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By J. N. Van der Merwe, D. P. Roberts

The two components of pillar design formula being used in South Africa are pillar strength and pillar load. While considerable effort has been directed to the determination of pillar strength, the other half of the safety factor equation, the load, has not received the same amount of attention. The load acting on pillars has always been calculated using the Tributary Area Theory (TAT). This paper summarises the recent studies on coal pillar loading using various numerical models. It concludes that although there are meaningful differences under certain circumstances, there is still a compelling argument to use the TAT in coal pillar design. Les deux parties composantes de la formule de conception de pilier généralement utilisée en Afrique du Sud sont la résistance de pilier et la charge de pilier. Tandis que des efforts considérables on été dirigés vers la détermination de la résistance de pilier, l’autre moitié du facteur de sécurité n’a pas reçu la même attention. La charge agissant sur les piliers a toujours été calculée avec la Théorie d’Aire Tributaire (TAT). L’étude présente résume les études récentes sur la charge de pilier de charbon utilisant des modèles numériques variés. La conclusion est que bien qu’il y ait des différences significatives selon les circonstances, il y a toujours un argument puissant pour utiliser le TAT dans la conception de pilier de charbon. Die in Südafrika für die Auslegung von Pfeilern verwendeten zwei Formelkomponenten sind Pfeilerstärke und Pfeilerbelastung. Während beträchtlicher Aufwand zur Bestimmung der Pfeilerstärke gemacht wurde, wurde der anderen Hälfte der Sicherheitsfaktorsgleichung nicht die gleiche Aufmerksamkeit gewidmet. Die auf die Pfeiler wirkende Last wurde immer unter Verwendung der Tributary Area Theory (TAT) berechnet. Diese Arbeit fast neuere Studien betreffend der Belastung von Kohlepfeilern unter Verwendung verschiedener numerischer Modelle zusammen. Die Schlussfolderung ist, daß obwohl unter bestimmten Vorraussetzungen bedeutende Unterschiede existieren, nach wie vor ein bezwingendes Argument besteht TAT in der Kohlepfeilerauslegung zu verwenden.

Jan 1, 2003

By F. H. Cornet, D. Ask, O. Stephansson

We have conducted a stress analysis of overcoring stress measurements undertaken at the Zedex Test Site (ZTS) in the Äspö HRL, Sweden. Two different types of overcoring cells have been used at the site: the 9-gauge Borre Probe (CSIR-type) and the 12-gauge CSIRO HI cell. Inversion programs based on the least-squares criterion were developed and calibrated. The primary and secondary stress field in the ZTS were back-calculated using strain data from individual cells as well as from combining data from both cells. We propose that the combination of strain data from the two cells significantly improves the determination of the stress field. A striking result is the good agreement between the re-analysed overcoring data and the existing hydraulic fracturing data. The deviations for the horizontal stresses between the re-analyzed overcoring data and the existing hydraulic fracturing data are approximately 3 MPa. The deviation in the orientation of maximum horizontal stress is approximately 10-20°. Nous avons analysé les résultats de mesures de contrainte par surcarottage réalisées sur le site Zedex, du laboratoire souterrain HRL d’Aspö, en suède. Deux types de cellule de mesure ont été utilisés sur ce site : la cellule à 9 jauges (du type CSIR) et la cellule à 12 jauges (du type CSIRO HI). Un programme d’inversion mettant en œuvre une norme par moindres carrés a été développé et validé. Les champs de contrainte primaires et secondaires du site Zedex ont été évalués d’une part en considérant chaque mesure isolément, d’autre part en intégrant l’ensemble des données de déformation dans une inversion unique. Nos résultats suggèrent que l‘association des diverses mesures dans une intégration unique améliore nettement la détermination du champ de contrainte. Un résultat intéressant est le bon accord entre ces nouveaux résultats et les résultats des mesures par fracturation hydraulique. Les écarts sur l’amplitude des contraintes horizontales est de l’ordre de 3 Mpa, les écarts sur les orientations de l’ordre de 10-20°. Auf dem Zedex Test Gelände im Äspö Festgesteinslabor (HRL) wurde eine Spannungsanalyse mittels Overcoring Spannungsmessungen durchgeführt. Hierzu wurden zwei verschiedene Methoden verwendet: das 9-kanal Borre Gerät (CSIR- Ausführung) und die 12-Kanal CSIRO HI Zelle. Inversionsprogramme, die auf dem “least-squares”- Kriterium basieren, wurden entwickelt und kalibriert. Das primäre und sekundäre Spannungsfeld des Zedex Test Geländes wurde sowohl aus Verformungsdaten individueller Zellen als auch aus Kombination beider Zellen ermittelt. Wir nehmen an, daß die Kombination der Messergebnisse beider Geräte die Bestimmung des Spannungsfeldes signifikant verbessert. Überzeugender Beweis hierfür ist die gute Übereinstimmung der überprüften Overcoring Daten und Ergebnisse aus existierenden Hydraulic Fracturing Versuchen. Die Abweichungen der horizontalen Spannungen aus beiden Datensätzen ist etwa 3 MPa und Abweichungen der Orientierung der größten Horizontalspannung liegen bei etwa 10-20°.

