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By T. Dlokweni

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

Jan 1, 2003

By M. Hakala, P. Tolppanen

A method to predict stress-induced failures around excavations based on the mapped geological and rock mechanical information is studied. Totally of 7 km of newly excavated tunnels are mapped in the Inmet’s Pyhäsalmi mine in Finland at depth between 1000 - 1440 m from which the results and conclusions from the firstly mapped 1.7 km of tunnels are reported. The main rock type at the site is very hard volcanite having uniaxial compressive strength of 230 MPa in median and GSI-value 72 - 80. The maximum in situ stress around the tunnels is 65 - 85 MPa. The prediction of observed stress failures was preceded by comparing elastic 3-D simulation results of tunnels with three statistical yield criteria. Read’s or Hoek & Brown’s yielding criteria are found the most relevant, though, the effect of anisotropy was found to be significant. The most important parameters having a correlation with stress failures are the tunnel orientation and the foliation of rock. Also, the rock type and its strength, tunnel shape and the geological anomalies have their effects. Further, a delay time on mapping was found to clearly diminishing of the most violent failures. Une méthode de prédiction des contraintes à la rupture autour d'excavation, établie sur la base de cartographie géologique et d'information sur la mécanique des roches, à été étudiée. Au total, 7 km d'un tunnel nouvellement percé à une profondeur de 1000 à 1400 m ont été cartographiés dans la mine de Inmet’s Pyhäsalmi en Finlande. La roche principale du site est une vulcanite dur ayant une résistance à la compression uniaxiale de 230 MPa (valeur moyenne) et une valeur GSI de 72 - 80. La contrainte in situ maximale autour du tunnel se situe entre 65 et 85 MPa. La prédiction des contraintes à la rupture observées a été évaluée en comparant les résultats d'une simulation 3D d'un tunnel avec trois critères de limite d'élasticité statistiques. Le critère de limite d'élasticité de Read ou de Hoek & Brown’s se trouvent être les plus important, même si les effets de l'anisotropie sont significatifs. Les paramètres les plus importants ayant une corrélation avec la rupture sont l'orientation du tunnel et la foliation de la roche. De plus, le type de roche et sa résistance à la compression, la forme du tunnel et les anomalies géologiques ont aussi leur importance. Finalement, un délai dans la cartographie résulte en une diminution nette des ruptures violentes. Basierend auf kartierten geologischen und felsmechanischen Informationen, wird eine Methode untersucht, um spannngsbedingtes Versagen um Ausbrüche herum vorherzusagen. Insgesamt werden 7 km neu ausgebrochenen Tunnels in einer Tiefe zwischen 1000 und 1400 m in der Inmet Pyhäsalmin Mine in Finnland kartiert. Das hauptsächlich vorkommende Gestein ist sehr hart und vulkanischen Ursprungs mit einer mittleren einachsialen Druckfestigkeit von 230 MPa (Medianwert) und einem GSI-Wert von 72-80. Die maximale In-situ-Spannung im Tunnel beträgt 65-85 MPa. Die Vorhersage von beobachteten Spannungsversagen werden weitergeführt indem man elastische 3-D-Simulationsergebnisse von Tunneln mit drei statistischen Fliesskriterien vergleicht. Read's oder Hoek's Fliesskriteria werden dabei als die relevantesten Kriterien angesehen, obwohl auch der Effekt der Anisotropie als wesentlich erachtet wird. Die wichtigsten Parameter für eine Korrelation von Spannungsversagen sind die Orientierung des Tunnels und die Schieferung der Gesteinsschichten. Desweiteren haben Gesteinsart, Tunnelprofil und geologische Anomalien ihren Einfluss. Ausserdem zeigt sich, dass eine Verzögerung bei der Kartierung die ausgeprägtesten Versagen deutlich verringern.

