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By R. Singh, A. K. Dhawan, M. Dixit, H. Dev

ABSTRACT: The modulus of deformation of rock mass is an important engineering parameter required for the design of foundation of hydraulic structure and to study the interaction of rock mass and the structure at the foundation support. Different equipment and techniques are used to arrive at the design modulus value. Since any error in the estimation of modulus values results in multiplication of its effects in the analysis, it is necessary to know about the reliability of testing equipment and procedures. In the present study modulus values obtained by different in-situ equipment at different project sites have been compared. KURZFASSUNG: Der Verformungsmodul von der Felsenmasse ist technisch ein wichtiger Parameter, den man zur Konstuktion des Grunds fuer die Hydro – Tektonik, benoetigt um auch die gegenseitige Beeinflussung der Felsenmasse und der Tektonik am Traggrund zu betrachten. Verschiedene Geraete und Methoden werden angewandt, um den Ausfuehrungsmodul -Wert zu erreichen. Es ist erforderlich, die Zuverlaessigkeit der Pruefeinrichtung sowie des Verfahrens zu kennen, da irgend ein Fehler in der Abschaetzung von Modulwerten in der Analyse zu einer Vervielfachung ihrer Einwirkung fuehrt. In der vorligenden Arbeit werden die Modulwerte gewonnen aus unterschiedlichen Einrichtungen an Ort und Stelle and verschiedenen Projekt -Stellen mit einander verglichen. SOMMAIRE: Le module de deformation d’une roche est un parametre important pour la conception et realisation des ouvrages hydrauliques ainsi que pour etudier l’interaction de la roche et de la structure d’appuis de base. De divers equipments et techniques sont employes pour determiner la valeur de ce module de conception. Puisque l’effet d’une erreur d’evaluation du module devient multiplie dans l’analyse, il est necessaire de savoir la fiabilite des equipments et des methods qu’on ulilise. Dans cette etude, on a compare les valeurs des modules obtenues en employant les equipments in-situ aux sites differents de projets.

Jan 1, 2003

By J. P. Harrison, J. A. Hudson.

ABSTRACT: When considering the rock stress component of rock mechanics design, the basic procedure is to consider the pre-existing stress-state in the rock mass and then estimate the disturbance to this stress state as a result of engineering excavation. Failure criteria are applied to the final stress state to establish whether failure will occur. However, during the evolution of the stress state, the failure locus may be reached before the anticipated failure state and, in this case, failure will occur unexpectedly. This indicates that the complete stress path (defined as the variations in magnitudes and orientations of the stress tensor components resulting from engineering-induced or natural changes) must be considered. We list a set of stress path principles with their corollaries and then introduce a new and powerful method for simultaneously illustrating changes in the six independent components of the stress tensor. This method plots the magnitudes of the principal stresses above their orientational paths on the hemispherical projection, to provide a three-dimensional stress path locus for each of the three principal stress components. In connection with this presentational device, we illustrate a number of concepts associated with the stress path in rock engineering. For example, we show how the minor principal stress approaches zero at an unsupported excavation face, the interchange of the trajectories of two principal stresses when their magnitudes become equal, and the influence of the bounds on the principal stresses given by strength criteria. RESUME: Si on s’interesse à la composante “contrainte” lors d’un dimensionnement en mécanique des roches, la méthode de base consiste à considérer l’état de contrainte pré-existant dans le massif rocheux, puis d’estimer la perturbation à cet état générée par l’excavation projetée. Des critères de rupture sont appliqués à l’état de contrainte final pour établir si une rupture va se produire. Cependant, lors de l’évolution de l’état de contrainte, la surface critique peut être atteinte ce qui provoquera une rupture anticipée et, dans ce cas, cette dernière sera inattendue. Cela indique que le chemin de contrainte complet (défini par les variations de l’intensité et de l’orientation des composantes du tenseur des contraintes liées à des causes anthropiques ou naturelles) doit être pris en compte. Nous présentons un ensemble de règles pour les chemins de contraintes ainsi que leurs corollaires et, ensuite, nous introduisons une méthode, nouvelle et puissante, pour présenter simultannement les changements des six composantes du tenseur des contraintes. Cette méthode consiste à tracer l’intensité des contraintes principales sur le chemin d’orientation des contraintes à l’aide d’une projection hémisphérique afin d’obtenir le lieu, en trois dimensions, de chaque contrainte principale. En relation avec cet outil de représentation, nous illustrons certains concepts associés au chemin de contrainte en ingénierie au rocher. Par exemple, nous montrons comment la contrainte mineure tend vers zero à la surface d’une excavation sans soutenement, le changement de direction des deux contraintes principales quand leur intensité deviennent égales, et l’influence des conditions aux limites sur les contraintes fournies par un critère de rupture. ZUSAMMENFASSUNG: Bei ingenieurmassigen Taetigkeiten in Felsgesteinen ist es noetig die ungestoerten Gesteins Stress Componenten, die vor einem anthropogen Eingriff im Gestein vorhanden waren, zu kennen und erst dann Vorhersagen ueber Stoerung des Stress Zustandes, der durch einen ingenieurmaessigen Eingriff hervorgerufen wird, herzuleiten. Kriterien fuer das Versagen werden im letzten Stadium, des Stress Zustandes angewendet, um zu erfahren ob ein Versagen wohl eintreten wird. Es ist jedoch zu beachten, dass waehrend des Stress Aufbaus ein oertliches Versagen eintreten kann, welches vor dem eigentlichen, erwarteten Versagens Zustand auftritt. Diese Moeglichkeit weist darauf hin, dass der gesammte “Stress Path” (definiert durch die Variationen der Stress Tensor Komponenten in Richtung und Groesse, hervorgerufen durch ingenieurmaessig hervorgerufene oder natuerlich Vorgaenge) betrachtet werden muss. Wir fuehren eine Liste der “Stress Path” Prinzipien auf und stellen dann eine neue und wirksame Methode zur gleichzeitigen Darstellung der sechs unabhaegigen Komponenten des Stress Tensors vor. Diese Methode stellt die Groesse der “Principal Stresses” in Abhaengigkeit von ihrem rauemlichen Weg auf einer hemispherischen Projektion dar und erlaubt hiermit eine drei dimensionale Darstellung fuer jeden Ort des “Stress Path’s” in die drei Haupt Stress Komponenten. Im Zusammenhang mit der hier gegebenen Darstellungsart, verdeutlichen wir eine Reihe von Konzepten in der Felsmechanik. Wir zeigen zum Beispiel, wie der “Minor Principal Stress” Null zustrebt an einer Wand von einer nicht abgestuetzten Ausschachtung, den Austausch von Trajektorien zweier “Principal Stresses” wenn ihre Groessen sich gleichen, und den Einfluss der Groesse von “Principal Stresses” bei gegebenen Kriterien des Festgkeits Versagens.