Jan 1, 2003

By C. Haberfield, J. Szymakowski

Recent studies by the authors into the behaviour of jointed rock masses using direct shear testing have confirmed that joint spacing has a significant effect on rock mass strength. The rock mass failure envelopes assessed from these tests have been compared to failure envelopes obtained using the Hoek-Brown GSI criterion. Good agreement between measured and estimated GSI strength envelopes where obtained when joint spacing was considered in the assessment of GSI. Les études récentes conduites par les auteurs sur le comportement des joints rocheux employant l'essai direct de cisaillement ont confirmé que l'espacement a un effet significatif sur la force de la masse rocheuse. Les enveloppes de ruptures obtenues pour ces essais ont été comparées à l'enveloppe de rupture obtenue en utilisant le critère GSI Hoek-Brown. Une bonne corrélation a été constatée entre les enveloppes obtenues expérimentalement et les enveloppes calculées par la méthode GSI quand l'espacement des joints a été pris en considération dans l'évaluation de GSI. Kuerzliche Untersuchungen der Autoren betreffs Reaktionen von gebrochenen Felsmassen zu direkter Scherkraft, bestaetigen, dass die Abstaende von Rissen einen deutlichen Einfluss auf den Widerstand der Felsmassen hat. Die Bruchbereiche der Felsmassen die von diesen Untersuchungen entwickelt wurden, wurden verglichen mit den Bruchbereichen, die man mit der Anwendund der Hoek-Brown GSI Formulierung erhaelt. Eine gute Uebereinstimmung zwischen gemessenen und errechneten GSI Festigkeitsbereichen wurde erzielt, wenn der Abstand der Risse in der Berechnung der GSI in Betracht gezogen wurde.

