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

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

Jan 1, 2003

By GA Harrison

The introduction of Extra Low Profile (XLP) mechanised equipment within Anglo Platinum is aligned with the overall New Mining Technologies strategy to focus on continuing modernization of our mining operations to achieve injury free sustainable production and cost effective mining technologies. The method allows for the introduction of a suite of XLP and Low Profile (LP) equipment in a narrow reef (1,2m) mining environment. For the first time it is now possible to achieve total trackless mechanisation at these stoping widths and XLP Breast mining has the potential to add more value when benchmarked with conventional mining and other mechanised methods. Various types of XLP equipment were tested at different sites within Anglo Platinum and this paper describes the XLP equipment evolution to-date. It concludes with recommendations on our future strategy regarding implementation and roll out of the XLP technology within Anglo Platinum.

Jan 1, 2008

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 T. Tholana, P. N. Neingo

"Mining companies globally are currently facing severe economic and financial challenges. In addition to global challenges, the South African mining industry has to face other operational challenges that are unique to the country and which threaten the survival and competitiveness of the industry. Profit margins are being squeezed by rising costs and decreasing commodity prices, while labour productivity is greatly affected by intermittent labour unrest. This paper analyses how the South African gold mining industry has performed pre-, during, and post the global financial crisis of 2008. The competitiveness of the industry in terms of labour productivity and industry cost curve position is analysed for the period 2006–2013 to assess the impacts of both the global financial crisis and labour unrest. An analysis of the South African gold mining industry is presented at company as well as mine level. Productivity measure in this paper is limited to labour productivity, in line with limited reporting on productivity. All the data analysed was obtained from the public domain. IntroductionSouth Africa dominated the world as the number one gold producer until 2009 when China took that position, and today South Africa ranks fifth after China, Australia, Russia, and the USA. According to Statistics South Africa (2009), South Africa still had about 30 years of production in the gold sector, a forecast that fluctuates based on the day’s modifying factors. Although South Africa has a comparative advantage in terms of minerals endowment, there are challenges faced by the mining industry that hinder translation of the comparative advantage into a competitive advantage. The industry continually seeks to address these challenges to remain competitive in global markets while addressing national and community needs.Neingo and Cawood (2014) argued that stakeholders in mining are continually concerned with mine management’s ability to translate use inputs effectively into quality outputs. They further suggested close monitoring of effective utilization of people, materials, and money to obtain maximum production of commodities under given conditions. Productivity is measured in various ways, including unit cost, output per employee, and output per unit capital equipment"

Jan 1, 2016

Often plant performance suffers as a result of poor control. Poor control leads to low mill throughputs, poor classification and less than satisfactory concentrate grades and overall recoveries. By using the appropriate control tools, substantial gains in plant performance can be made. Mintek?s MillStar and FloatStar controllers have been implemented at various sites across the world. The MillStar controller incorporates leading technology that controls process units from the mill feed through to the flotation feed. Typical results show that milling circuit throughput is increased by 6-10 % and the final product grind size is tightly controlled, thereby enhancing flotation performance. The FloatStar controller is aimed at stabilising and optimising flotation circuits. Through improved level control alone, recovery improvements of up to 1 % have been achieved. Furthermore, by using on-line grade analysers, the controller stabilises final concentrate grades, whilst maximising flotation recovery.

