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By J. W. Latilla, J. J. van Wijk

In late 1997 a request was received to assist with determining the powered support unit (shield) load capacities for the planned 2 seam short wall. This project had a number of aspects which made it attractive to utilize numerical modelling in conjunction with other more conventional design tools in the design of the shields. Amongst these were: The 2 seam panels were to be laid out about 25 m below the previously short walled 4 seam, the 4 seam had in turn been over-mined by the 5 seam long wall, the proposed face height of the 2 seam short wall was 5.5 m while the 4 seam had been mined at 4 m. The top seam in the area (5 seam) had been mined at between 1.5 and 2.2 m high, the face conditions with about 95 m of broken material applying dead weight loading to the 2 to 4 seam inter-burden septum were hard to predict and cyclical loading due to the presence of strong sandstone bands in the 2 to 4 seam inter-burden. The basic thrust of the study was to take the known, and successful, situation (4 seam short wall) and carry out comparative modelling to enable prediction of likely 2 seam conditions. Some two dimensional aspects studied were: 5 m goaf hanging up behind shields, stresses in beams to determine likely first goaf roof span, stresses in cantilever beams to asses cyclical loading due to sandstone bands in the interburden being loaded by the overlying goaf and stresses on chain and crush pillars adjacent to the goaf edge. Three dimensional aspects that were investigated included: Load distribution along face for close goafing and 5 m goaf hang-up and load in a 1 m wide rib modelled in the position of the powered support units. From the modelling it was possible to determine the optimal shield leg capacity of the new 2 seam equipment. These outputs were used when drawing up the technical specifications for manufacture of the new equipment. The face was successfully commissioned in August 2002. Fin 1997, requête fut faite pour aider à la détermination des capacités de charge pour l’unité de soutènement mécanisée (bouclier) pour la couche 2 courte taille en projet. Certains aspects de ce projet le rendaient intéressant pour utiliser la modélisation numérique en même temps que d’autres méthodes conventionnelles pour la conception des boucliers. Parmi ces aspects se trouvaient : Les panneaux de la couche 2 devaient être placés environ 25 m au dessous de la couche 4 courte taille ; la couche 4 avait été remplacée par la couche 5 longue taille ; la hauteur de taille proposée pour la couche 2 courte taille était 5.5 m, tandis que la couche 4 avait été exploitée à 4 m. La couche supérieure de la région (couche 5) avait été exploitée entre 1.5 et 2.2 m de hauteur ; il était difficile de prédire les conditions de taille, avec environ 95m de matériaux cassés ajoutant une charge morte à la plaque de séparation entre les couches 2 et 4 et un chargement cyclique causé par des bandes de grès dans l’entre-fardeau 2-4. L’idée principale de l’étude fut de prendre la situation connue et réussie (couche 4 courte taille) et de faire une modélisation comparative pour prédire les conditions probables de la couche 2. Certains des aspects à double dimension qui furent étudiés étaient : Un accrochage de remblai de 5m derrière les boucliers ; contraintes dans les poutres pour déterminer le premier intervalle probable entre remblai et toit ; contraintes dans les poutres en porte-à-faux pour évaluer le chargement cyclique causé par les bandes de grès dans l’entre-fardeau qui est accablé par le remblai et les contraintes sur les piliers par chaîne et d’écrasement adjacents au bord du remblai. Aspects à trois dimensions qui furent étudiés : Distribution de la charge le long de la taille pour les remblais proches et l’accrochage de remblai de 5 m et la charge dans une nervure de 1 m de large modelée dans la position des unités de soutènement mécanisées. La modélisation a permis de déterminer la capacité de portée optimale du bouclier du dispositif nouveau pour la couche 2. Ces résultats furent utilisés pour dresser les spécifications techniques pour la fabrication de l’équipement nouveau. La taille fut commissionnée avec succès en août

Jan 1, 2003

By V. Labiouse, M. Jaboyedoff

GIS documents are of great interest for a quick and low-cost determination of areas endangered by rockfalls. They allow (i) the detection of potential instabilities from steep slopes and cliff areas, and (ii) the preliminary estimation of potential run-out areas by means of a so-called cone method. After the presentation of the tools used to compute these areas, the paper focuses on two methods developed for a preliminary hazard mapping, one at regional scale and the other at local scale. Mittels GIS-Dokumenten können von Steinschlag bedrohte Gebiete schnell und kostengünstig ermittelt werden. Die sogenannte Kegelmethode erlaubt die Erkennung potentiell instabiler Zonen von Steilhängen und Felswänden sowie eine erste Einschätzung der möglichen Reichweiten. Nach der Vorstellung der zur Berechnung der bedrohten Gebiete benötigten Hilfsmittel stellt der Artikel zwei Methoden zur vorläufigen Gefahrenkartierung in lokalem und regionalem Maßstab vor. Les SIG sont très intéressants pour une détermination rapide et peu onéreuse des zones affectées par des chutes de blocs. Ils permettent une détection des zones potentiellement instables et une estimation sommaire des zones de propagation des blocs par une méthode dite des cônes. Après la description des outils utilisés pour définir ces zones, l’article expose deux méthodologies élaborées pour un zonage préliminaire du danger, l’une à l’échelle régionale et l’autre à l’échelle locale.

