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By R. Tabanrad

This article examines the stability analysis of intake tunnels of Karun III dam & power plant. The tunnels have been excavated with a 3-dimensional and fairly complicated geometry in Pabdeh weak formation rocks at Zagros region. Due to the particular excavation geometry and inapplicability of plane-strain status, the stability of these excavations has been analyzed using both the 3D elastic software Examine 3D and the 2D non-elastic software UDEC simultaneously. The geomechanical parameters have been estimated by back analyzing the measured displacements from instruments, which were installed in the tunnels, and the parameters have been used in non-elastic numerical model. The results of the analysis show that the strains occurred in surrounding rock mass are less than the allowable failure strain and that the tunnels are stable. In addition, considering the results of non-elastic 2D analysis, the areas with unstable potentiality were identified and after the instability occurred at the areas predicted by the model , it was stopped up to the allowable strain limit through installing additional support . Bei diesem Artikel handelt es sich um eine Analyse der Festigkeit der Eingangstunnel des Damms und Elektrizitätswerks “Karoon III”.Die Tunnel haben drei Dimensionen und eine sehr schwierige Form und sind in brüchigen Felsen in “Pabedeh ,in Zagrossgebirge”eingebohrt.Aufgrund besonderer Form der Bohrung wurde ihre Festigkeit durch elastische dreidimensionale Soft-ware analysiert,die gleichzeitig die drei-und zweidimensionale unelastische Soft-ware UDEC benutzt hat.Die geometrische Parameter sind mit Ausnützung der Analyse berechneter eingesetzter Versorgungen,die in Tunnel aufgebaut sind,bewertet.Und diese Parameter sind in Zahlen-Analyse benutzt.Die Ergebnisse dieser Analyse zeigen,dass die Drücke an Felsen weniger als problematischer Grad der Drücke sind und die Tunnel fest sind.Ausserdem wurde mit einem Einblick auf die Ergebnisse der unelastischen zweidimensionale Analyse die eventuellen unfesten Teile bestimmt.Nach entstandener Unfestigkeit an diesen Teilen wurde die problematischeDrücke für Aufbau mehrere Anlagen gestoppt. Cet article examine l'analyse de la stabilité de tunnels de la prise de Karoun barrage III et centrale électrique. Les tunnels ont été excavés avec une 3 dimensionnel et compliqué géométrie dans Pabedeh que la formation faible balance à région Zagros équitablement. Dû à la géométrie de l'excavation particulière et inapplicabilite de statut de tension plane, la stabilité de ces excavations a été analysée en utilisant les deux le 3D logiciel élastique Examen 3D et le 2D logiciel non - élastique UDEC simultanément. Les paramètres du geomechanical ont été estimés en analysant le déplacement mesuré d'instruments qui ont été installés dans les tunnels et les paramètres en arrière a été utilisé dans les modèles numériques non - élastique. Les résultats de l'analyse montrent que les tensions se sont produites dans masse du roc environnante est plus petit que la tension de l'échec admissible et que les tunnels sont stables. De plus, les régions avec potentialité instable ont été identifiées étant donné les résultats de 2D analyse non - élastique, et après que l'instabilité se soit produite aux régions prédites par le modèle, il a été arrêté jusqu'à la limite de la tension admissible à travers installer du support supplémentaire.

