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By C. Yi, M. Onifade, B. Genc, S. Dineva, T. Zvarivadza, M. Khandelwal

Deep hardrock mines worldwide increasingly face rockbursts as mining depths increase. These events result from the accumulation and sudden release of stress, causing rockmass damage and posing major safety and operational challenges. This paper focuses on destress blasting as a critical strategy to mitigate rockburst hazards. Although limited practical experience exists in Swedish deep hardrock mines, international case studies demonstrate that, when well implemented, destress blasting redistributes peak stresses by promoting controlled fracturing around mining excavations. The success of such techniques is highly dependent on site-specific factors such as stress regime, rockmass brittleness, structural geology, and blast layout. Although destress blasting is especially effective in massive, brittle rock under high stress, typical conditions for strainburst prone environments, its design cannot rely solely on numerical models. Simulations can offer preliminary evaluation of stress redistribution trends and guide early design assessments but their current limitations, including sensitivity to input data and simplified fracture mechanics, mean they are best used as supplementary tools rather than final decision-makers. Field trials, supported by microseismic analysis and fracture mapping, remain essential for validation. The study critically synthesises international experiences and presents a structured framework for destress blasting design, offering practical and academic perspectives aligned with Swedish geological conditions to support safer and more efficient application in deep hardrock mines.

Jun 27, 2025

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 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 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 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 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

By K. Thuro, R. J. Plinninger

ABSTRACT: Determining tunnel stability is a key issue during preliminary site investigation. In contrast, problems of excavatability have been largely ignored. While the choice of an economic tunnelling method is admittedly a clear priority in the planning stage, special investigations focus-sing on rock fragmentation (e.g. drilling or cutting performance, rock mass blastability or tool wear) are rarely carried out. This paper explores possibilities to quantify key parameters for rock mass excavatability in drilling, blasting and cutting by TBMs and roadheaders. RÉSUMÉE: La détermination de la stabilité du tunnel est une question clé lors des études prélimi-naires. En revanche, les problèmes d'excavabilité sont souvent en grande partie ignorés. Tandis que le choix d'une méthode de percement économique est évidemment une priorité claire dans l'étape de planification, des investigations spéciales se concentrant sur la fragmentation de la roche (par exemple le comportement de la roche au forage, à l’excavation ou au dynamitage et l’usure des outil) sont rarement effectuées. Cet article explore les possibilités pour quantifier les paramè-tres clé de la roche lors d’excavation par forage, dynamitage, au tunnelier (TBMs) ou à l’excavatrice. ZUSAMMENFASSUNG: Beim Tunnelbau wir meist die Vorhersage der Stabilität des ausgebrochenen Hohlraums als Schlüsselfragestellung betrachtet. Im Gegensatz dazu werden Probleme der Gebirgslösung weitgehend ignoriert. Während der Wahl einer wirtschaftlichen Vortriebsmethode während der Planungsphase meist noch eine gewisse Priorität beigemessen wird, werden spezielle Untersuchungen zur Gebirgslösung (Bohr- oder Schneidbarkeit, Sprengbarkeit oder Werkzeugverbrauch) nur sehr selten durchgeführt. Diese Publikation zeigt Möglichkeiten der Quantifizierung von Schlüsselparametern für die Gebirgslösbarkeit auf, also der Bohr- und Sprengbarkeit, der Fräsbarkeit mit Teilschnittmaschinen und der Schneidbarkeit mit TBMs.

Jan 1, 2003

By M. Shahabi, M. Kashfi

This paper briefly describes the excavation procedure of a powerhouse, comprising of its incremental excavation, reinforcement measures, and the installed monitoring system. During the first phase of excavation, the data obtained from monitoring of the behavior of Mudstone layers were used to recommend extra support measures. These data are also used to design the support of the powerhouse during its extension phase. In diesen bericht wird die bohrmcthode von kraftwerk ecavation in stupenweise dargestelt, und in die richtung d.sicherung, Mit hilfe von monitoring systeme. Die monitoring in (mudstone) schichten ist an schutz in bohrung entworfen und montiert in diese methode in K.W. fase 1 schutzung das K.W. in erweiterung der K.W. das berte auserwelt worden ist Cet article décrit brièvement le procédé d'excavation d'une centrale électrique, comportant de son excavation incrémental, de mesures de renfort, et du système de surveillance installé. Pendant la première phase de l'excavation, les données obtenues à partir de la surveillance du comportement des couches de schiste ont été utilisées pour recommander des mesures supplémentaires de soutien. Ces données sont également utilisées pour la conception de la soutènement de la centrale électrique pendant sa phase d’extension.

