High-resolution truncated plurigaussian simulations for the characterization of heterogeneous formations

Integrating geological concepts, such as relative positions and proportions of the different lithofacies, is of highest importance in order to render realistic geological patterns. The truncated plurigaussian simulation method provides a way of using both local and conceptual geological information to infer the distributions of the facies and then those of hydraulic parameters. The method (Le Loc'h and Galli 1994) is based on the idea of truncating at least two underlying multi-Gaussian simulations in order to create maps of categorical variable. In this manuscript we show how this technique can be used to assess contaminant migration in highly heterogeneous media. We illustrate its application on the biggest contaminated site of Switzerland. It consists of a contaminant plume located in the lower fresh water Molasse on the western Swiss Plateau. The highly heterogeneous character of this formation calls for efficient stochastic methods in order to characterize transport processes.Comment: 12 pages, 9 figure

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

Models and methods to make decisions while mining production scheduling

Purpose is to develop a new approach to the design of mining operations basing upon models and methods of decision making. Methods. The paper has applied a complex approach involving approaches of decision-making theory. Analysis of the pro-duction development scenarios is proposed for strategic activity planning; criteria to make decisions under the uncertainty conditions as well as decision-making trees for day-to-day management are proposed to determine balanced production level. Findings. It has been identified that mining production design is of the determined character demonstrating changes in “state of the nature” depending upon the made decisions. The idea of mining production is to reduce uncertainty gradually by means of analysis of production scenarios, and elimination of unfavourable alternatives. Operative management is implemented while constructing decision trees, and optimizing operation parameters. Representation of sets of rational equipment types as well as development scenarios, and their comparison in terms of decision-making parameters makes it possible to determine adequate capacity of a working area, and to reduce expenditures connected with the equipment purchase and maintenance. In this context, limiting factors, effecting anticipatory mining out-put, are taken into consideration. Successive comparison of the alternatives helps identify decision-making area for different scenarios of the production development. Originality. To manage mining production, approaches of decision-making theory have been proposed which involve the use of decision trees, decision-making criteria, and analysis of scenarios basing upon representation of operating procedures in the form of a network model within which the shortest route corresponds to optimum decision. Practical implications. Decision-making system has been developed making it possible to optimize operation parameters, to reduce prime cost of mining, and to select a structure of engineering connections with the specified production level. The described approaches may be applied at the stage of a stope design as well as in the process of a field development. Specific attention has been paid to a software development to implement the approaches.Мета. Розробити новий підхід до проектування гірничого виробництва, який базується на моделях та методах теорії прийняття рішень. Методика. В роботі застосовано комплексний метод, який включає підходи теорії прийняття рішень. Для стратегічного планування діяльності запропоновано досліджувати сценарії розвитку виробництва, для визначення раціонального рівня виробництва – критерії прийняття рішень в умовах невизначеності, а також дерева прийняття рішень для поточного управління. Результати. Виявлено, що процес проектування гірничого виробництва має детермінований характер, який демонструє зміну “станів природи” залежно від