Jan 1, 2003

By J. M. Descour, K. Aoki, S. Shirasagi

This paper describes the tunnel seismic reflective survey, which has been developed by the authors in order to detect the geological condition ahead of the tunnel face three-dimensionally using reflected seismic waves. In addition, the applicability and the accuracy of the result of this system has been validated by comparing with the geological observation results at the tunnel face and the result of the drill logging system, which was conducted simultaneously with this survey in order to predict the rock properties using the data acquired during drilling from the tunnel face by rotary percussion drilling. In dieser Arbeit werden Reflektionsseismische Tunneluntersuchtungen beschrieben, die von den Autoren entwickelt wurde, um die geologischen Eigenschaften am Tunnelstirnende dreidimensional an Hand reflektierter seismischer Wellen bei minimaler Unterbrechung der Arbeit zu untersuchen. Darüber hinaus wurde die Anwendbarkeit und Genauigkeit der mit diesem System erhaltenen Ergebnisse durch Vergleiche mit den Ergebnissen geologischer Beobachtungen am Tunnelstirnende sowie den Ergebnissen des Bohrlogsystems bewiesen. Das letztgenannte System wurde gleichzeitig mit dem hier genannten System eingesetzt, um die Gesteinseigenschaften mit Hilfe der Daten vorherzusagen, die beim Bohren von Probelöchern im Tunnelstirnende mit einer Drehschlagbohrmaschine erhalten wurden. Cet article décrit une méthode de prospection sismique de tunnel, développée par les auteurs, pour déterminer en 3 dimensions les conditions géologiques existant derrière le front de taille, au moyen d’étude et de mesure des ondes sismiques réfléchies dans le sous sol, et ce, avec un minimum d’arrêt des travaux d’excavation. En outre, l'applicabilité et l'exactitude des résultats de ce système ont été vérifiées, en comparant les résultats des observations géologiques effectuées au front de taille, avec ceux du log de forage qui a été effectué parallèlement à ce système, en vue de prévoir les propriétés de la roche, grâce aux données collectées au cours du forage d’un trou de sonde depuis le front de taille à l’aide d’une foreuse rotative à percussion.

Jan 1, 2003

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 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 C. A. Rawlins

In an underground mine the ingress of heat can generally be attributed to two sources (Rock exposure and artificial mechanisms). The heat load relating rock exposure is subdivided into stoping [~40%] and haulages [~20%]. Rock is exposed to the ambient air and as a mine increases in depth the VRT (Virgin Rock Temperature) increases which leads to more heat ingress underground. To counter the heat ingress, especially in low-seam stoping areas of a deep level mine, air is, a) cooled artificially, b) the amount of rock exposed is reduced in the back areas of a stope by backfill applications, and c) ventilation air is used more efficiently. The heat reduction within a stope due to placed backfill could amount to ~50% for operations mining at a mean rock breaking depth of about 4500 mbc (metres below collar). Unfortunately, due to backfill transport methods, the physical fluid properties and application methods adopted, additional heat is induced into the air. The heat ingress due to backfill application could amount to as much as 25% of the overall in-stope heat load. This heat influx, seen as a negative aspect of backfill operations, is nevertheless overshadowed by the overall in-mine heat load reduction capability of about 20% attainable. The in-stope benefit [~50%] attainable from backfill operations could be increased with the incorporation of a heat exchange (cooling) methodology to offset the additional heat ingress into the surrounding air of a deep underground mine.