Jan 1, 2003

1. Mintek publications The folowing are available from Mintek (Private Bag X3015, Randburg, 2125 South Africa) at R35 (including GST) per copy to purchasers in South Africa and US$30 (including airmail postage) to purchasers elsewhere. Report M402 The preparation of synthetic fusion standards for use in the X-ray-fluorescence analysis of rocks and minerals, by RT. Eddy and J.J. Jacobs. Apr. 1990. 19 pp. Report M405 Slag-metal equilibria in the system Fe-Cr-Si-C-Ca-Mg-AI-O, by R.H. Eric and M. Akyizli. Aug. 1990. 29pp. Application Report no. 8 The development of a process for the recovery of gold from gold-bearing solutions by means of activated carbon or resin in a NIMCIX column. 1990. 19 pp. 2. New publications from Trans Tech The folowing are available from Trans Tech Publications Ltd, Old Post Road, Brookfield VT05036, USA. Efect of iron and silicon in aluminium and its aloys, edited by I. Kovacs. 1990. 450 pp. $124. Martensitic transformations, edited by B'.C. Muddle. 1990. 714 pp. $190. Ferites, edited by C.M. Srivastava. 1989. 2 vols. 1280 pp. $254. Properties and characterization of amorphous carbon films, edited by J.J. Pouch and S.A. Alterovitz. 1990. 714 pp. $152. Synthesis and properties of boron nitride, edited by J.J. Pouch and S.A. Alterovitz. 1990.426 pp. $192. Electronic structure and latice defects in aloys, edited by R. W. Siegel and F .E. Fujita. 1989. 320 pp. $78. 3. A new edition Tomorow's materials, by K.E. Easterling. London, The Institute of Metals (1 Carlton House Terace, London SWIY 5DB, England), 1990. 2nd ed. 170pp. US$29. 4. Books for exploration geologists The folowing books are obtainable from Elsevier Science Publishers, P .0. Box 211, 1000 AE Amsterdam, The Netherlands. Lateritic bauxites, by G. Bardossy and G.J.J. Aleva. 1990. 624 pp. DFL. 295. Platinum-group element exploration, by D.L. Buchanan. 1988. 186pp. DFL 150. Lead isotopes in mineral exploration, by B.L. Gulson. 1986. 246 pp. Dfl. 160. Prospecting and exploration of mineral deposits, by M. Kuzvart and M. B6hmer. DFL. 285. 5. Journal for earth scientists . Ore Geology Reviews, published by Elsevier Science Publishers, P.O. Box 211, 1000 AE Amsterdam, Netherlands. 6 issues per year. Annual subscription DFL 453 including postage.