Jan 1, 2005

By S. Jeon, J. Kim, H. Lee

Though the importance of the engineering rock mass properties such as deformation modulus, cohesion and friction angle is emphasized, the researches on the reliability of these values are rarely performed. By using modified Takagi-Sugeno (TS) fuzzy inference system, a fuzzy model was developed based on the data obtained from domestic tunnel construction sites, and the ability of prediction was compared with the empirical equations conveniently used for estimating these values, which finds that fuzzy model is better than empirical equation. Sufficiently large database, however, is required for training the fuzzy model for more accurate prediction. Obwohl die Wichtigkeit der technischen Eigentümer der Felsenmassen wie zum Beispiel Verformungsmodulus, Bindekraft und Reibungswinkel betont werden, wird die Forschung auf der Zuverläßigkeit dieser Werte selten durchgeführt. Mit modifiziertem Takagi Sugenos (TS) Flaumigenschlußsystem wird die Flaumigenmodelle von den Daten, die von inländischen Tunnelbaustellen erhalten werden, entwickelt. Zum Schätzen dieser Werte ist es viel günstig, Flaumigenmodell zu benutzen, als zu adoptieren die empirische Gleichung für die Fähigkeit der Voraussage. Genügende große Datenbank wird aber zum Ausbilden flaumigen Modells für genauere Voraussage erfordert. Quoique l'importance sur la caractéristique d'ingénierie de la masse de roche comme le module de déformation, la cohésion et l'angle de friction, soit soulignée, la recherche sur la confiance de ces valeurs est rarement effectuée. Avec le système modifié de Takagi-Sugeno(TS) fuzzy inférence, le nouveau modèle fuzzy s'est développé. Après avoir estimé sa valeur, nous pouvons savoir que ce modèle fuzzy, basé sur les données venant du chantier de construction de tunnel national, est mieux que l'équaton empirique. Pourtant plus de données de base sont indispensables pour produire le modèle fuzzy plus précis.

Jan 1, 2003

By J. N. Van der Merwe

The principal goal of the research described in the paper was to determine, by measurement of pillar scaling on pillars that have not failed, whether the pillar life prediction method developed by van der Merwe (2003) was valid as it stood or whether adjustments were necessary to the rates indirectly derived from observation of failed pillars. To this end, measurements were taken on over 350 pillars at 13sites on 6 mines. The project was done as a collaborative effort between the University of Pretoria, the Nancy School of Mines and CSIR Miningtek. During the course of the investigation, it was found that the majority of pillars display maximum scaling at mid height, that there was no clear preferential direction of pillar scaling, and that pillar corners do not scale significantly more than the mid pillar areas. The most important conclusion was that the scaling rates found by measurement agreed with the inferred rates found in the previous work. The previously developed procedure for the prediction of pillar life spans consequently requires no adjustment, although the error span is in the region of 20%. It is recommended to do further research into the effect of sealing of panels and, possible chemical changes taking place in the pillars as they age on the scaling rate.

Jan 1, 2004

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 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 S. Badr, R. Mendoza, M. U. Ozbay, M. D. G. Salamon

