Solution of the problem to optimize two-stage allocation of the material flows

Purpose is to elaborate innovative and computationally efficient algorithm to solve a problem of two-stage allocation of the resource occupying continuously the specified area as well as to demonstrate the behaviour of the corresponding software developed with the application of advanced geoinformation resources. Methods. The paper involves mathematical models of continuous problems of optimal set partitioning with additional connections to describe two-stage problems of the material resource location-allocation. Methodological approach to the solution of such problems is based on the idea of their reducing to the problem of infinite-dimensional mathematical programming for which it is possible to obtain optimal solution in the analytical form with the help of the duality theory apparatus. Findings. Mathematical and algorithmic apparatus to solve continuous problems applied for the fuel and energy complex enterprises has been developed making it possible to obtain partitioning of the deposit area into the zones, which are allocated to the first-stage enterprises exclusively. The algorithm operation is demonstrated in terms of the model problem solution. It has been defined that the benefit of such an approach is in the reducing of the infinite-dimensional programming problem to the problem of finite-dimensional nonsmoth optimization since the obtained computational formulas contain the parameters which determination requires solving the auxiliary problem of the nondifferentiable function optimization. Originality. Contrary to the previously developed one, the proposed algorithm does not stipulate solution of the linear programming problem of transport type at each step of the iteration process. Such a problem is solved only once to find the volumes of product transportation between the first-stage and second-stage enterprises after defining all the optimal solution components. Practical implications. Software implementation of the algorithm on the basis of the advanced geoinformation technologies and resources, in terms of the solution of raw material flow allocation, makes it possible to reduce total costs for the management of material flows and their accompanying service flows throughout the whole logistic chain beginning from the flow origin up to its arrival to the end user.Мета. Розробка нового, ефективного з обчислювальної точки зору, алгоритму вирішення двоетапної задачі розподілу ресурсу, що безперервно займає задану область, а також демонстрація роботи відповідного програмного забезпечення, створеного із застосуванням сучасних геоінформаційних ресурсів. Методика. У роботі використано математичні моделі безперервних задач оптимального розбиття множин з додатковими зв’язками для опису двоетапних задач розміщення-розподілу матеріальних ресурсів. Методичний підхід вирішення таких задач заснований на ідеї зведення їх до задач нескінченномірного математичного програмування, для яких, в свою чергу, за допомогою застосування апарату теорії подвійності оптимальне рішення вдається отримати в аналітичному вигляді. Результати. Розроблено математичний і алгоритмічний апарати вирішення безперервних задач у застосуванні до підприємств паливно-енергетичного комплексу, що дозволяє отримувати розбиття району родовища на зони, за якими підприємства першого етапу закріплюються монопольно. Робота алгоритму показана на прикладі вирішення модельної задачі. Визначено, що виграшем описаного підходу є зведення задачі нескінченномірного програмування до задачі кінцево-мірної негладкою оптимізації, оскільки отримані розрахункові формули містять параметри, для визначення яких потрібно вирішити допоміжну задачу оптимізації недиференційованої функції. Наукова новизна. Представлений алгоритм, на відміну від раніше розробленого, не передбачає вирішення задачі лінійного програмування транспортного типу на кожному кроці ітераційного процесу. Така задача вирішується лише один раз для відшукання обсягів перевезень продукції між підприємствами першого і другого етапів після того, як знайдені інші компоненти оптимального рішення. Практична значимість. Програмна реалізація алгоритму на основі сучасних геоінформаційних технологій і ресурсів на прикладі сировинних потоків дозволяє зменшити сукупність витрат, пов’язаних з управлінням матеріальними і супутніми їм сервісними потоками по всьому логістичному ланцюгу, від моменту зародження потоку до надходження його кінцевому споживачеві.Цель. Разработка нового, эффективного с вычислительной точки зрения, алгоритма решения двухэтапной задачи распределения ресурса, непрерывно занимаемого заданную область, а также демонстрация работы соответствующего программного обеспечения, созданного с применением современных геоинформационных ресурсов. Методика. В работе использованы математические модели непрерывных задач оптимального разбиения множеств с дополнительными связями для описания двухэтапных задач размещения-распределения материальных ресурсов. Методический подход решения таких задач основан на идее сведения их к задачам бесконечномерного математического программирования, для которых, в свою очередь, с помощью применения аппарата теории двойственности оптимальное решение удается получить в аналитическом виде. Результаты. Разработан математический и алгоритмический аппарат решения непрерывных задач в применении к предприятиям топливно-энергетического комплекса, который позволяет получать разбиение района месторождения на зоны, за которыми предприятия первого этапа закрепляются монопольно. Работа алгоритма показана на примере решения модельной задачи. Определено, что выигрышем описанного подхода является сведение задачи бесконечномерного программирования к задаче конечномерной негладкой оптимизации, поскольку полученные расчетные формулы содержат параметры, для определения которых нужно решить вспомогательную задачу оптимизации недифференцируемой функции. Научная новизна. Представленный алгоритм, в отличие от ранее разработанного, не предусматривает решения задачи линейного программирования транспортного типа на каждом шаге итерационного процесса. Такая задача решается лишь один раз для отыскания объемов перевозок продукции между предприятиями первого и второго этапов после того, как найдены остальные компоненты оптимального решения. Практическая значимость. Программная реализация алгоритма на основе современных геоинформационных технологий и ресурсов на примере решения задачи распределения сырьевых потоков позволяет уменьшить совокупность издержек, связанных с управлением материальными и сопутствующими им сервисными потоками по всей логистической цепи, от момента зарождения потока до поступления его конечному потребителю.The study has been carried out in terms of the support, provision with the initial data (for correct problem statement and search for optimal solution), and cooperation of research scientists of the Institute of Geotechnical Mechanics named by N. Poljakov of National Academy of Sciences of Ukraine and the Department of System Analysis and Control of Dnipro University of Technology

