Towards safer mining: the role of modelling software to find missing persons after a mine collapse

Purpose. The purpose of the study is to apply science and technology to determine the most likely location of a container in which three miners were trapped after the Lily mine disaster. Following the collapse of the Crown Pillar at Lily Mine in South Africa on the 5th of February 2016, there was a national outcry to find the three miners who were trapped in a surface container lamp room that disappeared in the sinkhole that formed during the surface col-lapse. Methods. At a visit to Lily Mine on the 9th of March, the Witwatersrand Mining Institute suggested a two-way strategy going forward to find the container in which the miners are trapped and buried. The first approach, which is the subject of this paper, is to test temporal 3D modeling software technology to locate the container, and second, to use scientific measurement and testing technologies. The overall methodology used was to first, request academia and research entities within the University to supply the WMI with ideas, which ideas list was compiled as responses came in. These were scrutinized and literature gathered for a conceptual study on which these ideas are likely to work. The software screening and preliminary testing of such software are discussed in this article. Findings. The findings are that software modeling is likely to locate the present position of the container, but accurate data and a combination of different advanced software packages will be required, but at tremendous cost. Originality. This paper presents original work on how software technology can be used to locate missing miners. Practical implications. The two approaches were not likely to recover the miners alive because of the considerable time interval, but will alert the rescue team and mine workers when they come in close proximity to them.Мета. Визначення можливого місця локалізації лампового приміщення контейнера, в якому опинилися три шахтаря після аварії на шахті Лілі (Барбертон, Мпумаланга) методом комп’ютерного моделювання. Після обвалення стельового цілика на шахті Лілі 5 лютого 2016 року почалася національна кампанія з порятунку трьох шахтарів, які залишилися у ламповому приміщенні поверхневого транспортного контейнера, що провалився в утворену після вибуху воронку. Методика. Співробітниками Гірничого Інституту (Уітуотерс) запропонована двостадійна стратегія пошуку контейнера, в якому існує ймовірність знаходження шахтарів. В рамках першого підходу (який розглядається у даній статті) для виявлення контейнера здійснювалось випробування комп’ютерної технології 3D-моделювання в часі. Другий підхід передбачав технологію проведення наукового вимірювання та експерименту. В цілому, методологія включала, насамперед, підключення викладацького та наукового складу університету до вирішення проблеми шляхом комплексної генерації ідей, які були об’єднані в загальний список, вивчені із залученням відповідних літературних джерел, і найбільш реалістичні ідеї були виділені із загального переліку. Дана стаття розглядає результати комп’ютерної експертизи цих ідей та перевірки надійності відповідного програмного забезпечення. Результати. Для зручності моделювання процес обвалення був розділений на три окремі фази: руйнування воронки, руйнування західного схилу та небезпека ковзання на південних схилах. Ідентифіковано програмні технології, які можуть імітувати рух контейнера у перших двох фазах обвалення. В результаті моделювання у програмному забезпеченні ParaView виявлено місце розташування даного контейнера. Виконано аналіз південного схилу за допомогою ArcGIS і складені карти небезпеки схилу для району, а також підземні карти порятунку з маршрутами евакуації. Встановлено, що комп’ютерне моделювання може визначити місцезнаходження контейнера, але для цього потрібні точні вихідні дані й комплекс дорогих високоефективних програмних пакетів. Наукова новизна. Вперше застосовано комплекс комп’ютерних технологій та програмного забезпечення для пошуку зниклих шахтарів після аварійних ситуацій у підземному просторі шахт. Практична значимість. При застосуванні двостадійної стратегії пошуку шахтарів, що опинилися під завалом порід, команда рятувальників отримає сигнал про наближення до їх місцезнаходження.Цель. Определение возможного места локализации лампового помещения контейнера, в котором оказались три шахтера после аварии на шахте Лили (Барбертон, Мпумаланга) методом компьютерного моделирования. После обрушения потолочного целика на шахте Лили 5 февраля 2016 года началась национальная кампания по спасению трех шахтеров, оставшихся в ламповом помещении поверхностного транспортного контейнера, который провалился в воронку, образовавшуюся после взрыва. Методика. Сотрудниками Горного Института (Уитуотерс) предложена двухстадийная стратегия поиска контейнера, в котором существует вероятность нахождения шахтеров. В рамках первого подхода (который рассматривается в данной статье) для обнаружения контейнера производилось испытание компьютерной технологии 3D-моделирования во времени. Второй подход предполагал технологию проведения научного измерения и эксперимента. В целом, методология включала, прежде всего, подключение преподавательского и научного состава университета к решению проблемы путем комплексной генерации идей, которые были объединены в общий список, изучены с привлечением соответствующих литературных источников, и наиболее реалистичные идеи были выделены из общего списка. Настоящая статья рассматривает результаты компьютерной экспертизы данных идей и проверки надежности соответствующего программного обеспечения. Результаты. Для удобства моделирования процесс обрушения был разделен на три отдельные фазы: разрушение воронки, разрушение западного склона и опасность скольжения на южных склонах. Идентифицированы программные технологии, которые могут имитировать движение контейнера в первых двух фазах обрушения. В результате моделирования в программном обеспечении ParaView выявлено местоположение данного контейнера. Выполнен анализа южного склона с помощью ArcGIS и составлены карты опасности склона для района, а также подземные карты спасения с маршрутами эвакуации. Установлено, что компьютерное моделирование может определить местонахождение контейнера, но для этого нужны точные исходные данные и комплекс дорогостоящих высокоэффективных программных пакетов. Научная новизна. Впервые применен комплекс компьютерных технологий и программного обеспечения для поиска пропавших шахтеров после аварийных ситуаций в подземном пространстве шахт. Практическая значимость. При применении двухстадийной стратегии поиска шахтеров, оказавшихся под завалом пород, команда горноспасателей получит сигнал о приближении к их местонахождению.The results of the article were obtained without the support of any of the projects or funding

