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

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

Jan 1, 2003

By T. F. J. Hälbich

Namakwa Sands aims to conserve environmental resources and prevent or minimize environmental impacts from its operations. The challenge faced by Namakwa Sands is the rehabilitation of the arid winter rainfall Strandveld and lowland Succulent Karoo vegetation zones affected by its mining activities. Extensive experimentation with different rehabilitation methods resulted in the development of an effective rehabilitation programme. The use of topsoil as a seed bank and shade-cloth as windbreaks have significantly aided the rehabilitation process. The aim of the programme is to stabilize the soil environment so as to allow the germination and development of the local plant species. The ability to control wind erosion is critical to the success of the rehabilitation effort. A programme of biodiversity audits has been started to measure the recovery of plant species in the rehabilitated area. The principle of continuous improvement, coupled to site-specific rehabilitation studies, is applied to enhance the rehabilitation programme.

Jan 1, 2003

By N. Fardin, O. Stephansson, L. Jing

A pair of silicon rubber replicas of size 250 mm by 250 mm, from a natural rock joint, was used to produce several high strength concrete fracture replicas of different sizes, from 50 mm by 50 mm to 200 mm by 200 mm. The morphology of the concrete fracture replicas were digitized at the laboratory using a 3D-laser-scanning machine with high accuracy and resolution. The scale dependency of the geometrical properties, including surface roughness and aperture, of the samples were investigated using fractal method. The investigation was extended to study the scale effect on the mechanical properties of the concrete fracture replicas. Four concrete replicas having same geometry from each sampling size were sheared under four different normal loads. The results show that normal and shear stiffness and peak shear strength decrease with increasing sample size and decreasing normal stress. It is concluded that for accurate determination of geometrical and mechanical properties of rock joints in the laboratory and field scales, samples with size equal to or larger than stationarity limit are required. Silikongummiabdrücke der Größe 250 mm x 250 mm einer natürlichen Kluft dienten als Vorlage für mehrere Hochfestbeton Rissreplikas verschiedener Größe. Die Morphologie der Beton Rissreplikas wurde mittels eines 3D-Laserscanners hoher Genauigkeit und Auflösung im Labor digitalisiert. Die Skalenabhängigkeit der geometrischen Eigenschaften, dies inklusive Oberflächenrauhigkeit und Öffnungsweite, wurden mittels Fraktalen bestimmt. Die Studie wurde durch die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften der Betonrepliken erweitert. Hierbei wurden vier Betonrepliken der selben Geometrie jeder Probengrösse unter vier verschiedenen normalen Belastungen abgeschert. Die Ergebnisse zeigen das sowohl Normal- und Schersteifigkeit als auch die Spitzenscherfestigkeit mit zunehmender Probengrösse und abnehmender Normalspannung abnehmen. Es hat sich gezeigt, daß für eine genaue Bestimmung der geometrischen und mechanischen Eigenschaften von Felsklüften im Labor und im Feld Proben einer Größe gleich oder größer des stationären Limits verlangt werden. Deux répliques en gomme de silicone d’une fracture naturelle, de dimension 250 mm par 250 mm, ont été utilisées pour produire des répliques en béton de haute résistance de dimensions allant de 50 mm par 50 mm à 200 mm par 200 mm. La morphologie de ces répliques a été digitalisée au laboratoire à l’aide d’un laser-scanner 3D haute résolution et haute précision. L’influence de l’échelle des propriétés géométriques, incluant rugosité et ouverture, a été étudiée en utilisant la méthode des fractales. Des essais complémentaires ont été réalisés afin d’étudier l’effet d’échelle sur les propriétés mécaniques des répliques de fracture en béton. Quatre répliques béton de même géométrie pour les différentes tailles d’échantillons ont été cisaillées sous quatre valeurs de contrainte normale. Les résultats montrent que la rigidité normale et tangentielle ainsi que la résistance de pic diminuent en proportion de l’augmentation de la taille de l’échantillon et de la diminution des contraintes normales. On peut en conclure que, pour une détermination précise des propriétés géométriques et mécaniques des fractures au laboratoire et sur le terrain, des échantillons de taille égale ou supérieure à la limite stationnaire sont nécessaires.