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 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. Klokow, K. L. Riemer, R. I. L. Ferreira

As a result of the increased depth of mining in the South African gold mining industry mining induced seismicity is a severe problem. One of the strategies within the industry to contain the problem is to incorporate a system of regularly spaced stabilising pillars into mine layouts. At the Driefontein Gold Mine a system of closely spaced dip pillars is used to contain seismic energy emissions. Comparisons of seismic data for several mining clusters initially indicated a possible measure of success in the containment and occurrence of larger events. A detailed analysis of data over a 5-year period since the start of mining however, has revealed a delayed seismic response to the increasing strike spans. Significant changes marked by an increase in certain seismic variables have been observed at mining spans of between 100 to 120 meters and could be of significance to pillar spacing in the design of deep level mining layouts. La sismicité occasionnée par l’exploitation minière est un problème grave dans les mines profondes de l’industrie minière aurifère en Afrique du Sud. Une des stratégies utilisées dans l’industrie a été de maîtriser le problème en incorporant un système de piliers de stabilisation régulièrement espacés dans la disposition des mines. A la Driefontein Gold Mine, un système de piliers de pendage proches les uns des autres est utilisé pour contenir les émissions d’énergie sismique. Au début, des comparaisons de donnés sismiques pour plusieurs groupes d’extraction ont indiqué un succès possible dans la limitation et l’occurrence d’évènements sismiques. Cependant, une analyse détaillée des données sur une période de 5 années a révélé un délai entre la progression de l’extraction et une réponse sismique accrue. Des changements considérables dans les variables sismiques ont été observés dans des intervalles d’extraction entre 100 et 120 mètres, ce qui pourrait être significatif pour l’espacement des piliers dans la conception de la disposition des mines de fond. Resultierend aus den zunehmenden Tiefen des Bergbaus in der südafrikanischer Goldbergbauindustrie stellt sich die vom Bergbau hervorgerufene Seismizität als bedrohliches Problem dar. Es war eine der Strategien innerhalb der Industrie, das Problem dadurch einzudämmen, daß regelmäßig plazierte Stabilisierungspfeiler in den Bergbaulayouts inkorporiert wurden. In der Driefontein Gold Mine wird ein System von knapp aneinandergesetzten im Abfallbereich befindliche Pfeiler benutzt, um seismische Energieemissionen einzudämmen. Vergleiche der seismischen Daten für mehrere Bergbaugruppen zeigten anfangs ein mögliches Maß von Erfolg in der Eindämmung und im Auftreten von größeren Fällen an. Eine ausführliche Analyse von Daten über einen 5jährigen Zeitraum hat jedoch ergeben, daß eine Verzögerung zwischen der Progression des Bergbaus und einer erhöhten seismischen Reaktion besteht. Bedeutende Änderungen in den seismischen Variablen wurden an Bergbauspannen von 100 bis 120 Metern beobachtet und könnten für Abstandsbemessung von Pfeilern im Design des Tiefbergbaulayouts von Bedeutung sein.

Jan 1, 2003

By B. G. Russell

A wide range of minerals is found within the Republic of South Africa, many of which are exploited to a greater extent than in similar deposits found elsewhere. It is often asked whether this is atributed to the high grade of the ores encountered in this country, or whether such factors as fiscal and Infrastructural incentives create an economic climate that has en bled the mining industry to successfully extract and market minerals at a profit. This paper views South Africa's mineral resources in a regional and global context In an attempt to place the country's geological wealth in perspective. It represents the author's own Views, and not necessarily those of the Department of Mine al and Energy Affairs.

Jan 1, 1986

By H. Tveit, E. H. Myrhaug, J. K. Tuset

Silicon metal as a commodity material is produced by carbothermic reduction of quartz in electric submerged arc furnaces, where CO2 forms as a by-product. Since 1997 the Norwegian Ferroalloy Producers Association have been engaged in research programmes aiming for reduced CO2-emissions associated with fossil carbon in their processes. One important issue has been to study how charcoal and wood chips perform compared to coal and coke in the silicon process. The ability of the carbon-rich reduction materials to react with SiO-gas is commonly assumed to be of large importance to the performance of the process. Based on laboratory experiments with different carbon materials, combined with estimation of parameters in a mathematical model of the reaction between carbon and SiO-gas, a foundation for a theoretical study of the performance of the carbon materials in a silicon furnace is established.

