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By H. Gercek, M. Genis

In this paper, the effects of dynamic loads on the geometry of the failure zone occurring around underground openings, excavated in deep and massive rock masses, have been investigated. Following an elasto-plastic stress analysis of a two-dimensional underground opening under static conditions, dynamic loads have been applied. In the static and dynamic analyses, FLAC2D computer program has been utilized. Maximum ground acceleration value is selected as an input parameter. An index determining the relative size of the yield zone around the opening has been used for comparison of instabilities. In diesem Bericht wurden die Auswirkungen von dynamischen Lasten, auf die Geometrie der Bruchzone in der Umgebung von Untertagehohlräumen, die in tiefen und massiven Gebirge aufgefahren wurden, untersucht. Nach einer elasto-plastischen Spannungsanalyse eines zwei-dimensionalen Untertagehohlraumes unter statischen Beanspruchungen, wurden dynamische Lasten aufgebracht. Für die statischen und dynamischen Analysen wurde das FLAC2D Computer Programm verwendet. Die maximale Bodenbeschleunigung wurde als Eingabe Parameter gewählt. Zum Vergleichen der Unstabilitäten wurde ein Index verwendet, der die relative Grösse der Bruchzone in der Umgebung des Hohlraumes bestimmt. Dans ce papier, l’influence des chargements dynamique sur la géométrie de la zone en rupture observée autour des cavités profondes excavées dans des massifs rocheux ont été étudiées. Des chargements dynamiques ont été appliqués, dans le cas d’une modélisation bi-dimensionnelle de l’excavation d’une cavité profonde, sur la base d’une analyse élastoplastiques des contraintes en conditions statiques. Le code de calcul FLAC2D a été utilisé pour les analyses statiques et dynamiques. La valeur maximale de l’accélération du sol est choisie comme paramètre d’entrée. Un indice déterminant la taille relative de la zone sollicitée autour de la cavité a été utilisé pour comparer les différentes instabilités.

Jan 1, 2003

By K. Sugawara, Y. Hirakawa, A. Sato

The rock mass properties such as deformability and permeability are highly dependent on the existence of cracks. The Ratio of Crack Opening Dependency (RCOD) was proposed as a new index to evaluate the deformability of infinite jointed rock mass. The RCOD is defined as the ratio of total amount of crack opening and the total deformation of jointed rock mass. The theoretical relation between the RCOD and the effective compliance of jointed rock mass is discussed and confirmed through two-dimensional numerical analysis by the SC-DDM, together with the applicability to the rock engineering. Les propriétés de masse rocheuse telles que la déformabilité et la perméabilité sont très dépendantes de l'existence de fissures. Le rapport de dépendance d'ouverture des fissures a été proposé comme un nouvel index d'évaluation de la déformabilité de masse rocheuse à assemblage infini. Le rapport de dépendance d'ouverture des fissures est défini comme étant le pourcentage de quantité totale d'ouverture des fissures et de déformation totale de la masse rocheuse assemblée. Le rapport théorique entre le rapport de dépendance d'ouverture des fissures et la compliance efficace de masse rocheuse assemblée sont traités et confirmés au travers d'une analyse numérique à deux dimensions par SC-DDM en même temps que l'applicabilité à l'ingénierie des roches. Die Felsmasseneigenschaften wie Verformbarkeit und Durchlässigkeit sind hochgradig abhängig von dem Vorhandensein von Rissen. Das Verhältnis der Riss-Öffnungsabhängigkeit (RCOD) wurde als neuer Index der Verformbargkeit von infinit zerklüfteter Felsmasse vorgeschlagen. Der RCOD wird als Verhältnis der Gesamtmenge der Rissöffnungen und der Gesamtverformung der zerklüfteten Felsmasse definiert. Die theoretische Beziehung zwischen RCOD und der effektiven Verformbarkeit von zerklüfteter Felsmasse wird diskutiert und durch zweidimensionale numerische Analyse mit SC-DDM bestätigt, zusammen mit der Anwendbarkeit auf Bergbautechnik.

