Search Documents

By V. V. Nazimko, A. I. Hohotva, S. N. Alexandrov, V. P. Sazhnev, V. S. Zaharov

Ground behaviour in the vicinity of a roadway has been investigated using a physical model and in situ tests during a roof fall. It was discovered that behaviour of the ground is governed by irreversible displacements of adjacent rock clusters. The cluster is a short-living sector of a rock mass that moves as a solid body. For the lack of degree of freedom, the rock mass must be divided into clusters that are forced to move one after another in space and in time. These clusters permanently rearrange and reform during irreversible (inelastic) ground deformation. The crowded clusters have to yield to each other and alter their velocity and direction of movement to accommodate their motion into the excavation. Such behaviour involves uneven and irregular vertical deflection and the movement of adjacent rock blocks in the roof, sides and floor of an opening. Such movement destroys the symmetry of horizontal displacements with respect to the centre line of the opening. A set of indicators that a roof fall is imminent has been identified. Horizontal displacements and dilation must be controlled in order to maintain the stability of an underground opening. Such a state retains the self-supporting effect of the roof and contributes to rock bolts bearing capacity.

Jan 1, 2003

By J. -P. Tshibangu, A. Vervoort, A. Lavrov

Abstract: The aim of the research presented is to study the effect of complex loading schemes on the fracturing process during loading and/or unloading. A first set of experiments was done using a poly-axial cell. These experiments in combination with numerical simulations showed a difference in micro-fracturing (shear and tensile cracks), but not in macro-failure between various loading/ unloading schemes. The second set of experiments was based on the three-point bending test and several cycles with or without rotation between cycles were applied. If the specimen was rotated by 90° or 180° about its long axis between the first and second cycle, no Kaiser effect was observed. Résumé: Le but de la recherche présentée est d’étudier l’effet de schémas de charge complexe sur le processus de fracturation durant la phase de charge et de décharge. Une première série d’expériences était réalisée utilisant une cellule polyaxiale. Ces expériences combinées avec des simulations numériques ont montré une différence de micro-fracturation (fissures de cisaillements et de traction) pour les différents schémas de charge et décharge, mais en ce qui concerne la macro-fracturation ce n’est pas le cas. La deuxième série d’expériences était basée sur des essais de flexion trois points avec plusieurs cycles, avec ou sans rotation entre les cycles. Si l’échantillon est tourné de 90° ou 180° selon le grand axe entre le premier et le second cycle, l’effet Kaiser n’est pas observé. Zusammenfassung: Der Zweck der vorliegenden Forschung bestand darin, den Einfluß von komplizierten Beanspruchungsschemen auf den Bruchprozess im Laufe von Belastung und/oder Entlastung von Gesteinen zu untersuchen. Der erste hier beschriebene Satz von Experimenten wurde mit einer dreiaxialen Belastungsmaschine angestellt. Diese Experimenten zusammen mit dazugehörigen numerischen Simulationen zeigten Unterschiede zwischen Be- und Entlastungsbeanspruchungen in Bezug auf mikrobruchmechanische Mechanismen (d.h. Scher- oder Zugrisse) an, aber nicht in Bezug auf den Makrobruchprozess. Der zweite Satz von Experimenten umfasste Gesteinsbeanspruchung in mehreren Zyklen von Drei-Punkt-Biegung, indem die Gesteinsproben zwischen den Zyklen um einen angegebenen Winkel (0°, 90° oder 180°) gedreht wurden. Falls die Probe um 90° oder 180° gedreht wurde, wurde kein Kaiser-Effekt im zweiten Zyklus beobachtet.