прийнятих рішень. Суть проектування гірничого виробництва зводиться до послідовного зменшення невизначеності шляхом дослідження сценаріїв виробництва та виключення несприятливих альтернатив. Оперативне управління здійснюється шляхом побудови дерев рішень та оптимізації параметрів експлуатації. Представлення множин раціональних типів обладнання, сценаріїв розвитку подій та порівняння їх за критеріями прийняття рішень дозволяє визначити раціональний рівень видобутку виймальної дільниці і знизити витрати на придбання та обслуговування обладнання, при цьому враховуються обмежувальні фактори, які впливають на величину очікуваного видобутку. Послідовне порівняння альтернатив дозволяє встановити поле прийнятних рішень для різних сценаріїв розвитку виробництва. Наукова новизна. Для управління гірничим виробництвом запропоновано підходи теорії прийняття рішень, які включають застосування дерев рішень, критеріїв прийняття рішень та аналіз сценаріїв, котрі базуються на представленні технологічного процесу у вигляді мережевої моделі, в якій найкоротший маршрут відповідає оптимальному рішенню. Практична значимість. Розроблена система прийняття рішень, дозволяє оптимізувати параметри експлуатації, знизити собівартість видобутку, вибрати структуру технологічних зв’язків з заданим рівнем продуктивності. Описані в роботі підходи можуть бути використані як на стадії проектування очисного забою так і в процесі експлуатації родовища корисних копалин. Особливу увагу приділено розробці програмного забезпечення для впровадження описаних підходів у виробництво.Цель. Разработать новый подход к проектированию горного производства, который базируется на моделях и методах теории принятия решений. Методика. В работе использован комплексный метод, который включает подходы теории принятия решений. Для стратегического планирования деятельности предложено исследовать сценарии развития производства, для определения рационального уровня производства – критерии принятия решений в условиях неопределенности, а также деревья принятия решений для текущего управления. Результаты. Установлено, что процесс проектирования горного производства носит детерминированный характер, который отражает изменение “состояний природы” в зависимости от принятых решений. Суть проектирования сводится к последовательному уменьшению неопределенности путем исследования сценариев производства и исключения неблагоприятных альтернатив. Оперативное управление осуществляется посредством построения деревьев решений и оптимизации параметров эксплуатации. Представление множества рациональных типов оборудования, сценариев развития событий та сравнение их по критериям принятия решений позволяет определить рациональный уровень добычи очистного участка и снизить затраты на приобретение и обслуживание оборудования, при этом учитываются ограничивающие факторы, которые влияют на величину ожидаемой прибыли. Последовательное сравнение альтернатив позволяет установить поле приемлемых решений для разных сценариев развития производства. Научная новизна. Для управления горным производством предложены подходы теории принятия решений, которые включают применения деревьев, критериев принятия решений и анализ сценариев, основанных на представлении технологического процесса в виде сетевой модели, где кратчайший маршрут соответствует оптимальному решению. Практическая значимость. Разработана система поддержки принятия решений, которая позволит оптимизировать параметры эксплуатации, снизить себестоимость добычи, выбрать структуру технологических взаимосвязей с заданным уровнем производительности. Описанные в работе подходы могут быть использованы как на стадии проектирования очистного забоя, так и в процессе эксплуатации месторождения полезных ископаемых. Особое внимание уделено разработке программного обеспечения для внедрения описанных подходов в горное дело.The study has been carried out within the framework of research project of the National Academy Sciences of Ukraine for young scientists “Resource-saving techniques to support mine workings under the complex hydrogeological conditions”; Agreement #29-04/06-2019; official registration #0119U102370

