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By B. C. Alberts

Planning the use of South Africa's energy resources, especially coal, is of the utmost importance. The State and the mining industry require reliable official estimates of the economically mineable coal reserves for planning purposes. An overview of al the previous reserve estimates is given, with specific attention to the two most recent estimates-those of Petrick and De Jager. The differences between these two estimates are highlighted. The following important aspects are discussed: . the need to update the information regarding South Africa's mineable coal reserves, . the necessity of understanding and agreement between the coal-mining industry and the State department responsible for updating the coal-reserve data, and . the importance of the specific assumptions used in the updating of the data. A downward adjustment of mineable reserve figures is proposed, and the factors that influence the meaningful exploitation of the coal reserves are discussed. A recommendation is made as to how the Waterberg coal reserve should be exploited, and it is concluded that the Soutpansberg Coalfield cannot be exploited economically in the foreseeable future. An evaluation of the status of the coal-export trade is made and compared with the assumptions and targets set at the start of the coal-exportation scheme. The comparison shows the extent to which the exploitation of the coal reserves is being negatively influenced by the current market situation. Recommendations are made regarding planning for the coal-export market, and the aspects that have to be taken into account to keep South Africa in the export market are identified. Reference is made to the fact that the present unrestrained wage and salary adjustments, which show a total disregard of South Africa's poor productivity record, require serious thought and speedy rectification if the country is to survive in the export market. A salary and wage strategy must be developed to suit the specific needs of the Republic of South Africa.

Jan 1, 1987

By S. Mudau, P. Mohasoa, M. J. Cole

Derelict and ownerless (D&O) mines in South Africa have been an ongoing concern for over a decade. While some progress has been made to rehabilitate D&O asbestos sites, significant work remains, exacerbated by the growth in illegal mining. There are concerns regarding the accuracy and transparency of the D&O database, lack of oversight, and constrained funding, and the government is increasingly looking to the private sector to fund rehabilitation. Given these challenges, a new, sustainable approach to D&O sites in South Africa is needed to bring clarity and transparency to the process, recognise responsibilities and promote partnerships, and explore economic opportunities at D&O sites to reduce the financial liability and respond to the growing demand for critical minerals. This article has three components: i) reviews of international D&O good practices; ii) it analyses South Africa’s current approach and the D&O sites; and iii) proposes a D&O framework that addresses data, risk ratings, responsibilities and rehabilitation, economic opportunities, and stakeholder engagement. The study finds that the majority of the 6,100 so-called abandoned D&O mines are quarries and mine site features, 16% are operational, at least 11% have owners, and only 752 (12%) require rehabilitation. The framework aims to bring clarity and fairness to decision-making and to assign risk and responsibility for rehabilitation and seeks to incorporate economic opportunities to reduce the financial burden of rehabilitation, create jobs for local communities, and respond to the growing demand for critical minerals for the clean energy transition.

Apr 25, 2025

By J. M. Benson

Metal powder compaction offers unique advantages in the manufacture of net-shape components using techniques such as laser sintering, conventional press and sintering, metal injection moulding, direct rolling, direct forging, and hot isostatic pressing. If the output from the primary metal production process is in powder form, then considerable cost and energy savings can be realized by direct conversion to semi-finished or final shapes. This possibility exists for titanium and possibly also for Ta, Zr, Hf, and Nb metals. However, these attractive benefits are associated with some significant risks. The high surface-to-volume ratio of powder particles coupled with the reactive nature of these metals means that special care must be taken when handling them. Powder explosions are unfortunately still a regular occurrence internationally and these often result in serious injury and loss of life. Even seemingly 'safe' compounds such as sugar, flour, and grain can be extremely hazardous when handled or milled and dust clouds are produced. In addition, exposure to airborne particles can have adverse effects on the human body, especially when particles are inhaled on a regular basis. Furthermore, the medical consequences of these are not fully understood, especially in the case of nanoparticles. The impact is often not observed immediately and debilitating illnesses may emerge only years or decades later. As far as is known, there are no South African guidelines for handling of metal powders. This paper attempts to provide an awareness of the risks associated with metal powders (including those produced indirectly by other metalworking/finishing operations) as well as some guidelines for their safe handling, based on international best practices.

