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By M. W. Hildyard, M. O. Kataka

Seismic integration schemes aim to incorporate the rock mass response provided by the historical seismic activity to improve the ability of numerical models to reproduce future response to mining. Up to now, integration schemes considered the events using quasi-static models. This paper presents case studies that consider some of the seismic and modelling issues needed to extend these schemes to include the dynamic characteristics of seismic events. The ultimate aim of an automated integration scheme seems impractical for dynamic modelling. The predictions of the WAVE elastodynamic finite difference program are, however, suitable for modelling limited numbers of events to determine either the near-field velocities and damage or the effect of fractures and excavations on the far-field low frequency response. Les projets d’intégration sismique ont le but d’incorporer la réponse de la masse rocheuse à l’activité sismique historique pour améliorer la capacité des modèles numériques à reproduire la réponse future à l’exploitation minière. Jusqu’à présent, les projets d’intégration étudiaient les évènements avec des modèles quasi-statiques. L’étude présente révèle des études de cas qui considèrent certaines des questions concernant modelage et séismes qui sont nécessaires pour porter plus loin ces projets en incluant les caractéristiques dynamiques des évènements sismiques. Le but final d’un projet d’intégration automatisé semble impraticable pour la modélisation dynamique. En revanche, les prédictions du programme élastodynamique par la méthode des différences finies WAVE sont appropriées à la modélisation d’un nombre limité d’évènements de façon à déterminer soit les vitesses à petite échelle et les dommages, soit les effets des fractures et excavations sur la réponse de basse fréquence à grande échelle. Seismische Integrationsschemata zielen darauf ab, Reaktionen der Gesteinsmasse, die von den Berichten seismischer Aktivitäten stammt, zu inkorporieren um numerische Modelle in die Lage zu versetzen, künftige Antwort zum Bergbau zu reproduzieren. Bis dato betrachteten Integrationsschemata die Fälle mit quasi-statischen Modellen. Diese Arbeit stellt Fallstudien dar, die einige der seismischen und modellierenden Fragen betrachten, die benötigt werden, um diese Schemata auszuweiten, um die dynamischen Charakeristika seismischer Fälle einzuschließen. Das Endziel eines automatisierten Integrationschemas erscheint für das dynamisches Berechnen undurchführbar. Die Vorhersagen des WAVE elastodynamisch begrenzten Unterschiedprogramms sind jedoch verwendbar für das Berechnen von begrenzten Anzahlen von Fällen, um entweder die Nahfeldgeschwindigkeiten und Schaden oder den Effekt von Brüchen und Extraktionen auf der Fernfeld Niederfrequenzantwort festzustellen.

Jan 1, 2003

By R. Singh, A. K. Dhawan, M. Dixit, H. Dev

ABSTRACT: The modulus of deformation of rock mass is an important engineering parameter required for the design of foundation of hydraulic structure and to study the interaction of rock mass and the structure at the foundation support. Different equipment and techniques are used to arrive at the design modulus value. Since any error in the estimation of modulus values results in multiplication of its effects in the analysis, it is necessary to know about the reliability of testing equipment and procedures. In the present study modulus values obtained by different in-situ equipment at different project sites have been compared. KURZFASSUNG: Der Verformungsmodul von der Felsenmasse ist technisch ein wichtiger Parameter, den man zur Konstuktion des Grunds fuer die Hydro – Tektonik, benoetigt um auch die gegenseitige Beeinflussung der Felsenmasse und der Tektonik am Traggrund zu betrachten. Verschiedene Geraete und Methoden werden angewandt, um den Ausfuehrungsmodul -Wert zu erreichen. Es ist erforderlich, die Zuverlaessigkeit der Pruefeinrichtung sowie des Verfahrens zu kennen, da irgend ein Fehler in der Abschaetzung von Modulwerten in der Analyse zu einer Vervielfachung ihrer Einwirkung fuehrt. In der vorligenden Arbeit werden die Modulwerte gewonnen aus unterschiedlichen Einrichtungen an Ort und Stelle and verschiedenen Projekt -Stellen mit einander verglichen. SOMMAIRE: Le module de deformation d’une roche est un parametre important pour la conception et realisation des ouvrages hydrauliques ainsi que pour etudier l’interaction de la roche et de la structure d’appuis de base. De divers equipments et techniques sont employes pour determiner la valeur de ce module de conception. Puisque l’effet d’une erreur d’evaluation du module devient multiplie dans l’analyse, il est necessaire de savoir la fiabilite des equipments et des methods qu’on ulilise. Dans cette etude, on a compare les valeurs des modules obtenues en employant les equipments in-situ aux sites differents de projets.