Jan 1, 2003

By J. P. Piguet, Y. Wileveau

ABSTRACT : An experimental programme for damage assessment was performed in the vicinity of the main shaft of Andra’s Underground Research Laboratory, currently under construction in the East of France, when the shaft is crossing the Kimmeridgian marls between 80 and 100 m depth. The mechanical behaviour was analysed by mean of convergence and displacement measurements. The disturbance into the wall was assessed using numerous methods such as measurement of sonic velocities, permeability measurement and VSP measurement in radial boreholes. The intensity of the damaged zone is low, and its extension does not exceed 0.5 time the radius of the shaft. It does not seem to depend on blasting patterns. ZUSAMMENFASSUNG : Ein Forschungs- und Versuchsprogramm wurde aufgestellt, um die beschädigte Zone im Bereich der Kimmeridgemergel zwischen 80 und 100 Meter Tiefe beim Zugangsschacht des im Bau befindlichen Andralabors im Osten Frankreichs zu berechnen. Das mechanische Verhalten der Formationen wird auf der Grundlage von Konvergenz- und Verschiebungsmessungen ermittelt. Verschiedene Messmethoden, wie z.B. mikroseismische Geschwindigkeite Messungen, Permeabilitäs- und Beschleunigungsbestimmungen in strahlenförmigen Bohranordnungen, erlaubten die Ermittlung des Beschädigungscharakters der Schachtwand. Die Intensität der beschädigten Zone ist niedrig, ihre Ausdehnung übersteigt nicht die Hälfte des Radius des Zugangsstollens und scheint unabhängig vom Schema der Sprengstoffanordnungen zu sein. RESUME : Un programme expérimental visant à évaluer la zone endommagée autour du puits d’accès du Laboratoire de Recherche Souterrain de l’Andra actuellement en construction dans l’Est de la France a été mis en œuvre lors de la traversée des marnes du Kimméridgien entre 80 et 100 m de profondeur. Le comportement mécanique des formations est évalué à partir de mesures de convergence et de déplacements. La mise en œuvre de nombreuses méthodes, telles que des mesures microsismiques, des mesures de perméabilité et d’accélérométrie en forages radiaux, a permis de caractériser l’endommagement en paroi du puits. L’intensité de la zone endommagée est faible et son extension ne dépasse pas 0,5 fois le rayon du puits. L’endommagement semble indépendant des schémas de tirs testés.

Jan 1, 2003

By T. Nghipulile, G. Dzinomwa, J. Kurasha, M. Amwaama, B. Mapani, K. Maweja, T. E. Moongo

The effect of mineralogy on the grindability was investigated using three copper ores – two sulphides and one oxide. The dominant copper minerals were identified by optical microscopy and mineral chemistry derived from SEM-EDS analysis. The sample designated sulphide 1 was borniterich, sulphide 2 ore was mainly chalcopyrite, and the oxide ore was predominantly malachite and minor azurite. The gangue minerals were identified using semi-qualitative XRD analysis. Sulphide 1 contained more than 80% (w/w) of quartz compared to about 70% in the other two ores. The Bond work indices were 13.8, 21.6, and 17.3 kWh/t for sulphide 1, sulphide 2, and oxide ore respectively. This suggested that the chalcopyrite-rich ore is the hardest, while the malachite-rich ore has intermediate hardness, and the bornite-rich ore is the softest. The brittleness indices of the ores were calculated using the chemical composition of the gangue, and a good correlation between brittleness indices and Bond work indices was observed, which highlights the importance of the gangue composition in determining the fracture behaviour of the ores. There is scope for further investigation into the relationship between ore mineralogy and comminution behaviour using other breakage characterization techniques.