Jan 1, 1990

By R. J. Pine, J. M. Rance, J. S. Coggan

ABSTRACT: The safe design of excavations created in a fractured rock mass is of paramount importance in rock engineering. Depending on the nature of the stress regime acting on an excavation, and the associated deformational behaviour of the rock mass surrounding the excavation, a number of potential failure mechanisms exist. These involve a combination of shear failure on existing joints, extension of critically oriented joints and propagation of new fractures through previously intact rock. Conventional numerical codes usually adopt either a continuum or discontinuum approach; this often results in significant over simplification and kinematic limitations particularly when modelling complex rock mass behaviour in the close vicinity of excavations. This paper describes the results from several case examples using a combined finite element-discrete element code, ELFEN that incorporates a crack propagation mode. Through the use of selected rock engineering examples, the authors demonstrate the potential of the code in the realistic simulation of complex rock failure both in underground and surface excavation applications. RÉSUMÉ: La conception sûre des excavations créées dans une masse de roche fracturée est d'importance primordiale dans la géotechnique. Selon la nature du régime d'effort autour d’une excavation, et le déformation associé de la masse de roche autour de l'excavation, il exsite un certain nombre de mécanismes potentiels d'échec. Ceux-ci comportent une combinaison d'échec de cisaillement sur les joints existants, la prolongation des joints d’orientation critique et la propagation de nouvelles ruptures dans la roche précédemment intacte. Les codes numériques conventionnels adoptent habituellement l’approche, soit d’un continuum, soit de discontinuum; ceci a souvent comme conséquence une sursimplification significative et les limitations cinématiques en particulier en modelant le comportement complexe de la masse de roche très proche des excavations. Cet article décrit les résultats de plusieurs exemples de cas en utilisant un code qui s’agit d’une combination d’élément discret et d'élément fini, ELFEN qui incorpore un mode de propagation de fissure. Par l'utilisation des exemples choisis géotechniques, les auteurs démontrent le potentiel du code dans la simulation réaliste de l'échec complexe de roche pour les applications aux excavations soit au fond soit à l’extérieure. ZUSAMMENFASSUNG: Das sichere Design der Aushöhlungen, die in einer zerbrochenen Felsenmasse verursacht werden, ist vom paramount Wert in der Felsentechnik. Abhängig von der Natur des Druckregimes, das auf einer Aushöhlung und dem dazugehörigen deformationalen Verhalten der Felsenmasse umgibt die Aushöhlung fungiert, bestehen eine Anzahl von möglichen Ausfalleinheiten. Diese beziehen eine Kombination des Scherausfalls auf vorhandenen Verbindungen, Verlängerung der kritisch orientierten Verbindungen und Ausbreitung der neuen Brüche durch vorher intakten Felsen. Herkömmliche numerische Codes nehmen normalerweise entweder ein kontinuum oder discontinuum Annäherung an; dieses ergibt häufig bedeutende Übervereinfachung und kinematische Beschränkungen, besonders wenn es kompliziertes Felsenmasseverhalten in der Nähe der Aushöhlungen modelliert. Dieses Papier beschreibt die Resultate von einigen Fallbeispielen mit einem kombinierten begrenzten Element - getrennten Elementcode, ELFEN, das einen Sprungausbreitungmodus enthält. Durch den Gebrauch von vorgewählten Felsentechnikbeispielen, demonstrieren die Autoren das Potential des Codes in der realistischen Simulation des komplizierten Felsenausfalls bei Anwendungen für beide Tagebaue und Untergrundsaushöhlungen.

Jan 1, 2003

By S. Read, G. Cook

The Hoek-Brown failure criterion is often applied to a wider range of rocks than the isotropic rock masses to which it is strictly applicable. This paper evaluates the patterns of defects in rock masses using spherical projection contour plots of samples of randomly-generated orientations and datasets from mapping of New Zealand closely-jointed greywacke rock masses. Two indices from the contour plots - the area within the 1% contour (A1%) and maximum concentration (Cmax) are introduced for distinguishing uniform (isotropic), random or regular defect patterns. The indices provide a potential extension to current guidelines on the use of the Hoek-Brown failure criterion. The paper also outlines kinematic checks to assess the influence of defect clusters on rock mass strength. Das Hoek-Brown Bruchkriterium, das strikte nur fuer isotrope Gefuege gilt, findet oft einen viel weiteren Anwendungsbereich. Diese Arbeit bewertet diverse Dispersionsmuster der Defekte einer Gesteinsmasse. Wir vergleichen in sphaerischer Projektion (1) Beispiele zufaelliger Orientierung von Defekten und (2) Felddaten ueber neuseelaendisache engstaendig geklueftete Grauwacken. Die Projektionen werden durch die Indices A1% (Flaechenanteil des 1%-Bereichs) and Cmax (Hoechstkonzentration) gekennzeichnet, welche isotrope, zufaellige und regulaere Muster unterscheiden und die aktuellen Richtlinien zum Hoek-Brown Kriterium ergaenzen. Wir testen ferner Defektgruppen der Gesteine kinematisch auf ihren Einfluss auf Massenfestigkeit. Le critère de rupture de Hoek-Brown est souvent utilisé sur une variété de roches plus étendue que les masses rocheuses auxquelles il est strictement applicable. Ce travail évalue la distribution des défauts au sein d'une masse rocheuse en utilisant une projection sphérique des contours d'échantillons d'orientations générées aléatoirement et de données de cartographie provenant de greywackes à joints rapprochés de Nouvelle Zélande. Deux indices de cette projection - la zone des contours en dessous de 1 % (A1%) et celle de concentration maximum (Cmax) sont introduites pour distinguer les répartitions uniformes (isotropes), aléatoires ou régulières. Ces indices fournissent une extension potentielle aux règles d'utilisation du critère de rupture de Hoek-Brown. Ce travail utilisent également les contrôles cinématiques pour évaluer l'influence des groupes de défauts sur la résistance de la masse rocheuse.