Jan 1, 2003

By A. Pellegrino, F. Collin, C. Guiducci, R. Charlier

A numerical approach for modeling coupled Hydro-Mechanical fracture behavior in 2D is presented in this paper. This approach accounts for the strong dependence of the flow characteristics on fracture apertures and offers an anisotropic description of the flow propagation in the fracture. An interface finite element and a constitutive model are developed . In order to validate the applicability of the model to general geomechanic problems, 2D simulations were performed. Results show the good application of the mathematical model and the fundamental hydraulic role played by the fractures. In diesem Beitrag wird ein Stoffgesetz vorgeschlagen um hydromechanisches Kluftverhalten numerisch zu Modellieren. Dieser Vorgang nimmt die starke Abhängigkeit der Fliesseigenschaften von der Kluftöffnung mit in Anbetracht. Ein Interfaceelement und ein Stoffgesetz wurden entwickelt. Zum validieren der Anwendbarkeit dieses Modells wurden 2D Simulationen durchgeführt. Ergebnisse haben gezeigt dass das mathematische Model anwendbar ist und dass Klüfte eine fundamentale hydraulische Rolle spielen. Une approche numérique pour la modélisation du comportement couplé hydro-mécanique des fractures en 2D est présentée dans ce papier. Cette approche prend en compte la forte dépendance des caractéristiques du flux de fluide sur les ouvertures des fractures et présente une description anisotrope de la propagation du flux dans la fracture. Un élément fini d'interface et un modèle constitutif sont développés. Dans le but de valider l'applicabilité du modèle à des problèmes généraux de géomécanique, des simulations 2D ont été réalisées. Les résultats montrent la bonne application du modèle mathématique et le rôle hydraulique fondamental joué par les fractures.

Jan 1, 2003

By J. W. Klokow, S. L. Mulder

Early removal of the shaft reef is usually considered necessary on deep level South African gold mines to avoid damaging stress build-up associated with traditional shaft-protection pillars. In the case of the relatively shallow Beatrix Gold Mine it was largely motivated by early access to ore and the consequent earlier return on invested capital. A number of options were considered to protect the shaft from possible damaging stress changes and to minimise deformations in the shaft-reef area. Numerical modelling was used to evaluate the options and to quantify as accurately as possible the likely deformations to be accommodated by the shaft steelwork designs. The option chosen was a combination of strategically placed satellite pillars and yield pillars, and backfill. Following the mining of a small inner cut during the shaft sinking process, full-scale mining is progressing away from the shaft. Suitable instrumentation has been installed to monitor deformations associated with the shaft reef removal. Enlever rapidement le filon du puits est en général considéré nécessaire dans les galeries de fond des mines d’or sud-africaines pour éviter l’accumulation nuisible de contraintes associée aux piliers de protection de puits traditionnels. Dans le cas de la mine d’or Beatrix, relativement peu profonde, l’enlèvement était motivé en grande partie par l’accès rapide au minerai et par conséquent un profit plus rapide sur l’investissement. Un certain nombre d’options furent considérées pour protéger le puits contre les changements de contraintes potentiellement nuisibles, et pour minimiser la déformation dans l’aire puits/filon. La modélisation numérique fut utilisée pour évaluer les options et pour quantifier aussi précisément que possible les déformations probables que la conceptualisation du puits devrait prendre en compte. L’option choisie fut une combinaison de piliers satellites placés à des points stratégiques avec des piliers de protection, et terre de remblayage. Pendant le fonçage de puits une petite coupure intérieure fut exploitée, et maintenant l’exploitation à grande échelle, au-delà du puits, est en cours. Les instruments nécessaires ont été installés pour surveiller les déformations associées à l’enlèvement du filon du puits. Die frühe Entfernung des Riffschachtes wird normalerweise bei südafrikanischen Tiefbaugoldmienen als notwendig erachtet um den zerstörende Druckaufbau zu vermeiden, welcher mit traditionellen Schachtschutzpfeilern verbunden ist. Im Fall der verhältnismäßig flachen Beatrix Goldmine war es hauptsächlich vom frühen Zugang zum Erz und dem konsequenten frühen Rückfluß des investierten Kapitals motiviert. Eine Anzahl an Optionen wurde erachtet um den Schacht vor möglichen zerstörenden Druckänderungen zu schützen und Deformationen im Riffschachtbereich zu minimieren. Um die Optionen zu bewerten und mögliche Deformationen so genau wie nur möglich quantitativ darzustellen die von den Schachtstahlkonstruktionen aufgenommen werden müssen, wurden numerische Modelle verwendet. Die gewählte Option war eine Kombination aus strategisch plazierten exzentrischen Pfeilern und Schutzpfeilern sowie Hinterfüllungen. Nach dem Vortrieb eines kleinen inneren Einbruches während des Abteufens wird der Vollvortrieb vom Schacht weg vorgenommen. Um die Deformationen, die mit der Riffschachtentfernung verbunden sind zu überwachen, müssen geeignete Instrumentenausrüstungen installiert werden.