ABSTRACT: The use of coal pillars at depth is fraught with problems due roof control difficulties and the possible occurrence of coal or pillar bumps. In the USA the largest and most important application of pillars at depth is in longwalling, where chain pillars are the customary supports of the multiple entry developments. At first, the chain pillars were designed using conventional approaches, where the principle is that the strength of the pillar should exceed the load imposed on it. Such approach to design led to larger and larger pillars at great depths, but instead of eliminating, it tended to aggravate the roof control problems. Eventually the idea was born that small sized yielding pillars, which have proved to be successful elsewhere, might provide the answer to this pressing problem as well. The aim of this paper is to study the modes of pillar failure at great depths, using two solution methods. The first of these comprises some elementary solutions obtained with the aid of a simplified conceptualization of the rock mass. This model consists of a strain-softening coal seam sandwiched between two stratified masses. The second approach utilizes FLAC3D, which is a commercially available three-dimensional numerical modeling software package. To gain a better insight, both the strain-softening and ideally plastic Mohr-Coulomb constitutive laws embodied in FLAC3D were exploited. As expected, the width to height ratio of the pillar has proved to be the primary factor that determined the behavior of the pillars. Narrow pillars fail in a stable manner without the occurrence of instabilities. Intermediate w/h ratio pillars under the appropriate loading conditions, may fail suddenly and may even collapse totally. Squat pillars do show the potential for sudden, coal bump like side failure, but because the remaining large width of the inner core, the ruble around the pillar provides sufficient confinement so as to reestablish stability. Finally, the study revealed that the traditional Mohr-Coulomb law does not provide a useful insight into the failure of coal pillars. RESUME: L’utilisation des piliers de charbon dans les mines souterraines de grande profondeur occasionne des problèmes due aux difficultés de control de plafond et possibles fracture ou explosions au niveau des piliers. Aux Etats-Unies d’Amérique, l’utilisation des piliers dans les mines souterraines de charbon comme moyen de support est considèrees comme étant la plus grande et la plus importantes des méthodes utilisée dans le ‘’ longwalling method’’ ou une série des piliers sont disposé de manière à supporter les multiple entrées d’exploitation de charbon. En premier lieu, cette série des piliers étaient construit de manière conventionnelle avec un principe basé sur le fait que le poids exerce sur les piliers doit être inférieur a la force que ces piliers exerce sur le plafond. Ce principe a conduit a ce que le volume des piliers augmente au fur et à mesure que la profondeur au de la mine augmente. Malheureusement, au lieu de résoudre le problème de support, ce principe n’a fait qu’aggraver le problème de contrôle de plafond. Eventuellement une idée s’est dégagé allant du fait que les piliers endommagés de taille moyenne qui se sont avérés être efficaces ailleurs, pourraient fournir un indice à ce particulier problème. Le but de cette recherche est celui d’étudier les différent types de ruptures qu’un pilier peut occasionner lorsqu’il est utilisé a grande profondeur, tout en utilisant deux possible méthodes. La première d’entre elle comprend quelques solutions élémentaires obtenues avec l’aide d’une méthode simplifié et conceptuelle de la masse de la roche. Ce modèle consiste à prendre en sandwich la bande de minerais de charbon entre deux masses stratigraphiques sans pour autant endommager le plafond. La seconde méthode nécessite l’utilisation du ‘’ FLAC3D’’, qui est un logiciel commercialisé disposant d’un modèle numérique en 3 dimensions. Dans le but d’obtenir

