A Decision Support System and Cost-Performance Analysis for Dust Control at Open-Pit Coal Mines

Özdemir, Ismet; Martens, Per Nicolai; Niemann-Delius, Christian

doi:10.18154/RWTH-2015-01233

A Decision Support System and Cost-Performance Analysis for Dust Control at Open-Pit Coal Mines = Entwicklung eines Entscheidungsunterstützungssytems und einer Kosten-Nutzen-Analyse zur Staubbekämpfung in Kohlentagebauen

Özdemir, Ismet

2015

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Ismet Özdemir

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2015

UmfangIX, 179 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Martens, Per Nicolai (Thesis advisor) ; Niemann-Delius, Christian (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2014-11-19

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-012335
DOI: 10.18154/RWTH-2015-01233
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/464364/files/464364.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Geowissenschaften (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 550

Kurzfassung
Diffuse Staubemissionen aus Bergbauprozessen können massive ökologische und gesundheitliche Auswirkungen hervorrufen, sofern keine Staubminderungsmaßnahmen ergriffen werden. Die Entwicklung geeigneter Staubminderungsverfahren erfordert die Bewertung von hauptsächlich zwei Aspekten: die Höhe der Staubemissionen und die Kosteneffektivität der Minderungsmaßnahmen.Eine angemessene Bewertung dieser beiden Aspekte kann durch einbeziehen standort- und prozessspezifischer Staubemissionsfaktoren, Reduktionsfaktoren und Kostenparameter der Minderungsmaßnahmen erfolgen. Folglich beinhaltet die vorliegende Dissertation ein decision support system (Staub-DSS), welches die Bestimmungen von Staubemissionen im Steinkohlentagebau unter Berücksichtigung der zuvor genannten Parameter ermöglicht. Darüber hinaus dient eine Kosten-Leistungsrechnung zur Bestimmung geeigneter Staubminderungsmaßnahmen. Abschließend wurden die Staubemissionen verschiedener Bergbauprozesse sowie die Grenzen der Anwendbarkeit von derzeit bestehenden Staubminderungsmaßnahmen untersucht.Die Staubemissionsfaktoren von Bergbauprozessen, Reduktionsfaktoren und Kostenparameter von Staubminderungsmaßnahmen wurden für einen typischen Steinkohlentagebau, dem NBCC Bergbaugebiet in Ha Long (Vietnam) in das Staub-DSS integriert. Die Emissionsfaktoren wurden durch Echtzeitmessungen der Staubemissionen im NBCC-Gebiet ermittelt und analysiert. Ferner wurden Staubreduktionsfaktoren für Staubminderungsverfahren durch die Analyse der Daten von Echtzeitmessungen und unter Einbeziehung einschlägiger Literatur entwickelt. Abschließend wurden die Kostenparameter dieser Staubminderungsmaßnahmen (z.B. Betriebskonstanten, Geräte- und Materialkosten) auf Basis der Beobachtungen im NBCC-Bergbaugebiet und aktuellen Marktpreisen, bestimmt.Das entwickelte Staub-DSS besteht aus einem anwendungsorientierten Modul, Best Practice Guide (BPG), und einem Rechenmodul. Der BPG ist ein textbasiertes Dokument, welches Hintergrundinformationen zur Herangehensweise von Staubminderungen im übertägigen Bergbau liefert. Auf der anderen Seite bietet das Rechenmodul eine Plattform, um Staubemissionen in Verbindung mit unterschiedlichen Minderungsmaßnahmen von verschiedenen Bergbauprozessen zu berechnen sowie eine Kosten-Leistungs-Analyse durchzuführen. Das Modul wurde unter Einbeziehung von standort- und prozessspezifischen Staubemissionsfaktoren, Reduktionsfaktoren und Kostenparameter der Minderungsmaßnahmen, welche im Rahmen dieser Arbeit bestimmt wurden, entwickelt. Um die wesentlichen Staubquellen von Bergbauprozessen zu identifizieren und die Grenzen der Anwendbarkeit der verschiedenen Methoden zu bestimmen, wurden vorhersehbare Staub-DSS-Szenarien entwickelt und simuliert. Die Simulationen der Szenarien ergaben, dass der Abraumtransport und die Winderosion als zentrale Staubquellen für die untersuchten Steinkohlentagebaue ermittelt werden konnten. Die Auswirkungen der Staubquellen hängen von den kritischen Parametern, d.h. Straßenlänge für Abraumtransport und freiliegende Fläche für die Winderosion ab. Darüber hinaus haben die Simulationsergebnisse gezeigt, dass diese Parameter sowie der Zinssatz und die Projektdauer, die Machbarkeit der Staubminderungsmaßnahmen bestimmen. Zusammenfassend können die hier dargestellten Ergebnisse der Staubemissionen und Reduktionsfaktoren für andere Bergwerksbetriebe mit vergleichbaren Abbau und Staubminderungsbedingungen angewendet werden. Außerdem kann das Staub-DSS auf Grundlage der beiden Faktoren als kosteneffektive Staubminderungsstrategie für aktive oder geplante Kohlentagebaue eingesetzt werden. Die in dieser Dissertation vorgestellte Ausarbeitung entstand im Rahmen der "Forschungsvereinigung Bergbau und Umwelt in Vietnam" (RAME). Ihr Ziel ist die Entwicklung und Umsetzung von Maßnahmen sowie Wissenstransfer in Bezug auf die Umweltauswirkungen des Steinkohlenbergbaus in Vietnam.