Jan 1, 2003

By J. W. Latilla, J. J. van Wijk

A running facebreak ahead of the powered support units occurred on the number 4 seam at Matla Coal’s number 3 shaft (Matla 3) in April and May 2002.Very difficult mining conditions were experienced for a distance of some 150 m in the tailgate and to a lesser extent on the face itself. The paper analyses the main causes for the high stress conditions leading to the facebreak, namely, the existence of a >20 m dolerite sill close to surface and the effect of stopping longwalling on the overlying 5 seam. Difficulties experienced during the facebreak are discussed, including, pillar and roof collapses in the tailgate, high stress areas ahead of the face causing roof and sidewall stability problems, flushing of broken rock into the face area at the tailgate, secondary mid-face breaks, and the availability of critical support units. Successful rock engineering interventions and learning points were that, a goaf angle of 14.6° was found to be more realistic than the previously used 20 to 25° in predicting dolerite sill behaviour in this area, pre-split blasting of the sill significantly reduced stress on the face and tailgate allowing re-support work to proceed, varying pillar support types were analysed and rated, the need to always have a ground control “First Aid” kit available was recognised and a strategy for subsequent panels beneath the sill was developed. Numerous support units were used and the performance of the more suitable types is briefly discussed. A running facebreak ahead of the powered support units occurred on the number 4 seam at Matla Coal’s number 3 shaft (Matla 3) in April and May 2002.Very difficult mining conditions were experienced for a distance of some 150 m in the tailgate and to a lesser extent on the face itself. The paper analyses the main causes for the high stress conditions leading to the facebreak, namely, the existence of a >20 m dolerite sill close to surface and the effect of stopping longwalling on the overlying 5 seam. Difficulties experienced during the facebreak are discussed, including, pillar and roof collapses in the tailgate, high stress areas ahead of the face causing roof and sidewall stability problems, flushing of broken rock into the face area at the tailgate, secondary mid-face breaks, and the availability of critical support units. Successful rock engineering interventions and learning points were that, a goaf angle of 14.6° was found to be more realistic than the previously used 20 to 25° in predicting dolerite sill behaviour in this area, pre-split blasting of the sill significantly reduced stress on the face and tailgate allowing re-support work to proceed, varying pillar support types were analysed and rated, the need to always have a ground control “First Aid” kit available was recognised and a strategy for subsequent panels beneath the sill was developed. Numerous support units were used and the performance of the more suitable types is briefly discussed. Une cassure de taille en avant des unités de soutènement s’est produise sur la veine numéro 4 dans le puits numéro 3 (Matla 3) de la mine Matla Coal en avril et mai 2002. Les conditions d’extraction étaient extrêmement difficiles sur une distance d’environ 150 m dans la voie de tête et, en moindre mesure, sur le front de taille lui-même. L’étude présente analyse les raison majeures pour les conditions de grandes contraintes qui ont conduit à la cassure de taille, à savoir l’existence d’un mur de dolérite de >20m proche de la surface et l’effet d’arrêter la longue taille sur la veine 5 superposée. Les difficultés rencontrées pendant la cassure de taille sont rapportées, y compris les effondrements de piliers et toit dans la voie de tête, les aires de grandes contraintes en avant du front de taille causant des problèmes de stabilité pour le toit et les parois latérales, l’injection de roches cassées dans la taille en voie de tête, les cassures secondaires à mi-taille, et la disponibilité d’unités de soutènement critiques. Interventions minières réussies et leçons apprises furent : un angle de remblai de 14.6° était plus réaliste que celui de 20 à 25° utilisé auparavant pour prédire la conduite du mur de dolérite dans cet endroit ; tir à deux temps du mur a réduit considérablement les contraintes sur la taille et la voie de tête, ce qui a permis un travail de support complémentaire ; des types variés de support de piliers furent analysés et évalués ; la nécessité d’avoir toujours une trousse de première urgence disponible fut reconnue ; et finalement une stratégie pour les panneaux en dessous du mur fut

Jan 1, 2003

By R. Poisel, C. Scavia, Preh A., W. Roth, M. Pirulli

ABSTRACT: Two methodologies for the three-dimensional simulation of the run out of rock avalanches are presented: one based on a granular approach and the other based on a continuum equivalent approach. An evaluation of the possible run out area of the Oselitzenbach landslide (Carnic Alps, Austria) has been carried out applying the two methodologies. The combined use of these two approaches makes it possible a comprehensive assessment of the run out area. RESUME: Deux méthodologies pour la simulation tridimensionnelle de la propagation des avalanches rocheuses sont présentées: la première est basée sur un modèle de type granulaire et la deuxième sur un modèle du continu équivalent. Une évaluation de la propagation éventuelle de l’avalanche de Oselitzenbach (Alpes Carniche, Autriche) a été réalisée en utilisant les deux méthodologies. Les résultats obtenus montrent que la combinaison des deux approches rend possible une analyse plus complète de la phase de propagation. KURZFASSUNG: Für die dreidimensionale Modellierung eines Felsmassensturzes (sturzstrom) werden zwei Methoden, eine granulare und eine kontinuumsmechanische Methode, vorgestellt. Beide Methoden wurden zur Abschätzung der Ausbreitung (runout) der Massenbewegung Oselitzenbach (Karnische Alpen, Österreich) herangezogen. Die kombinierte Anwendung beider Methoden ermöglichte eine umfassende Beurteilung des möglichen Ausbreitungsbereichs.

Jan 1, 2003

By J. L. van Niekerk, J. Gunaselvam

This study investigates the use of appropriate seating systems for the control of whole-body vibration exposure in vehicles used in the SA mining industry. Six suspension seats were tested with six test subjects to determine the most suitable seat for an articulated dump truck based on the EM1 requirement in ISO 7096 (2000) standards. Transmissibility functions were measured in the laboratory using the newly commissioned Dynamic Seat Testing Facility with two excitation levels of 1m/s2 and 2 m/s2 r.m.s. in the 0.5 - 30 Hz frequency range. SEAT values were calculated for two input spectrums, the EM1 input spectrum specified as in ISO 7096:2000 and measured road vibration data measured on a typical articulated dump truck. The averaged SEAT value calculations indicated that not one of the seats will qualify as an ISO 7096 (2000) suspension seat but that it is possible to select a seat that will significantly reduce the vibration the driver will be exposed to.

