at the time of this paper, Sections54*and 55**of the MHSA*** put the onus on management to ensure legislative adherence. It stands to reason that planning estimates allow excess capacity?buffers?that cushions the impact of untimely disruptions. This paper concerns the fact that despite all the buffers allowed for, time, scope, and budget creeps impact on mine planning and threaten its successful execution. As a consequence, the paper deals with buffer management, the essence of Critical Chain Project Management (CCPM). Effective buffer management provided strategic (executive level) updates without losing the tactical/operational detail necessary for job card creation, especially where professional skills and experience are in short supply. Indicative bottom-line results showed CCPM to be highly effective.

Jan 1, 2011

By W. Robert, J. Wirth, G. Grasselli

ABSTRACT: Strength, deformability and fluid flow properties of rock joints are to a great extent controlled by the surface roughness. The hydraulic conductivity of a rock fracture depends on the aperture distribution, the surface roughness and the contact area, each of which depend on the stresses that act on the fracture plane. However, despite much recent work, a complete understanding of the relationship between void space geometry, contact areas, applied stress, and hydraulic conductivity has yet to be achieved. Moreover, although in situ rock joints are subjected to both normal and shear loading, few studies have been conducted to investigate the effect of shear displacements on fluid flow through a single rock fracture, and which have addressed the issue of flow anisotropy induced by shearing. Experimental flow tests show that with increasing shear displacement, the fracture becomes heterogeneous and anisotropic, and becomes more permeable in the direction parallel to the displacement (Yeo et al., 1998). On the other hand, dry shear tests show that the surface fails in areas facing the shear direction (Grasselli and Egger, 2003). Moreover, the experimental results confirm that the shear strength of rock joints is direction-dependent. In this paper, a three-dimensional morphological description of several a natural fractures that have undergone shear displacement were generated using the Automated Topographic System at the University of Basel. The data analysis method of Grasselli (Grasselli et al., 2002a) is used to determine the surface parameters that are known to control the shear strength. Simulations of fluid flow through this fracture, in various directions relative to the direction of shear, are conducted using an FEM flow simulator. The results constitute the most detailed analysis yet undertaken of the relationship between shear displacement, shear strength, and fracture transmissivity. RESUME: La rugosité des joints en roche joue un rôle primaire sur la réponse hydromécanique du massif fracturé. En effet, la conductivité hydraulique des discontinuités en roche est influencée par la rugosité, et par la distribution des ouvertures et des zones de contact, dont chacun dépend de l’effort normal et du cisaillement qui agissent sur la surface du joint. Les essais d'écoulement en laboratoire montrent que si cisaillée, la fracture devient anisotrope, et plus perméable dans la direction parallèle au déplacement (Yeo et al., 1998). D'autre part, les essais de cisaillement indiquent que seules les zones de la surface qui font face à la direction de cisaillement sont impliquées dans le cisaillement (Grasselli et Egger, 2003). D'ailleurs, les résultats expérimentaux confirment que la résistance au cisaillement des joints de roche est dépendante de la direction. Dans cet article, plusieurs fractures en roche ont été analysées en utilisant un système de mesure topographique à l'Université de Bâle. La méthode d'analyse de données proposée par Grasselli (Grasselli et al., 2002a) a été employée pour calculer les paramètres de la surface qui déterminent la résistance au cisaillement. Plusieurs simulations du coulage, dans diverses directions relativement à la direction du cisaillement, ont été faites à l’aide d’un programme de calcul à éléments finis. Les résultats constituent une des analyses les plus détaillé sur le rapport entre le déplacement pendant le cisaillement, la résistance au cisaillement, et la transmissivité spécifique de la fracture. ZUSAMMENFASSUMG: Die Festigkeit, Verformbarkeit und Hydromechanik von geklüftetem Fels wird hauptsächlich von der Oberflächenrauhigkeit der Bruchflächen bestimmt. Die hydraulische Leitfähigkeit einer Kluft hängt von der Verteilung der Rissbreiten, der Oberflächenrauhigkeit und den Kontaktflächen ab, die ihrerseits von dem auf die Bruchfläche wirkenden Druck beeinflusst werden. Obgleich in letzter Zeit viel in dieser Richtung geforscht wurde, kann der Zusammenhang zwischen Porenraumgeometrie, Kontaktflächen, wirkendem Druck und hydraulischer Leitfähigkeit noch nicht vollständig erklärt werden. Obwohl Klüfte in situ sowohl Normal- als auch Schubspannungen ausgesetzt sind, wurde der Einfluss von Scherverschiebungen auf den Kluftwasserfluss und die daraus resultierende Fliessanisotropie in einer einzelnen Kluft bisher kaum untersucht. Experimentelle Untersuchungen des Durchflusses zeigen, dass die Kluft für größer werdende Scherverschiebungen heterogen und anisotrop wird wobei die Permeabilität parallel zur Verschiebungsrichtung ansteigt (Yeo et al., 1998). Andererseits zeigen trockene Scherversuche, dass die Oberfläche an Stellen versagt, die gegen die Verschiebungsrichtung anstehen (Grasselli und Egger, 2003). Des weiteren bestätigen die experimentellen Ergebnisse eine Richtungsabhängigkeit der Kluftscherfestigkeit. In diesem Artikel wird eine dreidimensionale morphologische Beschreibung mehrerer natürlicher, durch Scherspannungen verschobener Klüfte vorgestellt, die vom Automated Topographic System der Universität von Basel erstellt wurde. Das von Grasselli (Grasselli et al., 2002a) entwickelte Datenanalyseverfahren wird zur Feststellung der die Scherfestigkeit bestimmenden Oberflächenparameter herangezogen. Mittels einer FEM-Simulation wird der Durchfluss durch eine solche Kluft in verschiedenen Richtungen simuliert. Die Ergebnisse stellen die bisher ausführlichste Analyse des Zusammenhangs zwischen Scherverschiebung, Scherfestigkeit und Durchlässigkeit (Transmissivität) einer Kluft dar.

