Fuzzy analytical hierarchy processing to define optimum post mining land use for pit area to clarify reclamation costs
 
More details
Hide details
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2011;27(2):145–168
 
KEYWORDS
ABSTRACT
Open pit mining has severe environmental impacts on the environment of mining region. Mined land reclamation procedure in open pit mining contains numerous activities in order to prevent, monitor, control reduce environmental impacts of a project from exploration stage to exploitation, to mine closure and beyond. After mine closure, a permanent Post Mining Land Use (PMLU) should be implemented as an appropriate choice for use of different sections of mined land in an open pit mine. Mined land in open pit mining comprise different sections as pit(s), waste dump(s), tailing pond(s), roads, areas for on site facilities and free land zones which are not mined. The selected PMLU for each section of mined land as the most appropriate alternative based on the different points of view is presented as Optimum Post Mining Land Use (OPMLU). OPMLU for each section of mined land and the specifications of mine site are the most decisive parameters which affect the quality and volume of mine closure procedure, reclamation process and their costs. Furthermore, to define Ultimate Pit Limit (UPL) in open pit mining, consideration of mine closure and reclamation costs is essential as other costs of a mining project. Therefore, defining OPMLU for each section of mined land is essential within planning phase of an open pit mining project. In this paper the applicable alternatives of PMLU, the effective criteria, attributes and sub-attributes for defining OPMLU are presented for pit area amongst different sections of mined land. Pit area amongst different sections of mined land has more significant effects on the adjacent environment and also on defining OPMLU for the other sections of mined land. As there are several alternatives of PMLU, several criteria, attributes and sub-attributes for defining OPMLU, Multi Attribute Decision Making (MADM) methods are efficient techniques to define OPMLU for pit area. Fuzzy sets use a spectrum of numbers instead of using absolute numbers. As well, the nature of the effective parameters for defining OPMLU is same as Fuzzy numbers including incremental changes without definite limits thus the use of Fuzzy MADM modeling can produce more reliable results than the other techniques. As pair-wise comparisons and judgments through Fuzzy numbers have proper consistency with the nature of the effective parameters for defining OPMLU accordingly, a model is developed to attain OPMLU for pit area through Fuzzy Analytical Hierarchy Processing (FAHP). As a case study the model was implemented in Sungun copper mine in Northwest of Iran. Lumber production was defined as OPMLU for the pit area in this mine. It is finally concluded that using the developed model, OPMLU is defined for pit area as a key parameter to estimate reclamation costs in planning phase of an open pit mining project.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Proces analizy hierarchicznej opartej na danych rozmytych dla określenia optymalnego sposobu pogórniczego użytkowania odkrywki i określenia kosztów rekultywacji
górnictwo odkrywkowe, użytkowanie pogórnicze, AHP, liczby rozmyte, kształt wyrobiska, koszty rekultywacji
Eksploatacja metodą odkrywkową niesie za sobą poważne obciążenie dla środowiska naturalnego w rejonie górniczym. Proces rekultywacji terenu wyeksploatowanego metodą odkrywkową składa się z szeregu działań mających na celu ochronę, monitorowanie, kontrolę i ograniczenie wpływu na środowisko całego przedsięwzięcia od etapu robót poszukiwawczych poprzez eksploatację aż po proces likwidacji kopalni i dalej. Po likwidacji kopalni należy przeprowadzić rekultywację terenu pogórniczego, a sposób dalszego użytkowania terenu powinien być wybrany indywidualnie dla różnych części wyeksploatowanej kopalni odkrywkowej. Obszar taki składa się z różnych części, takich jak odkrywka, zwałowiska, stawy osadowe, drogi, obszary zajęte przez infrastrukturę kopalni oraz obszary, na których nie było eksploatacji. Sposoby dalszego użytkowania dla każdej takiej części, wybrane jako najlepsze przy uwzględnieniu wielu kryteriów, stanowią optymalny sposób pogórniczego użytkowania. Optymalny sposób pogórniczego użytkowania dla każdej części byłej kopalni oraz specyfika obszaru górniczego to parametry, które w największym stopniu wpływają na jakość i zakres procesu likwidacji kopalni, rekultywację i jej koszty. Dla określenia ostatecznego kształtu wyrobiska w kopalni odkrywkowej, rozważania dotyczące kosztów likwidacji i rekultywacji są równie ważne jak inne koszty wynikające z projektu górniczego. Dlatego określenie optymalnego sposobu pogórniczego użytkowania dla każdej części eksploatowanego obszaru jest bardzo ważne na etapie projektowania eksploatacji odkrywkowej. W tym artykule przedstawiono możliwe do zastosowania wersje sposobów pogórniczego użytkowania, zastosowane kryteria, atrybuty główne i pomocnicze, które służą do zdefiniowania optymalnego sposobu pogórniczego użytkowania dla obszaru odkrywki, będącej jednym z elementów obszaru zajętego przez eksploatację odkrywkową. Obszar odkrywki ma, spośród różnych części obszaru zajętego przez eksploatację odkrywkową, największy wpływ na środowisko, jak również na sposób zdefiniowania optymalnego sposobu pogórniczego użytkowania pozostałych części kopalni. Jako że możliwe jest określenie kilkunastu sposobów użytkowania pogórniczego, istnieje wiele kryteriów, atrybutów głównych i pomocniczych dla określenia optymalnego sposobu pogórniczego użytkowania, uznano, że wielokryterialne metody podejmowania decyzji są techniką efektywną do określenia optymalnego sposobu pogórniczego użytkowania odkrywek. Zbiory rozmyte operują przedziałami wielkości zamiast liczb ścisle zdefiniowanych. Co więcej, specyfika parametrów mających wpływ na określenie optymalnego sposobu pogórniczego użytkowania ma charakter zbiorów rozmytych, w których ważny jest charakter zmian bez możliwości określenia wyraźnych granic, więc użycie rozmytych wielokryterialnych metod modelowania daje lepsze wyniki w porównaniu z innymi metodami. Ponieważ porównywanie parami i dokonywanie ocen za pomocą wielkości rozmytych daje większą zgodność z zastosowanymi parametrami, zbudowano model służący do wyboru optymalnego sposobu pogórniczego użytkowania z wykorzystaniem zbiorów rozmytych w procesie analizy hierarchicznej. Model został zastosowany jako analiza przypadku w kopalni odkrywkowej Sungun w północno-zachodnim Iranie. Dla tej kopalni optymalnym sposobem pogórniczego użytkowania okazała się rekultywacja leśna z pozyskiwaniem drewna. Końcowym wnioskiem jest stwierdzenie, że przy użyciu opracowanego modelu można określić optymalny sposób pogórniczego użytkowania dla odkrywki, co stanowi podstawowy parametr do określenia kosztów rekultywacji na etapie planowania eksploatacji odkrywkowej.
 
