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By N. Gatelier, T. You, J. C. Kandel

ABSTRACT: Underground hydrocarbons storage is a very specific domain for the designer. He is usually free to adjust the section, shape and layout to cope with the geological and geotechnical conditions. This paper presents a panorama of the geotechnical design of mined underground storage caverns, then lists a number of uncommon features encountered in a storage excavated in Sydney, Australia, the Elgas LPG project that had to face major non-isotropic conditions with numerous local variations, impacting on the achievement of the design profiles. Changes in geotechnical design methodology and practice are examined through this project, now in operation, which will have lasted altogether almost ten years. KEY WORDS: underground storage, geotechnical engineering, stability, methodology, design. ZUSAMMENFASSUNG: Die untertaegige Speicherung von Kohlenwasserstoffen unterliegt in der Planung sehr spezifischen Bedingungen. Der planende Ingenieur hat bei der Dimensionierung und Formgebung der Speicherhohlraeume gewisse Freiheiten, muss jedoch vorgefundene geologische und geotechnische Bedingungen beruecksichtigen. Der vorliegende Beitrag gibt zunaechst einen allgemeinen Ueberblick ueber die geotechnische Planung von bergmaennisch aufgefahrenen Speicherhhohlraeumen. Darueber hinaus werden Besonderheiten betrachtet, mit denen das Elgas LPG-Speicherprojekt in einer bergmaennisch aufgefahrenen Kaverne in Sydney, Australien konfrontiert war. Hierbei ging es um die Beruecksichtigung anisotroper Bedingungen mit zusaetzlichen Heterogenitaeten im Gestein und den daraus erwachsenden Schwierigkeiten, die geplante Hohlraumform zu verwirklichen. Ueber einen Zeitraum von fast 10 Jahren, in denen das jetzt in Betrieb befindliche Projekt unterschiedliche Betriebsphasen durchlaufen hat, wurden verschiedene geotechnische Entwurfsverfahren auf ihre Anwendbarkeit geprueft. SCHLUESSELWOERTER: Untergrundspeicherung, Geotechnik, Stabilitaet, Entwurfsverfahren, Planung. RESUME : Le stockage souterrain d’hydrocarbures est un domaine très spécifique pour le concepteur, car celui-ci dispose d'une large liberté pour adapter les sections, les formes et les implantations aux conditions géologiques et géotechniques de l’environnement choisi. Après un panorama de la conception géotechnique des stockages souterrains d’hydrocarbures par la méthode dite des cavités minées, l’accent sera mis sur un certain nombre de particularités rencontrées lors du projet de stockage de GPL de Elgas à Sydney en Australie, creusé dans de très fortes conditions d’anisotropie du massif rocheux, avec de nombreuses variations locales et toutes les implications que cela peut avoir sur le maintien des formes. L’évolution des approches méthodologiques géotechniques durant la dizaine d'années de développement de ce projet depuis les premières études jusqu'à l'exploitation actuelle est également présentée. MOTS-CLEFS : stockage souterrain, géotechnique, stabilité, méthode, conception.

Jan 1, 2003

By A. Fahimifar, H. Soroush

Abstract: Triaxial tests were conducted on the schist specimens with various anisotropic angles under confining pressures of 0, 7 and 15 MPa, and axial stress-axial strains, were measured and plotted for various conditions. The results obtained reveal the effects of schistose on the strength and deformability of the rock very clearly. Peak strength of the specimens for 00 and 900 schistose orientations are nearly the same. Modulus of elasticity of this rock varies with anisotropic angle. For 0 orientation modulus of elasticity increases to a maximum. Confining pressure increases the peak strength and improves the rock deformability. However, this effect is not the same for various orientations, and there are no similar trends for each anisotropy direction. Analysis of the results shows that consideration of a linear failure criterion such as Mohr-Coulomb is appropriate for the prediction of rock behaviour up to 10 MPa, rather than a non-linear one. The analysis also reveals that the friction angle and cohesion are affected by the anisotropy orientation, and this effect is more important for the cohesion than the friction angles. Resume: Les esseys triaxiales sur les echantillon d un roch schist avec les differents angles non-isotrop sous les tension lateral zero et sept et qoinze mega pascal (mpa) est fait et les covtraite et allongment unitaire sont mesure et leur curues est destine sous different condition les resultats obtenues montre les effets du schistosite sur le resistance et le ductilite vissiblement. Le resistance final sur les echantilions pour les angles o degre et 90 degree est equivalent. Le modoule d elasticite de ce roch sera difere par a port de l angle de stratification. Pour l angle o degree le valeur de modoule est le maximum. le pousse lateral augmenterai le resitance final, et sera amilterai le toleran le de ductilite. Mais cette effet bn est pas unigue pour les different stratification, et pour les diferents directions no– isotrop it n y a pas le meme solution. L analyse des resulitats montre que le criterre de ruin comme mohr–colomb est moderate pour le pousse lateral jusq av lo mega pascal , et ce n est pas neccesaire d utiliser de criterre no–linear . Cette analyse aussi montre que l angle de frottement et cohsion est en relation de la direction no–isotrop, et cette effet est olus important pour le cohsion par a port de l angle de frottement . Abriß : Dreiachsige Prüfung wurde auf den schist Exemplaren mit verschiedenen anisotropic Winkeln unter Bestätigen von Drücken von 0.7 und 15 MPa geleitet, und axiale Spannung axiale Spannungen, wurden gemessen und für verschiedene Bedingungen wurde geplant. Die Ergebnisse haben die Wirkungen von schisocity auf der Kraft und dem deformability des Felsen sehr deutlich erhalten offenbart. Maximale Kraft der Exemplare für 0° und 90 sind° schistos Orientierungen beinahe das gleiche. Modulus der Elastizität von diesem Felsen ändert sich mit anisotropic Winkel. Für 0° vermehrt Orientierung modulus der Elastizität zu einem Maximum. Einschränkender Druck vermehrt die maximale Kraft und verbessert den Felsen deformability. Aber ist diese Wirkung nicht das gleiche für verschiedene Orientierungen, und es gibt keine ähnlichen Tendenzen für jede anisotropic Richtung. Analyse der Ergebnisse zeigt jener Überlegung Kriterium eines linearen Ausfalls wie zum Beispiel Mohr Coulomb passend für die Voraussage von Felsen Verhalten bis zu 10 MPa, anstatt eines nicht linear ist. Die Analyse offenbart auch, daß der Reibung Winkel und Bindekraft werden beeinflußt von der anisotropic Orientierung, und diese Wirkung wichtiger für die Bindekraft ist, als der Reibung Winkel