Fugitive dust emissions from mining activities can have severe health and environmental impacts unless adequately controlled. Designing proper mine dust control strategies requires evaluation of two main aspects: dust emission levels and cost-effectiveness of control methods. These aspects can be adequately evaluated by integrating location- and activity-specific dust emission factors, reduction factors and the cost parameters of control methods. This thesis presents a decision support system (Dust-DSS) that is capable of estimating open-pit coal mine dust emissions and the cost-performance of dust control methods on the basis of these specific parameters. Additionally, this thesis investigates the dust emission levels from different mining activities and the limits of applicability of prominent dust control methods.The DSS integrates dust emission factors of mining activities, reduction factors and the cost parameters of dust control methods designed for a typical open-pit hard coal mine, the NBCC mining site at Ha Long (Vietnam). The emission factors were derived using data obtained from real-time dust emission measurements at the NBCC site. Similarly, the reduction factors of the dust control methods were developed by either analyzing data from the real-time measurements or reviewing the relevant literature. Finally, the cost parameters of these dust control methods (e.g., operational constants, unit equipment and material costs) were determined on the basis of the observations at the NBCC mining site and actual market prices. The developed Dust-DSS includes a guide module, i.e., best practice guide (BPG) and a computational module. The BPG is a text-based document that presents background information for envisaging mine dust control approaches. The computational module provides a platform to calculate emission levels from different mining activities and cost-performance of related control methods. This module was built by incorporating location- and activity-specific dust emission factors, reduction factors and the cost parameters of control methods determined within the scope of this thesis. Predictive Dust-DSS scenarios were developed and simulated in order to identify major mine dust sources and applicability limits of different dust control methods. The scenario simulations revealed that overburden haulage and wind erosion are the major dust sources for the investigated open-pit coal mining operations. Their impact varies according to the critical parameters, i.e., road length for overburden haulage and exposed area for wind erosion. Moreover, the simulation results showed that these parameters, as well as the interest rate and the project duration determine the feasibility of the dust control methods. To sum up, the dust emission and reduction factors presented for the mining site investigated in this thesis can be applied for other mining operations with comparable mining and dust control conditions. Furthermore, the Dust-DSS based on these factors can be employed to design cost-effective dust control strategies for any active or planned open-pit coal mining operation. The work presented in this thesis has been completed within the framework of the “Research Association Mining and Environment in Vietnam” (RAME) that aims to develop and implement measures as well as to carry out capacity building to address environmental impacts of hard coal mining in Vietnam.

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