Jan 1, 2004

By C. Tan, C. Detournay

Wellbore stability is a major concern for drilling in naturally fractured formations. The infiltration of drilling mud into the fractures is a factor, which may compromise wellbore integrity due to the loss of strength experienced by the fractures. The reduction in the fracture frictional and cohesive properties is attributed to weakening of the infill materials and lubrication of fracture asperities by the mud filtrate. One way to investigate the influence of mud infiltration on wellbore stability in fractured formations is to use a numerical modeling approach. A requirement for the numerical model is the ability to predict the region of mud infiltration. This paper describes a numerical technique to model the extent of mud infiltration for application in coupled fluid-mechanical simulations in densely fractured rock masses using the computer code, UDEC. Several factors are considered including fracture pattern, in-situ stresses, reduction in joint frictional angle and cohesion, viscosity of the mud filtrate and fracture plugging. Results of numerical simulations are presented to illustrate the technique and show the influence of these factors on the extent of mud infiltration. Un des problèmes importants posés par le forage en milieu fissuré saturé, est celui du maintient de la stabilité du puit. L’infiltration de boue de forage dans le massif peut avoir pour effet de réduire les propriétés frictionnelles et cohésives des fractures et de compromettre ainsi la stabilité du puit de forage. Le radoucissement des propriétés des fractures est attribué à la dégradation du materiau de remplissage et au pouvoir lubrifiant des boues. L’analyse numérique offre un moyen d’investiguer l’influence jouée par l’infiltration de boue sur la stabilité du puit. Un des critères de sélection du modèle numérique sera son pouvoir de prédiction du domaine d’infiltration de boue. Cet article décrit une technique numérique permettant de modéliser l’infiltration de boue de forage dans le cadre de simulations hydro-mécaniques, en milieu à haute densité de fractures, effectuées avec le logiciel de calcul UDEC. Parmis les facteurs tenus en compte, on trouvera la nature du réseau de fractures, les contraintes in-situ, le radoucissement en friction et cohésion des joints, la viscosité de la boue et le bourrage des fractures. Des résultats de simulations sont présentés pour illustrer la technique et montrer l’influence de ces facteurs sur la taille du domaine d’infiltration de boue. Bohrlochstabilität ist ein wichtiger Aspekt für das Bohren in geklüfteten Gebirgsformationen. Das Eindringen der Bohrlochstützflüssigkeit in die Klüfte kann die Bohrlochintegrität wegen des Verlustes der Festigkeit des Kluftsystems gefährden. Die Reduktion der Reibung und kohäsiven Eigenschaften ist der Schwächung der Kluftfüllung und der Schmierwirkung der eingerungenen Stützflüssigkeit in Bezug auf die Kluft-Asperities geschuldet. Numerische Berechnungen sind ein Weg zur Untersuchung des Einflusses der Infiltration der Bohrlochstützflüssigkeit auf die Bohrlochstabilität in geklüfteten Gebirgsformationen. Eine Voraussetzung für numerische Modelle ist die Fähigkeit den Bereich der Infiltration der Stützflüssigkeit zu prognostizieren. Diese Publikation beschreibt ein numerisches Verfahren, um die Reichweite der Infiltration von Stützflüssigkeiten mittels fluid-mechanisch gekoppelter Simulationen im engständig geklüfteten Gebirge mit dem Programm UDEC zu modellieren. Verschiedene Faktoren, wie Kluftmuster, Gebirgsspannungszustand, Reduktion von Kluftreibungswinkel- und kohäsion, Viskosität der Stützflüssigkeit und Rissabdichtung wurden untersucht. Ergebnisse numerischer Simulationen werden präsentiert, um die Vorgehensweise zu illu

