A large percentage of Southern Appalachian coal reserves are located in seams less than 36" thick. As thicker and currently more mineable, deposits are exhausted, methods of underground thin-seam extraction will have to be developed. These methods must be capable of removing coal efficiently and economically. Past experience with highwall mining of thin-seam coal has indicated that recovery rates tend to be lower than in conventional operations. It is suspected that this will also apply to underground thin-seam mining, regardless of proposed technology or mining method. A method of increasing recoveries from thin-seam mining operations is necessary in order to exploit thin-seam reserves. Backfilling is one alternative that may find applicability in thin-seam coal mining. The ability of backfill to provide additional ground support may enhance coal recovery by allowing for the design of undersized pillars. Backfill has been used extensively in hard rock mining but has found limited use in coal mining. Its adaptability to thin-seam coal mining has been examined and is presented in this thesis. Backfill is capable of providing additional ground support by restricting lateral deformation of surrounding coal pillars and roof. This additional support can result in significant increases in recovery from thin-seam coal deposits. However, the overall feasibility of backfill is dependent on the in situ behavior of the fill material, the properties of the fill, the effects of the filling method on the total mining operation, and the cost of filling per extra ton of coal recovered. The influence of these parameters has been studied and indicate that, in certain situations, backfilling for the purpose of increasing recovery rates from thin-seam coal mines is feasible. / Master of Science

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The depletion of more attractive thicker and easily accessible coal seams in the central Appalachia will direct attention towards the extraction of coal seams thinner than 28 in. This thesis investigates the feasibility of an integrated mining and backfilling system applicable to thin seams. Two conceptual mining systems, namely Auger mining and Self Advancing Miner, have been proposed for this purpose. Both these systems are designed to remotely mine coal from the seams. Several attempts were made in the past to mine coal in a similar fashion but were not very successful due to several problems inherent to thin seams. The lack of effective steering techniques, accurate coal/rock interface and pillar thickness detection techniques were the main shortcomings of the systems. These problems were addressed in the proposed conceptual mining systems. Several coal/rock interface and rib thickness detection techniques currently available in the market or in the prototype stage have been discussed. Recent developments in coal/rock interface detection and direction sensing techniques have good potential in alleviating the previously encountered problems. Sensitivity analyses have been performed to assess the of effect critical mining parameters on the production potential of these systems. The self advancing miner has been found to be more promising than auger mining. Conceptual panels and face layouts for both systems have been included. Two types of filling methods namely pneumatic and hydraulic are considered applicable under thin seam conditions. A backfilling technique using rubber hoses for fill placement can be applied with both methods. Sensitivity analysis have been performed to establish the relationship between face operation cost, filling cost per ton and development cost per foot. Resulting analyses indicate that panel cost per short ton of coal is more sensitive to filling cost than on development cost. / Master of Science

Les plateformes de calcul à grande échelle ont beaucoup évoluées dernières années. La réduction des coûts des composants simplifie la construction de machines possédant des multicœurs et des accélérateurs comme les GPU.Ceci a permis une propagation des plateformes à grande échelle,dans lesquelles les machines peuvent être éloignées les unes des autres, pouvant même être situées sur différents continents. Le problème essentiel devient alors d'utiliser ces ressources efficacement.Dans ce travail nous nous intéressons d'abord à l'allocation efficace de tâches sur plateformes hétérogènes composées CPU et de GPU. Pour ce faire, nous proposons un outil nommé SWDUAL qui implémente l'algorithme de Smith-Waterman simultanément sur CPU et GPU, en choisissant quelles tâches il est plus intéressant de placer sur chaque type de ressource. Nos expériences montrent que SWDUAL donne de meilleurs résultats que les approches similaires de l'état de l'art.Nous analysons ensuite une nouvelle méthode d'ordonnancement enligne de tâches indépendantes de différentes tailles. Nous proposons une nouvelle technique qui optimise la métrique du stretch. Elle consiste à déplacer les jobs qui retardent