Assessment of environmental impact of gemstone mining in Ijero-Ekiti, Nigeria

Purpose. To examine the environmental impacts of gemstone mining activities on the people of Ijero-Ekiti, Ekiti State, Nigeria. Methods. Soil and water test were carried out on samples from the mine and its environment. Remote sensing as a tool for environmental assessment was introduced to generate the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Land Use Land Cover maps using ArcGIS 10 software. Findings. Water test carried out on stream, well and pond shows that some of the samples are slightly acidic. Total Dissolved Solid and hardness analysis show ranges lower than the acceptable limit given by Nigerian Industrial Standard and the World Health Organization (WHO). Iron concentration was found to be exceptionally higher than the permissible standard given by the WHO rendering the water resources unfit for drinking. Soil test carried out in the area proved that the soil is good for agriculture as it is high in nitrogen and organic matter content. Originality. This assertion can be back up by the results of the NDVI analysis which shows an increase in vegetation index from 0.2190 in the year of 1991 to 0.2435 in the year of 2013. Land use change detection analysis also showed a slight change in land use over the year from 2005 to 2010. This may be attributed to the fact that the gemstone mining is conducted on a small scale. Practical implications. Test results can be used in making recommendations to the community. Farmers cultivating land where samples S1 and S4 were taken need to apply fertilizer to bring up the percentage of organic matter of the soil. Provision of drinkable water sources should be made to the community. Remote sensing as the applied tool has proved its usefulness in environmental degradation assessing. It gives the possibility of generating an environmental database for impact assessment in regional context which can be a difficult task when carried out by the conventional method.Мета. Вивчити вплив на навколишнє середовище і жителів Іжеро-Екіті (штат Екіті, Нігерія) розробки родовищ дорогоцінного каміння. Методика. Для проведення досліджень проведено відбір проб ґрунтів і води з прилеглої місцевості шахти. Застосовано дистанційне зондування в якості інструменту екологічної оцінки для визначення нормалізованого відносного індексу рослинності (НВІР), а також карти землекористування й рослинного покриву за допомогою програмного забезпечення ArcGIS 10. Результати. Встановлено, що взяті у діючій свердловині та ставку-відстійнику зразки води є слабокислотними. Повний аналіз розчиненої твердої речовини й аналіз на жорсткість води показали менший розкид величин, ніж допустима межа, що визначена галузевим стандартом Нігерії та Всесвітньої організацій охорони здоров’я (ВООЗ), а рівень концентрації заліза значно вище допустимих меж, визначених ВООЗ для водних ресурсів, непридатних для пиття. Аналіз ґрунту в цьому районі підтвердив, що він придатний для сільського господарства, оскільки містить багато азоту й органічної речовини. Наукова новизна. За результатами аналізу НОІР спостерігається зростання вегетативного індексу з 0.2190 у 1991 році до 0.2435 у 2013 році. Аналіз визначення змін у землекористуванні також показав незначне річне різноманіття протягом року з 2005 до 2010. Це пояснюється тим фактом, що видобуток дорогоцінного каміння ведеться в невеликих масштабах. Практична значимість. Результати аналізів якості ґрунтів і води в районі видобутку можна використовувати при складанні рекомендацій для місцевого населення. Для підвищення продуктивності аграрного сектора в районі, де були взяті проби S1 і S4, слід застосовувати добриво, аби збільшити процентний вміст органічної речовини у ґрунті. Дистанційне зондування довело свою ефективність для оцінки погіршення екологічноїЦель. Изучить воздействие на окружающую среду и жителей Ижеро-Экити (штат Экити, Нигерия) разработки месторождений драгоценных камней. Методика. Для проведения исследований произведен отбор проб почв и воды из окрестностей шахты. Применено дистанционное зондирование в качестве инструмента экологической оценки для определения нормализованного относительного индекса растительности (НОИР), а также карты землепользования и растительного покрова посредством программного обеспечения ArcGIS 10. Результаты. Установлено, что взятые в действующей скважине и пруде-отстойнике образцы воды являются слабокислотными. Полный анализ растворенного твердого вещества и анализ на жесткость воды показали меньший разброс величин, чем допустимый предел, определенный отраслевым стандартом Нигерии и Всемирной организаций здравоохранения (ВОЗ), а уровень концентрации железа значительно выше приемлемых пределов, определенных ВОЗ для водных ресурсов, непригодных для питья. Анализ почвы в этом районе подтвердил, что она пригодна для сельского хозяйства, поскольку содержит много азота и органического вещества. Научная новизна. По результатам анализа НОИР наблюдается рост вегетативного индекса с 0.2190 в 1991 году до 0.2435 в 2013 году. Анализ определения изменений в землепользовании также показал незначительное годовое разнообразие на протяжении года с 2005 до 2010. Это объясняется тем фактом, что добыча драгоценных камней ведется в небольших масштабах. Практическая значимость. Результаты анализов качества почв и воды в районе добычи можно использовать при составлении рекомендаций для местного населения. Для повышения продуктивности аграрного сектора в районе, где были взяты пробы S1 и S4, следует применять удобрение, чтобы увеличить процентное содержание органического вещества в почве. Дистанционное зондирование доказало свою эффективность для оценки ухудшения экологической ситуации. Это дает возможность создания базы данных региональной оценки состояния окружающей среды, что весьма затруднительно при использовании традиционной методики.This research is sponsored by FUTA 003/15 project. The authors appreciate their contribution toward the success of the work. Input of the National Space Research and Development Agency (NASRDA) is also appreciated