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 R. C. D. Phillis

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

Jan 1, 2011

Abstract : The computation of reliability index or failure probability of slopes can be transformed into an optimisation problem. In high rock slope engineering, it is usually a multimodal optimization problem. The traditional optimization techniques are difficulty to find out the global optimal solution because of their easily falling into local optimal value. Recently, a new kind of bionic algorithm - ant colony algorithm (ACA) - has been used to solve this problem. In this paper, the structure of ant colony algorithm and the transfer probability of ants are modified to evaluate the failure probability of complicated slopes. A new adaptive ant colony algorithm (AACA) is proposed to determine critical slip surface and its corresponding failure probability of complicated slopes. A case study is given to verify the proposed approach. The results show that the presented method has obvious advantages compared with traditional methods. ZUSAMMENFASSUNG: Die Rechnung des Zuverlaessigkeitindexes oder der Zerstoerungswahrscheinlichkeit kann sich in einer Optimierungsfrage umwandeln, im Bauprojekt an hoehe Gebirgehang, handelt es sich meistens um eine Optimierungsfrage ueber Multi- Spitzenwert. Mit der traditionelle Optimierungsmethode ist es schwer eine umfassende Loesung fuer die Optimierung zu finden wegen des leichte Verfallens in Beschraenkung der Teiloptimierungsloesung. Mit dem neue Bionik- Algorithmus —— Ameisen - Kolonie- Algorithmus wird dieses Problem geloest. In diesem Text hat man eine Strukturverbesserungsloesung fuer das Ameisen- Kolonie -system und die Wahrscheinlichkeit der Ameisenkolonie erwaehnt, und damit wird man die Zerstoerungswahrscheinlichkeit des komplizierte Hangs feststellen. Mit dem neuen Ameisen- Kolonie- Algorithmus kann man die gefaehrlichste Gleitflaeche und die entsprechende Zerstoerungswahrscheinlichkeit herausfinden. Die in diesem Text beschriebene Methode wurde durch Praxis geprueft. Durch die Pruefergebnisse wurde es gezeigt und bestaetigt, dass der neue Bionik- Algorithmus vorteilhafter als der traditionelle Algorithmus ist. Résumé : Le calcul de l’indice la fiabilité ou de la probabilité de ruptures peut être transformé en un problème de l’optimisation. Pour le cas du génie des pentes de haut rocher , le problème se pose en général en l’optimisation de multi-crêtes. Les techniques traditionnelles conduisent facilement à la solution optimal partielle au lieu de celle globale. Récemment un nouveau type de bionique algorithmique a été appliqué pour la solution de ce genre de problèmes, c’est l’Algorithme Colonie de Fourmis. Dans l’article il est proposé de modifier la structure du système de la colonie de fourmis et la probabilité de transfert des fourmis en vue d’évaluer la probabilité de ruptures des pentes de haut rocher complexes, par ailleurs un nouveau algorithme adapté de colonie de fourmis est formulé pour déterminer la surface glissante critique et la probabilité de ruptures correspondante. Les techniques proposées dans l’article sont vérifiées à travers des expérimentations dont les résultats ont prouvé que les techniques présentées dans l’article sont évidemment meilleures que celles traditionnelles.