Jan 1, 2012

By I. J. Barker

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

Jan 1, 2011

By A. Pellegrino, F. Collin, C. Guiducci, R. Charlier

A numerical approach for modeling coupled Hydro-Mechanical fracture behavior in 2D is presented in this paper. This approach accounts for the strong dependence of the flow characteristics on fracture apertures and offers an anisotropic description of the flow propagation in the fracture. An interface finite element and a constitutive model are developed . In order to validate the applicability of the model to general geomechanic problems, 2D simulations were performed. Results show the good application of the mathematical model and the fundamental hydraulic role played by the fractures. In diesem Beitrag wird ein Stoffgesetz vorgeschlagen um hydromechanisches Kluftverhalten numerisch zu Modellieren. Dieser Vorgang nimmt die starke Abhängigkeit der Fliesseigenschaften von der Kluftöffnung mit in Anbetracht. Ein Interfaceelement und ein Stoffgesetz wurden entwickelt. Zum validieren der Anwendbarkeit dieses Modells wurden 2D Simulationen durchgeführt. Ergebnisse haben gezeigt dass das mathematische Model anwendbar ist und dass Klüfte eine fundamentale hydraulische Rolle spielen. Une approche numérique pour la modélisation du comportement couplé hydro-mécanique des fractures en 2D est présentée dans ce papier. Cette approche prend en compte la forte dépendance des caractéristiques du flux de fluide sur les ouvertures des fractures et présente une description anisotrope de la propagation du flux dans la fracture. Un élément fini d'interface et un modèle constitutif sont développés. Dans le but de valider l'applicabilité du modèle à des problèmes généraux de géomécanique, des simulations 2D ont été réalisées. Les résultats montrent la bonne application du modèle mathématique et le rôle hydraulique fondamental joué par les fractures.

Jan 1, 2003

By Marco Barla, Mariacristina Bonini, Giovanni Barla

ABSTRACT: The paper describes the characterisation studies of Tectonised Clay Shales at laboratory and in situ scale. The interest relates to tunnelling under squeezing and swelling conditions, in Italy, along the Apennines. The results of monitoring during full face excavation are presented in conjunction with numerical modelling. RESUME: Cet article présente la caractérisation, à l'échelle du laboratoire et in situ, des Argiles Chaotiques. L'attention est portée sur le creusement, dans ces milieux gonflants, des tunnels, dans les zones montagneuses des Appennini, en Italie. Enfin, on présentera les résultats de la modélisation numérique et la comparaison de ces derniers avec les mesures effectuées in situ. KURZFASSUNG: Die Arbeit beschreibt die Charakterisierungsstudien von tektonisierten Schiefertonen, sowohl im Labor als auch vor Ort. Das Interesse gilt dem Tunnelbau unter Quetsch- und Schwellbedingungen in Italien entlang der Apenninen. Die Überwachungsergebnisse des ganzflächigen Ausbruchs werden mit numerischen Modellen präsentiert.