Jan 1, 2003

By D. Grgic, A. Giraud, F. Homand

RESUME : Le comportement mécanique partiellement saturé du minerai de fer a été étudié à partir d’essais de compression simple sur des éprouvettes à pression capillaire imposée par les solutions salines. Les échantillons restent peu saturés (32 %) même pour une humidité relative de 94 %, du fait de la présence de mésopores. Jusqu’à 90 % d’humidité relative la résistance diminue régulièrement. De 90 % à 94 % une forte chute est observée et pourrait être liée à la fois aux effets capillaires et à l’hydratation de certains minéraux. Le cycle hydrique subit par la roche dans la mine a été modélisé en 1D à l’aide d’un code de calcul entièrement couplé pour les milieux poreux partiellement saturés. Les calculs ont montré notamment une diminution importante en paroi des contraintes totales au cours de la phase de désaturation et une augmentation importante au cours de la phase de resaturation. Ces variations pourraient induire un endommagement du massif et être à l’origine d’instabilités, et soulignent l’intérêt d’une modélisation avec une géométrie plus adaptée. MOTS-CLEFS : mines de fer, partiellement saturé, pression capillaire, résistance, modélisation. ABSTRACT : The partially saturated mechanical behavior of iron ore has been studied from uniaxial compression tests on samples in which the suction is imposed with aqueous solutions. Samples are little saturated (32 %) even for a 94 % relative humidity because pores are too large. Up to 90 % relative humidity the strength decreases regularly. From 90 % to 94 % a great decrease is observed ; it could be explained by the capillary effects and the moisturizing of some minerals. The hydrous cycle imposed to the rocks in the mine has been modeled with an 1D fully coupled code for partially saturated porous media. The computations have shown an important decrease in the total stresses at the wall during the desaturation stage and an important increase during the re-saturation stage. These variations could induce a rock mass damage and instabilities, and highlight the necessity of a modeling with a well-adapted geometry. KEY-WORDS : iron mines, partially saturated, suction, strength, modeling. ZUSAMMENFASSUNG : Das mechanische Verhalten von teilweise gesättigten Eisenerz wird durch einachsige Druckversuche untergesucht. Die Prüfkörper haben einen durch Salzlösungen gestimmten kapillarischen Druck. Sie bleiben kaum gesättigt (32 %), sogar bei einer relativen Feuchtigkeit von 94 %, aufgrund der Anwesenheit von Mesoporen. Bis eine relative Feuchtigkeit von 90 % verringert sich gleichmässig die Druckfestigkeit und zwischen 90 % und 94 % merkt man eine starke Abnahme in Verbindung, möglicherweise, mit kapillarischen Effekten und Hydratation von bestimmten Mineralen. Die nümerische 1D Modellisierung des gezwungenen Wasserzyklus im Stein der Mine ist mit einem für porösen Medien ganz vernetzten Rechnungcode geführt. Sie zeigt besonders ein bedeutendes Sinken der Gesamtspannung während der Entwässerung und eine bedeutende Steigerung während der Sättigung. Diese Veränderungen könnten die Beschädigung des Gesteines herbeiführen und die Grundlage von Unstabilität sein. Sie unterstreichen die Wichtigkeit eine Modellisierung mit einer gut geeigneten Geometrie. STICHWÖRTER : Eisenminen, teilweise gesättigt, kapillarischer Druck, Druckfestigkeit, Modellisierung.

Jan 1, 2003

By F. Pinto, J. V. Lemos, A. Sousa, L. Ribeiro e Sousa

The Rossio railway tunnel was built in 1890 crossing several formations involving limestones, basalts and also sandy and clayey formations. Due to the fact that it is an old underground structure rehabilitation and repair works were performed, namely at Km 0,900 and in a zone crossed by a new tunnel from the Lisbon Metro. Reinforcement support systems were designed in the Rossio tunnel in order to prevent its stability. In this paper, repair works and anchor tests performed at km 0,900 are presented, as well as the monitoring system implemented in order to observe the structural effects induced by the construction of the works. For the interpretation of the obtained information complex 3D models was built, permitting the simulation of the sequential excavation scheme used, non-linear behaviour of the different formations, and the support systems used. Der 1890 erbaute Rossio Eisenbahntunnel durchoertert mehrere Formationen, einschliesslich einer Kalkstein-, Basalt- sowie einer sandigen und tonigen Formation. Auf Grund des Alters des unterirdischen Bauwerks wurden Instandsetzungs- und Reparaturarbeiten im Bereich km 0,900 sowie im Kreuzungsbereich mit einem neuen Tunnel der Lissabonner U-Bahn durchgeführt. Aussteifungssysteme wurden entworfen, um die Stabilität des Rossio Tunnels zu gewährleisten. Im Folgenden werden die Instandsetzungsarbeiten und Anker Tests im Bereich km 0,900 sowie das Messystem zur Ueberwachung der strukturellen Auswirkungen der Bauarbeiten dargestellt. Zur Interpretation der gewonnenen Informationen wurden komplexe 3D Modelle entwickelt, die eine Simulation des Bauablaufs und die Anwendung nichtlinearer Stoffgesetze fuer die verschiedenen Formationen und Aussteifungssysteme ermöglichten. Le Tunnel ferroviaire du Rossio a été construit en 1890, traversant des différents terrains comme des calcaires, des basaltes et aussi des formations limoneuses et sableuses. Dû à l’ancienneté de l’ouvrage, des travaux de réhabilitation et réparation ont été faits, nomment au km 0,900 et dans la zone traversée par le nouveau tunnel du Metro de Lisbonne. Des systèmes de support renforcé ont été conçus pour le Tunnel du Rossio de façon à rassurer sa stabilité. Dans ce papier, on présente les travaux de réparation et les essais d’ancrage réalisés au km 0,900, et aussi, le système d’auscultation mise au point pour l’observation des effets structuraux induits par les travaux. De façon à interpréter l’information résultant de l’observation, des modèles 3D complexes ont été utilisés, permettant la simulation de la méthode séquentielle de l’excavation, du comportement non - linéaire du terrain et, aussi les systèmes de support utilisés.

