Optimization of diabase quarrying in complex deposits : doctoral thesis

Dijabaz i ostale eruptivne stijene slabo su zastupljene u geološkoj građi Hrvatske te stoga čine oskudnu mineralnu sirovinu. Ležišta su redovito smještena u brdskim područjima i karakterizirana visokim koeficijentima otkrivke, što umanjuje rentabilnost eksploatacije i raspoložive bilančne rezerve. Optimizacijom eksploatacijskog sustava, uz iskorištenje potencijalno korisnog stijenskog materijala otkrivke i primjenom suvremenih tehnologija, postiže se veća rentabilnost eksploatacije. Primjenom teorija učinaka rudarske mehanizacije i radova pri eksploataciji tehničko građevnog kamena, stvorena je baza proračuna za formiranje računskog modela eksploatacije. Teorije su provjerene i prilagođene specifičnim uvjetima eksploatacije, djelomično analizama podataka o eksploataciji dijabaza ustupljenim od koncesionara, a djelomično terenskim mjerenjima i opažanjima. Za rudarsku mehanizaciju koja je najviše angažirana u eksploataciji, i stoga stvara najviše eksploatacijske troškove, postavljena teorija daje prihvatljivo nisko odstupanje parametara učinka od iskustvenih ili terenski izmjerenih. Postavljene su četiri računske sheme koje predstavljaju četiri sustava eksploatacije kao kombinacije dvaju čimbenika, primjene pokretnih postrojenja za sitnjenje i kasiranje te iskorištavanja dijela otkrivke. Računske sheme su uspoređene prema strukturi troškova a zatim i prema rentabilnosti, za različite eksploatacijske uvjete, tj. uz varijaciju transportnih udaljenosti do stacionarnog oplemenjivačkog postrojenja, koeficijenta otkrivke te stupnja iskoristivosti otkrivke. Usporedba je pokazala da sustavi s primjenom pokretnih postrojenja postaju rentabilniji pri transportnim udaljenostima većim od 400-700m. Pri tome je sustav bez iskorištavanja otkrivke podjednako rentabilan kao i sustav uz iskorištavanje, pri koeficijentu otkrivke manjem od 0,2-1, gdje se granica pomiče prema nižem koeficijentu s porastom iskoristivosti otkrivke. Sustav bez iskorištavanja otkrivke i bez primjene pokretnih postrojenja postaje rentabilniji na transportnim udaljenostima manjim od 400-700m, uz pomak granice nadolje s porastom stupnja iskoristivosti. Sustav bez primjene pokretnih postrojenja a uz iskorištavanje otkrivke najmanje je rentabilan, na cijelom rasponu promatranih veličina. Istraživanjem je dokazano da sustavi s primjenom pokretnih postrojenja i iskorištavanjem dijela otkrivke omogućuju rentabilniju eksploataciju u nepovoljnijim eksploatacijskim uvjetima, tj. uz veće transportne udaljenosti i koeficijent otkrivke, te time ostvaruju veću bilančnost primarne mineralne sirovine dijabaza.Diabase, along with other igneous rocks, is rarely found in geological formations of Croatia and thus it represents a scarce mineral resource. Deposits are regularly found in highlands where they are characterized by high overburden, which reduces rentability of quarrying and lowers the amount of balance reserves. Higher rentability can be achieved by optimization of quarrying system, including application of mobile processing plants and utilization of potentially useful overburden materials. Applying the theories of quarrying equipment and process productivity, the basis for formation of computational quarrying model was created. Theories were tested and adapted according to the analysis of quarrying process data provided by mining company and according to the field measurements. For most utilized quarrying equipment, that generates highest share in overall expenses, theoretical productivity parameters show acceptably low deviation from empirical and field-measured values. Four computational models were formed that represent four quarrying systems, as combinations of two factors: application of mobile processing plants and partial utilization of overburden materials. The computational models were compared by expenses structure and later on by rentability, while varying haulage distance to stationary processing plant, overburden factor and degree of overburden utilization. Comparation showed that systems with application of mobile processing plants have higher rentability with haulage distance greater than 400-700m. Where system without overburden utilization has about equal rentability as the system with overburden utilization, if overburden factor is 0,2-1 or less. The boundary between two systems moves towards lower overburden factor as degree of overburden utilization rises. System without application of mobile processing plants and overburden utilization has higher rentability below 400-700m of haulage distance, with boundary moving downwards as overburden degree of utilization rises. System with utilization of overburden and without application of mobile processing plants has lowest rentability across the whole ranges of varied parameters. The research proves that application of mobile processing plants and partial utilization of overburden can provide higher rentability if unfavorable quarrying conditions were met, that is higher haulage distances and higher overburden factors. Thus, the amount of balance reserves of primary mineral resource can be increased applying this system