Jan 1, 2003

By A. V. Z. Brink

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

Jan 1, 2003

By S. Heukelman

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

Jan 1, 2011

By S. O. Choi, C. Park, C. Sunwoo

Two methods of stress measurements have been executed on the surface and underground to con-struct an oil storage cavern using hydro-fracturing and overcoring method. The first measurement has been performed to make a design of the caverns before excavating and the second to confirm the stress state during excavation. Six measurements have been carried out in the hydro-fracturing test at the depths between –17.8 and 54.5m from the sea level and a single measurement in the overcoring test in a single borehole at the depth of –21m from the sea level. The ratios of the maximum horizontal to vertical stress measured using hydro-fracturing and overcoring method are 2.95 and 3.1, respectively. Also, the orientations of the maximum horizontal stress are N53E and N58E. These measurements show that both methods give almost same results and significant horizontal stresses are acting on this cavern. Deux méthodes de mesure de contrainte ont étè exécutées sur la surface de terrain et sous la terre pour construire une cavité de stockage de pétrole en utilisant l’hydro-fracturing et l’overcoring. La première mesure a étè faite pour le plan des cavités avant l’excavation et le seconde pour con-firmer l’état de contrainte durant l’excavation. Six measures ont étè faites dans le teste de l’hydro-fracturing à la profondeur entre –17.8 et 54.5m depuis l’élèvation maritime. Une seule mesure a étè faite dans le teste de l’overcoring dans une seule trou de songdage à la profondeur de –21m. Le ratios de la maximale contrainte horizontale à la contrainte verticale mesure par les deux méthodes sont 2.95 et 3.1, respectivement. Les orientations de la maximale contrainte horizontale sont N53E et N58E. Ce montre que les deux méthodes donnent presque m me résultats et la contrainte im-portante est activée sur ces cavités. Zwei Druckmessungen wurden durchgeführt auf der Erdoberfläche und im Innern von Ölspeicher-kavernen unter vergleichender Anwendung des Hydrofraktionierungs- und des Kernbohrungsver-fahrens. Die erste Messung wurde durchgeführt um einen Plan der Kavernen vor der Herstellung zu erstellen und die zweite um die Druckverhältnisse während der Bohrung zu überprüfen. Sechs Messugnen wurden mit der Hydrofraktionierungsmethode bei einer Tiefe von 17,8m und 54,5m unter dem Meeresspiegel und eine einzige Messung mit der Kernbohrungsmethode in einem Bohr-loch bei einer Tiefe von 21m unter dem Meeresspiegel vorgenommen. Das Verhältnis von maxi-malem horizontalem zu vertikalem Druck bei der Hydrofraktions- und der Kernbohrungsmedthode ist 2,95 bzw. 3,1. Die Bezugspunkte des maximalen horizontalen Drucks in beiden Verfahren sind N53E und N58E.

Jan 1, 2003

By B. Elevli

This paper deals with the selection of alternative accesses to a podiform chromite orebody in Turkey. The most important alternatives studied in a related project have been stated as a new vertical shaft and a ramp system. The comparison of these alternatives have been carried out on the basis of total investment costs, ore transport unit cost and net present value (NPV) of overall project for various depth. The results show that up to the depth of 700 m, the total investment cost and NPV favours the ramp access while unit ore transport cost make the shaft access preferable.

