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By M. C. Bhulose

Paper written on project work carried out in partial fulfilment of B. Eng (Mining Engineering) degree The purpose of this project was to identify constraints that could occur in the current sub-decline shaft at Turffontein Shaft should an increase in production take place. Particular attention was to be paid to the transportation of men and materials and to the broken rock and ventilation capacity of the shaft. This project is an in-depth evaluation of the logistic capacity of the sub-decline system at Turffontein Shaft in order to determine by how much production can be increased in this area to replace tonnages from the vertical shaft area, where ore reserves are rapidly becoming depleted.

Jan 1, 2004

By M. Abdellatif

Keywords: Magnesium, pyrometallurgy, Mintek Extensive testwork on atmospheric thermal magnesium production has highlighted certain important fundamental and operational factors that have a major influence on magnesium extraction and its extraction rate, the condensation efficiency of magnesium, as well as on the quality of the condensed metal. The possible impact of these factors on the selection and preparation of raw materials, recipe choice, furnace electrical energy consumption, and on the refining requirements of the crude magnesium is discussed. Selected pilot plant operational and metallurgical data are also presented.

Jan 1, 2006

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 C. J. Pretorius

More than 30 percent of the global demand for zircon (ZrSi04) is supplied by South Africa. A significant amount of the zircon is exported, and beneficiated products are then imported for industrial applications locally. Beneficiating the zircon locally could have a positive impact on the local market, since zircon is only one of many such cases. Ammonium acid fluoride serves as an alternative anhydrous fluorinating agent for zircon in the synthesis of several metal fluorides1,2. It provides an effective dry fluorinating method and is easier to handle than hydrogen fluoride or fluorine gas. Zircon exposed to extreme plasma temperatures dissociates and becomes more reactive. The reaction of the plasma-dissociated zircon (Zr02.SiO2) with the ammonium acid fluoride (NH4F.XHF, where x= 1 to 5) forms two main intermediate compounds (NH4)3ZrFr(s) and (NH4) 2SiF6(s), the latter decomposing to form volatile products at relatively low temperatures, providing easy separation of the silicon and zirconium compounds. The ammonium zirconate compound decomposes to form zirconium tetrafluoride (ZrF4), which can be further manufactured into zirconium metal, to name but one product. Data on the kinetics of the reaction of ammonium acid fluoride with zircon and plasma-dissociated zircon, combined with the thermo¬dynamic parameters of the reaction, is essential for the development of an industrial process for the production of a precursor for the manufacturing of zirconium metal, namely anhydrous ZrF4. Both the reaction kinetics and reaction parameters will be included in this study, as well as some proof that the reaction proceeds to ZrF4 on a small batch scale. If the exact reaction parameters can be pinned down, a wide spectrum of anhydrous metal fluorides can be synthesized through this fluorination route.

Jan 1, 2012

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 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 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 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 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 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 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 R. A. Plumbridge

The Honourable Mr Molefe, Premier of the North- West Province; Or Scot-Russel, Chairman of the CMMI's XV Congress; Mr Loton, Chairman of the CMMI; distinguished guests, ladies and gentlemen. At the outset may I express my sincere appreciation to the organisers of this Congress for their kind invitation to me to participate in the plenary session. May I also thank the CMMI for inviting me to be their fifth distinguished lecturer. This is a signal honour and one which is sincerely appreciated by my Group and myself. The subject of gold is a very emotive one. It conjures up different images in the minds of a wide variety of people. For many of us it is very simply the ultimate metal. In ancient times gold was sought after and treasured; it was the chosen metal for adornment and many of the best preserved artefacts of that time were hand-fashioned from gold which had been won by primitive mining techniques. Gold's rarity and its value was recognised by those who fashioned the earliest gold coins thus underlining gold's special place as a store of value.