Jan 1, 2003

By C. V. O?Keefe

Volumetric flow and mass flow are two of the critical process parameters needed to understand and control flotation processes, with others being levels, densities, and metal analyses. Both volumetric flow and density measurements can be adversely influenced by entrained air, which will result in artificially high flow readings and artificially low mass flow calculations. Array-based instrumentation has been used successfully to accurately measure both volumetric flow of aerated slurry and the quantity of air entrained within the slurry. The latter measurement has been used to correct density measurements, thus providing an accurate mass flow calculation. A case study involving the use of this technology to measure both flow rates and air entrainment levels at Eland Platinum processing facility (concentrator) will be covered in detail. In addition, with certain traditional flow meters such as electromagnetic meters, erroneous volumetric flow rates can be recorded in the presence of paramagnetic or ferromagnetic material. The use of this array technology to avoid spikes in measurements due to steel fragments passing through the pipe will also be discussed.

Jan 1, 2012

By J. P. Josien, J. F. Noirel, F. Lahaie, P. Bigarre, M. Al Heib

ABSTRACT: In June 2001, a fatal rockburst affected a longwall face in the Houillères du Bassin de Lorraine (HBL), France. Subsequently, a large operation of in situ stress measurements by overcoring was carried out with two main objectives: providing input data for the back analysis of the dynamic event and characterising the stress field in the next panels to be mined for identifying other potential high-risk zones. This paper makes a synthesis of the results of the overcoring tests performed and discusses those results in connection with the mining context, numerical model predictions, laboratory rock test results and microseismic activity. KEY WORDS: Mine, rockburst, stress, overcoring, measurement. ZUSAMMENFASSUNG: Im Juni 2001 hat ein Bergschlag eine Kohlengrube des Houillères du Bassin de Lorraine (HBL, Lothringen, Frankreich) schwer beschädigt. Nach diesem Unfall sind Spannungsmessugen durch Überborung durchegeführt worden, mit zwei Hauptziele : 1/ Daten zu liefern für die Retro-analyse des dynamischen Gebirgsschlag und 2/ die Spannungen in den zukünftigen Ausbauen so gut wie möglich zu charakterisieren, um eventuele andere Risikozonen festzustellen. Dieser Artikel stellt eine Synthese der erzielten Ergebnisse vor. Er diskutiert diese Ergebnisse in Verbindung mit dem gesamten Kohlengruben Zusammenhang, mit den Ergebnissen von numerischen Modellierungen, mit der Labor-Charakterisierung und mit der microsismische Überwachung. SCHLÜSSEL-WÖRTER: Kohlengruben, Bergschlag, Spannung, Überborung, Messung. RESUME: En Juin 2001, un coup de terrain a gravement affecté une longue taille aux Houillères du Bassin de Lorraine (HBL) en France. A la suite de cet accident, une importante campagne de mesures de contraintes par surcarottage a été réalisée, avec deux objectifs majeurs : fournir des données d’entrée permettant la rétroanalyse du phénomène dynamique et caractériser au mieux le champ de contraintes dans les futurs panneaux exploités afin de détecter d’éventuelles autres zones à risque. Cet article présente une synthèse des résultats obtenus, et discute ces résultats en liaison avec le contexte d’exploitation, les résultats de modélisation numérique, de caractérisation en laboratoire et de surveillance microsismique. MOTS CLES: Mine, coup de terrain, contrainte, surcarottage, mesure.

Jan 1, 2003

By G. W. Holl, E. G. Fairon

A review of some aspects of shaft design by G. W. HOLL, Pr. Eng., Associate of the Mine Managers Association of South Africa (Fellow)- and E. G. FAIRON, Pr. Eng., F.S.A.I.E.E., M.I. Cert. M.E.E., M.I.Mech. E., (Visitor) The reasons for the choice of vertical shafts in preference to inclined shafts of comparable capacity are set out, and the conclusion that the former are superior in virtually all circumstances is substantiated. The shapes of vertical shafts sunk during the past sixty years are recorded, and the shapes of those sunk during the past decade are analysed. From this analysis it is clear that circular and elliptical (and quasi-elliptical) shafts are the shafts of the future and that the rectangular shape will conceivably become obsolete. The determination of the size of shaft is discussed and it is forecast that shafts of a diameter of 13 metres and over will probably be sunk without difficulty in the years to come. The depth of the shaft is determined intrinsically by the Mines and Works Regulations applicable to factors pf safety of winding ropes and the design of the winding system. The Blair winder is the most suitable winder for hoisting rock, men, and material from a depth of, say, 3000 metres on an economic basis. Tertiary shafts will, therefore, be unnecessary in future deep-level mining projects at the limit of depth now envisaged. A few other factors relating to shaft design are described.