Jan 1, 2003

By Harushige Kusumi, Yuzuru Ashida, Toshiki Watanabe, Toshifumi Matsuoka

ABSTRACT: The technique of various kinds of numerical analysis offered remarkable results to explication of many rock mechanical phenomena. These techniques regarded a rock stratum as a continuum body and solved the governing equation of continuum mechanics by using finite differ-ence method, finite element method and/or others. Using numerical analysis based on continuum mechanics, however, the simulations of destruction phenomena caused by elastic waves and on the other hand, the elastic wave propagation which generated by fracturing events are quite difficult. In this paper, we express a rock stratum by a granular body model and develop a simulation tech-nique can simulate both wave phenomena and destruction phenomena at once. The DEM (discrete element method) simulation results are compared with finite difference solutions of elastic wave equation. Furthermore, we simulate Hopkinson effect by this proposed method. Hopkinson effect is famous as a destruction phenomenon caused by elastic wave propagation. ABRISS: In dieser Studie drücken wird eine Felsschicht durch ein Granularkörpermodell aus und entwickeln eine Simulationstechnik, die sowohl Wellenphänomene als auch Zerstörungsphänomene simulieren kann. Die Ergebnisse der Simulation mit DEM (Diskrete-Elemente-Methode) werden mit denen der Finit-Differenz-Lösung von Gleichungen elastischer Wellen verglichen. Desweiteren simulierten wir den Hopkinson-Effekt mit dieser vorgeschlagenen Methode. Der Hopkinson-Effekt ist als Zerstörungsphänomen berühmt, verursacht durch Fortpflanzung elastischer Wellen. RESUME: Dans cette étude, nous exprimons un lit de roches par un modèle à corps granulaire et développons une technique, permettant de simuler d'un coup le phénomène des ondes et le phé-nomène de destruction. Les résultats de la simulation DEM (méthode d'éléments discrets) sont comparés aux solutions à différence finie de l'équation d'ondes élastiques. En outre, nous simulons l'effet d'Hopkinson par la méthode proposée. L'effet d'Hopkinson est connu comme phénomène de destruction, causé par la propagation d'ondes élastiques.

Jan 1, 2003

By Y. Guglielmi, V. Merrien-Soukatchoff, I. Kadiri

ABSTRACT: Hydraulic experiments have been conducted since 1997 within a small fractured calcareous rock mass in southeastern France, at a site called Coaraze. On this reduced-scale site closing a floodgate located on a downstream spring produces repeated hydraulic loadings. Simultaneous measurements of normal deformations and pressure in several joints have provided a better understanding of the hydromechanical behaviour of such a fractured rock mass. The present paper first describes both the site and conceptual interpretation of the measurements performed. We showed that accurate measurement reproduction requires incorporating certain features: a variable normal joint stiffness, the joint vicinity (through introducing a Z coefficient), and the initial stress state. The paper then develops an original analytical interpretation of the coupled pressure-displacement measurements carried out, which reveal the high level of measurement suitability to the non-linear behaviours examined. 2D modelling, using the discontinuous code (UDEC) was used to proceed with the calibration step. KEY WORDS: In situ test, methodology, hydromechanics, modelling, non linear behaviour ZUSAMMENFASSUNG : Hydromechanische Experimente werden seit 1997 in einer kleinen Kalksteinmasse, das sich im Südosten von Frankreich befindet durchgeführt. In diesem kleinen Standort, werden wiederholte Wasserdruck Erhöhungen durch das Schliessen eines Hahnes produziert. Gleichzeitiger Druck und normale Verformung Meßungen in mehreren Fugen haben erlaubt, das hydromechanische Verhalten einer solche gebrochene Felsenmasse besser zu verstehen. Der Artikel beschreibt zuerst den Standort und stellt die begrifflichen Interpretationen der Meßungen vor. Um die Meßungen gut zu reproduzieren ist es wesentlich, bestimmte Faktoren wie die veränderliche normale Steifheit der Fugen, die Nachbarschaft der Fugen (über einen Z-Koeffizient) und der Spannungstand zu berücksichtigen. Der Artikel erklärt die originale Methode für die Druck- und Verformungs-Meßungen Interpretation und zeigt die gute Korrelation der Meßungen mit dem nicht-linearen angenommen Verhaltens der Fugen. Die numerische 2D-Modellierung mit dem UDEC Software ist für die Verkeilung der Faktoren gebraucht worden. SCHLÜSSELWÖRTER: In-situ-test, Methodologie, Hydromechanik, Numerische Modellierung, nicht-lineares Verhalten RESUME : Des expérimentations hydromécaniques sont conduites depuis 1997 dans un petit massif calcaire fracturé situé dans le sud de la France. Dans ce site de taille réduite des mises en charge répétées sont produites par la fermeture d'une vanne située à l'aval du site. Des mesures simultanées de déformation normale et de pression dans plusieurs joints ont permis de mieux appréhender le comportement d'un tel massif fracturé. L'article décrit dans un premier temps le site et présente les interprétations conceptuelles des mesures. Pour bien reproduire les mesures, Il est essentiel de prendre en compte certains facteurs tels que la raideur normale variable du joint, le voisinage du joint (par l'intermédiaire d'un coefficient Z), l'état de contrainte initial. L'article précise la méthode originale d'interprétation des mesures pression-déplacements qui montre la bonne adéquation aux lois de comportement non linéaire proposées. La modélisation 2D, à l'aide d'un code discontinu (UDEC) a été employée pour le calage des facteurs. MOTS-CLEFS : In-situ, méthodologie, hydromécanique, modélisation, comportement non linéaire