Jan 1, 2003

By I. Gil, J. -C. Roegiers

Abstract Hydraulic fracturing is a technology that has been utilized for more than 50 years in the oil industry. It was originally used for stimulating hard, brittle formations which typically exhibit low permeabilities and roughly linear elastic behavior. Nonetheless, an increasingly important segment of the industry is currently stimulating very soft and poorly consolidated formations; where the assumptions of ideal elasticity and relatively small fluid leakoff fail to hold (e.g. Gulf of Mexico, West Africa, Alaska, East China). In these rocks, hydraulic fracturing stimulation has been used for several years to control and solve critical production problems such as sanding and formation damage (caused during completion and drilling operations). Although successful1, the application of this method has not been accompanied by robust fracturing modeling techniques. In addition, long term production increases were often not materialized. In other words, engineers have been able, via trial-and-error, to avoid major ‘operational’ problems but with no optimization of such treatments. Thus, most hydraulic fracturing projects carried out in poorly consolidated rocks render unexpected results. A recent worldwide survey on net pressures by the Delft Fracturing Consortium (Papanastasiou, 1997) indicated that net pressures encountered in the field are 50% to 100% higher than the net pressures predicted by conventional fracturing simulators. The difference is yet higher for the case of poorly consolidated formations (Pak, 1997). The theory for the construction of a fully coupled elastoplastic three-dimensional hydrofrac simulator, specifically conceived for unconsolidated rocks, is presented in this paper. This novel model calculates the dimensions and changes in shape of the fracture(s) being created during hydraulic fracturing operations. No assumptions are made regarding either shape or geometry of the crack(s). Three main failure criteria are used simultaneously in this model: tensile and shear stresses, and volumetric strain. Incremental forms of the governing equations of equilibrium and fluid flow are presented. The scheme chosen for solving this problem is the finite elements method, which allows both equations to be solved simultaneously at any instant in time. Résumé La fracturation hydraulique est une technologie qu’a été utilisé pour plus que 50 ans dans l'industrie pétrolière. Elle a été utilisée au début pour stimuler les formations dure et fragile que typiquement ont des perméabilités basses et un comportement élastique à peu près linéaire. Néanmoins, un segment plus important de l'industrie stimule actuellement des formations mal consolidées; où les suppositions d'élasticité idéale et de relativement petite fuite de fluide ne se tiennent pas raison (par exemple le Golfe de Mexique, l'Afrique d'ouest, Alaska, la Chine de l'est). Dans ces roches, la stimulation avec fracturation hydraulique a été utilisée pour plusieurs années pour contrôler et résoudre les problèmes critiques de production comme les dommages de formation et d’ensablement (causé pendant les opérations de l'accomplissement et forage). Bien que prospère, l'application de cette méthode n'a pas été accompagnée de techniques robustes pour le modelage de fractures. En outre, les augmentations à long terme de production n'ont pas été souvent concrétisées. En d'autre termes, les ingénieurs ont pu, via le procès et l’erreur, éviter les majeur problèmes ‘opérationnel’ mais avec aucune optimisation de tels traitements. Ainsi, la plupart des projets de fracturation hydraulique ont été exécuté dans des roches mal consolidées et ont rendu résultat totalement inattendu. Une récente étude mondiale sur les pressions nettes par le Consortium Delft pour Fracturer (Papanastasiou, 1997) a indiqué que les pressions nettes qu’ont été rencontré dans le champ sont environ 50% à 100% plus hautes que les pressions nettes prédites par les simulateurs fracturant conventionnels. La différence est pourtant plus importante pour le cas de formations mal consolidées (Pak, 1997). La théorie de construction d'un simulateur elastoplastic d’hydrofrac à trois dimensions entièrement couplé, en particulier conçu pour les roches non consolidés, est présentée dans ce papier. Ce nouveau modèle calcule les dimensions et les changements dans la forme de(s) fracture(s) étant créé pendant les opérations de fracturation hydraulique. Aucune supposition n’a été faites en ce que concernant la forme ou la géométrie

Jan 1, 2003

By H. Sekimoto, T. Matsuoka, K. Yasuhara, M. Ota, S. Akutagawa

A magnetic anisotropy sensor is used for nondestructive measurement of stress on surfaces of a ferromagnetic material, such as steel. The sensor is built on the principle of the magneto-strictive effect in which changes in magnetic permeability due to deformation of the material is measured in a nondestructive manner, which then can be translated into the absolute values of stresses existing on the surface. This technique was applied to measure stresses of H-beams used in tunnels. The results show that this method could be one of the promising technologies for non-destructive stress measurement for safe construction of underground structures. Une sonde magnétique anisotropique est utilisée pour des mesures non-destructives de stress sur la surface d' unmétal ferromagnétique, comme l'acier. La sonde est construite sur le principe de l'effet magnéto-strictif dans lequel les changements dans la perméabilité magnétique due à la déformation du metal est mesurée avec une manière non-destructive, qui peut être alors traduite en valeurs absolues des stress existants à la surface. Cette technique a été appliquée pour la mesure de stress des poutres en H utilisées dans les tunnels. Les résultats montrent que cette méthode peut être l'une des technologies promet tantes concernant les mesures non-destructives de stress pour des constructions sûres de strcutures souterraines. Ein magnetischer Anisotropie-Sensor wird für die zerstörungsfreie Messung von Spannungen an Oberflächenvon ferromagnetischen Materialien wie z.B. Stahl verwendet. Der Sensor kann Änderungen in der magnetischen Durchlässigkeit auf Grund von Verformungen des Materials erkennen, die dann in Absolutwerte der Spannungen an der Oberfläche umgerechnet werden können. Die Methode wurde auf Messung von Spannungenvon H-Balken in Tunnels angewendet. Ergebnisse zeigen, dass dies eine vielversprechende Methode für diezerstörungefreie Messung im Tiefbau ist.