Jan 1, 2003

By D. Yu. Paleev, O. Yu. Lukashov, A. Yu. Krainov, E. R. Shrager, I. M. Vasenin

The gas-dynamic method is presented of calculation of explosion-proof distances during an explosion of the methane-air mixture in mine working. On the basis of this method is modelled of shock waves interaction with explosion protective parachute partitions, obstructions and water barriers. Calculations have been carried out of attenuation factors of shock waves during their interaction with explosion protective structures, arranged near conjugation zones of mine workings. Possibilities have been analysed of suppression of intensity of shock waves and of propagation of shock waves control in mine working network of coal mines by installation of explosion protective structures.

Jan 1, 2003

By C. J. Pretorius

More than 30 percent of the global demand for zircon (ZrSi04) is supplied by South Africa. A significant amount of the zircon is exported, and beneficiated products are then imported for industrial applications locally. Beneficiating the zircon locally could have a positive impact on the local market, since zircon is only one of many such cases. Ammonium acid fluoride serves as an alternative anhydrous fluorinating agent for zircon in the synthesis of several metal fluorides1,2. It provides an effective dry fluorinating method and is easier to handle than hydrogen fluoride or fluorine gas. Zircon exposed to extreme plasma temperatures dissociates and becomes more reactive. The reaction of the plasma-dissociated zircon (Zr02.SiO2) with the ammonium acid fluoride (NH4F.XHF, where x= 1 to 5) forms two main intermediate compounds (NH4)3ZrFr(s) and (NH4) 2SiF6(s), the latter decomposing to form volatile products at relatively low temperatures, providing easy separation of the silicon and zirconium compounds. The ammonium zirconate compound decomposes to form zirconium tetrafluoride (ZrF4), which can be further manufactured into zirconium metal, to name but one product. Data on the kinetics of the reaction of ammonium acid fluoride with zircon and plasma-dissociated zircon, combined with the thermo¬dynamic parameters of the reaction, is essential for the development of an industrial process for the production of a precursor for the manufacturing of zirconium metal, namely anhydrous ZrF4. Both the reaction kinetics and reaction parameters will be included in this study, as well as some proof that the reaction proceeds to ZrF4 on a small batch scale. If the exact reaction parameters can be pinned down, a wide spectrum of anhydrous metal fluorides can be synthesized through this fluorination route.