Jan 1, 2002

By V. Labiouse, M. Jaboyedoff

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

Jan 1, 2003

By P. Sun

Abstract: From the viewpoint of interaction mechanics of solid and gas, a coupled mathematical model is presented for coal/rock mass deformation and gas leak flow in parallel deformable coal seams. Numerical simulations for the prediction of the safety range of mining of protection layer are performed with experimental data from a mine with potential danger of coal/gas outbursts. Analyses show that the numerical simulation results are consistent with the measured data on the spot. Therefore, the coupled model shows a positive future for applications in a wide range. ZUSAMMENFASSUNG:Von der Veranschaulichung der Abhängigkeit Mechaniker für Körper und Gas, wird ein verbundenes mathematisches Modell für festen coal/rock Deformation und Gasleckstelle Fluß in parallele deformable Kohlenähte dargestellt. Numerische Simulationen für die Vorhersage der Sicherheit Strecke, die Schutzschichtbergbau verwendet, werden mit experimentellen Daten von einer Grube mit möglicher Gefahr der coal/gas Ausbrüche durchgeführt. Analysen zeigen, daß die numerischen Simulation Resultate mit den gemessenen Daten bezüglich des Punktes gleichbleibend sind. Folglich zeigt das verbundene Modell eine positive Zukunft für Anwendungen in einer breiten Strecke. RÉSUMÉ: Du point de vue de la mécanique d'interaction pour le solide et le gaz, un modèle mathématique couplé est présenté pour l'écoulement plein de déformation de coal/rock et de fuite de gaz dans les filons houillers deformable parallèles. Des simulations numériques pour la prévision de la gamme de sûreté employant l'exploitation de couche de protection sont effectuées avec des données expérimentales d'une mine avec le danger potentiel des accès de coal/gas. Les analyses prouvent que les résultats numériques de simulation sont conformés aux données mesurées sur place. Par conséquent, le modèle couplé montre un futur positif pour des applications dans un éventail.

Jan 1, 2003

By W. Wittke, J. Gattermann

ABSTRACT: One alternative to close a radioactive waste repository in rock salt is the construction of a “Cross Section Closure (CSC)“ sealing barrier. The proposed material for the CSC is highly compacted bentonite. To investigate the swelling behaviour of a highly compacted bentonite a large number of laboratory tests were performed. In addition, large scale model test were carried out to demonstrate the development of a nearly homogeneous and isotropic swelling pressure. The results of the large scale model tests were interpreted numerically based on the models for stress-strain behaviour and water uptake which are implemented in the finite element codes FEST03 and HYDOPO. The investigations show a good agreement of the results of the model tests and the corresponding analyses and show, that the theoretical models are capable of describing the behaviour of sealing structures based on highly compacted bentonite. ZUSAMMENFASSUNG: Eine Möglichkeit für den Verschluß eines Endlagers für radioaktive Abfälle im Steinsalz ist die Konstruktion einer Querschnittsabdichtung aus hochverdichtetem Bentonit. Zur Untersuchung des Quellverhaltens von hochverdichtetem Bentonit wurden eine große Anzahl von Laborversuchen durchgeführt. Um die Entwicklung eines nahezu homogenen und isotropen Quelldrucks nachzuweisen, wurden darüber hinaus auch Modellversuche in größerem Maßstab durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Modellversuche wurden im Hinblick auf die Wasseraufnahme und das Spannungs-Verformungsverhalten mit Hilfe numerischer Berechnungen mit den finite Element Programmen FEST 03 und HYDOPO interpretiert. Die Untersuchungen zeigen gute Übereinstimmungen zwischen Versuchs- und Berechnungsergebnissen. Die numerischen Modelle sind somit geeignet, das Verhalten von Abdichtungsbauwerken aus hochverdichtetem Bentonit zutreffend zu beschreiben. RÉSUMÉ: Une possibilité pour fermer un dépôt final de déchets radioactifs dans sel gemme est la construction d'un étanchement de coupe transversale, fabriqué de bentonite fortement compacté. Pour étudier le comportement de gonflement de bentonite fortement compacté, de nombreux essais en laboratoire ont été exécutés. En outre, des essais sur modèle sur une plus grande échelle ont aussi été exécutes afin de prouver le développement d'une pression de gonflement à peu près homogène et isotrope. Les résultats de ces essais sur modèle étaient interprétés en vue de l'absorption d'eau et du comportement contraintes-déformations par le moyen de calculs numériques avec les programmes d'éléments finis FEST03 et HYDOPO. Les études montrent de bonnes conformités entre des résultats d'essai et de calcul. Les modèles numériques sont ainsi capables de décrire justement le comportement d'ouvrages d'étanchement fabriqués de bentonite fortement compacté.