Jan 1, 2003

By Md. Amanullah

A novel triple action load cell assembly (LCA) was developed to determine three index parameters reflecting compressive, tensile and shear characteristics of mudcakes. The results indicate that the tensile, compressive and torsional behaviour of mudcakes are strongly influenced by the physics and chemistry of the mud additives. Eine neuartige dreifach wirkende Druckkammer zur Bestimmung der drei Indexparameter Druck, Zug, und Scherung von Spülungskuchen wurde entwickelt. Die Ergebnisse weisen auf einen starken Einfluss der physikalischen und chemischen Spülungszusätze auf Druck, Zug, Scherung hin. Un assemblage d'une nouvelle cellule a triple action (LCA) a été développée pour déterminer trois paramètres caractérisant la compression, la contrainte en traction et la résistance á la fracture des cakes. Les résultats indiquent que les comportements tensile, compressif et de torsion des argiles sont fortement influencés par la chimie et la physique des additifs des boues.

Jan 1, 2003

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

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

Jan 1, 2003

By J. P. Harrison

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

Jan 1, 2003

By W. Breytenbach

Traditionally, dithiocarbonates (xanthates) have been the preferred collectors for the flotation of platinum-bearing sulphides. However, collector development has led to trithiocarbonates (TTC), which have proven to be very effective bulk sulphide collectors. The interest in TTC flotation behaviour is currently focused on the interaction of these collectors with other collectors, specifically the dithicarbonates. Batch-flotation research has shown synergism to exist among dithiocarbonate, dithiophosphate and trithiocarbonate collectors. Increased sulphide recoveries, both for the first-minute and final concentrate, were realized using mixtures of these collectors relative to the standard.

Jan 1, 2003

By M. B. Díaz Aguado, I. Á. Fernández, C. González Nicieza, B. S. Menéndez

This paper summarizes the works that the Research “Group of Ground Engineering”, belonging to the Mining Department of the University of Oviedo, Spain, has been developing in close cooperation with the Regional Mining Department, since 2001, in order to control and monitor an experimental underground limestone exploitation by the room and pillars method. The aim of the current research is not only the geotechnical characterization of the rock mass (by means of laboratory and site tests) or the instrumentation of its displacements and stress changes (using convergence meters, INCREX probe, extensometers and rigid inclusion cells), but, moreover, to undertake intensive monitoring and control of such pilot mine, which is mined exclusively in order to accomplish this research. The data transmission was made on line via Internet, to achieve a full understanding of the behaviour of the experimental mine, to access data from remote locations and to visualize results from a website. All the collected information becomes input data for several numerical models using finite differences under a program developed in the research Group, ALMEC. The simulation and a final economical analysis lead to a design of an underground exploitation, at production scale, for a resource that is traditionally mined by means of open-pit process methods that could be worked underground with less environmental impact. The main purpose achieved by this exhaustive analysis is the technical and economic viability of such mine, for their optimisation for a future productive exploitation.