Jan 1, 2012

By K. Thuro, R. J. Plinninger

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

Jan 1, 2003

By G. van Aswegen

Large structures in mines (faults, dykes, pillars, abutments) fail when the load exceeds the strength. If the loading system stiffness (LSS, also referred to as the ‘local mine stiffness’) is lower than the stiffness of the structure the failure will be unstable. The greater the difference between these stiffnesses, the greater the energy release during unstable failure. A method has been formulated by which the LSS is established through cost-effective numerical modelling while insight into the structure stiffness (source stiffness - SS) is provided by apparent stiffness, a parameter based on the empirical relation between seismic moment and radiated seismic energy of small seismic events from the area/volume of interest. By plotting LSS vs SS a ‘stiffness diagram’ is constructed that is useful for seismic hazard ranking of different structures. A comparative back-analysis of the Dagbreek fault in Welkom, South Africa, (source of the 1990 Matjhabeng earthquake) and two other nearby faults confirm the applicability of the method. An extension of the method, where ‘hazard magnitude’ is used as a measure of the LSS, allows a ‘stiffness diagram’ to be constructed using seismic data only. Les larges structures dans les exploitations minières (failles, dikes, piliers, culées) s’écroulent lorsque la charge dépasse la résistance. Si la raideur du système de chargement (LSS, aussi appelé la « raideur de la mine locale ») est plus basse que la raideur de la structure, l’éboulement sera instable. Plus la différence est grande entre ces deux raideurs, plus l’énergie dégagée pendant l’éboulement instable est grande. Une méthode a été formulée selon laquelle le LSS est établi par modélisation numérique rentable, tandis que la raideur de la structure (SS – raideur de la source) est établie par la raideur apparente, un paramètre basé sur la relation empirique entre le moment sismique et l’énergie sismique radiée de petits moments sismiques dans l’aire/volume en question. On trace le « diagramme de raideur » en relevant les deux mesures (LSS et SS), ce qui est utile pour classer les risques sismiques de structures différentes. On vérifie l’applicabilité de la méthode en comparant la faille de Welkom, Afrique du Sud (foyer du séisme de Matjhabeng en 1990) avec deux autres failles proches. Une extension de cette méthode, dans laquelle on utilise la « magnitude du risque » comme mesure du LSS, permet de construire le « diagramme de raideur » avec des données sismiques seulement. Große Strukturen in den Gruben (Verwerfungen, Dämme, Pfeiler, Auflager) scheitern, wenn die Last die Stärke übersteigt. Wenn die Steifheit des Ladesystems (LSS, auch bezeichnet als `lokale Grubensteifheit’) niedriger ist als die Steifheit der Struktur wird der Bruch instabil. Je grösser der Unterschied zwischen diesen Steifheiten, desto grösser die Energiefreigabe während des instabilen Bruches. Es wurde eine Methode formuliert, durch die das LSS durch eine kosteneffektive numerisches Modell erstellt wird, während ein Einblick von der offensichtlichen Steifheit in die Struktursteifheit (Quellensteifheit - SS) gegeben ist, ein Parameter der auf der emipirischen Relation zwischen seismischem Moment und ausgestrahlter seismischer Energie von kleinen seismischen Ereignissen vom Interessens-/Volumenbereich basiert. Durch das Kartograpahieren der LSS in Bezug auf die SS wird ein `Steifheitsdiagramm ' konstruiert, welches für seismische Gefahrklassifizierung der unterschiedlichen Strukturen nützlich ist. Eine vergleichende Postanalyse der Dagbreek Verwerfung in Welkom, Südafrika, (Zentrum des Matjhabeng Erdbebens 1990) und in zwei anderen nahe gelegenen Verwerfungen bestätigen die Anwendbarkeit der Methode. Eine Verlängerung der Methode, in der die `Gefahrengröße' als Maß für das LSS verwendet wird, gestattet, daß ein `Steifheitsdiagramm' konstruiert wird, welches nur seismische Daten verwendet.

Jan 1, 2003

By T. van Heerden

A range of supported gold catalysts was prepared by ion exchange, varying many of the preparation variables, including concentration in the precursor solution, washing procedure, as well as drying and calcination procedures. These catalysts have been characterized extensively. TEM images show essentially the same crystallite size distributions, between 2?5 nm, for almost all catalysts, the only exception being catalysts not washed in ammonia, which did not show any small crystallites. Additional characterization with SEM yielded an interesting discovery. Catalysts that appear identical on the TEM also contain some large crystallites in the range of 50?500 nm. Differences in dispersion due to the drying procedure not seen on the TEM can now be observed. Oxygen chemisorption is being investigated as an additional method to characterize gold based catalysts to complement the typically used electron microscope techniques.