REFERENCES (56)
1.
AEPG - Australian Environment Protection Agency, 1995: Rehabilitation and revegetation, Best Practice Environmental Management in Mining Commonwealth of Australia, Barton.
 
2.
AG - Alberta Government, 2007: A guide to: reclamation criteria for Wellsites and associated facilities forested lands in the green area update. website; http://environment.gov.ab.ca/i..., read on Nov. 2009.
 
3.
Aghajani Bazzazi A., Osanloo M., Soltanmohammadi H., 2008 - Loading-haulage equipment selection in open pit mines based on fuzzy-TOPSIS method. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, Vol. 24 issue 4 part 3, pp. 87-102.
 
4.
Alexander M. J., 1998 - The Effectiveness of Small-Scale Irrigated Agriculture in The Reclamation of Mine Land Soils on the Jos Plateau of Nigeria, Land degradation and development. 7(1), 77-85.
 
5.
Altuzarra A., Moreno Jimenez J. M., Salvador M., 2004 - Searching for consensus in AHP-Group decision making. A Bayesian Perspective, Gobierno electronic, Toma de decisiones complejas basadas en Internet: e-democracia y e-cognocracia, 43-52.
 
6.
Bandopadhyay S., Chattopadhyay A., 1986 - Selection of postmining uses of land via Fuzzy algorithm. In: Ramani RV(ed) Proceedings of the 19th international symposium on the application of computers in mine planning (APCOM), SME/AIME, 65-66, 321-332.
 
7.
BAOC, 1977 - Surface Mining Control and Reclamation Act. U.S. Department of Interior, Office of Surface Mining Reclamation and Enforcement, (editores 1988).
 
8.
Bascetin A., 2007 - A decision support system using analytical hierarchy process (AHP) for the optimal environmental reclamation of an open-pit mine. Environmental Geology, 52(4), 663-672.
 
9.
BLM - Bureau of Land Management, 1992 - Solid Minerals Reclamation Handbook (BLM Manual Handbook H-3042-1). U.S. Department of the Interior.
 
10.
Bojadziev G., Bojadziev M., 1998 - Fuzzy sets and Fuzzy logic applications. Singapore: World Scientific Publishing.
 
11.
Buckley J. J., 1985 - Fuzzy hierarchical analysis. Fuzzy Sets and Systems, 17, 233-247.
 
12.
Burger J. A., 2004 - Restoring forests on mined land in the Appalachians: results and outcomes of a 20-year research program. Proceedings of a Joint Conference of American Society of Mining and Reclamation, 21st Annual National Conference, and 25th West Virginia Surface Mine Drainage Task Force Symposium, Morgantown, West Virginia, 18-22.
 