Assessment of mining activities with respect to the environmental protection

This paper deals with the impact of mining on the environment. Coal mining is still among the most widespread and most intense mining activity, which disturbs the landscape around us bringing regional environmental, economic and aesthetic problems. However, for many countries in the world, including the Czech Republic, deposits of raw materials play an important role, especially for purposes of producing electricity and thermal energy. At the same time, growing emphasis laid on the environmental protection can be observed worldwide. To meet the increasing ecological demands, it is reasonable to consider the most significant aspects of mining activities from the environmental point of view, as well as to consider the possibilities of the abandoned mines utilization as possible waste dumps. Parts of this problem consist in: the monitoring, environmental impacts assessment of exploration and mining activities and waste disposal mining, which may significantly contribute to the environmental protection in the future. Several parameters that can significantly affect the usability of the waste disposal mining, such as geological structure, hydro-geological conditions, material composition and physical and mechanical properties of rocks are discussed in detail in this work. The article also includes a practical example of Environmental Impact Assessment process for the particular activity of OKD stock company, which is the only producer of hard coal (bituminous coal) in the Czech Republic. Its coal is mined in the southern part of the Upper Silesian Coal Basin - in the Ostrava-Karvina coal district. KeywordsWeb of Science221937

Digital system of quarry management as a SAAS solution: mineral deposit module

Purpose. Improving the efficiency of functioning the mining enterprises and aggregation of earlier obtained results into a unified digital system of designing and operative management by quarry operation. Methods. Both the traditional (analysis of scientific and patent literature, analytical methods of deposit parameters research, analysis of experience and exploitation of quarries, conducting the passive experiment and processing the statistical data) and new forms of scientific research - deposit modeling on the basis of classical and neural network methods of approximation – are used in the work. For the purpose of the software product realization on the basis of cloud technologies, there were used: for back-end implementation – server-based scripting language php; for the front-end – multi-paradigm programming language javascript, javascript framework jQuery and asynchronous data exchange technology Ajax. Findings. The target audience of the system has been identified, SWOT-analysis has been carried out, conceptual directions of 3D-quarry system development have been defined. The strategies of development and promotion of the software product, as well as the strategies of safety and reliability of the application both for the client and the owner of the system have been formulated. The modular structure of the application has been developed, and the system functions have been divided to implement both back-end and front-end applications. The Mineral Deposit Module has been developed: the geological structure of the deposit has been simulated and its block model has been constructed. It has been proved that the use of neural network algorithms does not give an essential increase in the accuracy of the block model for the deposits of 1 and 2 groups in terms of the geological structure complexity. The possibility and prospects of constructing the systems for subsoil users on the basis of cloud technologies and the concept of SaaS have been substantiated. Originality. For the first time, the modern software products for solving the problems of designing and operational management of mining operations have been successfully developed on the basis of the SaaS concept. Practical implications. The results are applicable for enterprises-subsoil users, working with deposits of 1 and 2 groups in terms of the geological structure complexity: design organizations, as well as mining and processing plants.