Jan 1, 2003

By J. P. Harrison

ABSTRACT: The significant effect of fracture surface morphology on the mechanical behaviour of rock masses is well known and has been studied by many people. For linear profiles taken from fracture surfaces, short- and long-period variation has traditionally been described using the descriptors ‘roughness’ and ‘waviness’, with Fourier series analysis being perhaps the most commonly used technique to distinguish between the two attributes. However, the mathematical procedure is involved and the assumptions that have to be made may not be appropriate for rock fracture surfaces. In this paper, an alternative method is presented that enables us to distinguish between roughness and waviness of a linear profile by performing only one straightforward analysis. In our technique, surface morphology is studied in terms of the distribution of unit normal vectors to the profile. The statistical analysis of the distribution is performed using Riemannian, rather than the customary Euclidean, geometry, and from this the 1D Riemannian dispersion parameter (DR1) is obtained, which quantifies the geometry of the profile. The method is applied at different scales to both synthetic sinusoidal profiles and real rock profiles. The results show how periodic behaviour of the profile is revealed at scales where DR1 is substantially equal to zero. RESUME: L’influence significative de la morphologie des épontes sur le comportement mécanique des massifs rocheux est bien connue et a fait l’objet de nombreuses études. Pour les profils lineraires, les variations de courtes et longues périodes sont traditionnellement décrites par les indicateurs “rugosité” et “ondulation” qui sont le plus couramment distingués à l’aide d’une analyse en series de Fourrier. Cependant, la méthode de calcul utilisée et les hypothèses faites ne sont pas appropriées dans le cas des épontes rocheuses. Cet article présente une méthode alternative qui permet de distinguer la rugosité de l’ondulation d’un profil en réalisant une seule analyse directe. Avec notre technique, la morphologie de l’éponte est étudiée comme une distribution spatiale de vecteurs normaux au profil. L’analyse de cette distribution est réalisée à l’aide de la géométrie Riemannienne plutôt que la géométrie classique Euclidienne et permet d’identifier la dispersion Riemanienne en 1D (DR1) qui quantifie la géométrie du profil. Cette méthode est appliquée à différentes échelles sur des profils artificiels sinusoïdaux et des épontes naturelles. Les résultats montrent que le comportement périodique du profil est révélé à des échelles où DR1 est essentiellement égal à zéro. ZUSAMMENFASSUNG: Der signifikante Effekt von Bruchoberflaechen Morphologien auf das mechanische Verhalten von Gesteinsmassen ist gut bekannt und von vielen Bearbeitern untersucht worden. Traditionel lineare Profile von Bruchflaechen sind mit kurz und lang periodischen Variationen, die auch als “Rauhigkeit” und “Welligkeit” bezeichnet worden sind, beschrieben worden. Hierbei ist wohl die Fourier Serien Analyse das wichtigste Hilfsmittel zur Unterscheidung der beiden Attribute gewesen. Hierfuer wird jedoch ein mathematisches Prozedere verlangt und Vorraussetzungen gemacht, die vielleicht nicht fuer Gesteinsbruchflaechen zutreffend sind. In dieser Publikation wird eine andere Methode vorgestellt, die uns mit Hilfe nur einer einfachen Analyse erlaubt zwischen “Rauigkeit” und “Welligkeit” bei einem linearen Profil zu unterscheiden. In unserer Methode wird die Gesteinsoberflaeche unter zu Hilfenahme der Verteilung von Einheitsnormalvektoren beschrieben. Die statistische Analyse der raeumlichenVerteilung dieser Vektoren wird mit Hilfe der Riemannschen, anstatt der ueblicherweise benutzten Euklidischen, Geometrie durchgefuehrt. Von ihr wird der Riemannsche Dispersions Parameter (DR1) abgeleitet, der die Geometrie des Profils quantifiziert. Diese Methode ist bei verschiedenen Masstaeben sowohl auf rein harmonische (sinusoidale), syntetische Profile als auch auf Gesteinsprofile angewendet worden. Die Ergebnisse zeigen, dass bei Masstaeben bei denen DR1 nahe Null ist periodische Characteristika der Profile hervortreten.

Jan 1, 2003

By W. S. Steinberg

Keywords: Pyrometallurgy, furnace, open slag bath, Evraz, Highveld In 1963, the full-scale engineering study for the development of an Iron, Steel, and Vanadium plant was initiated. This was the birth of Evraz Highveld and its process flow as it is known today. Highveld started out as a steel works that produced steel and vanadium-bearing slag by using a titaniferous magnetite iron ore mined from its own mine site near Steelpoort. The process utilized co-current rotary kilns for pre-reduction, and submerged-arc furnaces for the production of pig iron with approximately 1.15% vanadium. Because of various technical challenges that the submerged-arc furnaces experienced over the years, a decision was taken in 2004 to convert the furnaces to Open Slag Bath (OSB) operation, in order to enable the maximum production of iron and vanadium while improving the control over operational parameters. The conversion proved to be highly successful and, since 2005, three furnaces have been converted to OSB operation. The fourth furnace will be converted in the first half of 2011. The conversion to OSB furnaces not only yields higher vanadium recovery to the metal at the iron plant, but also improves the overall throughput of the steel plant. This is the result of a higher carbon content of the liquid iron from the OSB furnaces, eliminating the need for anthracite addition to the shaking ladle process. This reduces the blowing time by approximately 60%. The conversion of the furnaces to OSB configuration is seen as an enabling technology change and a prerequisite to the implementation of other plant improvements that are envisaged. The long-term vision of EHSV is to convert five furnaces to OSB mode, and permanently decommission the two remaining submerged-arc furnaces. This will allow EHSV to maintain current steel and vanadium production but at a significantly improved overall efficiency.

