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Mining engineers are tasked with ensuring that underground mining operations be both safe and efficiently productive. Induced stress in deep mines has a significant role in the stability of the underground mines and hence the safety of the mining workplace because the behavior of the rock mass associated with mining-induced seismicity is poorly-understood. Passive seismic tomography is a tool with which the performance of a rock mass can be monitored in a timely manner. Using the tool of passive seismic tomography, the advance rate of operation and mining designs can be updated considering the induced stress level in the abutting rock. Most of our current understanding of rock mass behavior associated with mining-induced seismicity comes from numerical modeling and a limited set of case studies. Therefore, it is critical to continuously monitor the rock mass performance under induced stress. Underground stress changes directly influence the seismic wave velocity of the rock mass, which can be measured by passive seismic tomography. The precise rock mass seismicity can be modeled based on the data recorded by seismic sensors such as geophones of an in-mine microseismic system. The seismic velocity of rock mass, which refers to the propagated P-wave velocity, varies associated with the occurrence of major seismic events (defined as having a local moment magnitude between 2 to 4). Seismic velocity changes in affected areas can be measured before and after a major seismic event in order to determine the highly stressed zones. This study evaluates the seismic velocity trends associated with five major seismic events with moment magnitude of 1.4 at a deep narrow-vein mine in order to recognize reasonable patterns correlated to induced stress redistribution. This pattern may allow recognizing areas and times which are prone to occurrence of a major seismic event and helpful in taking appropriate actions in order to mitigate the risk such as evacuation of the area in abrupt cases and changing the aggressive mine plans in gradual cases. In other words, the high stress zones can be distinguished at their early stage and correspondingly optimizing the mining practices to prevent progression of high stress zones which can be ended to a rock failure. For this purpose a block cave mine was synthetically modeled and numerically analyzed in order to evaluate the capability of the passive seismic tomography in determining the induced stress changes through seismic velocity measurement in block cave mines. Next the same method is used for a narrow vein mine as a case study to determine the velocity patterns corresponding to each major seismic event. / Doctor of Philosophy / Mining activities unbalance the stress distribution underground, which is called mining induced stress. The stability of the underground mines is jeopardized due to accumulation of induced stress thus it is critical for the safety of the miners to prevent excessive induced stress accumulation. Hence it is important to continuously monitor the rock mass performance under the induced stress which can form cracks or slide along the existing discontinuities in rock mass. Cracking or sliding releases energy as the source of the seismic wave propagation in underground rocks, known as a seismic event. The velocity of seismic wave propagation can be recorded and monitored by installing seismic sensors such as geophones underground. The seismic events are similar to earthquakes but on a much smaller scale. The strength of seismic events is measured on a scale of moment magnitude. The strongest earthquakes in the world are around magnitude 9, most destructive earthquakes are magnitude 7 or higher, and earthquakes below magnitude 5 generally do not cause significant damage. The moment magnitude of mining induced seismic events is typically less than 3. In order to monitor mining induced stress variations, the propagated seismic wave velocity in rock mass is measured by a series of mathematical computations on recorded seismic waves called passive seismic tomography, which is similar to the medical CT-scan machine. Seismic wave velocity is like the velocity of the vibrating particles of rock due to the released energy from a seismic event. This study proposes to investigate trends of seismic velocity variations before and after each seismic event. The areas which are highly stressed have higher seismic velocities compared to the average seismic velocity of the entire area. Therefore, early recognition of highly stressed zones, based on the seismic velocity amount prior the occurrence of major seismic events, will be helpful to apply optimization of mining practices to prevent progression of high stress zones which can be ended to rock failures. For this purpose, time-dependent seismic velocity of a synthetic mine was compared to its stress numerically. Then, the seismic data of a narrow vein mine is evaluated to determine the seismic velocity trends prior to the occurrence of at least five major seismic events as the case study.

