Search Documents

By P. J. Bhonde, R. D. Angal, R. H. Tupkary

Manganese imparts numerous beneficial mechanical properties. Hence it finds extensive application in iron, steel and non-ferrous sector. Prevalently, it is incorporated in the form of master alloys i.e. 'ferromanganese'. In India, ferromanganese is mainly the inexpensive and paramount source of availability of manganese. Various conventional and non-conventional techniques of ferromanganese production have been adopted in past and present. However, these techniques have demerits viz. high refractory, energy consumption, losses of valuables in slag and fumes. Also geographical co-ordinates of the plant restricted the manufacturer to prefer an appropriate process. Accordingly, the industrially implemented methods had reliance on availability of infrastructure, energy, mineral resources, grade of raw material, outlay of labor, environmental compatibility of technique etc. In view of the liberalized economy and the gap scenario in the supply and demand of ferromanganese, the authors felt it indispensable to explicitly bridge up this vacuum by initially designing a simple energy conserving, eco-friendly, low capital investment technique for decarburization of ferromanganese. Measurement of the data involved studying the impact of rate governing parameters on the process kinetics. This laboratory scale investigation is expected to escalate the Mn/C quotient of high carbon ferromanganese. Key Words: ferromanganese, carbon, carbide, decarburization, rate, kinetic

Jan 1, 2007

By M. Hakala, P. Tolppanen

A method to predict stress-induced failures around excavations based on the mapped geological and rock mechanical information is studied. Totally of 7 km of newly excavated tunnels are mapped in the Inmet’s Pyhäsalmi mine in Finland at depth between 1000 - 1440 m from which the results and conclusions from the firstly mapped 1.7 km of tunnels are reported. The main rock type at the site is very hard volcanite having uniaxial compressive strength of 230 MPa in median and GSI-value 72 - 80. The maximum in situ stress around the tunnels is 65 - 85 MPa. The prediction of observed stress failures was preceded by comparing elastic 3-D simulation results of tunnels with three statistical yield criteria. Read’s or Hoek & Brown’s yielding criteria are found the most relevant, though, the effect of anisotropy was found to be significant. The most important parameters having a correlation with stress failures are the tunnel orientation and the foliation of rock. Also, the rock type and its strength, tunnel shape and the geological anomalies have their effects. Further, a delay time on mapping was found to clearly diminishing of the most violent failures. Une méthode de prédiction des contraintes à la rupture autour d'excavation, établie sur la base de cartographie géologique et d'information sur la mécanique des roches, à été étudiée. Au total, 7 km d'un tunnel nouvellement percé à une profondeur de 1000 à 1400 m ont été cartographiés dans la mine de Inmet’s Pyhäsalmi en Finlande. La roche principale du site est une vulcanite dur ayant une résistance à la compression uniaxiale de 230 MPa (valeur moyenne) et une valeur GSI de 72 - 80. La contrainte in situ maximale autour du tunnel se situe entre 65 et 85 MPa. La prédiction des contraintes à la rupture observées a été évaluée en comparant les résultats d'une simulation 3D d'un tunnel avec trois critères de limite d'élasticité statistiques. Le critère de limite d'élasticité de Read ou de Hoek & Brown’s se trouvent être les plus important, même si les effets de l'anisotropie sont significatifs. Les paramètres les plus importants ayant une corrélation avec la rupture sont l'orientation du tunnel et la foliation de la roche. De plus, le type de roche et sa résistance à la compression, la forme du tunnel et les anomalies géologiques ont aussi leur importance. Finalement, un délai dans la cartographie résulte en une diminution nette des ruptures violentes. Basierend auf kartierten geologischen und felsmechanischen Informationen, wird eine Methode untersucht, um spannngsbedingtes Versagen um Ausbrüche herum vorherzusagen. Insgesamt werden 7 km neu ausgebrochenen Tunnels in einer Tiefe zwischen 1000 und 1400 m in der Inmet Pyhäsalmin Mine in Finnland kartiert. Das hauptsächlich vorkommende Gestein ist sehr hart und vulkanischen Ursprungs mit einer mittleren einachsialen Druckfestigkeit von 230 MPa (Medianwert) und einem GSI-Wert von 72-80. Die maximale In-situ-Spannung im Tunnel beträgt 65-85 MPa. Die Vorhersage von beobachteten Spannungsversagen werden weitergeführt indem man elastische 3-D-Simulationsergebnisse von Tunneln mit drei statistischen Fliesskriterien vergleicht. Read's oder Hoek's Fliesskriteria werden dabei als die relevantesten Kriterien angesehen, obwohl auch der Effekt der Anisotropie als wesentlich erachtet wird. Die wichtigsten Parameter für eine Korrelation von Spannungsversagen sind die Orientierung des Tunnels und die Schieferung der Gesteinsschichten. Desweiteren haben Gesteinsart, Tunnelprofil und geologische Anomalien ihren Einfluss. Ausserdem zeigt sich, dass eine Verzögerung bei der Kartierung die ausgeprägtesten Versagen deutlich verringern.