Jan 1, 2003

By P. H. S. W. Kulatilake, B. Malama

To simulate brittle rocks, a mixture of glastone, sand and water was used as a model material. Thin galvanized sheets were used to create joints in blocks made out of the model material. To investigate the failure modes and strength, both the intact material blocks as well as jointed model material blocks of size 35.6 × 17.8 × 2.5 cm having different joint geometry configurations were subjected to uniaxial and biaxial compressive loadings. Results obtained from the intact model material blocks are used to validate a new intact rock failure criterion for biaxial loading. Results obtained from both the intact and jointed model material blocks are used to develop a strongly non-linear new rock mass failure criterion for biaxial loading. In this failure criterion, the fracture tensor component is used to incorporate the directional effect of fracture geometry system on jointed block strength. The failure criterion shows the important role the intermediate principal stress plays on rock mass strength. Zur Simulation spröder Gesteinsarten wurde ein Modellmaterial aus Dentalgips, Sand und Wasser hergestellt. Daraus wurden Blöcke gegossen, in denen mittels dünnen, galvanisierten Blechen Trennflächen erzeugt wurden. Die Blöcke mit Abmessungen von 35.6 × 17.8 × 2.5 cm wurden in einaxialen und biaxialen Druckversuchen belastet. Es wurde das Versagensverhalten und die Festigkeit von intakten Blöcken sowie durchtrennten Blöcken mit unterschiedlicher Trennflächengeometrie untersucht. Aus den Ergebnissen der Versuche an intaktem Material wurde ein neues Versagenskriterium für biaxiale Belastungen validiert. Die Ergebnisse der Versuche an intakten und durchtrennten Blöcken wurden verwendet, um ein neues stark nicht-lineares Versagenskriterium für geklüftetes Gebirge unter biaxialer Belastung abzuleiten. Darin wird der Bruchtensor verwendet, um den Einfluss der Trennflächengeometrie auf die Festigkeit zu erfassen. Das Versagenskriterium stellt heraus, welche Bedeutung die mittlere Hauptspannung für die Gebirgsfestigkeit hat. Un mélange de platre dentaire, de sable et d’eau a été utilisé pour développer un matériau analogue des roches fragiles. De fines feuilles galvanisées permettent de créer des discontinuités représentatives des discontinuités naturelles dans des bloques fabriqués avec ce matériau analogue. Les modes de rupture et la résistance, tant pour le matériau intact que pour le matériau avec ses discontinuités, ont été étudiés sur des blocs de 35.6 × 17.8 × 2.5 cm soumis à des efforts de compression uniaxiaux et biaxiaux. Différentes configurations de géométrie de discontinuités ont été considérées. Les résultats obtenus à partir des blocs intacts permettent de vérifier un nouveau critère de rupture pour les roches intactes soumises à des efforts biaxiaux. Les résultats obtenus, tant avec les blocs intacts qu’avec les blocs avec discontinuités, sont utilisés pour développer un nouveau critère de rupture, fortement non linéaire, pour les massifs rocheux soumis à des chargements biaxiaux. Dans ce critère de rupture, un tenseur de fractures est introduit pour caractériser les effets directionnels de la géométrie des systèmes de discontinuité sur la résistance des blocs avec discontinuités. Ce critère de rupture démontre le rôle important de la contrainte principale intermédiaire sur la résistance des massifs rocheux.

Jan 1, 2003

By A. Rejeb

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

Jan 1, 2003

By M. Z. Emad, N. Abbas, Y. Majeed

Room-and-pillar mining is commonly employed for the extraction of rock salt in undergroundmines. Pillar stress is a major concern in these mines as it is directly related to stability and mineralrecovery. In this study a flat jack method was used to measure pillar stresses in three undergroundrock salt mines in Pakistan. The field work included determination of in-situ stress, in-situ elastic modulus, recording of field variables (pillar length and width, height and width of opening, opening width to height ratio, extraction ratio, and overburden height) and collection of salt block samples. The geomechanical properties of rock salt (uniaxial compressive strength, Young’s modulus, Brazilian tensile strength, and density) were also determined to estimate overburden stress, pillar strength, and factor of safety (both estimated and actual). It was found that the measured pillar stresses are proportional to the overburden stress values, with their magnitude ranging from 6.05 MPa to 11.97 Mpa, and the pillars were found to be stable. Regression analysis was performed to develop statistical models for in-situ stress and in-situ elastic modulus. Finally a quick guideline chart was developed to determine the suitable length of pillar for a given span and required level of safety.