Jan 1, 2003

By A. K. Singh, R. Singh, P. K. Mandal

On the basis of in situ study of pillar loading at different sites, an attempt is made in this paper to visualize the development of mining induced stress under varying geo-mining conditions. Field study demonstrated interesting interaction between size of pillar and nature of roof rock mass under the influence of increasing dimension of the excavation. Stiffness of pillars/overburden, extraction ratio and depth cover are observed to be the important parameters for the estimation of mining induced stress over the pillar. These parameters influence, both, the value of ultimate induced stress (vertical) and its range of influence ahead of the face line. Further, it is observed that the change in width/height (w/h) ratio of a pillar has got considerable influence over the nature of mining induced stress over it. Impact of highly dynamic nature of mining induced stress over the natural supports is observed to be the most serious factor for the safety of working under a hard and massive roof rock mass. On the basis of these observations, a conceptual model of interaction between the natural support and overlying strata is discussed in the paper. ZUSAMMENFASSUNG: Aufgrund ist in situ Studium von Säule Beladung an verschiedenen Stellen, ein Versuch in diesem Papier gemacht, die Entwicklung des Bergbaus vostellen sich, Spannung unter Änderung von Geo Bergbau von Bedingungen hat veranlaßt. Feld Studium hat interessante Wechselwirkung zwischen Größe von Säule und Natur von Dach Felsen Masse unter dem Einfluß von Vermehrung Dimension des excavation vorgeführt. Steifheit des Säulen Overburden, Herausziehung Verhältnisses und Tiefe sind beobachtet bedeckt, die wichtigen Parameter für die Schätzung des Bergbaus zu sein, Spannung über der Säule hat veranlaßt. Diese Parameter beeinflussen, beide, der Wert allerletzter veranlaßter Spannung (senkrecht) und sein Bereich des Einflusses voraus von der Gesicht Linie. Weiter ist, es beobachtet, daß die Änderung in Breite Höhe (W H) Verhältnis einer Säule beträchtlichen Einfluß über der Natur des Bergbaus erhalten hat, Spannung hat darüber veranlaßt. Schlag sehr dynamischer Natur des Bergbaus ist Spannung über den natürlichen Stützen beobachtet hat veranlaßt, der ernsteste Faktor für die Sicherheit des Arbeitens unter einer harten und massiven Dach Felsen Masse zu sein. Aufgrund dieser Beobachtungen, ein begriffliches Modell der Wechselwirkung zwischen der natürlichen Stütze und der überlagernde strata ist im Papier diskutiert. RESUME: En se basant sur dans l'étude de situ de chargement de pilier aux sites différents, une tentative est faite dans ce papier pour envisager le développement de creuse la tension persuadée sous varier de conditions de geo creuse. L'étude de champs a démontré l'interaction intéressante entre la taille de pilier et la nature de masse de rocher de toit sous l'influence d'augmenter de dimension de l'excavation. La raideur de piliers overburden, la proportion d'extraction et la couverture de profondeur est observée pour être les paramètres importants pour le jugement de creuse la tension persuadée par-dessus le pilier. Ces paramètres influencent, les deux, la valeur de tension persuadée ultime (vertical) et sa gamme d'influence en avant de la ligne de face. Plus, il est observé que le changement dans la largeur hauteur (le w h) la proportion d'un pilier a reçu l'influence considérable par-dessus la nature de creuse la tension persuadée par-dessus il. L'impact de nature extrêmement dynamique de creuse la tension persuadée par-dessus les soutiens naturels est observé pour être le facteur le plus sérieux pour la sûreté de fonctionnement sous une masse de rocher de toit dure et massive. En se basant sur ces observations, un modèle conceptuel d'interaction entre le soutien naturel et les couches recouvrant est discuté dans le papier.

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. H. Rhee, H. B. Ku, J. S. Lee, H. J. Park, B. S. Jang

A large wedge failure had occurred in the study area which was under construction. Therefore, in order to analyze the potential instability for this rock slope, the authors conducted numerical analysis with DEM and then the behaviour of rock mass was analysed after appropriate reinforce-ments were applied. Ein großer Keildefekt geschah in dem Untersuchungsgebiet, das im Bau befindlich ist. Deshalb, um die potentielle Unbeständigkeit für diesen Felsenabhang zu analysieren, führen die Urheber zahlenmäßige Analyse mit DEM. Und dann wird die Bewegung der Felsenmasse ana-lysiert, nachdem angemessene Verstärkungstruppen angewandt werden. Un grand échec de coin sèst passé dans le région étudié qui était en construction. Par conséquent afin d’analyser linstabilité potentielle de cette pente de roches, les auteurs ont mené une analyse numérique avec DEM. Ensuite le comportement de la masse de roches pourrait être analysée après les renforts appropriés étaient appliqués.

