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By K. Aoki, Y. Mito, S. Shirasagi

The authors developed the TBM Excavation Control System (the TBM Navigator), in order to realize the advanced observational construction. During the excavation using this system, the rock strength value is immediately calculated from the TBM driving data as an index of rock properties, and the drill energy coefficient is also calculated from the drill logging data that is carried out using the probe hole ahead of the tunnel face. In this study, a new, geostatistical simulation-based method is proposed for the automatic prediction of the rock properties ahead of the tunnel face with good precision, using both the drill logging data and the TBM driving data. The applicability of this method is validated through the prediction at the actual tunnel excavation that passes through the faults. Les auteurs ont mis au point un Système de Contrôle de forage avec la machine à pleine section (Navigateur de la machine à pleine section), en vue de réaliser un système de surveillance plus efficace. Avec ce système, la résistance de la roche est immédiatement calculée, au cours du forage, à partir des données de conduite de la machine, comme indice des propriétés de la roche, et le coefficient d'énergie de la foreuse est également calculé à partir des données de log de forage collectées dans un trou de sonde foré dans le front de taille. Dans cette étude, on propose une nouvelle méthode basée sur la simulation géostatistique qui permet de prévoir d’une manière automatique, des propriétés de roches se trouvant derrière le front de taille avec une précision satisfaisante, à l’aide des données de log de forage et celles de conduite de la machine à pleine section. Cette méthode s’est avérée suffisamment précise au cours du forage d’un tunnel réel qui traversait une zone de failles. Die Autoren entwickelten das TBM Ausschachtungssteuerungssystem (den TBM Navigator), um noch besser überwachte Bauarbeiten zu ermöglichen. Unter Einsatz dieses Systems wird die Gesteinsfestigkeit während der Ausschachtungsarbeiten unmittelbar aus den TBM Antriebsdaten als ein Index für die Gesteinseigenschaften berechnet. Gleichzeitig wird auch der Bohrenergiekoeffizient aus den Bohrlogdaten berechnet, die an Hand der Probebohrung am Stirnende des Tunnels erhalten wurden. In der vorliegenden Studie wurde ein neuartiges, auf geostatistischen Methoden basierendes Verfahren für die automatische und angemessen genaue Vorhersage der Gesteinseigenschaften am Stirnende des Tunnels vorgeschlagen, für das sowohl die Bohrlogdaten als auch die TBM Antriebsdaten verwendet werden. Die Anwendbarkeit dieser Methode wird durch die Vorhersage bei einer tatsächlichen, durch Verwerfungen verlaufenden Tunnelausschachtung bewiesen.

Jan 1, 2003

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

Jan 1, 2003

By U. Singh, E. T. Brown, J. Coxon

The rapid fracturing and deformation that occurs around excavations during rock bursts demand that support and reinforcement systems have both deformability and damping capabilities. The energy demand and supply approach currently used in design is considered to be too simplified to represent adequately the rock burst process and the support and reinforcement system requirements. Momentum change may be a necessary second criterion for the analysis of dynamic loading situations. At the St Ives Gold Mining Company, DE plates made from conveyor belt rubber, and dynamic cables with sliding anchors have been developed and used to improve the dynamic performance of support and reinforcement systems. La fracturation rapide et la déformation qui se produisent autour des excavations lors de coups de terrain demandent que les systèmes d’armature et de support soient déformables et aient une capacité d’amortissement. L’approche basée sur l’énergie actuellement utilisée pour la conception est considérée être trop simplificatrice pour représenter adéquatement les coups de terrain et les paramètres de conception des systèmes d’armature et de support requis. Le changement de quantité de mouvement pourrait être un second critère nécessaire pour l’analyse des cas de charge dynamnique. St Ives Gold Mining Company a développé et utilisé des plaques « DE » constituées de caoutchouc de courroie de convoyeur et des câbles dynamiques avec ancrage coulissant afin d’améliorer la performance dynamique des systèmes d’armature et de support. Die ploetzliche Rissbildung und Verformung, die sich in Baugruben waehrend eines Felseinbruchs ereignet, verlangt Stuetz- und Verstaerkungssysteme, welche verformbare und mildernde Eigenschaften aufweisen. Die derzeitlich gebraeuchliche Methode den Entwurf auf den Energiebedarf und dessen Abdeckung zu basieren, wird als eine unannehmbare Vereinfachung betrachtet, da sie den Felseinbruch und die benoetigten Unterstuetzungs– und Verstaerkungssysteme unzulaenglich darstellt. Die Aenderung der Umstaende kann einen zweiten Ansatz fuer die Analyse der Lastsituation erforderlich machen. Die St.Ives Gold Mining Company hat DE Platten aus Foerderband-Gummi und elastischen Kabeln mit verschiebbaren Verankerung entwickelt und dazu verwendet, die dynamische Kapazitaet der Unterstuetzungs- und Verstaerkungssysteme zu verbessern.

