Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Comparison of the effects of anthropogenic seismic events and natural earthquakes on buried infrastructure network components

Rusek Janusz, Słowik Leszek, Tajduś Krzysztof

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2023

|

Vol. 71, nr 6

art. no. e147347

EN

Mining tremors may have an impact on the safety risk of steel pipelines through their effects. It is therefore important to quantify the impact of a high-energy mining tremor in terms of strength. In addition, a comparison of the results obtained with the effect of a seismic tremor can illustrate the scale of such a hazard. Recently, this has been a very frequently raised issue in the area of surface protection against negative mining impacts and the protection of post-mining areas. Ensuring safe use is particularly important for gas transmission elements. This paper presents the results of a comparative analysis of the impact of mining tremors and seismic impacts on a specimen steel pipeline segment. The analyzed pipeline is located in the eastern part of Poland in the area of paraseismic impacts of the LGCD (Legnica-Glogow Copper District) mine. For this purpose, an analytical approach was used to assess the impact of seismic wave propagation on underground linear infrastructure facilities. Accelerogram records for the 02-06-2023 seismic tremor from Turkey and the mining tremor for 11-25-2020 were used. In the case of the design of underground pipelines, the cross-section of the element for which measures describing wall stress and the ovalization of the cross-section are determined is usually considered. In the situation of the influence of seismic wave propagation or so-called permanent ground deformation, the response of the pipeline in the longitudinal direction is analyzed. As a final result, longitudinal strains transferred to the pipeline as a consequence of the propagating seismic wave and mining tremor were determined. The absolute difference between the deformations in the ground and along the length of the pipeline was determined. This type of analysis has not been carried out before and provides new insights into the topic of paraseismic impacts on the scale of their interaction with natural earthquakes. Mining tremor data was obtained from the mine’s seismological department. The seismic tremor data, on the other hand, was downloaded via the publicly available ESM (Engineering Strong- Motion Database).

2

Effect of the entire coal basin flooding on the land surface deformation

Tajduś Krzysztof, Sroka Anton, Dudek Mateusz, Misa Rafał, Hager Stefan, Rusek Janusz

Archives of Mining Sciences

|

2023

|

Vol. 68, no. 3

375--392

EN

This paper presents one of the environmental problems occurring during underground mine closures: according to the underground coal mine closure programme in Germany, the behaviour of the land surface caused by flooding of the entire planned mining area – the Ruhr District – had to be addressed. It was highlighted that water drainage would need to be continuous; otherwise, water levels would rise again in the mining areas, resulting in flooding of currently highly urbanised zones. Based on the variant analysis, it was concluded that the expected uniform ground movements caused by the planned rise in the mining water levels (comprising a part of two concepts – flooding up to the level of –500 m a.s.l. and −600 m a.s.l.), in the RAG Aktiengesellschaft mines, will not result in new mining damage to traditional buildings. The analysis included calculations of the maximum land surface uplift and the most unfavourable deformation factor values on the land surface, important from the point of view of buildings and structures: tilt T, compressive strain ε– and tensile strain ε+. The impact of flooding on potential, discontinuous land surface deformation was also analysed.

3

Algorytmy wykrywania struktury sieci Bayesa z danych w ocenie ryzyka powstawania uszkodzeń budynków na terenach górniczych

Rusek Janusz, Chomacki Leszek, Słowik Leszek, Firek Karol

Materiały Budowlane

|

2022

|

nr 11

66--69

PL

W artykule zaprezentowano wyniki badań, które podjęto w celu utworzenia modelu do oceny ryzyka powstania uszkodzeń budynków poddanych wpływom statycznych i dynamicznych oddziaływań górniczych. Uzasadniono przyjętą metodykę na kanwie metod uczenia maszynowego (ML - Machine Learning). Omówiono specyfikę zagadnienia i na tej podstawie przedstawiono główne założenia stosowanego podejścia, a przede wszystkim metodykę pozwalającą na samoistne wyłanianie struktury sieci Bayesa z danych (BSL - Bayesian Structure Learning). Zaprezentowano rezultaty otrzymane w ramach badań w odniesieniu do wielokondygnacyjnych budynków prefabrykowanych oraz murowanych zlokalizowanych na terenie LGOM oraz GZW. W artykule wskazano również możliwość uniwersalnego stosowania przyjętej metodyki w przypadku predykcji ryzyka powstania uszkodzeń i diagnozowania przyczyn zaistniałych szkód.