Jan 1, 2011

By A. Rejeb, A. Millard

ABSTRACT: An evaluation of the importance of the thermo-hydro-mechanical couplings (THM) on the performance assessment of a deep underground storage design has been made as part of the international DECOVALEX III project. It is a numerical study that simulates a generic repository configuration in the near field in a granite medium. The thermo-hydro-mechanical evolution of the whole configuration is simulated over a period of 100 years. The model used to represent the unsaturated behaviour of the various porous media makes allowance for moisture transfers through the effect of thermal and water gradients. The paper presents a comparison of the temperature, water pressure and stress fields obtained by TM, TH, HM and THM coupled calculations. The results demonstrate that temperature is hardly affected by the couplings. In contrast the influence of the couplings on the mechanical stresses is considerable. This is attributed to the key role that water has on bentonite swelling or shrinkage effects that are dependent on its saturation level variations. KEY WORDS: Modelling, thermo-hydro-mechanical couplings, temperature, pressure, stress. ZUSAMMENFASSUNG : Im Rahmen des internationalen Projekts DECOVALEX III wurde untersucht, wie groß der Einfluss thermisch-hydraulisch-mechanischer Kopplungen (THM) auf die Leistungsfähigkeit eines Konzeptes zur Lagerung hoch radioaktiver Abfälle zu bewerten ist. Bei dieser numerischen Behandlung wird eine generelle Lagerungskonfiguration in granitartigem Milieu simuliert. Die thermisch-hydraulisch-mechanischen Prozesse werden für eine Dauer von 100 Jahren simuliert. Bei dem Modell, mit dem das Verhalten der verschiedenen, unterschiedlich porösen Milieus in ungesättigtem Zustand dargestellt werden soll, werden die Feuchtigkeitstransporte infolge thermischer und hydraulischer Vorgänge berücksichtigt. Verglichen werden in diesem Artikel verschiedene Temperatur-, Wasserdruck- und Beanspruchungsfelder, die sich aus TM-, TH-, HM- und THM gekoppelten Berechnungen ergaben. Dabei stellte sich heraus, dass die Temperatur nur gering von den Kopplungen berührt wird. Die Einflüsse der Kopplungen auf die Mechanik sind hingegen bedeutend; ausschlaggebend dafür ist der Faktor Wasser, der den Bentonit je nach Sättigungsgrad quellen oder trocknen lässt. SCHLÜSSELWÖRTER: Modellbildung, thermisch-hydraulisch-mechanische Kopplungen, Temperatur, Druck, Beanspruchung. RESUME : Dans le cadre du projet international DECOVALEX III, une évaluation de l’importance des couplages thermo-hydro-mécaniques (THM) sur les performances d’un concept de stockage de déchets fortement radioactifs a été menée. Il s’agit d’une étude numérique simulant une configuration générique de stockage en champ proche dans un milieu granitique. L’évolution thermo-hydro-mécanique de l’ensemble est simulée sur une période de 100 ans. Le modèle utilisé pour représenter le comportement non saturé des différents milieux poreux prend en compte les transferts d’humidité sous l’effet de gradients thermiques et hydriques. L'article présente une comparaison des champs de température, de pression d’eau et de contraintes obtenues par des calculs couplés TM, TH, HM et THM. Les résultats montrent que la température est peu affectée par les couplages. En revanche, l’incidence des couplages sur la mécanique est importante; ce qui est attribué au rôle majeur joué par l’eau à travers les effets de gonflement ou de retrait de la bentonite selon la variation de son degré de saturation. MOTS-CLEFS : modélisation, couplages thermo-hydro-mécanique, température, pression, contrainte.