Jan 1, 2003

By J. P. Josien, J. F. Noirel, F. Lahaie, P. Bigarre, M. Al Heib

ABSTRACT: In June 2001, a fatal rockburst affected a longwall face in the Houillères du Bassin de Lorraine (HBL), France. Subsequently, a large operation of in situ stress measurements by overcoring was carried out with two main objectives: providing input data for the back analysis of the dynamic event and characterising the stress field in the next panels to be mined for identifying other potential high-risk zones. This paper makes a synthesis of the results of the overcoring tests performed and discusses those results in connection with the mining context, numerical model predictions, laboratory rock test results and microseismic activity. KEY WORDS: Mine, rockburst, stress, overcoring, measurement. ZUSAMMENFASSUNG: Im Juni 2001 hat ein Bergschlag eine Kohlengrube des Houillères du Bassin de Lorraine (HBL, Lothringen, Frankreich) schwer beschädigt. Nach diesem Unfall sind Spannungsmessugen durch Überborung durchegeführt worden, mit zwei Hauptziele : 1/ Daten zu liefern für die Retro-analyse des dynamischen Gebirgsschlag und 2/ die Spannungen in den zukünftigen Ausbauen so gut wie möglich zu charakterisieren, um eventuele andere Risikozonen festzustellen. Dieser Artikel stellt eine Synthese der erzielten Ergebnisse vor. Er diskutiert diese Ergebnisse in Verbindung mit dem gesamten Kohlengruben Zusammenhang, mit den Ergebnissen von numerischen Modellierungen, mit der Labor-Charakterisierung und mit der microsismische Überwachung. SCHLÜSSEL-WÖRTER: Kohlengruben, Bergschlag, Spannung, Überborung, Messung. RESUME: En Juin 2001, un coup de terrain a gravement affecté une longue taille aux Houillères du Bassin de Lorraine (HBL) en France. A la suite de cet accident, une importante campagne de mesures de contraintes par surcarottage a été réalisée, avec deux objectifs majeurs : fournir des données d’entrée permettant la rétroanalyse du phénomène dynamique et caractériser au mieux le champ de contraintes dans les futurs panneaux exploités afin de détecter d’éventuelles autres zones à risque. Cet article présente une synthèse des résultats obtenus, et discute ces résultats en liaison avec le contexte d’exploitation, les résultats de modélisation numérique, de caractérisation en laboratoire et de surveillance microsismique. MOTS CLES: Mine, coup de terrain, contrainte, surcarottage, mesure.

Jan 1, 2003

By S. Burks

This paper develops the themes explored by the authors at the Fourth International Platinum Conference,. Optimization techniques can be used to significantly increase the value of mining businesses by enabling better long-term planning decisions. Open pit and underground mine design, mine scheduling, cut-off grade and blending, stockpiling, and the linking of these to flexible elements of the metallurgical recovery processes are all evaluated together. Transport or sale of intermediate products and the requirements of the product metal markets can also be considered. Experience shows that net present value (NPV) can potentially be increased by 5-35 per cent or more, usually even before the expenditure of significant amounts of project capital. The case studies presented include: > An existing operation with multiple open pits and PGM concentrators linked to offsite downstream processing facilities, and with infrastructure constraints for which the scheduling of current operations and the potential for expansion were investigated > An existing operation with an integrated portfolio of mines, concentrators, smelter, and refinery, for which the various possible sources of ore for processing were prioritized to match the downstream process plant constraints and the product markets > An underground operation in Zimbabwe for which the optimum mining width was calculated and expansion plans were evaluated > An underground mine with many separate mining sections, for which a revised schedule was developed aiming to keep the shaft system and processing plant at capacity with the highest net value material available at any time throughout the life of mine. In the concluding section of the paper, a few brief notes are included suggesting how the strategic recommendations from enterprise optimization studies may be implemented by the owner's team.