Jan 1, 2003

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

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

Jan 1, 2003

By B. Simser

At Brunswick Mine, an increase in the number of seismically-related falls of ground and in particular rockbursts occurred during 1999. This was due to the ever-increasing stress levels in the remaining ore reserves, mining in difficult highly stressed areas and in particular troublesome geological features. In conjunction with the Noranda Technology Centre, development of rockburst support systems started at the Brunswick Mine in 1996 and efforts were accelerated in 1999. A support package consisting of #6 gauge chain link mesh, #0 gauge heavy mesh straps, and a 1 m by 1 m pattern of modified conebolts was developed. The conebolts were modified to enable mixing of the resin anchoring. Two major rockbursts occurred during an intense seismic episode at the Brunswick Mine from October 13th to 17th , 2000.The area was evacuated approximately four hours before the first burst hit, and remained closed during the seismic ?flurry??. The first damaging activity occurred around midnight on Friday the 13th, and a second damaging episode occurred on the 17th that included a local Richter Magnitude 2.7 event. The second rockburst had dimensions of approximately 5 m by 5 m by 20 m or 2150 tonnes of massive sulphide material (density 4300 kg/m3). The first failure area was more extensive, caving approximately six metres of an intersection back with the lateral extent not safely measurable. This paper briefly describes the mining conditions that led to the bursting, the seismic response of the region, the mechanisms thought to have caused the bursts, and a yielding support system which had been partially installed before the burst.

Jan 1, 2002

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

Abstract : The computation of reliability index or failure probability of slopes can be transformed into an optimisation problem. In high rock slope engineering, it is usually a multimodal optimization problem. The traditional optimization techniques are difficulty to find out the global optimal solution because of their easily falling into local optimal value. Recently, a new kind of bionic algorithm - ant colony algorithm (ACA) - has been used to solve this problem. In this paper, the structure of ant colony algorithm and the transfer probability of ants are modified to evaluate the failure probability of complicated slopes. A new adaptive ant colony algorithm (AACA) is proposed to determine critical slip surface and its corresponding failure probability of complicated slopes. A case study is given to verify the proposed approach. The results show that the presented method has obvious advantages compared with traditional methods. ZUSAMMENFASSUNG: Die Rechnung des Zuverlaessigkeitindexes oder der Zerstoerungswahrscheinlichkeit kann sich in einer Optimierungsfrage umwandeln, im Bauprojekt an hoehe Gebirgehang, handelt es sich meistens um eine Optimierungsfrage ueber Multi- Spitzenwert. Mit der traditionelle Optimierungsmethode ist es schwer eine umfassende Loesung fuer die Optimierung zu finden wegen des leichte Verfallens in Beschraenkung der Teiloptimierungsloesung. Mit dem neue Bionik- Algorithmus —— Ameisen - Kolonie- Algorithmus wird dieses Problem geloest. In diesem Text hat man eine Strukturverbesserungsloesung fuer das Ameisen- Kolonie -system und die Wahrscheinlichkeit der Ameisenkolonie erwaehnt, und damit wird man die Zerstoerungswahrscheinlichkeit des komplizierte Hangs feststellen. Mit dem neuen Ameisen- Kolonie- Algorithmus kann man die gefaehrlichste Gleitflaeche und die entsprechende Zerstoerungswahrscheinlichkeit herausfinden. Die in diesem Text beschriebene Methode wurde durch Praxis geprueft. Durch die Pruefergebnisse wurde es gezeigt und bestaetigt, dass der neue Bionik- Algorithmus vorteilhafter als der traditionelle Algorithmus ist. Résumé : Le calcul de l’indice la fiabilité ou de la probabilité de ruptures peut être transformé en un problème de l’optimisation. Pour le cas du génie des pentes de haut rocher , le problème se pose en général en l’optimisation de multi-crêtes. Les techniques traditionnelles conduisent facilement à la solution optimal partielle au lieu de celle globale. Récemment un nouveau type de bionique algorithmique a été appliqué pour la solution de ce genre de problèmes, c’est l’Algorithme Colonie de Fourmis. Dans l’article il est proposé de modifier la structure du système de la colonie de fourmis et la probabilité de transfert des fourmis en vue d’évaluer la probabilité de ruptures des pentes de haut rocher complexes, par ailleurs un nouveau algorithme adapté de colonie de fourmis est formulé pour déterminer la surface glissante critique et la probabilité de ruptures correspondante. Les techniques proposées dans l’article sont vérifiées à travers des expérimentations dont les résultats ont prouvé que les techniques présentées dans l’article sont évidemment meilleures que celles traditionnelles.

