Optimization of the land reclamation management process at coal open pit mines.

[Б. Димитријевић]

265 листова

Рудaрскo инжeњeрствo - Eксплoaтaциja чврстих минeрaлних сирoвинa и мeхaникa стeнa / Mining Engineering - The exploitation of solid minerals and rock mechanics

Ширење површинске експлоатације минералних сировина а нарочито енергетских ресурса фосилних горива, чине површинске копове угља просторно доминантним објектима великих рударских басена како у нас тако и у свету. Експлоатациона активност, прати негативне еколошке утицаје на животну средину шире околине, што нас обавезује на интегрално планирање, ревитализацију, рекултивацију и уређење нарушеног простора за његово поновно хумано коришћење у постексплоатационом периоду. Постексплоатационо санирање и уређење предела површинских копова и одлагалишта односно нарушеног простора изазваног рударским радовима и пратећих објеката, представља синтетички мултидисциплинарно-интердисциплинаран веома комплексан вишефазни инжењерски пројектни задатак. У уводном делу дисертације презентује се преглед и искустава успешно затворених и рекултивисаних копова угља и анализом примера у светској пракси. Такође, је на основу теоријских аспеката проблема одлучивања и управљања у најширем смислу отворен проблем приступа решавања примене ових феномена на процесе техничке и биолошке рекултивације предела деградираних површинском експлоатацијом и анализу њиховог општег утицаја на факторе животне средине. Процес рекултивације као пословни систем моделован је преко својих потпроцеса: техничка рекултивација, биолошка рекултивација, мониторинга животне и мониторинга радне средине, а управљање се реализује кроз процес управљања који садржи потпроцесе планирање, организовање, праћење реализације и контрола реализације пословних активности. Као кључни процес, процес планирања рекултивације кроз све фазе развоја површинског копа има три нивоа: прелиминарни, оперативни и финални и може се применити како за нове површинске копове тако и за површинске копове у раду за које то претходно није детаљно вршено. Анализом могућих моделских приступа за подршку одлучивању током рекултивације кроз различитe примерe из светске праксе изведен је синтетички приступ предметне проблематике и дат предлог најприкладнијих моделских анализа природних, техничко-технолошких, правно-економских и друштвено-организационих фактора за подршку одлучивања током рекултивације. Такође, прегледно су дате теоријске могућности примене модела нелинеарног програмирања, пре свега вишекритеријумских, вишеатрибутних и вишециљних модела, као што су ELECTRE, PROMETHEE, AHP, VIKOR и др. Дефинисањем нове методологије у структуирању процесима управљања и одлучивања дефинисано је решење Алгоритма процедуралног одлучивања у поступку избора рекултивационог решења, односно избору најбољег - оптималног решења према задатим критеријумима и предложеним алтернативним рекултивационим варијантама. У тези је табеларно диференцирано 12 могућих одабраних критеријума који се могу представити нумеричком и/или описном вредношћу, с тим да су неки критеријуми алтернативно пожељни, нужни или без алтернативе у облику детерминистичких или описних података. Избор рекултивационих решења могућ је селекцијом одређеног броја од максимално 20 алтернативних варијанти за сваки коп посебно аналогно селекцијом критеријума. За потребе пројектних решења односно, изабраних површинских копова као истраживачких полигона изабран је модел PROMETHEE. Без улажења у анализу и оцену вишеатрибутних модела, при избору модела превагу је имало искуство у његовом коришћењу, постигнути резултати и уграђеност у PROMETHEE модел шест генерализованих критеријума за исказивање преференција доносиоца одлуке, што ублажава субјективитет пројектаната. Ово не негира остале методе и не искључује њихову применљивост у решавању овог типа проблема са акцентом на математичку методу PROMETHEE, која је послужила у завршном делу тезе за тест опитна истраживања на три полигона у земљи и региону: 1. Површински коп Кленовник - костолачки басен угља; и 2. Тамнава Западно Поље - Колубарски угљени басен у Србији, као и 3. Површински коп Богутово Село у угљевичком басену угља у Републици Српској (БиХ). Резултати истраживања представљени су рангирањем појединих пројектних рекултивационих решења по индексу преференција као могућих алтернативних варијанти уређења пострекултивационих предела за сваки површински коп и пратећи одлагалишни простор. Наиме, као прворангирана решења по редоследу тестирања добијена су следеће вредности: 1. Кленовник, коме се предлаже враћање деградираних површина експлоатационог поља шумарским и пољопривредним засадима комбиновано воденим површинама, парковским, спортско рекреативним и сличним садржајима комбинација пољопривредних и шумских засада, 2. Тамнава Западно Поље, пошумљавање, и 3. Богутово Село, пошумљавање. На основу резултата за предметне копове и њихов околиш, сматрамо их најповољнијим тј. најбољим - оптималним рекултивационим варјантама које поред осталих високо позиционираних дају употпуњену слику уређења постексплоатационих предела. Досадашња рекултивациона пракса у свету је показала да је могуће створити нове пољопривредне, шумске, акваторне, ливадске и друге обновљене просторе чему треба тежити и у нас. Рекултивација има мултидисциплинарни и интердисциплинарни карактер јер представља синтезу рударско-технолошких, инжењерско-геолошких (геотехничких и хидрогеолошких), хидротехничких и биоинжењерских (агрономских и шумарских мелиоративних поступака), као и других техничких мера које се предузимају у циљу трансформације техногено нарушеног земљишта у стање погодно за пољопривреду, шумарство, рибарство, рекреацију, туризам, и простор за градитељство различите намене, парковске и пејзажно амбијенталне целине. Природњачки посматрано, рекултивацијом се поспешује обнављање старих и оживљавање нових биљних и животињских врста, формирање стабилних еко-заједница у циљу еколошке равнотеже човекове околине и одрживог развоја природних обновљивих и необновљивих ресурса. У том смислу предео рекултивисаних површина уклапа се у постојећи еко систем или се пак у целини или делимично мења његова намена за нове потребе