Jan 1, 2003

By C. E. Dohm

The paper serves to show the importance of both a geological model and geostatistical model that support one another in mineral resource evaluation. It highlights the advantage of reference models for the geometry, the geological, statistical and geostatistical models of various orebody types and introduces a method for quantifying the combined uncertainty in these models. The example presented reveals how the above levels of information can be applied to add value to a resource evaluation process. It is a generic example in that it is the technique of combining uncertainty in the geological model (boundaries) as well as the grade model to assess the overall risk in the estimation of the resource. Data from the coal industry is used to illustrate the techniques. The geological uncertainty is considered via categorical simulations and these are combined with simulations of the variables (grades, thickness,) being estimated in the resource. The simulation techniques used are based on the application of GSLIB software1and a general discussion of the two simulation processes is included. In conclusion the paper demonstrates how the results of two types of conditional sequential simulation can be combined to produce confidence limits that take both uncertainties into consideration. This technique does not replace the resource estimation; it serves as an additional tool to quantify confidence in the resource evaluation model. The topics considered in this contribution are in terms of continuous improvement of mineral resource evaluation.

Jan 1, 2003

By J. Whitford

The established crown pillar extraction method at Gold Fields Australia Ltd.’s Crusader Mine, leads to the significant dilution and poor recovery of ore due to caving of the overlying loose rockfill. The application of selectively injecting specifically developed ‘FB200’ ettringite (calcium sulphoaluminate hydrate) type cement grout into loose rockfill to form a stabilised rockfill material, enables an artificial crown pillar to stabilise the surrounding rock mass and prevent caving of the overlying loose rockfill during crown pillar extraction. Investigation of the geomechanical criteria for crown pillar extraction beneath stabilised rockfill has enabled the safe and efficient extraction of two crown pillars at the Crusader Mine. La méthode actuelle d'extraction des piliers horizontaux à la mine Crusader dont la propriétaire est le Goldfields Australia Ltd amène à une dilution sensible du minerai, à cause de l'effondrement du remblai peu compacté qui se trouve au-dessus. Par moyen d'injection sélective du coulis de ciment FB200 ettringite (sulfoaluminate de calcium hydraté) qui a été développé spécifiquement pour cette application, un pilier artificiel est crée et celui-ci empêche l'effondrement du remblai pendant l'extraction du pilier de minerai au-dessous. A la suite des études géotechniques de la méthode, deux piliers horizontaux à la mine Crusader ont été extraites, de manière efficace et sûr. Die feststehende Krone Pfeiler Extraktionsmethode beim Crusader Mine von Gold Fields Australien GmbH, führt wegen caving des overlying lockerer rockfill zur bedeutungsvollen Verdünnung und schlechtem Wiederfinden des Erzes. Der Antrag, ausdrücklich entwickelten 'FB200' ettringite selektiv zu spritzen, (Kalzium-sulphoaluminate-Hydrat) Art kittet Mörtelschlamm in lockeren rockfill, um ein stabilisiertes rockfill-Material zu bilden, ermöglicht einem künstlichen Kronenpfeiler, die umliegende Steinmasse zu stabilisieren und caving des overlying während des Kronenpfeilerherausziehens lockeren rockfill zu verhindern. Untersuchung der geomechanical-Kriterien für Kronenpfeilerherausziehen unter stabilisiertem rockfill hat dem sicheren und tüchtigen Herausziehen von zwei Kronenpfeilern beim Crusader Mine ermöglicht.