Mar 30, 2023

By R. van Heerden, T. R. Stacey

In the challenging environments of deep-level, narrow tabular orebody gold mines in South Africa, rock mass classification offers a potential method for predicting hazardous areas and optimising rock support systems. This study evaluates the applicability of various rock mass classification systems, with a focus on the Modified or Mining Rock Mass Rating system tailored for high-stress, deep-level mining conditions. Extensive data collection was conducted at Kusasalethu Mine, involving underground mapping and analysis of the 2020/2021 fall of ground database. The Mining Rock Mass Rating system was adapted to the unique geological and operational conditions, providing a simplified, user-friendly approach for rock engineering and geology personnel. Results indicate that this adapted Mining Rock Mass Rating system effectively quantifies rock mass conditions and influences proactive mining adjustments. The study’s findings highlight the system's capability to enhance understanding of rock mass behaviour and substantially mitigate the occurrence of rockfalls and ground collapses. Further application and refinement of the system are recommended to continuously improve mining safety and efficiency.

Oct 24, 2025

By W. Kint

More than 10 years ago, one of MECS?s current partners KVT developed the so called SULFOX process for cleaning waste gases containing sulfuric compounds. In this Wet Acid Process (WAP) compounds such as SO2 and H2S, CS2, COS are oxidized over catalyst bed(s) to SO3 and finally sulfuric acid is formed. The individual plants are designed according the feed gas concentrations and customers requirements to keep the investment and operating costs as low as possible. MECS strongly believes the technology we propose will meet all your expectations. Thanks to our vast experience in the construction of sulfuric acid plants (MECS built over 800 sulfuric acid plants worldwide) we were able to design you a very reliable installation. MECS is offering the metallurgical industry, besides our conventional acid plant technology (for strong SO2) and our DynaWave? scrubbing technology (for very low SO2), a SULFOX wet acid plant (for the mid range SO2 concentrations) including an optional upstream DynaWave gas cleaning plant if required. See the figure below. Besides providing advanced technology, MECS is the only company who designs and manufactures its own key critical equipment. We manufacture our own catalyst, mist eliminators, acid distributors and coolers. Because of our in-depth technology knowledge, we understand the critical aspects necessary for making optimum equipment designs. With this combined supply of technology and key critical equipment, we can make a single overall guarantee second to none other in the world.

Jan 1, 2009

By M. Z. Emad, A. Hassan, M. A. Raza, M. U. Khan, S. A. Saki

Digital modelling of a surface is crucial for Earth science and mining applications for many reasons. These days, high-tech digital representations are used to produce a high-fidelity topographic surface in the form of a digital terrain model (DTM). DTMs are created from 2D data-points collected by a variety of techniques such as traditional ground surveying, image processing, LiDAR, radar, and global positioning systems. At the points for which data is not available, the heights need to be interpolated or extrapolated from the points with measured elevations. There are several interpolation/extrapolation techniques available, which may be categorized based on criteria such as area size, accuracy or exactness of the surface, smoothness, continuity, and preciseness. In this paper we examine these DTM production methods and highlight their distinctive characteristics. Real data from a mine site is used, as a case study, to create DTMs using various interpolation techniques in Surfer® software. The significant variation in the resulting DTMs demonstrates that developing a DTM is not straightforward and it is important to choose the method carefully because the outcomes depend on the interpolation techniques used. In mining instances, where volume estimations are based on the produced DTM, this can have a significant impact. For our data-set, the natural neighbour interpolation method made the best predictions (R2 = 0.969, β = 0.98, P < 0.0001).

Feb 6, 2023

By J. L. Human, N. Fernandes

The rockfall hazard is the major contributing agency to fatal accidents in South African platinum mining operations. The majority of these accidents occur in close proximity to the working stope face. The collapse of fractured or blocky ground between individual temporary support units or the closest permanent support line to the stope face has not yet been adequately addressed. A large-scale stope support system testing facility funded by the Safety in Mines Research Advisory Committee (SIMRAC), has been designed and constructed to test support systems and stimulate innovative thinking by mining personnel, support manufacturers and suppliers by providing a facility where the interaction of stope support systems, a rigid stope face and a discontinuous hangingwall beam can be observed during quasi-static and dynamic conditions. Tests have been carried out on various types of stope support systems, focusing on the temporary support systems used in the immediate stope face area. The interlinking of the temporary support units with mesh or safety netting has been explored in the prevention of falls of ground between support units during gravity driven falls of ground. These tests illustrate the facility?s ability to be used to stimulate innovative thinking and provide a testing ground for the development of temporary support systems in order to reduce the risk off all of ground injury to mining personnel at the stope face.