Jan 1, 2003

By I. Gil, J. -C. Roegiers

Abstract Hydraulic fracturing is a technology that has been utilized for more than 50 years in the oil industry. It was originally used for stimulating hard, brittle formations which typically exhibit low permeabilities and roughly linear elastic behavior. Nonetheless, an increasingly important segment of the industry is currently stimulating very soft and poorly consolidated formations; where the assumptions of ideal elasticity and relatively small fluid leakoff fail to hold (e.g. Gulf of Mexico, West Africa, Alaska, East China). In these rocks, hydraulic fracturing stimulation has been used for several years to control and solve critical production problems such as sanding and formation damage (caused during completion and drilling operations). Although successful1, the application of this method has not been accompanied by robust fracturing modeling techniques. In addition, long term production increases were often not materialized. In other words, engineers have been able, via trial-and-error, to avoid major ‘operational’ problems but with no optimization of such treatments. Thus, most hydraulic fracturing projects carried out in poorly consolidated rocks render unexpected results. A recent worldwide survey on net pressures by the Delft Fracturing Consortium (Papanastasiou, 1997) indicated that net pressures encountered in the field are 50% to 100% higher than the net pressures predicted by conventional fracturing simulators. The difference is yet higher for the case of poorly consolidated formations (Pak, 1997). The theory for the construction of a fully coupled elastoplastic three-dimensional hydrofrac simulator, specifically conceived for unconsolidated rocks, is presented in this paper. This novel model calculates the dimensions and changes in shape of the fracture(s) being created during hydraulic fracturing operations. No assumptions are made regarding either shape or geometry of the crack(s). Three main failure criteria are used simultaneously in this model: tensile and shear stresses, and volumetric strain. Incremental forms of the governing equations of equilibrium and fluid flow are presented. The scheme chosen for solving this problem is the finite elements method, which allows both equations to be solved simultaneously at any instant in time. Résumé La fracturation hydraulique est une technologie qu’a été utilisé pour plus que 50 ans dans l'industrie pétrolière. Elle a été utilisée au début pour stimuler les formations dure et fragile que typiquement ont des perméabilités basses et un comportement élastique à peu près linéaire. Néanmoins, un segment plus important de l'industrie stimule actuellement des formations mal consolidées; où les suppositions d'élasticité idéale et de relativement petite fuite de fluide ne se tiennent pas raison (par exemple le Golfe de Mexique, l'Afrique d'ouest, Alaska, la Chine de l'est). Dans ces roches, la stimulation avec fracturation hydraulique a été utilisée pour plusieurs années pour contrôler et résoudre les problèmes critiques de production comme les dommages de formation et d’ensablement (causé pendant les opérations de l'accomplissement et forage). Bien que prospère, l'application de cette méthode n'a pas été accompagnée de techniques robustes pour le modelage de fractures. En outre, les augmentations à long terme de production n'ont pas été souvent concrétisées. En d'autre termes, les ingénieurs ont pu, via le procès et l’erreur, éviter les majeur problèmes ‘opérationnel’ mais avec aucune optimisation de tels traitements. Ainsi, la plupart des projets de fracturation hydraulique ont été exécuté dans des roches mal consolidées et ont rendu résultat totalement inattendu. Une récente étude mondiale sur les pressions nettes par le Consortium Delft pour Fracturer (Papanastasiou, 1997) a indiqué que les pressions nettes qu’ont été rencontré dans le champ sont environ 50% à 100% plus hautes que les pressions nettes prédites par les simulateurs fracturant conventionnels. La différence est pourtant plus importante pour le cas de formations mal consolidées (Pak, 1997). La théorie de construction d'un simulateur elastoplastic d’hydrofrac à trois dimensions entièrement couplé, en particulier conçu pour les roches non consolidés, est présentée dans ce papier. Ce nouveau modèle calcule les dimensions et les changements dans la forme de(s) fracture(s) étant créé pendant les opérations de fracturation hydraulique. Aucune supposition n’a été faites en ce que concernant la forme ou la géométrie

Jan 1, 2003

By A. V. Z. Brink

Rock engineering risk is defined in this paper as a function of the potential ground motion; the vulnerability of the workplace; exposure of people; and a general term – quality of information. The paper describes the development of prototype software that is a combination between an expert system approach for determining overall risk assessment, a risk control recommendation and a basic GIS (Graphic Information System) approach for graphically overlying input parameters and the output risk. The expert system uses a Bayesian probabilistic approach to combine various workplace-related information, a quantified seismological environment and the exposure of underground staff to provide an overall RE risk rating. The risk assessment is dynamic in that it is recalculated each time that any of the input parameters change, for example each time a seismic event is recorded in the area of interest. The code was tested on a data set from Savuka Gold. As risk assessment is not an absolute prediction of a specific outcome, it is therefore not possible to relate to individual case studies and the reliability of this method would only be determined after an extensive period of use with appropiate back-analysis. Le risque dans le génie minier est défini dans cette étude comme une fonction du mouvement potentiel de terrain ; la vulnérabilité du lieu de travail ; l’exposition des personnes ; et un terme général – la qualité de l’information. L’étude présente décrit le développement d’un logiciel prototype qui est une combinaison entre une démarche de système expert pour déterminer une évaluation générale du risque, une recommandation pour le contrôle du risque, et une démarche de SIG (Système d’Information Géographique) pour superposer graphiquement les paramètres d’entrée et le risque de sortie. Le système expert utilise une méthode de probabilité bayésienne pour combiner des informations variées sur le lieu de travail, des données quantifiées sur l’environnement sismique, et l’exposition du personnel travaillant sous terre, pour finalement produire un classement général de risque minier (RE). L’évaluation du risque est dynamique en ce sens qu’elle est recalculée à chaque fois qu’un des paramètres d’entrée change, par exemple à chaque fois qu’un évènement sismique est enregistré dans la région. Le code fut testé sur un ensemble de données obtenues de Savuka Gold. Comme l’évaluation du risque ne constitue pas une prédiction absolue d’un résultat spécifique, elle est par conséquent difficile à rattacher à des cas individuels et la validité de cette méthode ne pourrait être déterminée qu’après une longue période d’utilisation avec analyse rétrospective appropriée. Das Gesteinstechnikrisiko wird in dieser Arbeit als Funktion einer möglichen Bodenbewegung definiert; die Anfaälligkeit des Arbeitsplatzes; das Ausgesetztsein der Belegschaft; und ein genreller Begriff - Qualität der Informationen. Das Papier beschreibt die Entwicklung einer Prototyp-Software, die eine Kombination zwischen einem Expertensystemzugang für die Bestimmung der gesamten Risikobeurteilung ist, eine Empfehlung zur Risikokontrolle und eines fundamentalen GIS (graphisches Informationssystem) Zuganges für graphisch darüberliegende Eingangsparameter und das Outputrisiko. Das Expertensystem verwendet eine bayesische Wahrscheinlichkeitsannäherung, um verschiedene mit dem Arbeitsplatz in Verbindung stehende Informationen, ein quantitativ bestimmtes seismologisches Umfeld und das Ausgesetztsein des Untertag-Personals zu kombinieren, um eine gesamte RE-Risikobewertung zur Verfügung zu stellen. Die Risikobeurteilung ist insoferne dynamisch,daß sie stets nachkalkuliert wird wenn sich irgendeiner der Eingangsparameter ändert, z.B. jedesmal wenn ein seismischer Fall im Interessensbereich aufgezeichnet wird. Der Code wurde auf einem Datenbestand von Savuka Gold geprüft. Da die Risikobeurteilung nicht eine absolute Vorhersage eines spezifischen Resultates ist, es ist folglich nicht möglich, sich auf einzelne Fallstudien zu beziehen und die Zuverlässigkeit dieser Methode könnte nur nach einer umfangreichen Benutzungsdauer mit geeigneter Postanalyse bestimmt werden.