Jan 1, 2003

By H. Hu, T. S. Golosinski

The paper reports on use of neural network algorithms to model performance and condition of mining trucks. The model inputs are selected digital data streams collected by truck Vital Information Management System, VIMS, during its operation in a mine. The models built as the result of this work allow for projection of truck condition and performance into future. As such they facilitate more efficient management of mine truck fleets. Keywords: Modelling, modeling, neural networks, mining equipment, Vital Information Management System, Intelligent Miner, mining truck

Jan 1, 2003

By K. Sørli, H. Elstad, I. M. Skaar, A. Hildal

Generally, monitoring of refractory furnace linings is of interest to the metallurgical industry. The main issues are to control wear of the furnace lining and break out of molten metal. Penetration of molten metal through the lining can cause considerable damage to equipment in the vicinity of the furnace and endanger operators. Rebuilding of a furnace lining is expensive, mainly because it stops production, but also because the lining materials are expensive. Here, two methods for monitoring the lining of a smelting furnace are presented. The methods are based on monitoring of the temperature distribution in the lining, more specific monitoring an isotherm in the lining. One method is based on the assumption of unidirectional heat flow locally, reducing the problem to a set of one-dimensional heat conduction problems. The other method is based on inverse heat conduction. In this context inverse heat conduction means estimating the wear from temperature measurements using mathematical optimization techniques. The study is based on the ilmenite smelting furnace at Tinfos Titan & Iron KS. Some results from real temperature measurements and real observations from the ilmenite smelting furnaces is presented.

Jan 1, 2003

By P. S. Pashkovsky, S. N. Smolanov

The essence of the method consists in creation of drop of opposite sign at the isolating stoppings, by which air losses through the accident district change direction of their motion. The period of reversal is selected in that way so that air may not find itself in the zone of burning. The method of fighting the fire considered was repeatedly used in the coal mines of the Ukraine. The theoretical basis of efficiency and two examples of use of this method by fighting the underground fires are adduced in the paper.

Jan 1, 2003

By P. N. Erasmus, M. Heyns, M. J. Pretorius

The characteristic of stope supports plays a vital role in the design of the supports. This paper deals with the characterisation of both cellular lightweight concrete and timber supports since both supports absorb and dissipate the energy in different ways. The behaviour of the support and hence its performance is simulated for different loading conditions by constructing a model consisting of various mechanical components like springs, dampers and blow-off valves. When the force exerted by the stope support increases significantly during deformation of the support, the stresses in the hangingwall could exceed values where failure of the hangingwall may occur. There is a need to understand this phenomena and the work presented in this paper is a first attempt to start with the characterisation of the stope support. Les caractéristiques des supports de taille jouent un rôle vital dans la conception des supports. L’étude présente traite de la caractérisation des supports cellulaires en béton léger et en bois, puisque ces deux types absorbent et dissipent l’énergie de façons différentes. Le comportement du support et par conséquent sa performance est simulée pour des conditions différentes de chargement en construisant un modèle qui consiste en des organes mécaniques variés tels que ressorts, registres et valves d’échappement. Quand la force exercée par le support de taille augmente considérablement pendant la déformation du support, les contraintes dans le toit peuvent dépasser des valeurs qui pourraient entraîner la défaillance du toit. Il est nécessaire de comprendre ce phénomène et l’étude ici présentée constitue un premier essai dans la caractérisation du support de taille. Die Charakteristika der Strossenunterstützung spielt im Design von Unterstützungen eine vitale Rolle. Diese Arbeit befaßt sich mit der Charaketerisierung sowohl der porösen Leichtgewichtbeton- als auch mit der Holzunterstützung, da beide Unterstützungen Energien auf verschiedene Art und Weise absorbieren und auflösen. Das Verhalten der Unterstützung und folglich seine Leistung wird für unterschiedliche Ladezustände simuliert, indem ein Model konstruiert wird, welches verschiedene mechanische Komponenten wie Federn, Dämpfer und Ausblaseventile enthält. Wenn die von Strossenunterstützung während einer Unterstützungsdeformation aufgebotene Kraft signifikant ansteigt, könnten die Spannungen im Bereiche des Stollenfirstes Werte überschreiten wo ein Versagen des Stollenfirstes eintreten kann. Es besteht die Notwendigkeit dieses Phänomen zu verstehen, und die Arbeit, die in diesem Elaborat dargestellt wird, ist ein erster Versuch, mit der Charaketerisierung der Strossenunterstützung zu beginnen.