Jan 1, 2013

By K. J. Oliver, A. G. Meyers, S. P. Hunt

Deformation Rate Analysis (DRA) and porosimetry have been used to demonstrate the “stress memory” effect in rock and to estimate the vertical in-situ stress in samples of fine-coarse grained sandstone and carbonaceous mudstone. The results of this study indicate that the stresses predicted using both methods are similar to those determined from depth and density of the overburden rocks. The results confirmed that DRA was still applicable even when the core had been sampled 18 months prior to testing. Additionally, the DRA results were modelled using the software PFC2D. A uniaxial test was modelled using the same rock parameters as those observed for the actual core samples. This numerical technique can be used as an aid for DRA results analysis, and can also be used to predict the minimum stress level at which the DRA technique is applicable. The results confirm that any rock mechanics laboratory having standard test equipment could apply the DRA method combined with standard UCS testwork to determine the in-situ stress. Mit der Analyse der Deformationsrate (DRA) und der Anwendung der Porosimetrie wird der Spannungsgedaechtnisseffekts (Stress Memory Effect) im Fels demonstriert, und es werden Abschaetzungen fuer die vertikale in-situ Spannung einer Probe aus mittelgrobem Sandstein und carbonierten Lehmstein getroffen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen, dass die mit Hilfe dieser beiden Methoden ermittelten Spannungen sind vergleichbar. Die Ergebnisse bestaetigen, dass DRA noch anwendbar ist, wenn die Proben schon 18 Monate vor Untersuchungsbeginn gesammelt worden sind. Darueber hinaus wurden die DRA Ergebnisse mit Hilfe des Sofwarepakets PFC modelliert. Ein einaxialer Test wurde mit genau die gleichen Felsparametern, die fuer die eigentliche Probe gelten, modelliert. Diese numerische Methode kann sowohl als eine Unterstuetzung fuer DRA Ergebnisanalyse als auch zur Ermittlung der minimalen Spannung, bei dem die DRA Methode noch anwendbar ist, herangezogen werden. Die Ergebnisse bestaetigen, dass jedes Felsmechaniklabor, das mit den ueblichen Testgeraeten ausgestattet ist, die DRA Methode in Kombination mit dem Standard UCS Testarbeit zur Bestimmung der in-situ Spannungen anwenden kann. L'Analyse du Taux de la difformité (DRA) et les porosimetry ont été utilisés démontrer le " effet de la mémoire " du stress dans roc et estimer le stress dans - situ vertical dans échantillons de grès du grained fin grossier et mudstone carbonifère. Les résultats de cette étude indiquent que les insistances ont prédit utiliser les deux methods est semblable à ceux déterminés de profondeur et densité du surchargez des rocs. Les résultats ont confirmé ce DRA était encore même applicable quand le coeur avait été goûté 18 mois avant tester. En outre, les résultats DRA étaient des modelled qui utilisent le logiciel PFC2D. Une épreuve de l'uniaxial était modelled qui utilise les mêmes paramètres du roc comme ceux observé pour les réels échantillons du coeur. Cette technique numérique peut être utilisée comme une aide pour DRA résulte analyse, et peut aussi être utilisé pour prédire le niveau du stress minimum à que la technique DRA est applicable. Les résultats confirment que tout laboratoire des mécaniques du roc qui a le matériel de l'épreuve standard pourrait appliquer la méthode DRA combinée avec testwork UCS standard pour déterminer le stress dans - situ.

Jan 1, 2003

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

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

Jan 1, 2003

By D. A. Spencer, L. J. Gardner

In light of the apparent productivity benefits provided by mechanised stoping, Impala Platinum Limited commissioned a study to investigate its possible implementation for mining reserves located 1200 – 1700 m below surface. This paper records the methodology employed for designing a support system for such mechanised mining, as well as initial conclusions of the work done. Preliminary results show the concept to be technically feasible; work was however stopped due to financial non-viability. En considération des bénéfices de production apparents que donne l’exploitation par gradins mécanisée, Impala Platinum Limited a commissionné une étude visant à examiner sa mise en œuvre possible pour des réserves minières situées à 1200 – 1700 m sous la surface. L’étude présente rapporte la méthodologie employée pour créer un système de support pour ce genre d’exploitation mécanisée, ainsi que les conclusions initiales de ce projet. Les résultats préliminaires montrent que le concept est techniquement faisable ; cependant le travail fut arrêté à cause de difficultés de rentabilité. Im Licht des offensichtlichen Produktivitätsnutzens auf Grund mechanisierten Stossbaus, kommissionierte Impala Platinum Limited eine Studie, die dessen mögliche Implementierung für den Abbau von Reserven 1200 - 1700 m unterhalb der Oberfläche untersuchen soll. Dieses Elaborat dokumentiert sowohl die Methode die für das Design eines Unterstützungssystems für eine derartige mechanisierte Abbauweise angewendet wird als auch die anfänglichen Konklusionen der geleisteten Arbeit. Anfängliche Resultate zeigen daß das Konzept technisch durchführbar ist; die Arbeit wurde jedoch wegen der finanziellen Nichtrealisierarkeit gestoppt.