Jan 1, 2004

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. P. Harrison, J. A. Hudson

ABSTRACT: Given the current widespread use of numerical models for rock mechanics and rock engineering, and the ‘Technology Road Map’ theme of the Congress, it is timely to consider the key issues in matching numerical models to rock engineering problems. The three main aspects are: a) identifying the mechanisms, variables and parameters that are relevant to a particular rock engineering project; b) establishing the content and mode of operation of a particular code; and c) deciding whether a particular code provides an adequate model for a particular project. We summarise the key issues, highlighting the concept of rock mass domains, validation and the ability to present the results of a modelling exercise. We include three compact numerical modelling case examples to illustrate the points. Finally, we also present a ‘roadmap’ to assist in the process of matching a numerical model to the rock reality. RESUME: Considérant l’utilisation généralisée des modèles numériques en mécanique des roches et en ingénierie au rocher ainsi que le thème du congrès ‘technology road map’, il est opportun d’aborder les problèmes essentiels liés au choix des modèles numériques dans les problèmes ingénierie au rocher. Les trois aspects principaux sont : a) l’identification des mécanismes, variables et paramètres appropriés au projet considéré, b) la définition du contenu et du mode de fonctionnement d’un code numérique donné, et c) la possibilité de décider si un code donné fourni un modèle approprié au projet considéré. Les points clés sont résumés en mettant en évidence les notions de “massif rocheux”, de validation et de capacité à présenter les résultats d’une approche numérique. Nous présentons trois brèves études de cas qui illustrent ces points. Enfin, nous proposons aussi un logigramme pour aider au choix d’un modèle numérique approprié pour représenter la réalité d’un problème au rocher. ZUSAMMENFASSUNG: Im Licht der augenblicklich weitverbreiteten Nutzung von numerischen Modellen in der Felsmechanik and im Felsingenieurbau und unter Beruecksichtigung der Themenstellung des Congresses “Technology Road Map”, erscheint es an der Zeit die Kernprobleme, die sich mit Fragen der Abstimmung der numerischen Modele mit Hinblick auf ihre Anwendbarkeit im Felsingenieurbau beschaeftigen, naeher zu befassen. Die drei wesentlichen Aspekte sind: a) Identifizierung der Mechanismen, Variablen und Parameter, die fuer ein bestimmtes Projekt im Felsingenieurbau von Bedeutung sind; b) die Festlegung des Inhalts und des Modus Operandi eines bestimmten Codes, und c) die Entscheidung darueber ob ein bestimmter Code ein hinreichendes Model fuer ein bestimmtes Projekt ergibt. Wir fassen die wichtigsten Punkte zusammen, heben dabei das Concept der Gesteinsmassen Domaenen (Rock mass domains) hervor, und erarbeiten ihre Beurteilung und die Moeglichkeit diese zu praesentieren in den Ergebnissen einer Model Uebung. Wir schliessen drei Beispiele von numerischen Modellen ein in denen diese Punkte erlauetert werden. Zuletzt schlagen wir eine “Roadmap” vor, um dem Prozess der Abstimmung des numerischen Modells mit der “Felsmechanischen Wirklichkeit” zu unterstuetzen.