Numerical methods of geomechanics tasks solution during coal deposits’ development

Purpose. Generalization of numerical modeling of geomechanical processes in the vicinity of mine workings by finite elements method and making recommendations for substantiation of suitable construction and behavior of rock massif physical model. Methods. Software packages SolidWorks Simulation (COSMOS/М) and ANSYS are used for geomechanical tasks solution. Findings. Solutions of geomechanical tasks dealing with topical issues of estimating stress-strain state of rock massif around underground workings of different functions are given. Data on the rock massif stress-strain state are received and recommendations on adequate and authentic reflection of its structural peculiarities (stratification and fracturing) are made. Physical model of rock condition (elastic, elastic-plastic, rheological diagrams and complete diagram of deformation taking into account weakening and fracturing) is presented. Originality. New data about the mechanism of movement processes of coal-bearing massif around mine workings considering stratification and cracks content, limit and out-of-limit deflection state in separate areas, and also the impact of rheological rock properties are received. Practical implications. Complex of geomechanical tasks solutions allow to increase credibility of rock pressure manifestations prediction and substantiate technical solutions for effective and safe operations at coal mines.Цель. Обобщение опыта численного моделирования методом конечных элементов геомеханических процессов вокруг горных выработок и формирование рекомендаций по обоснованию адекватного строения и поведения физической модели горного массива. Методика. Для решения задач геомеханики использованы пакеты прикладных программ SolidWorks Simulation (COSMOS/М) и ANSYS. Результаты. Приведены решения геомеханических задач по актуальным вопросам оценки НДС горного массива вокруг подземных выработок различного назначения. Получены закономерности поведения горного массива и даны рекомендации по адекватному и достоверному отражению его текстурных особенностей (слоистость и трещиноватость) и физической модели состояния горной породы (упругая, упруго-пластическая, реологическая, полная диаграмма деформирования с учетом разупрочнения и разрыхления). Научная новизна. Получен ряд новых закономерностей развития процессов сдвижения углевмещающего массива вокруг горных выработок с учетом его слоистости и трещиноватости, предельного и запредельного состояния в отдельных областях, а также влияния реологических свойств горных пород. Практическая значимость. Комплекс решений геомеханических задач позволяет повысить достоверность прогноза проявлений горного давления и обосновать технические решения по эффективному и безопасному ведению горных работ на угольных шахтах.Мета. Узагальнення досвіду чисельного моделювання методом скінченних елементів геомеханічних процесів навколо гірничих виробок і формування рекомендацій з обґрунтування адекватної будови й поведінки фізичної моделі гірського масиву. Методика. Для розв’язання задач геомеханіки використані пакети прикладних програм Solidworks Simulation (COSMOS/М) і ANSYS. Результати. Наведено розв’язання геомеханічних задач з актуальних питань оцінки НДС гірського масиву навколо підземних виробок різного призначення. Отримано закономірності поведінки гірського масиву й надано рекомендації з адекватного й достовірного відображення його текстурних особливостей (шаруватість і тріщинуватість) та фізичної моделі стану гірської породи (пружна, пружно-пластична, реологічна, повна діаграма деформування з урахуванням знеміцнення і розпушення). Наукова новизна. Отримано низку нових закономірностей розвитку процесів зрушення вуглевміщуючого масиву навколо гірничих виробок з урахуванням його шаруватості й тріщинуватості, граничного й позамежного станів в окремих областях, а також впливу реологічних властивостей гірських порід. Практична значимість. Комплекс розв’язань геомеханічних задач дозволяє підвищити вірогідність прогнозу проявів гірського тиску й обґрунтувати технічні розв’язання з ефективного й безпечного ведення гірничих робіт на вугільних шахтах.The materials discussed in the article were received while performing a complex of research works at the request of a number of industrial enterprises in coal mining in Donbas. The authors are grateful to M. Illiashov, M. Barabash, Yu. Cherednychenko, O. Vivcharenko, V. Chervatiuk, O. Husiev for providing mine-and-geological and technical information on features of conducting mining operations at their enterprises, and also for useful recommendations and fruitful discussion of the received results which are intended to provide an effective solution to mine-technical issues in coal mining

Influence of Rock Heterogeneity on Fracture Pattern Formation

Imperial Users onl

Effect of blast induced rock fragmentation and muckpile angle on excavator performance in surface mines