Мета. Підвищення ефективності функціонування гірничорудних підприємств та агрегація раніше отриманих результатів в єдину цифрову систему проектування і оперативного управління роботою кар’єрів. Методика. У роботі використані як традиційні (аналіз науково-патентної літератури, аналітичні методи дослідження параметрів родовища, аналіз досвіду й експлуатації кар’єрів, проведення пасивного експерименту та статистичної обробки даних), так і нові форми наукового дослідження – моделювання родовища на основі класичних і нейромережевих методів апроксимації. Для реалізації програмного продукту на основі хмарних технологій використані: для реалізації back-end – серверна скриптова мова програмування php; для front-end – мультипарадігменна мова програмування javascript, javascript framework jQuery і технологія асинхронного обміну даними Ajax. Результати. Виявлено цільову аудиторію системи, проведено SWOT-аналіз, визначено концептуальні напрями розвитку системи 3D-кар’єр, розроблені стратегії розвитку та просування програмного продукту, розроблені стратегії безпеки й надійності додатки як для клієнта, так і власника системи. Розроблено модульну структуру програми, вироблено розподіл функцій системи для реалізації як back-end і front-end додатки. Розроблено модуль “Родовище”: проведено моделювання геологічної структури родовища та побудована його блокова модель. Доведено, що використання нейромережевих алгоритмів не дає принципового підвищення точності блокової моделі для родовищ 1 і 2 груп за складністю геологічної будови. Виявлено недоліки нейромережевих алгоритмів, такі як високі витрати обчислювальних ресурсів сервера і проблеми візуалізації великих масивів геоданих при використанні web-рішень, знайдені шляхи їх вирішення. Доведено можливість і перспективність побудови систем для надрокористувачів на основі хмарних технологій і концепції SaaS. Наукова новизна. Вперше на основі концепції ASP успішно побудовані сучасні програмні продукти для вирішення завдань проектування та оперативного керування гірничими роботами. Практична значимість. Результати корисні для підприємств-надрокористувачів, які працюють з родовищами 1 і 2 груп за складністю геологічної будови – проектних організацій і ГЗК.Цель. Повышение эффективности функционирования горнорудных предприятий и агрегация ранее полученных результатов в единую цифровую систему проектирования и оперативного управления работой карьеров. Методика. В работе использованы как традиционные (анализ научно-патентной литературы, аналитические методы исследования параметров месторождения, анализ опыта и эксплуатации карьеров, проведение пассивного эксперимента и статистической обработкой данных), так и новые формы научного исследования – моделирование месторождения на основе классических и нейросетевых методов аппроксимации. Для реализации программного продукта на основе облачных технологий использованы: для реализации back-end – серверный скриптовый язык программирования php; для front-end – мультипарадигменный язык программирования javascript, javascript framework jQuery и технология асинхронного обмена данными Ajax. Результаты. Выявлена целевая аудитория системы, проведен SWOT-анализ, определены концептуальные направления развития системы 3D-карьер, разработаны стратегии развития и продвижения программного продукта, разработаны стратегии безопасности и надежности приложения как для клиента, так и владельца системы. Разработана модульная структура приложения, произведено деление функций системы для реализации как back-end и front-end приложения. Разработан модуль “Месторождение”: проведено моделирование геологической структуры месторождения и построена его блочная модель. Доказано, что использование нейросетевых алгоритмов не дает принципиального повышения точности блочной модели для месторождений 1 и 2 групп по сложности геологического строения. Выявлены недостатки нейросетевых алгоритмов, такие как высокие затраты вычислительных ресурсов сервера и проблемы визуализации больших массивов геоданных при использовании web-решений, найдены пути их решения. Доказана возможность и перспективность построения систем для недропользователей на основе облачных технологий и концепции SaaS. Научная новизна. Впервые на основе концепции ASP успешно построены современные программные продукты для решения задач проектирования и оперативного управления горными работами. Практическая значимость. Результаты применимы для предприятий-недропользователей, работающих с месторождениями 1 и 2 групп по сложности геологического строения – проектных организаций и ГОКов.We express our profound gratitude to A.B. Naizabekov for his assistance in scientific research, to A.F. Tsekhovoy, P.A. Tsekhovoy, D.Sh. Akhmedov, V. V. Yankovenko and D.V. Nikitas for scientific advice in implementation of the program code. The research was carried out within the framework of the initiative research theme “Improving the Efficiency of Mining Enterprises” on the basis of the RSE at the Rudny Industrial Institute of the Ministry of Education and Science of the Republic of Kazakhstan