Jan 1, 2003

Ground control problems in the form of large dome or wedge collapses have been experienced at Tau Lekoa Mine since production began. Crush pillars in various configurations have been used and through a process of trial and error the current pillar layout has been derived. A strike pillar layout is used and additional mid-panel pillars are left spaced a maximum of 10m or 16m apart, depending on conditions and mining direction. Pillar spacing is based on an empirical relationship between fallout height and pillar spans. Analysis of the spatial distribution of large falls of ground indicates that there may be several geotechnical relationships contributing to stable pillar spans. The current focus is to define the relationship between geotechnical areas and hangingwall stability so that area specific support strategies can be formulated that could result in increased production efficiencies. Depuis le début de la production, la mine Tau Lekoa a connu des problèmes de contrôle au sol, sous la forme d’effondrements de grands dômes ou coins. Des piliers d’écrasement, dans des configurations variées, ont été utilisés et une série d’essais a résulté en la disposition de piliers en cours. Une configuration de piliers de direction est utilisée, et des piliers mi-panneau supplémentaires sont laissés, espacés d’un maximum de 10m ou 16m, selon les conditions et la direction de la mine. L’espacement des piliers est établi sur une relation empirique entre la hauteur des retombées et les intervalles entre piliers. L’analyse de la distribution spatiale de grandes tombées de terrain indique qu’il peut y avoir plusieurs relations géotechniques qui contribuent à des intervalles de piliers stables. L’intérêt présent est de définir la relation entre les zones géotechniques et la stabilité du toit, pour pouvoir formuler des stratégies de support spécifiques à un endroit, ce qui entraînerait des accroissements de production. Bodenkontrollprobleme traten seit Produktionsbeginn in Form von grossen Keil oder Dachhaubenbrüchen in der Tau Lekoa Mine auf. Bruchpfeiler in verschiedensten Konfigurationen wurden verwendet und auf Grund empirischer Fakten wurde das gegenwärtige Pfeilerlayout abgeleitet. Ein Layout für Strukturpfeiler wird verwendet und zusätzliche mittig situierte Pfeiler in einem Maximalabstand von 10m bis 16m installiert, abhängig von den Konditionen und der Vortriebsrichtung.Der Pfeilerabstand basiert auf dem empirischen Verhältnis Fallhöhe und Pfeilerspannweite. Die Analyse der räumlichen Verteilung großer Bodenabsenkungen deutet an, daß es einige geotechnische Verhältnisse geben kann, die zu stabilen Pfostenspannweiten beitragen. Der gegenwärtige Fokus soll das Verhältnis zwischen geotechnischen Bereichen und Stollendeckenstabilität definieren, damit bereichspezifische Unterstützungsstrategien formuliert werden können, welche in erhöhter Produktionsleistung resultieren könnten.

Jan 1, 2003

By A. Bouvard, N. Hoteit, E. Boidy, F. Pellet

In the context of the construction of an Underground Research Laboratory devoted to the feasibility studies of radioactive waste deposits, it appears of the utmost importance to study the long-term behaviour of rock, over a long time period. In this paper, some results of tests performed on the argillite from the Meuse-Haute-Marne site test in Eastern France are presented. Then a numerical simulation of one of this test using the viscoplastic damaging constitutive law proposed by Lemaitre is presented. Finally, this law is used to simulate numerically the behaviour of the rock at the wall of a circular tunnel in order to determine the extension and the change along the time of the Excavated Damaged Zone (EDZ). Advantages and limitations of the model are discussed. Dans le cadre de la réalisation d’un laboratoire de recherche souterrain conçu pour étudier la faisabilité d’installations de stockage de déchets radioactifs, il apparaît fondamental de caractériser non seulement le comportement viscoplastique à très long terme des matériaux mais aussi les phénomènes d’endommagement consécutif à la redistribution de contraintes provoquées par l’excavation des cavités. On présente ici les résultats d’essais réalisés sur les argilites du site de Meuse/Haute-Marne et destinés à caractériser leur comportement visco-endommageable. Il est ensuite procédé à une application de la loi viscoplastique endommageable de Lemaitre pour simuler l'un de ces tests. Les apports et les limites d'un tel modèle sont mis en évidence par des simulations numériques du comportement de la roche au pourtour d'une galerie circulaire permettant de suivre l’évolution au cours du temps de la zone endommagée (EDZ) à la paroi . Im Rahmen des Baus eines unterirdischen Forschungslabors für die Untersuchung der Machbarkeit von Deponien für radioaktive Abfälle erweist es sich als äußerst wichtig, das langfristige Verhalten von Gestein über einen langen Zeitraum zu untersuchen. Im vorliegenden Artikel werden einige Ergebnisse von Untersuchungen vorgestellt, die mit Tonschiefer aus der Meuse-Haute-Marne in Frankreich durchgeführt wurden. Anschließend wird eine numerische Simulation der Untersuchungen unter Verwendung des von Lemaitre vorgeschlagenen viskoplastischen Verformungsgesetzes vorgestellt. Schließlich wird dieses Gesetz auf die numerische Simulation eines Kreistunnels angewandt, um die Ausdehnung und die zeitliche Entwicklung der Auflockerungszone (EDZ) zu bestimmen. Es werden die Vorteile und Grenzen des Modells diskutiert.

