USING NON-BLASTING TECHNOLOGIES FOR DESTRUCTION OF HARD ROCK IN SURFACE MINING

Determination the effective application field of non-blasting technology and technologies for the hard rock preparation for excavation during surface mining

Impacts of temperature increase and change in precipitation pattern on ecophysiology, biomass allocation and yield quality of selected crops

Climate change poses a challenge for the production of crops in the twenty-first century due to alterations in environmental conditions. In Central Europe, temperature will be increased and precipitation pattern will be altered, thereby influencing soil moisture content, physiological plant processes and crop development in agricultural areas, with impacts on crop yield and the chemical composition of seeds. Warming and drought often occur simultaneously. The combination of multiple abiotic stresses can be synergistic, leading to additive negative effects on crop productivity. To date, little information is available from multi-factor experiments analyzing interactive effects of warming and reduced precipitation in an arable field. In addition, one major issue of studying climate change effects on crop development in the long-term is that weather conditions can vary strongly between years, e.g., with hot and dry summers in comparison to cool and wet ones, which directly affects soil moisture content and indirectly affects crop development. Thus, considering yearly weather conditions seems to be important for the analyses of climate change effects on aboveground biomass and harvestable yield of crops. The aim of the present work was to identify single and combined effects of soil warming (+2.5 °C), reduced summer precipitation amount (-25%), and precipitation frequency (-50%) on crop development, ecophysiology, aboveground biomass and yield as well as on yield quality of wheat, barley, and oilseed rape grown in the Hohenheim Climate Change (HoCC) field experiment. This thesis presents novel results from the HoCC experiment in the long-term perspective. Thus, aboveground biomass and yield data (2009-2018) of the three crops were analyzed with regard to their inter-annual variability, including annual fluctuations in weather conditions.This thesis consists of three publications. In the first and second publication a field experiment within the scope of the HoCC experiment was conducted with spring barley (Hordeum vulgare L. cv. RGT Planet) and winter oilseed rape (Brassica napus L. cv. Mercedes) in 2016 and 2017. The objective was to investigate the impacts of soil warming, altered precipitation pattern and their interactions on biomass production and crop yield. In addition, it was examined, whether the simulated climate changes affecting barley photosynthesis and the seed quality compounds of oilseed rape. In the third publication, long-term plant productivity data of wheat, barley, and oilseed rape were evaluated, including aboveground biomass and yield data from the field experiment in 2018 with winter wheat (Triticum aestivum L. cv. Rebell).Der Klimawandel stellt