Jan 1, 2003

By T. Y. Yunsel

Estimation techniques such as polygonal, triangular prism, trapezoid, isopach maps, and inverse distance methods are often used in ore or industrial minerals deposit evaluation. These techniques do not express the variability of the deposit and do not allow a determination of the reliability of the estimates. However, geostatistical methods can express a measure of the error associated with the estimates, by finding weighting coefficients for a given mining block, and can also help with data configuration that minimizes the error. This work addresses an application study on the quality and reserve characteristics of the cement raw materials of the Adana Cement Factory in Adana, Turkey, based on the spatial distribution and variability of the chemical components (Si02, CaO, A1203, Fe203). The study has been carried out using a geostatistical procedure that is useful for site assessment, characterization, and monitoring situations where data are collected spatially. Directional and omnidirectional experimental variograms of the cement raw material variables showed that neither strong geometric nor severe zonal anisotropy exists in the data. The most evident spatial dependence structure expressing the continuity for omnidirectional experimental variograms were characterized by exponential and spherical variogram models. These models have been used in cross¬-validation analysis, which proved that these models, their parameters, and kriging parameters are applicable for the study area. Quality contour maps of the deposits at given levels underground were estimated using a kriging interpolation technique. Anomalies such as bullseyes and drift were not observed in the maps that were generated. Kriged maps showed the spatial distribution of quality continuity and variability of the deposits. Grade-tonnage curves and total tonnage estimates in the particular grade were determined using ordinary kriging in order to improve the mining operation and planning. Consequently, local uncertainty and the probability of extreme values occurring are tools of prime importance for the mine planning, the optimum mix of raw materials coming from different quarry stopes.

Jan 1, 2012

By D. P. Penswick

The Palabora open pit is scheduled to cease operations in 2002. While the ore body continues below the bottom of the final pit shell, the stripping ratio precludes further economic open pit mining. Palabora Mining Company has investigated various means of continuing copper production, and has determined that an underground mine is the best solution. Board approval to commence construction of the mine has been granted and shaft sinking is underway. First production is planned for the year 2000 and full production of 30 000 t/d will be achieved by the end of the year 2002. [ ] Mechanised block caving will be the mining method employed at Palabora. The cave will be initiated by excavating a thin horizontal slice known as the undercut. Removal of the undercut will induce stresses which cause the rockmass overhead to fracture. Fractured rock will gravitate through drawbells to drawpoints on the production level, and be loaded by LHDs for transport to crushers.