Jan 1, 2003

By J. L. Fuentes-Cantillana, Á. Rodríguez, P. Morillo

Evacuation operations from work places in the case of an emergency are the key to minimising the effects of catastrophic type accidents such as fires, explosions, cave-ins, floods, etc. The correct planning of these operations, having the necessary means for sounding alarms and communicating and suitable training of personnel are the key factors for guaranteeing successful evacuation. The article gives an analysis of the problem in the case of subterranean mining and various types of work developed by AITEMIN in this field, including the development of new alarm and communication means specially adapted to the characteristics of mining operations, development of tools for help in the preparation of emergency plans and experiences in the education and training of personnel.

Jan 1, 2003

The optimum cut-off grade policy maximizes the net present value (NPV) of an open pit mining operation subject to the mining, processing, and refining capacity constraints. The traditional approaches to cut-off grade determination ignore the escalation of the economic parameters such as metal price and operating costs during life of an operation, and consequently lead to unrealistically higher values of the objective function. Further, the NPV of a mining operation declines due to the depletion of the available reserves, causing a decline in the optimum cut-off grade, i.e. higher cut-off grades in the early years of an operation and lower cut-off grades during the later years. Hence, low grade material mined in the earlier years may be stockpiled for processing during later years to offset the effect of escalating economic parameters on NPV. This paper demonstrates the combined impact of introducing economic parameters, escalation and stockpiling options into the cut-off grade optimization model. The model promises an enhancement in NPV as illustrated in a case study incorporating practical aspects of an open pit mining operation.

Jan 1, 2011

By A. K. Raji, E. F. Orumwense, M. O. Ojumu

The Fourth Industrial Revolution has driven significant advancements in autonomous robotic systems, particularly in subsea exploration and offshore mineral dredging. This review examines the latest developments in electrically powered quadrotor-track subsea robotic crawlers, highlighting their potential to enhance efficiency, mobility, and adaptability in challenging underwater environments. The integration of advanced automation, artificial intelligence, and real-time control systems has paved the way for more effective robotic solutions in offshore mining. This study explores the dynamic performance of hydraulic crawlers to quadrotortrack robotic dredgers, focusing on their propulsion, navigation, and stability under high hydrodynamic conditions. By leveraging state-of-the-art technologies such as lithium-ion battery power systems, intelligent microprocessors, and sensor-based control mechanisms, these robotic crawlers offer a promising alternative to conventional subsea excavation methods. Furthermore, the review analyses recent experimental and simulation-based studies that assess the feasibility and performance of these systems in real-world applications. The findings of this review provide valuable insights into the role of 4IR in transforming subsea robotics for offshore mineral dredging. By addressing existing limitations and identifying key technological advancements, this study contributes to the ongoing development of nextgeneration robotic systems capable of operating efficiently in extreme underwater conditions

Jan 30, 2026

By W. Wittke

SUMMARY: Geotechnical problems often lead to an increase of construction time and costs for large highway and railway projects. Some reasons, which have led to failures and thus to a delay of construction works as well as to increasing costs, are demonstrated by means of case histories, in which the author was involved as expert or planner. Proposals are made how to identify the reasons and to avoid repetitions. ZUSAMMENFASSUNG: Bei Großprojekten der Verkehrsinfrastruktur stehen häufig geotechnische Aufgabenstellungen im Vordergrund. Wegen geotechnischer Probleme kam und kommt es häufig zu Termin- und Kostenüberschreitungen. Anhand einiger Beispiele, bei denen der Autor als Gutachter und Planer beteiligt war, wird gezeigt, welche Ursachen zu Schadensfällen und damit auch zu Termin- und Kostenüberschreitungen geführt haben. Es werden Hinweise und Anregungen gegeben, wie die Ursachen erkannt und Wiederholungen von Schadensfällen vermieden werden können. RÉSUMÉ: À grands projets de l'infrastructure de la circulation, souvent des tâches géotechniques sont au premier plan. Par suite de problèmes géotechniques, souvent des dates et frais ont été dépassés. Au moyen de quelques exemples, à lesquels l'auteur participait comme expert et planificateur, les causes sont mises en vue qui menaient à des cas de dommage et par cela aussi à des dépassements de dates et frais. Des indications et suggestions sont données pour s'apercevoir des causes et éviter des répétitions de cas de dommages.