Jan 1, 2003

By A. Kazemi, M. A. Ahmadi

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

Jan 1, 2003

By S. Jiansheng, H. Nakayama, D. Lu, A. Wang

ABSTRACT: New techniques and methods for 3D geo-mechanical model test are presented in this paper. The new model material NIOS with high density and low cost; the so-called DPSS (Discrete Principal Stress Surface) loading concept, the loading and monitoring system for the generation of the 3D initial stress field of the model test, also the special techniques and apparatuses for modelling the excavation of caverns located deep inside the model material, are developed and introduced. By adopting those new techniques, a very large 3D geo-mechanical model test with high comparability for a newly designed underground powerhouse has been successfully fulfilled. Key Words: 3D model test, underground group caverns, excavation process modeling. ZUSAMMENFASSUNG: Neue Techniken und Methoden für 3D geomechanischen Modellversuch wurden in diesem Artikel vorgestellt. Ein neues Modellmaterial mit hocher Dichte und niedrigem Preis, ein sogenanntes DPSS (Discrete principal stress surface) Ladenkonzept, ein Laden- und Überwachungssystem für die Erzeugung des 3D primären Spannungsfelds und überdies spezielle Techniken und Maschinen für das Ausbruch der tief in dem Versuchsmodell liegenden Kaverne wurden entwickelt. Bei Anwendungen dieser neuen entwickelten Techniken wurde ein sehr großer 3D Modellversuch mit großem Maßstab für ein geplantes unterirdisches Kraftwerk erfolgreich durchgeführt. Stichworte: 3D Modellversuch, unterirdischen Gruppekaverne, Ausbruchsmodellierung Résumé: le test de modèl de Nouvelles techniques et méthodes pour la géo-mécanique 3D est figuré dans ce papier. Le nouveau modèle de matériels NIOS avec la haute densité et le coût bas; la conception proposée de chargement DPSS (Discrete Principal Stress Surface), le système de chargement et de moniteur pour la génération de champs de stress initial du test de modèle, ainsi que les techniques et appareils spéciaux pour modeler les excavations de cavernes profondément localisées dans l’intérieur du matériel de modèle, sont développés et introduits. A travers l’adoptation de ces nouveaux techniques, le test de modèle de la géo-mécanique très large 3D avec la haute comparabilité pour actualiser une nouvelle étude de la centrale électrique sous-terraine a déjà accompli avec succès. Mots de clé: test de modèle 3D, groupes de cavernes sous-terraines, processus de modèle d’excavation

Jan 1, 2003

By K. Yathavan

Fracturing of rock at low stress levels can be a source of unexpected problems in rock engineering: • the resulting instability can be a safety hazard; • in very brittle rocks it may be associated with violent failure of the rock and strainbursting (rockbursting); • it usually leads to an unexpected requirement for rock support, with time and cost implications; • in rock boring projects, it may result in fracture of the rock ahead of the bored face and in the walls of the bore behind the face. This may lead to cutter head vibration, increased cutter wear and consequently decreased performance and increased costs. Examples of situations in which fracturing of rock at very low stress levels has been observed will be described. This will include details or estimates of the in situ stress magnitudes and the rock strengths involved. La brisure de roche sous faibles contraintes peut être l’origine de problèmes inattendus en génie minier : • L’instabilité résultante peut devenir un danger • Elle peut provoquer des éclatements violents des roches fragiles • Elle nécessite souvent une infrastructure de soutien de la roche, ayant des implications sur les coûts et les délais • Les forages de la roche peuvent provoquer une brisure de celle-ci au niveau de la surface forée mais ainsi à l’intérieur de la roche, causant parfois des vibrations et une fatigue de la tête de forage, induisant une baisse de performance et un accroissement des coûts. Nous avons décrit ci-après des exemples de situations de brisure de roche sous faibles contraintes. Cette description comprend des détails ou des estimations des forces et des contraintes impliquées. Cette étude représente la base du travail de recherche effectué sur le phénomène. ißbildung im Gestein unter niedrigen Stressbedingung kann eine mögliche Ursache sein für unerwartet auftretende Probleme in der Felsmechaniklehre: • Die resultierende Instabilität stellt ein mögliches Sicherheitsrisiko dar; • In sehr sprödem Gestein kann es verbunden sein mit einem plötzlichen und gewaltsamen Zerfall des Gesteins; • In den meisten Fällen ist eine nicht eingeplante Gesteinsabstützung erforderlich, und damit ein Zeit- und Kostenaufwand verbunden; • Bei Bohrungsprojekten kann es dazu führen, daß es während des Bohrvorganges zu einer Rißbildung im Gestein hinter und vor der gebohrten Felswand kommt. Dies kann Bohrkopfvibrationen, eine erhöhte Bohrkopfabnutzung und folglich eine Bohrleistungssenkung, sowie Kostenerhöhung zur Folge haben. Das Phenomen von Gesteinsrißbildung unter niedrigen Stressbedingung wird anhand von einigen dokumentierten Beispielen erörtert. Diese beinhalten zudem Details oder Schätzungen bezüglich der Stärke des in situ Stressfeldes, sowie der gegebenen Gesteinsstärken. Die mit diesem Beitrag dokumentierten Ergebnisse formen eine Grundlage zur weiteren Forschung dieses Phenomens.