Jan 1, 2003

By T. F. Cho, B .. O. You, K. S. Yoon, K. S. Won

Discontinuity Orientation Measurement (DOM) drilling system capable of retrieving the reference line-marked core log, which can be used for determining the relative positions and orientations of discontinuity planes along the borehole axis, has been developed. Accuracy of the borehole joints data measured from the reference-lined core and, eventually, the significance and applicability of DOM drilling system for site exploration are verified by comparing with the spatial characteristics of joints investigated by implementing borehole image-taking instruments in the same borehole. Enhancement of boring efficiency has been also confirmed by performing twin drilling operations, one with DOM drilling system and the other with a conventional drilling machine equipped with D-3 core barrel, on two neighbouring sites of 5 m apart. Ein DOM(Diskontinuitätsorientierungsmessung)-Bohrsystem, das durch Grundlinien markierte Bohrprobelog extrahieren kann und die relativen Lagen und die Orientierungen der sich im Bohrloch verbreitenden Flächen bestimmen kann, ist entwickelt worden. Die Wichtigkeit des DOM-Bohrsystems und dessen Anwendbarkeit auf die Erforschung auf dem Bohrplatz werden dadurch bewiesen, dass man die Genauigkeit der Daten der Bohrlochsspalte, die durch die die Grundlinie zeichnende Bohrprobe gemessen werden, mit dem räumlichen Eigenschaften der Spalte vergleicht, die durch die Bildaufnahme des gleichen Bohrlochs nachgeforscht werden. Un system de sondage, Discontinuity Orientation Measurement (DOM), capable de récupérer des carottes markés en une ligne de référence a été dévelopé. Il peux être utilisé pour déterminer les positions relatives et les orientations des plans de discontinuité le long de l’axe de trou de sonde. Leur signification et applicabilité pour une caractérisation de site est verifiée par une comparaison de la précision des données a propos des joints mesurés a partir des carottes markés et les carac-téristigues spatiales des joints enquêtés par le camera de sondage

Jan 1, 2003

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 J. M. Cardoso, E. F. Quadros, A. Chiarini, F. Fernandes, G. Vilela, J. Ireno, L. C. Agostini

Based on the geological-geometric characterization of the basaltic rock at the site of a factory for chemical products situated in the Southern region of Brasil, and on results of a significant number of packer tests, the principal directions of flow were estimated, taking into consideration the intersection and the orientation of the joints and the amount of contaminant flow measured in each interval. The tests were performed using the multi-packer hydraulic multitest probe of IPT (HMTP) instrumented with an electric conductivity meter. A method of analysis for three-dimensional evaluation of the amount of contaminant flow in the area was proposed for future mitigation of the problem. Basé sur une caractérization géologique-géotechnique de la roche basaltique existant sur un site dune fabrique de produits chimiques située au sud du Brésil et sur les resultants dún nombre significantif déssais du type packer, les directions principales d´écoulement ont été estimées en considerant l´intersection et orientation des joints et la quantité de contaminant mesurée sur chaque intervale d´essais. Ceux-ci ont été realizes en utilisant une sonde multipacker developée au IPT – São Paulo (HMTP) instrumentée avec un mesureur de condictivité électrique. Une méthode d´analyse 3-D pour l´évaluation du transport du contaminant sur ce site a été proposée pour une future mitigation du problème. Auf Grund der geologischen Struktur des Basalts auf dem Gelände einer chemischen Fabrik in Südbrasilien und der Ergebnisse einer ansehnlichen Zahl von Pumpversuchen wurden die Hauptfließrichtungen bestimmt unter Berücksichtigung des Kluftgefüges und der in jedem Intervall gemessenen Menge kontaminierten Wassers. Die Versuche erfolgten mit dem im IPT entwickelten Verfahren (HMTP) mit Mehrfachpackern und elektrischen Leitfähigkeitsgebern. Ein analytisches Verfahren zur dreidimensionalen Ermittlung der Mengen kontaminierten Wassers wurde für die künftige Befassung mit dem Problem entwickelt.