Jan 1, 2003

By M. Castelli, C. Scavia, S. Marello, A. Allodi

ABSTRACT – This paper investigates the possibility of interpreting the shear band evolution in hard soils and soft rocks as the result of shear propagation from pre-existing natural defects. Thesis done through the application of the principles of Fracture Mechanics, a Slip-Weakening Model(SWM) being used to simulate the non-linear zone at the tips of the discontinuity. Experimental observations have been carried out on prismatic samples of Beaucaire marl through biaxial compression tests in plane strain conditions. A numerical simulation confirms the validity of the proposed approach. RÉSUMÉ – Cet article présente la possibilité d’interpréter l’évolution des bandes de cisaillement dans les roches tendres et les sols raides comme le résultat de la propagation pour cisaillement à partir d’un défaut préexistant. Le Slip-Weakening Model (SWM) a été employé pour modéliser la zone non linéaire a l’extrémité d’une discontinuité. Nous présentons des observations expérimentaux obtenues à travers des essais de compression en déformation plane sur des échantillons prismatiques de marne. La simulation numérique d’un essai confirme la validité de la méthode proposée. KURZFASSUNG – Die vorliegende Arbeit versucht die Ausbreitung von Scherzonen in(bindigen) Böden und im Lockergestein anhand der Entwicklung von Scherrissen ausgehend vonexistierenden Schwachstellen zu erklären. Die Umsetzung erfolgte mit Hilfe der Bruchmechanik,für die Modellierung der nichtlinearen Zone an den Rissenden wurde ein Slip-Weakening-Modell(SWM) eingesetzt. Es wurden zweiaxiale Druckversuche an prismatischen Probekörpern vonBeaucaire Mergel unter der Bedingung eines ebenen Verzerrungszustandes durchgeführt. Dienumerische Untersuchungen bestätigten die Annahmen der untersuchten Theorie.

