15 research outputs found
A computational methodology for effective bioclimatic-design applications in the urban environment
In the present paper a computational methodology for assessing and improving the microclimate in the urban environment is developed. A Computational Fluid Dynamics (CFD) model is described, which accounts for the evaporation occurring on water surfaces as well as the evapotranspiration from plant surfaces and tree foliage. Solar radiation and wind effects are also taken into account. Additionally, thermal comfort indices are implemented in the model, hence local information is provided regarding thermal sensations (bioclimatic maps). Surface temperature and air temperature at pedestrian level, are also used to characterize the microclimate. The methodology is demonstrated by means of a case study, which refers to the area of Gazi in Greece. Initially, the model is applied for simulating the airflow pattern throughout the domain of interest. The numerical results reveal the problematic areas in terms of thermal discomfort and wind effects. Based on that information advanced bioclimatic techniques are suggested to reduce severe heat stresses and to eliminate these areas. The effectiveness of the architectural interventions is
tested by estimating the microclimate-indices differences compared to the existing conditions. It is concluded that the proposed methodology serves adequately for applying effective bioclimatic strategies to mitigate the Urban Heat Island (UHI) effect
Prediction of ash fusion temperatures of high calcium lignites originated from the Ptolemais-Amyntaio basin, North Greece
Automatyczne wykrywanie wtrąceń nieurabialnych podczas urabiania koparką wieloczerpakową kołową przy użyciu czujnika elektromagnetycznego (EM) i GPS
This work describes a methodology for the automatic detection of unmineable inclusions while bucket wheel excavator (BWE) digging, using electromagnetic (EM) sensor and GPS. The overall methodology consists of data collection, pre-processing and evaluation. Two different data evaluation approaches were developed and implemented in Matlab programming environment. A relatively simple one called Simple Mode, based on statistical process control and a more sophisticated one, called Advanced Mode, based on Position Prominence Index (PPI) and on Neural-Network based Pattern Recognition (NNPR). Synthetic electromagnetic data created and used (both in simple and advanced mode) for testing the algorithms extensively. Real data, surveyed by moving the EM sensor (CMD2 of GF Instruments) and GPS against a mine slope, were examined with the proposed methodology as well. Advanced Mode provided more accurate results than Simple Mode in automatic detection of unmineable inclusions. However it is sensitive in positioning accuracy and it requires access to EM data acquired in successive bucket wheel cuts.W pracy opisano metodologię automatycznego wykrywania nieurabialnych wtrąceń podczas normalnej pracy koparki wielonaczyniowej (BWE) przy użyciu czujnika elektromagnetycznego (EM) i GPS. Ogólna metodologia obejmuje gromadzenie danych, wstępne przetwarzanie oraz ocenę. Opracowano dwa różne warianty oceny danych i wdrożono je w środowisku programowania Matlab. Stosunkowo prosty, zwany Simple Mode, oparty na statystycznej kontroli procesu i bardziej zaawansowany, zwany Advanced Mode, oparty na Position Prominence Index (PPI) oraz na Neural-Network based Pattern Recognition (NNPR). Utworzono i wykorzystano syntetyczne dane elektromagnetyczne (zarówno w trybie prostym, jak i zaawansowanym) do wszechstronnego testowania algorytmów. Uzyskane w warunkach terenowych dane pochodzące z czujnika EM (CMD2 z GF Instruments) i GPS przesuwanych na skarpie zabierki, zostały również przeanalizowano przy zastosowaniu ww. metodologii. Tryb zaawansowany (Advanced Mode) zapewnia dokładniejsze wyniki niż tryb prosty (Simple Mode) w automatycznym wykrywaniu nieurabialnych inkluzji. Jest jednak wrażliwy na dokładność pozycjonowania i wymaga dostępu do danych czujnika elektromagnetycznego (EM) uzyskanych w kolejno wybieranych przez koparkę wielonaczyniową pasmach zabierki
Wymagania systemu wczesnego wykrywania twardych formacji skalnych w odkrywkowych kopalniach węgla brunatnego
