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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 J. Gómez-Hernández, P. K. Kaiser

Abstract The process of stress-induced fracturing around underground excavations in brittle rock is associated with dilation or volume increase of the failed, fractured rock. Different attempts to account analytically for this dilation have been made within the framework of plasticity theory. This theory has been developed mostly for metals, strain-hardening materials or soils, but brittle failure of rock-like materials is characterized by strain-softening behaviour and the volume change is dominated by geometric factors, which may violate stability principles of plasticity. In this work a semi-empirical Rock Mass Bulking Model (RMBM) was developed, using as starting concepts: dilation angle, plastic strain rates, effective deformation modulus, effective Poisson's ratio, Griffith locus, and the definition of a bulking factor BF introduced by Kaiser et al. (1996). The model was calibrated in order to obtain bulking factors that are consistent with experimental data and case studies of measured bulking around underground excavations. Résumé La fracturation provoquée par le stress autour des excavations souterraines dans le minéral friable est associée à la dilatation ou à l’augmentation du volume de la roche en rupture. Dans le cadre de la théorie de la plasticité, différents essais ont été faits dans le but de trouver une justification analytique pour cette dilatation. Cette théorie a d’abord été élaborée pour les métaux, les matériaux ou les sols d’écrouissage, mais la rupture fragile de matériaux d’aspect rocheux est caractérisée par un comportement d’amollissement et le changement de volume est dominé par des facteurs géométriques, ce qui pourrait ne pas être conforme aux principes de stabilité de la plasticité. Dans le présent ouvrage, un Modèle semi-empirique de masse rocheuse a été élaboré, dont les concepts initiaux sont les suivants : angle de dilatation, vitesse de fluage plastique, module effectif de déformation, coefficient effectif de Poisson, locus de Griffith, et la définition d’un facteur de foisonnement FF apportée par Kaiser et al. (1996). Le modèle a été calibré afin d’obtenir des facteurs de foisonnement qui soient conformes aux données expérimentales et aux études de cas sur le foisonnement mesuré autour des excavations souterraines. Kurzfassung Der Prozess von Brüchen in unterirdischen Abgrabungen in sprödem Gestein ist mit der Ausweitung oder der Volumenzunahme des gebrochenen Gesteins verbunden. Verschiedene Versuche im Rahmen der Verformbarkeitstheorie haben versucht, diese Ausweitung analytisch festzustellen. Die Verformbarkeitstheorie wurde hauptsächlich für Metalle, kalthärtende Werkstoffe oder Böden entwickelt, da sprödes Versagen von Gestein ähnlichen Werkstoffen von kaltenhärtendem Materialverhalten gekennzeichtnet ist, und die Volumenveränderung von geometrischen Faktoren beherrscht wird, die die Stabilitätsprinzipien der Plastizität übertreten. In dieser Arbeit wurde ein halbempirisches Rock Mass Bulking Model (RMBM) (Modell für das Aufgehen der Gesteinsmasse), entwickelt, für das die folgenden Anfangsprinzipien benutzt wurden: Ausweitungswinkel, plastische Fliessensätze, wirksames Verformungsmodul, leistungsfähiges Poissons Verhältnis, die Griffith Ortskurve und die Bestimmung eines Aufgehensfaktor BF1 der von Kaiser et al. (1996) eingefürt wurde. Das Modell wurde so kalibriert, dass es die Aufgehenfaktoren erzielte, die mit den Vesuchsangaben und den Fallstudien von Aufgehensmessungen in unterirdischen Abgrabungen übereinstimmen.

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 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 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

Quantitative seismology is an important tool for investigating mineinduced seismicity and the quantification of the seismic rock mass response. The spatio-temporal interpretation of seismic data within an ever-changing three-dimensional mining environment provides some challenges to the interpretation of the rock mass response. A grid-based approach for the interpretation of spatial variation of the rock mass response provides some benefits compared with approaches based on spatial filters. This paper discusses a grid-based interpretation of seismic data. The basic methods employed in the evaluation of the parameter values through space are discussed and examples of applications to different mine sites given.