Jan 1, 2003

By M. Nakamura, T. Akamatsu

Embankment dams are often constructed on soft rock foundations in Japan, so it is important to precisely predict deformation of the foundations due to fill placement at the design stage. In order to accurately evaluate the settlement and the strain of the rock foundation surface during construction, the influence of the scattering of the deformability of foundations on the deformation behaviour should be investigated. In this paper, a method of evaluating the settlement and the strain of the rock foundation surface during construction was studied with stochastic deformation analysis considering the scattering of the deformability of the dam foundation. Based on the analytical results, a dam foundation design using the deterministic method considering the scattering of its deformability was discussed. Da in Japan Uferdämme of auf weichen Felsfundamenten gebaut werden, ist es wichtig, die Verformung der Fundamente auf Grund der Platzierung der Aufschüttungen bereits in der Planungsphase genau vorherzusagen. Im Zusammenhang mit einer genauen Beurteilung der Senkung sowie der Belastung der Felsfundamentoberfläche während der Bauarbeiten sollte auch der Einfluss der Streuung der Verformbarkeit der Fundamente auf das Verformverhalten untersucht werden. In der vorliegenden Studie wurde die Bewertungsmethode zur der Senkung sowie der Belastung der Felsfundamentoberfläche während der Bauarbeiten mit Hilfe von Wahrscheinlichkeitsanalysen der Verformung unter besonderer Berücksichtigung der Streuung der Verformbarkeit der Dammfundamente untersucht. An Hand dieser analystischen Ergebnisse wurde das Design der Dammfundamente dann enthusiastisch mittels deterministischer Methoden hinsichtlich der Streuung der Verformbarkeit diskutiert. Comme les barrages en remblai sont souvent construits sur des fondations rocheuses tendres au Japon, il est essentiel de prévoir précisément les déformations des fondations causées par la mise en place du remblayage durant la phase de conception. Afin d’évaluer avec exactitude le tassement et la déformation de la surface du rocher de fondation durant la construction, l’effet de la dispersion de la déformabilité des fondations sur le comportement de déformation doit être étudié. Dans cette étude, l’auteur a étudié la méthode d’évaluation du tassement et de la déformation de la surface du rocher de fondation durant la construction en procédant à une analyse aléatoire/stochastique de la déformation et en prenant en considération la dispersion de la déformation des fondations du barrage. En se basant sur les résultats de l’analyse, la conception des fondations de barrage avec la méthode déterministe considérant la dispersion de sa déformabilité a été activement discutée.