Jan 1, 2003

By N. Fardin, O. Stephansson, L. Jing

A pair of silicon rubber replicas of size 250 mm by 250 mm, from a natural rock joint, was used to produce several high strength concrete fracture replicas of different sizes, from 50 mm by 50 mm to 200 mm by 200 mm. The morphology of the concrete fracture replicas were digitized at the laboratory using a 3D-laser-scanning machine with high accuracy and resolution. The scale dependency of the geometrical properties, including surface roughness and aperture, of the samples were investigated using fractal method. The investigation was extended to study the scale effect on the mechanical properties of the concrete fracture replicas. Four concrete replicas having same geometry from each sampling size were sheared under four different normal loads. The results show that normal and shear stiffness and peak shear strength decrease with increasing sample size and decreasing normal stress. It is concluded that for accurate determination of geometrical and mechanical properties of rock joints in the laboratory and field scales, samples with size equal to or larger than stationarity limit are required. Silikongummiabdrücke der Größe 250 mm x 250 mm einer natürlichen Kluft dienten als Vorlage für mehrere Hochfestbeton Rissreplikas verschiedener Größe. Die Morphologie der Beton Rissreplikas wurde mittels eines 3D-Laserscanners hoher Genauigkeit und Auflösung im Labor digitalisiert. Die Skalenabhängigkeit der geometrischen Eigenschaften, dies inklusive Oberflächenrauhigkeit und Öffnungsweite, wurden mittels Fraktalen bestimmt. Die Studie wurde durch die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften der Betonrepliken erweitert. Hierbei wurden vier Betonrepliken der selben Geometrie jeder Probengrösse unter vier verschiedenen normalen Belastungen abgeschert. Die Ergebnisse zeigen das sowohl Normal- und Schersteifigkeit als auch die Spitzenscherfestigkeit mit zunehmender Probengrösse und abnehmender Normalspannung abnehmen. Es hat sich gezeigt, daß für eine genaue Bestimmung der geometrischen und mechanischen Eigenschaften von Felsklüften im Labor und im Feld Proben einer Größe gleich oder größer des stationären Limits verlangt werden. Deux répliques en gomme de silicone d’une fracture naturelle, de dimension 250 mm par 250 mm, ont été utilisées pour produire des répliques en béton de haute résistance de dimensions allant de 50 mm par 50 mm à 200 mm par 200 mm. La morphologie de ces répliques a été digitalisée au laboratoire à l’aide d’un laser-scanner 3D haute résolution et haute précision. L’influence de l’échelle des propriétés géométriques, incluant rugosité et ouverture, a été étudiée en utilisant la méthode des fractales. Des essais complémentaires ont été réalisés afin d’étudier l’effet d’échelle sur les propriétés mécaniques des répliques de fracture en béton. Quatre répliques béton de même géométrie pour les différentes tailles d’échantillons ont été cisaillées sous quatre valeurs de contrainte normale. Les résultats montrent que la rigidité normale et tangentielle ainsi que la résistance de pic diminuent en proportion de l’augmentation de la taille de l’échantillon et de la diminution des contraintes normales. On peut en conclure que, pour une détermination précise des propriétés géométriques et mécaniques des fractures au laboratoire et sur le terrain, des échantillons de taille égale ou supérieure à la limite stationnaire sont nécessaires.