EN

The article presents the results of research that was undertaken to create a model to assess the damage risk of buildings subjected to static and dynamic mining impacts. The justification of the adopted methodology on the basis of machine learning (ML) methods is given. The specificity of the problem was discussed and, on this basis, the main assumptions of the applied approach were presented, especially the methodology allowing for autonomous extraction of the Bayesian network structure from data (BSL - Bayesian Structure Learning). The results obtained in the research were presented in relation to multi-storey prefabricated and masonry buildings located in LGDC and USB mining terrain. The paper also indicates the possibility of universal application of the adopted methodology in the case of damage risk prediction and diagnosis of the causes of damage.

4

Ocena odporności dynamicznej stalowego mostu przenośnikowego poddanego oddziaływaniu wstrząsów górniczych

Rusek Janusz, Firek Karol, Słowik Leszek, Tajduś Krzysztof, Rataj Dagmara

Builder

|

2022

|

R.26, nr 4

24--26

PL

W ramach niniejszej pracy zaprezentowano wyniki stosowania autorskiej procedury oceny odporności dynamicznej na wpływ wstrząsów górniczych istniejącego mostu przenośnikowego o konstrukcji stalowej. Obiekt ten stanowi newralgiczny element zespołu obiektów przemysłowych kopalni. Podstawą do sformułowania kryteriów do oceny był wytężeniowy stan graniczny nośności STR podany przez Eurokody oraz instrukcję ITB dotyczącą zastosowania Eurokodów w celu ustalania wartości obciążeń na terenach górniczych. W ramach analiz dokonano również rozeznania intensywności w zakresie dotychczasowych zjawisk sejsmicznych w obszarze lokalizacji przedmiotowego obiektu. Pozwoliło to na przyjęcie krzywej wzorcowego spektrum odpowiedzi, które zastosowano w analizie dynamicznej. Finalnie utworzono prętowo-powłokowy model numeryczny obiektu, dla którego przeprowadzono symulacje od obciążeń przyjmowanych do wymiarowania konstrukcji na etapie projektowania. Tak uzyskane wyniki porównano z rezultatami od kombinacji wyjątkowej uwzględniającej wpływ wstrząsów górniczych. Porównanie to pozwoliło wyodrębnić zapas nośności, w ramach którego dopuszczono możliwość przeniesienia przez konstrukcję efektu wywołanego wstrząsem górniczym. Następnie dla wyodrębnionego zapasu nośności wykalibrowano wartości dopuszczalnych przyspieszeń drgań gruntu w płaszczyźnie poziomej i pionowej. W przedstawianej procedurze oceny tak wyznaczone wartości stanowią miarę odporności dynamicznej analizowanej konstrukcji na wpływy oddziaływań wstrząsów górniczych. W ramach pracy wskazano również, że opracowane podejście pozwala na ocenę wrażliwości poszczególnych elementów konstrukcyjnych na wymuszenie dynamiczne generowane wstrząsem górniczym. Ta dodatkowa informacja może być bardzo przydatna na etapie rozważania sposobu wzmacniania konstrukcji.

EN

This article presents the results of the author's procedure for evaluating the dynamic resistance to mining tremors of the existing steel-structure conveyor bridge. This object is a sensitive component of the mine's industrial plant complex. The basis for formulation of the assessment criteria was the STR ultimate limit state given by the Eurocodes and the ITB guidelines on implementation of Eurocodes for determination of load values in mining terrains. The analyses also included a recognition of the intensity of recent seismic events in the area of the object's location. This made it possible to adopt a curve of the standard response spectrum, which was used in the dynamic analysis. Finally, a bar-shell numerical model of the structure was created, for which simulations were performed with respect to loads adopted for dimensioning of the structure at the design stage. The results obtained in this way were compared with the results from the exceptional combination taking into account the influence of mining tremors. This comparison allowed to separate the load-bearing capacity reserve, within which the possibility of carrying by the structure the effect of mining tremors was permissible. Then the limit values of accelerations of ground vibrations in horizontal and vertical planes were calibrated for the extracted load-bearing capacity reserve. In the presented assessment procedure, the so determined values constitute a measure of dynamic resistance of the analyzed structure to the effects of mining tremors. The paper also indicates that the developed approach makes it possible to assess the sensitivity of individual structural members to the dynamic excitation generated by a mining tremor. This additional information can be very useful at the stage of considering the method of strengthening the structure.