Jan 1, 2003

By J. T. Jordaan

Paper written on project work carried out in partial fulfilment of B. Eng (Mining Engineering) degree This paper addresses the critical parameters that need to be considered when designing a mechanized bord-and-pillar mining layout for a narrow tabular steep dipping orebody. These parameters are : ?Reef dip ?Reef width ?Geological structures within the orebody ?Physical dimensions of the selection of machines ?Gradeability of the selection of machines. The main objective in designing such a layout is to maximize machine efficiencies whilst minimizing dilution. This methodology was then applied in the design of a mechanized bord-and-pillar mining layout for a given piece of ground (Vlakpoort and Moddergat) using a given selection of machines. This piece of ground contains the PGM bearing UG2 Reef with an average thickness of 124 cm and dipping at 18°withadverse strike and dip changes. Two bord-and-pillar layouts were designed for this area. Layout 1 is characterized by the use of strike conveyors to convey ore on strike with an average LHD hauling distance of 35 m. Layout2 uses LHDs for all on strike conveyance of ore with an average hauling distance of 75 m. These two layouts were then technically and financially compared. It was concluded that layout 1 is theoretically superior but layout 2 was chosen due to its greater flexibility and probability of operational success. Layout 2 was also compared to conventional mining and it was concluded to be more economically feasible. However the latter is a proven mining method in these conditions and has a lower risk operational failure. Bord-and-pillar mining has some favourable promises such as improving labour difficulties, lowering operating costs and providing safer working conditions. The success of mechanized bord-and-pillar mining in narrow tabular steep dipping orebodies will depend on the extent of the research and development efforts which need to create and innovate technologies to overcome some of the current limitations stated in the above-mentioned parameters.

Jan 1, 2003

By A. V. Peake

Continuous Mining presents an opportunity to extract reef in the stope ?continuously? by integrating the drill and blast activity using propellants or low energy charges. To date, the majority of effort spent on Continuous Mining systems has focused on developing an effective rock breaking process (micro breaking process), and to some extent, eliminating fumes and dust. The perceived benefits of applying low energy charges have been identified as: ?Concentrated mining yielding face advances of 40 to 60 m per month ?Lower stoping widths through better-controlled breaking ?Increase in the advance per blast ?Increase in labour productivity ?The potential to mine reefs where specific conditions make conventional mining uneconomic e.g. reefs with shales in the immediate hangingwall. However, the ability to successfully use low energy charges to create a ?Continuous or Semi-Continuous? mining method is dependent on overcoming the following challenges. ?Improving reliability of rock breaking. This is dependent upon achieving:? Improved drilling accuracy, and? Successful stemming or gas confinement, particularly in fractured rock ?Reducing gas and dust levels ?Reducing high costs. Through the research carried out in Future Mine, many different low energy rock breaking methods and systems were investigated. Whilst detailed results cannot be published here, the guidelines for overcoming low energy rock breaking challenges are discussed.

Jan 1, 2003

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 M. Hakala

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

Jan 1, 2003

By J. Kortnik

Mining has always been, and still is, an activity which is vital for the development of mankind. This is because a predominant proportion of industrial products and energy is produced from raw materials that are excavated using mining methods. The need for environmental protection and the close proximity of urban settlements and mines in Slovenia have necessitated ever stricter requirements for the excavation of raw materials and introduction of more environmentally-friendly mining methods. This is achieved by implementing a closed eco-technological cycle of raw material excavation within the scope of mining methods. In surface mines, this means prompt reclamation of the degraded surfaces, and in underground mines the use of methods with minimized impact on the surface and on underground water. In underground mines, mining methods with backfilling installed according to the multi-barrier disposal system are the only ones that allow the possibility of implementing a closed eco-technological cycle of excavating raw materials. Various industrial waste materials are also included in the backfilling material in order to improve its strength properties. Backfilling consisting of several different waste materials is produced in the form of a composite. Before backfilling consisting of waste material composites can even begin to be used in mines, an environmental impact assessment of its suitability for mines needs to be made. In order to make such an assessment, a pressure leaching cell and an open diffusion cell were made, i.e. a pressure leachate test and a sorption test were developed. The two cells and the developed tests will enable the study of the influence of backfilling on the environment if installed in an underground mine. The pressure leachate test performed with the use of the pressure leaching cell simulates leaching from a consolidated backfill during the seeping of underground water into the backfilling material under pressure. The sorption test performed in an open diffusion cell simulates the flow of eluate leached from the backfilling material through the rock/geotechnical barrier. The two tests were developed in such a manner that they are performed either in succession immediately after one another, but they can also be performed separately at a certain time interval. The paper presents an assessment of the suitability of backfilling made of different waste material composites. Keywords: environmental impact assessment, multi-barrier disposal system, waste material composites, pressure leachate test, sorption test, pressure leaching cell, open diffusion cell, eco-technological cycle, mining methods with backfilling.