Jan 1, 2003

By K. -H. Lux, Z. Hou

ABSTRACT: It is well known in underground mining and waste disposal that the development of excavation damaged zones (EDZ), and thus, hydraulic pathways, is closely related to the excess in the corresponding damage boundary (= long-term strength) of the rock mass and the resulting damage. By integrating short-term and long-term strength, dilatancy, damage and healing into the newly extended Hou/Lux constitutive model for rock salt, it is possible to treat the tertiary creep, to identify the EDZ around underground facilities and to predict the time-dependent development of the EDZ in rock salt. Under in-situ conditions, the EDZ of a 37-year-old drift at the Sondershausen salt mine and the EDZ around a drift dam in rock salt are numerically examined. The numerical analysis gives satisfactory results. RÉSUMÉ: Dans les exploitations minières et le stockage souterrain des déchets, le développement des zones endommagées et fracturées (EDZ – excavation damaged zone), créant des chemins préférentiels pour écoulement, est étroitement lié au contexte géotechnique et à la méthode d’excavation. En intégrant la résistance court et long terme, la dilatance, l’endommagement et le colmatage, le nouveau modèle rhéologique Hou/Lux pour le sel gemme est capable de traiter le fluage tertiaire, d’évaluer l’extension de l’EDZ et de prédire l’évolution de EDZ dans temps autour des ouvrages creusés dans le sel gemme. L’EDZ d’une galerie datée de 37 ans dans la mine de sel de Sondershausen et les EDZ autour de barrage des galeries dans un sel gemme ont été modélisées. Les résultats numériques fournissent des résultats satisfaisants. ZUSAMENFASSUNG: Bekanntlich ist die Entstehung von Auflockerungszonen und damit hydraulischen Wegsamkeiten in der unmittelbaren Umgebung um bergmännische Hohlräume mit der Überschreitung der entsprechenden Schädigungsgrenze eng verbunden. Unter Berücksichtigung der Bruchfestigkeit, Schädigungsgrenze, Dilatanz, Schädigung und Verheilung kann das Stoffmodell Hou/Lux das Verhalten des tertiären Kriechens beschreiben, die Auflockerungszone im Salzgebirge ermitteln und ihre zeitabhängige Ausdehnung vorausberechnen. Mit diesem Stoffmodell werden die Auflockerungszonen einer 37jährigen Strecke in der Salzgrube Sondershausen und die Auflockerungszonen um ein exemplarisches Abdichtungsbauwerk im Salzgebirge numerisch untersucht. Dabei werden zufriedenstellende Berechnungsergebnisse erzielt.

Jan 1, 2003

What is a nugget effect? In the early development of geostatistics, the term ?nugget effect? was coined for the apparent discontinuity at the beginning of many semivariogram graphs. This name was chosen to reflect the large differences found between neighbouring samples in ?nuggety? mineralizations such as Wits gold reefs. Geostatistical theory assumes that the difference between a sampled value and a potential repeat sample at the same location is actually zero. Included in this ?nugget effect? would be true variation between contiguous samples due to the nature of the mineralization, micro-fracturing, nugget or crystal size, and so on. Also included in the nugget effect would be any ?random? sampling variation which might occur due to the method in which the sample was taken, the adequacy of the sample size, the assaying process, etc. Arguments were put forward that ?sampling errors? actually exist at zero distance. Some geostatistical schools actually maintain that the ?nugget effect? is all sampling error. This would imply that ?perfect? sampling would eliminate the nugget effect entirely. There is now a dichotomy both in the geostatistical world and in the software packages provided for geostatistical analyses. It may seem academic to argue over whether the semivariogram model should take a value of zero, a value equal to the nugget effect, or a partial value at distance zero. However, the decision can have a profound effect on both the estimated resource and in our confidence on that resource. Whereas most geostatistical texts define the semivariogram model as taking the value of zero at zero distance, others imply that the full nugget effect should be used at zero distance. For example: ?The nugget effect refers to the nonzero intercept of the variogram and is an overall estimate of error caused by measurement inaccuracy and environmental variability occurring at fine enough scales to be unresolved by the sampling interval3 ?Christensen4 has shown that the ?nugget effect?, or non-zero variance at the origin of the sernivariogram, can be reproduced by a measurement error model ?The nugget effect is considered random noise and may represent short-scale variability, measurement error, sample rate, etc.5. In many training texts and Web courses, the definition of the semivariogram is ambiguous as the formulae for semivariogram models is not actually specified at zero distance6,7,8.