Jan 1, 2012

By I. J. Barker

Keywords: Submerged-arc furnace, plasma furnace, d.c. furnace, scale up, Søderberg electrodes, smart grid, demand side management, load shedding This paper argues that the scale up of furnaces and the supply of electricity are going to be two major issues that will affect the ferro-alloy industry in the near future, and that economic factors will drive this development. The most common type of furnace for producing ferro-alloys at present is the submerged-arc furnace with three electrodes, fed from a three-phase a.c. electrical supply. The scale up of this technology has now reached a fundamental constraint, which is caused by the electrical reactance of the secondary circuit. If the economy of any further scale up is to be achieved in the future then a different technology will have to be used. The supply of electrical power in future is likely to become a more complex issue than it is at present. Existing submerged-arc furnaces tend to run at fairly steady loads, but the ability to swing the load under demand-side management may offer advantages, and may allow a furnace to get cheaper power from the organisations that supply this power. This will have to be counterbalanced against the nuisance factors incurred by having a varying load in the operation of the furnace. Various options are therefore discussed in this paper. The possibility of scale up of Søderberg electrodes is discussed, as well as the use of d.c. power and multiple electrodes. Some of the issues with load swinging are also examined. A particular scenario is also briefly presented to show that considerable further scale up of ferro-alloy furnaces is still possible.

Jan 1, 2011

The 107th Annual General Meeting of The South African Institute of Mining and Metallurgy was held at The Country Club, Johannesburg, Napier Road, Auckland Park on Wednesday, 11 August, 2004. Welcome The President extended a special welcome to the guests and representatives of our sister institutes and other associations, also to recipients of awards, senior members of industry, Honorary Life Fellows, past-presidents, our members and other guests, among them the following: Ralph Bagirathi, Executive Member, African Mining Association Rudi Rudolph, President, Association of Mine Managers of South Africa Andrew Whibley, President, Association of Mine Resident Engineers of South Africa Dr Con Fauconnier, President, Chamber of Mines of South Africa Nxolisi Diliza, Chief Executive Officer, Chamber of Mines of South Africa

Jan 1, 2004

By Chris M. Haberfield, Neil D. Benson

The assessment of overall modulus (or stiffness) of a fractured weak to moderately strong rock mass is a key parameter in the design of civil engineering works in these materials. It also provides the highest level of uncertainty due to scale effects, anisotropy and the influence of joint frequency and joint stiffness. Using the example of the Melbourne Mudstone, this paper compares approaches using empirical rules based on intact rock strength, laboratory testing, in situ field testing, semi-quantitative assessment techniques based on rock mass classification and back analyses. L'évaluation du module (ou rigidité) global d’une masse rocheuse faible et fissurée a modérément forte est un paramètre principal dans la conception des travaux du génie civil dans ces types de matériaux. Elle fournit également le niveau le plus élevé d'incertitude due aux effets d’échelle, à l'anisotropie et à l'influence de la fréquence et de la rigidité des joints rocheux. En utilisant l'exemple du schiste de Melbourne, cet article compare des approches empiriques basées sur la force intacte de La roche, les essais expérimentaux au laboratoire, les essais sur site, les techniques semi-quantitatives d'évaluation basées sur la classification de la masse rocheuse et les analyses en retour. Die Schaetzung des allgemeinen Steifigkeit-Moduls des gebrochenen schwachen bis zu maessig starken Felsmassen ist eine Haupt- Annahme in dem Entwurf von Tiefbau-Projekten in diesen Materialien. Es verursacht den hoechsten Grad der Ungewissheit in Folge der Groessenordnung, Spaltorientierung und dem Einfluss der Haeufigkeit der Risse und Bruch-Steife. Unter Verwendung des Beispiels des Melbourner Tonsteine, vergleicht diese Darlegung die Anwendung der empirischen Regeln, die sich auf die Staerke des ungestoerten Fels Basieren mit Versuchen in der Material Pruefungsanstalt, Untersuchungen auf der Baustelle und halb-quantitative Schaetzungsverfahren, die sich auf die Felsmassen Klassifikation und fruehere Analysen stuetzen.