5

Paraseismic resistance evaluation for existing steel conveyor bridge subjected to mining tremors

Rusek Janusz, Słowik Leszek, Rataj Dagmara

Archives of Mining Sciences

|

2022

|

Vol. 67, no. 4

603--630

EN

The paper presents the author’s approach to evaluating the dynamic resistance of existing building structures exposed to the action of paraseismic events. The idea of the approach was demonstrated in the example of an existing conveyor bridge, which is an important component of an industrial plant located in an area threatened by the occurrence of mining tremors. A scenario was analysed in which the object’s structure was not adapted to absorb additional dynamic effects. Therefore, it was necessary to determine the load-bearing capacity reserve within which the dynamic effects induced by a mining tremor could be allowed. As part of the analysis, criteria for selecting the authoritative section of the analysed object for further dynamic calculations were established and described in detail. As a result of the implemented evaluation procedure, the limiting values of the ground acceleration components were obtained, which are understood as the resistance of the analysed object in the context of carrying additional dynamic actions induced by a tremor. The determined resistance is included in the ultimate limit state STR framework, which sets the level of strength of particular structures’ components as a criterion. The limit values of the ground acceleration components were calibrated, taking into account other accompanying variable actions according to the Eurocodes guidelines. The study also justified using this approach and provides essential information about dynamic excitation’s most sensitive structural components. Such information can direct the process of retrofit or necessary strengthening of the structure when the evaluated resistance will exceed the intensity of existing or predicted seismic events in the area.

6

The land surface deformation caused by the liquidation of the Anna mine by flooding

Dudek Mateusz, Tajduś Krzysztof, Rusek Janusz

Archives of Environmental Protection

|

2022

|

Vol. 48, no. 1

100--108

EN

The most worldwide method of liquidating underground hard coal mines is by spontaneous flooding as the result of the discontinuation of the rock mass drainage. Due to the hydrological reconstruction of the previously disturbed water system by mining operations, the movements of the rock mass with the opposite direction than subsidence appear. These movements are called rock mass uplift. This paper aims to present possible hazards related to land surface objects and the environment, which can appear during the flooding of the underground mine. The issue of proper forecasting of this phenomenon has so far been marginal in world literature. To date, only a few analytical methods have been used to predict the possible effects of surface deformation. Nowadays, the most common analytical method of forecasting surface deformation caused by the liquidation of underground workings by flooding is Sroka’s method. In this paper, the authors have presented analyses of flooding scenarios developed for a Polish mine and their impact on the land surface as well as the environment. The scenarios presented in the manuscript were selected for analysis as the most probable concerning the mine and the future plans of the mining enterprise. The process of flooding coal mines results in several risks for surface objects and underground infrastructure. This is why the uplift caused by the flooding of the mine should be predicted. The resulting uplifting movements can also, apart continuous deformation lead to the creation of much more dangerous phenomena involving discontinuous deformations.