Jun 5, 2023

By M. Hakala

A computer program was developed to simulate transient strains and stresses during an overcoring in the situ stress measurement. The solution is based on superpositioning of elastic stresses. The measured strains can be compared with the calculated ones to check if the measured transient behaviour is accordant with the interpreted in situ state of stress. If not, the in situ state of stress can be calculated based on any transient or final strain values. The transient stresses can be compared with the strength envelope of intact rock and thereby estimate the core damage potential. Technically, the developed code fulfilled all the objectives, and the numerical error was found to be less than 5%. The basic idea can be applied also for different overcoring probes with minor modifications and recalculation of stress tensors. The analysed case studies showed clearly the advance of having an objective and practical quality control method to study the reliability of the in situ stress measurement data. The study was set up and funded by the nuclear waste management companies Posiva Oy ( Finland ) and Svensk Kärnbränslehantering AB ( Sweden ). Un programme informatique a été développé pour simuler des tensions et des contraintes passagères pendant la mesure in situ de contrainte de surcarottage. La solution se fonde sur une superposition de contraintes élastiques. Les contraintes mesurées peuvent être comparées avec celles calculées pour vérifier si le comportement passager mesuré correspond à l'état de contrainte in situ interprété. Sinon, l'état de contrainte in situ peut être calculé à partir de n'importe quelle valeur de contrainte passagère ou finale. Les contraintes passagères peuvent être comparées avec l'enveloppe de force de roche intacte et ainsi il est possible d'évaluer le potentiel de dégâts au noyau. Techniquement le code développé a rempli tous les objectifs, et le taux d'erreur s'est révélé être inférieur à 5 %. L'idée de base peut être appliquée aussi pour différentes expériences de surcarottage avec des modifications mineures et le recalcul de tenseurs de contrainte. Les études de cas analysées ont montré clairement l'avantage d'avoir une méthode de contrôle de qualité objective et pratique pour étudier la fiabilité de données de mesure de contrainte in situ. L'étude a été fondée et financée par les sociétés de gestion de déchets nucléaires Posiva Oy (Finlande) et Svensk Kärnbränslehantering AB (Suède). Es wurde ein Computerprogramm entwickelt, um Transient-Beanspruchungen und Spannungen während eines Überentkernens in situ-Spannung-Messung zu simulieren. Die Lösung beruht auf Superpositionierung von elastischen Spannungen. Die gemessenen Beanspruchungen können mit den berechneten Daten verglichen werden, um nachzuprüfen, ob das abgemessene Transient-Verhalten mit dem interpretierten in situ-Zustand der Spannung übereinstimmt. Wenn nicht, kann der situ-Zustand der Spannung auf irgendwelchen Transient- oder endgültigen Beanspruchungswerten berechnet werden. Die Transiet-Spannungen können mit dem Stärke-Umschlag des intakten Felsens verglichen werden und dadurch ein Kernbeschädigungspotential kalkulieren. Technisch erkannte der entwickelte Code alle Ziele und hat gefunden, dass die numerische Fehler weniger als 5 % waren. Grundsätzlich können auch verschiedene Überentkernen-Untersuchungen mit kleineren Modifizierungen und Wiederberechnung des Spannung-Tensors angewandt werden. Die analysierten Fallstudien zeigten deutlich den Fortschritt, objektive und praktische Qualitätskontrollmethode zu haben, die Zuverlässigkeit in Situ-Spannung-Messung-Daten zu studieren. Die Studie wurde aufgestellt und durch Atommüll-Management-Firmen Posiva Oy (Finnland) und Svensk Kärnbränslehantering AB (Schweden) finanziert.

Jan 1, 2003

By J. W. Latilla, J. J. van Wijk

In late 1997 a request was received to assist with determining the powered support unit (shield) load capacities for the planned 2 seam short wall. This project had a number of aspects which made it attractive to utilize numerical modelling in conjunction with other more conventional design tools in the design of the shields. Amongst these were: The 2 seam panels were to be laid out about 25 m below the previously short walled 4 seam, the 4 seam had in turn been over-mined by the 5 seam long wall, the proposed face height of the 2 seam short wall was 5.5 m while the 4 seam had been mined at 4 m. The top seam in the area (5 seam) had been mined at between 1.5 and 2.2 m high, the face conditions with about 95 m of broken material applying dead weight loading to the 2 to 4 seam inter-burden septum were hard to predict and cyclical loading due to the presence of strong sandstone bands in the 2 to 4 seam inter-burden. The basic thrust of the study was to take the known, and successful, situation (4 seam short wall) and carry out comparative modelling to enable prediction of likely 2 seam conditions. Some two dimensional aspects studied were: 5 m goaf hanging up behind shields, stresses in beams to determine likely first goaf roof span, stresses in cantilever beams to asses cyclical loading due to sandstone bands in the interburden being loaded by the overlying goaf and stresses on chain and crush pillars adjacent to the goaf edge. Three dimensional aspects that were investigated included: Load distribution along face for close goafing and 5 m goaf hang-up and load in a 1 m wide rib modelled in the position of the powered support units. From the modelling it was possible to determine the optimal shield leg capacity of the new 2 seam equipment. These outputs were used when drawing up the technical specifications for manufacture of the new equipment. The face was successfully commissioned in August 2002. Fin 1997, requête fut faite pour aider à la détermination des capacités de charge pour l’unité de soutènement mécanisée (bouclier) pour la couche 2 courte taille en projet. Certains aspects de ce projet le rendaient intéressant pour utiliser la modélisation numérique en même temps que d’autres méthodes conventionnelles pour la conception des boucliers. Parmi ces aspects se trouvaient : Les panneaux de la couche 2 devaient être placés environ 25 m au dessous de la couche 4 courte taille ; la couche 4 avait été remplacée par la couche 5 longue taille ; la hauteur de taille proposée pour la couche 2 courte taille était 5.5 m, tandis que la couche 4 avait été exploitée à 4 m. La couche supérieure de la région (couche 5) avait été exploitée entre 1.5 et 2.2 m de hauteur ; il était difficile de prédire les conditions de taille, avec environ 95m de matériaux cassés ajoutant une charge morte à la plaque de séparation entre les couches 2 et 4 et un chargement cyclique causé par des bandes de grès dans l’entre-fardeau 2-4. L’idée principale de l’étude fut de prendre la situation connue et réussie (couche 4 courte taille) et de faire une modélisation comparative pour prédire les conditions probables de la couche 2. Certains des aspects à double dimension qui furent étudiés étaient : Un accrochage de remblai de 5m derrière les boucliers ; contraintes dans les poutres pour déterminer le premier intervalle probable entre remblai et toit ; contraintes dans les poutres en porte-à-faux pour évaluer le chargement cyclique causé par les bandes de grès dans l’entre-fardeau qui est accablé par le remblai et les contraintes sur les piliers par chaîne et d’écrasement adjacents au bord du remblai. Aspects à trois dimensions qui furent étudiés : Distribution de la charge le long de la taille pour les remblais proches et l’accrochage de remblai de 5 m et la charge dans une nervure de 1 m de large modelée dans la position des unités de soutènement mécanisées. La modélisation a permis de déterminer la capacité de portée optimale du bouclier du dispositif nouveau pour la couche 2. Ces résultats furent utilisés pour dresser les spécifications techniques pour la fabrication de l’équipement nouveau. La taille fut commissionnée avec succès en août