Jan 1, 1997

By T. Mwanza, B. N. Belford, P. Conradie

"Metix has introduced a three-piece ’deep-cooled’ copper slag tapblock into a six in-line copper matte settling electric furnace. The tapblock was designed without any internal refractory; it relies purely on the development and maintenance of a freeze lining on its hot face and within the tapping channel to protect the copper and promote the integrity of the surrounding endwall refractory lining. In addition, the geometry of the tapblock further supports the sidewall refractories, reduces the impact of funnelling and, therefore, the need for premature rebuilding of the furnace endwall, and facilitates easy removal and replacement of the wear components even under ’hot’ furnace conditions. Eighteen thermocouples embedded in the copper components ensure full resolution of the copper condition, enabling plant personnel to identify wear rates, estimate freeze lining thickness and stability, and schedule replacement of spares and wear components well in advance.At the time of writing the tapblock had been in operation for 6 months with approximately 350 000 t of slag having been tapped through it. Every indication is that the design will limit the need for premature relining of the furnace endwall due to rapid deterioration of the tapblock and its surrounding refractories. IntroductionNonferrous furnaces rely heavily on the maximization of refractory campaign life to increase profitability and reduce planned downtime. In large electric copper slag-cleaning furnaces utilizing insulating linings, campaign lives of six or more years are realistic if consideration is given to each aspect that can degrade the refractory lining during the campaign. An area that is particularly vulnerable is the slag tap-hole and the local surrounding refractory. To avoid premature relining of the furnace walls, every effort should be made to consider not only the tap-hole design itself, but also the selection of the sidewall refractory material and its construction immediately adjacent to the tap-hole, and furthermore the interplay between the tapblock and this adjacent refractory. A holistic approach to the design that considers these interdependent features in the slag tapping area can reduce the incidence of accelerated refractory wear (‘funnelling’), support the surrounding refractories to prevent their collapse, introduce easily replaceable wear components that can be exchanged with the furnace still ‘hot’, and encourage and maintain a stable freeze lining at the refractory hot face that maximizes the tapblock and refractory lifetime."

Jun 1, 2019

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 S. Escoffier, A. Giraud, K. Su, F. Homand, N. Hoteit

Abstract For the feasibility study of an underground waste disposal the characterization of the coupled behaviour of the host rock is required: Because of the very low permeability of these formations few experimental data are generally available. In this framework the uses of the sensitivity studies could orient the experimental efforts by highlighting the key parameters of the formation. This paper gives a first approach of the sensitivity studies performed with probabilistic methods in the geomechanical field. A one dimensional model which characterizes the thermohydromechanical response of an argillaceous rock to the excavation of a waste canister site and its setting up, is considered. Zusammenfassun Die Machbarkeitsstudie eines tiefliegenden Endlagers für radioaktive Abfälle beinhaltet die Untersuchung des gekoppelten Verhaltens des im Lagerbereich anstehenden Gesteins. Aufgrund der sehr geringen Wasserdurchlässigkeit dieser Formationen liegen häufig nur wenige experimentelle Angaben vor. Die Verwendung von Sensibilitätsstudien kann in diesem Zusammenhang als Hilfsmittel zur Entscheidungsfindung dienen. Dabei sollen die maßgeblichen Eigenschaften der Formation festgestellt werden, anhand derer der Umfang der experimentellen Erkundung festgelegt werden kann. Dieser Artikel stellt einen ersten Ansatz zur Durchführung von Sensibilitätsstudien mittels einer mechanisch-probablistischen Kopplung im Bereich der Geomechanik sowie die Vorteile gegenüber Parameterstudien vor. Zur Abbildung des thermohydromechanischen Stoffverhaltens von tonigem Fels während der Schachterstellung und der Einlagerung der Abfälle wird ein eindimensionales Model verwendet. Résumé L'étude de faisabilité d'un centre de stockage de déchets radioactifs en profondeur passe par la caractérisation du comportement couplé de la roche hôte. Du fait de la très faible perméabilité de ces formations, souvent peu de données expérimentales sont disponibles. Dans ce cadre l'utilisation d'études de sensibilité permettrait d'orienter les efforts expérimentaux en faisant ressortir les caractéristiques primordiales de la formation. Cet article présente une première approche de la réalisation d'études de sensibilités à l'aide de couplages mécano-fiabilistes dans le domaine de la géomécanique. Un model unidimensionnel caractérisant la réponse thermohydromécanique d'une roche argileuse au creusement d'un puit de stockage et à la mise en place de conteneurs de déchets est considéré.