Jan 1, 2003

By M. Hakala

A computer program was developed to simulate transient strains and stresses during an overcoring in the situ stress measurement. The solution is based on superpositioning of elastic stresses. The measured strains can be compared with the calculated ones to check if the measured transient behaviour is accordant with the interpreted in situ state of stress. If not, the in situ state of stress can be calculated based on any transient or final strain values. The transient stresses can be compared with the strength envelope of intact rock and thereby estimate the core damage potential. Technically, the developed code fulfilled all the objectives, and the numerical error was found to be less than 5%. The basic idea can be applied also for different overcoring probes with minor modifications and recalculation of stress tensors. The analysed case studies showed clearly the advance of having an objective and practical quality control method to study the reliability of the in situ stress measurement data. The study was set up and funded by the nuclear waste management companies Posiva Oy ( Finland ) and Svensk Kärnbränslehantering AB ( Sweden ). Un programme informatique a été développé pour simuler des tensions et des contraintes passagères pendant la mesure in situ de contrainte de surcarottage. La solution se fonde sur une superposition de contraintes élastiques. Les contraintes mesurées peuvent être comparées avec celles calculées pour vérifier si le comportement passager mesuré correspond à l'état de contrainte in situ interprété. Sinon, l'état de contrainte in situ peut être calculé à partir de n'importe quelle valeur de contrainte passagère ou finale. Les contraintes passagères peuvent être comparées avec l'enveloppe de force de roche intacte et ainsi il est possible d'évaluer le potentiel de dégâts au noyau. Techniquement le code développé a rempli tous les objectifs, et le taux d'erreur s'est révélé être inférieur à 5 %. L'idée de base peut être appliquée aussi pour différentes expériences de surcarottage avec des modifications mineures et le recalcul de tenseurs de contrainte. Les études de cas analysées ont montré clairement l'avantage d'avoir une méthode de contrôle de qualité objective et pratique pour étudier la fiabilité de données de mesure de contrainte in situ. L'étude a été fondée et financée par les sociétés de gestion de déchets nucléaires Posiva Oy (Finlande) et Svensk Kärnbränslehantering AB (Suède). Es wurde ein Computerprogramm entwickelt, um Transient-Beanspruchungen und Spannungen während eines Überentkernens in situ-Spannung-Messung zu simulieren. Die Lösung beruht auf Superpositionierung von elastischen Spannungen. Die gemessenen Beanspruchungen können mit den berechneten Daten verglichen werden, um nachzuprüfen, ob das abgemessene Transient-Verhalten mit dem interpretierten in situ-Zustand der Spannung übereinstimmt. Wenn nicht, kann der situ-Zustand der Spannung auf irgendwelchen Transient- oder endgültigen Beanspruchungswerten berechnet werden. Die Transiet-Spannungen können mit dem Stärke-Umschlag des intakten Felsens verglichen werden und dadurch ein Kernbeschädigungspotential kalkulieren. Technisch erkannte der entwickelte Code alle Ziele und hat gefunden, dass die numerische Fehler weniger als 5 % waren. Grundsätzlich können auch verschiedene Überentkernen-Untersuchungen mit kleineren Modifizierungen und Wiederberechnung des Spannung-Tensors angewandt werden. Die analysierten Fallstudien zeigten deutlich den Fortschritt, objektive und praktische Qualitätskontrollmethode zu haben, die Zuverlässigkeit in Situ-Spannung-Messung-Daten zu studieren. Die Studie wurde aufgestellt und durch Atommüll-Management-Firmen Posiva Oy (Finnland) und Svensk Kärnbränslehantering AB (Schweden) finanziert.

Jan 1, 2003

By R. A. Puchner

The location of a decline shaft portal can have far reaching implications if the geotechnical conditions are not suited for safe and cost effective excavation. Ideally the portal should be positioned in an area where the excavation requires minimal support and the portal can be formed in reasonably competent rock. In many cases, however, the shaft is linked to an underground mining plan and the shaft may have to pass through poor ground conditions. Determining the optimal position at which tunnelling can commence i.e. the portal, is critical and requires a thorough geotechnical investigation. Methods used to acquire information for the assessment of the ground conditions are discussed in this paper. Selection of the appropriate methods is dependent on the anticipated ground conditions, the phase of investigation and restrictions due to site access and budget. Non-invasive techniques are often used during preliminary phases and invasive techniques for the detailed investigation. The methods used during each phase of investigation are discussed. Two case studies are then presented to provide examples of the investigative methods used in two different environments. The first being a flat featureless site with thick soils and deeply weathered bedrock, while the second is a mountainous site with differentially weathered rocky outcrops. Based on these cases, it is clear that an understanding of the geology and geomorphology of the site is vital to the final geotechnical assessment. Key words: Decline shaft, boxcut, geology, geomorphology, geotechnical, portal.