Jan 1, 2003

By R. Ribacchi, P. Tommasi, C. Consorti, P. Campedel

The runout of dry blocky rock avalanches produced by planar rockslides affecting a limestone formation with clayey interbeds is analysed by means of distinct element modelling. Numerical analyses are validated by means of the back analysis of a historical rockslide occurred in the investigated area and physical aspects of the phenomenon evidenced by modelling are discussed. On analyse par la méthode aux élements distincts la distance de parcours des avalanches rocheuses sèches produites par des glissements plan interessant une formation de calcaire à intercalaires argilleux. Les analyses numeriques sont validées à l’aide de la back-analysis d’un glissement historique survenue dans le site en examen. On décrit les aspects physiques su phénomène mis en évidence par la modélisation efféctuée. In diesem Beitrag wird die Reichweite von Steinlawinen besthend aus trockenem blockhaftem Fels mittels der Distinct Element Methode untersucht. Die Steinlawinen werden erzeugt von Rutschungen in einer Kalkstein-Formation mit tonhaltige Schichten betreffen. Die numerischen Berechnungen wurden anhand einer Simulation einer historischen Bergsturzen verifiziert, der sich auf den untersuchten Gebiet ereignete. Auf der Basis der erhaltenen Ergebnisse wurden die physikalischen Aspekte der untersuchten Steinlawinen analysiert.

Jan 1, 2003

By C. Erichsen, J. Werfling

ABSTRACT: A three-dimensional elastic constitutive model for rock salt is proposed. This stress strain law takes into account the three phases of creep (transient, steady state and accelerated creep), dilatancy, as well as the failure and post failure behaviour. The model was implemented into a finite element program and validated on the results of laboratory tests and in situ measurements. A good qualitative and quantitative agreement with the test and measurement results is achieved. A stability analysis for an underground repository in rock salt is presented. ZUSAMMENFASSUNG: Es wird ein dreidimensionales elastisch-viskoplastisches Stoffgesetz für Steinsalz vorgestellt. Mit diesem Stoffgesetz können die drei Kriechphasen (primäres, sekundäres und tertiäres Kriechen), Dilatanz sowie das Bruch- und Nachbruchverhalten erfaßt werden. Dieses Modell wurde in ein Rechenprogramm, das auf der Methode der finiten Elemente basiert, implementiert und an Ergebnissen von Laborversuchen und in-situ-Messungen validiert. Die Versuchs- und Meßergebnisse lassen sich mit diesem Stoffgesetz qualitativ und quantitativ gut nachvollziehen. Als Anwendungsbeispiel wird der Standsicherheitsnachweis für eine Untertagedeponie im Steinsalz erläutert. RÉSUMÉ: Cet article présente un modéle constitutive élastique/viscoplastique à trois dimensions pour sel gemme. Ce modéle comprend les trois stade de fluage (fluage primaire, secondaire et tertiaire), la dilatation, le comportement de défaillance et d'après défaillance. Il est implanté dans un programme de calcul aux éléments finis. À l'aide des essais laboratoire et des mésures in situ, le modéle a été validé. Les résultats des essais et des mesures concordent qualitatifs et quantitatifs aux résultats des calculations.

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 Li. S., C. Sili

Abstract. Study on nonlinear damage localization process of rocks under water chemical corrosion is a more interesting topic in rock mechanics research world widely. It is very important in estimating long term stability of rock engineering, design of nuclear waste repository and its performance estimation, geothermal and petroleum development. This paper reports that new development of study on the topic, including methodology, results of meso-mechanical test, real-time CT scan test and acoustic emission test, temporal fractal behaviors, neural dynamic modeling and chemical-induced damage law, etc. This paper also discusses the research directions of the topic in the near future. Zusammenfassung. Untersuchung zum durch die chemische Corrosion induzierten Schaedigungsprozess ist einer der Trends im Gebiet der Felsmechanik. Sie ist zugleich ein sehr wichtiges Forschungsprojekt u.a. fuer geotechnische Langzeitstabilitaetsanalyse, Langzeitsicherheit eines Endlagers, Erdwaerme- und Erdoelfoerderung. Dieser Aufsatz stellt die neusten Entwicklungen in den folgenden Teilgebieten zusammen: Untersuchungsmethoden, Laborversuchsergebnisse der Mikromechanik, der Computer-Tomographie und der akustischen Emission, zeitabhaengige Fraktaleigenschaften, Modelle fuer die Nervendynamik sowie Modelle fuer chemie-induzierte Schaedigungen. Zum Schluss werden kuenftige Forschungsschwerpunkte bzw. –richtungen diskutiert. Résumé L’étude du processus de la localisation de l’endommagement du à l’érosion chimique est un thème d’actualité pour la mécanique des roches. Elle est également un sujet de recherche d’importance dans l’évaluation de la stabilité à long terme des ouvrages rocheux, l’analyse du system de stockage des déchets nucléaires et l’évaluation de son comportement, l’exploitation de l’énergie thermique et pétrolifère, etc. Cet article présente le développement actuel dans ce domaine, incluant la méthodologie d’étude sur le processus de la localisation de l’endommagement dû à l’érosion chimique, l’analyse des essais mécaniques avec l’observation microscopique, du balayage en temps réel (CT), et de l’émission acoustique. On aborde ainsi modèle des caractéristiques fractural du temps, le modèle de la mécanique dynamique neural, ainsi que la loi de comportement d’endommagement dû à l’effet chimique. Enfin, les perspectives relatives à ces études sont présentées et discutées.