Jan 1, 2003

By H. B. Arntzen, P. O. Grøntvedt, T. Lindstad, R. J. Ishak, M. Syvertsen

Better utilisation of electric power and coke is vital in reducing production costs and CO2-emissions in production of ferromanganese. All FeMn smelting operations consume 10 to 30 % more carbon than the carbon needed to reduce MnO and FeO to metal and the carbon contained in the alloy. Potassium which re-circulates and builds up in the furnace has been shown to be the main culprit causing both excessive carbon consumption, by catalysing the Boudouard reaction, and increased electric power consumption. The reaction between CO2 and ordinary metallurgical coke or coke impregnated with potassium has been studied at temperatures from 800 to 1100°C in a thermobalance apparatus. Ordinary coke did not react to any great extent at temperatures up to 1000°C, whereas the addition of potassium (2-10 %) resulted in a huge increase in reaction rates. The ultimate goal is to fit the results into a reaction rate model containing the equilibrium constant for the solid-gas heterogeneous reaction between CO2 and a free active site on the carbon reactant producing CO and adsorbed oxygen (an occupied site). The model includes the partial pressures of CO and CO2, a reaction rate constant that is a function of both the total number of reaction sites of carbon, and the potassium content. The potassium dependency is taken care of by introducing activity coefficients for the carbon sites. As the first step towards such a model, a regression line for the Boudouard reaction rate has been established.

Jan 1, 2004

By J. W. Latilla, J. J. van Wijk

A running facebreak ahead of the powered support units occurred on the number 4 seam at Matla Coal’s number 3 shaft (Matla 3) in April and May 2002.Very difficult mining conditions were experienced for a distance of some 150 m in the tailgate and to a lesser extent on the face itself. The paper analyses the main causes for the high stress conditions leading to the facebreak, namely, the existence of a >20 m dolerite sill close to surface and the effect of stopping longwalling on the overlying 5 seam. Difficulties experienced during the facebreak are discussed, including, pillar and roof collapses in the tailgate, high stress areas ahead of the face causing roof and sidewall stability problems, flushing of broken rock into the face area at the tailgate, secondary mid-face breaks, and the availability of critical support units. Successful rock engineering interventions and learning points were that, a goaf angle of 14.6° was found to be more realistic than the previously used 20 to 25° in predicting dolerite sill behaviour in this area, pre-split blasting of the sill significantly reduced stress on the face and tailgate allowing re-support work to proceed, varying pillar support types were analysed and rated, the need to always have a ground control “First Aid” kit available was recognised and a strategy for subsequent panels beneath the sill was developed. Numerous support units were used and the performance of the more suitable types is briefly discussed. A running facebreak ahead of the powered support units occurred on the number 4 seam at Matla Coal’s number 3 shaft (Matla 3) in April and May 2002.Very difficult mining conditions were experienced for a distance of some 150 m in the tailgate and to a lesser extent on the face itself. The paper analyses the main causes for the high stress conditions leading to the facebreak, namely, the existence of a >20 m dolerite sill close to surface and the effect of stopping longwalling on the overlying 5 seam. Difficulties experienced during the facebreak are discussed, including, pillar and roof collapses in the tailgate, high stress areas ahead of the face causing roof and sidewall stability problems, flushing of broken rock into the face area at the tailgate, secondary mid-face breaks, and the availability of critical support units. Successful rock engineering interventions and learning points were that, a goaf angle of 14.6° was found to be more realistic than the previously used 20 to 25° in predicting dolerite sill behaviour in this area, pre-split blasting of the sill significantly reduced stress on the face and tailgate allowing re-support work to proceed, varying pillar support types were analysed and rated, the need to always have a ground control “First Aid” kit available was recognised and a strategy for subsequent panels beneath the sill was developed. Numerous support units were used and the performance of the more suitable types is briefly discussed. Une cassure de taille en avant des unités de soutènement s’est produise sur la veine numéro 4 dans le puits numéro 3 (Matla 3) de la mine Matla Coal en avril et mai 2002. Les conditions d’extraction étaient extrêmement difficiles sur une distance d’environ 150 m dans la voie de tête et, en moindre mesure, sur le front de taille lui-même. L’étude présente analyse les raison majeures pour les conditions de grandes contraintes qui ont conduit à la cassure de taille, à savoir l’existence d’un mur de dolérite de >20m proche de la surface et l’effet d’arrêter la longue taille sur la veine 5 superposée. Les difficultés rencontrées pendant la cassure de taille sont rapportées, y compris les effondrements de piliers et toit dans la voie de tête, les aires de grandes contraintes en avant du front de taille causant des problèmes de stabilité pour le toit et les parois latérales, l’injection de roches cassées dans la taille en voie de tête, les cassures secondaires à mi-taille, et la disponibilité d’unités de soutènement critiques. Interventions minières réussies et leçons apprises furent : un angle de remblai de 14.6° était plus réaliste que celui de 20 à 25° utilisé auparavant pour prédire la conduite du mur de dolérite dans cet endroit ; tir à deux temps du mur a réduit considérablement les contraintes sur la taille et la voie de tête, ce qui a permis un travail de support complémentaire ; des types variés de support de piliers furent analysés et évalués ; la nécessité d’avoir toujours une trousse de première urgence disponible fut reconnue ; et finalement une stratégie pour les panneaux en dessous du mur fut