Jan 1, 2009

By R. A. Puchner

The location of a decline shaft portal can have far reaching implications if the geotechnical conditions are not suited for safe and cost effective excavation. Ideally the portal should be positioned in an area where the excavation requires minimal support and the portal can be formed in reasonably competent rock. In many cases, however, the shaft is linked to an underground mining plan and the shaft may have to pass through poor ground conditions. Determining the optimal position at which tunnelling can commence i.e. the portal, is critical and requires a thorough geotechnical investigation. Methods used to acquire information for the assessment of the ground conditions are discussed in this paper. Selection of the appropriate methods is dependent on the anticipated ground conditions, the phase of investigation and restrictions due to site access and budget. Non-invasive techniques are often used during preliminary phases and invasive techniques for the detailed investigation. The methods used during each phase of investigation are discussed. Two case studies are then presented to provide examples of the investigative methods used in two different environments. The first being a flat featureless site with thick soils and deeply weathered bedrock, while the second is a mountainous site with differentially weathered rocky outcrops. Based on these cases, it is clear that an understanding of the geology and geomorphology of the site is vital to the final geotechnical assessment. Key words: Decline shaft, boxcut, geology, geomorphology, geotechnical, portal.

Jan 1, 2009

By A. Rejeb

ABSTRACT: This paper contributes to the study of underground structures in argillaceous media, especially Tournemire argillites (Aveyron, France). The basic results obtained over six years in two experimental drifts at the Tournemire site are presented. In situ measurements cover drift wall temperature, humidity and convergence. Delayed convergence represents around 50-65% of the total measured convergence. Analysis of the measurements has shown that delayed convergence is explained by the viscoplastic behaviour of the argillaceous formations. Lemaitre’s rheological model has been extended to the orthotropic case, as Tournemire argillite is naturally anisotropic. The triaxial creep test results on samples at different orientations enabled the parameters of the Tournemire argillite to be identified in terms of orthotropic viscoplastic law. A plane deformation model, using this rheological law and the initial stress field in the site, was developed to interpret the convergence measurements in the drifts. The computed results match the measurements well, especially during the excavation phase. KEY WORDS: Argillite, convergence, time-dependent behaviour, creep, viscoplasticity, modelling. ZUSAMMENFASSUNG: Der vorliegende Artikel ist ein Beitrag zur Untersuchung der unterirdischen Strukturen tonhaltiger Milieus, insbesondere der Tongesteine von Tournemire (Aveyron, Frankreich). Die wichtigsten Ergebnisse, die in zwei Forschungsstrecken am Standort Tournemine über einen Beobachtungszeitraum von sechs Jahren zusammengetragen wurden, werden hier vorgestellt. Gemessen wurden in situ Temperatur, Feuchtigkeit und Streckenkonvergenz. Von der insgesamt gemessenen Konvergenz sind etwa 50 bis 65 % auf zeitlich verzögerte Konvergenz zurückzuführen. Die Auswertung aller Messungen hat ergeben, dass die zeitverzögerte Konvergenz mit dem viskos-plastischen Verhalten des Tonsteinmassivs zu erklären ist. Aufgrund der naturgemäßen Anisotropie des Tongesteins von Tournemine wurde das rheologische Modell von Lemaitre auf den orthotropen Fall ausgedehnt. Triaxiale Kriechversuche bei jeweils unterschiedlicher Ausrichtung dienten der Ermittlung der einzelnen Parameter des orthotropen, viskos-plastischen Gesetzes. Zur Auswertung der Konvergenzmessungen innerhalb der beiden Strecken wurde unter Beachtung dieses rheologischen Modells sowie des ursprünglichen Spannungszustands vor Ort ein flächiges Deformationsmodell entwickelt. Die Rechenergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Messungen, insbesondere während der Vortriebsphase. SCHLÜSSELWÖRTER: Tongestein, Konvergenz, zeitlich verzögertes Verhalten, Kriechen, Viskoplastizität, Modellbildung. RESUME : Cet article est une contribution à l’étude des structures souterraines dans les milieux argileux, notamment les argilites de Tournemire (Aveyron, France). Les principaux résultats obtenus pendant six années, dans deux galeries d’expérimentation au site de Tournemire, sont présentés. Ces mesures portent sur la température, l’humidité et la convergence des parements des galeries. La convergence différée représente environ 50 à 65% de la convergence totale mesurée. L’analyse de l’ensemble des mesures a montré que la convergence différée est interprétée par le comportement viscoplastique du massif argileux. Etant donné que l’argilite de Tournemire est naturellement anisotrope, le modèle rhéologique de Lemaitre a été étendu au cas orthotrope. Les résultats des essais de fluage triaxial, sur des échantillons à différentes orientations, ont permis de déterminer les paramètres de la loi viscoplastique orthotrope. Un modèle en déformation plane, utilisant cette loi rhéologique et l’état de contrainte initiale dans le site, a été développé en vue d’interpréter les mesures de convergence dans les galeries. Les résultats des calculs sont en bon accord avec les mesures et plus particulièrement durant la phase de creusement. MOTS-CLEFS : argilite, convergence, comportement différé, fluage, viscoplasticité, modélisation.