Jan 1, 2003

By P. H. S. W. Kulatilake, B. Malama

To simulate brittle rocks, a mixture of glastone, sand and water was used as a model material. Thin galvanized sheets were used to create joints in blocks made out of the model material. To investigate the failure modes and strength, both the intact material blocks as well as jointed model material blocks of size 35.6 × 17.8 × 2.5 cm having different joint geometry configurations were subjected to uniaxial and biaxial compressive loadings. Results obtained from the intact model material blocks are used to validate a new intact rock failure criterion for biaxial loading. Results obtained from both the intact and jointed model material blocks are used to develop a strongly non-linear new rock mass failure criterion for biaxial loading. In this failure criterion, the fracture tensor component is used to incorporate the directional effect of fracture geometry system on jointed block strength. The failure criterion shows the important role the intermediate principal stress plays on rock mass strength. Zur Simulation spröder Gesteinsarten wurde ein Modellmaterial aus Dentalgips, Sand und Wasser hergestellt. Daraus wurden Blöcke gegossen, in denen mittels dünnen, galvanisierten Blechen Trennflächen erzeugt wurden. Die Blöcke mit Abmessungen von 35.6 × 17.8 × 2.5 cm wurden in einaxialen und biaxialen Druckversuchen belastet. Es wurde das Versagensverhalten und die Festigkeit von intakten Blöcken sowie durchtrennten Blöcken mit unterschiedlicher Trennflächengeometrie untersucht. Aus den Ergebnissen der Versuche an intaktem Material wurde ein neues Versagenskriterium für biaxiale Belastungen validiert. Die Ergebnisse der Versuche an intakten und durchtrennten Blöcken wurden verwendet, um ein neues stark nicht-lineares Versagenskriterium für geklüftetes Gebirge unter biaxialer Belastung abzuleiten. Darin wird der Bruchtensor verwendet, um den Einfluss der Trennflächengeometrie auf die Festigkeit zu erfassen. Das Versagenskriterium stellt heraus, welche Bedeutung die mittlere Hauptspannung für die Gebirgsfestigkeit hat. Un mélange de platre dentaire, de sable et d’eau a été utilisé pour développer un matériau analogue des roches fragiles. De fines feuilles galvanisées permettent de créer des discontinuités représentatives des discontinuités naturelles dans des bloques fabriqués avec ce matériau analogue. Les modes de rupture et la résistance, tant pour le matériau intact que pour le matériau avec ses discontinuités, ont été étudiés sur des blocs de 35.6 × 17.8 × 2.5 cm soumis à des efforts de compression uniaxiaux et biaxiaux. Différentes configurations de géométrie de discontinuités ont été considérées. Les résultats obtenus à partir des blocs intacts permettent de vérifier un nouveau critère de rupture pour les roches intactes soumises à des efforts biaxiaux. Les résultats obtenus, tant avec les blocs intacts qu’avec les blocs avec discontinuités, sont utilisés pour développer un nouveau critère de rupture, fortement non linéaire, pour les massifs rocheux soumis à des chargements biaxiaux. Dans ce critère de rupture, un tenseur de fractures est introduit pour caractériser les effets directionnels de la géométrie des systèmes de discontinuité sur la résistance des blocs avec discontinuités. Ce critère de rupture démontre le rôle important de la contrainte principale intermédiaire sur la résistance des massifs rocheux.