Jan 1, 2003

By H. A. Bilgin, A. Özgenog?lu, G. Kaçar

In this study, the influences of rock mass properties on the blasting performance in open cast mines are investigated. To this end, discontinuity spacings and discontinuity orientations are measured and full scale blasts with various designs are observed in open cast mines of Aegean Lignite (ELI) and Bursa Lignite (BLI) Establishments belonging to Turkish Coal Enterprises (TKI). For each blast, blasting cost is calculated, and particle size distribution representing the fragmentation of muckpile is determined by means of Split-Desktop software using image processing. 50%(K50), 80%(K80) passing sizes and topsize values are used in the determination of blasting performance according to rock mass properties. The relationships between orientation angle, which is the acute angle between the strikes of slope face and major discontinuity, and 50%(K50) and 80%(K80) passing sizes and topsize values and also blasting cost are investigated in order to analyse the influences of major discontinuity orientation on fragmentation and blasting cost. Furthermore, the relationships between discontinuity modal spacing (or block size index) and 50%(K50) and 80%(K80) passing sizes and topsize values and also blasting cost are investigated in order to analyse the influences of discontinuity spacing on fragmentation and blasting cost. In this paper, the trends observed in these relationships are discussed and the importance of it in mining is commented. Dans ce travail, Il a été traite les influences des qualites des rocheux massif sur les performances des abattages de l’excavation a ciel ouvert. Dans ce cas, les excavations a ciel ouvert dans les Entreprises Lignite d’Aegean et de Bursa qui appartient a La Societe Charbon de la Turquie; Il a été mesuré le trou du discontinuite et l’orientation du discontinuite et aussi, Il a été observé les abattages qui sont pareilles aux critaires exactes. Pour chaque abattages, Il a été fait le control des expences et la distribution du particle au dimension du pile qui a été deja abatté, a été trouve en utilisant le Software du Split-Desktop. Pour determiner les influences des qualites des rocheux massif sur les performances des abattages, Il a été utilisé K50, K80, et le plus grand valeurs des dimensions. Aussi pour determiner l’influence sur l’orientation du discontinuite majeur de la fragmentation et les expences de l’abattage, Il a été observé les relations entre l’angle de l’orientation ( C’est l’acutage entre la direction du banquette front et la direction du discontinuite majeur ) et les plus grand valeurs des dimensions et les expences de l’abattage. Plus, pour determiner des influences du trou du discontinuite sur l’abattage et la fragmentation; Il a été observé la relation entre l’index de la dimension du block et K50, K80 et les plus grand valeurs des dimensions et aussi les expences de l’abattage. Pour conclure; on peut dire que dans cette presentation, apres la discusssion des sujets consideres ces relations, Il a été souligné l’importances de ces relations dans la domain de la Minéralogie. In dieser Studie wurden die Einflüsse von Gesteinsmasse Eigenschaften auf die Sprengleistung in Tagebau Bergwerken untersucht. Zu diesem Zweck wurden Diskontinuität Abstände und Diskontinuität Orientierungen gemessen und Sprengungen im Originalmaßstab mit verschiedenen Anordnungen in Tagebau Bergwerken der Ägäischen Braunkohle (ELI) und Bursa Braunkohle (BLI) Betrieben, die zu der Türkischen Kohlegesellschaft (TKI) zugehörig sind, beobachtet. Für jede Sprengung wurden die Sprengkosten berechnet und die Teilchengrößenverteilung zur Darstellung der Aufteilung von Haufwerk ist durch Mittel von Teilbelegungssoftware, das Bildverarbeitung verwendet, bestimmt worden. 50% (K50), 80% (K80) durchlaufende Größen und Spitzengröße Werte wurden zur Bestimmung von Sprengleistung geordnet nach Gesteinsmasse Eigenschaften benutzt. Die Beziehungen zwischen Orientierungswinkel, welches der scharfe Winkel zwischen den Streichen der Hangfläche und Hauptdiskontinuität ist, und 50% (K50) und 80% (K80) durchlaufende Größen und Spitzengröße Werte sowie Sprengkosten wurden untersucht, um die Einflüsse von Hauptdiskontinuität Orientierung auf Aufteilung und Sprengkosten zu analysieren. Außerdem, wurden die Beziehungen zwischen Diskontinuität modal