Jan 1, 2003

By R. Poisel, C. Scavia, Preh A., W. Roth, M. Pirulli

ABSTRACT: Two methodologies for the three-dimensional simulation of the run out of rock avalanches are presented: one based on a granular approach and the other based on a continuum equivalent approach. An evaluation of the possible run out area of the Oselitzenbach landslide (Carnic Alps, Austria) has been carried out applying the two methodologies. The combined use of these two approaches makes it possible a comprehensive assessment of the run out area. RESUME: Deux méthodologies pour la simulation tridimensionnelle de la propagation des avalanches rocheuses sont présentées: la première est basée sur un modèle de type granulaire et la deuxième sur un modèle du continu équivalent. Une évaluation de la propagation éventuelle de l’avalanche de Oselitzenbach (Alpes Carniche, Autriche) a été réalisée en utilisant les deux méthodologies. Les résultats obtenus montrent que la combinaison des deux approches rend possible une analyse plus complète de la phase de propagation. KURZFASSUNG: Für die dreidimensionale Modellierung eines Felsmassensturzes (sturzstrom) werden zwei Methoden, eine granulare und eine kontinuumsmechanische Methode, vorgestellt. Beide Methoden wurden zur Abschätzung der Ausbreitung (runout) der Massenbewegung Oselitzenbach (Karnische Alpen, Österreich) herangezogen. Die kombinierte Anwendung beider Methoden ermöglichte eine umfassende Beurteilung des möglichen Ausbreitungsbereichs.

Jan 1, 2003

By F. S. A. de Frey

The author would like to refer to his contribution to the paper `Design of pillar systems in South Africa' by Ozbay et al. 1. The authors agreed `wholeheartedly that further research, together with carefully planned field trials, in pursuit of this potentially highly rewarding concept' of the small span small pillar method is warranted. On 30 September 2010 the author went underground at the Kroondal Chrome Mine to observe how the concept of smaller spans was being applied. He was pleasantly surprised to find that the typical coal mine bord and pillar sytem was being used very successfully. Although the deepest mining was taking place at a depth of only 450 metres, Kroondal would be an ideal mine to do further research together with carefully planned field trials. At Crown Mines Gold Mine, where the author worked, he was informed that the first recorded rockburst took place at a depth of 635 metres below surface. The depth of the platinum and chrome mines is increasing, with the risk of an excalation in injuries and fatalities due to 'backbreaks' and siesmic activity. The rock engineer at Kroondal was not aware of backbreaks occuring on the mine. It is important that the rock engineers of the base mineral and gold mines get together and give more serious attention to the host rock environment in which the pillars are situated.

Jan 1, 2011

Like it or not, CPD is upon us. As from 1 January 2006, all registered engineering professionals, i.e. professional engineers, professional engineering technologists, professional certificated engineers and professional engineering technicians, were required to undertake CPD in order to keep their professional registration current. The rules regarding CPD have been gazetted under Government Gazette No. 28328, Board Notice 131 on 23 December 2005, and they also appear on the ECSA website?www.ecsa.co.za. For the convenience of our members they are reproduced in full in this issue of the SAIMM Journal.

Jan 1, 2006

By R. J. Hundermark

Keywords: Anglo American, Anglo Platinum Ltd, Waterval, Mortimer, Polokwane, ACP, pyrometallurgy, platinum, PGMs Anglo Platinum Ltd is the largest primary platinum producer in the world and operates three smelters in South Africa: Waterval, Mortimer and Polokwane. The operational details of the smelters are covered in previous reviews, thus only unit operations that have been upgraded are discussed. The most significant of the upgrades include the installation of a second ACP converter at Waterval Smelter in 2006 and the anticipated upgrade of Mortimer Smelter to 38MW in 2011. Several advances have been made in the smelting operations to improve the furnace stability and longevity. Control of the chromium input to each of the smelters has substantially allowed continued operations at levels below the spinel saturation point in slag, which results in lowered matte and slag temperatures. Mogalakwena concentrate, arising from the Platreef ore, is used to dilute high chromium-containing concentrates. In addition, furnace controls have improved in terms of crucible temperature and condition monitoring, improved feeding control, management of alarms and trips and having the quality of instrumentation and operational rigour required to support this. Advances have been made on the ACP converter in terms of good converter matte quality, and increased intensity and efficiency of operation. Combined with improvements to both the conventional and tower sulfuric acid plants, the emissions from Waterval Smelter have been reduced substantially since the introduction of the ACP. This is in spite of increasing metal throughput. The Anglo Platinum Ltd smelting operations have made significant progress since 2006 and further advances are envisaged to further improve on safety, reduce costs, increase efficiencies and throughput, while reducing emissions.

