Real-Time Material Analysis and Development of a Collaboration and Trading Platform for Mineral Resources from Underground Construction Projects

Titel in Übersetzung: Echtzeit-Materialanalyse und Entwicklung einer Kollaborations- und Handelsplattform für mineralische Rohstoffe aus dem Untertagebau

Hartmut Erben

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Die vorliegende Arbeit, die im Zuge des europäischen DRAGON-Forschungsprojektes erstellt wurde, beschäftigt sich mit der effizienten Charakterisierung und wirtschaftlichen Vermarktung von Tunnelausbruchmaterial. Dies soll durch die Auswahl und Evaluierung echtzeitfähiger Materialanalysetechnologien in Verbindung mit der Entwicklung eines webbasierten Handelsplatzes namens MineralBay erzielt werden. Eines der Kernziele zum Erreichen höherer Verwertungsquoten von Ausbruchmaterial bei untertägigen Bauprozessen ist die umfassende Gewinnung und digitale Aufbereitung vorhandener Daten zu Material-, Massen- und Zeitparametern des Tunnelausbruchs, wobei ausgewählte Informationen einem breiten Interessentenkreis zugänglich sein sollen. MineralBay verbindet als neuartiges Kollaborationstool Besitzer und Bedarfsträger mineralischer Rohstoffe über das Internet und führt auf diese Weise Angebot und Nachfrage zusammen, um den Austausch und Handel mit Ausbruchmaterial zu vereinfachen. Dadurch wird eine Wertschöpfungskette initialisiert, die weit über die Baubranche hinausgeht und ein erfolgreiches Upcycling ermöglicht. Die Basis für das Funktionieren dieses Modells ist der Zugriff auf profunde Analysen des Rohmaterials – soweit möglich – in Echtzeit und direkt aus dem Vortrieb. Die dadurch generierten Daten ergänzen bereits im Zuge der Projektplanung erstellte Tunnelprojekte, dienen dem Qualitätsmanagement des vermittelten Ausbruchmaterials, indem (potentielle) Abnehmer konstant mit Informationen zum georderten Rohmaterial versorgt werden und ermöglichen überdies die lückenlose Dokumentation des Materialstroms vom Beginn bis zum Ende des Bauprojekts. Die Untersuchung von sieben chemischen und mineralogischen Analysemethoden, in Hinblick auf die im Tunnelbau vorherrschenden Rand- und Umgebungsbedingungen sowie elf häufig angetroffene Gesteine, wurde in Form eines Ringversuchs durchgeführt. Die Entwicklung eines Auswertevorganges, unter Anwendung von Hauptkomponentenanalysen und multivariaten Regressionsmethoden, gewährleistet den objektiven Vergleich von unterschiedlichen Technologien in Bezug auf das Unterscheiden, Wiedererkennen und Zuweisen von Gesteinen und quantitative Vorhersagen von Element- und Mineralgehalten. Dabei haben sich die Laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS) für chemische und die Nahinfrarot Spektroskopie (NIR) für mineralogische Analysen unter den gegebenen Randbedingungen als leistungsfähigste und anwendungsorientierteste Verfahren herausgestellt. Die Korngrößenverteilung, die für die Aufbereitung und die Verwendung des Ausbruchmaterials ebenfalls von Bedeutung ist, wurde mittels echtzeitfähiger foto-optischer Methoden bestimmt. Für die Bestimmung des Schichtsilikatgehalts im Zuschlagssand, der einen entscheidenden Einfluss auf die Frisch- und Festbetoneigenschaften hat, wurde das bestehende Formtrenntischverfahren verfeinert und ein neues foto-optisches Verfahren entwickelt. Basierend auf den Analyseergebnissen, erfolgt in MineralBay eine komplexe Datenauswertung hinsichtlich chemischer, mineralogischer, physikalischer, zeitlicher, räumlicher und mengenabhängiger Parameter des Ausbruchs, um Entscheidungen in Bezug auf eine Verwertung oder Deponierung zeitnah treffen zu können. Dazu wurden in dieser Arbeit vier Verwertungsklassen festgelegt, denen das Ausbruchmaterial aufgrund seiner Eigenschaften und Eignung zugewiesen werden kann. Die positiven wirtschaftlichen Auswirkungen der Verwertung von Tunnelausbruch werden anhand einer Parameterstudie und drei unterschiedlicher Szenarien aufgezeigt. Diese Szenarien umfassen zu unterschiedlichen Anteilen die Materialaufbereitung für eine baustelleninterne Betonproduktion, die kostenlose Bereitstellung oder den Verkauf an einen externen Bedarfsträger und die Deponierung.
Titel in ÜbersetzungEchtzeit-Materialanalyse und Entwicklung einer Kollaborations- und Handelsplattform für mineralische Rohstoffe aus dem Untertagebau
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Thuro, Kurosch, Beurteiler B (extern), Externe Person
  • Galler, Robert, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2016

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • Tunnelbau
  • Materialanalyse
  • Untertagebau
  • Tunnelausbruch
  • mineralische Rohstoffe
  • Verwertung

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