Feasibility study on manganese nodules recovery in the Clarion-Clipperton Zone

The sea occupies three quarters of the area on the earth and provides various kinds of resources to mankind in the form of minerals, food, medicines and even energy. “Seabed exploitation” specifically deals with recovery of the resources that are found on the seabed, in the form of solids, liquids and gasses (methane hydrates, oil and natural gas). The resources are abundant; nevertheless the recovery process from the seabed, poses various challenges to mankind. This study starts with a review on three types of resources: polymetallic manganese nodules, polymetallic manganese crusts and massive sulphides deposits. Each of them are rich in minerals, such as manganese, cobalt, nickel, copper and some rare earth elements. They are found at many locations in the deep seas and are potentially a big source of minerals. No commercial seabed mining activity has been accomplished to date due to the great complexities in recovery. This book describes the various challenges associated with a potential underwater mineral recovery operation, reviews and analyses the existing recovery techniques, and provides an innovative engineering system. It further identifies the associated risks and a suitable business model.Chapter 1 presents a brief background about the past and present industrial trends of seabed mining. A description of the sea, seabed and the three types of seabed mineral resources are also included. A section on motivations for deep sea mining follows which also compares the latter with terrestrial mining.Chapter 2 deals with the decision making process, including a market analysis, for selecting manganese nodules as the resource of interest. This is followed by a case study specific to the location of interest: West COMRA in the Clarion-Clipperton Zone. Specific site location is determined in order to estimate commercial risk, environmental impact assessment and logistic challenge.Chapter 3 lists the existing techniques for nodule recovery operation. The study identifies the main components of a nodules recovery system, and organizes them into: collector, propulsion and vertical transport systems.Chapter 4 discusses various challenges posed by manganese nodules recovery, in terms of the engineering and environment. The geo-political and legal-social issues have also been considered. This chapter plays an important role in defining the proposed engineering system, as addressing the identified challenges will better shape the proposed solution.Chapter 5 proposes an engineering system, by considering the key components in greater details. An innovative component, the black box is introduced, which is intended to be an environmentally-friendly solution for manganese nodules recovery. Other auxiliary components, such as the mother ship and metallurgical processing, are briefly included. A brief power supply analysis is also provided.Chapter 6 assesses the associated risks, which are divided into sections namely commercial viability, logistic challenges, environmental impact assessment and safety assessment. The feasibility of the proposed solution is also dealt with.Chapter 7 provides a business model for the proposed engineering system. Potential customers are identified, value proposition is determined, costumer relation is also suggested. Public awareness is then discussed and finally a SWOT analysis is presented. This business model serves as an important bridge to reach both industry and research institutes.Finally, Chapter 8 provides some conclusions and recommendation for future work

A High-Definition Spatially Explicit Modeling Approach for National Greenhouse Gas Emissions from Industrial Processes: Reducing the Errors and Uncertainties in Global Emission Modeling

Spatially-explicit (gridded) emission inventories (EIs) should allow us to analyse sectoral emissions patterns to estimate potential impacts of emission policies and support decisions on reducing emissions. However, such EIs are often based on simple downscaling of national level emissions estimate and the changes in subnational emissions distributions are not necessarily reflecting the actual changes driven by the local emissions drivers. This article presents a high definition,100m resolution bottom-up inventory of greenhouse gas (GHG) emissions from the industrial processes (fuel combustion activities in energy and manufacturing industry, fugitive emissions, mineral products, chemical industry, metal production, food and drink) that is exemplified on data for Poland. We propose an improved emission disaggregation algorithmthat fully utilizes a collection of activity data available at national/provincial level to the level of individual point and diffused (area) emission sources. To ensure the accuracy of the resulting 100m emission fields, the geospatial data used for mapping emission sources (point source geolocation and land cover classification) were subject to thorough human visual inspection.The resulting 100m emission field even hold cadastres of emissions separately for each industrial emission category, while we start with IPCC-compliant national sectoral GHG estimates that we made using Polish official statistics. We aggregated the resulting emissions to the level of administrative units such as municipalities, districts and provinces. We also compiled cadastres in regular grids and then compared them with EDGAR results. Quantitative analysis of discrepancies between both results revealed quite frequent misallocations of point sources used in the EDGAR compilation that considerably deteriorates high resolution inventories. We also propose a Monte-Carlo method-based uncertainty assessment that yields a detailed estimation of the GHG emission uncertainty in the main categories of the analysed processes. We found that the above mentioned geographical coordinates and patterns used for emission disaggregation have the greatest impact on overall uncertainty of GHG inventoriesfrom the industrial processes