Jan 1, 2011

By L. I. Gonzalez de Vallejo

SRC rockmass classification have been applied to 25 tunnels in Spain and Italy, for which it was found that much heavier supports than those estimated by the RMR index were required. SRC and RMR indices and other relevant geomechanical data were obtained during the site investigation and construction stages. Data corresponding to in situ stress measurements, analysis of tectonic structures, and instability problems arising during construction were used to asses the state of stress. The relationship between tunnel section convergence and the SRC and RMR indices was also analysed. Support measurements based on SRC and RMR classification were compared with those actually used during construction. These analyses indicate that for most of the tunnels examined, supports estimated using the SRC were much closer to those actually installed than those predicted by the RMR index. Bei der Verwendung des SRC-Systems zur Klassifizierung des Gesteins als Baugrund für 25 Tunnel in Spanien und Italien wurde festgestellt, dass viel schwerere Abstützungen benötigt wurden, als wenn die Beurteilung anhand des RMR-Systems angefertigt würde. Die Klassifizierung anhand des SRC- und des RMR-Systems, sowohl als auch andere wichtige geomechanische Daten wurden während des Ablaufs der Erkundungen und der Bauausführung gewonnen. Die Resultate der Messungen der Spannungen vor Ort, die Analyse der tektonischen Struktur und die Stabilitätsprobleme während der Bauausführung wurden dazu verwendet, um den im Felsgrund vorherrschenden Spannungszustand zu definieren. Das Verhältnis der Messungen der Tunnelkonvergenz zu dem SRC- und RMR-Index wurde auch analysiert. Die durch das SRC- und RMR-System vorhergesagte Grösse der Abstützung wurde mit der Grösse der Abstützungen verglichen, die am Bau letztlich verwandt wurden. Diese Vergleiche zeigen, dass für die meisten der studierten Tunnel die Vorhersage der Abstützungen, die anhand des SRC-Systems angefertigt wurden, viel näher der wirklich verwendeten waren als die Vorhersage anhand des RMR-Systems. SRC rockmass la classification ont été appliqué à 25 tunnels en Espagne et l'Italie, pour laquelle il a été trouvé que des appuis beaucoup plus lourds que ceux évalués par l'index RMR ont été exigés. SRC et des index RMR et d'autres données geomechanical appropriées ont été obtenu pendant l'enquête de site et les étapes(scènes) de construction. Les données correspondant aux mesures de stress(d'accent) in situ, l'analyse de structures tectoniques et des problèmes d'instabilité surgissant pendant la construction ont été utilisées aux ânes(culs) l'état de stress(d'accent). Le rapport entre la convergence de section de tunnel et le SRC et les index RMR a été aussi analysé. Les mesures d'appui basées sur SRC et la classification RMR ont été comparées avec ceux en réalité utilisés pendant la construction. Ces analyses indiquent que pour la plupart des tunnels examinés, les appuis évalués utilisant le SRC étaient beaucoup plus proches de ceux en réalité installés que ceux prévus par l'index RMR.