13.
Buyukozkan G., Kahraman C., Ruan D., 2004 - A Fuzzy multi-criterial decision approach for software development strategy selection. International Journal of General Systems, 33(2-3), 259-280.
 
14.
Cairns J., 1972 - Ecological Considerations in Reclaiming SurfaceMined Lands.Minerals and the Environment, 1(3), 83-89.
 
15.
Cao X., 2007 - Regulating mine land reclamation in developing countries: The case of China. Land Use Policy, 24, 472-483.
 
16.
Chen H., Zheng C., Zhu Y., 1999 - Phosphorus: A Limiting Factor for Restoration of Soil Fertility in a Newly Reclaimed Coal Mined Site in Xuzhou. China, Land Degradation and Development, 9(2), 115-121.
 
17.
Cheng C. H., 1996 - Evaluating naval tactical missile systems by Fuzzy AHP based on the grade value of membership function. European Journal of Operation Research, 96, 343-350.
 
18.
Cheng J. H., Tang C. H., 2009 - An Application of Fuzzy Delphi and Fuzzy AHP for Multi-criteria Evaluation on Bicycle Industry Supply Chains.Wseas Transactions on Systems and Control, Issue 1,Volume 4, January.
 
19.
Erensal Y. C., Oncan T., Demircan M. L., 2006 - Determining key capabilities in technology management using Fuzzy analytic hierarchy process: A case study of Turkey. Information Sciences, 176, 2755-2770.
 
20.
Ertugrul I., Karakasoglu N., 2009 - Performance evaluation of Turkish cement firms with Fuzzy analytic hierarchy process and TOPSIS methods. Expert Systems with Applications, 36(1), 702-715.
 
21.
FLPMA, 1976 - The Federal Land Policy and Management Act. As amended, U.S. Department of the Interior, Bureau of Land Management and Office of the Solicitor (editors, 2001) Office of Public Affairs,Washington, D.C., 69-78.
 
22.
Herrera F., Herrera V. E., 2000 - Linguistic decision analysis; steps for solving decision problems under linguistic information. Fuzzy Sets and Systems, 115, 67-82.
 
23.
Hill C., 2003 - Deloro Mine Site Clean-up Mine Area Rehabilitation Alternatives Final Report, Prepared for Ontario Ministry of the Environment, 23-25.
 
24.
Huang L. C.,Wu R. Y. H., 2005 - Applying Fuzzy analytic hierarchy process in the managerial talent assessment model - an empirical study in Taiwan's semiconductor industry. International Journal of Technology Management, 30(1/2), 105-130.
 
25.
Isabell M. W., 2004 - Forestry: a practical land use for surface mining? Proceedings of a Joint Conference of American Society of Mining and Reclamation, 21st Annual National Conference, and 25th West Virginia Surface Mine Drainage Task Force Symposium, Morgantown, West Virginia, 46-54.
 
26.
Joerin F., Theriault M., Musy A., 2001 - Using GIS and outranking multi criteria analysis for land-use suitability assessment. International Journal of Geographical Information Science, 15(2), 153-174.
 
27.
Knabe W., 1964 - Methods and results of Strip-Mining reclamation in Germany. The Ohio Journal of Science, 64, 75-105.
 
28.
Liang W. Y., 2003 - The analytic hierarchy process in project evaluation: an R&D case study in Taiwan. Benchmarking: An International Journal 10 (5), 445-456.
 
29.
Mchaina D. M., 2001 - Environmental Planning Considerations for the Decommissioning, Closure and Reclamation of a Mine Site. International Journal of Surface Mining, Reclamation and Environment, 15,163-176.
 
30.
Mikhailov L.,Tsvetinov P., 2004 -Evaluation of services using a Fuzzy analytic hierarchy process. Applied Soft Computing, 5, 23-33.
 
31.
Mu Y., 2006 - Developing a Suitability Index for Residential Land Use: A case study in Dianchi Drainage Area. A thesis submitted in fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science in Environmental Studies in Geography, Waterloo, Ontario, Canada.
 
32.
Naghadehi M. Z.,Mikaei R.,Ataei M., 2009 - The application of Fuzzy analytic hierarchy process (FAHP) approach to selection of optimum underground mining method for Jajarm Bauxite Mine. Iran, Expert Systems with Applications, 36, 8218-8226.
 
33.
NWT, 2005 - The Mining Reclamation Regime in the Northwest Territories: A Comparison with Selected Canadian and U.S. Jurisdictions. Mining Reclamation in the NWT.
 