Thermodynamic and geomechanical processes research in the development of gas hydrate deposits in the conditions of the Black Sea

Purpose. Research of thermodynamic and geomechanical processes occurring in a gas hydrate body under the influence of an activating agent (sea water from surface layers) in the conditions of the Black Sea by mathematical modeling using finite element method. Methods. The modeling of thermodynamic and geomechanical processes is performed with the use of ANSYS v17.0 software and in accordance with the climatic, hydrogeological and physic-mechanical properties of the numerical model elements in the Black Sea gas hydrate deposit under consideration, which are similar to natural ones. The thermodynamic processes were studied in the section “Steady-State Thermal”, and the geomechanical (stress-strain state) in “Static Structural”. Findings. The spatial model is developed, which allows to simulate thermodynamic and geomechanical processes in a gas hydrate body under the influence of a thermal agent. As a result of modeling, it was determined that under these conditions the temperature in the gas hydrate body varies with the distance from the production well similarly in both directions according to the polynomial dependence. What is more, at a distance from the well of 18.7 m the temperature is stable and equals +22°С, and in the range of 18.7 – 24.9 m – decreases by 3.1 times and reaches a value of +7°С. It was found out that deformations in a gas hydrate body under the influence of an activating agent, which is fed under pressure above the initial, are directed from the lateral boundaries to the center of the gas hydrate body in the direction of productive dissociation zones. This, in its turn, results in the displacement of the gas hydrate volume to the reaction proceeding center, improving the quality of the decomposition process and allows mining of 87 – 91% gas hydrate volume, which is presented in the model. Originality. For the first time, for the conditions of the Black Sea gas hydrate deposits, an analytical assessment of the dissociation zone distribution from the production well under the influence of the thermal agent and the changes of the stress-strain state of the gas hydrated body during its decomposition, has been carried out. This allows to improve the technology of the gas hydrate deposits development in the conditions under consideration. Practical implications. The technological scheme for the development of a gas hydrate body based on the combined approach to the effects of activators (temperature and pressure) is proposed, which eliminates the need to warm the boundary sections of the deposit and increases the amount of the supplied activating agent and its temperatures, which in its turn leads to a decrease in the resource and energy consumption.Мета. Дослідження термодинамічних і геомеханічних процесів, що протікають у газогідратному тілі при впливі активуючого агента (морської води з поверхневих шарів) в умовах Чорного моря шляхом математичного моделювання методом кінцевих елементів. Методика. Моделювання термодинамічних і геомеханічних процесів виконано за допомогою програмного забезпечення ANSYS v17.0 з відповідністю кліматичних, гідрогеологічних та фізико-механічних властивостей елементів чисельної моделі у розглянутому газогідратному родовищі Чорного моря, які є аналогічними натурним. Термодинамічні процеси досліджувалися у розділі програми “Steady-State Thermal”, а геомеханічні (напружено-деформований стан) – в “Static Structural”. Результати. Розроблена просторова модель, що дозволяє моделювати термодинамічні та геомеханічні процеси у газогідратному тілі при впливі теплового агента. В результаті моделювання встановлено, що у розглянутих умовах температура в газогідратному тілі змінюється з відстанню від видобувної свердловини аналогічно в обидві сторони за поліноміальною залежністю, причому на відстані від свердловини 18.7 м температура стабільна і становить +22°С, а в інтервалі 18.7 – 24.9 м – знижується у 3.1 рази і досягає значення +7°С. Виявлено, що деформації у газогідратному тілі при