Jan 1, 2003

By R. Drummond

The fourth Teetered Bed Separator (TBS) has just been installed in Australia, and trials have been run in many sites. There is a growing recognition of the potential advantages of using TBS technology to treat coal in the ?3+0.25 mm size range, at cut points below 1.60. From these activities, there has been a substantial growth in knowledge with respect to application engineering and operational functions. The paper briefly describes the installations, including flowsheets, and so provides a background to the potential deployment of TBS technology. There are a large number of potential applications for TBS technology, including treatment of fine ROM coal in new plants, or in upgrade situations for re-processing of spiral product, or scavenging coal from coarse tailings. As well, cost effective capacity upgrades are possible by using TBS units for treating the sands size fraction. Issues arising from Australian TBS installations and application engineering are also discussed.

Jan 1, 2002

By Van Sint JanM., M. Prudencio

ABSTRACT We report the results of a model-testing program to evaluate the strength characteristics of non-persistent joints. We describe the conditions under which new tensile cracks generate and propagate to connect existing joints so that the rock mass becomes fractured into several blocks, leading to a low strength. The strength of some models was equal to that along a single joint through the full sample length. In models with two joint sets, failure took place along a composite plane, partly sliding along a discontinuous joint and shearing through the intervening intact block of rock, or else by rotation and sliding of the blocks. This last failure mode could also lead to very low model strength. ZUSAMMENFASSUNG Dieser Bericht beschreibt die Ergebnisse von Versuchen mit Modellfelsmassen um den Einfluâ von unterbrochenen Rissen in ihrer Widerstandsfähigkeit zu untersuchen. Es werden die Umstände beschrieben unter denen neue Zugrisse entstehen, sich verbreiten, sich mit bestehenden Rissen verbinden und die Felsmasse in mehrere Felsblöcke zerlegen und zu einer kleinen Widerstandsfestigkeit führen. Der Widerstand einiger Versuchskörper entsprach der Festigkeit eines Risses der die ganze Länge des Versuchskörpers überquert.Versuchkörper mit zwei Rißfamilien versagten unter einer zusammegesetzten Ebene, zum Teil mit Verschiebungen nach unterbrochenen Rißebenen die sich durch Schnittversagen intakter Felsblöcke verbinden, und zum Teil durch Drehungen und Verschiebungen einzelner Felsblöcke. Die letzte Versagunsart kann zu einer stark verminderten Widerstansfähigkeit führen. RÉSUMÉ Nous présentons les résultats de quelques essais fait sur des modèles évaluant les caractéristiques de résistance des fractures discontinues. Nous décrivons les conditions sous lesquelles des nouvelles fissures de traction peuvent s’engendrer et se propager pour faire la connection avec des fractures existantes, de façon que le rocher se fracture en plusieurs blocs, menant à une résistance réduite. La résistance de quelques modèles fut égale a celle d’une fracture traversant toute la longueur du modèle. Pour les modèles ayant deux ensembles de fractures, la rupture a eu lieu sur une surface mixte, causée d’une part, par le glissement sur une fracture discontinue et d’autre part, par la rupture à travers le pont de matériel intact; ou bien par rotation et glissement des blocs. Cette dernière façon de rupture peut aussi aboutir à une très faible résistance des modèles.