trop de petites tâches sur des machines dédiées. Nos résultats expérimentaux montrent que notre méthode obtient de meilleurs résultats que la politique standard et qu'elle s'approche dans de nombreux cas des résultats d'une politique préemptive, qui peut être considérée comme une borne inférieure.Nous nous intéressons ensuite à l'impact de différentes contraintes sur la politique FCFS avec backfilling. La contrainte de contiguïté essaye de compacter les jobs et de réduire la fragmentation dans l'ordonnancement. La contrainte de localité basique place les jobs de telle sorte qu'ils utilisent le plus petit nombre de groupes de processeurs appelés textit. Nos résultats montrent que les bénéfices de telles contraintes sont suffisants pour compenser la réduction du nombre de jobs backfillés due à la réduction de la fragmentation.Nous proposons enfin une nouvelle contrainte nommée localité totale, dans laquelle l'ordonnanceur modélise la plateforme par un fat tree et se sert de cette information pour placer les jobs là où leur coût de communication est minimal.Notre campagne d'expériences montre que cette contrainte obtient de très bons résultats par rapport à un backfilling basique, et de meilleurs résultats que les contraintes précédentes. / The field of parallel supercomputing has been changing rapidly inrecent years. The reduction of costs of the parts necessary to buildmachines with multicore CPUs and accelerators such as GPUs are ofparticular interest to us. This scenario allowed for the expansion oflarge parallel systems, with machines far apart from each other,sometimes even located on different continents. Thus, the crucialproblem is how to use these resources efficiently.In this work, we first consider the efficient allocation of taskssuitable for CPUs and GPUs in heterogeneous platforms. To that end, weimplement a tool called SWDUAL, which executes the Smith-Watermanalgorithm simultaneously on CPUs and GPUs, choosing which tasks aremore suited to one or another. Experiments show that SWDUAL givesbetter results when compared to similar approaches available in theliterature.Second, we study a new online method for scheduling independent tasksof different sizes on processors. We propose a new technique thatoptimizes the stretch metric by detecting when a reasonable amount ofsmall jobs is waiting while a big job executes. Then, the big job isredirected to separate set of machines, dedicated to running big jobsthat have been redirected. We present experiment results that show thatour method outperforms the standard policy and in many cases approachesthe performance of the preemptive policy, which can be considered as alower bound.Next, we present our study on constraints applied to the Backfillingalgorithm in combination with the FCFS policy: Contiguity, which is aconstraint that tries to keep jobs close together and reducefragmentation during the schedule, and Basic Locality, that aims tokeep jobs as much as possible inside groups of processors calledclusters. Experiment results show that the benefits of using theseconstrains outweigh the possible decrease in the number of backfilledjobs due to reduced fragmentation.Finally, we present an additional constraint to the Backfillingalgorithm called Full Locality, where the scheduler models the topologyof the platform as a fat tree and uses this model to assign jobs toregions of the platform where communication costs between processors isreduced. The experiment campaign is executed and results show that FullLocality is superior to all the previously proposed constraints, andspecially Basic Backfilling.

In der Arbeit erfolgen Untersuchungen einer neuartigen Materialkombination hinsichtlich ihrer Eignung als Füllmaterial für alte Bergwerksstollen zum dauerhaften Verfüllen dieser Stollen. Dazu wird ein vorhandenes Füllmaterial dahingehend modifiziert, dass es einer höheren Belastung durch den entstehenden Gebirgsdruck besser standhält. Eine Versuchsanlage für den Einsatz unter Tage wird dafür konzipiert um verschiedene Stoffgemische mit Hilfe eines Strahlrohres vor Ort herzustellen und damit Versuchsstollen zu füllen. In diesem Zusammenhang wird das Prinzip des Strahlrohres näher erläutert und ein auf die Bedingungen und Fördermengen angepasstes Strahlrohr ausgelegt, konstruiert und getestet. Parallel dazu werden mit dem gleichen Füllmaterial im Labor verschiedene Festigkeitsuntersuchungen durchgeführt. Im Anschluss wurde der Aushärtevorgang in den Teststollen dokumentiert und ausgewertet.:1. Einleitung 2. Zielstellung und Abgrenzung der Arbeit 2.1. Ziel der Arbeit 2.2. Lösungsansatz 2.3. Abgrenzung der Arbeit 3. Grundlagen 3.1. Versatzbergbau in Bernterode 3.2. Bewegungsverhältnisse im Suspensionsrohr unter Tage 3.3. Siebklassierung 3.3.1. Analyse 3.3.2. Produktionssiebung 3.4. Statischer Mischer 3.5. Strahlrohr - Funktionsprinzip 4. Realisierung der Steinsalzzugabe 4.1. Auslegung des Strahlrohres 4.1.1. Vorbemerkung 4.1.2. Richtlinien zur Auslegung 4.1.3. Berechnung