Jan 1, 2003

By T. Nishimura, H. Kiyama, K. Wakimoto

Discussion on the load bearing capacity of ground and the stability of tunnel is presented. We derive a simplified solution of a circular lined-tunnel in an elastic ground. The solution results in a better understanding of characteristic curves. Use of DEM allows us to consider effects of possible yield of the overstressed zone around the tunnel and inherent discontinuity of ground on the curves. Diskussion auf der Last Tragfähigkeit Bodens und die Stabilität des Tunnels wird dargestellt. Wir leiten eine vereinfachte Lösung eines kreisförmigen Ausbautunnels in einem elastischen Boden ab. Die Lösung ergibt ein besseres Verständnis der Kennlinien. Um Gebrauch DEM erlaubt uns, zu betrachten Effekte des möglichen Ergebnisses der überbetonten Zone den Tunnel und zugehörige Unstimmigkeit des Bodens auf den Kurven. La discussion sur la portance de charge de la terre et de la stabilité du tunnel est présentée. Nous dérivons une solution simplifiée d'un revêtement-tunnel circulaire dans une terre élastique. La solution a comme conséquence une meilleure compréhension des courbes caractéristiques. L'utilisation de DEM nous permet de considérer des effets du rendement possible de la zone surchargée autour du tunnel et de la discontinuité inhérente de la terre sur les courbes.

Jan 1, 2003

By H Möller

The purpose of this paper is to give an overview of the corrosion behaviour of steel in seawater. It is shown that the corrosion products (oxy-hydroxides and calcareous deposits) that are formed during corrosion in seawater have a significant effect on the corrosion behaviour of steel. The chemical composition of the steel determines how protective the oxy-hydroxide corrosion product is. The composition of the seawater influences the nature of the calcareous deposits. This needs to be considered when artificial solutions are used to simulate the corrosion behaviour of steel in seawater. A 3.5% NaCl solution is used frequently for this purpose, but because no calcareous deposits can be formed in this solution, erroneous results in terms of corrosion rates are obtained. The more complex ASTM D1141 artificial solution can be used to include the effects of ions other than Na+ and Cl- in synthetic seawaters. The importance of these other ions on the formation of calcareous deposits is discussed. Keywords: Steel, corrosion, seawater, calcareous deposits, oxy-hydroxides

Jan 1, 2006

By A. Rejeb, A. Millard

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

Jan 1, 2003

By L. Malmgren, A. Ansell

This paper deals with the influence from blast induced stress waves on the performance of shotcrete support in the Kiirunavaara mine. Time histories of stress waves from blasting were obtained from measurements during production blasts in the mine, followed by failure mapping. A finite element model, consisting of beam and spring elements, was used to calculate the shotcrete response to vibrations from blasting. The modelling approach was similar to that of a building during an earthquake, with accelerations measured in-situ used as loads. The analysis showed that the calculated adhesive stresses exceeded the strength in the interface between rock and shotcrete near to the blasted ring. It also indicated that tensile rock failure did occur. These types of failure will presumably result in ejection of joint defined rock blocks or rock slabs and will require a ductile support, such as fibre reinforced shotcrete. The predicted failure was confirmed by the mapping, which also showed that the zone of failed shotcrete was much larger in areas with plain shotcrete compared to areas with reinforced shotcrete. L’influence de l’onde de pression générée par les sautages à la mine de fer de Kiruna sur la performance du béton projeté est étudiée dans le présent article. Les ondes créées par les sautages ont été enregistrées et les domages résultants ont été cartographiés. La réponse du béton projeté aux vibrations de sautage est étudiée à l’aide d’un modèle d’éléments finis, constitué de poutres et de ressorts. L’approche est similaire à celle d’un immeuble subissant un tremblement de terre, avec les accélérations internes utilisées comme charges. L’analyse montre qu’à proximité des sautages, la contrainte adhésive dépasse la résistance de l’interface roche-béton. L’analyse confirme aussi l’existence de ruptures en tension. Ces types de rupture induisent probablement l’éjection des blocks définis par les structures du massif rocheux et requierent un support ductil, comme du béton projeté renforcé par exemple. Le type de rupture est confirmé par les observations de terrain, qui montrent aussi une extension plus importante des domages lorsque le béton projeté n’est pas renforcé. In diesem Konferenzbeitrag geht es um den Einfluss, der aus einer Sprengung hervorgerufenen Schwingungswellen auf die Ausführung der Spritzbetonverstärkung in dem Kiirunavaara Bergwerk. Die Aufzeichnungen der Schwingungswellen von Sprengungen gemäß einer Fehlerkartierung beziehen sich auf Messungen, die während der Sprengungen durchgeführt wurden. Ein Finite Elemente Modell, bestehend aus Stab- und Federelementen, wurde für die Berechnung der Spritzbetondeformation in Bezug auf die Schwingungen aus Sprengungen angewendet. Die Modellierungsmethode war ähnlich der eines Gebäudes während eines Erdbebens anhand der gemessenen Beschleunigungen vor Ort, die als Lasten benutzt wurden. Die Untersuchung hat gezeigt, dass die berechnete Haftspannung größer war als die Festigkeit in der Verbindung zwischen Gestein und Spritzbeton in der Nähe des Sprengungscentrums. Die Analyse hat gezeigt, dass die Zugfestigkeit des Gesteins versagte. Diese Arten von Versagen werden als Folge der Herausnahme von Gesteinsbrocken oder Gesteinsplatten erklärt und benötigen eine faserverstärkte Spritzbeton. Das vorausgesagte Versagen bestätigte sich beim Kartieren, welches auch zeigte, dass die Zone des versagenden Spritzbetons in Bereichen mit unverstärktem Spritzbeton viel größer war als in Bereichen mit armierten Spritzbeton.