Jan 1, 2003

By R. C. M. Minnitt, W. Dr. Assibey-Bonsu, F. A. Camisani-Calzolari

Born in Bothaville (OFS) on the 26th August 1919, Daniel G. Krige grew up in Krugersdorp on the West Rand. Hematriculated from Monument High School in Krugersdorpin 1934 at the age of 15 and graduated with a B.Sc. (Eng.)degree in mining engineering from the University of the Witwatersrand at the end of 1938 (age 19). In 1938 he joined Anglo Transvaal where he worked on a number of gold mines until 1943, gaining a wide range of valuable practical experience in surveying, sampling and ore valuation. He then joined the Government Mining Engineer’s Department where he worked for 8 years during which time he participated in the uranium negotiations with the British and American authorities and designed the uranium pricing formula for the contracts which led to the establishment of South Africa&apos;s profitable uranium industry in the early 1950s. During the same period he began his pioneering work in the application of mathematical statistics to the valuation of new gold mines using a limited number of boreholes and of ore reserves for existing mines. His early papers in the application of mathematical statistics, some republished in French, created world-wide interest that led to the development of the science and concepts that surround the spatial evaluation of mineral resources and reserves known as geostatistics. This technique has contributed to improved ore evaluation techniques as well as the reduction of the financial risks associated with investment in mining enterprises. Furthermore, it led to the recognition of his contributions to the evaluations of mineral deposits through the coining of the term ‘kriging’ that is used to describe a spatial mineral evaluation process known and practised in international mining circles. He continued his work in geostatistics throughout his career as Group Financial Engineer of the Anglovaal Group until his retirement in1981 and afterwards for ten years as Professor of Mineral Economics at the Witwatersrand University. He is still active as a consultant and is a registered Professional Engineer. He has published some 90 technical papers both locally and overseas, some in Russia, and has lectured and participated in international congresses in many countries. His contributions were recognized by the Witwatersrand University through the award of the D.Sc. (Eng.) degree in1963, by three honorary degrees (from the universities of Pretoria, UNISA and Moscow State Mining University), by many awards from the South African Institute of Mining and Metallurgy, the International Association for Mathematical Geology, Die Suid Afrikaanse Akademie vir Wetenskap en Kuns, the SME of the American Institute of Mining Engineers, the International APCOM Council in1999, the University of Antofagasta in Chile, and by the South African President (Order for Meritorious Service, Class 1, Gold). He has served on various Government committees, notably that for State Aid for gold mines (1967/8) and designed the State Aid formula which enabled many mines to survive a period of low gold prices; also various taxation committees, and the mining mission to Iran in 1974. He is a fellow and/or honorary life member of various technical societies locally and overseas, including the Royal Society of South Africa. During the period in the Government service he also handled several of the post-war lease applications in the Free State and Klerksdorp goldfields. The fact that decisions on new gold mines of critical importance to the State and the economy as a whole, were being taken on a limited number of drillholes without any scientific analysis of the risks of failure, stimulated him to start basic research into ore evaluation. His approach was based on the application of Mathematical Statistics to these problems, an approach of which very little was known world-wide at that stage but which had already been initiated in South Africa by Sichel via the lognormal frequency distribution model. In Krige&apos;s 1951 paper published in the Journal of the Chemical, Metallurgical and Mining Society of South Africa he covered the statistical explanation of the conditional biases in ore block valuations and stimulated the use by several gold mines of regression corrections for routine ore reserve valuations, a technique which, in effect, was the first use on an elementary basis of what is now known as kriging. His 1952 paper introduced, inter alia the basic geostatistical concepts of ‘support’, ‘spatial structure’,’ selective mining units’ and ‘grade-tonnage curves’. His 1951 paper was based on his M.Sc. (Eng.) thesis submitted in the Department of Mining Engineering to the University of the Witwatersrand, and expounded his pioneering work in geostatistics in more detail. His early research papers that had stimulated interest in several mining circles overseas, were republished in French in1955, resulting in a major research effort by French mining engineers in this field. This, in turn, led to the establishment of the now world-renowned French school of ore evaluation in Fontainebleau, Le Centre de Geostatistique de l’École des Mines de Paris. As the Group’s Financial Engineer at the Anglovaal Head Office until his retirement in 1981, he was responsible for

Jan 1, 2003

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&apos;s team.