aufgrund veränderter Umweltbedingungen eine Herausforderung für den Anbau von landwirtschaftlichen Nutzpflanzen im 21. Jahrhundert dar. In Mitteleuropa steigt die Temperatur an und die Niederschlagsmuster verändern sich, wodurch die Bodenfeuchte, die physiologischen Pflanzenprozesse und die Pflanzenentwicklung in landwirtschaftlichen Gebieten beeinflusst werden. Dies wirkt sich auf den Ernteertrag und die chemische Zusammensetzung der Erträge aus. Häufig treten Erwärmung und Trockenheit gleichzeitig auf. Dabei kann sich das Vorkommen mehrerer abiotischer Stressoren synergistisch auswirken und zu additiv negativen Effekten auf die Pflanzenproduktivität führen. Bisher liegen nur wenige Informationen aus multifaktoriellen Experimenten vor, welche die Wechselwirkungen von Erwärmung und Trockenheit in einem landwirtschaftlichen Feld untersuchen. Darüber hinaus ist es wichtig die Auswirkungen des Klimawandels auf die Entwicklung von Nutzpflanzen in Langzeitstudien zu untersuchen, da die Wetterbedingungen zwischen den Jahren stark variieren können, z. B. mit heißen und trockenen Sommern im Vergleich zu kühlen und nassen, mit direkter Auswirkung auf die Bodenfeuchte und indirekter Wirkung auf die Entwicklung der Pflanzen. Demzufolge scheint eine Berücksichtigung der jährlichen Wetterbedingungen wichtig zu sein, wenn die Folgen des Klimawandels auf die oberirdische Biomasse und den Ernteertrag von landwirtschaftlichen Nutzpflanzen abgeschätzt werden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es im Rahmen des Hohenheim Climate Change (HoCC) Feld-Experimentes die Folgen der drei Faktoren Bodenerwärmung (+2,5°C), reduzierter Sommer Niederschlagsmenge (-25 %) und Niederschlagshäufigkeit (-50 %) einzeln oder in Kombination auf die Parameter Pflanzenentwicklung, Ökophysiologie, oberirdische Biomasse, Ertrag und Ertragsqualität von Weizen, Gerste und Raps zu untersuchen. In dieser Arbeit werden neue Ergebnisse aus dem Langzeit - HoCC-Experiment präsentiert. Dazu wurden Daten von 2009-2018 zu oberirdischer Biomasse und Ertrag der drei Kulturen hinsichtlich ihrer zwischenjährlichen Variabilität analysiert und jährliche Schwankungen in den Witterungsbedingungen berücksichtigt. Die Dissertation besteht aus drei Publikationen. In der ersten und zweiten Veröffentlichung wurde im Rahmen des HoCC Experimentes in den Jahren 2016 und 2017 ein Feldversuch mit den Nutzpflanzen Sommergerste (Hordeum vulgare L. cv. RGT Planet) und Winterraps (Brassica napus L. cv. Mercedes) durchgeführt. Ziel war es, die Auswirkungen einer Bodenerwärmung, veränderten Niederschlagsmustern und deren Wechselwirkungen auf die Biomasseproduktion und den Ernteertrag zu untersuchen. Darüber hinaus wurde untersucht, ob sich die simulierten Klimaänderungen auf die Photosynthese von Gerste sowie auf die Inhaltsstoffe von Rapssamen auswirken. In der dritten Veröffentlichung wurden Langzeit - Produktivitätsdaten von Weizen, Gerste, und Raps ausgewertet, darunter oberirdische Biomasse und Ertragsdaten aus dem HoCC Feldversuch von 2018 mit Winterweizen (Triticum aestivum L. cv. Rebell)