Jan 1, 2003

By S. Heukelman

Zinc or, a zinc refinery in South Africa, uses oxygen enrichment of up to 26% O2 in its fluidizing air to increase concentrate-throughput in its fluidized bed roasters. The aim of the study is to determine whether O2 enrichment can be reduced by introducing micro-pelletized concentrate into the feed blend, while maintaining concentrate throughput rates and calcine quality. A laboratory scale fluidized roaster was used to determine the strength and oxidation kinetics of suitable micro-pellets. The strength of the pellets was determined by the extent of attrition during roasting. It was found that micro-pelletization decreases the fines in the feed to the roasters; the ?500 µm fraction decreased from 87% to 10%. The micro-pelletized particles do break down during roasting, which increases the -500 µm fraction to 31%. The general morphologies of the roasted particles are similar to those found by previous workers. Micro-pelletized concentrate particles require more time than non-pelletized concentrate particles to oxidize in the roasting step, although this is less than the mean residence time of the Zincor roasters. Roasting micro-pellets in O2-enriched fluidizing air increased the reaction rate.

Jan 1, 2011

By B. van Beek, J. Ndlovu, K. T. Hara, J. M. A. Geldenhuis

This paper describes the development of an alternative technique for measuring the matte level height in sulphide smelting furnaces. The initial studies involved applying electrochemical oxygen probes in a smelting furnace to measure the oxygen potentials of the matte and slag phases. However, these measurements were not successful as a result of low temperatures, preventing there ference electrode from attaining equilibrium during the measurements. These trials were followed up by using oxygen probes containing a (Mo + MoO2) reference electrode instead of the(Cr + Cr2O3) reference electrode used previously. It was shown that with some further development work, it should be possible to measure the oxygen potential of these mattes accurately. Further measurements were performed with a magnetic sensor in sulphide mattes. It was shown that an electronic signal, which is proportional to the magnetic susceptibility of the surrounding material, was generated during immersion into liquid matte. These measurements were extended and done in a smelting furnace. Initial results indicated that when the magnetic sensor was dipped through the slag layer into the matte, a signal was generated as soon as the sensor came in contact with the matte. Measurements are ongoing in order to record (on a computer for improved accuracy) the signal as a function of distance when the sensor is immersed through the slag layer into the matte phase. The magnetic sensor measurements may be the solution to a matte level measurement problem that has existed for a few decades in matte smelting furnaces.

Jan 1, 2004

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 G. van den Berg

Anglo Platinum has initiated a project to investigate hydraulic hoisting technology for platinum mines. Hydraulic hoisting systems are categorized as pumping, fluidizing feeder or displacement feeder systems. Positive displacement piston diaphragm pumps are most suitable for pumping systems but they require that the ore be milled prior to pumping. Fluidizing feeders are unsuitable for platinum ore applications due to the large percentage of fines in the ore. The three-chamber pipe displacement feeder has been most widely used for hydraulic hoisting and is the most suitable technology for platinum mines. Eight hydraulic hoisting applications covering pumping and displacement feeder technologies are reviewed. The key factors to be assessed in selecting a hydraulic hoisting system for a platinum mine are discussed. A typical platinum mine configuration will comprise an ore preparation plant (to produce -15 mm material through screening or crushing), motive water pump on surface, high pressure water pipeline from surface to underground, ore slurrification plant, three-chamber displacement feeder, and a high pressure slurry pipeline to surface. The water and slurry pipelines are housed in a purpose drilled borehole. A hydraulic hoisting system selection chart is presented. A 150 mm diameter system with a 25 MPa pressure rating is required to hoist 60 000 t/m from a depth of 1 200 m. Generic capital and operating costs are presented . A major potential advantage of hydraulic hoisting is that the fines, which contain a high percentage of PGMs, are captured underground and transported directly to the concentrator. Hydraulic hoisting technology is ideally suited to providing supplementary hoisting capacity to existing shafts that have reached the skip hoisting capacity limit. The main advantage for new shafts is the potential to significantly simplify underground rock handling and transportation. All hydraulic hoisting system components are proven. The only risk area is the wear rates of the valves and piping. Current estimates are based on gold ore. The business cases investigated show that the financial viability of the installations are not sensitive to wear rate. Hydraulic hoisting is technically feasible and financially attractive for platinum mines. Keywords: Hydraulic hoisting, slurry

Jan 1, 2004

By S. Burks

This paper develops the themes explored by the authors at the Fourth International Platinum Conference,. Optimization techniques can be used to significantly increase the value of mining businesses by enabling better long-term planning decisions. Open pit and underground mine design, mine scheduling, cut-off grade and blending, stockpiling, and the linking of these to flexible elements of the metallurgical recovery processes are all evaluated together. Transport or sale of intermediate products and the requirements of the product metal markets can also be considered. Experience shows that net present value (NPV) can potentially be increased by 5-35 per cent or more, usually even before the expenditure of significant amounts of project capital. The case studies presented include: > An existing operation with multiple open pits and PGM concentrators linked to offsite downstream processing facilities, and with infrastructure constraints for which the scheduling of current operations and the potential for expansion were investigated > An existing operation with an integrated portfolio of mines, concentrators, smelter, and refinery, for which the various possible sources of ore for processing were prioritized to match the downstream process plant constraints and the product markets > An underground operation in Zimbabwe for which the optimum mining width was calculated and expansion plans were evaluated > An underground mine with many separate mining sections, for which a revised schedule was developed aiming to keep the shaft system and processing plant at capacity with the highest net value material available at any time throughout the life of mine. In the concluding section of the paper, a few brief notes are included suggesting how the strategic recommendations from enterprise optimization studies may be implemented by the owner's team.