Jan 1, 2013

By J. Muralha

The paper presents the limit equilibrium equations for the analysis of toppling blocks on a rock slope. The safety conditions are assessed by a numeric procedure implemented in an Excel worksheet. The UDEC numerical program was exploited to validate the procedure. A probabilistic model considering the spacing variability of the discontinuities was developed to define the most relevant parameters in this kind of problems. La communication presente les equations d’équilibre limite pour l’analyse de blocs rocheux sur une pente. Les conditions de securité sont évaluées par une procédure numérique en Excel. Le logiciel UDEC a été exploité pour valider cette procedure. Un modèle probabilistique a été developpé pour définir les plus importants paramètres dans ces problèmes. Das Referat stellt die Grenzgleichgewichtsgleichungen für die Analyse von umstrürzenden Blök-ken auf eines Felshang vor. Die Sicherheitsbedingungen werden durch ein numerisches Verfahren mit Excel beurteilt. Um die Gültigkeit des Verfahrens festzustellen, wurde das Programm UDEC benutzt. Ein die Klufabstandsvariabilität berücksichtigendes probabilistisches Modell wurde entwickelt, um die wichtigsten Parameter dieser Probleme zu bestimmen.

Jan 1, 2003

By D. A. Spencer, L. J. Gardner

In light of the apparent productivity benefits provided by mechanised stoping, Impala Platinum Limited commissioned a study to investigate its possible implementation for mining reserves located 1200 – 1700 m below surface. This paper records the methodology employed for designing a support system for such mechanised mining, as well as initial conclusions of the work done. Preliminary results show the concept to be technically feasible; work was however stopped due to financial non-viability. En considération des bénéfices de production apparents que donne l’exploitation par gradins mécanisée, Impala Platinum Limited a commissionné une étude visant à examiner sa mise en œuvre possible pour des réserves minières situées à 1200 – 1700 m sous la surface. L’étude présente rapporte la méthodologie employée pour créer un système de support pour ce genre d’exploitation mécanisée, ainsi que les conclusions initiales de ce projet. Les résultats préliminaires montrent que le concept est techniquement faisable ; cependant le travail fut arrêté à cause de difficultés de rentabilité. Im Licht des offensichtlichen Produktivitätsnutzens auf Grund mechanisierten Stossbaus, kommissionierte Impala Platinum Limited eine Studie, die dessen mögliche Implementierung für den Abbau von Reserven 1200 - 1700 m unterhalb der Oberfläche untersuchen soll. Dieses Elaborat dokumentiert sowohl die Methode die für das Design eines Unterstützungssystems für eine derartige mechanisierte Abbauweise angewendet wird als auch die anfänglichen Konklusionen der geleisteten Arbeit. Anfängliche Resultate zeigen daß das Konzept technisch durchführbar ist; die Arbeit wurde jedoch wegen der finanziellen Nichtrealisierarkeit gestoppt.

