OCENA ZALET I OGRANICZEŃ INSTALACJI FOTOWOLTAIKI NA OPUSZCZONYCH ZWAŁOWISKACH
ASSESSMENT OF ADVANTAGES AND LIMITATIONS OF INSTALLING PV ON ABANDONED DUMPS
Marwan Al Heib – Institut national de l’environnement industriel et des risques (Ineris), France
Praktyka międzynarodowa wykazała, że instalacja parku fotowoltaicznego (PV) na zwałowiskach jest jednym z najlepszych ekologicznych i ekonomicznych rozwiązań. Liczba projektów jest jednak nadal bardzo ograniczona w stosunku do zidentyfikowanego potencjału. W artykule omówiono kryteria wyboru lokalizacji dla instalacji fotowoltaicznej na zwałowisku, w szczególności w odniesieniu do zagrożeń górniczych. W przypadku instalacji fotowoltaicznej należy mieć na uwadze różne kryteria środowiskowe, techniczne i ekonomiczne. Nachylenie zboczy zwałowiska wydaje się być głównym ograniczeniem dla instalacji paneli fotowoltaicznych. Ponadto, aby zapewnić długoterminowe bezpieczeństwo i ochronę, należy rozważyć specjalne systemy fundamentów. W artykule przedstawiono kilka przykładów instalacji paneli fotowoltaicznych na zwałowiskach powstałych po eksploatacji węgla we Francji.
The feedback of international practice shown that the installation of photovoltaic (PV) parc on the dumps is one of the best environmental and economic solutions. However, the number of projects is still very limited comparing to the identified potential. This paper addresses site selection criteria for landfill PV installation, particularly in relation to mining hazards.For installing the PV, different environmental, technical and economic criteria should be respected. The slope of the dumps appears as the main constraint for the installation of photovoltaic panels. In addition, specific foundation systems should be considered to ensure long-terms safety and security. The paper presents several examples of installation of photovoltaic panels on coal-lignite dumps in France.
SYSTEMY FUNDAMENTOWANIA W ZRÓWNOWAŻONEJ REWITALIZACJI TERENÓW ZWAŁOWISK POGÓRNICZYCH
FOUNDATION SYSTEMS FOR SUSTAINABLE REVITALISATION OF SPOIL DUMP AREAS
Naman Kantesaria, Ge Cui, Thejesh Kumar Garala, Nhat-Phi Doan, Koushik Halder, Charles M. Heron, Alec M. Marshall Faculty of Engineering, University of Nottingham, United Kingdom
Projektowanie systemów fundamentowych jest dobrze ugruntowane w literaturze i w praktyce. Systemy te mają jednak zastosowanie do dobrze scharakteryzowanych, jednorodnych warunków gruntowych. Materiały zwałowe stanowią poważne wyzwanie przy wdrażaniu procedur projektowych ze względu na ich charakterystykę zależną od czasu, ich zmienność przestrzenną oraz duże prawdopodobieństwo, że będą się składać z materiałów o niskiej wytrzymałości/sztywności. W związku z tym, projektowanie systemów fundamentowych na zwałowiskach, szczególnie w przypadku wrażliwych konstrukcji, takich jak turbiny wiatrowe, wymaga starannego podejścia. W celu zbadania interakcji pomiędzy materiałem zwałowym a systemem fundamentowym przeprowadzono eksperymenty modelowania fizycznego z wykorzystaniem wirówki geotechnicznej. W badaniach tych zastosowano materiał równoważny, który zapewniał zadowalające odzwierciedlenie kluczowych cech fizycznych i mechanicznych rzeczywistego materiału. W badaniach wirówkowych rozpatrywano trzy rodzaje systemów fundamentowych: (1) fundamenty płytowe, (2) fundamenty wielopalowe oraz (3) fundamenty palowo-płytowe. Dla fundamentów płytowych zastosowano długotrwałe obciążenie cykliczne o maksymalnej wartości 87kN, 171kN i 460kN. Dla fundamentów wielopalowych i palowo-płytowych zastosowano większe obciążenie cykliczne – 501kN. W celu oceny wpływu zmienności warunków klimatycznych na interakcje zwałowisko-fundamenty, przeprowadzono badania wirówkowe przy różnych poziomach zwierciadła wody w obrębie zwałowiska. Wyniki eksperymentów analizowano pod kątem rotacji fundamentu i jego osiadania pionowego. W wyniku długotrwałego obciążenia cyklicznego fundament płytowy obrócił się o około 0,1-0,2 stopnia i przesunął w pionie o 5-10 mm, natomiast fundament wielopalowy obrócił się o około 0,6-0,8 stopnia i przesunął w pionie o 20-30 mm. Fundamenty palowo-płytowe odznaczały się lepszą reakcją w porównaniu do fundamentu wielopalowego.