Jan 1, 2010

Pyrometallurgy has played a very important role in southern Africa for at least four centuries. It continues to do so, and recent years have seen many exciting developments in pyrometallurgical technology. The wonderfully diverse rich mineral deposits in this area of the world have provided some unique opportunities for industrial processes to be established. The ?Southern African Pyrometallurgy 2006? conference was set up to showcase southern African pyrometallurgical operations, and to provide a forum for the exchange of ideas between people working at various types of smelters. Papers have been obtained from a wide variety of pyrometallurgical plants in southern Africa. These descriptions of plant operations (as well as some history, and highlights of current work) will provide useful reference information for some time to come. Contributions are also included from universities, research organizations, and engineering companies, so that the full spectrum of pyrometallurgical activities can be covered. The plant descriptions will be published on a website, where they can be updated as and when required, with the eventual goal of having a description of every smelter in the region. The conference venue was selected to be the 'Cradle of Humankind' world heritage area, about 40 km from Johannesburg. Not only does this keep the conference within easy reach of the city and yet far enough out into the countryside to allow people to focus on the conference, it is also within easy reach of many pyrometallurgical plants. There is a particular significance to the choice of location, in that the Swartkrans area close to the Sterkfontein Caves is the site of the earliest evidence of the deliberate controlled use of fire by human beings (about 1.3 million years ago), and this is obviously a necessary precursor to pyrometallurgy. The area also lends itself to a very wide range of outdoor, social, and cultural activities to supplement the technical content of the programme. It is hoped that activities such as a hot air balloon safari and visits to the world-renowned Sterkfontein Caves and Wonder Cave will help to make the conference a memorable one for those able to attend. I trust that the ongoing value of the papers and presentations will make all the hard work of the many contributors most worthwhile.

Jan 1, 2006

By S. Z. Pethö, H. Yilmaz

South Deep Mine is currently undertaking numerous voidfilling projects using low strength aerated cement products. Representative samples from one such site, were taken and tested for the load deformation behaviour under uniaxial loading conditions. The process of sample collection, laboratory preparation and testing are explained in detail. The results of testing were analyzed and the critical aspects pointed out as a design consideration to be implemented as part of the quality control and assurance program. Design aspects and underground application of the aerated cement product are discussed for the particular site on 58 level SV1. A simple instrumentation has been designed and installed to enable monitoring of any future movements in this area. A quality control and assurance process has been formulated enabling all aspects of the support installation in this excavation to be signed off.

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 J. Trckova, P. Prochazka

Physical models from equivalent materials satisfying geometrical and physical similarity have been constructed. A special technology of simulating the excavation of an opening at the front part of a tunnel and of measuring the deformation at the tunnel face was applied. The results yielded by the physical models were used to formulate constitution relations in the numerical solution. This coupled modelling enables us to predict the behaviour of tunnel structures more accurately. On a construit des modèles physiques, réalisés en matériaux équivalents et répondant aux conditions de ressemblance géométrique et physique. Sur ces modèles, on a utilisé une technologie intéressante de simulation du forage du tunnel et de la mesure de déformation du front de taille pendant le forage en progression. Les résultats donnés par les modèles physiques ont été utilisés pour formuler les relations de constitution dans la solution numérique. Une telle construction de modèles combinés permet de prévoir plus précisément le comportement de la structure du tunnel. Es wurden physikalische Simulierungsmodelle aus äquivalenten Werkstoffen konstruiert, welche die Bedingungen der geometrischen und physikalischen Ähnlichkeiten erfüllen. Bei diesen Modellen hat man die interessante Simulationstechnologie des Tunnelvortriebs sowie die Verformungsmessung beim Tunnelabbaustoß während des Vortriebsvorgangs eingesetzt. Die Ergebnisse der physikalischen Simulation wurden zur Formulierung von Konstitutionsrelationen in der numerischen Lösung genützt. So eine kombinierte Simulation erlaubt eine genauere Prognose des Benehmens der Tunnelstruktur.