By C. Erichsen

ABSTRACT: The Berg Bock Freeway Tunnel represents the southernmost link of the "Thuringian tunnel chain" of the new freeway A71 located in the eastern part of Germany. It comprises two tubes each 2700 m in length. From north to south, it passes through the Suhl granite, the base sediments and the porphyrite of the New Red as well as the layers of the Middle Bunter. The two tunnel tubes were driven by the shotcrete method within appr. 10 months. With four tunnel faces, maximum performances totalling appr. 30 m/d were attained. Additional, supplementary demands on the safety conception, resulting from the findings from and the analysis of fire accidents in tunnels in recent years, had to be fulfilled in the execution planning at short notice. The inner lining is largely constructed using non-reinforced concrete. Reinforcement is only installed in the portal zones, in tunnel sections in less stable rock and in areas with a special cross-section as for instance cross connections and niches. ZUSAMMENFASSUNG: Der Autobahntunnel Berg Bock stellt das südlichste Glied der "Thüringer Tunnelkette" auf der Autobahn A71 dar, die im Osten von Deutschland liegt. Er besteht aus zwei Röhren von je 2700 m Länge. Vom Norden nach Süden durchörtert er den Suhler Granit, die Basissedimente und den Porphyrit des Rotliegenden, sowie die Schichten des Mittleren Buntsandsteins. Die beiden Tunnelröhren wurden in Spritzbetonbauweise in einer Bauzeit von etwa zehn Monaten aufgefahren. An vier Vortriebsorten wurden Spitzenleistungen von insgesamt etwa 30 m/d erzielt. Ergänzende Anforderungen an das Sicherheitskonzept, die sich auf der Grundlage der Auswertung der in den letzten Jahren aufgetretenen Brandunfälle in Tunneln ergeben haben, wurden im Rahmen der Ausführungsplanung kurzfristig berücksichtigt. Die Tunnelinnenschale wurde weitgehend aus nicht bewehrtem Beton hergestellt. Nur in den Portalzonen, in Tunnelabschnitten mit weniger standsicherem Fels und in Bereichen mit speziellen Querschnitten, wie beispielsweise im Bereich von Querstollen und Nischen, wurde bewehrter Beton ausgeführt. RÉSUMÉ: Le tunnel d'autoroute de Berg Bock représente le plus méridional maillon de la "chaîne thuringienne de tunnels" sur l'autoroute A71 dans l'est de l'Allemagne. Il se compose de deux tubes d'une longueur de 2700 m chacun. Du nord vers le sud, il traverse le granit de Suhl, les sédiments de base et le porphyrite du Rotliegendes, aussi que les strates du grès bigarré intermédiaire. Les deux tubes étaient creusés en méthode de construction de béton projeté dans une période de construction d'environ dix mois. À quatre fronts de taille rendements maximaux collectifs d'environ 30 m par jour étaient obtenus. On a eu égard à court terme dans la conception d'exécution à des demandes supplémentaires vers la conception de sécurité, qui ont résulté sur la base de l'interprétation des accidents d'incendie dans des tunnels dans les années dernières. La paroi intérieure était construite largement de béton non armé.

Jan 1, 2003

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

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

Jan 1, 2003

By A. McGarr

The shear stress t that can be sustained by the rock mass in the environs of a mining-induced earthquake controls the near-fault peak ground velocity v of that event according to v=0.25(ß/G)t, where ß is the shear wave speed and G is the modulus of rigidity. To estimate t at mining depths, I review the results of four studies involving Witwatersrand tremors that relate to the bulk shear strength. The first and most general analysis uses the common assumptions that the seismogenic crust is pervasively faulted, has hydrostatic pore pressure before mining, and an extensional stress state that is close to failure. Mining operations reduce the pore pressure to zero within the mine and redistribute the stresses such that, in localized regions, the state of stress is again at the point of failure. Laboratory friction experiments can be used to estimate t in the zero-pore-pressure regime. Second, model calculations of states of stress in the vicinity of mining at about 3 km depth indicated the shear stress available to cause faulting near the centre of a distribution of induced earthquakes. Third, laboratory experiments combined with microscopic analyses of fault gouge from the rupture zone of a mining-induced event provided an estimate of the average shear stress acting on the fault to cause this earthquake at a depth of 2 km. Fourth, moment tensors determined for mining-induced earthquakes usually show substantial implosive components, from which it is straightforward to estimate t. These four different analyses yield estimates of t that fall in the range 30to 61 MPa which implies that near-fault particle velocities could be as high as about 1.5 m/s. To the extent that the causative fault ruptures previously intact rock, both t and v, in localized regions, could be several times higher than 61 MPa and 1.5 m/s.