Jan 1, 2003

By S. Jiansheng, H. Nakayama, D. Lu, A. Wang

ABSTRACT: New techniques and methods for 3D geo-mechanical model test are presented in this paper. The new model material NIOS with high density and low cost; the so-called DPSS (Discrete Principal Stress Surface) loading concept, the loading and monitoring system for the generation of the 3D initial stress field of the model test, also the special techniques and apparatuses for modelling the excavation of caverns located deep inside the model material, are developed and introduced. By adopting those new techniques, a very large 3D geo-mechanical model test with high comparability for a newly designed underground powerhouse has been successfully fulfilled. Key Words: 3D model test, underground group caverns, excavation process modeling. ZUSAMMENFASSUNG: Neue Techniken und Methoden für 3D geomechanischen Modellversuch wurden in diesem Artikel vorgestellt. Ein neues Modellmaterial mit hocher Dichte und niedrigem Preis, ein sogenanntes DPSS (Discrete principal stress surface) Ladenkonzept, ein Laden- und Überwachungssystem für die Erzeugung des 3D primären Spannungsfelds und überdies spezielle Techniken und Maschinen für das Ausbruch der tief in dem Versuchsmodell liegenden Kaverne wurden entwickelt. Bei Anwendungen dieser neuen entwickelten Techniken wurde ein sehr großer 3D Modellversuch mit großem Maßstab für ein geplantes unterirdisches Kraftwerk erfolgreich durchgeführt. Stichworte: 3D Modellversuch, unterirdischen Gruppekaverne, Ausbruchsmodellierung Résumé: le test de modèl de Nouvelles techniques et méthodes pour la géo-mécanique 3D est figuré dans ce papier. Le nouveau modèle de matériels NIOS avec la haute densité et le coût bas; la conception proposée de chargement DPSS (Discrete Principal Stress Surface), le système de chargement et de moniteur pour la génération de champs de stress initial du test de modèle, ainsi que les techniques et appareils spéciaux pour modeler les excavations de cavernes profondément localisées dans l’intérieur du matériel de modèle, sont développés et introduits. A travers l’adoptation de ces nouveaux techniques, le test de modèle de la géo-mécanique très large 3D avec la haute comparabilité pour actualiser une nouvelle étude de la centrale électrique sous-terraine a déjà accompli avec succès. Mots de clé: test de modèle 3D, groupes de cavernes sous-terraines, processus de modèle d’excavation

Jan 1, 2003

By P. Sun

Abstract: From the viewpoint of interaction mechanics of solid and gas, a coupled mathematical model is presented for coal/rock mass deformation and gas leak flow in parallel deformable coal seams. Numerical simulations for the prediction of the safety range of mining of protection layer are performed with experimental data from a mine with potential danger of coal/gas outbursts. Analyses show that the numerical simulation results are consistent with the measured data on the spot. Therefore, the coupled model shows a positive future for applications in a wide range. ZUSAMMENFASSUNG:Von der Veranschaulichung der Abhängigkeit Mechaniker für Körper und Gas, wird ein verbundenes mathematisches Modell für festen coal/rock Deformation und Gasleckstelle Fluß in parallele deformable Kohlenähte dargestellt. Numerische Simulationen für die Vorhersage der Sicherheit Strecke, die Schutzschichtbergbau verwendet, werden mit experimentellen Daten von einer Grube mit möglicher Gefahr der coal/gas Ausbrüche durchgeführt. Analysen zeigen, daß die numerischen Simulation Resultate mit den gemessenen Daten bezüglich des Punktes gleichbleibend sind. Folglich zeigt das verbundene Modell eine positive Zukunft für Anwendungen in einer breiten Strecke. RÉSUMÉ: Du point de vue de la mécanique d'interaction pour le solide et le gaz, un modèle mathématique couplé est présenté pour l'écoulement plein de déformation de coal/rock et de fuite de gaz dans les filons houillers deformable parallèles. Des simulations numériques pour la prévision de la gamme de sûreté employant l'exploitation de couche de protection sont effectuées avec des données expérimentales d'une mine avec le danger potentiel des accès de coal/gas. Les analyses prouvent que les résultats numériques de simulation sont conformés aux données mesurées sur place. Par conséquent, le modèle couplé montre un futur positif pour des applications dans un éventail.

Jan 1, 2003

By P. A. Lilly, W. Sarunic

In most cases, slope movement monitoring data are collected on a temporal basis and displacement or velocity is plotted against time in order to assist the engineer to make judgements about slope behaviour. Once an unusual behaviour pattern has been established, the data are then analysed to estimate when the key inflection points occur in the data, when the slope movements start to accelerate and, ultimately, when the slope is expected to collapse. The identification of these inflection points is sometimes difficult to achieve with the naked eye. This paper presents the application of a trend analysis technique, known as cusums, to assist in this process. The authors have presented a range of data from various real life examples which highlight the effectiveness of the cusums technique. A key aspect of the cusums technique is the use of a constant (K) against which data trends are assessed. This constant is best derived from slope performance data at each site, as each rock mass will behave in its own unique way. The authors have experienced slopes that have had threshold values ranging from 0.1mm/day through to 10mm/day, and therefore a conservative approach should be adopted when assessing the performance of slopes.