Jan 1, 2003

By A. P. I. Popoola, T. J. Olaniyi, A. A. Adeleke

"A laboratory froth flotation experiment was conducted on a low-grade carbonatite copper ore sample obtained from Phalaborwa in the Limpopo province of South Africa. The sample was a homogenous hydrocyclone overflow which serves as the feed to the flotation cells at Palabora Mining Company (PMC). The sample has an average copper assay of 0.59% with predominant copper-bearing minerals being chalcopyrite, bornite and cubanite. The carbonatite nature of the ore comes from the high content of calcium (28.85%) and magnesium (6.84%) minerals. Collectors used were sodium diethyl dithiocarbamate and potassium ethyl xanthate alongside Senfroth 38 supplied by Senmin. The results showed that at 200 g/t mixture of collectors (50:50), an optimum grade of 8.03% Cu in the rougher flotation concentrate was achieved at 74% recovery, while during the second flotation, 24.65% Cu was obtained at 74.4% recovery using a Senfroth 38 dosage of 6 L/t with 100 g/t mixed (50:50) collectors. The particle size and pH value of the pulp played a significant role in that the mixed collectors performed efficiently at pH above 8.3 and at room temperature while particle sizes greater than 53 µm were well concentrated when compared with those of less than 53 µm. INTRODUCTION The need for copper ore concentration research is on the rise as a result of the depletion of deposits and the advent of low-grade copper ores. Although most copper ore deposits have other valuable minerals that support their economic extraction, the increase in technological innovations as regards copper usage and applications has increased the demand for copper. Several factors influence concentration results in a froth flotation column, of which the reagent used is most influential."

Jan 1, 2015

By J. P. Harrison

ABSTRACT: The significant effect of fracture surface morphology on the mechanical behaviour of rock masses is well known and has been studied by many people. For linear profiles taken from fracture surfaces, short- and long-period variation has traditionally been described using the descriptors ‘roughness’ and ‘waviness’, with Fourier series analysis being perhaps the most commonly used technique to distinguish between the two attributes. However, the mathematical procedure is involved and the assumptions that have to be made may not be appropriate for rock fracture surfaces. In this paper, an alternative method is presented that enables us to distinguish between roughness and waviness of a linear profile by performing only one straightforward analysis. In our technique, surface morphology is studied in terms of the distribution of unit normal vectors to the profile. The statistical analysis of the distribution is performed using Riemannian, rather than the customary Euclidean, geometry, and from this the 1D Riemannian dispersion parameter (DR1) is obtained, which quantifies the geometry of the profile. The method is applied at different scales to both synthetic sinusoidal profiles and real rock profiles. The results show how periodic behaviour of the profile is revealed at scales where DR1 is substantially equal to zero. RESUME: L’influence significative de la morphologie des épontes sur le comportement mécanique des massifs rocheux est bien connue et a fait l’objet de nombreuses études. Pour les profils lineraires, les variations de courtes et longues périodes sont traditionnellement décrites par les indicateurs “rugosité” et “ondulation” qui sont le plus couramment distingués à l’aide d’une analyse en series de Fourrier. Cependant, la méthode de calcul utilisée et les hypothèses faites ne sont pas appropriées dans le cas des épontes rocheuses. Cet article présente une méthode alternative qui permet de distinguer la rugosité de l’ondulation d’un profil en réalisant une seule analyse directe. Avec notre technique, la morphologie de l’éponte est étudiée comme une distribution spatiale de vecteurs normaux au profil. L’analyse de cette distribution est réalisée à l’aide de la géométrie Riemannienne plutôt que la géométrie classique Euclidienne et permet d’identifier la dispersion Riemanienne en 1D (DR1) qui quantifie la géométrie du profil. Cette méthode est appliquée à différentes échelles sur des profils artificiels sinusoïdaux et des épontes naturelles. Les résultats montrent que le comportement périodique du profil est révélé à des échelles où DR1 est essentiellement égal à zéro. ZUSAMMENFASSUNG: Der signifikante Effekt von Bruchoberflaechen Morphologien auf das mechanische Verhalten von Gesteinsmassen ist gut bekannt und von vielen Bearbeitern untersucht worden. Traditionel lineare Profile von Bruchflaechen sind mit kurz und lang periodischen Variationen, die auch als “Rauhigkeit” und “Welligkeit” bezeichnet worden sind, beschrieben worden. Hierbei ist wohl die Fourier Serien Analyse das wichtigste Hilfsmittel zur Unterscheidung der beiden Attribute gewesen. Hierfuer wird jedoch ein mathematisches Prozedere verlangt und Vorraussetzungen gemacht, die vielleicht nicht fuer Gesteinsbruchflaechen zutreffend sind. In dieser Publikation wird eine andere Methode vorgestellt, die uns mit Hilfe nur einer einfachen Analyse erlaubt zwischen “Rauigkeit” und “Welligkeit” bei einem linearen Profil zu unterscheiden. In unserer Methode wird die Gesteinsoberflaeche unter zu Hilfenahme der Verteilung von Einheitsnormalvektoren beschrieben. Die statistische Analyse der raeumlichenVerteilung dieser Vektoren wird mit Hilfe der Riemannschen, anstatt der ueblicherweise benutzten Euklidischen, Geometrie durchgefuehrt. Von ihr wird der Riemannsche Dispersions Parameter (DR1) abgeleitet, der die Geometrie des Profils quantifiziert. Diese Methode ist bei verschiedenen Masstaeben sowohl auf rein harmonische (sinusoidale), syntetische Profile als auch auf Gesteinsprofile angewendet worden. Die Ergebnisse zeigen, dass bei Masstaeben bei denen DR1 nahe Null ist periodische Characteristika der Profile hervortreten.