Jan 1, 2003

By J. F. Shao, G. Duveau, W. Z. Chen, O. Ozanam

In this paper, we present a sensitivity study for the numerical modelling of hydromechanical coupling around a shaft in partially saturated claystone. Two representative constitutive models have been used: an elastoplastic damage model (IDEPLML) and an elastic perfect plastic model based on the Hoek and Brown failure criterion (H&B). A series of comparative studies have been performed with respect to main parameters involved in coupling process (mechanical, hydraulic and hydric properties). The emphasis is put on the evaluation of induced plastic, damaged and failed zone due to excavation and drying process. Dans ce papier, nous présentons une étude numérique paramétrique du comportement hydromécanique couplé d’une argilite partiellement saturé, lors du creusement et de la maintenance d’un puit L’étude paramétrique porte à la fois sur le type de modèle et sur les principaux paramètres (mécaniques hydrauliques et hydriques) intervenant dans le couplage. L’accent est principalement porté sur l’évaluation des zones plastifiées autour de l’ouvrage lors de la désaturation. In unserem Beitrag geht es um eine digitale parametrische Untersuchung über das hydromechanische Verhalten eines teilweise durchtränkten Tons beim Abteufen und dem Betrieb von Schächten. Die parametrische Analyse konzentriert sich auf den Modelltypus und auf die wesentlichen bei der Verbindung wirksamen Parameter, d.h. die mechanischen, hydraulischen und hydrologischen. Der Schwerpunkt liegt auf der Bewährung der plastifizierten Bereiche des Bauwerkes während der Austrocknung.

Jan 1, 2003

By C. -J. Rick

By implementing a converter downstream of the reduction furnace it is possible to broaden the product range significantly. The converter can also successfully be used to strip furnace slag from chromium oxide. Some process alternatives and their economical, practical and environmental implications are studied using process models developed based on UHT?s long experience in stainless steelmaking, stainless steel process control and charge chrome refining. Keywords Charge chrome, converter refining, ferrochromium products, process design.

Jan 1, 2010

By N. Barton, E. Quadros

This paper addresses the prediction of groutable joint apertures, grout penetration limitations, and possible grout take volumes per cubic metre of rock, as a result of 5 to 10 MPa pre-injection pressures ahead of tunnels. Joints are obviously opened more than in the preceding Lugeon tests, and many rock mass properties can apparently be improved if stable micro-cement based materials are used. Cet article concerne la prédiction des ouvertures des fractures injectables, les limites de pénétration du coulis et les volumes injectés par mètre cube, d’après les résultats des injections à l’avant tête des tunnels sous pressions de 5 à 10 MPa. Evidemment les joints s’ouvrent plus que dans les essais Lugeon précédents. Maintes propriétés du massif peuvent apparemment être améliorés si l’on emploi des coulis a base de micro-ciment stable. Die Publikation widmet sich der Prognose injizierbarer Kluftöffnungen, Grenzwerte für Injektionsreichweiten und erreichbarer Injektionsvolumen pro Kubikmeter injizierter Fels, durch die Anwendung von 5 bis 10 MPa Vorinjektionsdrücken vor der Tunnelfront.Die Klüfte werden offensichtlich weiter geöffnet als in den vorhergegangenen Lugeon Versuchen und mehrere Felsparameter können durch die Verwendung von stabilisierten Micro-Zement basierten Injektionsmaterialien verbessert werden.

Jan 1, 2003

By G. Iabichino, M. Cravero, F. Nacci, L. Rinaldi, L. Vigliero

ABSTRACT: The proposed paper is aimed at analysing the failure of a steep cliff slope that, in the past, was exploited for open pit mining operations. A volume of over 400,000m3 of gneissic aplitic rock was involved in the slope failure. An evaluation of possible failure mechanisms is given, based on a structural description of the rock mass, a mechanical characterisation and on computation methods. The block theory and limit equilibrium techniques for sliding and block toppling were applied and a comparison is given with the result obtained by using DEM models. RESUME: Le document proposé vise l’analyse des mécanismes de rupture d’une falaise qui a été intéressée dans le passé par une mine à ciel ouvert. Un volume supérieur à 400.000 m3 de aplite-gneiss a été concerné par la rupture de la falaise. Le document fournit une évaluation des possibles mécanismes de rupture, basée sur une description structurale de l’amas rocheu, une caractérisation mécanique et des méthodes de calcul numérique. L’analyse a été développée à l’aide de la théorie des blocs et de la technique de l’équilibre limite, soit pour le glissement que pour le basculement des blocs, et une comparaison avec le résultat obtenu par application des modèles DEM a été effectuée. ZUSAMMENFASSUNG: Die vorgeschlagene Arbeit zielt darauf ab, den Einsturz einer steilen Felswand zu analysieren, an der in der Vergangenheit eine Mine im Übertageabbau betrieben wurde. Der Einsturz betraf ein Volumen von über 400000 m3 an Gneis und Aplit. In der Arbeit ist eine Einschätzung des möglichen Mechanismus angegeben, der zum Bruch geführt hat, und sie basiert auf einer strukturellen Beschreibung der Felsmasse, einer mechanischen Charakterisierung sowie auf der Anwendung von Berechnungsmethoden. Angewandt wurden die Blocktheorie und die Methode der Gleichgewichtsgrenze für das Abrutschen und Kippen von Blöcken. Darüber hinaus wird ein Vergleich mit den Ergebnissen angestellt, die unter Verwendung von DEM-Modellen erzielt wurden.