Jan 1, 2003

By V. Labiouse, P. K. Kaiser, F. Descoeudres, F. Rojat

In this paper some failure phenomena observed in the crossing of brittle rock formations at the Lötschberg base tunnel are presented. A brittle failure criteria, recently developed by Canadian researchers, is applied through finite element calculations together with a semi-empirical failure criterion, to explain these behaviours. Good agreement is found between predicted and observed failures at the tunnel walls. This study also shows some of the limitations of this approach. Dans cet article sont présentés certains phénomènes de rupture observés durant la traversée de zones de roches fragiles lors de l’excavation du tunnel du Lötschberg. Un critère de rupture développé récemment par la recherche canadienne est utilisé à travers des calculs par éléments finis. En parallèle, les résultats sont comparés avec ceux d’un critère semi-empirique. Au niveau des parements, l’ampleur des ruptures observées est assez proche des résultats de calcul. Cette étude a également permis de mettre en avant certaines limites de l’approche choisie. In diesem Artikel werden verschiedene Brucharten dargestellt, die bei der Durchfahrung von sprödem Gestein im Rahmen des Ausbaus des Lötschberg-Basistunnels beobachtet wurden. Zur Erklärung des vorliegenden Verhaltens wurden die erst kürzlich in Kanada entwickelten Theorien zur Beschreibung von Sprödbrüchen herangezogen und bei der Berechnung mittels der Finite-Elemente-Methode und eines semi-empirischen Kriteriums angewendet. Die so vorhergesagten Versagenszonen an den Tunnelwänden stimmen mit den Beobachtungen gut überein. Die Studie hat auch dazu beigetragen, die bei der Anwendung des Lösungsansatzes angetroffenen Schwierigkeiten aufzuzeigen.

Jan 1, 2003

By D. F. Malan

In deep level hard rock mining the rheological behaviour of the rock is important as time-dependent aseismic processes can lead to a stable dissipation of energy thus reducing violent outbursts. Underground closure measurements, observations of time-dependent fracture formation and siesmic data indicate that the rock in deep South African gold mines shows significant time-dependent behaviour. The objective of this work is to quantify the time-dependent rock behaviour for laboratory specimens and underground conditions. Laboratory experiments indicated that lava and quartzite specimens undergo measurable creep strain at stress magnitudes below the failure stress. Quartzite is however prone to more significant creep at lower stress levels. A viscoelastic analysis showed that laboratory creep results can not fully explain the behaviour observed underground. The in situ behaviour is governed mainly by the rheological behaviour of the fracture zone and the resulting time-dependent formation of new fractures. A viscoplastic discontinuity model implemented in a boundary element program is used to simulate this behaviour.

Jan 1, 1997

By H. Ogasawara

Information on rock stress is important for safe mining in seismically active ground. On a major gold mine, a few tens of crews are continuously conducting geological drilling with small pneumatic machines. However, stress measurements are not often carried out in South African deep-level gold mines. One of the reasons is the drilling diameter that overcoring requires, which is much larger than the diameters used in regular geological drilling, e.g. Boart Longyear Metre Eater, which drills AQ or BQ holes. Larger diameter holes result in slower drilling advance, more load in transportation and handling at sites, and higher cost. In order to enable overcoring in BX size (60 mm diameter), we modified the compact conical-ended borehole overcoring (CCBO) technique that has been suggested by International Society for Rock Mechanics (ISRM) and was originally designed for NX drilling (76 mm diameter). With a single overcoring, the 3-D stress tensor can be determined. We tested this modified method at a depth of about 3 km at Moab Khotsong mine in South Africa. We worked with drilling crew who usually work at geological drilling with the Metre Eater. In January 2011, we tried using regular geological drilling tools (a sequence of a normal BX bit, reamer, and rod) without success. In August and September 2011, introducing stabilizers and thin BX bits, we succeeded. We could complete a cycle of procedures necessary for an overcoring, including shaping the borehole-end conically, glueing a 16-element strain cell, and overcoring, within 2.5 hours. Only 10 cm overcoring is needed, which increases the chance of successful overcoring in heavily fractured conditions. This modified method is suitable for up-dip holes to depths of 10-15 m from tunnels, and has the potential to be widely used at the initial stage of geological exploration drilling at many localities.