Jan 1, 2003

By R. Katzenbach, M. Vogler, U. Adamietz

Abstract The design of deep excavation pits in rock mass is dependent as well on the mechanical properties of the rock mass as for example the orientation and the type of discontinuities like bedding planes, joints and fissures, the length of the discontinuities (persistence), the grade of weathering, the strength of rock mass, and the shear strength in the discontinuities, etc., and also on the respective boundary conditions specific for the project, and here especially the geometrical boundary conditions. The basic mutual influences and interactions between these boundary conditions are explained and exemplary presented at an excavation pit with a depth of 18,5 m, situated at a slope with a surface near groundwater table. Résumé La planification des excavations profondes dépend aussi bien de la qualité mécanique du roc, par exemple la location de la texture de la surface de moindre résistance, le degré de rupture, le degré de décomposition, la dureté du roc et la résistance limitée au cisaillement de la texture de la surface de moindre résistance que des conditions limitées spécifiques pour le projet, ici en particulier des conditions limitées géométriques. Les influences et interactions essentielles et mutuelles entre les conditions limitées isolées seront expliquées et présentées à l’aide d’une excavation 18,5 m de profondeur, située sur une pente où le niveau des eaux souterraines est près de la surface. Kurzfassung Die Planung tiefer Baugruben im Fels hängt sowohl von den mechanischen Eigenschaften des Fels wie z.B. der räumlichen Lage des Trennflächengefüges, dem Durchtrennungsgrad, dem Verwitterungsgrad, der Gesteinsfestigkeit sowie der Scherfestigkeit des Trennflächengefüges als auch von den projektspezifischen Randbedingungen hier insbesondere von den geometrischen Randbedingungen ab. Die wesentlichen gegenseitigen Einflüsse und Interaktionen zwischen den einzelnen Randbedingungen werden aufgezeigt und an einer 18,5 m tiefen Baugrube in Hanglage mit oberflächennahem Grundwasser vorgestellt.

Jan 1, 2003

By J. -H. Wu, S. Nishiyama, Y. Ohnishi

The behaviors and stress distributions of the inclined jointed rock masses with different dip angles obtained from DDA are compared to the results of laboratory tests. By calculating the block stress distributions, it is confirmed that DDA can reproduce the arching around the trap door when lowering the trap door. The shapes of arching change with the angles of inclined layers. In addition, the earth pressures acting on the trap door shows non-symmetrical distributions when the layers are not horizontal. The stress concentration occurs in one side of the rock masses close to the trap door. Furthermore, the surface settlements are also related to the inclined angle, and the loosening zone in rock masses can be different from Terzghi’s theory [1]. Since, simulations have good agreements with the laboratory test , it demonstrates the applicability of DDA to explain the mechanical behaviors of tunnel, such as arching phenomenon, non-symmetrical earth pressure distributions acting on the trap door, and the surface settlement profile in the jointed rock masses. Dans cet article est décrite l’étude numérique du perçage d’un tunnel dans un massif de couches rocheuses jointes inclinées. La simulation à l’aide de l’Analyse de Déformation Discontinue (DDA), en faisant varier l’angle d’inclinaison des couches de roche, nous apporte des résultats en termes de distributions de contraintes et de comportement des couches, résultats qui sont ensuite comparés avec des résultats de tests en laboratoire. Les résultats confirment le fait que la DDA est capable de reproduire le phénomène d’arcage autour de la trappe lorsque la trappe s’abaisse. Les formes d’arcage varient selon l’angle d’inclinaison des couches de roche. Par ailleurs, lorsque les couches ne sont pas horizontales, la distribution de pression agissant sur la trappe est assymmétrique. La concentration de contraintes se produit du coté proche de la trappe. De plus, les tassements de surface dépendent eux aussi de l’angle d’inclinaison. En conséquence, les résultats de simulation sont en accord avec les tests en laboratoire, ce qui prouve que la DDA permet d’expliquer des comportements mécaniques du tunnel tels que l’arcage, les distributions assymmétiques de pression du sol sur la trappe, ainsi que le profil du tassement de surface dans la masse de roches jointes. Dieser Beitrag beschreibt eine numerische Studie über Tunnel im geklüftetem Fels. Das Verhalten und die Druckverteilungen in den unterschiedlich geneigten und geklüfteten Felsenmassen wird mit Hilfe des Discontinuous Deformation Analysis Programms (DDA) simuliert, und mit Laborversuchen verglichen. Die Resultate bestätigen, dass DDA der Gewölbewirkung im „Trapdoor“ Experiment gut reproduzieren kann. Die Form des Gewölbes, ändert sich mit unterschiedlichen Neigungswinkeln der Schichten. Bei geneigten Schichten entstehen unsymmetrische Druckverteilungen. Auch die Oberflächenabsenkung ist von dem Neigungswinkel abhängig. Die gute Übereinstimmung der Simulationen mit den Laborversuchen zeigt, dass die DDA-Methode gut geeignet ist, um das mechanische Verhalten von Tunneln, wie z.B. den Effekt der Gewölbewirkung, die unsymmetrischen Druckverteilungen bei geneigten Schichten, oder die Oberflächenabsenkung in geklüfteten Felsenmassen, zu erklären.