Jan 1, 2003

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 C. Zangerl, K. F. Evans, S. Loew

ABSTRACT: Settlements above fractured crystalline rock masses are rarely observed and in the past, geotechnical engineers would not expect substantial subsidence to occur in association with a deep tunnelling project. However, recent high precision levelling measurements along the Gotthard pass road in central Switzerland, have revealed up to 12 cm of subsidence along sections that pass several hundred metres above the Gotthard highway tunnel. Large-scale consolidation resulting from tunnel drainage and pore pressure changes in the rock mass are believed to be the contributing mechanism. This paper presents results from an extensive numerical modelling study focussing on the processes responsible for this subsidence. Results derived from 2-D discontinuum (i.e. distinct-element) and continuum (i.e. finite-element) modelling show that both discrete fracture deformation (i.e. fracture closure and shear) and poro-elastic consolidation of the intact rock matrix equally contribute to the observed magnitudes and shape of the surface subsidence trough. RÉSUMÉ: Des tassements aux dessus de massifs cristallins sont rarement observés et par le passé les géotechniciens ne prévoyait pas de subsidence significative associée avec des projets de tunnel profond. Cependant, de récentes campagnes de nivellement haute précision le long de la route du Col du Gotthard (Suisse centrale), ont mis en évidence des subsidences atteignant 12 cm sur des sections passant plusieurs centaines de mètres au-dessus du tunnel routier du Gotthard. Le mécanisme invoqué pour expliquer ce phénomène est la consolidation à grande échelle due au drainage du tunnel et aux variations de pression de pore dans le massif rocheux. Cet article présente les résultats d’une modélisation numérique intensive mettant l’accent sur les processus responsables pour la subsidence. Ces résultats obtenus grâce à des modèles 2-D discontinus (p. ex. éléments distincts) et continus (p. ex. éléments finis) montrent que la déformation sur des fractures discrètes (fermeture de fractures, cisaillement) ainsi que la consolidation poro-élastique de la roche intacte contribuent également aux magnitudes et aux géométries de subsidence observée en surface. ZUSAMMENFASSUNG: Beachtliche Oberflächensenkungen in einem kristallinen Gebirge, deren Ursache im Vortrieb eines mehrere hundert Meter tiefgelegenen Tunnels liegt, wurden bisher nicht erwartet und beobachtet. Dennoch wurden nach dem Bau des Gotthardstrassentunnels, entlang der Gotthardpassstrasse Oberflächensenkungen mit einem Maximalbetrag von 12 cm bei der Auswertung von Präzisions-Nivellements entdeckt. Dieser Maximalbetrag wurde in einem granitischen Gneis gemessen. Die örtliche Übereinstimmung zwischen dem maximalem Senkungsbetrag und dem maximalem Wasserzufluss zum Tunnel, und die zeitliche Abfolge von Tunnelbau und auftretenden Oberflächensenkungen lassen hydromechanisch gekoppelte Prozesse als Ursache dieser Gebirgsverformungen vermuten. In dieser Arbeit werden die Ergebnisse ausgedehnter prozessorientierter numerischer Simulationen präsentiert. Resultate aus den 2-D Diskontinuum (d.h. distinct-element) und Kontinuum (d.h. finite element) Simulationen zeigen, dass beide Verformungsmechanismen, d.h. an diskreten Brüchen und der intakten Gesteinsmatrix, gleichbedeutend für die beobachteten Senkungsbeträge und der Form des Setzungstroges verantwortlich sind.