Jan 1, 2012

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

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

Jan 1, 2003

The current methodology to design stope support systems in South African gold and platinum mines is based upon the tributary area concept. The discontinuous nature of the hangingwall rock is not adequately addressed, and mechanisms leading to rock mass failures between adjacent support units are poorly understood. The work reported here aims to formulate a basis for quantifying support mechanisms and gain insights into the influence of rock discontinuities on stable hangingwall spans. Numerical models are used to qualitatively investigate the stress transfer from the support units to the discontinuous hangingwall. Stable hangingwall spans are quantified by considering two failure mechanisms, namely (i) beam buckling, and (ii) shear failure due to slip at the abutments. The output of the proposed design methodology is appropriate site specific support spacing, based on discontinuity spacing and orientation. The method is particularly suited to mines at intermediate and great depth, where typically the hangingwall is highly discontinuous due to face parallel mining induced fractures. Results of parametric studies show that with increasing in situ compressive hangingwall stress, beam thickness and friction angle, hangingwall stability is increased, leading to wider stable hangingwall spans between adjacent support units.

Jan 1, 2000

By D. H. Diering

The paper takes the reader into the depths of a modern ultra-deep South African gold mine and gives a perspective on the vertical and horizontal extent of the tunnel networks in such a mine. Depending on the mine design layout employed, tunnels once excavated are subjected to various levels of stress change over their life time, and the support requirements are explained. It is suggested that shotcreting is the only viable ultra-deep level support medium, and after looking at the latest developments, the logistical problems are put forward. In an effort to overcome most of these problems, the South African ultra-deep mining industry embarked on a collaborative research programme in 1998. The importance of tunnelling and in particular tunnel support as a critical technology for future successful ultra-deep level mining is stressed. While not yet fully ?on top of? these problems and challenges, our industry is now fully addressing them and we expect to make significant progress during the next 4 to 5 years.

Jan 1, 2000

By C. Steve

ABSTRACT: In this paper, the stability evaluation and bifurcation criteria are presented for the Jinping arch dam structure. The bifurcation models in failure status of the arch dam are derived from the uniqueness of the controlling equation of dam behaviours, and the relative phenomena between positive definition of dam structural tangent stiffness and bifurcation are given in the paper. Then the structural collapse criteria for arch dam are discussed based on the energy mode. A stability criterion of dam based on the connection of yield zones is proposed according to the implementation of elasto-plastic FEM (finite element method) numerical analysis. In accordance with this judging method, nonlinear FEM analysis is used for Jinping arch dam. The failure process of the Jinping dam was simulated and yield zones were found under the overloading condition. Keywords: Stability evaluation, bifurcation, failure process, Jinping arch dam ZUSAMMENFASSUNG: In der Verliegenden Arbeit wird ein integrater geomechanisch Modellversuch fuer Jinping Bogenstaumauer Vorgesstellt. Die Bogenstaumauer liegt aut der komplizerten felsformationen. Der Zerstoerungsmechanismus, die Stabilitaetsfaktoren und die Interaktion zwischen der Bogenstaumauer und den Seiltichen. In der Vorliegenden Arbeit wird eine dreidimensionale finite element analyse fuer die seitlichen. Gestein sauflager mittels dem Bruchmodell Vorgestellt, da fuer Jiniping Bogenstaumauer angewandet wird. Ein Bruch mechanismus model einschliesslich der statistischen parameter der Gesteinfes tigkeit wird entauckeit. RÉSUMÉ: Das ce documènt a été faite une analyse d’elemt limité de trois dimensions dn fondement de construction de roche faisant appel au modéle de l’endommagemnet à fracture, analyse appliquée an fondement du bar ragevoute de Jinping. Ce documènt décrit le test de modéle géomecanique intégral pour le barrage-voûte de Jinping L’ampleur du modéle en question constitute l’une de plus importantes en China. Ils correspondent par faitement anx calculs des résultats.