Jan 1, 2014

By A. Rejeb, A. Millard

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

Jan 1, 2003

By 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

By Y. -J. Park, K. -H. You, Y. -T. Choi, Lee. H. -W.

Many large caverns are being constructed in great depths in Korea mainly for the storage of oil and LPG. These caverns are mostly located near the port where rock conditions are reasonably good. In some instances, the horizontal stress is very high and endangers the stability of the cavern. The purpose of this study is to assess the stability of large caverns excavated in a rock mass with high horizontal stress where Ko value is close to 3. Result shows that stress exerted in the shotcrete at crown exceeds allowable value when the 3rd bench is excavated. Also found is the tensile failure of shotcrete near the boundaries between benches. In Korea werden viele grosse Kaverne fuer Aufbewahrung vom Oel und Fluessiggas in grosser Tiefe gebaut. Am Meisten befinden sich diese Kaverne in der Naehe von Haefen, wo der Fels gute Verhaeltnisse zum Bauen einer Kaverne besitzt. In einigen Faellen ist die Horizontalspannung sehr gross und dadurch wird die Stabilitaet vom Kaverne gefaerdet. Der Zweck dieser Arbeit ist die Stabilitaet des im Fels gebauten grossen Kavernes mit hoher Horiaontalspannung zu schuetzen, wo Ko-Wert sich auf 3 naehrt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Spannung im Spritzbeton an der Krone den zulaessigen Wert ueberschreitet, wenn das dritte Bank ausgegraben wird. Im Bereich des Spritzbetons zwischen Baenke wurde das Zugversagen festgestellt. Des larges cavités nombreuses sont en train d’être construites en grand profondeur en Corée prin-cipalement pour le stocage du pétrole et LPG. Ces cavités sont pour la plupart situées près de la porte oú les conditions des roches sont résonablement bons. En quelques cas, la contrainte hori-zontale est trés haute et met en danger la stabilité de la cavité. L’objet de cet étude est d’estimer la stabilité des large cavités excavées dans une masse de roche ayant une haute contrainte horizontale oú la valeur de Ko est proche à 3. Le résultat montre que la contrainte exercée dans le shotcrete à la couronne dépasse la valeur admissible quand le troisième banc est excavé. En plus une faillite en tension du shotcrete près de la frontière entre des bancs est trouvée.

Jan 1, 2003

By H A. Myburgh

The beneficiation of heavy metal oxides, such as iron ore, is usually performed with heavy medium separation in cyclones, static baths and lately with Larcodems. Atomized ferrosilicon is most suitable as a heavy medium at densities above 3600 kg/m3 whereas a mixture of milled and atomized ferrosilicon is suitable at densities below 3600 kg/m3. When operating a beneficiation plant at densities higher than 3600 kg/m3 the quality of the ferrosilicon particles is an important factor that influences the control of the beneficiation process. Therefore, it is important to know how the rheology would be affected by the ferrosilicon quality as it also influences the control of the process at these elevated densities. Background The Kumba Resources Sishen Iron Ore Mine in South Africa produces 26.5 Mt iron ore per annum from its beneficiation plant. The ore body consists mainly of laminated and massive type hematite ore that is crushed down to ?90mm before being beneficiated by means of a combination of Wemco drums, Larcodem and dense medium cyclone separators. The need for higher densities When the percentage of high-density gangue2 is higher than normal in the run-of-mine (ROM), a higher separation density is necessary to produce a product to specification. Certain ore types of this quality in the Sishen reserves require a separating density higher than 4000 kg/m3, whereas densities would normally average 3600 kg/m3 when beneficiating ores of normal high-density gangue content. Sink and float tests conducted on the ROM material at Sishen revealed some interesting characteristics. In the waste fraction, (density < 3600 kg/m3) it was found that the %Fe was <21% (Fig. 1). Similarly, for the product fraction (density >3000 kg/m3), the percentage Fe varied between 35% and 67.2%. The bulk of the material (88%) actually had a density greater than 4000 kg/m3 and a Fe content that varied between 63% and 67.2%. At a density interval of 3600 to 4000 kg/m3, the Fe content varied from 37% to 60% with an average of 45%.