34.
Osanloo M., 2001 - Mine Reclamation (in Persian). Amir Kabir University of Technology Press, 1, 10-20.
 
35.
Osanloo M., Akbari A. D., Hamidian H., 2006 - Selecting post mining land use through analytical hierarchy processing method: case study in Sungun copper open pit mine of Iran. 15th international symposium of MPES, Torino, Italy, 1-12.
 
36.
Ramani R. V., Sweigard R. J., Clar M. L., 1990 - Reclamation Planning, Chap. 6.6.2, Surface Mining, 2nd ed., SME, Littleton, CO, pp. 750-769.
 
37.
Rashidinejad F., 2004 - Sungun copper project environmental impact assessment. Proceedings of the 8th. International symposium on environmental issues and waste management in energy and mineral production (SWEMP), Held in Antalya, Turkey, 133-138.
 
38.
Rashidinejad F., 2004 - Tailings disposal options study at Sungun copper mine. Proceedings of the 13th. International symposium on mine planning and equipment selection (MPES), Held in Wroclaw, Poland, 857-862.
 
39.
RCTSMR, 2002 - Texas Abandoned Mine Land Reclamation Projects. Railroad Commission of Texas Surface Mining and Reclamation Division, Texas Abandoned Mine Land Reclamation, 11, 10-25.
 
40.
Saaty T. L., 1977 - A scaling method for priorities in hierarchical structures. Journal of mathematical psychology, 15, 234-281.
 
41.
Saaty T. L., 1980 - The Analytical Hierarchy Process. McGraw Hill Company, New York, Reprint in Int. J. Services Sciences, Vol. 1, No. 1, 2008, pp. 83-98.
 
42.
Saaty T. L., 1990 - How to make a decision: The Analytic Hierarchy Process. European Journal of Operational Research 48, 9-26.
 
43.
SMCRA, 1977 - The Surface Mining Control and Reclamation Act, Public Law 95-87, Passed August 3, and all revisions through December 31, 251-263.
 
44.
Soltanmohammadi H., Osanloo M., Aghajani A., 2008 - Developing a fifty-attribute framework for mined land suitability analysis using AHP-TOPSIS approach. Post-Mining symposium, Nancy, France, 1-12.
 
45.
Soltanmohammadi H., Osanloo M., Rezaee B., Aghajani A., 2008 - Achieving to some outranking relationships between post-mining land uses through mined land suitability analysis. International Journal of Environmental Science and Technology, 5(4), 535-546.
 
46.
Soltanmohammadi H., Osanloo M., Aghajani A., 2009 - Deriving preference order of post-mining land-uses through MLSA framework: application of an outranking technique, Environmental Geology, 58, 877-888.
 
47.
Soltanmohammadi H., Osanloo M., Aghajani A., 2009 - An analytical approach with a reliable logic and a ranking policy for post-mining land-use determination. Elsevier Ltd., ScienceDirect website, Available online 9 June.
 
48.
Song W., Yang L., 2006 - Research on the Principle and Methodology of Open Pit Dumping Area Ecological Restoration and Rebuilding. Proceedings of Promoting Land Administration and Good Governance 5th Regional Conference Accra, Ghana, March 8-11, 1-5.
 
49.
Stejskal J., 2004 - Czech Republic: Towards the Reclamation of Derelict Land, Report, Institute for Spatial Development (ÚÚR), Brno., 18-22.
 
50.
Uberman R., Ostrega A., 2005 - Applying the Analytic Hierarchy Process in the Revitalization of Post-Mining Regions. ISAHP, Honolulu, Hawaii.
 
51.
Uberman R., Ostrega A., 2008 - Applying the Analytic Hierarchy Process for the Valorisation (Ranking) of the Polish Lignite Deposits. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, Vol. 24 issue 2 part 4, pp. 73-95.
 
52.
Warren L., 2004 - Uncertainty in the analytic hierarchy process. Technical Report DSTO-TN-0597, Australian Government Department of Defence. Command and Control, Division Information Sciences Laboratory.
 
53.
Whittle J., 1988 - Beyond Optimization in Open Pit Mining. Canadian Conference on Computer Application in the Mineral Industries Proceedings, Balkema, Rotterdam, 331-337.
 
54.
Whittle J., 1989 - The Facts and Fallacies of Open Pit Optimization. Whittle Programming Pty Ltd., North Balwyn, Victoria, Australia, 1-7.
 
55.
Whittle J., 1990 - Open Pit Optimization. Surface Mining, 2nd Edition, published by the Society for Mining Metallurgy and Exploration Inc., U.S.A., 470-475.
 
56.
Zadeh L, 1965 - Fuzzy sets, Information control, 8, 338-53.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953