PL

Najbardziej znaną na świecie metodą likwidacji podziemnych kopalń węgla kamiennego jest sa- moistne zatopienie jej w wyniku zaprzestania odwadniania górotworu. W związku z hydrologiczną odbudową zaburzonego wcześniej systemu wodnego przez eksploatację górniczą, pojawiają się ruchy górotworu o kierunku przeciwnym do osiadania. Ruchy nazywane są wypiętrzaniem masywu skalnego. Celem artykułu jest przedsta- wienie możliwych zagrożeń związanych z obiektami budowlanymi zlokalizowanych na powierzchni terenu oraz środowiskiem, jakie mogą wystąpić podczas zatapiania kopalni podziemnej. Kwestia prawidłowego prognozo- wania tego zjawiska była dotychczas w literaturze światowej marginalna. Do tej pory wykorzystano tylko kilka metod analitycznych do przewidywania możliwych skutków deformacji powierzchni ziemi. Obecnie najbardziej docenianą analityczną metodą prognozowania deformacji powierzchni spowodowanych likwidacją podziemnych wyrobisk przez zatapianie jest metoda Sroki. W artykule autorzy przedstawili analizę scenariuszy likwidacji opra- cowanych dla polskiej kopalni i ich wpływu na powierzchnię terenu oraz środowisko. Przedstawione w rękopisie scenariusze zostały wybrane do analizy jako najbardziej prawdopodobne ze względu na działalność kopalni i przy- szłych planów przedsiębiorstwa górniczego. Proces zatapiania kopalń podziemnych powoduje szereg zagrożeń dla obiektów naziemnych i infrastruktury podziemnej. Dlatego należy prognozować wypiętrzenie spowodowane likwidacją kopalni przez zatapianie. Powstające ruchy podnoszące mogą również, poza ciągłą deformacją, prowa- dzić do powstania znacznie groźniejszych zjawisk związanych z deformacjami nieciągłymi.

7

Direct least squares and derivative-free optimisation techniques for determining mine-induced horizontal ground displacement

Rusek Janusz, Tajduś Krzysztof

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2021

|

Vol. 69, nr 1

art. no. e135840

EN

The paper presents the results of analyses concerning a new approach to approximating trajectory of mining-induced horizontal displacements. Analyses aimed at finding the most effective method of fitting data to the trajectory of mining-induced horizontal displacements. Two variants were made. In the first, the direct least square fitting (DLSF) method was applied based on the minimization of the objective function defined in the form of an algebraic distance. In the second, the effectiveness of differential-free optimization methods (DFO) was verified. As part of this study, the following methods were tested: genetic algorithms (GA), differential evolution (DE) and particle swarm optimization (PSO). The data for the analysis were measurements of on the ground surface caused by the mining progressive work at face no. 698 of the German Prospel-Haniel mine. The results obtained were compared in terms of the fitting quality, the stability of the results and the time needed to carry out the calculations. Finally, it was found that the direct least square fitting (DLSF) approach is the most effective for the analyzed registration data base. In the authors’ opinion, this is dictated by the angular range in which the measurements within a given measuring point oscillated.

8

Analysis of steel industrial portal frame building subjected to loads resulting from land surface uplift following the closure of underground mines

Dudek Mateusz, Rusek Janusz, Tajduś Krzysztof, Słowik Leszek

Archives of Civil Engineering

|

2021

|

Vol. 67, nr 3

283--298

EN

The liquidation of underground mines by the flooding leads to movements of the rock mass and land surface as a result of pressure changes in the flooded zones. The changes resulting from the rising water table caused by the changes in the stress and strain state, as well as the physical and mechanical properties of rock layers, can lead to damage to building structures and environmental changes, such as chemical pollution of the surface water. For this reason, the ability to predict the movements of rock masses generated as a result of mine closure by flooding serves a key function in relation to the protection of the land surface and buildings present thereon. This paper presents an analysis of a steel industrial portal-frame structure under loading generated by the liquidation of a mine by flooding. The authors obtained land surface uplift results for the liquidated mine and used them in a numerical simulation for the example building. Calculations were performed for different cases, and the results were compared to determine whether limit states may be exceeded. A comparison was made between the cases for the design state and for additional loading caused by the uplift of the subsurface layer of the rock mass.

PL

Likwidacja podziemnych kopalń przez zatapianie prowadzi do ruchów górotworu i powierzchni terenu w wyniku zmian ciśnienia w strefach zatapianych. Zmiany wynikające z podniesienia się zwierciadła wody podziemnej, spowodowane zmianami stanu naprężenia i odkształcenia oraz właściwości fizycznych i mechanicznych warstw skał mogą prowadzić do uszkodzeń powierzchniowych obiektów budowlanych oraz zmian środowiskowych, takich jak chemiczne zanieczyszczenie wód przypowierzchniowych. Z tego względu możliwość przewidywania ruchów górotworu powstających w wyniku likwidacji kopalń przez zatapianie pełni kluczową funkcję w odniesieniu do ochrony powierzchni terenu i znajdujących się na nim budynków. W artykule przedstawiono analizę przemysłowej stalowej hali magazynowej pod obciążeniem wynikającym z likwidacji kopalni w wyniku jej zatapiania. Autorzy uzyskali wyniki wypiętrzenia terenu zlikwidowanej kopalni i wykorzystali je w symulacji numerycznej przykładowego budynku. Obliczenia przeprowadzono dla różnych przypadków, a wyniki porównano w celu określenia, czy możliwe jest przekroczenie stanów granicznych. Dokonano porównania pomiędzy stanem projektowym i dla dodatkowego obciążenia spowodowanego wypiętrzeniem przypowierzchniowej warstwy gruntu.