Jan 1, 2013

By S. Fletcher, C. Calle, K. Constanti-Carey, R. Ruzbacky, M. D. Horne

Laboratory test-work has established that two classes of redox catalysts based on anthraquinone and bipyridinium derivatives are effective in accelerating the rate of removal of metallic iron from reduced ilmenite (RI) in the aeration step of the Becher process. Two water-soluble anthraquinone derivatives are efficient: 9,10-anthraquinone-2,6-disulfonicacid, disodium salt (catalyst AQ-2,6) and 9,10-anthraquinone-2-sulfonic acid, monosodium salt(catalyst AQ-2). When 0.2 per cent w/v of either was added during aeration the rate of metalliciron removal was accelerated by two to three times. Furthermore, the addition of either compound resulted in magnetite (Fe3O4), the iron oxide phase preferred in commercial practice, being formed. However, both AQ-2,6 and AQ-2 were rapidly lost from solution during aeration although their catalytic activities persisted even when their concentrations in solution were low(<0.05 per cent w/v). The negatively charged anthraquinones were lost from solution most probably by adsorption onto the magnetite that has a net positive charge at the pH values encountered during aeration. To address this problem, the catalytic activities of positively charged bipryridinium derivatives were tested. Two water-soluble bipyridinium compounds, paraquat (1,1’-dimethyl-4,4’-bipyridinium dichloride) and diquat (6,7 dihydrodipyrido [1,2-a:2’,1’-c] pyrazinediiumdibromide), were found to significantly accelerate the rate of removal of metallic iron from reduced ilmenite, and both gave magnetite as the oxide product in the laboratory tests. Moreover, recycle tests showed they were not lost from solution as quickly as were the anthraquinone derivatives. Results in larger scale plant laboratory reactors also showed a significant increase in aerationrates when diquat was added and magnetite was again the oxide formed. However, the oxygensupply to the reactors was insufficient to achieve the maximum effect of the catalysts on theaeration rates. The limited supply of oxygen in a full scale aerator may prevent the application ofthe catalysts in a commercial Becher operation. Keywords: Becher process, aeration, anthraquinone, bipyridinium, redox catalyst, reduced ilmenite

Jan 1, 2003

By H. E. James

Much has been said and written about the need to reduce South Africa&apos;s dependence on gold. To compensate for the decline in the country&apos;s foreign-exchange earnings resulting from the phasing out of gold, which must inevitably occur at some future date, a far higher priority will have to be placed on the mining, beneficiation, and export of the 59 other mineral commodities produced in South Africa. The basic strategy of the mining and metallurgical industries should be to move from the traditional approach of establishing a resource base to the establishment of a market base; to turn from production orientation to market orientation; and to rely less on exploration and economies of scale and more on process innovation and product development. The enthusiasm, entrepreneurial spirit, and commitment of the leaders in the mining and metallurgical industry will clearly be of decisive importance in the establishment of new industries for the beneficiation and export of added-value mineral-based products. The State can make a significant contribution by the provision of a welldeveloped and efficient infrastructure, including rail and harbour facilities, communications and health services, roads, and of electricity and water supplies. In our search for a new development strategy for the beneficiation and export of South Africa&apos;s minerals, we need to recognize that no one nation has all the mineralresources that it needs. Commercial and strategic manipulation of mineral supplies should no longer be tolerated. The future of the human species lies in international cooperation and in a greater understanding of the limitations of the world we live in.

Jan 1, 1985

By F. H. Cornet, D. Ask, O. Stephansson

We have conducted a stress analysis of overcoring stress measurements undertaken at the Zedex Test Site (ZTS) in the Äspö HRL, Sweden. Two different types of overcoring cells have been used at the site: the 9-gauge Borre Probe (CSIR-type) and the 12-gauge CSIRO HI cell. Inversion programs based on the least-squares criterion were developed and calibrated. The primary and secondary stress field in the ZTS were back-calculated using strain data from individual cells as well as from combining data from both cells. We propose that the combination of strain data from the two cells significantly improves the determination of the stress field. A striking result is the good agreement between the re-analysed overcoring data and the existing hydraulic fracturing data. The deviations for the horizontal stresses between the re-analyzed overcoring data and the existing hydraulic fracturing data are approximately 3 MPa. The deviation in the orientation of maximum horizontal stress is approximately 10-20°. Nous avons analysé les résultats de mesures de contrainte par surcarottage réalisées sur le site Zedex, du laboratoire souterrain HRL d’Aspö, en suède. Deux types de cellule de mesure ont été utilisés sur ce site : la cellule à 9 jauges (du type CSIR) et la cellule à 12 jauges (du type CSIRO HI). Un programme d’inversion mettant en œuvre une norme par moindres carrés a été développé et validé. Les champs de contrainte primaires et secondaires du site Zedex ont été évalués d’une part en considérant chaque mesure isolément, d’autre part en intégrant l’ensemble des données de déformation dans une inversion unique. Nos résultats suggèrent que l‘association des diverses mesures dans une intégration unique améliore nettement la détermination du champ de contrainte. Un résultat intéressant est le bon accord entre ces nouveaux résultats et les résultats des mesures par fracturation hydraulique. Les écarts sur l’amplitude des contraintes horizontales est de l’ordre de 3 Mpa, les écarts sur les orientations de l’ordre de 10-20°. Auf dem Zedex Test Gelände im Äspö Festgesteinslabor (HRL) wurde eine Spannungsanalyse mittels Overcoring Spannungsmessungen durchgeführt. Hierzu wurden zwei verschiedene Methoden verwendet: das 9-kanal Borre Gerät (CSIR- Ausführung) und die 12-Kanal CSIRO HI Zelle. Inversionsprogramme, die auf dem “least-squares”- Kriterium basieren, wurden entwickelt und kalibriert. Das primäre und sekundäre Spannungsfeld des Zedex Test Geländes wurde sowohl aus Verformungsdaten individueller Zellen als auch aus Kombination beider Zellen ermittelt. Wir nehmen an, daß die Kombination der Messergebnisse beider Geräte die Bestimmung des Spannungsfeldes signifikant verbessert. Überzeugender Beweis hierfür ist die gute Übereinstimmung der überprüften Overcoring Daten und Ergebnisse aus existierenden Hydraulic Fracturing Versuchen. Die Abweichungen der horizontalen Spannungen aus beiden Datensätzen ist etwa 3 MPa und Abweichungen der Orientierung der größten Horizontalspannung liegen bei etwa 10-20°.

