Memory effect of Mn5_5Ge3_3 nanomagnets embedded inside a Mn-diluted Ge matrix

Crystalline Mn5Ge3 nanomagnets are formed inside a Mn-diluted Ge matrix using Mn ion implantation. A temperature-dependent memory effect and slow magnetic relaxation are observed below the superparamagnetic blocking temperature of Mn5Ge3. Our findings corroborate that the observed spin-glass-like features are caused by the size distribution of Mn5Ge3 nanomagnets, rather than by the inter-particle interaction through the Mn-diluted Ge matrix.Comment: 10 pages, 4 figures,. submitted to Appl. Phys. Let

Ferromagnetic, structurally disordered ZnO implanted with Co ions

We present superparamagnetic clusters of structurally highly disordered Co-Zn-O created by high fluence Co ion implantation into ZnO (0001) single crystals at low temperatures. This secondary phase cannot be detected by common x-ray diffraction but is observed by high-resolution transmission electron microscopy. In contrast to many other secondary phases in a ZnO matrix it induces low-field anomalous Hall effect and thus is a candidate for magneto-electronics applications.Comment: 5 pages, 3 figure

Unsteady Coupled Heat Transfer in the Air and Surrounding Rock Mass for Mine Excavations with Distributed Heat Sources

This paper presents an unsteady coupled heat transfer model in mine air and surrounding rock mass in the presence of distributed heat sources. The case of distributed heat sources is typical when analyzing the temperature distribution in mine excavations equipped with conveyor systems. For this case, the asymptotic value of the air temperature at the end of the mine excavation is determined not only by the heat exchange between the air and surrounding rock mass but also by the thermal power of distributed heat sources and the total airflow. This conclusion is confirmed by the experimental data presented in the paper for a longwall in a potash mine. We formulate the mathematical model and calculate the distribution of air parameters along the length of an excavation, considering heat release from the conveyor and surrounding rock mass. The results show that a distributed heat release is necessary for correctly calculating the air temperature in working areas. The numerical simulations allow us to recommend a redistribution of air between the haulage and conveyor roadways in the presence of distributed heat sources

Analytical approach to estimation of water build-up effect in mine ventilation shafts

Актуальность исследования обусловлена необходимостью снижения дополнительной нагрузки на главные вентиляторные установки, связанной с возникновением обратной тяги при капеже в вентиляционных стволах шахт и рудников. Наиболее остро проблема нормализации работы вентилятора возникает в случае возможного перехода его в режим неустойчивой работы, что сопряжено с необходимостью не только энергосбережения, но и предотвращения его аварийного останова. Цель: выяснение причин и механизма возникновения эффекта «водяной пробки» в вентиляционных стволах с получением качественных и количественных оценок величины обратной тяги в зависимости от скорости движения воздуха, глубины и интенсивности источника выделения влаги. Объекты: вентиляционные стволы шахт. Методы: аналитическое моделирование процессов конденсации влаги и движения капель в восходящем воздушном потоке; сравнительный анализ экспериментальных и модельных данных. Результаты. Проведён анализ экспериментальных данных по образованию и движению капельной влаги в вентиляционных стволах различных рудников. Отмечено, что эффект водяной пробки наблюдается в ограниченном диапазоне скоростей движения воздуха от 7 до 12 м/с, но в некоторых случаях эффект отсутствует, даже несмотря на наличие густого тумана и обильной конденсации влаги на поверхности крепи и армировки ствола. Рассмотрены три возможных сценария возникновения эффекта: накопление большого количества зависающих в воздухе капель определённого размера; падение капель крупных размеров по всей глубине ствола с источником выделения влаги в его верхней части и разнонаправленное движение капель в зависимости от их размера с источником влаговыделения, расположенным на произвольной глубине. Установлено, что первые две модели не позволяют получить количественную оценку величины эффекта ввиду неопределённости фракционного состава капель, критический размер зависания которых увеличивает обратную тягу до бесконечности. Этот недостаток устранён в третьей модели введением функции распределения капель по размерам, что дало возможность получить количественные результаты. Доказано, что выделение влаги из воздуха не может являться причиной возникновения эффекта «водяной пробки», а причиной являются водопритоки в ствол с интенсивностью, на порядок превышающей конденсацию. По результатам численного моделирования показано, что максимальная обратная тяга возникает при проникновении в ствол поверхностных грунтовых вод.The relevance of the study is caused by the need to reduce the additional aerodynamic load on the main fans associated with the occurrence of pressure drop caused by water build-up effect in mine ventilation shafts. This negative effect can lead to significant increase in the air resistance of the mine and to subsequent unstable operation mode of main fan. Avoiding this effect is important not only for energy save mine ventilation, but also for preventing emergency stop of the main fan. Purpose: finding out the causes and mechanism of the water build-up effect with obtaining qualitative and quantitative estimates of the pressure drop value depending on the air velocity, shaft depth and intensity of the groundwater inflows. Objects: ventilation shafts. Methods: analytical modeling of moisture condensation and droplet movement in an ascending air flow in ventilation shaft; comparative analysis of experimental and model data. Results. The authors have analyzed the experimental data on formation and movement of droplet moisture in the ventilation shafts of various mines. It is noted that the water build-up effect is observed in the range of air velocities from 7 to 12 m/s, but in some cases the effect is absent even despite the presence of thick fog and abundant condensation of moisture on the surface of the shaft lining and other equipment. Three possible scenarios of the effect are considered: accumulation of a large number of drops of a certain size hanging in the air; drops of large size fall along the entire depth of the shaft with a source of moisture release in its upper part and multidirectional movement of drops depending on their size with a source of moisture release located at arbitrary depth. It is established that the first two models do not allow us to obtain a quantitative estimate of the water build-up effect value due to the uncertainty of the fractional composition of drops, the critical size of which increases the pressure drop to infinity. This drawback was eliminated in the third model by introducing the droplet size distribution function, which made it possible to obtain quantitative results. It is proved that the release of moisture from the air cannot be the cause of the water build-up effect, and the cause is the ground water flows into the shaft with intensity of an order of magnitude higher than moisture condensation. Based on the results of numerical modeling, it is shown that the maximum pressure drop occurs when surface groundwater enters the shaft