Jan 1, 2006

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 S. Budavari, F. M. C. C. Vieira

For several decades, the deep, gold-bearing reefs of the Witwatersrand basin have been mined predominantly according to layouts characterised by longwalls with strike pillars to provide regional support. During the past few years, a new generation of mining layouts has been introduced. These layouts are based on the concept of grid-type, scattered mining with dip pillars for regional support. As the extraction of the gold reefs extends to depths below 3500 m, the hazards associated with mining at these ultra-depths are expected to increase to unacceptable levels. Therefore, the question arises as to, which of the currently applied mining layouts is most acceptable for the economic and safe extraction of an ultra-deep orebody. The purpose of this paper is to describe a research investigation carried out to evaluate the degree of acceptability, from the rock engineering view point, of four currently used mining layouts for application at a depth-range of between 3500 and 5000 m. Pendant plusieurs décades, les filons d’or profonds du bassin du Witwatersrand ont été exploités d’une manière prédominante selon des dispositions caractérisées par des longues tailles avec des piliers directionnels pour donner un support local. Les dernières années ont vu la naissance d’une nouvelle génération de dispositions de mine. Ces dispositions sont basées sur le concept d’extraction type grille, éparpillée, avec des piliers au pendage pour le support local. Comme l’extraction des filons d’or va à des profondeurs en dessous de 3500m, il faut s’attendre à ce que les risques associés à l’exploitation à ces profondeurs extrêmes atteignent des niveaux inacceptables. Par conséquent, la question se pose de savoir laquelle des dispositions de mine couramment utilisées est la plus acceptable pour l’extraction rentable et sans danger d’un gisement ultra profond. Le but de l’étude présente est de décrire les recherches exécutées pour évaluer le degré d’acceptabilité, du point de vue d’ingénierie de roche, de quatre dispositions de mine couramment utilisées pour application à un rayon de profondeur entre 3500 et 5000m. Die tiefen, goldträchtigen Riffs des Witwatersrandbeckens wurden über einige Jahrzehnte hindurch vorwiegend nach jenen Layouts abgebaut, die von Langfrontstreben mit Schlagpfeilern charakterisiert waren, um regionale Unterstützung zu gewährleisten. Während der letzten Jahre wurde eine neue Generation von Grubenlayouts eingeführt. Diese Layouts basieren auf dem Konzept der Rasterfeld-Art, gestreuter Bergbau mit Neigungspfeilern für regionale Unterstützung. Es kann erwartet werden, daß auf Grund der Tatsache, daß sich die Extraktion der Goldriffs auf Tiefen unterhalb 3500 m verlagert, die Gefahren, die mit dem Bergbau an diesen Ultratiefen verbunden sind, sich auf ein nicht annehmbares Niveau erhöhen. Folglich erhebt sich die Frage, welche der gegenwärtig angewendete Abbaulayouts für die ökonomische und sichere Extraktion eines ultra-tiefen Erzkörpers am annehmbarsten ist. Zweck dieser Arbeit ist es, eine durchgeführte Untersuchung zu beschreiben, die vom Gesichtspunkt der Gesteinstechnik gesehen, vier gegenwärtig angewandte Abbaulayouts für den Einsatz in einem Tiefenbereich zwischen 3.500 und 5.000 m evaluiert.

Jan 1, 2003

By P. R. Segopolo

"The purpose of the project is to convert current shuttle car utilization on an underground coal mine to best practice by focusing on change-out points and tramming routes, which have a major influence on shuttle car away times. Time studies were an integral part of the project as these enabled the determination of shuttle car away times. An indirect proportional relationship between shuttle car away times and productivity is established. Through the time studies, it is deduced that a third shuttle car will make an insignificant contribution to production when there is only one split open. During this time, maintenance on the third car can be optimized. In order to satisfy the mine’s key performance indicator of keeping shuttle car away times less than 75 seconds, a belt extension must be scheduled after the third split is open. It is established that at any given time, a minimum of two shuttle cars should be used. When cutting on the left-hand-side of the belt road with only two shuttle cars available, the centre and left (left of the feeder breaker) shuttle cars should be used for coal hauling. When cutting on the right-hand-side, the centre and the right-hand-side cars should be used. If only one shuttle car is available, the centre car is the most efficient to use. Alternative anchoring configurations can be employed so as to enable cars (left or right, especially) to reach the opposite extremities of the panel and hence minimize cable length restrictions. Paper written on project work carried out in partial fulfilment of BSc. Eng. (MiningEngineering)"