Jan 1, 2003

By Van Sint JanM., M. Prudencio

ABSTRACT We report the results of a model-testing program to evaluate the strength characteristics of non-persistent joints. We describe the conditions under which new tensile cracks generate and propagate to connect existing joints so that the rock mass becomes fractured into several blocks, leading to a low strength. The strength of some models was equal to that along a single joint through the full sample length. In models with two joint sets, failure took place along a composite plane, partly sliding along a discontinuous joint and shearing through the intervening intact block of rock, or else by rotation and sliding of the blocks. This last failure mode could also lead to very low model strength. ZUSAMMENFASSUNG Dieser Bericht beschreibt die Ergebnisse von Versuchen mit Modellfelsmassen um den Einfluâ von unterbrochenen Rissen in ihrer Widerstandsfähigkeit zu untersuchen. Es werden die Umstände beschrieben unter denen neue Zugrisse entstehen, sich verbreiten, sich mit bestehenden Rissen verbinden und die Felsmasse in mehrere Felsblöcke zerlegen und zu einer kleinen Widerstandsfestigkeit führen. Der Widerstand einiger Versuchskörper entsprach der Festigkeit eines Risses der die ganze Länge des Versuchskörpers überquert.Versuchkörper mit zwei Rißfamilien versagten unter einer zusammegesetzten Ebene, zum Teil mit Verschiebungen nach unterbrochenen Rißebenen die sich durch Schnittversagen intakter Felsblöcke verbinden, und zum Teil durch Drehungen und Verschiebungen einzelner Felsblöcke. Die letzte Versagunsart kann zu einer stark verminderten Widerstansfähigkeit führen. RÉSUMÉ Nous présentons les résultats de quelques essais fait sur des modèles évaluant les caractéristiques de résistance des fractures discontinues. Nous décrivons les conditions sous lesquelles des nouvelles fissures de traction peuvent s’engendrer et se propager pour faire la connection avec des fractures existantes, de façon que le rocher se fracture en plusieurs blocs, menant à une résistance réduite. La résistance de quelques modèles fut égale a celle d’une fracture traversant toute la longueur du modèle. Pour les modèles ayant deux ensembles de fractures, la rupture a eu lieu sur une surface mixte, causée d’une part, par le glissement sur une fracture discontinue et d’autre part, par la rupture à travers le pont de matériel intact; ou bien par rotation et glissement des blocs. Cette dernière façon de rupture peut aussi aboutir à une très faible résistance des modèles.

Jan 1, 2003