Jan 1, 2003

By J. W. Klokow, S. L. Mulder

Early removal of the shaft reef is usually considered necessary on deep level South African gold mines to avoid damaging stress build-up associated with traditional shaft-protection pillars. In the case of the relatively shallow Beatrix Gold Mine it was largely motivated by early access to ore and the consequent earlier return on invested capital. A number of options were considered to protect the shaft from possible damaging stress changes and to minimise deformations in the shaft-reef area. Numerical modelling was used to evaluate the options and to quantify as accurately as possible the likely deformations to be accommodated by the shaft steelwork designs. The option chosen was a combination of strategically placed satellite pillars and yield pillars, and backfill. Following the mining of a small inner cut during the shaft sinking process, full-scale mining is progressing away from the shaft. Suitable instrumentation has been installed to monitor deformations associated with the shaft reef removal. Enlever rapidement le filon du puits est en général considéré nécessaire dans les galeries de fond des mines d’or sud-africaines pour éviter l’accumulation nuisible de contraintes associée aux piliers de protection de puits traditionnels. Dans le cas de la mine d’or Beatrix, relativement peu profonde, l’enlèvement était motivé en grande partie par l’accès rapide au minerai et par conséquent un profit plus rapide sur l’investissement. Un certain nombre d’options furent considérées pour protéger le puits contre les changements de contraintes potentiellement nuisibles, et pour minimiser la déformation dans l’aire puits/filon. La modélisation numérique fut utilisée pour évaluer les options et pour quantifier aussi précisément que possible les déformations probables que la conceptualisation du puits devrait prendre en compte. L’option choisie fut une combinaison de piliers satellites placés à des points stratégiques avec des piliers de protection, et terre de remblayage. Pendant le fonçage de puits une petite coupure intérieure fut exploitée, et maintenant l’exploitation à grande échelle, au-delà du puits, est en cours. Les instruments nécessaires ont été installés pour surveiller les déformations associées à l’enlèvement du filon du puits. Die frühe Entfernung des Riffschachtes wird normalerweise bei südafrikanischen Tiefbaugoldmienen als notwendig erachtet um den zerstörende Druckaufbau zu vermeiden, welcher mit traditionellen Schachtschutzpfeilern verbunden ist. Im Fall der verhältnismäßig flachen Beatrix Goldmine war es hauptsächlich vom frühen Zugang zum Erz und dem konsequenten frühen Rückfluß des investierten Kapitals motiviert. Eine Anzahl an Optionen wurde erachtet um den Schacht vor möglichen zerstörenden Druckänderungen zu schützen und Deformationen im Riffschachtbereich zu minimieren. Um die Optionen zu bewerten und mögliche Deformationen so genau wie nur möglich quantitativ darzustellen die von den Schachtstahlkonstruktionen aufgenommen werden müssen, wurden numerische Modelle verwendet. Die gewählte Option war eine Kombination aus strategisch plazierten exzentrischen Pfeilern und Schutzpfeilern sowie Hinterfüllungen. Nach dem Vortrieb eines kleinen inneren Einbruches während des Abteufens wird der Vollvortrieb vom Schacht weg vorgenommen. Um die Deformationen, die mit der Riffschachtentfernung verbunden sind zu überwachen, müssen geeignete Instrumentenausrüstungen installiert werden.

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

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 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 Y. Mitani, M. Xie, G. Zhou, T. Esaki