Jan 1, 2006

By B. Simser

At Brunswick Mine, an increase in the number of seismically-related falls of ground and in particular rockbursts occurred during 1999. This was due to the ever-increasing stress levels in the remaining ore reserves, mining in difficult highly stressed areas and in particular troublesome geological features. In conjunction with the Noranda Technology Centre, development of rockburst support systems started at the Brunswick Mine in 1996 and efforts were accelerated in 1999. A support package consisting of #6 gauge chain link mesh, #0 gauge heavy mesh straps, and a 1 m by 1 m pattern of modified conebolts was developed. The conebolts were modified to enable mixing of the resin anchoring. Two major rockbursts occurred during an intense seismic episode at the Brunswick Mine from October 13th to 17th , 2000.The area was evacuated approximately four hours before the first burst hit, and remained closed during the seismic ?flurry??. The first damaging activity occurred around midnight on Friday the 13th, and a second damaging episode occurred on the 17th that included a local Richter Magnitude 2.7 event. The second rockburst had dimensions of approximately 5 m by 5 m by 20 m or 2150 tonnes of massive sulphide material (density 4300 kg/m3). The first failure area was more extensive, caving approximately six metres of an intersection back with the lateral extent not safely measurable. This paper briefly describes the mining conditions that led to the bursting, the seismic response of the region, the mechanisms thought to have caused the bursts, and a yielding support system which had been partially installed before the burst.

Jan 1, 2002

By D. L. H. Bulbring

The removal of a cylindrical core from thick-wall sections for creep analysis by the relatively new Weldcore® process represents a very exciting methodology for obtaining more representative creep damage data from large engineering structures. The cylindrical core that is removed, representing about 60% of the wall thickness, leaves a substantial removal site that needs to be repaired. This paper presents data pertaining to taper Friction Hydro Pillar Processing as an alternative repair technique for filling the core removal site. Process parameters were evaluated with special attention being paid to the effect of downward force on process response variables, weld defects, and mechanical properties of 10CrMo910 steel. Process temperature and torque response as well as total process energy input were also considered. This paper also assesses the static and dynamic performance of this repair technique. The influence of a varying downward force and the occurrence and position of discontinuities were quantified. Downward force was shown to have the most notable effect on weld joint dynamic performance and was found to be related to the process temperatures achieved in close proximity to the weld interface.

Jan 1, 2013

By Basson. J., L. R. Nelson, L. A. Cramer

The South African based platinum mines produce the world?s majority of platinum metal that is used in autocatalysts and jewellery. As the platinum market is forecast to grow at healthy rates into the future, the South African producers, Anglo Platinum, Impala, Lonmin and Northam are planning to expand in the next decade. Furthermore a number of smaller producers who are accessing other mineral rights are entering the buoyant market. The South African platinum mines have traditionally exploited the Merensky reef of the Bushveld Igneous Complex (BIC); however, the mining of this reef is reaching depths that require significant vertical shaft systems and costly refrigeration for access to the ore bodies at deeper levels. In the past decade all of the producers have begun to mine the less attractive UG2 reef because of its cheaper mining costs. This UG2 reef contains significant quantities of chromite with typically a chrome-to-iron (Cr/Fe) ratio of 1.35. UG2 ores can contain between 10 and 25% Cr2O3 depending upon the reef width and the selected mining method. It is relatively cheap and easy to extract a portion of the chromite from a platinum concentrator tailings stream at a grade of between 40-42% Cr2O3. However it is only in recent years that some ferrochrome producers have begun to source some of their chromite from the tailings of platinum producers. South Africa is also the world?s largest single producer of ferrochrome and supplies much of the world?s stainless steel producers and thus the growing market for their product. As the traditional sources of high Cr/Fe ratio ores have been depleted at the shallow economic depths and thus have become more expensive sources of chromite, technical developments have improved the ability to use fine chromite economically to make acceptable grades of ferrochrome. Thus UG2 fines are now becoming possible cheap sources of acceptable feed to the ferrochrome industry. The abundance of feedstock for ferrochrome production and the lessening dependence on mined material will impact upon the structure of the ferrochrome business in South Africa. With continued platinum mining from UG2 reefs, South Africa is set to remain highly competitive in the world?s ferrochrome/stainless steel industry.

Jan 1, 2004

By J. D. Steenkamp, G. E. Williams

Keywords: Ilmenite, titania slag, pig iron, rutile, zircon Located on the eastern shores of South Africa, 180 km north of Durban, Richards Bay Minerals (RBM) produces approximately 2.0 million metric tonnes of product annually making RBM a leading producer of titania slag, high purity pig iron, rutile and zircon. Heavy minerals are extracted from the nearby dunes by dredging and concentration on a floating gravity separation plant, followed by separation of the ilmenite, rutile and zircon at the mineral separation plant located at the smelter site. The ilmenite is processed through an oxidizing roast followed by magnetic separation and is then partially reduced to an 85 per cent TiO2 slag in one of four six-in-line a.c. electric arc furnaces. The slag is milled and then classified into two product sizes suitable as a raw material for both the sulphate and chloride pigment processes. The high quality iron produced during the reduction process is further processed to produce various grades of low-manganese iron. Around 95 per cent of the products are exported, yielding a world market share of about 25 per cent of titania slag, rutile, high quality pig iron, and zircon.