Jan 1, 2003

By A. Kazemi, M. A. Ahmadi

Pressure tunnels are constructed nurously in related with powerhouse. In some cases, according to high internal water pressure, rock mass around tunnel can seldom suffer this pressure. So installation of concrete lining which interacts with rock mass and suffers parts of this pressure and transfers the rest of the pressure to the rock. In this paper hydromechanical interaction between rock and lining is investigated. With using empirical and numerical methods concrete lining for Symareh waterway is designed. Initial support of 10 cm reinforced shotcret with wire mesh and rock bolts pattern of 2.5*2.5 m with length of 4 m is suggested. By using FLAC package final lining with paying attention to axial force and momentum in reinforced concrete was designed. Reinforced concrete with 60 cm thickness and two rows of bars, 18 mm diameter and 20 cm spacing are designed. Also for preventing cracks in concrete which caused by the change of temperature and shrinkage, bars with 10 mm diameter and 25 cm spacing, and also bars with 8 mm diameter and 10 cm as minimum shear bars are suggested. Plusieurs galeries en pression se construisent en liaison avec les centrales électriques. Dans certaines galeries, suite à une haute pression interne de l&apos;eau, le massif rocheux autour de la galerie ne peut pas supporter cette pression. L&apos;installation d&apos;une couche de béton a l&apos;intérieur de la galerie donc réagit avec les roches et support d&apos;une partie de cette pression et transfère le reste de la pression aux roches. Dans ce papier, l&apos;interaction hydromécanique entre la roche et la couche en béton a été étudiée. En se basant sur les méthodes empiriques et numériques le système de support de galerie de passage d&apos;eau de Saymareh a été conçu. Un soutènement initial d&apos;une épaisseur de 10 cm de béton étant renforcé par un grill métallique et une maille de boulon (2.5 * 2.5 m) d&apos;une longueur de 4 m a été proposé. En utilisant le logiciel de FlAC, la couche finale en béton selon les forces dans le béton a été conçue. Le béton renforcé d&apos;une épaisseur de 60 cm et deux ranges d&apos;armateurs (18 mm de diamètre) avec un intervalle de 20 cm a été conçu. De plus; pour éviter des fissures dans le béton suite au changement de la température et de l&apos;extraction, des armateurs de 10 mm de diamètre et de 25 cm d&apos;intervalle pour augmenter la résistance au sciesiement du béton ont été proposes Unter Druck stehende Tunnels werden hauptsaechlich im Zusammenhang mit Kraftwerken gebaut. In einigen Faellen, wo der Wasserdruck zu hoch ist, Kann selten die Felsenmasse diesen hoehen Druck allein aufnehwen. Deshalb werden sie mit Betonauskleidung versehen, die wegen guter Wechelwirkung mit der Felsenmasse einen Hauptanteil des Druckes aufnehmen Kann, wobei der Rest an die Felsenmesse weitergeleitet wird. In dieser Arbeit wird die hydromechanische Wechelwirkung zwischen der Gesteinmasse und der Auskleidung untersucht. Mit Hilfe empirischen und numerischen Verfahren sowie Kombination der beiden wurde eine Betonauskleidung fuer die Symareh Wasser Kannal koustruiert. Als erstes wurde ein 10Cm dicker armierter Beton mit einem Mashengitter von 2.5*2.5 sowie den gleichen Felsbolzenabstaenden und einer Laenge von 4 m vorgeschlagen. Mit Hilfe des FLAC Programms wurde die Hauptauskleidung unter Beruecksichtigung von Axialkraeften und Momenten im Stahlbeton koustruiert. Der 60 Cm dicke Stahlbeton wurde mit zwei Reihen von Stangen, 8 mm im Durchmesser und in Abstaenden von 20 Cm koustruiert. Ferner im Sinne der Vorbeugung gegen Rissen im Beton, die durch Temperatur aendeungen und Schrumpfungen bedingt sind, wurden Stangen mit 10 mm Durchmesser und 2.5 Cm Abstaenden zur Erhoehung vor Scherfestigkeit des Betons vorgeschlagen.

Jan 1, 2003

By W. Wittke

SUMMARY: Geotechnical problems often lead to an increase of construction time and costs for large highway and railway projects. Some reasons, which have led to failures and thus to a delay of construction works as well as to increasing costs, are demonstrated by means of case histories, in which the author was involved as expert or planner. Proposals are made how to identify the reasons and to avoid repetitions. ZUSAMMENFASSUNG: Bei Großprojekten der Verkehrsinfrastruktur stehen häufig geotechnische Aufgabenstellungen im Vordergrund. Wegen geotechnischer Probleme kam und kommt es häufig zu Termin- und Kostenüberschreitungen. Anhand einiger Beispiele, bei denen der Autor als Gutachter und Planer beteiligt war, wird gezeigt, welche Ursachen zu Schadensfällen und damit auch zu Termin- und Kostenüberschreitungen geführt haben. Es werden Hinweise und Anregungen gegeben, wie die Ursachen erkannt und Wiederholungen von Schadensfällen vermieden werden können. RÉSUMÉ: À grands projets de l&apos;infrastructure de la circulation, souvent des tâches géotechniques sont au premier plan. Par suite de problèmes géotechniques, souvent des dates et frais ont été dépassés. Au moyen de quelques exemples, à lesquels l&apos;auteur participait comme expert et planificateur, les causes sont mises en vue qui menaient à des cas de dommage et par cela aussi à des dépassements de dates et frais. Des indications et suggestions sont données pour s&apos;apercevoir des causes et éviter des répétitions de cas de dommages.

Jan 1, 2003

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

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

Jan 1, 2003