The design of foundations systems is well established in the literature and codes of practice. However, these are generally applicable to well characterised, homogenous ground conditions. Spoil materials represent a significant challenge when implementing these design procedures due to their time-dependent characteristics, their spatial variability , and the likelihood that they will consist of low strength/stiffness materials. As such, careful consideration is required when designing foundation systems on spoil materials, especially for sensitive structures such as wind turbines. Physical modelling experiments using a geotechnical centrifuge were conducted to study the spoil-foundation system interaction. In these tests, an equivalent spoil was used that provided satisfactory reproduction of key physical and mechanical characteristics of a real spoil material. Three types of foundation systems were considered in the centrifuge tests: (1) raft foundation, (2) pile-group foundation, and (3) pile-raft foundation. The long-term cyclic loading of 87kN, 171kN and 460kN maximum cyclic load were used for the raft foundation. A higher cyclic load of 501kN was applied to the pile-group and pile-raft foundations. To evaluate the effect of climatic condition variations on spoil-foundation interactions, the centrifuge tests were carried out at different water table levels within the spoil material. The experimental results were analysed in terms of foundation rotation and foundation vertical settlement. The raft foundation rotated around 0.1-0.2 degrees and vertically displaced by 5-10 mm, whereas the pile-group rotated about 0.6-0.8 degrees and vertically displaced by 20-30 mm due to long-term cyclic loading. The pile-raft foundation displayed better response as compared to pile-group foundation.
OCENA RYZYKA DLA POKOPALNIANEGO ZBIORNIKA WODNEGO Z WYKORZYSTANIEM OBSERWACJI IN SITU I ZAAWANSOWANEGO MODELOWANIA NUMERYCZNEGO – PRZYKŁAD JEZIORA MOST
RISK ASSESSMENT OF OPEN PIT LAKE USING IN SITU OBSERVATIONS AND ADVANCED NUMERICAL MODELLING – APPLICATION ON MOST LAKE
Vincent Renaud, Marwan Al Heib – Institut national de l’environnement industriel et des risques (Ineris), France
Jan Burda – Výzkumný ústav pro hnědé uhlí (VUHU), Czech Republic
Niemal wszystkie poeksploatacyjne wyrobiska odkrywkowe na świecie są ukształtowane jako wyrobiska końcowe przeznaczone do napełnienia wodą. W Europie tworzenie zbiorników wodnych jest najpowszechniejszym sposobem rekultywacji kopalń odkrywkowych. Bezpieczeństwo i ochrona jezior pokopalnianych jest jednym z priorytetów regionów górniczych. Należy dokonać oceny kilku zagrożeń związanych z działalnością górniczą. Na podstawie istniejących danych zaproponowano podejście jakościowe i ilościowe. Jednym z głównych zidentyfikowanych zagrożeń jest stabilność zboczy wzdłuż brzegów jezior. W celu opracowania metodologii długoterminowej oceny stabilności zalanych kopalń odkrywkowych wykonano wielkoskalowy model numeryczny jeziora i zastosowano go na jeziorze Most, które jest jednym z największych jezior pogórniczych w Europie (Czechy). W oparciu o obserwacje terenowe, wielkoskalowe dane LiDAR oraz dane geotechniczne zbudowano wielkoskalowy model numeryczny. Wyniki podkreśliły wiarygodność metodologii łączenia modelu geometrycznego z modelem geologicznym w celu stworzenia wielkoskalowego modelu numerycznego oraz identyfikacji lokalnych potencjalnie
niestabilnych stref.