Jan 1, 2003

Outotec?s direct leaching process is an atmospheric leaching process for sulphidic zinc concentrates. The direct leaching process, based on special leaching reactors developed by Outokumpu, is the most economical way to produce electrolytic zinc. The production scale applications of the process realized so far are in use at Boliden?s Kokkola and Odda zinc plants. A new full-scale application of Outotec?s direct leaching process will be started in 2008 in China. The process is integrated to the existing production plant, replacing part of the old production facilities by modern technology. Besides high zinc extraction the plant expansion and modernization offers also indium recovery, iron precipitation and solution purification processes. The process equipment includes tailor-made reactors designed on the basis of the work and experience of Outotec research center. Keywords: zinc, concentrate, atmospheric leaching, technology, indium, iron precipitation, solution purification, Outotec

Jan 1, 2008

By J. Xiao, Y. Jiang, Y. Tanabashi, Z. Song

Modelling the effect of blasting-caused damage, anisotropy of rock masses and excavation sequence on deformational behaviour and stability of large-scale underground caverns is important in the design and information-oriented construction of the pumped storage power plant. A powerful three-dimensional numerical method that can be applied for that purpose is presented in this paper. Damaged range caused by blasting and mechanical properties of rock masses near to the walls of caverns are determined by using the back analysis approach in which three lines of the measurement results during the arch part excavation process were used to verified the simulations. Finally, applying the improved model and properties of rocks, the cavern stability and reinforcement effect of the preliminarily designed support system are also estimated for the safety in the bench excavation process. La création de modèles des effets relatifs aux dommages résultant des explosions, à l’anisotropie des masses rocheuses et à la séquence d’excavation quant au comportement à la déformation et à la stabilité des cavernes souterraines de grandes dimensions est une étape importante dans l’étude et la construction sur ordinateur de centrales hydrauliques à accumulation par pompage. Cet article traite d’une méthode numérique tri-dimensionnelle puissante applicable à cet effet. La gravité des dommages résultant des explosions et les propriétés mécaniques des roches à proximité des parois de la caverne sont déterminées par une analyse du fond dans laquelle les simulations sont vérifiées à l’aide de trois lignes de résultats de mesures prises durant le processus d’excavation de la partie arche. Finalement, la stabilité de la caverne et les effets du renforcement du système de support préalablement conçu sont estimés par application du modèle amélioré et des propriétés de la roche, pour application à la sécurité durant le processus d’excavation en gradins. Nachahmung der Wirkungen von durch Explosionen hervorgerufenen Schäden, Anisotropie der Gesteinsmassen und der Ausschachtungssequenz auf das Verformungsverhalten und die Stabilität großräumiger Untergrundhöhlen ist für das Design und den informationsorientierten Bau von Pumpenkraftwerken wichtig. Entsprechend der Vorgaben in dieser Arbeit kann ein leistungsfähiges, dreidimensionales numerisches Verfahren für diesen Zweck eingesetzt werden. Der durch Explosionen und die mechanischen Eigenschaften des Gesteins bedingte Schadensumfang im Bereich der Höhlenwände kann mit Hilfe eines retroversen Analyseansatzes bestimmt werden, bei dem die drei bei der Ausschachtung resultierenden Messlinien dazu genutzt wurden, die Simulationen zu bestätigen. Abschließend wurde außerdem durch Einsatz verbesserter Modelle und Gesteinseigenschaften die Auswirkungen vorläufig entworfener Unterstützungssystem auf die Höhlenstabilität und Verstärkungswirkungen hinsichtlich der Sicherheit bei Böschungsausschachtung abgeschätzt.