Jan 1, 2015

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 M. B. Shongwe

Pt-based alloys are being developed for high-temperature applications with the aim of replacing some of the currently used Ni-based superalloys (NBSAs) in the highest temperature applications. The Pt-based alloys have a similar structure to the NBSAs, and since Pt is more chemically inert than nickel and has a higher melting point, they can potentially be used at higher temperatures, up to 1300°C, and in more aggressive environments. Several experimental Pt-based alloys were studied at Mintek, and an optimum composition was found to be Pt84:Ahi:Ru2:Cr3 (at.%). On the basis of hardness and microstructure, a later study identified a new optimum: Ptr8:A111:Ru5:Cr6 (at.%). There are at least two Pt3A1 allotropes, and the high-temperature cubic structure has better properties than the lower temperature tetragonal form, and so needs to be stabilized. This work describes the latest results obtained in transmission electron microscopy (TEM) studies of the quaternary Pt-based superalloys. These results are both interesting and important, because the samples have a higher precipitate density compared to those from earlier work. The precipitate morphology is mainly cubic, with minor areas having irregular-shaped precipitates. The high volume fraction of the precipitates is a major breakthrough, since the objective of this work is to improve the alloys. A prior disadvantage was that the proportion of the precipitates was too low in samples before this work, especially compared with the work from Germany on Pt-Al-Cr-Ni¬-based alloys as well as the NBSAs. TEM -Pt3A1 diffraction patterns were studied, and for each diffraction pattern, many possible lattice point combinations were tried, with the angle between the lattice spots as well as interplanar spacings being calculated for each phase (cubic or tetragonal) to match the measured results. An overall analysis of the diffraction results indicates that the cubic phase fitted the experimental lattice points with much lower errors compared to the tetragonal phase. Thus, with the close match achieved with the cubic structure, the structure of -Pt3A1 precipitates is likely to be cubic. X-ray diffraction has been carried out on selected samples, and the results confirmed the presence of cubic -Pt3A1 and (Pt). Different X¬ray diffractometers were used to further verify the results, and the results were also compared with those from TEM.

Jan 1, 2012

By C. M. Rule, A. K. Anyimadu, L. Knopjes

Ongoing development work on ultra-fine grinding for various applications at the Group?s concentrators has been conducted by Anglo Platinum over the last few years. Current potential applications for mainstream grinding and concentrate grinding are the subject of a group-wide research and development programme. The first 10 000-litre 2.6 MW IsaMill was jointly developed by Anglo Platinum, Xstrata Technology and Netszch for installation at the Western Limb Tailings Re-treatment project in Rustenburg, South Africa. The unit was commissioned in late 2003/early 2004, and has operated in an intermediate concentrate regrind application successfully since. This paper describes the operational performance to date, as compared with the original duty specifications and objectives. The first mainstream M10 000 IsaMill with a 3 MW drive will be operational in November2006 at the Potgietersrus Platinum (PPL) ?Platreef? Sandsloot Concentrator in South Africa?s Limpopo Province. Key Words: Western Limb Tailings Re-treatment Plant, IsaMilling, Platreef, Platinum, Palladium, PGMs, tailings.