Almost all post-exploitation open pit mines in the world are shaped as a final reservoir intended to be filled with water. In Europe, the creation of water lakes is the most common way of reclaiming post open pit mines. The safety and the security of mine lakes is one of the mine regions priorities. Several hazards related to mine activities should be assessed. Qualitative and quantitative approaches were suggested based on the existing data. One of the main hazards identified is the slope stability of lake banks. To develop a reliability methodology for assessing the long-term stability of flooded open pit mines, a large-scale numerical model of the lake was carried out and was applied on lake Most, which is one of the largest mining lakes in Europe (Czech Republic). The large-scale numerical model was built, based on site observations, large-scale LiDAR data and geotechnical data. The results highlighted the reliability of the methodology to combine the geometric model with the geological model to create a large-scale numerical model, and to identify local potentially instable zones.
CHARAKTERYSTYKA ODPADÓW POGÓRNICZYCH W CELU OPRACOWANIA MATERIAŁU RÓWNOWAŻNEGO DO MODELOWANIA FIZYCZNEGO
CHARACTERISATION OF SPOIL MATERIALS TO DEVELOP AN EQUIVALENT SPOIL MATERIAL FOR PHYSICAL MODEL TESTS
Thejesh Kumar Garala, Ge Cui, Naman Kantesaria, Charles M. Heron, Alec M. Marshall – Faculty of Engineering, University of Nottingham, United Kingdom
Lukáš Žižka – Brown Coal Research Institute (VUHU), Czech Republic
Zachowanie zwałowisk pogórniczych (nadkładu) pod względem inżynieryjnym powinno zostać zbadane w celu określenia stabilności zboczy zbiorników poeksploatacyjnych w różnych warunkach geologicznych i klimatycznych lub w celu efektywnego wykorzystania rekultywowanych kopalń do budowy zrównoważonej infrastruktury (np. lądowych turbin wiatrowych). Materiał zwałowisk pogórniczych jest zwykle uważany za wysoce niejednorodny, a próbki pobrane z tego samego miejsca mogą wykazywać bardzo różne właściwości. W niniejszej pracy, materiał odpadowy z czeskiej kopalni został scharakteryzowany przy użyciu badań terenowych i laboratoryjnych in-situ. W terenie przeprowadzono sondowania CPT, a do badań laboratoryjnych pobrano próbki rdzeniowe. W laboratorium oceniono właściwości indeksowe i inżynieryjne materiału. Biorąc pod uwagę zmierzone cechy i zachowanie się materiału pogórniczego, zaproponowano materiał równoważny do wykonania modelowania fizycznego z wykorzystaniem wirówki geotechnicznej. Umożliwia to symulację zachowania się materiału w kontrolowanych badaniach wirówkowych, na podstawie których można badać inne cechy materiałów pogórniczych (np. stabilność skarp zwałowiska, interakcje zwałowisko-konstrukcja budowlana).
The engineering behaviour of spoil (overburden) needs to be explored either to understand the stability of reservoir slopes under various geological and climatic conditions or for the effective utilisation of reclaimed mines for sustainable infrastructure (e.g., onshore wind turbines). The spoil material is usually considered as highly heterogeneous, and samples collected from the same site can exhibit widely varying characteristics. In this study, spoil material from a mine site in the Czech Republic is characterised using in-situ field tests and laboratory tests. Cone penetration tests were performed in the field and sample cores were collected for laboratory testing. In the laboratory, the index and engineering characteristics of the spoil were evaluated. Given the measured characteristics and behaviour of the field spoil, an equivalent spoil is proposed to perform physical modelling tests using geotechnical centrifuge. This enables simulation of the field spoil behaviour in controlled centrifuge testing, from which other aspects of spoil (e.g. stability of spoil slopes, spoil-structure interaction) can be investigated.