Jan 1, 2003

By S. O. Choi, C. Park, C. Sunwoo

Two methods of stress measurements have been executed on the surface and underground to con-struct an oil storage cavern using hydro-fracturing and overcoring method. The first measurement has been performed to make a design of the caverns before excavating and the second to confirm the stress state during excavation. Six measurements have been carried out in the hydro-fracturing test at the depths between –17.8 and 54.5m from the sea level and a single measurement in the overcoring test in a single borehole at the depth of –21m from the sea level. The ratios of the maximum horizontal to vertical stress measured using hydro-fracturing and overcoring method are 2.95 and 3.1, respectively. Also, the orientations of the maximum horizontal stress are N53E and N58E. These measurements show that both methods give almost same results and significant horizontal stresses are acting on this cavern. Deux méthodes de mesure de contrainte ont étè exécutées sur la surface de terrain et sous la terre pour construire une cavité de stockage de pétrole en utilisant l’hydro-fracturing et l’overcoring. La première mesure a étè faite pour le plan des cavités avant l’excavation et le seconde pour con-firmer l’état de contrainte durant l’excavation. Six measures ont étè faites dans le teste de l’hydro-fracturing à la profondeur entre –17.8 et 54.5m depuis l’élèvation maritime. Une seule mesure a étè faite dans le teste de l’overcoring dans une seule trou de songdage à la profondeur de –21m. Le ratios de la maximale contrainte horizontale à la contrainte verticale mesure par les deux méthodes sont 2.95 et 3.1, respectivement. Les orientations de la maximale contrainte horizontale sont N53E et N58E. Ce montre que les deux méthodes donnent presque m me résultats et la contrainte im-portante est activée sur ces cavités. Zwei Druckmessungen wurden durchgeführt auf der Erdoberfläche und im Innern von Ölspeicher-kavernen unter vergleichender Anwendung des Hydrofraktionierungs- und des Kernbohrungsver-fahrens. Die erste Messung wurde durchgeführt um einen Plan der Kavernen vor der Herstellung zu erstellen und die zweite um die Druckverhältnisse während der Bohrung zu überprüfen. Sechs Messugnen wurden mit der Hydrofraktionierungsmethode bei einer Tiefe von 17,8m und 54,5m unter dem Meeresspiegel und eine einzige Messung mit der Kernbohrungsmethode in einem Bohr-loch bei einer Tiefe von 21m unter dem Meeresspiegel vorgenommen. Das Verhältnis von maxi-malem horizontalem zu vertikalem Druck bei der Hydrofraktions- und der Kernbohrungsmedthode ist 2,95 bzw. 3,1. Die Bezugspunkte des maximalen horizontalen Drucks in beiden Verfahren sind N53E und N58E.

Jan 1, 2003

By C. Tan, C. Detournay

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

Jan 1, 2003

By D. J. Adams, W. K. Rymon-Lipinski

Rock engineering plays a crucial role in contributing to sustainable development in South African mining. A framework for this has been created through legislation and structures to encourage the mining industry to have a long and prosperous future. However, rock engineering input is an essential element to achieving success. The most accessible deposits have been mined in South Africa and although large reserves still remain, many of these are difficult to access and will require excellent rock engineering knowledge and skill in the future. This is borne out by the fact that more than 50 % of fatal accidents are related to rock engineering issues. Many of these may be addressed with rock engineering solutions which are not beyond current rock engineering technology. A reduction in fatalities and injuries contributes to a sustainable mining industry.