Jan 1, 2003

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

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

Jan 1, 2004

By 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

By J. M. Ortiz

Grade control and short-term planning are usually based on the samples obtained from blastholes. These samples may carry a large sampling and sample preparation error. At El Tesoro copper mine in northern Chile, an advance drilling grid is used for short-term planning and grade control. These drill holes are sampled well in advance, and a short-term model that incorporates several variables and sophisticated estimation methods can be prepared for decisionmaking. An additional advantage of the advance drilling samples is that reverse circulation can be used instead of conventional down-the-hole equipment, and a very careful sampling and sample preparation process can be implemented, reducing the total sampling error. Advance drilling can be performed on a wider grid than blasthole drilling, hence the decision about the grid requires assessing the economic benefit of different sampling grids. Furthermore, this process allows the cost of poor sampling and the effect of different estimation procedures to be quantified. We demonstrate the optimization of the drilling grid for short-term planning and grade control at El Tesoro mine by means of the economic evaluation of the performance of different drilling grids, with different drilling techniques (which differ in the sampling error). The methodology is based on creating dense (exhaustive) geostatistical simulations of the grade distribution over a volume defined for a production period in respect of the geological model, and assuming each simulation as the true grade distribution. Then, samples are obtained from the exhaustive simulations at a spacing similar to the advance grid to be evaluated, and a sampling error is added. The short-term estimation procedures used on the mine are applied to determine the destination of each block and the profit obtained. This profit can be compared with the maximum profit (unachievable) and with the profit under different sampling errors and grids. The results show that the current 8 x 8 m drilling grid is appropriate and by reducing the sampling error, misclassification is also reduced, leading to an increase in profit of about US$ 5 million in 4 years.

Jan 1, 2012

By M. J. A. Leal-Gomes

There is a set of settled ideas in the field of the mechanics of rock mass joints, that need a deep revision, after the last experimental works of several authors. In this paper, this theme is approached under several viewpoints, like the following ones: the essential influence of the mating or mismatching of rock joints on their strength (different strength models are applicable to these two situations, one leading preferably to normal scale effects, and the other to inverse scale effects); Patton's model is a bad formulation of the joint strength, whenever there is a dilation effect in the slidings (actually, the essential consideration of the amplitude of the roughess isn't made by any limit equilibrium model, like Patton's model); the joint strength increases as the width perpendicular to the sliding direction is reduced (previous works of other authors suggested the independence of the strength on that width); the reduction of the anisotropy of the roughness, as the sample symmetry and sample dimensions increase; there is no scale effect in the discontinuity mechanics, if there is no roughness heterogeneity; when only the same roughness and undulation orders are involved in the tests, shorter samples have larger peak displacements and lower shear stiffnesses than larger samples (usually, the contrary is admitted). For all these reasons, there isn't an easy correlation between the small scale tests and the natural large joint scale. Only "in situ" large scale tests have some representativeness. All the above mentioned questions are correlated to each other. Es gibt eine Menge eingewurzelter Ideen im Gebiet der Mechanik von Felsklüften, die, nach den letzten experimentellen Arbeiten von mehreren Verfassern, eine tiefe Überprüfung benötigen. In dieser Mitteilung, wird dieses Thema unter mehreren Blickpunkten angegangen, wie die folgenden: der wesentliche Einfluß des Zusammenpassens oder nicht Zusammenpassens von Gesteinsklüften auf ihre Festigkeit (verschiedene Festigkeitsmodelle sind auf diese zwei Situationen anwendbar, eins, das vorzugsweise zu normalen Maßstabseffekten führt, und das andere, das zu umgekehrten Maßstabseffekten führt); Pattons Modell ist eine schlechte Formulierung der Kluftfestigkeit, immer wenn es einen Dilatationseffekt in den Verschiebungen gibt (in Wahrheit, wird die wesentliche Berücksichtigung der Rauheitsamplitude von keinem Grenzgleichgewichtsmodell beachtet, wie Pattons Modell); die Kluftfestigkeit wächst wenn sich die Breite senkrecht zur Verschiebungsrichtung verringert (frühere Arbeiten anderer Verfasser suggerierten die Unabhängigkeit der Festigkeit von jener Breite); die Verringerung der Rauheitsanisotropìe, wenn die Probekörpersymmetrie und Probekörperabmessungen zunehmen; es gibt keinen Maßstabseffekt auf die Trennflächenmechanik, wenn es keine Rauhheitsheterogenität gibt; wenn nur die gleichen Rauheits- und Ondulationsgrößenordnungen in den Versuchen verwickelt sind, haben kürzere Probekörper größere Spitzenverschiebungen und geringere Schersteifigkeiten als größere Probekörper (gewöhnlich, wird das Gegenteil angenommen). Wegen aller dieser Gründe, gibt es keine einfache Korrelation zwischen den Versuchen im kleinen Maßstab und dem natürlichen großen Kluftmaßstab. Nur "in situ" Versuche im großen Maßstab sind einigermaßen repräsentativ. Alle die oben erwähnten Fragen hängen miteinander zusammen. Il y a un ensemble de des bien établies arrière-pensées idées dans le champ de la mécanique des discontinuités en massifs rocheux qui ont besoin d'une profonde revision, après les derniers travaux de divers auteurs. Dans cet article cette matière est abordée sous divers points de vue, comme les suivants: la signification essentiel de l'ajustement ou du désajustement des discontinuités dans leur résistance. Des différents modèles sont applicables à ces deux situations, une conduisant de préference à des effets d'échelle normaux et l'autre à des effets d'échelle inverses; le modèle de Patton est une mauvaise formulation de la résistance des joints quand il y a effet dilatant dans les glissement. En effet la contribuition essentielle de l'amplitude de la rugosité n'est pas consideré par aucun modèle d'équilibre limite comme le modèle de Patton; la résistance des joints croit au fur et à mesure que la largueur perpendiculaire à la direction de glissement est réduite. Des travaux antérieurs d'autres auteurs suggéraient que la résistance était indépendant de cette largueur; la réduction de l'anisotropie de rugosité au fur et à mesure que la symétrie et les