WPŁYW WYBRANYCH WARUNKÓW ATMOSFERYCZNYCH NA STATECZNOŚĆ ZBOCZY WYROBISK POEKSPLOATACYJNYCH KOPALŃ WĘGLA BRUNATNEGO WYPEŁNIANYCH WODĄ
THE INFLUENCE OF SELECTED WEATHER CONDITIONS ON THE SAFETY OF SLOPES OF POST EXPLOITATION LIGNITE PITS FILLING WITH WATER
Adam Bajcar – „Poltegor Instytut” Instytut Górnictwa Odkrywkowego, Wrocław, Poland
W artykule opisano wybrane czynniki atmosferyczne mogące mieć wpływ na stateczność zboczy końcowych wyrobisk poeksploatacyjnych węgla brunatnego podczas wypełniania ich wodą. Scharakteryzowano czynniki takie jak falowanie, wpływ pokrywy lodowej oraz wiatr.
The article describes selected atmospheric factors that may affect the stability of the end slopes of lignite post mining pits during their filling with water. The main factors such as waves, the influence of the ice cover and the wind were characterized.
WPŁYW PRZESTRZENNEGO ZRÓŻNICOWANIA WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁU ZWAŁOWEGO NA PRZEMIESZCZENIA ZBOCZY W WARUNKACH GWAŁTOWNEGO SPIĘTRZENIA WÓD ZBIORNIKÓW POEKSPLOATACYJNYCH
EFFECT OF SPATIAL VARIATION OF SPOIL MATERIAL PROPERTIES ON SLOPE DISPLACEMENTS UNDER RAPID DRAWDOWN OF PIT LAKES
Koushik Halder, Nhat-Phi Doan, Thejesh Kumar Garala, Ge Cui, Naman Kantesaria, Charles M. Heron, Alec M. Marshall Faculty of Engineering, University of Nottingham, United Kingdom
W wielu krajach europejskich węgiel brunatny jest wykorzystywany jako źródło paliwa w energetyce parowo-elektrycznej. Po zakończeniu działalności górniczej konieczne jest opracowanie planu rekultywacji w celu zapewnienia środowiskowego i społecznego dobrostanu okolicznych obszarów. Opuszczone wyrobiska górnicze są często rekultywowane poprzez utworzenie w nich zbiorników wodnych. W rekultywacji dużych kopalni odkrywkowych węgla brunatnego do tworzenia zboczy zbiornika można wykorzystać duże ilości wcześniejszych materiałów nadkładowych lub „odpadowych”. Materiał zwałowy jest materiałem antropogenicznym o dużej przestrzennej zmienności właściwości, dlatego też przyjęcie średnich wartości wytrzymałości na ścinanie i parametrów hydraulicznych w celu oceny stabilności i sezonowych przemieszczeń nie będzie w pełni odzwierciedlać rzeczywistych warunków terenowych. W niniejszej pracy rozważano wpływ zmienności przestrzennej na stabilność zboczy i przemieszczenia gruntu podczas gwałtownego obniżenia poziomu wody (przypadek krytyczny), stosując sprzężone analizy 2D metodą elementów skończonych typu przepływ-deformacja, z uwzględnieniem ssania gruntów nienasyconych powyżej powierzchni freatycznej. Wpływ heterogeniczności i losowości materiału na zachowanie zbocza rozważany jest poprzez modelowanie pola losowego i technikę symulacji Monte-Carlo. Badane są cztery zmienne losowe (kohezja materiału, kąt tarcia, wskaźnik porowatości i współczynnik przepuszczalności) w rozkładach log-normalnych. Wykazano, że wpływ przestrzennej zmienności materiału zwałowego jest istotny; znaczna liczba analiz z wykorzystaniem pola losowego skutkowała większymi przemieszczeniami w porównaniu z wzorcową analizą deterministyczną, w której przyjęto jednolite średnie wartości parametrów.
In many European countries, lignite or brown coal is used as a fuel source in steam-electric power generation. Upon completion of mining activities, a reclamation plan is imperative to ensure environmental and social prosperity of local areas. Abandoned mine pits are often reclaimed by creating a pit lake. Reclamation of large lignite open pit mine sites may use large amounts of previous overburden materials or “spoils” to create the slopes of the pit lake. Spoils are anthropogenic materials with large spatial variation in properties, hence, considering mean values of shear strength and hydraulic parameters to assess stability and seasonal displacements will not fully simulate actual field conditions. This paper considers the effect of spatial variation on slope stability and ground movements during rapid drawdown events (a critical case) using coupled flow-deformation 2D finite element analyses, incorporating unsaturated soil suctions above the phreatic surface. Effects of heterogeneity and randomness of spoils on the response of the slope are considered through random field modelling and the Monte-Carlo simulation technique. Four lognormally distributed random variables (spoil cohesion, friction angle, void ratio, and permeability coefficient) are examined. The effect of spatial variability of spoils is shown to be important; a significant number of the random field analyses resulted in larger displacements compared to a benchmark deterministic analysis adopting uniform mean parameter values.