ASSESSMENT OF ISTRIAN COAL BED METHANE PRODUCTION POSSIBILITY

Potencijal metana u ugljenu do sada nije evaluiran u Hrvatskoj. Za nekoliko odabranih lokacija u Labinskom bazenu prikupljeni su podaci o sastavu ugljena te dubinama i debljinama slojeva i proslojaka. Izrađena je usporedna procjena sadržaja metana u ugljenu pomoću Langmuirove izoterme, općenite krivulje sorpcije te Kimove metode te je nakon ocjene kvalitete svake pojedine procjene određen sadržaj metana u ugljenu između 9.5m3/t i 11.73m3/t pomoću Kimove jednadžbe. Usporedbom sorpcije metana i CO2 uočeno je kako je u svrhu održanja tlaka i većeg iscrpka metana CO2 jedan od opcija za utiskivajući fluid. Geometrije ležišta ugljena nisu definirane te stoga nije moguća procjena ukupnog sadržaja metana.The potential of coal bed methane has not been evaluated in Croatia so far. For several selected sites in Labin basin data on the composition of coal and the depths and thicknesses of coal layers were collected. Assessment and comparison of the methane content in coal by using the Langmuir isotherm, the general curves of sorption and Kim\u27s method was made and evaluation of the quality of each assessment as well. The analysis resulted with coal bed methane content between 9.5m3/t 11.73m3/t calculated by Kim\u27s equation. By comparing the sorption of pure methane and sorption of CO2, in order to maintain the pressure in a coal bed and higher recovery of methane, the CO2 could be one of the options for injecting fluid. Geometry of coal layers was not defined and therefore it is not possible to estimate the total content of methane

LEŽIŠTA I MOGUĆNOSTI EKSPLOATACIJE BENTONITA U HRVATSKOJ

Bentonite is one of the materials that is planed to be used for buffering and backfilling in spent nuclear fuel repositories, within deep crystalline rock. There are several locations in Croatia that bentonite deposits and occurrences are found on. Some were exploited in past, and others were more or less explored. This paper presents overview of bentonite deposits, basic properties and potential resources, and mining practices in Croatia. Largest exploited deposits are found in area of Poljanska luka, Gornja Jelenska and Bednja. Surface and underground methods (drift and fill, sublevel caving) were used during exploitation. In the area of Svilaja and Lika are found potentially valuable deposits that were never exploited. Montmorilonite content ranges form 20-50% to 57-89%. Most deposits contain bentonite beds with thickness 0,4-1,6 m, and have plunge 10°-30°. Few exceptions are nearly horizontal and thick more than 5 m and even 12 m. One is declined at 70° and up to 40m thick. Proven reserves are about 2,3 Mt with some level of uncertainty. Average production per mine during exploitation period can be assumed to be several thousands t/y.Bentonit je materijal kojim se planira brtviti i zapunjavati podzemna odlagališta nuklearnog otpada u dubokim magmatskim strukturama. U Hrvatskoj postoji više lokacija ležišta ili pojava bentonita. Neka od njih su eksploatirana u prošlosti, dok su druga manje ili više istraživana. U radu je prikazan pregled ležišta bentonita, važnija svojstva i rezerve, te način eksploatacije u Hrvatskoj. Najveća ležišta nalaze se u područjima Poljanske luke, Gornje Jelenske i Bednje. Primjenjivale su se površinske i podzemne (stupno uz zapunjavanje, podetažno otkopavanje) metode eksploatacije. U području Svilaje i Like nađena su potencijalno vrijedna ležišta, koja nisu iskorištavana. Udio montmorilonita se kreće od 20-50% do 57-89%. Većina ležišta čine slojevi bentonita debljine 0,4-1,6 m, i pada 10°-30°. Iznimno su horizontalna i debljine veće od 5 m, pa čak i 12 m. Jedno ležište pada pod 70° i debljine je do 40 m. Dokazane rezeve čini otprilike 2,3 Mt bentonita, uz određenu razinu nesigurnosti. Prosječna proizvodnja po rudniku za vrijeme eksploatacije pretpostavlja se oko nekoliko tisuća tona godišnje

Podzemni istraživački poligon Rudnik sv. Barbara

Rudnik sv. Barbara se nalazi u Rudama pokraj Samobora. U rudniku se eksploatirala bakarna i željezna ruda a nakon njihovog iscrpljenja otkopavao se gips sve do pedesetih godina prošloga stoljeća. U veljači 2008. godine Rudarsko-geološko-naftni fakultet izrađuje Glavni rudarski projekt sanacije i uređenja rudnika željeza Sv. Barbare u Rudama. Rudnik Sv. Barbara je otvoren za posjetitelje 29. lipnja 2012. Nakon otvaranja rudnika suradnja između upravitelja rudnika KUD-a Oštrc i Rudarsko-geološko-naftnog fakulteta se nastavlja kroz stručne projekte, usluge kontrole i monitoringa, znanstvenoistraživačke aktivnosti te izvođenje terenske nastave. Obzirom na već postojeća istraživanja i trajno postavljenu opremu, tendenciju proširenja istraživačkih aktivnosti te uzajamni interes Fakulteta i upravitelja rudnika, predložilo se osnivanje terenskog laboratorija pod nazivom Podzemni istraživački poligon Rudnik sv. Barbara