One of the frequent problems that needs to be addressed when mining coal deposits is the occurence of cohesive materials of high mechanical strength in relation to the other materials of the series. This problem is of particular importance in Europe where lignite deposits are exploited in large opencast mines utilizing Bucket Wheel Excavators (BWEs) as the main means of excavation. Often it is difficult or impossible to excavate these hard inclusions with BWEs. If their location has been determined by exploration in advance, they are usually blasted. But it is not uncommon to discover them when it is too late, that is when the BWE actually digs into them. To proactively address this problem a clear forward warning for the presence of hard inclusions is required. However, it is impossible to detect all hard inclusions present in a coal deposit by conventional exploration methods, like drilling and geological modeling. Even the results of an exceptionally extensive exploration project would have a high level of uncertainty. A different approach is to focus on the area where the actual problem may take place, namely the excavation face where the BWE is digging. If one could “see” a few cuts ahead of the face and detect hard inclusions, digging into them would be avoided. This can be achieved by developing a system mounted on the BWE, continuously surveying the excavation face and detecting in advance hard inclusions by using appropriate geophysical methods, thus warning for potential problems. In this paper the requirements and components of such a system are presented, based on the typical geologic setting, the specifications of the excavating equipment, the employed working methods, and the limitations of the available geophysical methods.Jednym z częstych problemów, które należy rozwiązać przy wydobywaniu złóż węgla brunatnego, jest występowanie spoistych materiałów o wysokiej wytrzymałości mechanicznej w stosunku do innych utworów tworzących nadkład. Problem ten ma szczególne znaczenie w Europie, gdzie złoża węgla brunatnego są eksploatowane w dużych odkrywkowych kopalniach wykorzystujących wielonaczyniowe koparki kołowe (BWE) jako maszyny podstawowe. Często trudne lub nawet niemożliwe jest urobienie tych twardych inkluzji przy pomocy tych koparek. Jeśli lokalizacja wtrąceń została wcześniej określona poprzez rozpoznanie, są one zwykle urabiane z użyciem materiałów wybuchowych. Często jednak zdarzają się przypadki nie wykrycia takiej struktury do momentu, gdy koło urabiające koparki już w nie uderzy. Aby umożliwić zareagowanie na ten problem, konieczne jest otrzymanie wyraźnego ostrzeżenia o obecności twardych inkluzji. Jednak niemożliwe jest wykrycie wszystkich twardych inkluzji obecnych w złożu węgla konwencjonalnymi metodami poszukiwawczymi, takimi jak wiercenie i modelowanie geologiczne. Nawet wyniki wyjątkowo rozległego projektu poszukiwawczego będą miały wysoki poziom niepewności. Innym podejściem jest skupienie się na obszarze, na którym może wystąpić faktyczny problem, a mianowicie w zabierce, w której koparka wielonaczyniowa pracuje. Możliwość rozpoznania kilku pasm przed czołem zabierki i wykrycia twardych wtrąceń, pozwoliłaby na uniknięcia uderzenia w nie organu urabiającego koparki. Można to osiągnąć, opracowując system zainstalowany bezpośrednio na koparce, który będzie prowadził ciągły monitoring w przodku zabierki i pozwoli na wyprzedzające wykrycie twardych wtrąceń za pomocą odpowiednich metod geofizycznych, ostrzegając w ten sposób przed potencjalnymi problemami. W niniejszym artykule przedstawiono wymagania i elementy takiego Systemu, oparte na typowej budowie geologicznej, specyfikacjach maszyn podstawowych, zastosowanych metodach pracy oraz ograniczeniach dostępnych metod geofizycznych
Możliwości poprawy wydajności pracy ciągłych układów wydobywczych eksploatujących utwory o nadmiernych oporach urabiania
Long-term strategic planning and scheduling is crucial for successful operation of continuous surface mining projects. It is a complex and multi-objective optimization problem, where the spatial model of the geological and mining characteristics of the deposits is an important issue. The occurrence of geological structures with excessive digging resistance in the overburden material of the deposits affects the efficiency of the mining system and requires appropriate mine planning and scheduling optimization. This is also the case of South Field Mine, the largest mine that is currently in operation in Ptolemais lignite-bearing basin, Northern Greece, where layers of conglomerates and sandstones with excessive digging resistance are present in the overburden strata. In this work, the evolution of South Field Mine operation, in relation to the spatial