9

Analiza zmian zakresu uszkodzeń murowanych budynków wielokondygnacyjnych w okresie 10 lat oddziaływań górniczych

Firek Karol, Rusek Janusz, Wodyński Aleksander

Napędy i Sterowanie

|

2020

|

R. 22, nr 1

54--59

PL

W pracy przedstawiono wyniki analizy zakresu uszkodzeń 56 wielokondygnacyjnych budynków o konstrukcji murowanej, usytuowanych na terenie górniczym Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego. Są to obiekty mieszkalne i użyteczności publicznej w wieku do 20 lat, zabezpieczone w trakcie budowy przeciw wpływom górniczym. Podstawę badań stanowiły wyniki inwentaryzacji stanu technicznego przeprowadzone w latach 2002, 2007 i 2012. W ramach badań ustalono intensywność uszkodzeń poszczególnych a następnie przeprowadzono analizę zmian tej intensywności w czasie oraz zbadano relacje między zakresem uszkodzeń, a oddziaływaniami eksploatacji górniczej.

EN

The paper presents the results of the analysis of the extent of damage to 56 multi-story masonry buildings located in the mining area of Legnica-Głogow Copper District. These include residential and public buildings, not older than 20 years, protected against mining impacts already at the construction stage. The results of inspections of their technical condition carried out in 2002, 2007 and 2012 formed the basis for the study. The intensity of damage to the individual buildings was determined, and then the changes of this intensity in time were analyzed. The relationship between the extent of damage and the impact of mining exploitation was examined as well.

10

Extracting structure of Bayesian network from data in predicting the damage of prefabricated reinforced concrete buildings in mining areas

Rusek Janusz, Firek Karol, Słowik Leszek

Eksploatacja i Niezawodność

|

2020

|

Vol. 22, no. 4

658--666

EN

This article presents the results of the research on the construction of a model for assessing the risk of damage to building structures located in mining areas. The research was based on the database on the structure, technical condition and mining impacts regarding 129 prefabricated reinforced concrete buildings erected in the industrialised large-block system, located in the mining area of the Legnica-Glogow Copper District (LGCD). The methodology of the Bayesian Belief Network (BBN) was used for the analysis. Using the score-based Bayesian structure learning approach (Hill-Climbing and Tabu-Search) as well as the selected optimisation criteria, 16 Bayesian network structures were induced. All models were subjected to quantitative and qualitative evaluation by verifying their features in the context of accuracy of prediction, generalisation of acquired knowledge and cause-effect relationships. This allowed to select the best network structure together with the corresponding optimisation criterion. The analysis of the results demonstrated that the Tabu-Search method adopting the optimisation criterion in the form of Locally Averaged Bayesian Dirichlet score (BDla) led to obtaining a model with the best features among all the selected models. The results justified the adoption of the BBN methodology as effective in the context of assessing the extent of damage to building structures in mining areas.