Jan 1, 2003

By R. Tabanrad

This article examines the stability analysis of intake tunnels of Karun III dam & power plant. The tunnels have been excavated with a 3-dimensional and fairly complicated geometry in Pabdeh weak formation rocks at Zagros region. Due to the particular excavation geometry and inapplicability of plane-strain status, the stability of these excavations has been analyzed using both the 3D elastic software Examine 3D and the 2D non-elastic software UDEC simultaneously. The geomechanical parameters have been estimated by back analyzing the measured displacements from instruments, which were installed in the tunnels, and the parameters have been used in non-elastic numerical model. The results of the analysis show that the strains occurred in surrounding rock mass are less than the allowable failure strain and that the tunnels are stable. In addition, considering the results of non-elastic 2D analysis, the areas with unstable potentiality were identified and after the instability occurred at the areas predicted by the model , it was stopped up to the allowable strain limit through installing additional support . Bei diesem Artikel handelt es sich um eine Analyse der Festigkeit der Eingangstunnel des Damms und Elektrizitätswerks “Karoon III”.Die Tunnel haben drei Dimensionen und eine sehr schwierige Form und sind in brüchigen Felsen in “Pabedeh ,in Zagrossgebirge”eingebohrt.Aufgrund besonderer Form der Bohrung wurde ihre Festigkeit durch elastische dreidimensionale Soft-ware analysiert,die gleichzeitig die drei-und zweidimensionale unelastische Soft-ware UDEC benutzt hat.Die geometrische Parameter sind mit Ausnützung der Analyse berechneter eingesetzter Versorgungen,die in Tunnel aufgebaut sind,bewertet.Und diese Parameter sind in Zahlen-Analyse benutzt.Die Ergebnisse dieser Analyse zeigen,dass die Drücke an Felsen weniger als problematischer Grad der Drücke sind und die Tunnel fest sind.Ausserdem wurde mit einem Einblick auf die Ergebnisse der unelastischen zweidimensionale Analyse die eventuellen unfesten Teile bestimmt.Nach entstandener Unfestigkeit an diesen Teilen wurde die problematischeDrücke für Aufbau mehrere Anlagen gestoppt. Cet article examine l'analyse de la stabilité de tunnels de la prise de Karoun barrage III et centrale électrique. Les tunnels ont été excavés avec une 3 dimensionnel et compliqué géométrie dans Pabedeh que la formation faible balance à région Zagros équitablement. Dû à la géométrie de l'excavation particulière et inapplicabilite de statut de tension plane, la stabilité de ces excavations a été analysée en utilisant les deux le 3D logiciel élastique Examen 3D et le 2D logiciel non - élastique UDEC simultanément. Les paramètres du geomechanical ont été estimés en analysant le déplacement mesuré d'instruments qui ont été installés dans les tunnels et les paramètres en arrière a été utilisé dans les modèles numériques non - élastique. Les résultats de l'analyse montrent que les tensions se sont produites dans masse du roc environnante est plus petit que la tension de l'échec admissible et que les tunnels sont stables. De plus, les régions avec potentialité instable ont été identifiées étant donné les résultats de 2D analyse non - élastique, et après que l'instabilité se soit produite aux régions prédites par le modèle, il a été arrêté jusqu'à la limite de la tension admissible à travers installer du support supplémentaire.

Jan 1, 2003

By J. M. Descour, K. Aoki, S. Shirasagi

This paper describes the tunnel seismic reflective survey, which has been developed by the authors in order to detect the geological condition ahead of the tunnel face three-dimensionally using reflected seismic waves. In addition, the applicability and the accuracy of the result of this system has been validated by comparing with the geological observation results at the tunnel face and the result of the drill logging system, which was conducted simultaneously with this survey in order to predict the rock properties using the data acquired during drilling from the tunnel face by rotary percussion drilling. In dieser Arbeit werden Reflektionsseismische Tunneluntersuchtungen beschrieben, die von den Autoren entwickelt wurde, um die geologischen Eigenschaften am Tunnelstirnende dreidimensional an Hand reflektierter seismischer Wellen bei minimaler Unterbrechung der Arbeit zu untersuchen. Darüber hinaus wurde die Anwendbarkeit und Genauigkeit der mit diesem System erhaltenen Ergebnisse durch Vergleiche mit den Ergebnissen geologischer Beobachtungen am Tunnelstirnende sowie den Ergebnissen des Bohrlogsystems bewiesen. Das letztgenannte System wurde gleichzeitig mit dem hier genannten System eingesetzt, um die Gesteinseigenschaften mit Hilfe der Daten vorherzusagen, die beim Bohren von Probelöchern im Tunnelstirnende mit einer Drehschlagbohrmaschine erhalten wurden. Cet article décrit une méthode de prospection sismique de tunnel, développée par les auteurs, pour déterminer en 3 dimensions les conditions géologiques existant derrière le front de taille, au moyen d’étude et de mesure des ondes sismiques réfléchies dans le sous sol, et ce, avec un minimum d’arrêt des travaux d’excavation. En outre, l'applicabilité et l'exactitude des résultats de ce système ont été vérifiées, en comparant les résultats des observations géologiques effectuées au front de taille, avec ceux du log de forage qui a été effectué parallèlement à ce système, en vue de prévoir les propriétés de la roche, grâce aux données collectées au cours du forage d’un trou de sonde depuis le front de taille à l’aide d’une foreuse rotative à percussion.