впливі активуючого агента, який подається під тиском, що перевищує початковий, спрямовані від бокових меж у центр газогідратного тіла у напрямі продуктивних зон дисоціації, що, в свою чергу, призводить до зміщення об’єму газогідрату в центр протікання реакції, покращуючи якість процесу розкладання і дозволяючи відпрацювати 87 – 91% об’єму газогідрата, представленого в моделі. Наукова новизна. Вперше для умов газогідратних родовищ Чорного моря проведена аналітична оцінка характеру поширення зони дисоціації від видобувної свердловини при впливі теплового агента та змін напружено-деформованого стану газогідратного тіла при його розкладанні, що дозволяє удосконалити технологію розробки газогідратних покладів у розглянутих умовах. Практична значимість. Запропоновано технологічну схему розробки газогідратного тіла на основі комбінованого підходу до впливу активаторами (температурою та тиском), що усуває необхідність прогріву граничних ділянок покладу і збільшення кількості активуючого агента, що подається, та його температури, що, в свою чергу, веде до зниження ресурсо- й енерговитрат.Цель. Исследование термодинамических и геомеханических процессов, протекающих в газогидратном теле при воздействии активирующего агента (морской воды с поверхностных слоев) в условиях Черного моря посредством математического моделирования методом конечных элементов. Методика. Моделирование термодинамических и геомеханических процессов выполнено при помощи программного обеспечения ANSYS v17.0 с соответствием климатических, гидрогеологических и физико-механических свойств элементов численной модели в рассматриваемом газогидратном месторождении Черного моря, которые являются аналогичными натурным. Термодинамические процессы исследовались в разделе программы “Steady-State Thermal”, а геомеханические (напряженно-деформированное состояние) – в “Static Structural”. Результаты. Разработана пространственная модель, позволяющая моделировать термодинамические и геомеханические процессы в газогидратном теле при воздействии теплового агента. В результате моделирования установлено, что в рассматриваемых условиях температура в газогидратном теле изменяется с расстоянием от добывающей скважины аналогично в обе стороны по полиномиальной зависимости, причем на расстоянии от скважины 18.7 м температура стабильна и составляет +22°С, а в интервале 18.7 – 24.9 м – снижается в 3.1 раза и достигает значения +7°С. Выявлено, что деформации в газогидратном теле при воздействии активирующего агента, подаваемого под давлением, превышающее начальное, направлены от боковых границ в центр газогидратного тела в направлении продуктивных зон диссоциации, что, в свою очередь, приводит к смещению объема газогидрата в центр протекания реакции, улучшая качество процесса разложения и позволяя отработать 87 – 91% объема газогидрата, представленного в модели. Научная новизна. Впервые для условий газогидратных месторождений Черного моря проведена аналитическая оценка характера распространения зоны диссоциации от добывающей скважины при воздействии теплового агента и изменений напряженно-деформированного состояния газогидратного тела при его разложении, что позволяет усовершенствовать технологию разработки газогидратных залежей в рассматриваемых условиях. Практическая значимость. Предложена технологическая схема разработки газогидратного тела на основании комбинированного подхода к воздействию активаторами (температурой и давлением), устраняющая необходимость прогрева граничных участков залежи и увеличения подаваемого количества активирующего агента и его температуры, что, в свою очередь, ведет к снижению ресурсо- и энергозатрат.The results of the current researches were obtained within the framework of the research works of GP-473 Development of scientific principles of phase transformations of technogenic and natural gas hydrates and creation of the newest technologies of their extraction” (State Registration No.0115U002294) and GP-487 “Scientific substantiation and development of energy saving and low waste technologies of hydrocarbon and mineral raw materials extraction” (State Registration No.0116U008041)