The assessment of landslide instability and risk has become a topic of major interest for both geoscientists and engineering professionals as well as for local communities and administrations in many parts of the world. In this paper, based on a new developed Geographic Information Systems (GIS) grid-based 3D deterministic model and taken the slope unit as the study object, the landslide hazard is mapped by the index of the 3D safety factor. Assuming the initial slip as the lower part of an ellipsoid, the 3D critical slip surface in the 3D slope stability analysis is obtained by means of a minimization of the 3D safety factor using the Monte Carlo random simulation. The failure probability of the landslide is calculated by an approximate method in which the distributions of f,c and the 3D safety factor are assumed to be in normal distributions. The assessment of the earthquake triggered landslide hazard is done by the dynamic displacement analysis using the index of the Newmark displacement. All the calculations are implemented by a computational system call 3DSLOPEGIS in that a GIS component is used for fulfilling the GIS spatial analysis function. Besides the results of 3D safety factor and probability, the possible landslide body and boundary can be three-dimensionally quantitatively identified. L’ estimation des glissement de terrain et des risques impliqués est devenu un des principal sujet de préoccupation pour les géotechniciens, mais aussi pour les ingénieurs specialisés ainsi que pour les communautés et administrations locales dans de nombreuses région du monde. Dans cette étude, basé sur un modèle de maillage 3D et une approche déterniniste couplée au Système d'Information Géographique (SIG), étudiant la stabilité des versants , le lieu d'étude à risque est maillé suivant le facteur de sécurité calculé en 3D. En supposant que le glissement initial soit la partie inférieure d'un élipsoïde, l'analyse de stabilité pour le glissement critique 3D d'un versant 3D est obtenu grace à une minimisation du facteur de sécurité en 3D utilisant la méthode de simulation aléatoire de Monte Carlo. La probabilité d'un glissement de terrain est calculée par une méthode approximative, supposant la distribution de c, f et du facteur de sécurité 3D normale. L'estimation d'un risque de glissement de terrain causé par un tremblement de terre est faite grace à une analyse du déplacement dynamique suivant l'index de Newmark. Tous les calculs sont effectués par le biais d'un système de calcul appellé 3DSLOPEGIS dans lequel te GIS est utilisé pour gérer l'analyse spatiale. En plus de cela, les résultats du coefficient de sécurité en 3D, des probabilités, le terrain susceptible de glisser, et ses limites, peuvent être quantitativement évalués en trois dimensions. Die Bewertung von Erdrutsch-Instabilität und risiko sind zu einem Thema von großen Interesse für sowohl Geowissenschaftlern und Ingenieuren als auch von Gemeinden und Verwaltungen in vielen Teilen der Welt geworden. In dieser Arbeit, basierend auf einem neu entwickelten Geografische Informationssysteme (GIS) gitterbasierten 3D deterministischen Modell und mit der Böschung als Untersuchungsobjekt wird die Erdrutschgefahr durch den Index des 3D-Sicherheitsfaktors kartografiert. Unter der Annahme, dass der erste Rutsch der untere Teil eines Ellipsoiden ist, wird die 3D kritische Schlupfoberfläche in der 3D-Böschungsstabilitätsanalyse mit einer Minimierung des 3D-Sicherheitsfaktors mit der Monte Carlo Zufallssimulation erhalten. Die Fehlerwahrscheinlichkeit des Erdrutschs wird mit einer Annäherungsmethode berechnet, bei der die Verteilungen von f,c und dem 3D-Sicherheitsfaktor als innerhalb normaler Verteilungen angenommen werden. Die Beurteilung der Erdbeben-ausgelösten Erdrutschgefahr wird mit der dynamischen Verdrängungsanalyse mit dem Index der Newmark-Verdrängung gearbeitet. Alle Berechnungen werden mit einem Berechnungssystem mit der Bezeichnung 3DSLOPEGIS ausgeführt, bei dem eine GIS-Komponente zum Erfüllen der GIS räumlichen Analysefunktion verwendet wird. Neben der Ergebnissen des 3D-Sicherheitsfaktors und der Wahrscheinlichkeit kann der mögliche Erdrutschkörper und der Umfang dreidimensional quantitativ identifiziert werden.

Jan 1, 2003

By J. E. Quintanilha de Menezes, L. Ribeiro e Sousa, I. Ferreira

The Paradela dam has a spillway that makes it possible to discharge a maximum flow of 400 m3/s, the water discharges being on the river Sela, about 2km upstream the river Cávado. After the first use of the spillway, some landslides have occurred on the right bank of the river Sela as a result of the erosion generated on its base about one hundred meters near some houses of a small village. This paper presents a study performed for the slope stability where finite element results are taken into account. A monitoring program was established that essentially consisted of measuring sub-horizontal displacements in points located in boreholes at different depths and also phreatic levels. Some monitoring results are presented. Le barrage de Paradela a une décharge d’eau avec un débit maximal de 400 m3/s sur le fleuve Sela dans un endroit situé environ 2km sur l'amont du fleuve Cávado. Après la première utilisation de cette décharge, quelques glissements se sont vérifiés sur le versant droit du fleuve Sela résultant de l’érosion générée sur sa base dans une zone à 100 mètres de quelques maisons d’un petit village. Ce travail présente une étude réalisée concernant la stabilité du versant avec la considération des résultats des éléments finis. Un programme d’auscultation a été mis en place pour mesurer les déplacements sub-horizontales sur des points situés en forages à des différentes profondeurs. Quelques résultats de cette monitorization sont présentés. Der Ueberlauf des Padela Dammes ermoeglicht das Ablassen einer max. Wassermenge on 400 m3/s in den Sela Fluss, ca. 2 km flussaufwaerts des Cávado Flusses. Nach Inbetriebnahme des Ueberlaufes traten in ca. hundert Meter Entfernung zur Wohnbebauung eine Dorfes Erdrutschungen am rechten Ufer des Sela Flusses auf, die auf Erosionen am Flussbett zurückzuführen waren. In der vorliegenden Studie wurde die Boeschungsstabilitaet unter Beruecksichtigung von Berechnungsergebnissen der Finiten Element Methode untersucht. Es wurde ein essprogramm ausgearbeiten, das im Wesentlichen auf Messungen der Untergrundverformungen in verschiedenen Bohrlochteufen sowie auf Grundwassermessungen beruht. Im Folgenden sind einige Messergebnisse dargestellt.

