Grnllnd preparation design encompasses problems of ground characterization. equipment selection and performance. Grollnd charactcrization has in the past been the sllhject of empirical diggability classification schemes based on case studies. A new system is proposcd for evaluating the ease of excavation of different grollnd conditions. is put forward. This has been applied succcssfully in different field studies. While sucb empirical schemes are useful to mining design, there still rrmains a basic lack of understaading of machine-ground interaction in the excavation process. This will be essential for long term machine and method advancement.

This thesis reviews the approach and methodology adopted for the development of predictive digging models in mining. Past theoretical attempts to model soil-rock cutting proccsses are critically evaluated and an analytical digging model applicable to fragmented rock is proposed. Physical modelling studies. concentrating on the interaction hetween machine and spoil characteristics. are reported. These considered in particular the digging prolile propagated by cable shovel operation. the impact of geotechnical parameters on the prolile. and the efliciency of digging in fragmented rock. These were lIndertaken in a controlled laboratory environment based upon an instrumented scale model and photographic studies. The salient parameters influencing the efficiency of the digging proccsses are identified and a bucket lilling model for cable shovels is proposed.

La caractérisation des terrains, le choix de l'équipement d'excavation et son efficience sont des problèmes qui se posent lors de leurs préparations. Le premier point a été le sujet des classifications empiriques sur la facilité de creusage basée sur des études de cas. Une évaluation critique de celles-ci est faite et un nouveau système est proposé. Ce système évalue la facilité de creusage pour différentes conditions de terrain et est appliqué avec succès à des cas rapportés. Les systèmes empiriques sont utiles pour l'industrie;​ toutefois il est de notre sentiment qu'une meilleure connaissance de l'interaction entre l'équipement et le terrain lors du processus de creusage est nécessaire pour l'amélioration des équipements et de leur efficacité à long terme.

Cette thèse présente l'approche utilisée et la méthodologie suivie lors du développement pour les mines d'un modèle de creusage prédictif. Les essais théoriques antérieurs de modélisation du processus de coupe en sol/roc sont évalués et un modèle analytique de creusage applicable à des matériaux fragmentés est proposé. L'emphase de l'étude de modélisation physique est mise sur les caractéristiques de l'interaction entre le terril et le godet. C'est plus particulièrement sur le profil de propagation que sont évalués l'action du creusage et l'impact des paramètres géotechniques. L'efficacité du creusage est aussi mesurée. Ceci est entrepris grâce à l'analyse photographique d'un modèle à l'échelle entièrement instrumenté, dans l'environnement contrôlé d'un laboratoire. Les paramètres importants influençant l'efficacité du creusage sont identifiés et pour une pelle à câble, un modèle de remplissage du godet est proposé.