Jan 1, 2003

By C. Lemire, A. Biscaro

Ferro-alloys are sold according to the size grading specifications of users. Fines are produced during crushing and the amount produced depends on the crushing process and the physical characteristics of the ferro-alloy. The market value of fines has declined. Market demand is very weak and in some extreme cases is nonexistent. An induction furnace melt process has been developed to solve this problem. The process feasibility has been demonstrated on a small scale with charges of approximately 2.5 kg. The piloting was carried out using a 100 kW furnace with a metal liquid capacity of 140 kg. The operating parameters were determined during the pilot process. The procedures were defined and the equipment required for melting fines produced at the client's site was sized. With the production of ingots, the client can now recover the full value of ferro-alloy fines.

Jan 1, 2004

By G. Song

"SynopsisAccording to the overlying rock strength and thickness of 10 shallow coal seams in China, the strata are classified into four types: weak and laminated strata (hereinafter referred to as WL), weak and massive strata (WM), strong and laminated strata (SL), and strong and massive strata (SM). The four types of strata, together with longwall panel height (M), panel length (L), and seam depth (H) are factors that influence the loads on hydraulic power supports. Principal component analysis was used to study the seven influencing factors. It turns out that seam depth (H) is multicollinear with WL, WM, SL, and SM. Thus the enumerated seven factors are divided into two models. In Model 1, six factors; panel height, panel length, and layer thickness of the four type strata are involved. In Model 2, three factors; panel height, panel length, and seam depth are included. Using multivariate regression analysis, two equations to calculate loads on supports are obtained for each model. The equations were applied to shallow coal seams. The equation of Model 1 is more accurate than that of Model 2, but Model 2 could be further used in deep coal seams. The equations were coded through VB programming to simplify the calculation.IntroductionTo ensure coal production in the long term, the focus of coal mining has been gradually shifted to the western areas of China in recent years due to rich coal resources in this region. Most of the coal seams in this area are shallow but the support loads are abnormally high. In these circumstances, the chock loads estimating methods used in the past do not work. If the rated working resistance of a support is larger than needed, the shield is unable to fully perform, while a lower working resistance would lead to accidents like shield crushing or even casualties. This problem is frequently found in shallow coal seams such as Shenfu-Dongsheng, Yulin, Tuha, Lingwu etc. (Zhang, 2011). Thus, to ensure safety and efficiency during mining, the estimation of support loads and selection of supports are of great significance."

Jan 1, 2015

By A. T. Haile

Detailed monitoring of the response of the rock mass between rockbolt reinforcement units subjected to a simulated seismic source has been successfully conducted. This work has shown the increase in amplification of the Peak Particle Velocity (PPV) with distance from a rock bolt unit, and, a minimum PPV for rockburst damage for the given site characteristics. This understanding, at this site, will allow the design of a suitable rock bolt spacing to prevent unravelling of the rock mass between the rock bolt units for a given level of seismicity. Or, alternatively, an estimation of the requirement for a suitable fabric support system, for the anticipated level of seismicity, can be made.

Jan 1, 2001