Jan 1, 2003

By M. Kwasniewski, M. Takahashi

Prismatic samples of a medium-grained sandstone from Slask Colliery (Upper Silesian Coal Basin, Poland) were tested under uniaxial compression, conventional triaxial compression and true triaxial compression conditions. The conventional triaxial compression tests were carried out at confining pressure (p) equal to 12.5, 25.0 and 37.5 MPa. In the true triaxial compression tests the minimum principal stress (s3) was equal to 25.0 MPa and the intermediate principal stress (s2) was 1.5, 2 and 2.5 times higher than s3. Results of the studies show that confining pressure strongly inhibited dilatant behavior of rock samples tested under conventional triaxial compression conditions; the increasing confinement resulted in the growing compaction of the rock material. The effect of dilatancy was also highly suppressed by the intermediate principal stress. While important dilatant, negative volumetric strain corresponded to the peak differential stress at low intermediate principal stress conditions, at high intermediate stresses the rock material was damaged to much lesser extent. As a result, faulting of rock samples in the post-peak region was much more violent and was accompanied by a strong acoustic effect. Les échantillons parallélépipédiques du grès à grains moyens de la mine ‘Slask’ (Bassin Houiller de Haute Silésie, Pologne) ont subi les essais de compression monoaxiale (compression simple), de compression triaxiale conventionnelle (compression triaxale de révolution) et de compression triaxiale vraie. Les essais de la compression triaxiale conventionnelle ont été effectués à la pression de confinement de 12,5, 25,0 et 37,5 MPa. Dans les essais de compression triaxiale vraie la contrainte principale minimale (s3) était de 25,0 MPa et la contrainte principale intermédiaire (s2) était 1,5, 2 et 2,5 fois supérieure de s3. Il résulte des essais que la pression de confinement inhibe fortement le processus de dilatance dans les échantillons testés dans les conditions de compression triaxiale conventionnelle; l’augmentation de la pression provoquait l’augmentation du compactage du matériau rocheux. Le phénomène de dilatance était également limité de façon significative par la contrainte principale intermédiaire. Alors que l’importante déformation volumique négative correspondait à la contrainte différentielle ultime avec les faibles contraintes principales intermédiaires, dans les conditions de fortes contraintes intermédiaires, le matériau rocheux subissait l'endommagement de façon beaucoup moins importante. En résultat, la rupture des échantillons rocheux au stade post-maximum était beaucoup plus violente et accompagnée d’un fort effet acoustique. Prismatische Probekörper des mittelkörnigen Sandsteines aus dem Bergwerk ‘Slask’ (das Oberschlesische Kohlengebiet, Polen) wurden unter der einaxialen Druckbeanspruchung, konventionellen dreiaxialen Druckbeanspruchung und der echten dreiaxialen Druckbeanspruchung geprüft. Konventionelle dreiaxiale Druckversuche wurden bei dem Manteldruck von 12,5 25,0 und 37,5 MPa durchgeführt. Bei den echten dreiaxialen Druckversuchen betrug die kleinste Hauptspannung (s3) 25,0 MPa und mittlere Hauptspannung (s2) war 1,5-, 2- und 2,5-mal höher als s3. Aus den durchgeführten Versuchen ergibt sich, dass der Manteldruck die Dilatanzentwicklung bei den Probekörpern unter der konventionellen dreiaxialen Druckbeanspruchung stark bremst; die Erhöhung des Druckes rief die ansteigende Kompaktion des Gesteinsmaterials hervor. Die Dilatanz wurde auch durch die mittlere Hauptspannung beschränkt. Während die wesentlichen volumetrischen, dilatanten Verformungen der Grenzdifferenzspannung bei den niedrigen mittleren Hauptspannungen entsprachen, bei den hohen mittleren Hauptspannungen wurde das Gesteinsmaterial viel weniger beschädigt. Im Ergebnis war der Scherbruch der Gesteinsproben im Post-Peak-Bereich viel heftiger und mit kräftigen akustischen Effekten verbunden.