Jan 1, 2003

By N. Kumar, A. K. Dhawan, A. Varughese, S. K. Khullar

Abstract The in-situ stress field is one of the primary parameters influencing the performance of underground structures particularly in the Himalayas where there is strong influence of topography and geology on in-situ stresses. It is always advisable to measure the in-situ stresses, in whatever best way possible. Hydrofracturing is one of the methods by which in-situ stress can be measured. This paper briefly describes details of the concept of Hydrofracturing in arriving at the in-situ stresses of the rock mass at Pancheswar Project. The data obtained from the tests has been analysed, interpreted and the results are presented in this paper. Kurzfassung Das Spannungsfeld an Ort und Stelle ist einer der wichtigsten Parameter, die das Verhalten der Untergrund-Struktur beeinflussen, insbesondere in den Himalayas, wo die Topografie und die Geologie einen grossen Einfluss auf die oertlichen Spannungen ausueben. Es empfiehlt sich stets die Spannungen an Ort und Stelle so gut wie moeglich zu erfassen. Die Hydrofraktur bzw hydrografisches Zerstueckeln ist eine der Methoden, die bei den Messungen der oertlichen Spannungen verwendet werden koennen. Diese Abhandlung beschreibt kurz Einzelheiten ueber das Konzept von Hydrofraktur bei der Bestimmung der Spannungen an Ort und Stelle von der Felsmasse bezueglich des Projekts Pancheshwar. Die gewonnenen Daten aus den Messungen wurden analysieret und ausgewertet. Die Ergebnisse werden dabei vorgelegt. Sommaire Le champ de contraintes in-situ est un des paramèters principaux influencant l’exécution des structures souterraines particulierèment en Himalaya où les forces in-situ sont fortement influencées par les caractéristiques topographiques et géologiques de la région. La fracturation hydraulique est une technique qui permet de mesurer des forces in-situ des massifs rocheux. Cet article décrit brièvement le mécanisme de fracturation hydraulique et présente les résultats de mesure des forces in-situ des roches au site du projet hydroélectrique de Pancheswar.

Jan 1, 2003

By K. J. Oliver, A. G. Meyers, S. P. Hunt

Deformation Rate Analysis (DRA) and porosimetry have been used to demonstrate the “stress memory” effect in rock and to estimate the vertical in-situ stress in samples of fine-coarse grained sandstone and carbonaceous mudstone. The results of this study indicate that the stresses predicted using both methods are similar to those determined from depth and density of the overburden rocks. The results confirmed that DRA was still applicable even when the core had been sampled 18 months prior to testing. Additionally, the DRA results were modelled using the software PFC2D. A uniaxial test was modelled using the same rock parameters as those observed for the actual core samples. This numerical technique can be used as an aid for DRA results analysis, and can also be used to predict the minimum stress level at which the DRA technique is applicable. The results confirm that any rock mechanics laboratory having standard test equipment could apply the DRA method combined with standard UCS testwork to determine the in-situ stress. Mit der Analyse der Deformationsrate (DRA) und der Anwendung der Porosimetrie wird der Spannungsgedaechtnisseffekts (Stress Memory Effect) im Fels demonstriert, und es werden Abschaetzungen fuer die vertikale in-situ Spannung einer Probe aus mittelgrobem Sandstein und carbonierten Lehmstein getroffen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen, dass die mit Hilfe dieser beiden Methoden ermittelten Spannungen sind vergleichbar. Die Ergebnisse bestaetigen, dass DRA noch anwendbar ist, wenn die Proben schon 18 Monate vor Untersuchungsbeginn gesammelt worden sind. Darueber hinaus wurden die DRA Ergebnisse mit Hilfe des Sofwarepakets PFC modelliert. Ein einaxialer Test wurde mit genau die gleichen Felsparametern, die fuer die eigentliche Probe gelten, modelliert. Diese numerische Methode kann sowohl als eine Unterstuetzung fuer DRA Ergebnisanalyse als auch zur Ermittlung der minimalen Spannung, bei dem die DRA Methode noch anwendbar ist, herangezogen werden. Die Ergebnisse bestaetigen, dass jedes Felsmechaniklabor, das mit den ueblichen Testgeraeten ausgestattet ist, die DRA Methode in Kombination mit dem Standard UCS Testarbeit zur Bestimmung der in-situ Spannungen anwenden kann. L'Analyse du Taux de la difformité (DRA) et les porosimetry ont été utilisés démontrer le " effet de la mémoire " du stress dans roc et estimer le stress dans - situ vertical dans échantillons de grès du grained fin grossier et mudstone carbonifère. Les résultats de cette étude indiquent que les insistances ont prédit utiliser les deux methods est semblable à ceux déterminés de profondeur et densité du surchargez des rocs. Les résultats ont confirmé ce DRA était encore même applicable quand le coeur avait été goûté 18 mois avant tester. En outre, les résultats DRA étaient des modelled qui utilisent le logiciel PFC2D. Une épreuve de l'uniaxial était modelled qui utilise les mêmes paramètres du roc comme ceux observé pour les réels échantillons du coeur. Cette technique numérique peut être utilisée comme une aide pour DRA résulte analyse, et peut aussi être utilisé pour prédire le niveau du stress minimum à que la technique DRA est applicable. Les résultats confirment que tout laboratoire des mécaniques du roc qui a le matériel de l'épreuve standard pourrait appliquer la méthode DRA combinée avec testwork UCS standard pour déterminer le stress dans - situ.