des Strahlrohres 4.2. Auslegung des statischen Mischers 4.2.1. Auswahl des Mischertyps und Variantenbetrachtung 4.2.2. Berechnung 5. Analytische Untersuchungen 5.1. Grundrezeptur für die Suspension 5.2. Untersuchung des eingesetzten Halits 5.2.1. Klassierung des Halits 5.2.2. Analyse des Halits 5.2.3. Bestimmung weiterer Parameter 5.2.4. Mikroskopische Aufnahmen des Salzes 5.3. Labortechnische Untersuchungen 5.4. Druckfestigkeitsuntersuchungen im Labormaßstab 5.4.1. Beschreibung der Laborversuche 5.4.2. Probenvorbereitung 5.4.3. Durchführung der Druckversuche 5.4.4. Durchführung Langzeitlagerung 6. Experimentelle Untersuchungen unter Tage 6.1. Übersicht 6.2. Versuchsaufbau unter Tage 6.2.1. Vorversuche 6.2.2. Dauerversuche 6.3. In-situ-Versuche 6.4. Ex-situ-Versuche 7. Auswertung 7.1. Stützkornzugabe mit Hilfe eines Strahlrohres 7.2. Einaxialer Druckversuch 7.2.1. Probenvorbereitung 7.2.2. Druckversuch 7.2.3. Druckversuch Langzeitlagerung über 20 Wochen 7.2.4. Mikroskopische Aufnahmen der Bruchflächen 7.2.5. Materialfeuchtemessung 7.2.6. Materialfeuchtemessung Langzeitlagerung 7.3. In-situ-Untersuchungen 7.3.1. Messung des Verformungsmoduls Evd 7.3.2. Dichtemessungen der ausdrainierten Abschnitte 8. Zusammenfassung und Ausblick 9. Literaturverzeichnis 10. Abbildungsverzeichnis 11. Tabellenverzeichnis 12. Anlagen 12.1. Geschichte des Salzbergbaus 12.2. Begriffsdefinition – Suspension 12.3. Statischer Mischer 12.4. Technische Zeichnungen des Strahlrohres 12.5. Ergebnis der Klassierung des eingesetzten Halits 12.6. Protokoll Spülversuch Stützkorn am 15.3.2016 12.7. Protokoll einaxialer Druckversuch Labormaßstab 12.8. Protokoll einaxialer Druckversuch – Langzeitlagerung / The thesis concentrates on the research of a new material combination regarding its usefulness as a long-term filling material for old mines. Already existing filling material was modified in a way to withstand a bigger rock pressure. After a brief introduction of mining in Central Germany, resulting in the necessity of using such a technology, the established process this thesis is based on will be described in greater detail. Further, important terminology and employed technology will be clarified. Based upon this, an underground test facility is designed in order to produce different substance mixtures with the help of a radiant tube to fill the test tunnels. In this context, the principle of the radiant tube will be further clarified. The radiant tube, adjusted to the conditions and delivery rates, will then be constructed and tested. At the same time, the same filling material will be thoroughly tested in a laboratory regarding its strength and cohesiveness. Subsequently, the hardening process in the tunnels underground will be documented and evaluated.:1. Einleitung 2. Zielstellung und Abgrenzung der Arbeit 2.1. Ziel der Arbeit 2.2. Lösungsansatz 2.3. Abgrenzung der Arbeit 3. Grundlagen 3.1. Versatzbergbau in Bernterode 3.2. Bewegungsverhältnisse im Suspensionsrohr unter Tage 3.3. Siebklassierung 3.3.1. Analyse 3.3.2. Produktionssiebung 3.4. Statischer Mischer 3.5. Strahlrohr - Funktionsprinzip 4. Realisierung der Steinsalzzugabe 4.1. Auslegung des Strahlrohres 4.1.1. Vorbemerkung 4.1.2. Richtlinien zur Auslegung 4.1.3. Berechnung des Strahlrohres 4.2. Auslegung des statischen Mischers 4.2.1. Auswahl des Mischertyps und Variantenbetrachtung 4.2.2. Berechnung 5. Analytische Untersuchungen 5.1. Grundrezeptur für die Suspension 5.2. Untersuchung des eingesetzten Halits 5.2.1. Klassierung des Halits 5.2.2. Analyse des Halits 5.2.3. Bestimmung weiterer Parameter 5.2.4. Mikroskopische Aufnahmen des Salzes 5.3. Labortechnische Untersuchungen 5.4. Druckfestigkeitsuntersuchungen im Labormaßstab 5.4.1. Beschreibung der Laborversuche 5.4.2. Probenvorbereitung 5.4.3. Durchführung der Druckversuche 5.4.4. Durchführung Langzeitlagerung 6. Experimentelle Untersuchungen unter Tage 6.1. Übersicht 6.2. Versuchsaufbau unter Tage 6.2.1. Vorversuche 6.2.2. Dauerversuche 6.3. In-situ-Versuche 6.4. Ex-situ-Versuche 7. Auswertung 7.1. Stützkornzugabe mit Hilfe eines Strahlrohres 7.2. Einaxialer Druckversuch 7.2.1. Probenvorbereitung 7.2.2. Druckversuch 7.2.3. Druckversuch Langzeitlagerung über 20 Wochen 7.2.4. Mikroskopische Aufnahmen der Bruchflächen 7.2.5. Materialfeuchtemessung 7.2.6. Materialfeuchtemessung Langzeitlagerung 7.3. In-situ-Untersuchungen 7.3.1. Messung des Verformungsmoduls Evd 7.3.2. Dichtemessungen der ausdrainierten Abschnitte 8. Zusammenfassung und Ausblick 9. Literaturverzeichnis 10. Abbildungsverzeichnis 11. Tabellenverzeichnis 12. Anlagen 12.1. Geschichte des Salzbergbaus 12.2. Begriffsdefinition – Suspension 12.3. Statischer Mischer 12.4. Technische Zeichnungen des Strahlrohres 12.5. Ergebnis der Klassierung des eingesetzten Halits 12.6. Protokoll Spülversuch Stützkorn am 15.3.2016 12.7. Protokoll einaxialer Druckversuch Labormaßstab 12.8. Protokoll einaxialer Druckversuch – Langzeitlagerung

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