Jan 1, 2006

By J. Riss, S. Gentier, A. Marache

The study of the hydromechanical behaviour of fractured rock masses requires a detailed knowledge of the isolated fractures. The aim of the paper is the simulation of the evolution of the void space, located between both walls of a fracture, during a shear test under constant normal stress. Results of the mechanical simulation model are first validated then analyzed in detail. We observe that, during the shear process, there is an opening of the fracture with the creation of preferential channels. These channels are determined at the early phase of the shear process (pre-peak phase), and we observe during the post-peak phase that void areas increase in size rather than the creation of new apertures. Die Untersuchung des hydromechanischen Verhaltens eines zerlegten Felsmassivs erfordert genaue Kenntnisse der einzelnen Spalten. Ziel dieses Artikels ist die Simulation der Evolution des Hohlraumes zwischen den beiden Wänden eines Spaltes während eines Abscherungsexperimentes unter konstantem senkrechtem Druck. Die Ergebnisse der Modellierung werden zunächst mit dem Abscherungsexperiment verglichen und dann im Einzelnen ausführlich analysiert. Während des Abscherungsprozesses tritt eine Öffnung des Spaltes auf, die die Bildung von bevorzugten Fliesswegen fördert. Diese Kanäle werden bereits in einer frühen Phase des Abscherungsprozesses (pre-peak Phase) festgelegt. In der post-peak Phase tritt dann eher eine Vergrößerung dieser Kanäle, als die Bildung neuer Hohlräume auf. L’étude du comportement hydromécanique d’un massif rocheux fracturé ne peut se faire sans une connaissance approfondie des fractures le constituant. L’étude présentée dans cet article concerne la simulation de l’évolution de l’espace des vides présent entre les deux épontes d’une fracture au cours d’un essai de cisaillement à contrainte normale constante. Les résultats du modèle sont tout d’abord validés puis analysés en détail. On constate que, au cours du cisaillement, il apparaît une ouverture de la fracture permettant la création de chenaux préférentiels. Ces derniers sont déterminés très tôt dans le cisaillement (phase pré-pic), et on observe dans la phase post-pic davantage un accroissement de la taille des chenaux plutôt que la formation de nouvelles zones de vides.

Jan 1, 2003

By M. Kwasniewski, M. Takahashi

Prismatic samples of a medium-grained sandstone from Slask Colliery (Upper Silesian Coal Basin, Poland) were tested under uniaxial compression, conventional triaxial compression and true triaxial compression conditions. The conventional triaxial compression tests were carried out at confining pressure (p) equal to 12.5, 25.0 and 37.5 MPa. In the true triaxial compression tests the minimum principal stress (s3) was equal to 25.0 MPa and the intermediate principal stress (s2) was 1.5, 2 and 2.5 times higher than s3. Results of the studies show that confining pressure strongly inhibited dilatant behavior of rock samples tested under conventional triaxial compression conditions; the increasing confinement resulted in the growing compaction of the rock material. The effect of dilatancy was also highly suppressed by the intermediate principal stress. While important dilatant, negative volumetric strain corresponded to the peak differential stress at low intermediate principal stress conditions, at high intermediate stresses the rock material was damaged to much lesser extent. As a result, faulting of rock samples in the post-peak region was much more violent and was accompanied by a strong acoustic effect. Les échantillons parallélépipédiques du grès à grains moyens de la mine ‘Slask’ (Bassin Houiller de Haute Silésie, Pologne) ont subi les essais de compression monoaxiale (compression simple), de compression triaxiale conventionnelle (compression triaxale de révolution) et de compression triaxiale vraie. Les essais de la compression triaxiale conventionnelle ont été effectués à la pression de confinement de 12,5, 25,0 et 37,5 MPa. Dans les essais de compression triaxiale vraie la contrainte principale minimale (s3) était de 25,0 MPa et la contrainte principale intermédiaire (s2) était 1,5, 2 et 2,5 fois supérieure de s3. Il résulte des essais que la pression de confinement inhibe fortement le processus de dilatance dans les échantillons testés dans les conditions de compression triaxiale conventionnelle; l’augmentation de la pression provoquait l’augmentation du compactage du matériau rocheux. Le phénomène de dilatance était également limité de façon significative par la contrainte principale intermédiaire. Alors que l’importante déformation volumique négative correspondait à la contrainte différentielle ultime avec les faibles contraintes principales intermédiaires, dans les conditions de fortes contraintes intermédiaires, le matériau rocheux subissait l&apos;endommagement de façon beaucoup moins importante. En résultat, la rupture des échantillons rocheux au stade post-maximum était beaucoup plus violente et accompagnée d’un fort effet acoustique. Prismatische Probekörper des mittelkörnigen Sandsteines aus dem Bergwerk ‘Slask’ (das Oberschlesische Kohlengebiet, Polen) wurden unter der einaxialen Druckbeanspruchung, konventionellen dreiaxialen Druckbeanspruchung und der echten dreiaxialen Druckbeanspruchung geprüft. Konventionelle dreiaxiale Druckversuche wurden bei dem Manteldruck von 12,5 25,0 und 37,5 MPa durchgeführt. Bei den echten dreiaxialen Druckversuchen betrug die kleinste Hauptspannung (s3) 25,0 MPa und mittlere Hauptspannung (s2) war 1,5-, 2- und 2,5-mal höher als s3. Aus den durchgeführten Versuchen ergibt sich, dass der Manteldruck die Dilatanzentwicklung bei den Probekörpern unter der konventionellen dreiaxialen Druckbeanspruchung stark bremst; die Erhöhung des Druckes rief die ansteigende Kompaktion des Gesteinsmaterials hervor. Die Dilatanz wurde auch durch die mittlere Hauptspannung beschränkt. Während die wesentlichen volumetrischen, dilatanten Verformungen der Grenzdifferenzspannung bei den niedrigen mittleren Hauptspannungen entsprachen, bei den hohen mittleren Hauptspannungen wurde das Gesteinsmaterial viel weniger beschädigt. Im Ergebnis war der Scherbruch der Gesteinsproben im Post-Peak-Bereich viel heftiger und mit kräftigen akustischen Effekten verbunden.