Freshwater ecosystem services in mining regions : modelling options for policy development support

The ecosystem services (ES) approach offers an integrated perspective of social-ecological systems, suitable for holistic assessments of mining impacts. Yet for ES models to be policy-relevant, methodological consensus in mining contexts is needed. We review articles assessing ES in mining areas focusing on freshwater components and policy support potential. Twenty-six articles were analysed concerning (i) methodological complexity (data types, number of parameters, processes and ecosystem-human integration level) and (ii) potential applicability for policy development (communication of uncertainties, scenario simulation, stakeholder participation and management recommendations). Articles illustrate mining impacts on ES through valuation exercises mostly. However, the lack of ground-and surface-water measurements, as well as insufficient representation of the connectivity among soil, water and humans, leave room for improvements. Inclusion of mining-specific environmental stressors models, increasing resolution of topographies, determination of baseline ES patterns and inclusion of multi-stakeholder perspectives are advantageous for policy support. We argue that achieving more holistic assessments exhorts practitioners to aim for high social-ecological connectivity using mechanistic models where possible and using inductive methods only where necessary. Due to data constraints, cause-effect networks might be the most feasible and best solution. Thus, a policy-oriented framework is proposed, in which data science is directed to environmental modelling for analysis of mining impacts on water ES

Feature-based time-series analysis

This work presents an introduction to feature-based time-series analysis. The time series as a data type is first described, along with an overview of the interdisciplinary time-series analysis literature. I then summarize the range of feature-based representations for time series that have been developed to aid interpretable insights into time-series structure. Particular emphasis is given to emerging research that facilitates wide comparison of feature-based representations that allow us to understand the properties of a time-series dataset that make it suited to a particular feature-based representation or analysis algorithm. The future of time-series analysis is likely to embrace approaches that exploit machine learning methods to partially automate human learning to aid understanding of the complex dynamical patterns in the time series we measure from the world.Comment: 28 pages, 9 figure

Life cycle assessment (LCA) applied to the process industry: a review

Purpose : Life cycle assessment (LCA) methodology is a well-established analytical method to quantify environmental impacts, which has been mainly applied to products. However, recent literature would suggest that it has also the potential as an analysis and design tool for processes, and stresses that one of the biggest challenges of this decade in the field of process systems engineering (PSE) is the development of tools for environmental considerations. Method : This article attempts to give an overview of the integration of LCA methodology in the context of industrial ecology, and focuses on the use of this methodology for environmental considerations concerning process design and optimization. Results : The review identifies that LCA is often used as a multi-objective optimization of processes: practitioners use LCA to obtain the inventory and inject the results into the optimization model. It also shows that most of the LCA studies undertaken on process analysis consider the unit processes as black boxes and build the inventory analysis on fixed operating conditions. Conclusions : The article highlights the interest to better assimilate PSE tools with LCA methodology, in order to produce a more detailed analysis. This will allow optimizing the influence of process operating conditions on environmental impacts and including detailed environmental results into process industry

Investigating biocomplexity through the agent-based paradigm.

Capturing the dynamism that pervades biological systems requires a computational approach that can accommodate both the continuous features of the system environment as well as the flexible and heterogeneous nature of component interactions. This presents a serious challenge for the more traditional mathematical approaches that assume component homogeneity to relate system observables using mathematical equations. While the homogeneity condition does not lead to loss of accuracy while simulating various continua, it fails to offer detailed solutions when applied to systems with dynamically interacting heterogeneous components. As the functionality and architecture of most biological systems is a product of multi-faceted individual interactions at the sub-system level, continuum models rarely offer much beyond qualitative similarity. Agent-based modelling is a class of algorithmic computational approaches that rely on interactions between Turing-complete finite-state machines--or agents--to simulate, from the bottom-up, macroscopic properties of a system. In recognizing the heterogeneity condition, they offer suitable ontologies to the system components being modelled, thereby succeeding where their continuum counterparts tend to struggle. Furthermore, being inherently hierarchical, they are quite amenable to coupling with other computational paradigms. The integration of any agent-based framework with continuum models is arguably the most elegant and precise way of representing biological systems. Although in its nascence, agent-based modelling has been utilized to model biological complexity across a broad range of biological scales (from cells to societies). In this article, we explore the reasons that make agent-based modelling the most precise approach to model biological systems that tend to be non-linear and complex