Determination of dielectric recovery characteristic of a pyro switch in commutation circuit

Pyrotechnic switches are used for overcurrent protection, e.g. in low-voltage DC circuits (battery disconnector). At fault current interruption, arc voltage built up by the switch must be sufficiently high to drive the current to zero (DC switching principle). Compared to AC interruption, the switch does not experience a transient recovery voltage (TRV). With increasing breaking capacity, comparatively large construction volumes are necessary. Possible reduction in design effort of the switch is found by using the commutation principle where the pyrotechnic switch is integrated as commutation switch in the low-impedance main current path. This publication presents an experimental method for recording the dynamic dielectric recovery characteristics of a pyrotechnical switch for commutation circuits. An electrically equivalent network without a switch-off element in the commutation path was installed in the synthetic test circuit and stressed with currents up to 10 kA. From the moment of successful commutation by the pyrotechnical switch, the switch was loaded with voltages up to 4 kV using an RC circuit for recording the dynamic dielectric recovery characteristic. With the resulting dielectric recovery course and the verification of the switching capacity required for successful commutation, an optimally adapted switch-off element can be selected for realizing the overcurrent protection device based on the commutation principle

Selection of environmentally safe open-pit technology for mining water-bearing deposits

Purpose. Substantiation of environmentally acceptable technologies for surface mining of water-bearing placer deposits, taking into account the parameters of mining systems elements and areas damaged during mining of mineral deposits. Methods. Selection of the most environmentally safe technology of surface mining is carried out with the help of technical analytical method by way of establishing parameters of mine workings and determining the instant area of workings for each technological scheme. Findings. To conduct the research, we proposed to use index Δ which compares the actual position of inter-ramp angles and the inside dump angles with the maximum permitted values. The dependences of concentration degree KK and area of workings Str on index Δ allow to infer that the technological scheme with a rotary excavator is more environmentally sound than the scheme with hydraulic excavators. Application of the former technological scheme makes it possible to reduce the area of disturbed lands by 8%. In the proposed scheme of mining Motronivske placer deposit, the concentration degree KK reaches the maximum value 0.7, which corresponds to the minimum area of workings. Originality. The most environmentally efficient technological scheme of surface mining deposits is the scheme with the highest mining concentration factor. Practical implications. The results of the conducted research are of considerable practical value for the companies engaged in mining horizontal water-bearing deposits, which leads to disturbance of large land areas. In selecting a rational technological scheme for the surface mining of mineral deposits, it is proposed to consider not only economic indicators, but also the possibility of the disturbed land areas reduction.Мета. Обґрунтування екологічно безпечних технологій відкритої розробки обводнених розсипних родовищ з урахуванням параметрів елементів систем розробки і площ порушених земель при видобутку корисних копалин. Методика. Вибір найбільш екологічно безпечної технології відкритих гірничих робіт виконується методом техніко-аналітичного аналізу шляхом встановлення величини параметрів гірничих виробок і визначення безпосередньої площі робочих траншей для кожної з технологічних схем. Результати. Під час виконання досліджень запропоновано показник Δ, який оцінює існуюче положення кутів укосів робочого борту та внутрішнього відвалу з максимально допустимими значеннями. Залежність показників ступеня концентрації КК та площі гірничих виробок від показника Δ дозволяє визначити, що технологічна схема з застосуванням роторного екскаватора є більш екологічно безпечною, ніж схема з гідравлічними екскаваторами. Використання даної схеми дозволяє зменшити площу порушених земель відкритими роботами на 8%. При цій технологічній схемі розробки Мотронівського родовища ступінь концентрації КК досягає максимального значення 0.7, що відповідає мінімальній площі гірничих виробок. Наукова новизна. Найбільш екологічно ефективною технологічною схемою відкритої розробки родовища є схема із застосуванням гідромеханічного способу розробки корисної копалини та з найбільшим коефіцієнтом концентрації гірничих робіт. Практична значимість. Результати виконаних досліджень мають важливе практичне значення для підприємств, які виконують розробку горизонтальних обводнених родовищ з порушенням великих площ землі. При виборі раціональної технологічної схеми розробки корисної копалини відкритим способом пропонується розраховувати не тільки економічні показники, а також враховувати можливість скорочення площ порушених земель.Цель. Обоснование экологически приемлемых технологий открытой разработки обводненных россыпных месторождений с учетом параметров элементов систем разработки и площадей земель, нарушаемых при добыче полезного ископаемого. Методика. Выбор наиболее экологически безопасной технологии открытых горных работ выполняется с использованием метода технико-аналитического анализа путем установления параметров горных выработок и определения непосредственной площади горных выработок для каждой из технологических схем. Результаты. При выполнении исследований предложен показатель Δ, который сравнивает существующее положение углов откосов рабочего борта и внутреннего отвала с максимально допустимыми значениями. Зависимость показателей степени концентрации KK и площади горных выработок Str от индекса Δ позволяет определить, что технологическая схема с применением роторного экскаватора более экологически безопасна, чем схема с гидравлическими экскаваторами. Применение данной схемы позволяет уменьшить площадь нарушенных земель открытыми работами на 8%. При этой технологической схеме разработки Мотроновского месторождения степень концентрации KK достигает максимального значения 0.7, что соответствует минимальной площади горных выработок. Научная новизна. Наиболее экологически эффективной технологической схемой открытой разработки обводненного месторождения является схема с применением гидромеханического способа разработки и наибольшим коэффициентом концентрации горных работ. Практическая значимость. Результаты выполненных исследований имеют важное практическое значение для предприятий, выполняющих разработку горизонтальных обводненных месторождений с нарушением больших площадей земель. При выборе рациональной технологической схемы разработки полезного ископаемого открытым способом предлагается рассчитывать не только экономические показатели разработки, а также учитывать возможности сокращения площадей нарушенных земель.The present research became possible due to initial preparation of application form for the grant of Volkswagen Stiftung in 2016. We express our sincere gratitude to Motronivske MPP for supplying our research with information about deposits geology, hydrogeology and mining technology