Jan 1, 1994

By N. Duda, W. Koperska, S. Anufriiev, P. Stefaniak

In mineral processing plants ore extracted from mines is processed to obtain a concentrate with the highest possible concentration of this valuable product. It is a complicated multi-stage process. Usually, the first step is sieving the ore, which is typically done using vibrating mining screens. There is often only a limited number of these machines in the technological chain, which is why their continuous operation, and proper maintenance is crucial for the whole process. Predictive maintenance is the best strategy in this case because it allows for minimising the number and duration of unexpected stoppages. It consists of the prediction of future failures based on available real-time data, and predictive models built upon this data using, for example, machine learning techniques. In this paper we concentrate on feature generation for future predictive maintenance model development for a vibrating screen, based on an example of a KGHM ore processing facility in Polkowice-Sieroszowice. We focus on two types of measurements: bearings temperature and vibrational data. Based on the raw data, the process of more advanced feature engineering is described. By transforming the temperature data we calculate characteristics of bearing cooling and heating dynamics, while based on vibrational data, the aggregated characteristics of the vibrations are derived. Such features are calculated on a long-term basis, and then they are compared to the data related to vibrating screen maintenance to estimate their significance for the prediction of particular failures of the machine.

Sep 1, 2021

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 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 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'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

By A. Golshani, M. Oda, K. Suzuki, T. Takemura

Anisotropic behaviours of OhshimaOshima granite were investigated by carrying out uniaxial compression tests, together with observations of microcracks under an optical microscope. The elastic modulus tensor of Oshima granite at 10 per cent strength,E10, were calculated using theoretically formulation of elastic modulus tensor in terms of the second-rank crack tensor for pre-existing open microcracks. Furthermore, with the assumption of orthorhombic elasticity, the nine moduli of Oshima granite E10were determined by uniaxial compression test. Twenty-onemoduli of samples, calculated without assuming any symmetry, also showed orthorhombic features. Direction of the symmetry axes agreed well with the orientation of preexisting cracks. Comparison of crack tensor-based formulation results with the experimentally determined one show that the anisotropy of elasticity of Oshima granite is caused by pre-existing open microcracks, not by pre-existing healed microcracks and also crack tensor formulation can be used, as a first-order approximation at least, to describe the anisotropy of Oshima granite induced by pre-existing open microcracks. ZUSAMMENFASSUNG: Das anisotrope Verhalten des Oshima-Granits wurde mit Hilfe voneinachsigen Kompressionstests und durch die Betrachtung von Mikrorissen unter einem optischenLichtmikroskop untersucht. Das Elastizitätsmodul von Oshima-Granit bei 10 Prozent Kraft E10wurde berechnet, indem man die Formulierung des Elastizitätsmodultensors, ausgedrückt alsRisstensor zweiter Ordnung theoretisch auf bereits existierende Mikrorisse angewandt hat.Außerdem wurden die neun Module des Oshima-Granits unter der Annahme orthorhombischerElastizität E10mit einem einachsigen Kompressionstest bestimmt. Einundzwanzig Stichproben,die ohne die Annahme irgendeiner Symmetrie genommen wurden, zeigten ebenfallsorthorhombische Merkmale. Die Richtung der Symmetrieachsen stimmte mit der Orientierungbereits vorhandener Risse überein. Der Vergleich der Ergebnisse der auf dem Risstensorbasierenden Formulierung mit der experimentell bestimmten Formulierung zeigt, dass dieAnisotropie der Elastizität von Oshima-Granit von bereits vorhandenen offenen Mikrorissenverursacht wird, und nicht von vorhandenen vernarbten Mikrorissen, und dass dieRisstensorformulierung auch zumindest für eine Annäherung erster Ordnung benutzt werdenkann, um die durch vorhandene offene Mikrorisse induzierte Anisotropie des Oshima-Granits zubeschreiben. RESUME: Les comportements anisotropes du granit d’Oshima ont été étudiés en réalisant destests de compression simple, et en observant les microfissures au microscope optique. Le tenseurdu module d’élasticité du granit d’Oshima sous une résistance de 10 pourcents, E10, a été calculéen se servant de la formule théorique du tenseur de module d’élasticité basé sur le tenseur defissures de second ordre des microfissures ouvertes préexistantes. En outre, sur base del’hypothèse de l’élasticité orthorhombique, les neuf modules du granit d’Oshima ont étédéterminés par des tests de compression simple. Vingt et un modules d’échantillons, calculés endehors de toute hypothèse de symétrie, ont aussi montré des caractéristiques orthorhombiques. Ladirection des axes de symétrie correspondait bien à l’orientation des fissures préexistantes. Lacomparaison des résultats de la formule basée sur le tenseur de fissures avec les résultatsdéterminés expérimentalement montrent que l’anisotropie de l’élasticité du granit d’Oshimaprovient des microfissures ouvertes préexistantes, et non de microfissures préexistantes referméeset que la formule du tenseur de fissures peut servir, au moins comme première approximation, àdécrire l’anisotropie du granit d’Oshima marqué par des microfissures ouvertes préexistantes.