Purpose. A fit excavator in a surface mine gives a trouble free production. To maintain the condition and safety of an excavator, proper sizes of rock fragmentation and muckpile parameters are crucial besides its maintenance. Optimum size of fragmentation and muckpile shape parameters increases the production hours of an excavator so study was conducted to investigate the effect of blast induced rock fragmentation and muckpile angle on excavator performance. Methods. The study was conducted in two different surface coal mines namely A and B of India. Drilling, blasting and shovel-Dumper combination were used in mines for overburden removal and as well as coal production. The trial blasts were conducted in surface mines to investigate the effect of rock fragmentation and muckpile angle on excavator performance. Findings. The results obtained from this study indicate that the fragmentation size should be optimum with respect to bucket size of the excavator so that the excavator can load more material in less time. Also, muckpile should be loose, with proper muckpile angle. The results of this study show that the cycle time of the excavator is minimum at fragment size of 0.30 – 0.45 and 0.15 – 0.20 m for mine A and B respectively and muckpile angle in the range of 52 – 58 degree for both mine. Originality. This study is a field based study and the results are based on the data collected and analyzed. Similar type of studies have been done by few researchers though to improve the productivity of the mine for different conditions. The results are condition, machinery, method and mine specific. Practical implications. This study was conducted for surface coal mines but it is applicable for limestone and stone quarry also.Мета. Дослідження впливу вибухового руйнування породи і кута її навалу на продуктивність та безпеку роботи екскаватора. Методика. Дослідження проводилися на базі двох вугільних кар’єрів в Індії – А і В. У комплексі були використані технології буріння, підривання, риття та відвалоутворення для видалення порід розкриття та видобутку вугілля. У кар’єрах були проведені експериментальні вибухи для того, аби вивчити вплив вибухового руйнування породи і кута її навалу на продуктивність екскаватора. Результати. Встановлено, що ступінь подрібнення породи повинен бути оптимальним по відношенню до розміру ковша екскаватора для можливості завантаження більшої кількості породи за менший час. Також важливо, щоб навал мав оптимальний кут і був досить рихлим. В результаті даного дослідження з’ясувалося, що мінімальний час одного циклу роботи екскаватора відповідає наступному ступеню подрібнення: 0.30 – 0.45 м у кар’єрі А та 0.15 – 0.20 м у кар’єрі В, відповідно при куті навалу 52 – 58 градусів в обох кар’єрах. Наукова новизна. Для геотехнологічних умов відкритої розробки вугільних родовищ Індії виявлені нові закономірності зміни продуктивності видобутку від умов, механізмів та обладнання, методу виїмки та стану кар’єра. Практична значимість. Використання встановлених закономірностей дозволить оптимізувати технологічні параметри при проектуванні вибухових і видобувних робіт на кар’єрах з розробки різних видів корисних копалин (вугілля, будівельних матеріалів та ін.).Цель. Исследование влияния взрывного разрушения породы и угла ее навала на производительность и безопасность работы экскаватора. Методика. Исследования проводились на базе двух угольных карьеров в Индии – А и В. В комплексе были использованы технологии бурения, взрывания, рытья и отвалообразования для удаления вскрыши и добычи угля. В карьерах были произведены экспериментальные взрывы для того, чтобы изучить влияние взрывного разрушения породы и угла ее навала на производительность экскаватора. Результаты. Установлено, что степень измельчения породы должна быть оптимальной по отношению к размеру ковша экскаватора для возможности загрузки большего объема породы за меньшее время. Также важно, чтобы навал имел оптимальный угол и был достаточно рыхлым. В результате данного исследования выяснилось, что минимальное время одного цикла работы экскаватора соответствует следующей степени измельчения: 0.30 – 0.45 м в карьере А и 0.15 – 0.20 м в карьере В, соответственно при угле навала 52 – 58 градусов в обоих карьерах. Научная новизна. Для геотехнологических условий открытой разработки угольных месторождений Индии выявлены новые закономерности изменения производительности добычи от условий, механизмов и оборудования, метода выемки и состояния карьера. Практическая значимость. Использование установленных закономерностей позволит оптимизировать технологические параметры при проектировании взрывных и добычных работ на карьерах по разработке различных видов полезных ископаемых (угля, строительных материалов и др.).The author is indebted towards the excellent cooperation and support provided by the entire operational crew, staff and management of the BCCL and Shree Cement Ltd during collection of data for this study. Thanks to MOM, GOI, India for sponsoring projects “Development of eco-friendly blasting techniques

A General Spatio-Temporal Clustering-Based Non-local Formulation for Multiscale Modeling of Compartmentalized Reservoirs

Representing the reservoir as a network of discrete compartments with neighbor and non-neighbor connections is a fast, yet accurate method for analyzing oil and gas reservoirs. Automatic and rapid detection of coarse-scale compartments with distinct static and dynamic properties is an integral part of such high-level reservoir analysis. In this work, we present a hybrid framework specific to reservoir analysis for an automatic detection of clusters in space using spatial and temporal field data, coupled with a physics-based multiscale modeling approach. In this work a novel hybrid approach is presented in which we couple a physics-based non-local modeling framework with data-driven clustering techniques to provide a fast and accurate multiscale modeling of compartmentalized reservoirs. This research also adds to the literature by presenting a comprehensive work on spatio-temporal clustering for reservoir studies applications that well considers the clustering complexities, the intrinsic sparse and noisy nature of the data, and the interpretability of the outcome. Keywords: Artificial Intelligence; Machine Learning; Spatio-Temporal Clustering; Physics-Based Data-Driven Formulation; Multiscale Modelin