PL

W artykule zaprezentowano wyniki badań dotyczących budowy modelu do oceny ryzyka powstawania uszkodzeń budynków usytuowanych na terenach górniczych. Podstawą do badań była baza danych nt. konstrukcji, stanu technicznego oraz wpływów górniczych dla 129 żelbetowych prefabrykowanych budynków wznoszonych w uprzemysłowionym systemie wielkoblokowym zlokalizowanych na terenie górniczym Legnicko-Głodowskiego Okręgu Miedziowego (LGOM). Do analiz zastosowano metodykę sieci przekonań Bayesa (BBN – Belief Bayesian Networks). Stosując podejście score-based Bayesian structure learning (Hill-Climbing oraz Tabu-Search) oraz wyselekcjonowane kryteria optymalizacyjne, wyłoniono 16 struktur sieci Bayesowskich. Wszystkie modele poddano ocenie ilościowej i jakościowej, weryfikując ich własności w kontekście trafności predykcji, generalizacji nabytej wiedzy oraz zależności przyczynowo-skutkowych. Pozwoliło to na wyselekcjonowanie najlepszej struktury sieci wraz z odpowiadającym kryterium optymalizacyjnym. Analiza wyników wykazała, że metoda Tabu-Search przy przyjęciu kryterium optymalizacyjnego w postaci Locally Averaged Bayesian Dirichlet score (BDla), prowadzi do uzyskania modelu o najlepszych własnościach spośród wszystkich wyłonionych modeli. Uzyskane rezultaty uzasadniają przyjęcie metodyki BBN, jako efektywnej w kontekście oceny zakresu uszkodzeń budynków na terenach górniczych.

11

The Point Nuisance Method as a decision-support system based on bayesian inference approach

Rusek Janusz

Archives of Mining Sciences

|

2020

|

Vol. 65, no. 1

117--127

EN

The article attempts to transfer information from the Point Nuisance Method (PNM) used in Poland in the issue of protection of buildings in mining areas, to the system of inference based on Bayesian formalism. For this purpose, all possible combinations occurring in PNM were selected. The number of numerically generated patterns was 6,718,464 cases. Then, based on Python package Scikit-Learn, a classification model was created in the form of the Naïve Bayes Classifier (NBC). The effectiveness of three methods used to build this type of decision-support system was analysed, from which the Categorical Multinomial Naive Bayes (CMNB) approach was finally selected. With the created classifier, its properties were verified in terms of quality of classify and generalization. For this purpose a general approach was used, analysing the level of accuracy of the model in relation to training and teaching data, and detailed, based on the analysis of the confusion matrix. Additionally, the operation of the created classifier was simulated to determine the optimal Laplace smoothing parameter α. The article ends with conclusions from the carried out calculations, in which an attempt was made to answer the question concerning potential reasons for incorrect classification of the created CMNB model. The discussion ends with a reference to the planned research, in which, among other things, the use of more complex Bayesian belief networks (BBN) is planned.

12

Zastosowanie wnioskowania Bayesa do oceny zagrożenia budynków wielkoblokowych na terenach górniczych

Rusek Janusz, Firek Karol

Przegląd Górniczy

|

2019

|

T. 75, nr 2

7--12

PL

W artykule przedstawiono przykłady wykorzystania modeli opartych na formalizmie wnioskowania Bayesa do analizy zagrożenia budynków zlokalizowanych na terenach górniczych. Przedmiotem badań była grupa 126 budynków wzniesionych w technologii wielkoblokowej. Przedstawiono metody wnioskowania wykorzystane w dotychczasowych badaniach ryzyka powstawania uszkodzeń w budynkach narażonych na negatywne skutki eksploatacji górniczej. Obejmowały one ocenę stanu technicznego (st), w ramach której do budowy modelu zastosowano naiwną klasyfikację Bayesa, a także analizę intensywności uszkodzeń elementów składowych budynku, z wykorzystaniem Bayesowskich sieci przekonań. W konkluzji przedstawiono koncepcję uszczegółowienia wyników wcześniejszych badań. Polega ona na samoistnym generowaniu struktury sieci Bayesa w oparciu o bazę danych o intensywności uszkodzeń istniejących budynków.

EN

This research paper provides examples of the use of models based on the formalism of Bayesian inference for the analysis of the threats to building structures located in mining areas. The subject of the research study was a group of 126 buildings erected in the large-block technology. The authors presented the inference methods of the risk of the occurrence of damage to buildings exposed to the adverse effects of mining exploitation, which were used in the previous studies. They included the assessment of the technical condition (st), where the naive Bayes classification was used to build the model, as well as the analysis of the intensity of damage to the components of a building structure, using the Bayesian belief networks. The conclusion presents the concept of detailing the results of the previous research. It involves the Bayesian network structure being spontaneously generated, based on the database on the intensity of damage to the existing buildings.