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 W. P. Nel

The introduction of the Higher Education Qualifications Framework (HEQF) and the updated Higher Education Qualifications Sub-Framework (HEQSF) has caused many South African university departments to rethink their programme qualification mixes (PQMs). In addition to the requirements stated in the HEQSF, a number of other factors have to be taken into consideration by a university department. These factors include, for example, the standards generated by the Engineering Standards Generating Body (ESGB) and subsequently approved by the Engineering Council of SA (ECSA) and the need to prepare students for various categories of professional registration with ECSA. This means that a university department has to choose the correct mix of Learning Programmes (LPs) from the HEQSF menu (which consists of 13 types of LPs). Preparing students for ECSA registration is aligned with the mission of universities, which is to teach and undertake research. However, research and the LPs associated with research go beyond the requirements for current ECSA registration. Assuming that universities offering engineering LPs would elect to prepare students for both ECSA registration and teach them to produce research outputs, which is mostly done at Master and Doctorate levels (NQF Levels 9 and 10), then it follows that academics are more interested in NQF Level 5 to 10 pathways (abbreviated as ?L5-10?) rather than the shorter pathways required towards professional registration. (For example, ECSA requires an NQF L5-L7 pathway for registration as a candidate professional technologist. This specific pathway may consist, for example, of two LPs, namely the 360-credit Diploma and the Advanced Diploma.) A L5-L10 pathway is a combination of LPs that will prepare the learner with a NSC (or equivalent qualification at level 4) to Doctoral level (level 10). Universities may choose at least four major pathways from the HEQSF menu in order to educate and develop students from NQF Level 5 to 10. However, various pathways towards registration in the category of candidate with ECSA are also embedded into these four NQF L5-L10 pathways, where each consist of a unique combination of LPs. Each of these pathways has an opportunity cost, and economic reality means that smaller departments may have to choose between the four pathways. Of all the many factors involved in PQM decision-making, the focus of this paper is on the HEQSF requirements, ECSA standards, and ECSA registration and how these, together with the various qualifications and educational LPs provided for by the HEQSF may impact on the PQM decision taken by engineering departments and schools at South African universities. The proposed four NQF L5-L10 ?pathway tool? for PQM decision-making may be useful for pointing out the advantages, disadvantages, and applications of the various pathways and combinations of pathways. Rather than deciding from a menu of thirteen qualifications and associated LPs, this article proposes that decision-making be undertaken on the basis of a menu of four main articulated ?NQF L5-L10? pathways (which also include one or more of the ECSA?s pathways for professional registration). The proposed ?NQF L5-L10 pathway? tool is an attempt to move one step closer to the aim of achieving a structured decision-making approach for designing a PQM at departmental level.

Jan 1, 2014

By L. Andrews

Mineralogy, traditionally associated with concentrator studies, is being increasingly applied to problems in pyrometallurgy. Such investigations commonly make use of a number of techniques, and the results are combined for a meaningful interpretation, which can lead to a successful solution for the problem. Mineralogical techniques are described for various pyrometallurgical operations. Examples are given of studies and investigations involving mineralogy in chemical-looping combustion, feed monitoring to platinum-smelting furnaces, and losses to slag in base metal and platinum smelting.

Jan 1, 2011

By J. W. Klokow, K. L. Riemer, R. I. L. Ferreira

As a result of the increased depth of mining in the South African gold mining industry mining induced seismicity is a severe problem. One of the strategies within the industry to contain the problem is to incorporate a system of regularly spaced stabilising pillars into mine layouts. At the Driefontein Gold Mine a system of closely spaced dip pillars is used to contain seismic energy emissions. Comparisons of seismic data for several mining clusters initially indicated a possible measure of success in the containment and occurrence of larger events. A detailed analysis of data over a 5-year period since the start of mining however, has revealed a delayed seismic response to the increasing strike spans. Significant changes marked by an increase in certain seismic variables have been observed at mining spans of between 100 to 120 meters and could be of significance to pillar spacing in the design of deep level mining layouts. La sismicité occasionnée par l’exploitation minière est un problème grave dans les mines profondes de l’industrie minière aurifère en Afrique du Sud. Une des stratégies utilisées dans l’industrie a été de maîtriser le problème en incorporant un système de piliers de stabilisation régulièrement espacés dans la disposition des mines. A la Driefontein Gold Mine, un système de piliers de pendage proches les uns des autres est utilisé pour contenir les émissions d’énergie sismique. Au début, des comparaisons de donnés sismiques pour plusieurs groupes d’extraction ont indiqué un succès possible dans la limitation et l’occurrence d’évènements sismiques. Cependant, une analyse détaillée des données sur une période de 5 années a révélé un délai entre la progression de l’extraction et une réponse sismique accrue. Des changements considérables dans les variables sismiques ont été observés dans des intervalles d’extraction entre 100 et 120 mètres, ce qui pourrait être significatif pour l’espacement des piliers dans la conception de la disposition des mines de fond. Resultierend aus den zunehmenden Tiefen des Bergbaus in der südafrikanischer Goldbergbauindustrie stellt sich die vom Bergbau hervorgerufene Seismizität als bedrohliches Problem dar. Es war eine der Strategien innerhalb der Industrie, das Problem dadurch einzudämmen, daß regelmäßig plazierte Stabilisierungspfeiler in den Bergbaulayouts inkorporiert wurden. In der Driefontein Gold Mine wird ein System von knapp aneinandergesetzten im Abfallbereich befindliche Pfeiler benutzt, um seismische Energieemissionen einzudämmen. Vergleiche der seismischen Daten für mehrere Bergbaugruppen zeigten anfangs ein mögliches Maß von Erfolg in der Eindämmung und im Auftreten von größeren Fällen an. Eine ausführliche Analyse von Daten über einen 5jährigen Zeitraum hat jedoch ergeben, daß eine Verzögerung zwischen der Progression des Bergbaus und einer erhöhten seismischen Reaktion besteht. Bedeutende Änderungen in den seismischen Variablen wurden an Bergbauspannen von 100 bis 120 Metern beobachtet und könnten für Abstandsbemessung von Pfeilern im Design des Tiefbergbaulayouts von Bedeutung sein.