Jan 1, 2003

A well known rock mass classification system has been altered slightly to address the issues found under remnant mining conditions. By detail study of the expected fracture patterns and local geology, the rock mass is classified to indicate the condition of the hanging wall prior to mining. The risk level of each mining step is evaluated by calculating input parameters for computer simulations from the actual rock mass condition. Seismic activity is catered for by the understanding that large event rates and large magnitude events reduce the quality of the local rock mass and that the rock mass stiffness should be adapted accordingly. A case study is presented to test parts of the protocol. Un système connu de classification des masses rocheuses a été légèrement modifié pour faire face aux questions posées par les conditions d’extraction de débris. Une étude détaillée des diagrammes de fragmentation et de la géologie locale permet de classer la masse rocheuse pour indiquer la condition du toit avant l’extraction. Le niveau de risque de chaque étape minière est évalué en calculant les paramètres d’entrée pour simulation par ordinateur à partir de la condition réelle de la masse rocheuse. L’activité sismique est prise en compte avec la réalisation que les taux de larges évènements et les évènements de large magnitude réduisent la qualité de la masse rocheuse locale et que la raideur de la masse rocheuse doit donc être adaptée. Une étude de cas est présentée pour tester des sections du protocole. Ein sehr bekanntes Gesteinsmassenklassifikationssystem wurde abgeändert um die Probleme zu behandeln die unter Restabbaukonditionen angetroffen werden. Durch detaillierstes Studium der der zu erwartenden Bruchmuster und der lokalen geologischen Verhältnisse wird die Gesteinsmasse in Hinblick auf die Konditionen der Flözoberseite klassifiziert. Das Risikoniveau für jeden Abbauschritt wird durch die Eingabeparameter aktuellen Gesteinsmassenkondition für die Computersimulation evaluiert. Für die Seismische Aktivitäten wird Sorge getragen durch das Verständnis, daß große Ereignisraten und Ereignisse hoher Größenklassen die Qualität der lokalen Gesteinsmasse reduzieren und daß die Gesteinsmassensteifheit entsprechend adaptiert werden sollte. Eine Fallstudie um Teile des Protokolls zu testen wird präsentiert.

Jan 1, 2003

By O. Rondon

Localized uniform conditioning is a technique developed to spatially locate selective mining unit grades that have been derived using uniform conditioning for the assessment of recoverable resources. The technique has the advantage of producing selective mining unit estimates conforming to the uniform conditioning panel-specific grade-tonnage curve while introducing spatial information at the scale of the selective mining units. This paper describes an alternative technique to localized uniform conditioning which does not explicitly require the uniform conditioning panel-specific grade-tonnage curve to localize the selective mining unit estimates. The technique can therefore be implemented in mining software where uniform conditioning is not available.

Jan 1, 2014