Jan 1, 2003

By M. Hakala, P. Tolppanen

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

Jan 1, 2003

By G. Iabichino, M. Cravero, F. Nacci, L. Rinaldi, L. Vigliero

ABSTRACT: The proposed paper is aimed at analysing the failure of a steep cliff slope that, in the past, was exploited for open pit mining operations. A volume of over 400,000m3 of gneissic aplitic rock was involved in the slope failure. An evaluation of possible failure mechanisms is given, based on a structural description of the rock mass, a mechanical characterisation and on computation methods. The block theory and limit equilibrium techniques for sliding and block toppling were applied and a comparison is given with the result obtained by using DEM models. RESUME: Le document proposé vise l’analyse des mécanismes de rupture d’une falaise qui a été intéressée dans le passé par une mine à ciel ouvert. Un volume supérieur à 400.000 m3 de aplite-gneiss a été concerné par la rupture de la falaise. Le document fournit une évaluation des possibles mécanismes de rupture, basée sur une description structurale de l’amas rocheu, une caractérisation mécanique et des méthodes de calcul numérique. L’analyse a été développée à l’aide de la théorie des blocs et de la technique de l’équilibre limite, soit pour le glissement que pour le basculement des blocs, et une comparaison avec le résultat obtenu par application des modèles DEM a été effectuée. ZUSAMMENFASSUNG: Die vorgeschlagene Arbeit zielt darauf ab, den Einsturz einer steilen Felswand zu analysieren, an der in der Vergangenheit eine Mine im Übertageabbau betrieben wurde. Der Einsturz betraf ein Volumen von über 400000 m3 an Gneis und Aplit. In der Arbeit ist eine Einschätzung des möglichen Mechanismus angegeben, der zum Bruch geführt hat, und sie basiert auf einer strukturellen Beschreibung der Felsmasse, einer mechanischen Charakterisierung sowie auf der Anwendung von Berechnungsmethoden. Angewandt wurden die Blocktheorie und die Methode der Gleichgewichtsgrenze für das Abrutschen und Kippen von Blöcken. Darüber hinaus wird ein Vergleich mit den Ergebnissen angestellt, die unter Verwendung von DEM-Modellen erzielt wurden.

Jan 1, 2003

By C. A. Rawlins

In an underground mine the ingress of heat can generally be attributed to two sources (Rock exposure and artificial mechanisms). The heat load relating rock exposure is subdivided into stoping [~40%] and haulages [~20%]. Rock is exposed to the ambient air and as a mine increases in depth the VRT (Virgin Rock Temperature) increases which leads to more heat ingress underground. To counter the heat ingress, especially in low-seam stoping areas of a deep level mine, air is, a) cooled artificially, b) the amount of rock exposed is reduced in the back areas of a stope by backfill applications, and c) ventilation air is used more efficiently. The heat reduction within a stope due to placed backfill could amount to ~50% for operations mining at a mean rock breaking depth of about 4500 mbc (metres below collar). Unfortunately, due to backfill transport methods, the physical fluid properties and application methods adopted, additional heat is induced into the air. The heat ingress due to backfill application could amount to as much as 25% of the overall in-stope heat load. This heat influx, seen as a negative aspect of backfill operations, is nevertheless overshadowed by the overall in-mine heat load reduction capability of about 20% attainable. The in-stope benefit [~50%] attainable from backfill operations could be increased with the incorporation of a heat exchange (cooling) methodology to offset the additional heat ingress into the surrounding air of a deep underground mine.