Jan 1, 2003

By S. Okubo, K. Fukui

Empirical equations established for estimating the rock strength of the working face based on the cutting forces of a tunnel boring machines (TBM) are further examined and discussed with respect to the dominant factors affecting TBM performance. Constants in the equations are related to TBM-specific parameters such as excavation (tunnel) diameter, cutter diameter, and cutter distance. The relationship between the constants and the TBM specifications is examined in this study on the basis of data collected at ten tunnels, and it is found that the constants are most strongly influenced by the cutter diameter and tunnel diameter. Zur Schätzung der Gesteinsfestigkeit an der Arbeitsfläche ermittelte empirische Gleichungen, die auf den Schneidekräften von Tunnelbohrmaschinen (TBM) beruhen, wurden weiter im Hinblick auf die vorherrschenden, die Leistung der TBM beeinflussenden Faktoren hin untersucht und diskutiert. In der Gleichung enthaltene Konstanten werden zu den TBM-spezifischen Parametern wie Auschachtungs- (Tunnel) Durchmesser, Schneidendurchmesser und Schachtlänge in Beziehung gesetzt. Die Beziehung zwischen diesen Konstanten und den technischen Daten der TBM wird in dieser Studie auf der Basis der bei 10 Tunnelbauten gesammelten Daten untersucht. Dabei wurde gefunden, dass diese Konstanten am stärksten von den Durchmessern der Schneiden und der Tunnel beeinflusst werden. Cette étude examine et discute les équations empiriques permettant d'estimer la résistance de la roche attaquée aux forces de coupe des tunneliers dans le cadre de l'étude des facteurs dominants affectant les performances des tunneliers. Les constantes de ces équations concernent les paramètres spécifiques des tunneliers comme le diamètre d'excavation (du tunnel), le diamètre du couteau et la distance de coupe. Cette étude examine le rapport entre ces constantes et les caractéristiques techniques des tunneliers d'après des données collectées dans dix tunnels et elle conclut que ces constantes sont principalement influencées par le diamètre du couteau et le diamètre du tunnel.

Jan 1, 2003

By V. V. Nazimko, A. I. Hohotva, S. N. Alexandrov, V. P. Sazhnev, V. S. Zaharov

Ground behaviour in the vicinity of a roadway has been investigated using a physical model and in situ tests during a roof fall. It was discovered that behaviour of the ground is governed by irreversible displacements of adjacent rock clusters. The cluster is a short-living sector of a rock mass that moves as a solid body. For the lack of degree of freedom, the rock mass must be divided into clusters that are forced to move one after another in space and in time. These clusters permanently rearrange and reform during irreversible (inelastic) ground deformation. The crowded clusters have to yield to each other and alter their velocity and direction of movement to accommodate their motion into the excavation. Such behaviour involves uneven and irregular vertical deflection and the movement of adjacent rock blocks in the roof, sides and floor of an opening. Such movement destroys the symmetry of horizontal displacements with respect to the centre line of the opening. A set of indicators that a roof fall is imminent has been identified. Horizontal displacements and dilation must be controlled in order to maintain the stability of an underground opening. Such a state retains the self-supporting effect of the roof and contributes to rock bolts bearing capacity.