The Impact of Low Rank Coal (LRC) Utilization on the Indonesian Economy 2025 : An Input-Output Analysis

The main objective of this paper is to quantify the economic impact of LRC utilization on the Indonesian economy in 2025 using Input-Output (IO) analysis. Combined with mathematical models, IO tables can be used to analyze economic impact, simulate the impact of policies and make estimates. In this study, the analysis is based on the 2005 IO Table 175 x 175 sectors with domestic transaction based on producer prices. The table was then adjusted to the conditions of 2013 and projected to 2025 with scenarios of economic growth at 5.5%. These growth scenarios are also used in forecasting energy demand. The type and amount of LRC utilization calculation results are based on economic and forecasting of energy demand, these then entered in the IO table as a new economic sector. After the IO tables are projected to 2025, multiplier, linkage and economic impact analyses are then carried out. Keywords: low rank coal, input-output analysis, multiplier, linkage, economic impact analysi

Bewertung der Ermüdungsfestigkeit von geschweißten und gelöteten Lamellen, Steifen und Anbauteilen

Die Ermüdungsfestigkeit von geschweißten Konstruktionen beeinflusst maßgeblich die Lebensdauer von zyklisch beanspruchten Stahlkonstruktionen. Durch Kerbwirkung und daraus resultierenden Spannungskonzentrationen entstehen im Bereich der Schweißnähte Ermüdungsrisse, die zum Versagen einer Konstruktion führen können und folglich in der Bemessung berücksichtigt werden müssen. Die Lebensdauer, die als Anzahl der Schwingspiele bis zum Versagen dargestellt werden kann, ist abhängig von der zyklischen Beanspruchung und der ihr gegenüberstehenden detailspezifischen Ermüdungsfestigkeit. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die empirisch gestützte Bewertung der Ermüdungsfestigkeit von Anbauteilen, die auf eine zyklisch beanspruchte Stahlkonstruktion aufgeschweißt oder aufgelötet werden, selbst aber keiner direkten Ermüdungsbeanspruchung ausgesetzt sind. Trotz ihrer im Sinne der Lastabtragung häufig untergeordneten Bedeutung werden diese Schweißdetails für die Ermüdungsbemessung regelmäßig bemessungsmaßgebend und bestimmen damit auch die Dimensionierung der Haupttragstruktur. Konkret werden die Ermüdungsfestigkeiten von Lamellen, Längs- und Quersteifen, Schweißbuchsen, Kopfbolzen, Schweißtellern und von ähnlichen Details untersucht. Zu den genannten Konstruktionsdetails wurden in einer sehr umfangreichen Datenbank über 8.000 Versuchsergebnisse aus veröffentlichten Studien zur Ermüdungsfestigkeit zusammengetragen. Das Datenbanksystem gewährleistet das gezielte Bearbeiten und Abfragen unterschiedlicher Informationen zu den Ermüdungsversuchen. Dies sind neben den Versuchsergebnissen und der Anzahl der erreichten Schwingspiele unter einer bestimmten zyklischen Beanspruchung Parameter wie technische Materialeigenschaften und geometrische Spezifikationen. Zusätzlich zu den in der Datenbank gesammelten Versuchsergebnissen wurden eigene Ermüdungsversuche an Konstruktionsdetails durchgeführt. Konkret untersucht wurde unter anderem die traditionelle deutsche Variante des Konstruktionsdetails Gurtlamellenende. Die vorzugsweise im Brückenbau verbreitete Form des Gurtlamellenendes mit verstärkter Stirnnaht und kerbfrei bearbeiteten Nahtübergängen zeigt deutlich höhere Ermüdungsfestigkeiten als die einfache Variante mit umlaufender Kehlnaht im Schweißzustand. Ein Schwerpunkt der experimentellen Untersuchungen