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 R. Poisel, C. Scavia, Preh A., W. Roth, M. Pirulli

ABSTRACT: Two methodologies for the three-dimensional simulation of the run out of rock avalanches are presented: one based on a granular approach and the other based on a continuum equivalent approach. An evaluation of the possible run out area of the Oselitzenbach landslide (Carnic Alps, Austria) has been carried out applying the two methodologies. The combined use of these two approaches makes it possible a comprehensive assessment of the run out area. RESUME: Deux méthodologies pour la simulation tridimensionnelle de la propagation des avalanches rocheuses sont présentées: la première est basée sur un modèle de type granulaire et la deuxième sur un modèle du continu équivalent. Une évaluation de la propagation éventuelle de l’avalanche de Oselitzenbach (Alpes Carniche, Autriche) a été réalisée en utilisant les deux méthodologies. Les résultats obtenus montrent que la combinaison des deux approches rend possible une analyse plus complète de la phase de propagation. KURZFASSUNG: Für die dreidimensionale Modellierung eines Felsmassensturzes (sturzstrom) werden zwei Methoden, eine granulare und eine kontinuumsmechanische Methode, vorgestellt. Beide Methoden wurden zur Abschätzung der Ausbreitung (runout) der Massenbewegung Oselitzenbach (Karnische Alpen, Österreich) herangezogen. Die kombinierte Anwendung beider Methoden ermöglichte eine umfassende Beurteilung des möglichen Ausbreitungsbereichs.

Jan 1, 2003

By J. L. van Niekerk, J. Gunaselvam

This study investigates the use of appropriate seating systems for the control of whole-body vibration exposure in vehicles used in the SA mining industry. Six suspension seats were tested with six test subjects to determine the most suitable seat for an articulated dump truck based on the EM1 requirement in ISO 7096 (2000) standards. Transmissibility functions were measured in the laboratory using the newly commissioned Dynamic Seat Testing Facility with two excitation levels of 1m/s2 and 2 m/s2 r.m.s. in the 0.5 - 30 Hz frequency range. SEAT values were calculated for two input spectrums, the EM1 input spectrum specified as in ISO 7096:2000 and measured road vibration data measured on a typical articulated dump truck. The averaged SEAT value calculations indicated that not one of the seats will qualify as an ISO 7096 (2000) suspension seat but that it is possible to select a seat that will significantly reduce the vibration the driver will be exposed to.