Jan 1, 2002

By J. Whitford

The established crown pillar extraction method at Gold Fields Australia Ltd.’s Crusader Mine, leads to the significant dilution and poor recovery of ore due to caving of the overlying loose rockfill. The application of selectively injecting specifically developed ‘FB200’ ettringite (calcium sulphoaluminate hydrate) type cement grout into loose rockfill to form a stabilised rockfill material, enables an artificial crown pillar to stabilise the surrounding rock mass and prevent caving of the overlying loose rockfill during crown pillar extraction. Investigation of the geomechanical criteria for crown pillar extraction beneath stabilised rockfill has enabled the safe and efficient extraction of two crown pillars at the Crusader Mine. La méthode actuelle d'extraction des piliers horizontaux à la mine Crusader dont la propriétaire est le Goldfields Australia Ltd amène à une dilution sensible du minerai, à cause de l'effondrement du remblai peu compacté qui se trouve au-dessus. Par moyen d'injection sélective du coulis de ciment FB200 ettringite (sulfoaluminate de calcium hydraté) qui a été développé spécifiquement pour cette application, un pilier artificiel est crée et celui-ci empêche l'effondrement du remblai pendant l'extraction du pilier de minerai au-dessous. A la suite des études géotechniques de la méthode, deux piliers horizontaux à la mine Crusader ont été extraites, de manière efficace et sûr. Die feststehende Krone Pfeiler Extraktionsmethode beim Crusader Mine von Gold Fields Australien GmbH, führt wegen caving des overlying lockerer rockfill zur bedeutungsvollen Verdünnung und schlechtem Wiederfinden des Erzes. Der Antrag, ausdrücklich entwickelten 'FB200' ettringite selektiv zu spritzen, (Kalzium-sulphoaluminate-Hydrat) Art kittet Mörtelschlamm in lockeren rockfill, um ein stabilisiertes rockfill-Material zu bilden, ermöglicht einem künstlichen Kronenpfeiler, die umliegende Steinmasse zu stabilisieren und caving des overlying während des Kronenpfeilerherausziehens lockeren rockfill zu verhindern. Untersuchung der geomechanical-Kriterien für Kronenpfeilerherausziehen unter stabilisiertem rockfill hat dem sicheren und tüchtigen Herausziehen von zwei Kronenpfeilern beim Crusader Mine ermöglicht.

Jan 1, 2003

The optimum cut-off grade policy maximizes the net present value (NPV) of an open pit mining operation subject to the mining, processing, and refining capacity constraints. The traditional approaches to cut-off grade determination ignore the escalation of the economic parameters such as metal price and operating costs during life of an operation, and consequently lead to unrealistically higher values of the objective function. Further, the NPV of a mining operation declines due to the depletion of the available reserves, causing a decline in the optimum cut-off grade, i.e. higher cut-off grades in the early years of an operation and lower cut-off grades during the later years. Hence, low grade material mined in the earlier years may be stockpiled for processing during later years to offset the effect of escalating economic parameters on NPV. This paper demonstrates the combined impact of introducing economic parameters, escalation and stockpiling options into the cut-off grade optimization model. The model promises an enhancement in NPV as illustrated in a case study incorporating practical aspects of an open pit mining operation.

Jan 1, 2011

COUNCIL AND STANDING COMMITTEES, 1974-1975 Office Bearers : Prof. R. P. Plewman (President), Dr R. E. Robinson and Dr M. D. G. Salamon (Vice Presidents), J. K. E. Douglas (Honorary Treasurer), and P. W. J. van Rensburg (Immediate Past President). Elected Members of Council: Dr M. G. Atmore, E. Collier, G. H. Grange, Dr P. R. Jochens, Dr D. I. Legge, D. G. Malan, C. T. Shaw, L. W. P. van den Bosch, D. A. Viljoen, H. M. Wells, P. A. von Wielligh. Branch Chairmen: B. T. Hosking (Witbank-Middelburg Branch), D. A. Smith (Orange Free State Branch). Past Presidents Serving on Council: R. J. Adamson, M. Barcza (until May 1975), H. Britten, H. E. Cross, Prof. J. de V. Lambrechts (until December 1974), R. C. J. Goode, Prof. D. D. Howat, Dr J. P. Hugo, D. M. Jamieson, D. G. Maxwell, Dr J. T. McIntyre, V. C. Robinson. Ten Council meetings were held during the year, with an average attendance of 19, and the standing and sub-committees held 74 meetings. COMMITTEE CHAIRMEN Membership, Dr M. D. G. Salamon; Technical Programme-Metallurgy, D. A. Viljoen; Technical Programme-Mining, G. H. Grange ; Vacation School-Metallurgy, Dr P. R. Jochens; Vacation School-Mining, Dr M. D. G. Salamon; Awards, Prof. R. P. Plewman; Excursions, Dr D. I. Legge; Constitution, Rules and Policy, P. W. J. van Rensburg and Prof. R. P. Plewman; Mines and Works, P. A. von Wielligh; Education, P. W. J. van Rensburg. REPRESENTATIVES ON OTHER BODIES Associated Scientific and Technical Societies Members: V. C. Robinson and Prof. R. P. Plewman. Alternates : Dr R. E. Robinson and Dr M. D. G. Salamon. Federation of Societies of Professional Engineers Members : J. K. E. Douglas and P. W. J. van Rensburg. Alternates : Prof. R. P. Plewman and G. H. Grange. South African Council for Professional Engineers Member : R. C. J. Goode. Alternate : G. H. Grange. Engineers' Liaison Committee (Pretoria) Member: Dr J. P. Hugo. Alternate: P. W. J. van Rensburg. MEMBERSHIP Thirteen Fellows, seventeen Members, eleven Graduates, three Associate Members, eighteen Associ¬ates, twenty-six Students, and one Company Affiliate were elected during the year. Nine Fellows, four Members, and three Associates were admitted to retired membership. Eight Fellows were elected to Honorary Life Membership. Three Members and one Graduate were transferred to Fellows, nine Graduates and two Students to Members, six Students to Graduates, one Student to Associate, and one Associate to Associate Member. Six Fellows, ten Members, three Associates, and one Student resigned. A statement of membership as at June 30th 1975 and the end of the previous year is shown in the following tabulation: 30th - 30th June, - June, 1974 - 1975 Honorary Life Fellows - 9 - 15 Honorary Fellows 8 - 8 Life Fellows 170 - 170 Fellows 544 - 536 Members 512 - 523 Associate Members 10 -15 Graduates 130 - 133 Associates 194 - 210 Students 173 -175 Company Affiliates 70 - 71 1 820 - 1 851 [ ] OBITUARIES Your Council records with deep regret the death during the year of the following members: M. Barcza, Honorary Life Fellow and Past President of the Institute; J. A. Boyd, F. E. Keep and J. H. Taylor, Life Fellows; I. D. B. Corner, C. O'G. Deane, R. E. Gilmour, A. C. Hofmeyr, M. W. Howell, T. J. Robin and F. C. Steinhobel, Fellows; J. J. Frankel, Member; T. J. Higgs, Associate. FINANCE The annual accounts, which follow this report, indicate that income again exceeded expenditure by a margin of R21 410 (last year R28 524). This year's income of R71 184 showed a further increase compared with last year's figure of R55 025. Costs, however, also in¬creased, and it is calculated that, excluding non-recurrent costs, the cost of running the Institute in¬creased by R6 654 from R25 501 to R33 155 for the current year. The main increases were involved in secretarial fees, stationery and print¬ing, and in publication of the Journal. All indications are that costs will continue to rise, and we have been advised that the A.S. & T.S. will be increasing their secretarial fees by 25 per cent in the year ahead to meet their rising costs. This year's surplus was derived entirely from the revenue from sales of publications (R13 644) and a surplus from the 1974 Winter School (RIO 654). There can be no certainty that revenue from these sources can be repeated each year. Our funds are in a satisfactory position because of these worth¬while activities, but the administrat¬ion of the Institute should not de¬pend on them. Council will accord¬ingly have to give consideration in the year ahead to an upward adjust¬ment of subscriptions to meet rising costs.