Jan 1, 2003

By V. Labiouse, R. Gärber

The paper aims at clarifying the up-to-now misappreciated role taken by pore water on the design of deep tunnels in saturated porous media. Numerical simulations with a non-dimensional FEM-model emphasise the influence of pore water characteristics (in situ pressure and compressibility) and boundary conditions (lining permeability) on the short and long term underground-structure equilibrium states. These results cannot be achieved by means of monophasic total stress analyses. Dieser Beitrag untersucht den Einfluss des Porenwassers auf die Dimensionierung von tiefen Tunnelbauwerken in wassergesättigtem Untergrund. Numerische Simulationen mittels eines dimensionslosen FEM-Modells betonen den Einfluss der Porenwassereigenschaften (in-situ Druck und Kompressibilität) und der hydraulischen Randbedingungen (Tunnelausbaudurchlässigkeit) auf Kurz- und Langzeitverhalten des Untergrund-Ausbau Gleichgewichts. Diese Ergebnisse können nicht ermittelt werden anhand von Einphasen- und Totalspannungsmodellen. L’article s’intéresse au rôle méconnu de l’eau interstitielle dans le dimensionnement de tunnels profonds creusés dans des milieux poreux saturés. Des calculs adimensionnels par éléments finis soulignent l’influence des caractéristiques de l’eau interstitielle (pression in situ et compressibilité) ainsi que des conditions aux frontières (perméabilité du revêtement) sur les équilibres court et long terme de l’ouvrage. Ces résultats ne peuvent pas être obtenus par des calculs en contraintes totales.

Jan 1, 2003

By S. Badr, R. Mendoza, M. U. Ozbay, M. D. G. Salamon

ABSTRACT: The use of coal pillars at depth is fraught with problems due roof control difficulties and the possible occurrence of coal or pillar bumps. In the USA the largest and most important application of pillars at depth is in longwalling, where chain pillars are the customary supports of the multiple entry developments. At first, the chain pillars were designed using conventional approaches, where the principle is that the strength of the pillar should exceed the load imposed on it. Such approach to design led to larger and larger pillars at great depths, but instead of eliminating, it tended to aggravate the roof control problems. Eventually the idea was born that small sized yielding pillars, which have proved to be successful elsewhere, might provide the answer to this pressing problem as well. The aim of this paper is to study the modes of pillar failure at great depths, using two solution methods. The first of these comprises some elementary solutions obtained with the aid of a simplified conceptualization of the rock mass. This model consists of a strain-softening coal seam sandwiched between two stratified masses. The second approach utilizes FLAC3D, which is a commercially available three-dimensional numerical modeling software package. To gain a better insight, both the strain-softening and ideally plastic Mohr-Coulomb constitutive laws embodied in FLAC3D were exploited. As expected, the width to height ratio of the pillar has proved to be the primary factor that determined the behavior of the pillars. Narrow pillars fail in a stable manner without the occurrence of instabilities. Intermediate w/h ratio pillars under the appropriate loading conditions, may fail suddenly and may even collapse totally. Squat pillars do show the potential for sudden, coal bump like side failure, but because the remaining large width of the inner core, the ruble around the pillar provides sufficient confinement so as to reestablish stability. Finally, the study revealed that the traditional Mohr-Coulomb law does not provide a useful insight into the failure of coal pillars. RESUME: L’utilisation des piliers de charbon dans les mines souterraines de grande profondeur occasionne des problèmes due aux difficultés de control de plafond et possibles fracture ou explosions au niveau des piliers. Aux Etats-Unies d’Amérique, l’utilisation des piliers dans les mines souterraines de charbon comme moyen de support est considèrees comme étant la plus grande et la plus importantes des méthodes utilisée dans le ‘’ longwalling method’’ ou une série des piliers sont disposé de manière à supporter les multiple entrées d’exploitation de charbon. En premier lieu, cette série des piliers étaient construit de manière conventionnelle avec un principe basé sur le fait que le poids exerce sur les piliers doit être inférieur a la force que ces piliers exerce sur le plafond. Ce principe a conduit a ce que le volume des piliers augmente au fur et à mesure que la profondeur au de la mine augmente. Malheureusement, au lieu de résoudre le problème de support, ce principe n’a fait qu’aggraver le problème de contrôle de plafond. Eventuellement une idée s’est dégagé allant du fait que les piliers endommagés de taille moyenne qui se sont avérés être efficaces ailleurs, pourraient fournir un indice à ce particulier problème. Le but de cette recherche est celui d’étudier les différent types de ruptures qu’un pilier peut occasionner lorsqu’il est utilisé a grande profondeur, tout en utilisant deux possible méthodes. La première d’entre elle comprend quelques solutions élémentaires obtenues avec l’aide d’une méthode simplifié et conceptuelle de la masse de la roche. Ce modèle consiste à prendre en sandwich la bande de minerais de charbon entre deux masses stratigraphiques sans pour autant endommager le plafond. La seconde méthode nécessite l’utilisation du ‘’ FLAC3D’’, qui est un logiciel commercialisé disposant d’un modèle numérique en 3 dimensions. Dans le but d’obtenir