Jan 1, 2003

By A. Kazemi, M. A. Ahmadi

Pressure tunnels are constructed nurously in related with powerhouse. In some cases, according to high internal water pressure, rock mass around tunnel can seldom suffer this pressure. So installation of concrete lining which interacts with rock mass and suffers parts of this pressure and transfers the rest of the pressure to the rock. In this paper hydromechanical interaction between rock and lining is investigated. With using empirical and numerical methods concrete lining for Symareh waterway is designed. Initial support of 10 cm reinforced shotcret with wire mesh and rock bolts pattern of 2.5*2.5 m with length of 4 m is suggested. By using FLAC package final lining with paying attention to axial force and momentum in reinforced concrete was designed. Reinforced concrete with 60 cm thickness and two rows of bars, 18 mm diameter and 20 cm spacing are designed. Also for preventing cracks in concrete which caused by the change of temperature and shrinkage, bars with 10 mm diameter and 25 cm spacing, and also bars with 8 mm diameter and 10 cm as minimum shear bars are suggested. Plusieurs galeries en pression se construisent en liaison avec les centrales électriques. Dans certaines galeries, suite à une haute pression interne de l'eau, le massif rocheux autour de la galerie ne peut pas supporter cette pression. L'installation d'une couche de béton a l'intérieur de la galerie donc réagit avec les roches et support d'une partie de cette pression et transfère le reste de la pression aux roches. Dans ce papier, l'interaction hydromécanique entre la roche et la couche en béton a été étudiée. En se basant sur les méthodes empiriques et numériques le système de support de galerie de passage d'eau de Saymareh a été conçu. Un soutènement initial d'une épaisseur de 10 cm de béton étant renforcé par un grill métallique et une maille de boulon (2.5 * 2.5 m) d'une longueur de 4 m a été proposé. En utilisant le logiciel de FlAC, la couche finale en béton selon les forces dans le béton a été conçue. Le béton renforcé d'une épaisseur de 60 cm et deux ranges d'armateurs (18 mm de diamètre) avec un intervalle de 20 cm a été conçu. De plus; pour éviter des fissures dans le béton suite au changement de la température et de l'extraction, des armateurs de 10 mm de diamètre et de 25 cm d'intervalle pour augmenter la résistance au sciesiement du béton ont été proposes Unter Druck stehende Tunnels werden hauptsaechlich im Zusammenhang mit Kraftwerken gebaut. In einigen Faellen, wo der Wasserdruck zu hoch ist, Kann selten die Felsenmasse diesen hoehen Druck allein aufnehwen. Deshalb werden sie mit Betonauskleidung versehen, die wegen guter Wechelwirkung mit der Felsenmasse einen Hauptanteil des Druckes aufnehmen Kann, wobei der Rest an die Felsenmesse weitergeleitet wird. In dieser Arbeit wird die hydromechanische Wechelwirkung zwischen der Gesteinmasse und der Auskleidung untersucht. Mit Hilfe empirischen und numerischen Verfahren sowie Kombination der beiden wurde eine Betonauskleidung fuer die Symareh Wasser Kannal koustruiert. Als erstes wurde ein 10Cm dicker armierter Beton mit einem Mashengitter von 2.5*2.5 sowie den gleichen Felsbolzenabstaenden und einer Laenge von 4 m vorgeschlagen. Mit Hilfe des FLAC Programms wurde die Hauptauskleidung unter Beruecksichtigung von Axialkraeften und Momenten im Stahlbeton koustruiert. Der 60 Cm dicke Stahlbeton wurde mit zwei Reihen von Stangen, 8 mm im Durchmesser und in Abstaenden von 20 Cm koustruiert. Ferner im Sinne der Vorbeugung gegen Rissen im Beton, die durch Temperatur aendeungen und Schrumpfungen bedingt sind, wurden Stangen mit 10 mm Durchmesser und 2.5 Cm Abstaenden zur Erhoehung vor Scherfestigkeit des Betons vorgeschlagen.