Jan 1, 2003

By E. Matinde

Poor phase separation and fine dissemination of the desired components within congruous slag phases are key challenges limiting the recoverability of values from slags by conventional beneficiation methods. Slag microstructure conditioning is a pragmatic approach to increasing themvalue-in-use of discard slags, especially when integrated with the broader smelter infrastructure. Although not yet tested on oxide slag systems, this paper explores the potential application of magnetohydrodynamic principles to the crystallization behaviour of bulk slags. Integrating the slag microstructure conditioning infrastructure to the existing smelter infrastructure is key to unlocking the economic value of slags because it is most economic to condition the properties of molten slag directly after tapping. A new business model that integrates smelting units to transversalmeconomic activities, such as cement production and suppliers of construction aggregates, canmsignificantly increase the circularity of metallurgical slags.

Oct 9, 2024

By L. Schernikau, W. H. Smith

Oil, coal, and gas account for approximately 80% of global primary energy, but only a portion of total airborne CO2 eq (approx. 35% at GWP20 to 65% at GWP100), even though they account for 95% of total measured CO2 emissions. The benefits of these energy sources, as well as their related costs, are not all incorporated in current energy policy discussions. Global greenhouse gas policies must include documented changes in measured airborne CO2 eq to avoid spending large amounts of public funds on ineffective or sub-optimal policies. The authors examined airborne CO2, which is less than half of emitted CO2, as well as reported CH4 emissions and the global warming potential of CH4 as published by the IPCC for coal and natural gas. The surprising conclusion is that surfaced-mined coal appears ‘better for the climate’ than the average natural gas, and all coal appears beneficial over LNG. Therefore, current CO2-only reduction policies and CO2 taxes are leading to unintended consequences and the switch from coal to natural gas, especially LNG, will not have the desired impact of reducing predicted future global warming; in fact, quite the contrary. A large portion of anthropogenic global warming is attributed by the IPCC and IEA to CH4, but it must be noted that CH4 emissions from natural sources and from agriculture account for approximately 40% and 25% of annual global CH4 emissions respectively. Energy accounts for about 20% of documented CH4 emissions. CO2 contributes only approximately 35% of annual airborne anthropogenic GHG emissions after accounting for CH4, over a 20-year horizon. At a 100-year horizon, the contribution of CO2 increases to approximately 60%. Energy policies that do not consider all GHG emissions along the entire value chain will lead to undesired economic and environmental distortions. All carbon taxation and CO2 pricing schemes are incorrect and need to be revised. At IPCC’s GWP20 an approximately 2%1 higher loss of CH4 across the value chain prior to combustion of natural gas versus coal will lead to ‘climate parity’ of coal with natural gas. According to public data, natural gas value chains have high CH4 and undocumented CO2 losses. On a global average, using only IEA-documented CH4 data, natural gas emits approximately 15% more CO2 eq than surface-mined coal, over a 20-year horizon. This difference will increase as the use of shale gas and LNG expands. Investors should support all energy systems in a manner that avoids an energy crisis, including intermittent renewable energy systems where they make sense. If CO2 emissions need to be reduced, one of the most effective ways would be to install ultra-supercritical power plants with CCUS technology. However, the undisputed benefits of increased CO2 concentrations in the atmosphere because of its promotion of photosynthesis and plant growth effects (fertilization) need to be considered in energy policy decisions as well. The authors suggest that future research and development should concentrate on reducing net emissions from fossil fuel power plants and providing cost-effective and reliable new conventional power generation capacity, utilizing clean coal and clean natural gas technology.

Mar 2, 2022