Jan 1, 2003

By J. W. Latilla, J. J. van Wijk

A running facebreak ahead of the powered support units occurred on the number 4 seam at Matla Coal’s number 3 shaft (Matla 3) in April and May 2002.Very difficult mining conditions were experienced for a distance of some 150 m in the tailgate and to a lesser extent on the face itself. The paper analyses the main causes for the high stress conditions leading to the facebreak, namely, the existence of a >20 m dolerite sill close to surface and the effect of stopping longwalling on the overlying 5 seam. Difficulties experienced during the facebreak are discussed, including, pillar and roof collapses in the tailgate, high stress areas ahead of the face causing roof and sidewall stability problems, flushing of broken rock into the face area at the tailgate, secondary mid-face breaks, and the availability of critical support units. Successful rock engineering interventions and learning points were that, a goaf angle of 14.6° was found to be more realistic than the previously used 20 to 25° in predicting dolerite sill behaviour in this area, pre-split blasting of the sill significantly reduced stress on the face and tailgate allowing re-support work to proceed, varying pillar support types were analysed and rated, the need to always have a ground control “First Aid” kit available was recognised and a strategy for subsequent panels beneath the sill was developed. Numerous support units were used and the performance of the more suitable types is briefly discussed. A running facebreak ahead of the powered support units occurred on the number 4 seam at Matla Coal’s number 3 shaft (Matla 3) in April and May 2002.Very difficult mining conditions were experienced for a distance of some 150 m in the tailgate and to a lesser extent on the face itself. The paper analyses the main causes for the high stress conditions leading to the facebreak, namely, the existence of a >20 m dolerite sill close to surface and the effect of stopping longwalling on the overlying 5 seam. Difficulties experienced during the facebreak are discussed, including, pillar and roof collapses in the tailgate, high stress areas ahead of the face causing roof and sidewall stability problems, flushing of broken rock into the face area at the tailgate, secondary mid-face breaks, and the availability of critical support units. Successful rock engineering interventions and learning points were that, a goaf angle of 14.6° was found to be more realistic than the previously used 20 to 25° in predicting dolerite sill behaviour in this area, pre-split blasting of the sill significantly reduced stress on the face and tailgate allowing re-support work to proceed, varying pillar support types were analysed and rated, the need to always have a ground control “First Aid” kit available was recognised and a strategy for subsequent panels beneath the sill was developed. Numerous support units were used and the performance of the more suitable types is briefly discussed. Une cassure de taille en avant des unités de soutènement s’est produise sur la veine numéro 4 dans le puits numéro 3 (Matla 3) de la mine Matla Coal en avril et mai 2002. Les conditions d’extraction étaient extrêmement difficiles sur une distance d’environ 150 m dans la voie de tête et, en moindre mesure, sur le front de taille lui-même. L’étude présente analyse les raison majeures pour les conditions de grandes contraintes qui ont conduit à la cassure de taille, à savoir l’existence d’un mur de dolérite de >20m proche de la surface et l’effet d’arrêter la longue taille sur la veine 5 superposée. Les difficultés rencontrées pendant la cassure de taille sont rapportées, y compris les effondrements de piliers et toit dans la voie de tête, les aires de grandes contraintes en avant du front de taille causant des problèmes de stabilité pour le toit et les parois latérales, l’injection de roches cassées dans la taille en voie de tête, les cassures secondaires à mi-taille, et la disponibilité d’unités de soutènement critiques. Interventions minières réussies et leçons apprises furent : un angle de remblai de 14.6° était plus réaliste que celui de 20 à 25° utilisé auparavant pour prédire la conduite du mur de dolérite dans cet endroit ; tir à deux temps du mur a réduit considérablement les contraintes sur la taille et la voie de tête, ce qui a permis un travail de support complémentaire ; des types variés de support de piliers furent analysés et évalués ; la nécessité d’avoir toujours une trousse de première urgence disponible fut reconnue ; et finalement une stratégie pour les panneaux en dessous du mur fut

Jan 1, 2003

By J. N. Van der Merwe, D. P. Roberts

The two components of pillar design formula being used in South Africa are pillar strength and pillar load. While considerable effort has been directed to the determination of pillar strength, the other half of the safety factor equation, the load, has not received the same amount of attention. The load acting on pillars has always been calculated using the Tributary Area Theory (TAT). This paper summarises the recent studies on coal pillar loading using various numerical models. It concludes that although there are meaningful differences under certain circumstances, there is still a compelling argument to use the TAT in coal pillar design. Les deux parties composantes de la formule de conception de pilier généralement utilisée en Afrique du Sud sont la résistance de pilier et la charge de pilier. Tandis que des efforts considérables on été dirigés vers la détermination de la résistance de pilier, l’autre moitié du facteur de sécurité n’a pas reçu la même attention. La charge agissant sur les piliers a toujours été calculée avec la Théorie d’Aire Tributaire (TAT). L’étude présente résume les études récentes sur la charge de pilier de charbon utilisant des modèles numériques variés. La conclusion est que bien qu’il y ait des différences significatives selon les circonstances, il y a toujours un argument puissant pour utiliser le TAT dans la conception de pilier de charbon. Die in Südafrika für die Auslegung von Pfeilern verwendeten zwei Formelkomponenten sind Pfeilerstärke und Pfeilerbelastung. Während beträchtlicher Aufwand zur Bestimmung der Pfeilerstärke gemacht wurde, wurde der anderen Hälfte der Sicherheitsfaktorsgleichung nicht die gleiche Aufmerksamkeit gewidmet. Die auf die Pfeiler wirkende Last wurde immer unter Verwendung der Tributary Area Theory (TAT) berechnet. Diese Arbeit fast neuere Studien betreffend der Belastung von Kohlepfeilern unter Verwendung verschiedener numerischer Modelle zusammen. Die Schlussfolderung ist, daß obwohl unter bestimmten Vorraussetzungen bedeutende Unterschiede existieren, nach wie vor ein bezwingendes Argument besteht TAT in der Kohlepfeilerauslegung zu verwenden.

Jan 1, 2003