distribution of hard rock materials in the mine is presented. For the strategic planning of the mine, a graphical model has been developed. This model is applied for the selection of the best alternative for the long-term planning of mining operations. After various in-field tests, the combined use of continuous and conventional mining equipment (i.e. shovels and trucks) was finally decided to be applied for dealing with hard rock formations. Furthermore, a geostatistical model is presented for spatial interpolation of hard rock materials, based on several drilling data collected from the mine area. Finally, the efficiencies of Bucket Wheel Excavators working in soft and hard rocks are compared based on a statistical analysis of operational data.Strategiczne długoterminowe planowanie i harmonogramowanie mają kluczowe znaczenie dla skutecznej działalności operacyjnej ciągłych układów w górnictwie odkrywkowym. Jest to złożony i wielobiegunowy problem optymalizacyjny, w którym ważnym zagadnieniem jest przestrzenny model geologiczno-górniczy złoża. Występowanie w nadkładzie struktur geologicznych o nadmiernych oporach kopania wpływa na sprawność systemu wydobywczego i wymaga odpowiedniego planowania oraz optymalizacji harmonogramów. Tak jest również w przypadku kopalni South Field Mine, największej obecnie działającej kopalni węgla brunatnego Ptolemais w północnej Grecji, w której nadkład pokrywają warstwy konglomeratów i piaskowców o znacznych oporach urabiania. W pracy przedstawiono ewolucję operacji wydobywczych w kopalni South Field Mine w odniesieniu do przestrzennego rozmieszczenia twardych materiałów skalnych. Dla strategicznego planowania kopalni opracowano model graficzny, który wykorzystywany jest do wyboru najlepszej alternatywy dla długoterminowego planu operacji wydobywczych. Po różnych próbach w terenie, ostatecznie zdecydowano, że do urobienia twardych formacji skalnych zastosowana zostanie metoda kombinowana polegająca na połączeniu ciągłej i cyklicznej metodzie wydobycia. Ponadto przedstawiono model geostatystyczny do interpolacji przestrzennej materiałów twardych skał, na podstawie kilku danych wiertniczych zebranych z terenu kopalni. Na koniec, wydajność koparek czerpakowych pracujących w miękkich i twardych skałach jest porównywana na podstawie statystycznej analizy danych operacyjnych
Opracowanie systemu wnioskowania rozmytego dla uniknięcia kolizji koparki wielonaczyniowej kołowej wyposażonej w czujniki elektromagnetyczne (EM) z wtrąceniami nieurabialnymi
This study aims to the development of a Fuzzy Inference System (FIS) that will guide the operator of a Bucket Wheel Excavator (BWE) equipped with geophysical sensors to avoid collision of the excavating buckets with the hard rock formations. The developed FIS uses the probability of occurrence of a hard rock formation (estimated from the measurements of the geophysical sensor) and the operational data of the BWE to estimate the risk for collision and the diggability of the excavated material. The structural and operational characteristics of the used BWEs as well as the applied mining practices were used to modify the structure and the inference rules of the FIS and to maximize the exploitation of the existing factual and experiential knowledge.W artykule zaprezentowano wyniki badań mających na celu opracowanie Systemu Wnioskowania Rozmytego (FIS), który będzie wspomagał operatora koparki wyposażonej w czujniki geofizyczne, aby uniknąć kolizji koła czerpakowego z twardymi formacjami skalnymi. Opracowany system FIS wykorzystuje prawdopodobieństwo wystąpienia nieurabialnej skały (oszacowanego na podstawie pomiarów czujnika geofizycznego) oraz dane operacyjne koparki w celu oszacowania ryzyka kolizji i urabialności wybieranych utworów. Cechy konstrukcyjne i użytkowe używanych koparek, a także stosowane praktyki górnicze zostały wykorzystane do modyfikacji struktury i zasad wnioskowania FIS oraz maksymalizacji wykorzystania istniejącej wiedzy faktycznej i empirycznej
Eksperymentalny projekt zastosowania metod geofizycznych w badaniu przestrzennego rozkładu twardych formacji w czole zabierki urabianej wielonaczyniową koparką kołową