Jan 1, 2003

The Skorpion Zinc Project demonstrated the viability of the production of zinc from non-sulphide (commonly called ?zinc-oxide?) ores, using the leach/solvent extraction/electrowinning process route. The success of Skorpion raised the profile of a number of other zinc oxide deposits, considered to be similar. However, a study of three such deposits demonstrates that the application of whole-ore-leaching may be limited and that the concentration of zinc, or at least the separation from acid-consuming gangue minerals, prior to leaching is essential to the successful recovery of zinc from these deposits. The recovery of zinc is dependent on an understanding of the geology of the deposit, the mineralogical association of zinc minerals with gangue minerals (Boni, 2005) and limitations of mining practice. Flow sheet development and the associated metallurgical test work to derive an economically viable treatment route from two of these deposits are discussed. Key parameters affecting zinc recovery by gravity separation and flotation are presented, demonstrating that even minor differences in mineralogy have a profound impact on zinc recovery and reagent consumption. The study also deals with the determination of appropriate design parameters through metallurgical mapping of the dense media separation process.

Jan 1, 2008

The Gordonsville Operation of Pasminco US Inc. along with the Center for Advanced Mineral and Metallurgical Processing (CAMP) at Montana Tech studied, developed and implemented a pilot scale hydrometallurgical facility for the industrial recovery of germanium and gallium. This paper describes the joint testing and engineering program that culminated in this successful process. 1. Introduction The Pasminco US Inc. (PAS), Gordonsville Operation, has been producing zinc concentrate continuously since 1975. Within the zinc concentrate, several byproduct elements were found to be significantly concentrated including gallium and germanium. The gallium and germanium replace zinc and other metals within the crystal lattice structure of the zinc mineral (sphalerite) and are concentrated in the same manner as the zinc mineral. This concentrate is then sent to the Pasminco Clarksville Zinc Refinery for further processing. Within the hydrometallurgical zinc-processing plant at Clarksville, a residue is formed that contains a majority of the impurities that would otherwise contaminate or hinder the zinc process. Approximately 5,000 tons of residue is formed annually containing approximately 0.80% gallium and 0.60% germanium along with significant quantities of iron, zinc, silica, and lead. Pasminco currently sells this residue for the germanium value. Until recently, no revenue for the gallium was obtained from the sale of the residue.

Jan 1, 2008

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 S. Sakurai

We discuss the mechanical characteristics of underground structures that are subjected to vertical oscillations. Under such circumstances - expected when an earthquake rupture occurs very close to highly developed urban areas - the conventional seismic analysis, which mainly considers horizontal shear oscillations, may not be fully valid. Our analysis, based on the elastic wave theory, shows the effects of vertical disturbances and the generation mechanism of the unique damage patterns observed on the occasion of the 1995 Hyogo-ken Nanbu (Kobe) Earthquake. Wir diskutieren über die mechanischen Eigenschaften der unterirdischen Strukturen, die sich vertikalen Schwingungen aussetzen. Unter solchen Umständen - erwartet, wann ein Erdbebenabbruch sehr nah an hochentwickelten städtischen Bereichen geschieht - kann die herkömmliche seismische Analyse, die sich hauptsächlich horizontale Schubbewegungen überlegt, möglicherweise nicht völlig gültig sein. Unsere Analyse, basiert auf der elastischen Wellentheorie, zeigt die Effekte der vertikalen Bewegungen und den Erzeugungsmechanismus der einzigartigen Beschädigungsmuster, die anläßlich des 1995 Kobe Erdbebens beobachtet wurden. Nous discutons les caractéristiques mécaniques des structures souterraines qui s’exposent aux oscillations verticales. Dans ces conditions - s’attendent quand une rupture de tremblement de terre se produit tout près des secteurs urbains fortement développés - l’analyse séismique conventionnelle, qui considère principalement des oscillations horizontales de cisaillement, peut ne pas être entièrement efficace. Notre analyse, qui est basée sur la théorie des vagues élastiques, montre les effets des mouvements verticaux et le mécanisme de génération des modèles uniques de dommages, que nous avons observés à l’occasion du tremblement de terre 1995 de Kobe.