Methods for microclimate normalization in deep long blind drifts

Актуальность исследования обусловлена необходимостью рудников решать новые проблемы нормализации микроклимата, возникающие при проходке все более глубоких и нагретых породных массивов протяженными тупиковыми выработками. Цель: определить эффективность различных способов нормализации микроклимата в забое разведочной выработки-2 ПАО «ГМК "Норильский никель"». Объекты: геологоразведочная выработка-2 ПАО «ГМК "Норильский никель"». Методы: численное моделирование тепломассопереноса в атмосфере горной выработки, проведение сравнительного анализа результатов моделирования. Результаты. Рассмотрены способы нормализации микроклимата в глубоких протяженных тупиковых выработках, их особенности, преимущества и недостатки. Представлена математическая модель тепломассопереноса в атмосфере горной выработки с вентиляционным трубопроводом, учитывающая конвективный и лучистый теплообмен. Представлены результаты расчета различных способов снижения температуры воздуха, подаваемого в забой геологоразведочной выработки, строящейся на медно-никелевом руднике компании ПАО «ГМК "Норильский никель"». Проведен сравнительный анализ различных горнотехнических и теплотехнических мероприятий по снижению температуры воздуха в забое выработки до значений, допустимых согласно Правилам безопасности. Выявлено, что увеличение объема подачи воздуха не позволяет значительно снизить температуру в забое. Применение теплоизолированного вентиляционного трубопровода существенно снижает температуру подаваемого в забой воздуха, но её значение по-прежнему остается выше допустимых значений. Показано, что использование камеры орошения позволяет обеспечить допустимую температуру воздуха в зимний период, но не позволяет обеспечить её в летний период. Наиболее универсальным, эффективным, но дорогостоящим способом снижения температуры воздуха является применение подземных систем кондиционирования воздуха на базе парокомпрессионных машин.The relevance of the research is provided by the complexity of microclimate normalization in long blind drifts which are driven deeply through geothermally heated rocks. The aim of the research is the evaluation of usability of different ways for microclimate normalization in the working section of the exploration drift-2 in the mine of PJSC «MMC "Norilsk Nickel"». Objects: the exploration mine exploration drift-2 of PJSC «MMC "Norilsk Nickel"». Methods: the numerical simulation of heat and mass transfer in the atmosphere of the long exploration drift, the comparative analysis of simulation results. Results. The paper reviews ways, comparing their features, advantages, and disadvantages, for microclimate normalization in deep blind drifts. The presented mathematical model describes the heat and mass transfer in the working section of the blind drift with ventilation through the air duct. The model considers convective and radiant heat transfers. The results of the numerical simulation are given for different air-cooling methods which are applicable in the case of the deep copper-nickel mine of PJSC «MMC "Norilsk Nickel"». Drawing on this, different mining and thermal engineering operations for normalization of air temperatures in the working section regarding safety requirements are compared. It is defined that increasing the intake air flowrate could not decrease the air temperature near the face. The use of thermally insulated duct significantly decreases the air temperature in the working section but does not reduce it to the permitted value. It is shown, that the air irrigation could normalize temperatures in winter and not during the summer months. Underground air conditioning is the most universal and effective way for this purpose but highly expensive