The estimation of hard formations spatial distribution is critical for the planning of the Bucket Wheel Excavator’s (BWE) operation. It can be made by the application of geophysical methods in correlation to drilling data and other geological criteria. The main objective of this work was to design an expert monitoring measurement system, intended to inform in advance the BWE operators for the occurrence of hard rock inclusions or difficult or even non-diggable geological formations. In this framework, numerous technical limitations were taken into consideration, regarding mainly the interference of the measuring device with the metal structure of the bucket wheel and its boom. Moreover, field tests were carried out regarding the operation of the hard rocks detection system, which was installed on a BWE that operated in several locations within the overburden strata of South Field Mine, Ptolemais, Greece. The selection of the measuring excavation face positions was based on specific criteria. Field tests were performed in excavation faces where the hard rock inclusions had been mapped in detail, as well as in others where the locations of the hard formations were unknown. According to the results of these tests, the response of the detection system to the variations of hard rock layers thickness is satisfactory. However, further work is required for improving the rigidity of the detection system, as well as the accuracy of the GPS device that monitors the position of the bucket-wheel in real time.Oszacowanie rozkładu przestrzennego twardych formacji skalnych ma kluczowe znaczenie dla planowania pracy wielonaczyniowej koparki kołowej (BWE). Można to osiągnąć, stosując metody geofizyczne w zestawieniu z danymi wiertniczymi i innymi kryteriami geologicznymi. Głównym celem tej pracy było zaprojektowanie eksperckiego systemu monitorowania, mającego na celu wcześniejsze informowanie operatorów koparki wielonaczyniowej BWE o występowaniu wtrąceń twardych skał lub trudnych, a nawet nieurabialnych formacji geologicznych. W tym kontekście brano pod uwagę liczne ograniczenia techniczne, dotyczące głównie interferencji urządzenia pomiarowego z metalową konstrukcją koła czerpakowego i jego wysięgnika. Ponadto przeprowadzono testy terenowe dotyczące działania systemu wykrywania twardych skał, który został zainstalowany na koparce BWE i działał w kilku miejscach w obrębie pięter nadkładowych w kopalni South Field Mine, Ptolemais w Grecji. Wybór zabierek wybranych do badań terenowych oparto na określonych kryteriach. Testy polowe przeprowadzono na skarpach czołowych wybieranych zabierek, w których wgłębienia z twardego kamienia zostały wcześniej szczegółowo odwzorowane, a także w innych, gdzie umiejscowienia twardych formacji były przed badaniem nieznane. Zgodnie z otrzymanymi wynikami można stwierdzić, że zastosowanie układu detekcyjnego dla wykrywania zmian grubości twardych warstw skał jest zadowalające. Konieczne są jednak dalsze prace nad poprawą konstrukcji mocowania systemu detekcji, a także nad dokładnością urządzenia GPS, które monitoruje pozycję koła czerpakowego w czasie rzeczywistym
Ocena geofizycznych metod wykrywania twardych formacji skalnych w kopalniach węgla brunatnego wykorzystujących koparki wielonaczyniowe kołowe. Przypadek kopalni węgla brunatnego South Field, Macedonia, Greece
In this paper the preliminary evaluation of the potential of geophysical methods for the detection of geological formations of high cutting resistance and hard rock inclusions during the excavation by bucket wheel excavators (BWEs) is presented. The assessment of the geophysical methods for such applications was based on the findings obtained from the literature review, as well as on simulations and field tests. The field tests were conducted at South Field mine Kozani Greece and employed electrical, electromagnetic and GPR methods. Simulations were performed in 2D and 3D, in order to examine the response of GPR in a stratified geological structure consisting of several layers and boulders of various sizes at different depths.W artykule przedstawiono wstępną ocenę możliwości zastosowania geofizycznych metod wykrywania formacji geologicznych o wysokiej odporności na skrawanie jak i wtrąceń nieurabialnych, podczas normalnej pracy koparek wielonaczyniowych kołowych. Ocena metod geofizycznych dla takich zastosowań została oparta na wynikach uzyskanych z przeglądu literaturowego, a także na symulacjach i testach terenowych. Testy terenowe przeprowadzono w kopalni South Field, Kozani w Grecji, gdzie przeprowadzono badania z wykorzystaniem metod elektrycznych, elektromagnetycznych i GPR. Symulacje przeprowadzono w 2D i 3D, w celu określenia odpowiedzi GPR w niejednorodnej strukturze geologicznej składającej się z kilku warstw litologicznych i wtrąceń skalnych o różnych rozmiarach na różnych głębokościach