The expansion of the opencast mining of mineral raw materials, in particular the energetic resources such as fossil fuels is making coal opencast mines spatially dominant objects of large mining basins in our country, as well as worldwide. Mining activities are followed by negative environmental influences in a wider area, committing us to the integral planning, revitalization, land reclamation and spatial arrangement of the downgraded areas for the human use in the post-mining period. The post-mining remediation and spatial arrangement of open pit mine areas and waste dumps, or, in other words, downgraded area caused by mining operations and accessory facilities is a synthetic multidisciplinary-interdisciplinary very complex multiphase engineering and design task. The introduction part of the dissertation demonstrates the review and experiences at the sites of successfully closed and reclaimed coal open pit mines, and the analysis of the examples in day-to-day practice worldwide. Additionally, based on the theoretical aspects of the decision making and management problems in its widest sense, a problem was exposed. The problem is related with the approach in solving these phenomena to the processes of technical and biological land reclamation of the areas downgraded by opencast mining and the analysis of their general influence on the environmental factors. The land reclamation process as the business system is modelled through its subprocesses: technical land reclamation, biological land reclamation, monitoring of the living and working environment while the management is accomplished through the management process containing the subprocesses of planning, organizing, monitoring and control of realization of the business activities. As the key process, the land reclamation planning process through all the phases of open pit mine development is made of three levels: preliminary, operative and final, and it can be applied to the new open pit mines as well as the operational open pit mines where it was not previously applied in detail. By means of analyzing possible model approaches for support to decision making during land reclamation through various examples from the contemporary practices worldwide, a synthetic approach for the problem in question was derived, as well as the suggestion for the most suitable model analysis of natural, technical, technological, legal, financial, social and organizational factors for support to decision making in land reclamation. Furthermore, a presentation of theoretical potentials of non-linear programming models are presented, primarily multi-criteria, multi-attribute and multi-objective models, such as ELECTRE, PROMETHEE, AHP, VIKOR, etc. By defining a new methodology in structuring the processes of decision making and management, a solution was defined for the Algorithm of process decision making for the purpose of land reclamation solution selection, i.e. the selection of the best - the optimal solution according to the given criteria and the suggested alternative land reclamation variations. The thesis differentiates in tabular form 12 possible selected criteria that can be presented by a numerical and/or descriptive value, having in mind that some of the criteria are alternatively desirable, necessary or without an alternative in form of deterministic or descriptive data. The selection of the land reclamation solutions is possible by selecting a certain number out of maximum of 20 alternative variations for each open pit mine separately, by using analogy in selecting the criteria. For the purpose of design solutions, i.e. the selected open pit mines as the research objects, PROMETHEE model was chosen. Without further analysis and the assessment of the multi-attribute models, the selection of model was predisposed by experience in its utilization, achieved results and the level of inclusion of six generalized criteria for the decision making preference expression in the PROMETHEE model, thus diminishing the subjectivity of the designer. This is not disproving other methods or excluding their applicability for the purpose of solving this class of problems with an emphasis on the mathematical method PROMETHEE, serving in the closing section of the thesis for test experimental research performed in three subject in our country and the region: 1. Open pit mine Klenovik - Kostolac Coal Mining Basin, 2. Tamnava West Field - Kolubara Coal Mining Basin in Serbia as well as 3. Open pit mine Bogutovo Selo at the Ugljevik Coal Basin in the Republic of Srpska (BIH). Experimental results are presented by ranking certain designed land reclamation solutions by preference index as possible alternative variations in arranging the post-reclamation areas for each open pit mine and the accessory waste damp. Namely, as the first-ranked solutions by testing orders the following results were obtained: 1. Klenovnik - where the demoted areas of the mining area are proposed to be functionally returned to the forest and agricultural plantations, combined aquatic surfaces, park, sport and recreational and similar contents, 2. Tamnava West Field - afforestation and 3. Bogutovo Selo - afforestation. Based on the results obtained by each open pit mines and their environment, they are believed to be the most suitable, i.e. the best – optimal land reclamation variation that provides, alongside with other high-ranked solutions, the complete image of the post-mining areas arrangement. The land reclamation habit worldwide shown that it is possible to create new agricultural, forest, aquatic, meadowland and other areas, which is a goal to be aspired for in our country as well. Land reclamation has multidisciplinary and interdisciplinary nature since it represents a synthesis of the miningtechnological, engineering-geological (geotechnical and hydrogeological), hydrotechnical and bioengineering (agronomy and forest melioration procedures), as well as other technical measures taken with the purpose of transforming the technogenic downgraded land in the condition suitable for agriculture, forestry, fishing, exercise, tourism and the area for construction of objects with diverse purpose, parks and landscape ambient entities. From a naturalistic point of view, land reclamation is supporting the renewal of old and the revival of new floral and animal species, creation of stable eco-communities with the aim of ecological balance of the environment and the sustainable development of the natural renewable and non-renewable resources. To this end, the area of the land-reclaimed areas fits into the existing eco-system or it is perhaps altogether or partially its purpose changing for new demands

рекултивација, постексплоатациони предео, површински коп угља, вишеатрибутна анализа, одлучивање, процеси, рекултивационо решење

land reclamation, post-mining area, coal open pit mine, multi-attribute analysis, decision making, processes, land reclamation solution

004:005.1:311:338.4 502/504:519.863:553.9 620.9:622:622.172/.271/.765 658.286:662.642(043.3)

Tekst