Jan 1, 2003

By N. Kinoshita, Y. Inada

The authors have proposed and discussed storage of low temperature materials such as LNG, LPG and frozen food in rock caverns. In this case, as the rock mass around the caverns will receive effects of low temperature, it is necessary to consider the thermal behavior and the stability of caverns. In this study, strength and deformation characteristics obtained by the uniaxial tension test and the compression test at low temperatures were discussed. Using the results, temperature and stress distribution around caverns when LNG was stored, were analyzed. Then thermal behavior of the rock mass around caverns was discussed. Die Autoren haben Lagerung von Niedertemperatur-Materialien wie LNG, LPG und tiefgefrorenen Nahrungsmitteln in Felskavernen vorgeschlagen und diskutiert. Da in diesem Fall die Felsmasse um die Kavernen den Effekten der niedrigen Temperatur ausgesetzt ist, ist es erforderlich, das Thermalverhalten und die Stabilität der Kavernen zu berücksichtigen. In dieser Untersuchung wurden Stärke-und Deformationseigenschaften, die durch ein-axialen Spannungstest und Kompressionstest bei niedrigen Temperaturen erhalten wurden, diskutiert. Mit diesen Ergebnissen wurden Temperatur- und Stressverteilung um die Kavernen bei Lagerung von LNG analysiert. Dann wurde das Thermalverhalten der Felsmasse in der Umgebung der Kavernen diskutiert. Les auteurs proposent et discutent l'entreposage de matériaux à basse température, tels que le GNL, le GPL et des aliments congelés, dans des cavités rocheuses. Comme, dans ce cas, la masse rocheuse entourant la cavité subit les effets des basses températures, il est nécesaire d'étudier le comportement thermique et la stabilité des cavités. Dans cette étude, les auteurs discutent des caractéristiques de résistance et de déformation, obtenues par essai de tension uniaxial et essai de compression à basse température. En se servant des résultats, ils analysent la répartition de la température et des pressions autour des cavités, lors du stockage de GNL. Ils discutent ensuite le comportement thermique de la masse rocheuse autour des cavités.

Jan 1, 2003

By J. Kempken, T. A. Schreiter, R. Degel, H. Schmieden

Keywords: Pyrometallurgy, SMS Demag, Germany, submerged arc furnace, ferro alloys, non-ferrous, FeCr, FeNi, FeMn, copper, cobalt, slag cleaning, PGM, rectangular furnace After a short summary of the SMS Metallurgy part of the SMS group, the paper will focus on Submerged Arc furnace technology. After general aspects of furnace design, the focus will shift to different applications and their specific furnace requirements. Finally, a state-of-the-art design tool as well as a new invention to improve slag-cleaning technology will be featured.

Jan 1, 2006

By M. Hakala, P. Tolppanen

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

Jan 1, 2003