Jan 1, 2006

By J. Basson, L. R. Nelson, L. A. Cramer

The South African based platinum mines produce the world?s majority of platinum metal that is used in autocatalysts and jewellery. As the platinum market is forecast to grow at healthy rates into the future, the South African producers, Anglo Platinum, Impala, Lonmin and Northam are planning to expand in the next decade. Furthermore a number of smaller producers who are accessing other mineral rights are entering the buoyant market. The South African platinum mines have traditionally exploited the Merensky reef of the Bushveld Igneous Complex (BIC); however, the mining of this reef is reaching depths that require significant vertical shaft systems and costly refrigeration for access to the ore bodies at deeper levels. In the past decade all of the producers have begun to mine the less attractive UG2 reef because of its cheaper mining costs. This UG2 reef contains significant quantities of chromite with typically a chrome-to-iron (Cr/Fe) ratio of 1.35. UG2 ores can contain between 10 and 25% Cr2O3 depending upon the reef width and the selected mining method. It is relatively cheap and easy to extract a portion of the chromite from a platinum concentrator tailings stream at a grade of between 40-42% Cr2O3. However it is only in recent years that some ferrochrome producers have begun to source some of their chromite from the tailings of platinum producers. South Africa is also the world?s largest single producer of ferrochrome and supplies much of the world?s stainless steel producers and thus the growing market for their product. As the traditional sources of high Cr/Fe ratio ores have been depleted at the shallow economic depths and thus have become more expensive sources of chromite, technical developments have improved the ability to use fine chromite economically to make acceptable grades of ferrochrome. Thus UG2 fines are now becoming possible cheap sources of acceptable feed to the ferrochrome industry. The abundance of feedstock for ferrochrome production and the lessening dependence on mined material will impact upon the structure of the ferrochrome business in South Africa. With continued platinum mining from UG2 reefs, South Africa is set to remain highly competitive in the world?s ferrochrome/stainless steel industry.

Jan 1, 2004

By H. A. Bilgin, A. Özgenog?lu, G. Kaçar

In this study, the influences of rock mass properties on the blasting performance in open cast mines are investigated. To this end, discontinuity spacings and discontinuity orientations are measured and full scale blasts with various designs are observed in open cast mines of Aegean Lignite (ELI) and Bursa Lignite (BLI) Establishments belonging to Turkish Coal Enterprises (TKI). For each blast, blasting cost is calculated, and particle size distribution representing the fragmentation of muckpile is determined by means of Split-Desktop software using image processing. 50%(K50), 80%(K80) passing sizes and topsize values are used in the determination of blasting performance according to rock mass properties. The relationships between orientation angle, which is the acute angle between the strikes of slope face and major discontinuity, and 50%(K50) and 80%(K80) passing sizes and topsize values and also blasting cost are investigated in order to analyse the influences of major discontinuity orientation on fragmentation and blasting cost. Furthermore, the relationships between discontinuity modal spacing (or block size index) and 50%(K50) and 80%(K80) passing sizes and topsize values and also blasting cost are investigated in order to analyse the influences of discontinuity spacing on fragmentation and blasting cost. In this paper, the trends observed in these relationships are discussed and the importance of it in mining is commented. Dans ce travail, Il a été traite les influences des qualites des rocheux massif sur les performances des abattages de l’excavation a ciel ouvert. Dans ce cas, les excavations a ciel ouvert dans les Entreprises Lignite d’Aegean et de Bursa qui appartient a La Societe Charbon de la Turquie; Il a été mesuré le trou du discontinuite et l’orientation du discontinuite et aussi, Il a été observé les abattages qui sont pareilles aux critaires exactes. Pour chaque abattages, Il a été fait le control des expences et la distribution du particle au dimension du pile qui a été deja abatté, a été trouve en utilisant le Software du Split-Desktop. Pour determiner les influences des qualites des rocheux massif sur les performances des abattages, Il a été utilisé K50, K80, et le plus grand valeurs des dimensions. Aussi pour determiner l’influence sur l’orientation du discontinuite majeur de la fragmentation et les expences de l’abattage, Il a été observé les relations entre l’angle de l’orientation ( C’est l’acutage entre la direction du banquette front et la direction du discontinuite majeur ) et les plus grand valeurs des dimensions et les expences de l’abattage. Plus, pour determiner des influences du trou du discontinuite sur l’abattage et la fragmentation; Il a été observé la relation entre l’index de la dimension du block et K50, K80 et les plus grand valeurs des dimensions et aussi les expences de l’abattage. Pour conclure; on peut dire que dans cette presentation, apres la discusssion des sujets consideres ces relations, Il a été souligné l’importances de ces relations dans la domain de la Minéralogie. In dieser Studie wurden die Einflüsse von Gesteinsmasse Eigenschaften auf die Sprengleistung in Tagebau Bergwerken untersucht. Zu diesem Zweck wurden Diskontinuität Abstände und Diskontinuität Orientierungen gemessen und Sprengungen im Originalmaßstab mit verschiedenen Anordnungen in Tagebau Bergwerken der Ägäischen Braunkohle (ELI) und Bursa Braunkohle (BLI) Betrieben, die zu der Türkischen Kohlegesellschaft (TKI) zugehörig sind, beobachtet. Für jede Sprengung wurden die Sprengkosten berechnet und die Teilchengrößenverteilung zur Darstellung der Aufteilung von Haufwerk ist durch Mittel von Teilbelegungssoftware, das Bildverarbeitung verwendet, bestimmt worden. 50% (K50), 80% (K80) durchlaufende Größen und Spitzengröße Werte wurden zur Bestimmung von Sprengleistung geordnet nach Gesteinsmasse Eigenschaften benutzt. Die Beziehungen zwischen Orientierungswinkel, welches der scharfe Winkel zwischen den Streichen der Hangfläche und Hauptdiskontinuität ist, und 50% (K50) und 80% (K80) durchlaufende Größen und Spitzengröße Werte sowie Sprengkosten wurden untersucht, um die Einflüsse von Hauptdiskontinuität Orientierung auf Aufteilung und Sprengkosten zu analysieren. Außerdem, wurden die Beziehungen zwischen Diskontinuität modal

Jan 1, 2003