Podzemni istraživački poligon Rudnik sv. Barbara

Rudnik sv. Barbara se nalazi u Rudama pokraj Samobora. U rudniku se eksploatirala bakarna i željezna ruda a nakon njihovog iscrpljenja otkopavao se gips sve do pedesetih godina prošloga stoljeća. U veljači 2008. godine Rudarsko-geološko-naftni fakultet izrađuje Glavni rudarski projekt sanacije i uređenja rudnika željeza Sv. Barbare u Rudama. Rudnik Sv. Barbara je otvoren za posjetitelje 29. lipnja 2012. Nakon otvaranja rudnika suradnja između upravitelja rudnika KUD-a Oštrc i Rudarsko-geološko-naftnog fakulteta se nastavlja kroz stručne projekte, usluge kontrole i monitoringa, znanstvenoistraživačke aktivnosti te izvođenje terenske nastave. Obzirom na već postojeća istraživanja i trajno postavljenu opremu, tendenciju proširenja istraživačkih aktivnosti te uzajamni interes Fakulteta i upravitelja rudnika, predložilo se osnivanje terenskog laboratorija pod nazivom Podzemni istraživački poligon Rudnik sv. Barbara

Fuel consumption and engine load factors of equipment in quarrying of crushed stone

Koeficijenti opterećenja, definirani kao udio nazivne snage pogonskog motora angažirane pri radu, koriste se pri procjeni potrošnje goriva rudarske mehanizacije. Svaka vrsta mehanizacije koristi se u specifičnom radnom procesu pri eksploataciji tehničko-građevnog kamena. Koeficijenti opterećenja karakteristični su za vrstu stroja i radni proces/uvjete rada. Prema empirijskim podacima potrošnje goriva koncesionara, u ovome radu su određeni koeficijenti opterećenja pogonskih motora glavnih strojeva pri eksploataciji tehničko-građevnog kamena. Ovo uključuje dozer, bagere, utovarivače, kamione, bušaću garnituru, pokretna postrojenja za sitnjenje i klasiranje, te pokretni tračni transporter. S pretpostavkom sličnih radnih uvjeta, dobiveni koeficijenti opterećenja mogu se smatrati karakterističnima za male kopove tehničko-građevnog kamena, ali i ostale površinske kopove, zavisno o primjeni mehanizacije. Dobiveni koeficijenti opterećenja uspoređeni su s drugim izvorima radi verifikacije rezultata i određivanja pogodne procedure procjene nepoznatih koeficijenata opterećenja u nepoznatim radnim uvjetima.Load factors, defined as portion of utilized engine power, are used in estimation of the diesel mining equipment fuel consumption. Every type of equipment is involved in the specific work operation, common in quarrying of crushed stone. Furthermore, load factors are specific for the equipment type and their application/operating conditions. Based on the mining company’s empirical data on fuel consumption, load factors of the main equipment in quarrying of crushed stone are determined in this paper. This includes bulldozer, backhoe excavators, wheel loaders, trucks, blasthole drill, mobile crushing and screening plants, and mobile belt conveyor. With an assumption of similar operating conditions, those factors can be considered as characteristic for small quarries of crushed stone, but also for mining on other surface pits, depending on the specific equipment application. The obtained load factors are compared to the available data from other sources in order to verify the results and establish the appropriate procedure for assessment of unknown load factors in different operating conditions

Calculation analysis of bulldozer\u27s productivity in gravitational transport on open pits