Les aquifères fracturés sont un enjeu majeur de l’hydrogéologie actuelle. Ils constituent une ressource essentielle pour de nombreuses populations. Le massif de l’Ursuya (France, 64), en est une illustration. Constitué de formations métamorphiques fracturées, il est intensément exploité pour l’alimentation en eau potable. Une approche multidisciplinaire a permis la compréhension du fonctionnement de ce système. Les résultats obtenus constituent une avancée dans la connaissance des aquifères discontinus et offrent des pistes pour une gestion raisonnée de cette ressource.Le signal d’entrée est caractérisé dans sa composante quantitative et qualitative. Le suivi des paramètres climatiques permet d’estimer la lame d’eau participant à la recharge de l’aquifère. La caractérisation isotopique de l’eau précipitée met ensuite en évidence une origine majoritairement atlantique des masses d’air, responsables des précipitations sur le nord-ouest du Pays Basque. Des circulations atmosphériques sur la péninsule Ibérique, l’Europe du Nord et la région méditerranéenne sont cependant responsables de certains événements pluvieux. La composition chimique de l’eau de pluie, résultant de ces origines, est caractérisée par une faible acidité et par des concentrations en éléments anthropiques parfois élevées.L’hydrochimie des eaux souterraines est étudiée conjointement avec des données de temps de séjour acquises par l’interprétation des concentrations en 3H, CFC et SF6. Les caractéristiques physico-chimiques, les temps de séjours mesurés (moins de 10 ans à plus de 50 ans) et les phénomènes de mélanges associés permettent de proposer un modèle conceptuel des écoulements souterrains. Celui-ci met en exergue le rôle prépondérant du profil d’altération développé dans les milieux cristallins (de la surface vers la profondeur : altérites, roche fissurée et roche saine), du point de vue de la minéralisation de l’eau comme de celui des modalités d’écoulement.Une approche quantitative est finalement proposée. Du point de vue hydrodynamique, l’hétérogénéité spatiale est importante (10–4 m s–1 < K < 10–8 m s–1). Les altérites offrent une capacité de stockage et de régulation de la recharge. Un modèle numérique synthétise et valide ces résultats. Les simulations montrent de fortes interactions entre les réseaux d’écoulements superficiel et souterrain et de faibles impacts de l’exploitation actuelle sur les flux d’eau souterraine. Les évolutions climatiques ne modifieront pas significativement les écoulements durant les prochaines décennies. Une diminution des débits des sources et des cours d’eau est toutefois probable. Ce modèle numérique et l’ensemble des résultats obtenus serviront de base pour une gestion raisonnée de la ressource en eau de l’aquifère de l’Ursuya. / Hard-rock aquifers are one of the major challenges for the current hydrogeology. These fractured formations are intensively exploited for drinking water supply becoming an essential resource for many people. The metamorphic massif of Ursuya (France, 64) is one of this strategic aquifer. A multidisciplinary approach has led to understand the functioning of this system. The results help to progress in the knowledge of discontinuous media and they provide supports for a rational management of this resource.The input signal is characterized by both quantitative and qualitative methods. Monitoring of climate parameters is used to estimate the amount of aquifer recharge. Isotopic characterization of rainwater highlights the principal Atlantic origin of air masses which are responsible of precipitation on the north-western Basque Country. Some rainfall events are also due to atmospheric circulation over the Iberian Peninsula, the Northern Europe and the Mediterranean region. The chemical composition of rainwater, resulting from these origins, is characterized by a low acidity and sometimes by high concentrations of anthropogenic elements.The hydrochemistry of groundwater is studied in conjunction with residence time data. These are acquired by the interpretation of 3H, CFCs and SF6 concentrations. The chemical characteristics, the measured residence times (less than 10 years to over than 50 years) and the associated mixing processes allow the achievement of a conceptual model of groundwater flow. It points out the role of the weathering profile (from the surface to the depth : weathered layer, fractured rock and fresh bedrock) from the point of view of the mineralization as well as the flowpaths.A quantitative approach is finally proposed. Boreholes studies show highly heterogeneous hydrodynamic properties (10-4 m s-1 < K <10-8 m s-1). Weathered materials provide a storage capacity and a smoothing of the recharge variations, these results are synthesized and validated by a numerical model. The simulations show strong interactions between the surface flow network and the water table. It also highlights the low impact of the current groundwater exploitation on the aquifer and that climate change will not significantly modify the groundwater flows in the coming decades. Nevertheless, a decrease of the springs and streams flow is probable. This numerical model and all these results constitute the basis for a rational management of water resources from the Ursuya aquifer.