Jan 1, 2003

By J. F. Shao, G. Duveau, W. Z. Chen, O. Ozanam

In this paper, we present a sensitivity study for the numerical modelling of hydromechanical coupling around a shaft in partially saturated claystone. Two representative constitutive models have been used: an elastoplastic damage model (IDEPLML) and an elastic perfect plastic model based on the Hoek and Brown failure criterion (H&B). A series of comparative studies have been performed with respect to main parameters involved in coupling process (mechanical, hydraulic and hydric properties). The emphasis is put on the evaluation of induced plastic, damaged and failed zone due to excavation and drying process. Dans ce papier, nous présentons une étude numérique paramétrique du comportement hydromécanique couplé d’une argilite partiellement saturé, lors du creusement et de la maintenance d’un puit L’étude paramétrique porte à la fois sur le type de modèle et sur les principaux paramètres (mécaniques hydrauliques et hydriques) intervenant dans le couplage. L’accent est principalement porté sur l’évaluation des zones plastifiées autour de l’ouvrage lors de la désaturation. In unserem Beitrag geht es um eine digitale parametrische Untersuchung über das hydromechanische Verhalten eines teilweise durchtränkten Tons beim Abteufen und dem Betrieb von Schächten. Die parametrische Analyse konzentriert sich auf den Modelltypus und auf die wesentlichen bei der Verbindung wirksamen Parameter, d.h. die mechanischen, hydraulischen und hydrologischen. Der Schwerpunkt liegt auf der Bewährung der plastifizierten Bereiche des Bauwerkes während der Austrocknung.

Jan 1, 2003

By H. E. James

Much has been said and written about the need to reduce South Africa's dependence on gold. To compensate for the decline in the country's foreign-exchange earnings resulting from the phasing out of gold, which must inevitably occur at some future date, a far higher priority will have to be placed on the mining, beneficiation, and export of the 59 other mineral commodities produced in South Africa. The basic strategy of the mining and metallurgical industries should be to move from the traditional approach of establishing a resource base to the establishment of a market base; to turn from production orientation to market orientation; and to rely less on exploration and economies of scale and more on process innovation and product development. The enthusiasm, entrepreneurial spirit, and commitment of the leaders in the mining and metallurgical industry will clearly be of decisive importance in the establishment of new industries for the beneficiation and export of added-value mineral-based products. The State can make a significant contribution by the provision of a welldeveloped and efficient infrastructure, including rail and harbour facilities, communications and health services, roads, and of electricity and water supplies. In our search for a new development strategy for the beneficiation and export of South Africa's minerals, we need to recognize that no one nation has all the mineralresources that it needs. Commercial and strategic manipulation of mineral supplies should no longer be tolerated. The future of the human species lies in international cooperation and in a greater understanding of the limitations of the world we live in.