Analiza točnosti i primjenjivosti proračuna učinka dozera, pri gravitacijskom transportu otkrivke na površinskom kopu, provedena je usporedbom računskih vrijednosti dobivenih prema teoretskim obrascima i rezultatima terenskih mjerenja. Mjerene su i uspoređene vrijednosti obujma vučne prizme i brzine kretanja dozera, koji su osnovni faktori za određivanje učinka stroja, u uvjetima iste duljine transporta. Uočena su znatna odstupanja računski određenih učinaka dozera u odnosu na izmjerene u stvarnim uvjetima. Predložena su poboljšanja proračuna u cilju približavanja stvarnim eksploatacijskim učincima uvođenjem novih obrazaca za obujam vučne prizme i brzinu kretanja dozera. Zakrivljenost noža dozera ima znatan utjecaj na obujam vučne prizme i nije zanemariva u proračunu. Usporedbom računskih vrijednosti po različitim autorima dobivena su odstupanja između 3 % i 40 % od mjerenih vrijednosti. Najtočnijom se pokazala novopredložena formula s odstupanjem od 3 %. Teoretski proračunata maksimalna brzina kretanja dozera prema snazi stroja, značajno odstupa od stvarne izmjerene brzine (>49 %). Brzina kretanja dozera prema vučnom dijagramu, te prilagođenoj formuli koja predstavlja univerzalnu vučnu karakteristiku dozera, primjenjiva je u slučaju transporta gdje prevladava utjecaj otpora vučne prizme na brzinu dozera (odstupanje 160 %) uvodi značajnu pogrešku u procjenu učinka.Analysis of accuracy and calculation applicability of bulldozer\u27s productivity in gravitational transport on open pits has been conducted by comparing computational values obtained by theoretical formulas and results of field measuring. The magnitude of the volume of blade load and the speed of bulldozer\u27s motion, which are the main factors for assessment of machine productivity, have been measured and compared at the same length of transport. Significant deviation of computational specified bulldozer\u27s productivity has been noticed with regard to the ones measured in real conditions. Calculation improvements have been suggested in order to better approximate real exploitation effects by introducing new formulas for the volume of blade load and the speed of bulldozer\u27s motion. The curvature of bulldozer\u27s blade has a substantial effect on the volume of pile in front of blade, and it is not negligible in the calculation. By comparing computational values of different authors, deviations between 3 % and 40 % from measured values have been obtained. The new proposed formula with a 3 % deviation has been proved to be the most accurate. Theoretically calculated maximum speed of bulldozer\u27s motion by means of engine power significantly deviates from the actual measured speed (>49 %). The speed of bulldozer\u27s motion according to the rimpull diagram and the adjusted formula that represents a universal rimpull characteristic of the bulldozer, is applicable in transport where the influence of blade load pushing resistance is prevalent to the bulldozer\u27s speed (deviation 160 %) introduces a significant error in the productivity assessment

Analysis of Constructional and Operational Parameters of Chain Saw

Učinkovit način eksploatacije blokova kamena ostvaruje se kombiniranjem lančane sjekačice i dijamantne žične pile zbog mogućnosti korištenja prednosti jednog ili drugog stroja. Lančane sjekačice se koriste za izradu horizontalnih i vertikalnih rezova, a primjenu su našle u površinskoj i podzemnoj eksploataciji u slabo do srednje abrazivnim i mekim do srednje tvrdim stijenama. Učinkovitost lančane sjekačice pri eksploataciji arhitektonskog kamena ovisi o pravilnom izboru radnih veličina stroja, reznih elemenata te uvjeta i načina eksploatacije u određenoj vrsti stijene. Iako su lančane sjekačice tehnološki napredovale, one još uvijek rade uz određene nedostatke. Dosadašnjim istraživanjima ustanovljeno je da sjekačice ne rade pri optimalnim radnim veličinama, a postojeće konstrukcije lanca nisu dovoljno optimalne. U radu su prikazane postojeće metode za određivanje učinka lančanih sjekačica, a na temelju dosadašnjih istraživanja izložene su smjernice za daljnja istraživanja.Chain saw machines are used for cutting vertical or horizontal cuts in underground and surface exploitation of dimension stone. Chainsaw performance in quarrying dimension stone depends on the right choice of machine’s operational parameters, cutting elements as well as the conditions and methods of quarrying in the certain type of rock. The key operational parameters which the operator must arrange on a chain saw are chain speed and cart speed movement, while the values of this parameters are based on manufacturer\u27s recommendations and/or the operator experience. The main objective of this paper is to analyze the relationship between the operational parameters, chain design and chainsaw performance. Based on previous research, despite the limited literature on chain saw performance, it can be concluded that chain saws do not operate with optimum operational parameters, and current chain designs are not efficient enough. Influence of the cutting chain design on the chainsaw performance can be analyzed by laboratory tests using a linear cutting machine. Although previous researches provide specific guidelines to increase chainsaw performance, further research should be directed to determine the optimal arrangement and the number of tools in the cutting segment as well as to the influence of the cutting geometry on the force and cutting energy. It is also reported that insufficient efficiency of chainsaw machines is due the shallow depth of cuts taken by the cutting tools. Chain saw performance can be increased with the increase of the depth of cutting tools or with the decrease of chain speed respectively. Optimal chain speed cannot be determined solely on the basis of the specific energy since the optimal speed also depends on the cutting force and the wear of cutting tools as well as on the amount of material created during the cutting. Additional laboratory and field experiments should analyse the influence of the above quantities on chain saw performance in order to determine optimum constructional and operational parameters