Jan 1, 2003

By J. -P. Tshibangu, A. Vervoort, A. Lavrov

Abstract: The aim of the research presented is to study the effect of complex loading schemes on the fracturing process during loading and/or unloading. A first set of experiments was done using a poly-axial cell. These experiments in combination with numerical simulations showed a difference in micro-fracturing (shear and tensile cracks), but not in macro-failure between various loading/ unloading schemes. The second set of experiments was based on the three-point bending test and several cycles with or without rotation between cycles were applied. If the specimen was rotated by 90° or 180° about its long axis between the first and second cycle, no Kaiser effect was observed. Résumé: Le but de la recherche présentée est d’étudier l’effet de schémas de charge complexe sur le processus de fracturation durant la phase de charge et de décharge. Une première série d’expériences était réalisée utilisant une cellule polyaxiale. Ces expériences combinées avec des simulations numériques ont montré une différence de micro-fracturation (fissures de cisaillements et de traction) pour les différents schémas de charge et décharge, mais en ce qui concerne la macro-fracturation ce n’est pas le cas. La deuxième série d’expériences était basée sur des essais de flexion trois points avec plusieurs cycles, avec ou sans rotation entre les cycles. Si l’échantillon est tourné de 90° ou 180° selon le grand axe entre le premier et le second cycle, l’effet Kaiser n’est pas observé. Zusammenfassung: Der Zweck der vorliegenden Forschung bestand darin, den Einfluß von komplizierten Beanspruchungsschemen auf den Bruchprozess im Laufe von Belastung und/oder Entlastung von Gesteinen zu untersuchen. Der erste hier beschriebene Satz von Experimenten wurde mit einer dreiaxialen Belastungsmaschine angestellt. Diese Experimenten zusammen mit dazugehörigen numerischen Simulationen zeigten Unterschiede zwischen Be- und Entlastungsbeanspruchungen in Bezug auf mikrobruchmechanische Mechanismen (d.h. Scher- oder Zugrisse) an, aber nicht in Bezug auf den Makrobruchprozess. Der zweite Satz von Experimenten umfasste Gesteinsbeanspruchung in mehreren Zyklen von Drei-Punkt-Biegung, indem die Gesteinsproben zwischen den Zyklen um einen angegebenen Winkel (0°, 90° oder 180°) gedreht wurden. Falls die Probe um 90° oder 180° gedreht wurde, wurde kein Kaiser-Effekt im zweiten Zyklus beobachtet.

Jan 1, 2003

By Harushige Kusumi, Yuzuru Ashida, Toshiki Watanabe, Toshifumi Matsuoka

ABSTRACT: The technique of various kinds of numerical analysis offered remarkable results to explication of many rock mechanical phenomena. These techniques regarded a rock stratum as a continuum body and solved the governing equation of continuum mechanics by using finite differ-ence method, finite element method and/or others. Using numerical analysis based on continuum mechanics, however, the simulations of destruction phenomena caused by elastic waves and on the other hand, the elastic wave propagation which generated by fracturing events are quite difficult. In this paper, we express a rock stratum by a granular body model and develop a simulation tech-nique can simulate both wave phenomena and destruction phenomena at once. The DEM (discrete element method) simulation results are compared with finite difference solutions of elastic wave equation. Furthermore, we simulate Hopkinson effect by this proposed method. Hopkinson effect is famous as a destruction phenomenon caused by elastic wave propagation. ABRISS: In dieser Studie drücken wird eine Felsschicht durch ein Granularkörpermodell aus und entwickeln eine Simulationstechnik, die sowohl Wellenphänomene als auch Zerstörungsphänomene simulieren kann. Die Ergebnisse der Simulation mit DEM (Diskrete-Elemente-Methode) werden mit denen der Finit-Differenz-Lösung von Gleichungen elastischer Wellen verglichen. Desweiteren simulierten wir den Hopkinson-Effekt mit dieser vorgeschlagenen Methode. Der Hopkinson-Effekt ist als Zerstörungsphänomen berühmt, verursacht durch Fortpflanzung elastischer Wellen. RESUME: Dans cette étude, nous exprimons un lit de roches par un modèle à corps granulaire et développons une technique, permettant de simuler d'un coup le phénomène des ondes et le phé-nomène de destruction. Les résultats de la simulation DEM (méthode d'éléments discrets) sont comparés aux solutions à différence finie de l'équation d'ondes élastiques. En outre, nous simulons l'effet d'Hopkinson par la méthode proposée. L'effet d'Hopkinson est connu comme phénomène de destruction, causé par la propagation d'ondes élastiques.