ROZWAŻANIA DOTYCZĄCE EKOSYSTEMÓW WODNYCH POWSTAŁYCH W JEZIORACH PO KOPALNIACH ODKRYWKOWYCH W REGIONIE GÓRNICZYM OLTENIA
CONSIDERATION REGARDING THE AQUATIC ECOSYSTEMS DEVELOPED IN THE OPEN PIT LAKES FROM OLTENIA MINING REGION
Florin Faur, Izabela-Maria Apostu, Maria Lazăr – University of Petrosani, Department of Environmental Engineering and Geology, Petrosani, Romania
Tworzenie jezior w wyrobiskach pozostałych po kopalniach odkrywkowych staje się coraz bardziej powszechną praktyką w Rumunii (dokładniej w Zagłębiu Górniczym Oltenia, gdzie metodą odkrywkową wydobywane było i jest złoże węgla brunatnego zawarte w formacjach dackiej i rumuńskiej). Proces zalewania pozostałych wyrobisk jest na ogół naturalny, gdyż woda pochodzi ze źródeł podziemnych (warstwy wodonośne freatyczne i ciśnieniowe) oraz z opadów atmosferycznych (w tym spływów z otaczających terenów). Praktyka ta jest uważana za rodzaj ekologicznej rekonstrukcji dawnych terenów eksploatacyjnych i od dłuższego czasu jest stosowana na całym świecie (w Niemczech, Polsce, Czechach, Hiszpanii, USA, Australii itd.). Niniejszy artykuł ma na celu przedstawienie niektórych aspektów ekologicznych dotyczących tych jezior, a jako studium przypadku wybrano jezioro utworzone w wyrobisku pozostałym po odkrywce Urdari (w obrębie Zagłębia Górniczego Rovinari). Autorzy uważają jednak, że biorąc pod uwagę mnogość podobnych warunków (bioklimat, geologia, topografia itp.), w których te jeziora powstają, wstępne wnioski z tego badania można ekstrapolować na inne jeziora na tym obszarze (istniejące, takie jak Południowa Peșteana i Moi lub planowane, takie jak Roșia i Północna Peșteana). Niniejsze opracowanie przedstawia dane na temat istniejącego biotopu i biocenoz (ograniczone do identyfikacji gatunków), bez wchodzenia w szczegółowe dane dotyczące populacji, produkcji ekosystemu, przepływów energii i materii w jego obrębie, ponieważ badania te wymagają dłuższego czasu oraz większej ilości zasobów i przewidziane są w przyszłym etapie badań.
Formation of so-called open-pit lakes has become an increasingly common practice in Romania (more precisely in the Oltenia Mining Basin, where the lignite deposit contained in Dacian and Romanian formations was and is extracted through open-pits). The flooding process of the remaining gaps is in general a natural one, as water comes from underground sources (phreatic and pressurized aquifers) and from precipitations (including runoff waters from the surrounding terrains). This practice is considered to be a type of ecological reconstruction of former exploitation areas and has been applied worldwide for quite a time (in Germany, Poland, Czech Republic, Spain, USA, Australia, etc.). The present paper aims to present some ecological aspects regarding these lakes, and, as case study, we chose the lake formed in the remaining gap of Urdari open-pit (within the Rovinari Mining Basin). However, the authors consider that given the multitude of similar conditions (bioclimate, geology, topography, etc.) in which they form, the preliminary conclusions of this study can be extrapolated for other lakes in the area (existing, such South Peșteana and Moi, or planned, such as Roșia and North Peșteana). This study presents data on the existing biotope and biocenoses (restricted to species identification), without going into specific details about populations, ecosystem production, energy and matter flows within it, as these investigations demand a longer period of time and more resources and are foreseen for a future development stage of this study.