Jan 1, 2003

By P. Kluge

Mining engineers frequently encounter complex design problems for which the critical components of the design are difficult to quantify or compare. Teams of people typically work on these designs and human perceptions and judgments play a strong role. To assist with this process, the analytical hierarchical process (AHP) as a decisionmaking tool is described in this paper. Although the technique is used in many other disciplines, it is currently not widely used in mining engineering in South Africa. To use the AHP process, the problem should be treated as a hierarchy that defines the goal, the alternatives to reach it, and the criteria for evaluation of these alternatives. Pair wise comparisons are conducted on the criteria of the hierarchy to establish priorities. The value of the technique is that it is simple to test for consistency amongst the pair wise comparisons to ensure that the answer obtained is better than that provided by a random selection. To illustrate the technique, the use of a backfill support system in a platinum mining project was investigated. Ten design parameters, which will be impacted by the use of backfill, were identified and weighted according to their relative importance. The result of the AHP evaluation was that the use of a backfill support system should be preferred to a conventional support system at the mine.

Jan 1, 2011

By I. A. Mwamba

Titanium aluminide of composition Ti-47.5 at.% Al was prepared by melting titanium and aluminium of commercial purity with additions of precious metals of 0, 0.2, 1, 1.5 and 2 at.% content. The microstructure, hardness and oxidation properties were assessed. It was found that at 47.5 at.% Al, the microstructure of plain TiAl alloys was duplex, consisting of duplex lamellar grains and ? grains. The lamellar grains consisted of alternating lamellae of ? (TiAl) and a2(Ti3Al), with overall aluminium content in the range of 43?47 at.%. The ? grains had a aluminium content above 50 at.%. The addition of precious metals to the TiAl alloy resulted in the formation of a new phase, with a high precious metal content, occurring mostly in the ?phase, without any major change to the microstructure. Increasing the amount of precious metals resulted in an increase of the new phase amount, at the expense of the ? phase. The hardness of the different alloys was around 300HV10. Overall, the research has shown that addition of precious metals to TiAl resulted in a slight increase in hardness and a significant improvement of the oxidation resistance. This shows that alloying TiAl with precious metals, at the addition levels investigated, does not alter the mechanical properties very much, but improves oxidation resistance.

Jan 1, 2012