Technological safety of sustainable development of coal enterprises

Purpose. Substantiation of conceptual base of searching the ways of threats prevention to sustainable development of coal enterprises in the presence of multidirectional vectors of economic pressure of the external environment. Methods. Methods of the structural and comparative analysis for an assessment of usage of the main definitions of a research, their essence and communication with other categories which define efficiency of development of the coal enterprise are used for the solution of the set tasks in the work; groups and classifications are used for systematization of types of economic security and stability of the enterprise, and also factors which cause them. Findings. The analysis of main definitions that reflecting essence of such scientific phenomena as “sustainable development” and “economic security” of the enterprise is conducted. Actuality and reasonability of scientific research conducting on formation of methodical base and tools of an assessment of a technological component of sustainable development safety of coal enterprises is substantiated. Originality. Research of opportunities of the comprehensive programs creation of adaptive management of the mining enterprise including a retrospective and perspective assessment of a pathway of its development. Practical implications. Introduction of adaptation activity at the coal enterprises in aspect of process of technological safety ensuring.Мета. Обґрунтування концептуальної бази пошуку шляхів запобігання загрозам сталого розвитку вугільних підприємств при наявності різноспрямованих векторів економічного тиску зовнішнього середовища. Методика. Для вирішення поставлених у роботі завдань використані методи структурно-порівняльного аналізу – для оцінки використання основних дефініцій дослідження, їх сутності та зв’язку з іншими категоріями, які визначають ефективність розвитку вугільного підприємства; групування й класифікації – для систематизації видів економічної безпеки і стійкості підприємства, а також факторів, які їх обумовлюють. Результати. Проведено аналіз основних визначень, що відображають сутність таких наукових феноменів, як “сталий розвиток” і “економічна безпека” підприємства. Обґрунтована актуальність та доцільність проведення наукових досліджень з формування методичної бази й інструментарію оцінки технологічної складової безпеки сталого розвитку вугільних підприємств. Наукова новизна. Дослідження можливостей створення комплексних програм адаптивного управління гірничим підприємством, що включають ретроспективну і перспективну оцінки траєкторії його розвитку. Практична значимість. Впровадження адаптаційної діяльності на вугільних підприємствах в аспекті процесу забезпечення технологічної безпеки.Цель. Обоснование концептуальной базы поиска путей предотвращения угроз устойчивому развитию угольных предприятий при наличии разнонаправленных векторов экономического давления внешней среды. Методика. Для решения поставленных в работе задач использованы методы структурно-сравнительного анализа – для оценки использования основных дефиниций исследования, их сущности и связи с другими категориями, которые определяют эффективность развития угольного предприятия; группировки и классификации – для систематизации видов экономической безопасности и устойчивости предприятия, а также факторов, которые их обусловливают. Результаты. Проведен анализ основных определений, отражающих сущность таких научных феноменов, как “устойчивое развитие” и “экономическая безопасность” предприятия. Обоснована актуальность и целесообразность проведения научных исследований по формированию методической базы и инструментария оценки технологической составляющей безопасности устойчивого развития угольных предприятий. Научная новизна. Исследование возможностей создания комплексных программ адаптивного управления горным предприятием, включающих ретроспективную и перспективную оценку траектории его развития. Практическая значимость. Внедрение адаптационной деятельности на угольных предприятиях в аспекте процесса обеспечения технологической безопасности.Authors express gratitude for the help and consultations during work performing for director of management of coal mining of LLC “DTEK Energy” Mykhailo Barabash

Peculiarities of geological and thermobaric conditions for the gas hydrate deposits occurence in the Black Sea and the prospects for their development

The actuality has been revealed of the necessity to attract the gas hydrate deposits of the Black Sea into industrial development as an alternative to traditional gas fields. This should be preceded by the identification and synthesis of geological and thermobaric peculiarities of their existence. It was noted that the gas hydrates formation occurs under certain thermobaric conditions, with the availability of a gas hydrate-forming agent, which is capable of hydrate formation, as well as a sufficient amount of water necessary to start the crystallization process. The gas hydrate accumulation typically does not occur in free space – in sea water, but in the massif of the sea bed rocks. The important role in the process of natural gas hydrates formation is assigned to thermobaric parameters, as well as to the properties and features of the geological environment, in which, actually, the process of hydrate formation and further hydrate accumulation occurs. It was noted that the source of formation and accumulation of the Black Sea gas hydrates is mainly catagenetic (deep) gas, but diagenetic gas also takes part in the process of gas hydrate deposits formation. The main component of natural gas hydrate deposits is methane and its homologs – ethane, propane, isobutane. The analysis has been made of geological and geophysical data and literature materials devoted to the study of the offshore area and the bottom of the Black Sea, as well as to the identification of gas hydrate deposits. It was established that in the offshore area the gas hydrate deposits with a heterogeneous structure dominate, that is, which comprises a certain proportion of aluminosilicate inclusions. It was noted that the Black Sea bottom sediments, beginning with the depths of 500 – 600 m, are gassy with methane, and a large sea part is favourable for hydrate formation at temperatures of +8...+9ºC and pressures from 7 to 20 MPa at different depths. The characteristics of gas hydrate deposits are provided, as well as requirements and aspects with regard to their industrialization and development. It is recommended to use the method of thermal influence on gas hydrate deposits, since, from an ecological point of view, it is the safest method which does not require additional water resources for its implementation, because water intake is carried out directly from the upper sea layers. A new classification of gas hydrate deposits with a heterogeneous structure has been developed, which is based on the content of rocks inclusions in gas hydrate, the classification feature of which is the amount of heat spent on the dissociation process