La thèse analyse un document intitulé Record Labeling Hearing (RLH) (1985), qui reprend dans son intégralité une séance qui s’est tenue au Congrès des États-Unis à propos du contenu jugé problématique de certains albums de musique. Au cœur de cette séance, se retrouve le Parents Music Resource Centre (PMRC), un groupe de pression qui voit le jour en 1984. D’après le PMRC, les albums avec des paroles traitant de sexe, de violence, d’occulte, de drogues et d’alcool méritent l’autocollant du « Parental Advisory : Explicit Lyrics » afin d’avertir les parents des thématiques abordées. La séance réunit des sénateurs du Congrès américain, les membres du PMRC et des alliés de ces derniers, dont la National Parent/Teacher Association (NPTA), ainsi que des représentants de l’industrie de la musique et trois artistes. Nous verrons dans la thèse qu’en fait, c’est le heavy metal que le PMRC et ses alliés visaient lors du RLH et non par exemple certains contenus transversaux à divers types d’albums de musique. A cette époque, la sous-culture du heavy metal était encore en émergence et pour tout dire bien fragile. En 1985, elle était même menacée de fragmentation en raison de la popularité de certains de ses sous-genres. Or, en présentant le heavy metal comme une contre-culture, le RLH a aidé ce genre musical à se constituer en véritable sous-culture.

La thèse analyse un document intitulé Record Labeling Hearing (RLH) (1985), qui reprend dans son intégralité une séance qui s’est tenue au Congrès des États-Unis à propos du contenu jugé problématique de certains albums de musique. Au cœur de cette séance, se retrouve le Parents Music Resource Centre (PMRC), un groupe de pression qui voit le jour en 1984. D’après le PMRC, les albums avec des paroles traitant de sexe, de violence, d’occulte, de drogues et d’alcool méritent l’autocollant du « Parental Advisory : Explicit Lyrics » afin d’avertir les parents des thématiques abordées. La séance réunit des sénateurs du Congrès américain, les membres du PMRC et des alliés de ces derniers, dont la National Parent/Teacher Association (NPTA), ainsi que des représentants de l’industrie de la musique et trois artistes. Nous verrons dans la thèse qu’en fait, c’est le heavy metal que le PMRC et ses alliés visaient lors du RLH et non par exemple certains contenus transversaux à divers types d’albums de musique. A cette époque, la sous-culture du heavy metal était encore en émergence et pour tout dire bien fragile. En 1985, elle était même menacée de fragmentation en raison de la popularité de certains de ses sous-genres. Or, en présentant le heavy metal comme une contre-culture, le RLH a aidé ce genre musical à se constituer en véritable sous-culture.

Die wirtschaftlich vorteilhafte Gestaltung von Geothermiesystemen ist für die Energiewende von zentraler Bedeutung. Das Elektro-Impuls-Verfahren (EIV) bietet ein großes Potential für eine signifikante Reduktion des wirtschaftlichen Risikos beim Abteufen einer Bohrung im Hartgestein für tiefe Geothermie, da es einerseits die Bohrgeschwindigkeit erhöhen sowie andererseits die Standzeit des „Meißels“ erheblich verlängern kann. Es nutzt die zerstörende Wirkung elektrischer Entladungen. Der Hauptvorteil ist, dass nahezu kein mechanischer Verschleiß vorliegt. Der Abbrand an den Elektrodenspitzen durch die elektrischen Impulse ist vernachlässigbar gering. Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob und unter welchen Voraussetzungen das neuartige auf dem EIV basierende Bohrsystem in der Tiefbohrtechnik und im speziellen zum Abteufen tiefer Geothermiebohrung eingesetzt werden kann. Die Untersuchung des Standes der Technik erbrachte, dass es bereits F&E-Projekte für den Einsatz des EIV in der Tiefbohrtechnik gibt. Keines der entwickelten Systeme konnte bisher zur Marktreife gebracht werden. Um diesen wichtigen Schritt mit dem in der Arbeit vorgestellten System zu gewährleisten, wurden alle normativen und regulativen Randbedingungen zusammengestellt, bewertet und auf deren Einhaltung in allen Entwicklungsschritten geachtet. Die im Labor mit dem EIV-Bohrsystem durchgeführten Versuche wurden hinsichtlich spezifischer Energie und Bohrlochqualität ausgewertet und die Ergebnisse mit Werten aus der Praxis verglichen. Es zeigte sich, dass der benötigte Energiebedarf zum Lösen des Gesteins sowie die erreichte Bohrlochqualität vergleichbar mit herkömmlichen Bohrverfahren ist. Somit ist eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz in der Tiefbohrtechnik gegeben. Darüber hinaus wurde die Wirtschaftlichkeit an einer Beispielbohrung betrachtet. Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zeigte, dass durch die Erhöhung der Standzeit und der damit einhergehenden Reduzierung der nicht-produktiven Zeit eine Kostenersparnis von bis zu 30 % möglich ist. Ein Feldversuch mit dem Laborprototyp in einer flachen Bohrung führte zu dem Ergebnis, dass es möglich ist, das EIV unter realen Bedingungen einzusetzen und einen Abtrag zu erzielen. Im Ergebnis des Praxisversuches und dessen Auswertung steht der Nachweis, dass die angestrebte Zielstellung erreicht wurde und das EIV wirtschaftlich eingesetzt werden kann.:Symbolverzeichnis VII Abkürzungsverzeichnis X Tabellenverzeichnis XI Abbildungsverzeichnis XII 1 Einleitung 1 2 Das Elektro-Impuls-Verfahren 4 2.1 Grundprinzip 4 2.1.1 Hochspannungsentladung 4 2.1.2 Funktionsweise des Elektro-Impuls-Verfahrens 6 2.1.3 Erzeugung der Hochspannungsimpulse 10 2.2 Stand der Technik 11 2.2.1 EIV zur Gesteinszerkleinerung 11 2.2.2 EIV in der Tiefbohrtechnik 15 2.2.3 Hochspannungsentladungen in anderen Anwendungsgebieten 23 3 Entwicklung eines EIV-Bohrsystems 28 3.1 Konzept und Aufbau des EIV-Bohrsystems 28 3.1.1 Gehäuse 29 3.1.2 Elektrode 30 3.1.3 Impulsspannungsgenerator 32 3.1.4 Gleichrichter, Transformator und Generator 33 3.1.5 Getriebe 36 3.1.6 Dichtungssystem 43 3.1.7 Antrieb für den Generator 48 3.2 Anforderungen an die Komponenten des EIV-Bohrsystems 54 3.2.1 Normen 54 3.2.2 Aufbau eines konventionellen Bohrstranges 55 3.2.3 Mechanische und physikalische Eigenschaften der Bohrgarnitur 59 3.2.4 Geometrische Eigenschaften der Bohrgarnitur 61 3.3 Beanspruchungen der Komponenten des EIV-Bohrsystems 63 4 EIV – Laborversuche 70 4.1 Versuchsstand Grundlagenversuche 70 4.1.1 Aufbau des Versuchsstandes und Versuchsdurchführung 70 4.1.2 Ergebnisse der Grundlagenversuche 71 4.2 Versuchsstand Hochdruckversuche 73 4.2.1 Aufbau des Versuchsstandes und Versuchsdurchführung 73 4.2.2 Ergebnisse der Hochdruckversuche 74 4.3 Versuchsstand Bohrlochmaßstab 76 4.3.1 Aufbau des Versuchsstandes und Versuchsdurchführung 76 4.3.2 Ergebnisse der Versuche im Bohrlochmaßstab 78 5 In-Situ-Versuch 79 5.1 Versuchsvorbereitung 79 5.2 Bohrplatz 81 5.3 Versuchsdurchführung 85 5.4 Ergebnisse 86 6 Vergleich mit anderen Bohrverfahren 90 6.1 Spezifische Energie 90 6.1.1 Definition spezifische Energie 90 6.1.2 Beispiele für die spezifische Energie 95 6.1.3 Spezifische Energie des Elektro-Impuls-Verfahrens 96 6.2 Beurteilung der Bohrlochqualität 98 6.2.1 Definition der Bohrlochqualität 98 6.2.2 Kaliberlog 104 6.2.3 Werte aus der Praxis 106 6.3 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung 110 7 Zusammenfassung 116 8 Literaturverzeichnis 120 Anlagen 132