Jan 1, 2003

By T. H. Yang, K. K. Lee, Z. Z. Liang, C. A. Tang, L. C. Li, Y. Tsui, L. G. Tham

Abstract: A series of numerical tests of hydraulic fracturing in heterogeneous rocks were performed to investigate the influence of pore pressure magnitude and gradient on initiation and propagation of tensile fractures. The numerical tests were run with a Rock Failure Process Analysis code, F-RFPA2D, incorporated with a Flow-Stress-Damage coupling model (FSD). To investigate the influence of pore pressure magnitude on fracture behaviour, “pinch-off” breaking tests, originally employed by Bridgeman to investigate the effective stress law for tensile fracture in a uniform pore pressure field, were numerically modelled. In another numerical test, a double-notched sample, with fluid pressure in one notch while keeping the other one open to the atmosphere, is numerically extended to investigate how the fluid flow direction or the pore pressure gradient will influence the fracture behaviour. The simulation results show that fracture is strongly influenced by both pore pressure magnitude and pore pressure gradient. Keywords: seepage mechanics; heterogeneous; pore pressure; numerical simulation; failure process ZUSAMMENFASSUNG: Um den Einfluss der Wasserdruckgroesse der Oeffnung und der Porisitaet auf den Bruchentstanden und Verbreiten der Tension von Gebirgen zu beurteilen, wurde viele nummerische Pruefungen auf den hydraulischen Bruch in dem Gebirgen aufgenommen. Diese Pruefungen wurden mittels der Analyse- Software F-RFPA2D und Flow-stress-Damage Coupling model ( FSD) durchgefuehrt. Um den Einfluess der Wasserdruckgroesse der Oeffnung auf den Bruch zu beurteilen, wurden auch Bruchpruefung und nummerische Analogexperimenten gemacht, und dadurch wurde die ganze Phase der Bruchentstanden und Verbreiten wiedergezeigt, und die Ergebnissen ergeben sich, dass die Wasserdruckgroesse der Oeffnung und der Porisitaet sehr viel auf den Bruchentstanden und Verbreiten der Tension von Gebirgen beeinfluessen. Schluesselwoerter: Durchlaessigkeit , ungeleichmaessig, Wasserdruck der Oeffnung, nummerische Analog, Zerstoerungspahse Résumé : Une série de simulations numériques a été ménée pour analyser l’influence de la grandeur de la pression de pore et du gradient sur la naissance et la propagation des fractures de tensions par le biais de la simulation numérique des fractures hydroliques dans des rochers hétérogènes . Le logiciel F-RFPA (Rock Failure Process Analysis code ) intégrant FSD ( Flow-Stress-Damage coupling model ) y a été employé. Les résultats des simultations montrent tout le processus de la naissance et de la propagation des fractures sous la pression de pore. Ces résultats nous ont permis de constater que la grandeur de la pression de pore et le gradient exercent une influence importante sur la naissance des fractures dans les rochers et sur leur mode de propagation . Mots de clé : le mécanisme de transfusion ; l’hétéogénéité ; la pression de pore ; la simultation numérique ; le processus destructif

Jan 1, 2003

By M. Tanaka, K. Aoki, T. Mori, H. Morioka, K. Iwano, T. Kanagawa

To estimate the detailed characteristics of the rock around the cavern during excavation, new monitoring technique for dynamic properties of the rock has been applied. In this paper, micro-seismic monitoring and AE monitoring technique are applied to the excavation of large underground rock cavern and the result was discussed to clarify the acutal behavior of EDZ around the cavern. Zur Einschätzung der Gesteinseigenschaften um die Ausschachtung herum haben die Autoren eine Technik eingesetzt, mit der die physikalischen und dynamischen Änderungen im Gestein um den Schacht während der Ausschachtung beobachtet werden. In der vorliegenden Studie wurde zur mikroseismischen Überwachung ein AE Überwachungsverfahren eingesetzt und die Autoren berichten über die Veränderungen in den Gesteinseigenschaften um die Ausschachtung herum. Dans le but d'évaluer en détail les propriétés des roches qui forment les parois des cavernes creusées, les auteurs ont utilisé une technique de mesure permettant d’observer les modifications physico-dynamiques des roches aux alentours de la caverne pendant son excavation. Dans le cadre de cet article, une technique de surveillance de l’agitation et du bruit microséismiques a été mise en œuvre et les auteurs font état de la modification des propriétés de la roche environnante.

Jan 1, 2003