Jan 1, 2003

By R. M. Spang

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

Jan 1, 2003

By A. V. Z. Brink

Rock engineering risk is defined in this paper as a function of the potential ground motion; the vulnerability of the workplace; exposure of people; and a general term – quality of information. The paper describes the development of prototype software that is a combination between an expert system approach for determining overall risk assessment, a risk control recommendation and a basic GIS (Graphic Information System) approach for graphically overlying input parameters and the output risk. The expert system uses a Bayesian probabilistic approach to combine various workplace-related information, a quantified seismological environment and the exposure of underground staff to provide an overall RE risk rating. The risk assessment is dynamic in that it is recalculated each time that any of the input parameters change, for example each time a seismic event is recorded in the area of interest. The code was tested on a data set from Savuka Gold. As risk assessment is not an absolute prediction of a specific outcome, it is therefore not possible to relate to individual case studies and the reliability of this method would only be determined after an extensive period of use with appropiate back-analysis. Le risque dans le génie minier est défini dans cette étude comme une fonction du mouvement potentiel de terrain ; la vulnérabilité du lieu de travail ; l’exposition des personnes ; et un terme général – la qualité de l’information. L’étude présente décrit le développement d’un logiciel prototype qui est une combinaison entre une démarche de système expert pour déterminer une évaluation générale du risque, une recommandation pour le contrôle du risque, et une démarche de SIG (Système d’Information Géographique) pour superposer graphiquement les paramètres d’entrée et le risque de sortie. Le système expert utilise une méthode de probabilité bayésienne pour combiner des informations variées sur le lieu de travail, des données quantifiées sur l’environnement sismique, et l’exposition du personnel travaillant sous terre, pour finalement produire un classement général de risque minier (RE). L’évaluation du risque est dynamique en ce sens qu’elle est recalculée à chaque fois qu’un des paramètres d’entrée change, par exemple à chaque fois qu’un évènement sismique est enregistré dans la région. Le code fut testé sur un ensemble de données obtenues de Savuka Gold. Comme l’évaluation du risque ne constitue pas une prédiction absolue d’un résultat spécifique, elle est par conséquent difficile à rattacher à des cas individuels et la validité de cette méthode ne pourrait être déterminée qu’après une longue période d’utilisation avec analyse rétrospective appropriée. Das Gesteinstechnikrisiko wird in dieser Arbeit als Funktion einer möglichen Bodenbewegung definiert; die Anfaälligkeit des Arbeitsplatzes; das Ausgesetztsein der Belegschaft; und ein genreller Begriff - Qualität der Informationen. Das Papier beschreibt die Entwicklung einer Prototyp-Software, die eine Kombination zwischen einem Expertensystemzugang für die Bestimmung der gesamten Risikobeurteilung ist, eine Empfehlung zur Risikokontrolle und eines fundamentalen GIS (graphisches Informationssystem) Zuganges für graphisch darüberliegende Eingangsparameter und das Outputrisiko. Das Expertensystem verwendet eine bayesische Wahrscheinlichkeitsannäherung, um verschiedene mit dem Arbeitsplatz in Verbindung stehende Informationen, ein quantitativ bestimmtes seismologisches Umfeld und das Ausgesetztsein des Untertag-Personals zu kombinieren, um eine gesamte RE-Risikobewertung zur Verfügung zu stellen. Die Risikobeurteilung ist insoferne dynamisch,daß sie stets nachkalkuliert wird wenn sich irgendeiner der Eingangsparameter ändert, z.B. jedesmal wenn ein seismischer Fall im Interessensbereich aufgezeichnet wird. Der Code wurde auf einem Datenbestand von Savuka Gold geprüft. Da die Risikobeurteilung nicht eine absolute Vorhersage eines spezifischen Resultates ist, es ist folglich nicht möglich, sich auf einzelne Fallstudien zu beziehen und die Zuverlässigkeit dieser Methode könnte nur nach einer umfangreichen Benutzungsdauer mit geeigneter Postanalyse bestimmt werden.

Jan 1, 2003