Jan 1, 2003

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

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

Jan 1, 2003

By J. -H. Wu, S. Nishiyama, Y. Ohnishi

The behaviors and stress distributions of the inclined jointed rock masses with different dip angles obtained from DDA are compared to the results of laboratory tests. By calculating the block stress distributions, it is confirmed that DDA can reproduce the arching around the trap door when lowering the trap door. The shapes of arching change with the angles of inclined layers. In addition, the earth pressures acting on the trap door shows non-symmetrical distributions when the layers are not horizontal. The stress concentration occurs in one side of the rock masses close to the trap door. Furthermore, the surface settlements are also related to the inclined angle, and the loosening zone in rock masses can be different from Terzghi’s theory [1]. Since, simulations have good agreements with the laboratory test , it demonstrates the applicability of DDA to explain the mechanical behaviors of tunnel, such as arching phenomenon, non-symmetrical earth pressure distributions acting on the trap door, and the surface settlement profile in the jointed rock masses. Dans cet article est décrite l’étude numérique du perçage d’un tunnel dans un massif de couches rocheuses jointes inclinées. La simulation à l’aide de l’Analyse de Déformation Discontinue (DDA), en faisant varier l’angle d’inclinaison des couches de roche, nous apporte des résultats en termes de distributions de contraintes et de comportement des couches, résultats qui sont ensuite comparés avec des résultats de tests en laboratoire. Les résultats confirment le fait que la DDA est capable de reproduire le phénomène d’arcage autour de la trappe lorsque la trappe s’abaisse. Les formes d’arcage varient selon l’angle d’inclinaison des couches de roche. Par ailleurs, lorsque les couches ne sont pas horizontales, la distribution de pression agissant sur la trappe est assymmétrique. La concentration de contraintes se produit du coté proche de la trappe. De plus, les tassements de surface dépendent eux aussi de l’angle d’inclinaison. En conséquence, les résultats de simulation sont en accord avec les tests en laboratoire, ce qui prouve que la DDA permet d’expliquer des comportements mécaniques du tunnel tels que l’arcage, les distributions assymmétiques de pression du sol sur la trappe, ainsi que le profil du tassement de surface dans la masse de roches jointes. Dieser Beitrag beschreibt eine numerische Studie über Tunnel im geklüftetem Fels. Das Verhalten und die Druckverteilungen in den unterschiedlich geneigten und geklüfteten Felsenmassen wird mit Hilfe des Discontinuous Deformation Analysis Programms (DDA) simuliert, und mit Laborversuchen verglichen. Die Resultate bestätigen, dass DDA der Gewölbewirkung im „Trapdoor“ Experiment gut reproduzieren kann. Die Form des Gewölbes, ändert sich mit unterschiedlichen Neigungswinkeln der Schichten. Bei geneigten Schichten entstehen unsymmetrische Druckverteilungen. Auch die Oberflächenabsenkung ist von dem Neigungswinkel abhängig. Die gute Übereinstimmung der Simulationen mit den Laborversuchen zeigt, dass die DDA-Methode gut geeignet ist, um das mechanische Verhalten von Tunneln, wie z.B. den Effekt der Gewölbewirkung, die unsymmetrischen Druckverteilungen bei geneigten Schichten, oder die Oberflächenabsenkung in geklüfteten Felsenmassen, zu erklären.

Jan 1, 2003

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