Jan 1, 2003

By Y. Guglielmi, V. Merrien-Soukatchoff, I. Kadiri

ABSTRACT: Hydraulic experiments have been conducted since 1997 within a small fractured calcareous rock mass in southeastern France, at a site called Coaraze. On this reduced-scale site closing a floodgate located on a downstream spring produces repeated hydraulic loadings. Simultaneous measurements of normal deformations and pressure in several joints have provided a better understanding of the hydromechanical behaviour of such a fractured rock mass. The present paper first describes both the site and conceptual interpretation of the measurements performed. We showed that accurate measurement reproduction requires incorporating certain features: a variable normal joint stiffness, the joint vicinity (through introducing a Z coefficient), and the initial stress state. The paper then develops an original analytical interpretation of the coupled pressure-displacement measurements carried out, which reveal the high level of measurement suitability to the non-linear behaviours examined. 2D modelling, using the discontinuous code (UDEC) was used to proceed with the calibration step. KEY WORDS: In situ test, methodology, hydromechanics, modelling, non linear behaviour ZUSAMMENFASSUNG : Hydromechanische Experimente werden seit 1997 in einer kleinen Kalksteinmasse, das sich im Südosten von Frankreich befindet durchgeführt. In diesem kleinen Standort, werden wiederholte Wasserdruck Erhöhungen durch das Schliessen eines Hahnes produziert. Gleichzeitiger Druck und normale Verformung Meßungen in mehreren Fugen haben erlaubt, das hydromechanische Verhalten einer solche gebrochene Felsenmasse besser zu verstehen. Der Artikel beschreibt zuerst den Standort und stellt die begrifflichen Interpretationen der Meßungen vor. Um die Meßungen gut zu reproduzieren ist es wesentlich, bestimmte Faktoren wie die veränderliche normale Steifheit der Fugen, die Nachbarschaft der Fugen (über einen Z-Koeffizient) und der Spannungstand zu berücksichtigen. Der Artikel erklärt die originale Methode für die Druck- und Verformungs-Meßungen Interpretation und zeigt die gute Korrelation der Meßungen mit dem nicht-linearen angenommen Verhaltens der Fugen. Die numerische 2D-Modellierung mit dem UDEC Software ist für die Verkeilung der Faktoren gebraucht worden. SCHLÜSSELWÖRTER: In-situ-test, Methodologie, Hydromechanik, Numerische Modellierung, nicht-lineares Verhalten RESUME : Des expérimentations hydromécaniques sont conduites depuis 1997 dans un petit massif calcaire fracturé situé dans le sud de la France. Dans ce site de taille réduite des mises en charge répétées sont produites par la fermeture d'une vanne située à l'aval du site. Des mesures simultanées de déformation normale et de pression dans plusieurs joints ont permis de mieux appréhender le comportement d'un tel massif fracturé. L'article décrit dans un premier temps le site et présente les interprétations conceptuelles des mesures. Pour bien reproduire les mesures, Il est essentiel de prendre en compte certains facteurs tels que la raideur normale variable du joint, le voisinage du joint (par l'intermédiaire d'un coefficient Z), l'état de contrainte initial. L'article précise la méthode originale d'interprétation des mesures pression-déplacements qui montre la bonne adéquation aux lois de comportement non linéaire proposées. La modélisation 2D, à l'aide d'un code discontinu (UDEC) a été employée pour le calage des facteurs. MOTS-CLEFS : In-situ, méthodologie, hydromécanique, modélisation, comportement non linéaire

Jan 1, 2003

By C. E. Dohm

The paper serves to show the importance of both a geological model and geostatistical model that support one another in mineral resource evaluation. It highlights the advantage of reference models for the geometry, the geological, statistical and geostatistical models of various orebody types and introduces a method for quantifying the combined uncertainty in these models. The example presented reveals how the above levels of information can be applied to add value to a resource evaluation process. It is a generic example in that it is the technique of combining uncertainty in the geological model (boundaries) as well as the grade model to assess the overall risk in the estimation of the resource. Data from the coal industry is used to illustrate the techniques. The geological uncertainty is considered via categorical simulations and these are combined with simulations of the variables (grades, thickness,) being estimated in the resource. The simulation techniques used are based on the application of GSLIB software1and a general discussion of the two simulation processes is included. In conclusion the paper demonstrates how the results of two types of conditional sequential simulation can be combined to produce confidence limits that take both uncertainties into consideration. This technique does not replace the resource estimation; it serves as an additional tool to quantify confidence in the resource evaluation model. The topics considered in this contribution are in terms of continuous improvement of mineral resource evaluation.

Jan 1, 2003

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

By H. Hu, T. S. Golosinski

The paper reports on use of neural network algorithms to model performance and condition of mining trucks. The model inputs are selected digital data streams collected by truck Vital Information Management System, VIMS, during its operation in a mine. The models built as the result of this work allow for projection of truck condition and performance into future. As such they facilitate more efficient management of mine truck fleets. Keywords: Modelling, modeling, neural networks, mining equipment, Vital Information Management System, Intelligent Miner, mining truck

Jan 1, 2003