Jan 10, 1975

By M. Hopf, E. Rossouw

Keywords: Pyrometallurgy, furnace, copper coolers, freeze lining, monitoring, Saveway The use of water-cooled copper components as sidewall elements of submerged arc furnaces and other pyrometallurgical applications has become increasingly common. The high cooling efficiency of copper has made it possible to increase the service life of furnace refractories when compared to conventional refractory linings. However even the self-healing effect of ?freezing? worn areas of the lining does not necessarily protect the copper coolers against wear or corrosion completely. In order to avoid furnace explosions, various methods have been used to monitor the wear of coolers. Unfortunately, these have not been able to consistently identify localized wear. Thos Begbie (South African) and SAVEWAY (German) jointly developed technology to embed a line sensor into the copper cooler during the casting process. This system allows an exhaustive monitoring of the copper cooler. A SAVELINE sensor is placed inside the copper-cooling panel between the water-cooling passage and the hot face of the panel. The sensor follows the meandering shape of the cooling water channels. In the first instance, the sensor provides analogue information as the thickness of the copper reduces. Secondly, this wear signal will be confirmed by a signal of interruption if the sensor is washed away. Because of the structure of the sensor, a self-diagnosis is possible and indications can be confirmed (double proofed). Subsequent to the manufacture of some test pieces, coolers for a large submerged arc furnace were manufactured. The sensorized coolers have been installed at the intermittent surface (slag line) where the largest amount of corrosion has been encountered. The system has been operating since December 2005 in what is considered one of the largest submerged arc furnaces in South Africa.

Jan 1, 2006

By V. Quezada, Á. Astudillo, L. Valásquez, M. Garcia

Seawater has become a viable alternative for different uses in copper hydrometallurgy. In this paper we review the main physical and chemical characteristics of seawater and how these influence copper production. Reliable data on the use of continental water are reported, and the current use and consumption of seawater in the Chilean mining industry is analysed, indicating the main areas of use and the main problems encountered. Additionally, the influence of the elements in seawaterthat have the most influence on the extractive metallurgy of copper are considered. The Chilean copper mining industry currently consumes approximately 4.1 m3/s of seawater, which corresponds to 25% of the total water used. The use of seawater for the leaching of copper sulphide minerals, such as chalcopyrite, is beneficial because it provides 20 g/L of chloride, thereby improving copper dissolution kinetics.

Jul 5, 2023

The 108th Annual General Meeting of The South African Institute of Mining and Metallurgy was held at The Country Club, Johannesburg, Napier Road, Auckland Park on Thursday, 11 August, 2005. Welcome The President extended a special welcome to the guests and representatives of our sister institutes and other associations, also to recipients of awards, senior members of industry, Honorary Life Fellows, past-presidents, our members and other guests, among them the following: Dr Con Fauconnier, President, Chamber of Mines of South Africa Prof. Jay Barton, President, The Geological Society of South Africa V. Townshend, President, Institute of Certificated Mechanical and Electric Engineering, South Africa M. Livingstone-Blevins, President, Institute of Certificated Mechanical and Electrical Engineers, South Africa Prof. B. Lacquet, President, South African Institute of Electrical Engineers Dr F. Malan, President, South African National Institute of Rock Engineering

Jan 1, 2005

By C. J. Pretorius

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

Jan 1, 2012