liegt auf der Bewertung der Ermüdungsfestigkeit von Anbauteilen, die mit dem Kupferlot CuAl7 in einem Lichtbogenlötverfahren auf zyklisch beanspruchte Stahlkonstruktionen aufgelötet werden. In vielen Ermüdungsversuchen wurden das Verhalten und die Ermüdungsfestigkeit dieses alternativen Verfahrens zum Schweißen untersucht. Es kann gezeigt werden, dass die Ermüdungsfestigkeit von lichtbogengelöteten Anbauteilen eine deutlich höhere Ermüdungsfestigkeit bei vergleichbarer Versagenscharakteristik und vergleichbarer statischer Beanspruchbarkeit aufweist. Sowohl die in der Datenbank dokumentierten Versuche als auch die durchgeführten eigenen experimentellen Untersuchungen weisen infolge von unterschiedlichen Einflüssen auf die Ermüdungsversuche eine erhebliche Streuung auf. Für die Bewertung von Einflüssen auf die Lebensdauer und für die Ermittlung einer charakteristischen Ermüdungsfestigkeit, die einen statistisch abgesicherten Bemessungswert darstellt, muss diese Streuung berücksichtigt werden. Im Rahmen dieser Arbeit werden Verfahren zur statistischen Bewertung und Auswertung von Ermüdungsversuchen vorgestellt, die auf gemeinsamen statistischen Ansätzen beruhen und konform zu normativen Regelungen und Anforderungen im Bauwesen sind. Es kann gezeigt werden, dass die vorgestellte statistische Auswertemethode geeignet ist, zuverlässig statistisch abgesicherte Ermüdungsfestigkeiten für einzelne Serien oder für Metaanalysen mit mehreren 1.000 Versuchsergebnissen abzuleiten. Die eigenen experimentellen Untersuchungen und die Vielzahl der in der Datenbank aufgearbeiteten Versuchsergebnisse ermöglichen in Kombination mit der einheitlichen statistischen Auswertemethode Metastudien. Unterschiede können sich sowohl auf technische Aspekte beziehen wie Fertigungseinflüsse, Schweißtechnik, mechanische Materialeigenschaften und Versuchsumsetzung, als auch auf Randbedingungen wie beispielsweise die verwendete Prüf- und Messtechnik. Die Bewertung von Ermüdungsfestigkeiten für bestimmte Konstruktionsdetails auf Grundlage der Vielzahl der zur Verfügung stehenden Versuchsdaten ermöglicht damit die Berücksichtigung eines Spektrums von potenziellen Einflussfaktoren auf die charakteristische Ermüdungsfestigkeit. Die in den Versuchen ermittelten Ermüdungsfestigkeiten werden verglichen mit Ergebnissen aus numerischen Untersuchungen mit dem Kerbspannungsmodell. Dafür wurden einige Konstruktionsdetails mit dem Kerbspannungsmodell dreidimensional nachgebildet und validiert. Die Modelle eignen sich für Parameterstudien zu strukturmechanischen Einflussgrößen und geben geometrische Einflüsse tendenziell gut wieder. Die Untersuchungen zeigen auch, dass geometrische Einflüsse auf die Ermüdungsfestigkeit bei Verwendung des Kerbspannungsmodells überschätzt werden können. Als ursächlich dafür werden Streuungen aus Fertigungseinflüssen vermutet, die einen maßgeblichen Einfluss auf die Kerbwirkung haben können. Es wird anhand von vergleichenden Streuspannen für Konstruktionsdetails und Gruppen von Konstruktionsdetails zudem gezeigt, dass das Kerbspannungskonzept im Vergleich zum Nennspannungskonzept im Sinne der Bemessung nicht das genauere Verfahren zur Ermüdungsbemessung von Anbauteilen darstellt. Auf Grundlage der Untersuchungen und Erkenntnisse werden am Ende dieser Arbeit konkrete Bemessungsvorschläge für die Bewertung der Ermüdungsfestigkeit mit dem Nennspannungskonzept für geschweißte und gelötete Anbauteile wie Lamellen, Längs- und Quersteifen, Schweißbuchsen, Kopfbolzen und Schweißteller gegeben