Jan 1, 2003

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

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

Jan 1, 2003

By K. Yathavan

Fracturing of rock at low stress levels can be a source of unexpected problems in rock engineering: • the resulting instability can be a safety hazard; • in very brittle rocks it may be associated with violent failure of the rock and strainbursting (rockbursting); • it usually leads to an unexpected requirement for rock support, with time and cost implications; • in rock boring projects, it may result in fracture of the rock ahead of the bored face and in the walls of the bore behind the face. This may lead to cutter head vibration, increased cutter wear and consequently decreased performance and increased costs. Examples of situations in which fracturing of rock at very low stress levels has been observed will be described. This will include details or estimates of the in situ stress magnitudes and the rock strengths involved. La brisure de roche sous faibles contraintes peut être l’origine de problèmes inattendus en génie minier : • L’instabilité résultante peut devenir un danger • Elle peut provoquer des éclatements violents des roches fragiles • Elle nécessite souvent une infrastructure de soutien de la roche, ayant des implications sur les coûts et les délais • Les forages de la roche peuvent provoquer une brisure de celle-ci au niveau de la surface forée mais ainsi à l’intérieur de la roche, causant parfois des vibrations et une fatigue de la tête de forage, induisant une baisse de performance et un accroissement des coûts. Nous avons décrit ci-après des exemples de situations de brisure de roche sous faibles contraintes. Cette description comprend des détails ou des estimations des forces et des contraintes impliquées. Cette étude représente la base du travail de recherche effectué sur le phénomène. ißbildung im Gestein unter niedrigen Stressbedingung kann eine mögliche Ursache sein für unerwartet auftretende Probleme in der Felsmechaniklehre: • Die resultierende Instabilität stellt ein mögliches Sicherheitsrisiko dar; • In sehr sprödem Gestein kann es verbunden sein mit einem plötzlichen und gewaltsamen Zerfall des Gesteins; • In den meisten Fällen ist eine nicht eingeplante Gesteinsabstützung erforderlich, und damit ein Zeit- und Kostenaufwand verbunden; • Bei Bohrungsprojekten kann es dazu führen, daß es während des Bohrvorganges zu einer Rißbildung im Gestein hinter und vor der gebohrten Felswand kommt. Dies kann Bohrkopfvibrationen, eine erhöhte Bohrkopfabnutzung und folglich eine Bohrleistungssenkung, sowie Kostenerhöhung zur Folge haben. Das Phenomen von Gesteinsrißbildung unter niedrigen Stressbedingung wird anhand von einigen dokumentierten Beispielen erörtert. Diese beinhalten zudem Details oder Schätzungen bezüglich der Stärke des in situ Stressfeldes, sowie der gegebenen Gesteinsstärken. Die mit diesem Beitrag dokumentierten Ergebnisse formen eine Grundlage zur weiteren Forschung dieses Phenomens.

Jan 1, 2003

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

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

Jan 1, 2003

By S. Okubo, K. Fukui

Empirical equations established for estimating the rock strength of the working face based on the cutting forces of a tunnel boring machines (TBM) are further examined and discussed with respect to the dominant factors affecting TBM performance. Constants in the equations are related to TBM-specific parameters such as excavation (tunnel) diameter, cutter diameter, and cutter distance. The relationship between the constants and the TBM specifications is examined in this study on the basis of data collected at ten tunnels, and it is found that the constants are most strongly influenced by the cutter diameter and tunnel diameter. Zur Schätzung der Gesteinsfestigkeit an der Arbeitsfläche ermittelte empirische Gleichungen, die auf den Schneidekräften von Tunnelbohrmaschinen (TBM) beruhen, wurden weiter im Hinblick auf die vorherrschenden, die Leistung der TBM beeinflussenden Faktoren hin untersucht und diskutiert. In der Gleichung enthaltene Konstanten werden zu den TBM-spezifischen Parametern wie Auschachtungs- (Tunnel) Durchmesser, Schneidendurchmesser und Schachtlänge in Beziehung gesetzt. Die Beziehung zwischen diesen Konstanten und den technischen Daten der TBM wird in dieser Studie auf der Basis der bei 10 Tunnelbauten gesammelten Daten untersucht. Dabei wurde gefunden, dass diese Konstanten am stärksten von den Durchmessern der Schneiden und der Tunnel beeinflusst werden. Cette étude examine et discute les équations empiriques permettant d'estimer la résistance de la roche attaquée aux forces de coupe des tunneliers dans le cadre de l'étude des facteurs dominants affectant les performances des tunneliers. Les constantes de ces équations concernent les paramètres spécifiques des tunneliers comme le diamètre d'excavation (du tunnel), le diamètre du couteau et la distance de coupe. Cette étude examine le rapport entre ces constantes et les caractéristiques techniques des tunneliers d'après des données collectées dans dix tunnels et elle conclut que ces constantes sont principalement influencées par le diamètre du couteau et le diamètre du tunnel.

Jan 1, 2003