Jan 1, 2003

By C. Tan, C. Detournay

Wellbore stability is a major concern for drilling in naturally fractured formations. The infiltration of drilling mud into the fractures is a factor, which may compromise wellbore integrity due to the loss of strength experienced by the fractures. The reduction in the fracture frictional and cohesive properties is attributed to weakening of the infill materials and lubrication of fracture asperities by the mud filtrate. One way to investigate the influence of mud infiltration on wellbore stability in fractured formations is to use a numerical modeling approach. A requirement for the numerical model is the ability to predict the region of mud infiltration. This paper describes a numerical technique to model the extent of mud infiltration for application in coupled fluid-mechanical simulations in densely fractured rock masses using the computer code, UDEC. Several factors are considered including fracture pattern, in-situ stresses, reduction in joint frictional angle and cohesion, viscosity of the mud filtrate and fracture plugging. Results of numerical simulations are presented to illustrate the technique and show the influence of these factors on the extent of mud infiltration. Un des problèmes importants posés par le forage en milieu fissuré saturé, est celui du maintient de la stabilité du puit. L’infiltration de boue de forage dans le massif peut avoir pour effet de réduire les propriétés frictionnelles et cohésives des fractures et de compromettre ainsi la stabilité du puit de forage. Le radoucissement des propriétés des fractures est attribué à la dégradation du materiau de remplissage et au pouvoir lubrifiant des boues. L’analyse numérique offre un moyen d’investiguer l’influence jouée par l’infiltration de boue sur la stabilité du puit. Un des critères de sélection du modèle numérique sera son pouvoir de prédiction du domaine d’infiltration de boue. Cet article décrit une technique numérique permettant de modéliser l’infiltration de boue de forage dans le cadre de simulations hydro-mécaniques, en milieu à haute densité de fractures, effectuées avec le logiciel de calcul UDEC. Parmis les facteurs tenus en compte, on trouvera la nature du réseau de fractures, les contraintes in-situ, le radoucissement en friction et cohésion des joints, la viscosité de la boue et le bourrage des fractures. Des résultats de simulations sont présentés pour illustrer la technique et montrer l’influence de ces facteurs sur la taille du domaine d’infiltration de boue. Bohrlochstabilität ist ein wichtiger Aspekt für das Bohren in geklüfteten Gebirgsformationen. Das Eindringen der Bohrlochstützflüssigkeit in die Klüfte kann die Bohrlochintegrität wegen des Verlustes der Festigkeit des Kluftsystems gefährden. Die Reduktion der Reibung und kohäsiven Eigenschaften ist der Schwächung der Kluftfüllung und der Schmierwirkung der eingerungenen Stützflüssigkeit in Bezug auf die Kluft-Asperities geschuldet. Numerische Berechnungen sind ein Weg zur Untersuchung des Einflusses der Infiltration der Bohrlochstützflüssigkeit auf die Bohrlochstabilität in geklüfteten Gebirgsformationen. Eine Voraussetzung für numerische Modelle ist die Fähigkeit den Bereich der Infiltration der Stützflüssigkeit zu prognostizieren. Diese Publikation beschreibt ein numerisches Verfahren, um die Reichweite der Infiltration von Stützflüssigkeiten mittels fluid-mechanisch gekoppelter Simulationen im engständig geklüfteten Gebirge mit dem Programm UDEC zu modellieren. Verschiedene Faktoren, wie Kluftmuster, Gebirgsspannungszustand, Reduktion von Kluftreibungswinkel- und kohäsion, Viskosität der Stützflüssigkeit und Rissabdichtung wurden untersucht. Ergebnisse numerischer Simulationen werden präsentiert, um die Vorgehensweise zu illu

Jan 1, 2003