Fatigue of steel bridges

[EN] Highway and railway bridges are exposed to cyclic stressing due to traffic loads and, therefore, have to be evaluated concerning fatigue. In most cases the fatigue evaluation is performed according to Eurocode 3 Part 1-9 on nominal stresses. To apply this nominal stress approach a detail catalogue is required classifying all relevant constructional details in terms of fatigue. Unfortunately, the existing detail catalogue of Eurocode 3 Part 1-9 reflects the state of the art of the 1990s and misses constructional details being important for today’s bridge design. As an example the derivation of a new detail, the so-called lamellae joint, is presented. Furthermore, for two new types of innovative steel bridges, where Eurocode 3 Part 1-9 does not yet specify rules able to evaluate the characteristics of these bridges, research results are shown. These are the thick-plate trough bridges and truss bridges made of thick-walled circular hollow sections (CHS). The paper starts with an overview on the recent Eurocode developments, addressing more specific the fatigue verification according to EN 1993-1-9 and the statistical analysis of fatigue test data. In the following, information is given on the outcome of some recent research projects striving to extend the application range of Eurocode 3 Part 1-9. The final conclusion, in spite of all differences, show a common tendency.The work presented is carried out as part of several joint research projects (P815 [3], P978 [18]) of the Research Association for Steel Application (FOSTA) and (No. 15380 [15], No. 17104 [16]) of the German Committee for Steel Construction (DASt). They were financed over the AiF within the evelopment program for industrial community research and development (IGF) from the Federal Ministry of Economic Affairs and Energy (BMWi) based on a decision of the German Bundestag.Kuhlmann, U.; Bove, S.; Breunig, S.; Drebenstedt, K. (2018). Fatigue of steel bridges. En Proceedings of the 12th International Conference on Advances in Steel-Concrete Composite Structures. ASCCS 2018. Editorial Universitat Politècnica de València. 39-57. https://doi.org/10.4995/ASCCS2018.2018.7212OCS395

Transient Arc Characteristic of a Commutation Switch Utilizing High Velocity Contact Separation

Commutation circuits are commonly used for low on state resistance and high current interruption capability if this can not be achieved by a single device or single current switching path. In case of fault detection, a very fast commutation of the current from the low-impedance main current path into the parallel high-current interrupting path is necessary. For single usage applications a low-cost approach is the utilization of a pyrotechnical switch in the low-impedance path. Compared to other electromechanical switches, those switches provide very high velocity of contact separation and thus a fast arc voltage rise with short commutation times. Here, measurements of the contact movement of a pyrotechnical switch were carried out using optical high speed imaging and an arc elongation up to 100ms−1 was calculated. From this, transient arc characteristics were measured in a simplified commutation network during the period until current zero in the low-impedance main current path

12-Month color stability of enamel, dentine, and enamel-dentine samples after bleaching

The study aimed to quantify the color regression of enamel (E), dentine (D), and combined enamel-dentine (ED) of differently bleached ED specimens over a period of 12months in vitro. Two ED samples were obtained from the labial surfaces of bovine teeth and prepared to a standardized thickness with the enamel and dentine layer each 1mm. The ED samples were distributed on four groups (each n = 80), in which the different bleaching products were applied on enamel (1, Whitestrips; 2, Illuminé 15%; 3, Opalescence Xtra Boost) or dentine surfaces (4, mixture of sodium perborate/distilled water). Eighty ED samples were not bleached (control). Color (L*a*b*) of ED was assessed at baseline, subsequently after bleaching and at 3, 6, and 12months of storage after bleaching (each 20 samples/group). E and D samples were prepared by removing the dentine or enamel layer of ED samples to allow for separate color analysis. Bleaching resulted in a significant color change (ΔE) of ED specimens. Within the observation period, ΔL but not Δb declined to baseline. L* values of E and D samples also declined and were not significantly different from control samples after 12months, while b* values did not decrease to baseline. Generally, no differences between the bleaching agents could be observed. Color change of enamel, dentine, and combined ED of in vitro bleached tooth samples is not stable over time with regard to lightness. However, yellowness did not return to baseline within 1yea