Jan 1, 2003

By L. A. Thompson, A. J. Linington

"Copper–cobalt extraction is a reagent-intensive process resulting in acid consumption greatly contributing towards production costs, which in the current market conditions curtail profitability. Nanofiltration (NF) membranes have become an attractive approach in the mining and minerals industry for product concentration and reagent recovery based on the ability of the membrane to separate monovalent ions from divalent ions. NF membranes can selectively separate acids from metals and salts allowing acid to be recycled as well as the concentration and purification of product streams. Membrane technology in the field of copper–cobalt processing focusses on the concentration of Cu2+ and Co2+ in the pregnant leach solution, recovery of acid from waste streams to neutralization, recovery of valuable metals from waste ponds and process water recovery. This paper aims to provide insight into the potential applications of NF membranes in copper–cobalt processing circuits as well as a brief overview of the effects of process conditions on membrane performance and process development. INTRODUCTION The copper–cobalt industry commonly uses inorganic acids, such as sulfuric acid, in large quantities for primary leaching of copper–cobalt oxide ores and releaching during product purification (Stuurman et al., 2014). This results in numerous acidic intermediate streams containing high metal concentrations and acidic waste streams with low metal concentrations. Acid consumption typically accounts for 10–15% of the operating costs of mines in the Democratic Republic of Congo (DRC) and Zambia (Acid Plant Database, 2015). Due to remote mine locations, poorly maintained roads and cross-border conflict, the cost of sulphuric acid can range between USD 300 and 400 per ton. The pivotal role of acid in the copper–cobalt extraction process has driven many mines to build sulphuric acid plants on site to ensure a reliable acid supply, however elemental sulphur still needs to be imported which faces similar logistical challenges and contributes towards operating costs."

Jan 1, 2015

By I. Hague

Support liners for underground applications include steel and timber sets, meshing and lacing, screen/mesh, shotcrete and thin support liners (superskins). Over the past few years, major advances have been made in the design and application of liners; especially shotcrete and thin support liners. For shotcrete in mines these advances include the common use of slick-lines to solve logistics problems, the design of alkali free accelerators, the use of synthetic fibres and the new generation application equipment. The field of thin support liners is a new one but advances have been dramatic. This paper discusses the progress made and the need for standardization in definitions and testing for thin support liners. It concludes that the newer technologies have a huge potential positive impact on the industries, from both safety and cost points of view. Le chemisage de soutènement pour extraction souterraine comprend des cadres d’acier ou de boisage, mailles et chapeau, cribles/mailles, béton projeté et des chemisages minces de soutènement (super-peaux). Dans les dernières années, des progrès considérables ont été fait dans la conception et application des chemisages, en particulier les chemisages de soutènement en béton projeté et les chemisages minces. Pour le béton projeté dans les mines, ces progrès comprennent l’utilisation courante de lignes de minerais broyés fin pour résoudre des problèmes de logistique, la création d’accélérateurs sans alcali, l’usage de fibres synthétiques et d’une nouvelle génération d’outillage. Le domaine des chemisages minces de soutènement est très récent mais les progrès ont été rapides. Cette étude présente les progrès accomplis et discute du besoin de standardisation dans les définitions et les tests pour chemisages minces de soutènement. La conclusion est que les technologies nouvelles présentent un énorme impact potentiel positif sur les industries, du point de vue à la fois de la sécurité et de la rentabilité. Unterstützungsverkleidungen für Untertaganwendungen inkludieren Flecht und Seilwerk, Gitter/Geflecht, Spritzbeton und dünne Unterstützungsverkleidungen (superskins). Während der letzten Jahre wurden grosse Fortschritte im Design und in der Anwendung der Verkleidungen gemacht; besonders bei Spritzbeton und dünnen Unterstützungsverkleidungen. In Bezug auf Spritzbeton in den Gruben schließen diese Fortschritte den allgemeinen Gebrauch von Rutschbahnen ein um Logistikprobleme zu lösen, das Design von alkalifreien Akzeleratoren, den Gebrauch von synthetischen Fasern und die neue Generation von Anwendungsausrüstung. Der Bereich der dünnen Unterstützungsverkleidungen ist neu, aber die Fortschritte sind drastisch gewesen. Diese Arbeit behandelt den erzielten Fortschritt, die Notwendigkeit der Normierung in den Definitionen und in der Prüfung dünner Unterstützungsverkleidungen. Sie kommt zum Schluß, daß die neueren Technologien, sowohl vom Gesichtspunkt der Sicherheit als auch der Kosten, eine sehr große potentielle positive Auswirkung auf die Industrien haben.

Jan 1, 2003