Jan 1, 1985

By R. T. Jones

"SynopsisScientific progress relies on the publication of ideas and experimental results that can be replicated, tested, and improved over time. The first printed book on metallurgy to have been published in Europe is considered to be De la Pirotechnia, written in Italian by Vannoccio Biringuccio, and published in Venice in 1540. Together with De Re Metallica, written by Georgius Agricola and published in Latin in 1556, this can be considered to mark the start of scientific and technical literature in this field. Scientific publishing of journal papers has been in existence for 350 years, since the world's oldest and longest-running scientific journal, the Philosophical Transactions of the Royal Society, was first published in London in 1665.The nature of scientific societies has changed significantly since the early days when regular meetings were held to discuss science and conduct experiments, and the reading of scientific papers took place, and publication of papers was undertaken to record the proceedings of meetings, often including rather robust debate. In today’s world, there is a plethora of publications, and it is close to impossible for anyone to keep up with the vast flow of information. International conferences with hundreds of presentations have taken the place of the local meetings that used to discuss a single paper or experiment. In this frenetic environment, it is essential that researchers are able to trust the material they read.The system of peer review is used to maintain standards and to improve the quality of papers. This vital system is, however, significantly flawed. There is little incentive for reviewers to invest sufficient time in picking up all errors in publications, and any ineptitude on their part is usually protected by anonymity. It has reached the point where some reviewers have mistakenly permitted the publication of hoax papers deliberately presented with a complicated scientific facade. In light of such astounding inadequacies, perhaps a more open review process would be an improvement. Electronic publishing allows errata to be linked to the original papers.There is an increasing trend towards open access for papers in scientific journals and conference proceedings, which helps to reach as wide an audience as possible. This also supports the statement in the Universal Declaration of Human Rights, which says ‘everyone has the right freely to … share in scientific advancement and its benefits’."

Jan 1, 2015

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 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 S. K. Murphy, S. M. Spottiswoode, A. M. Milev, D. Geyser

A portable, stand-alone instrument especially designed for recording strong ground motion was used in this study to create a large database of peak particle velocities measured underground. A total number of 39 sites located in stopes mining Carbon Leader and Ventersdorp Contact Reefs were investigated. Peak particle velocities whith values up to 3 m/s were recorded at some sites. The data recorded on the skin of the excavations were compared to the data recorded by the mine seismic networks to determine the site response. The maximum site response was obtained for source radii of between 5 m and 30 m and events locating within 200 m of the site. The extreme values of peak particle velocities were obtained in cases were the face-area lay within the source radius. Un instrument portable unique spécifiquement conçu pour enregistrer les mouvements dynamiques des terrains, a été utilisé dans cette étude pour créer une base de données importante sur la vélocité maximum des particules, mesurée en souterrain. Un nombre total de 39 sites situés dans les excavations exploitant les récifs appelés ‘Carbon Leader et Ventersdorp Contact Reefs’, a été investigué. Une vélocité maximale avec des valeurs allant jusqu’ à 3 m/s a été enregistrée sur certains sites. Les données enregistrées sur le bord de l’excavation ont été comparées aux données enregistrées par les réseaux séismiques de la mine pour déterminer la réponse du site. La réponse maximum du site a été obtenue pour des sources de rayons entre 5 m et 30 m et des évènements situés dans les 200 m du site. Les valeurs extrêmes de vélocités maximales ont été obtenues pour les cas où la zone de face se trouve à l’intérieur du rayon de la source. Ein mobiles, alleinstehendes Instrument, speziell entworfen um starke Formationsbewegungen aufzuzeichnen, wurde in dieser Studie verwendet um eine große Datenbank von Partikelspitzengeschwindigkeiten, die Untertage gemessen wurden, aufzuzeichnen. Eine Gesamtanzahl von 39 Aufstellungsorten in den Schichtabbauorten vom Carbon Leader und Ventersdorp Contact Reef wurden untersucht. Partikelspitzengeschwindigkeiten mit Werten bis zu 3 m/s wurden an einigen Standorten aufgezeichnet Die an der Oberfläche des Grubenraumes aufgezeichneten Daten wurden mit jenen Daten verglichen, die vom seismischen Netzwerk der Grube notiert wurden, um die örtliche Reaktion des Standortes zu bestimmen. Die maximale Standortreaktion wurde für Ursprungsradien von zwischen 5 m und 30 m erhalten und Ereignissen die sich innerhalb von 200 m vom Standort befanden. Die extremen Werte der Partikelhöchstgeschwindigkeiten wurdenin jenen Fällen erreicht wo sich der Abbaubereich innerhalb des Ursprungsradiuses befand.

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