Analysis of the efficiency of geomechanical model of mine working based on computational and field studies

Purpose is to substantiate the efficiency of geomechanical model of the mine working on the basis of qualitative and quantitative parameters of stress and strain state of the mine working and to compare the results of computational experiment both with the results obtained while designing mine working support and with the results of field studies under mine conditions. Methods. The studies consisted of three stages. Stage one involved development of the computational model and, using a finite-element method (ANSYS Software Package), and performance of computational experiment for mining and geological conditions of MM “Pokrovske”. Stage two involved field measurements in the mine working with the support pattern developed according to the results of first stage of the research. Characteristic points were selected to determined separate stress and deformation components of a geomechanical system. Stage three dealt with comparative analysis of both computational and field experiments to define the efficiency of the selected computational model and the engineering solutions. Findings. The substantiated physical and mathematical model as well as geometry of computational region of the geomechanical system have made is possible to determine to a high precision stress and strain state of all the components of mine working support and neighbouring rock mass. Analysis of changes in mine working border, while calculating and full-scale measuring, has demonstrated high accuracy degree in description of deformation processes within the rock mass. Qualitative changes in stresses within the selected anchors, in the process of the stope plane movement, correspond in their appearance to the curves of graphs obtained as a result of calculations. Originality. For the first time, complex multicriteria approach has been proposed and applied to determine efficiency of the selected support scheme based on the measurements of mine working border displacement and internal effects of the support components; the approach makes it possible to evaluate adequacy of the selected computational scheme while predicting changes in the geomechanical system state. Practical implications. The developed innovative methodology to prove the efficiency of selecting optimal system for mine working support helps reduce design costs and cut production expenses while mounting and operating the support from a holistic perspective. Validation of the fact that calculated results of stress and strain state of a geomechanical system correspond to the data of field measurements in terms of various stress and deformation criteria provides the possibility of the computational model interpolation with respect to the mine workings driven and designed under similar mining and geological conditions.Мета. Обґрунтування ефективності геомеханічної моделі виїмкової виробки на основі порівняння якісних і кількісних параметрів напружено-деформованого стану виїмкової виробки за результатами розрахунку обчислювального експерименту з отриманими на етапі проектування кріплення виробки й натурними дослідженнями в шахтних умовах. Методика. Дослідження проводилися в три етапи. На першому етапі розроблялася розрахункова модель і за допомогою методу скінченних елементів (програмний пакет ANSYS) проводився обчислювальний експеримент для гірничо-геологічних умов шахтоуправління «Покровське». На другому етапі виконані натурні заміри у виробці зі схемою кріплення, визначеною за результатами першого етапу досліджень. Були обрані характерні точки, в яких визначалися окремі компоненти напружень або деформацій геомеханічної системи. Третій етап полягав у проведенні порівняльного аналізу даних обчислювального й натурного експерименту з метою визначення ефективності обраної розрахункової моделі й прийнятих технологічних рішень. Результати. Обґрунтовані фізико-математична модель та геометрія розрахункової області геомеханічної системи дозволили з високою точністю визначити напружено-деформований стан усіх елементів кріплення виробки й приконтурного породного масиву. Аналіз зміни контуру виробки при розрахунках і натурних вимірах показав високий ступінь точності описання деформаційних процесів, що протікають у породному масиві. Якісні зміни напружень в обраних анкерах при русі площини очисного вибою відповідають за видом кривим графіків, отриманих у результаті розрахунків. Наукова новизна. Вперше запропоновано та використано комплексний багатокритеріальний підхід для визначення ефективності обраної схеми кріплення, заснований на вимірах переміщень контуру виробки і внутрішніх зусиль елементів кріплення, що дозволяє оцінити адекватність обраної обчислювальної схеми при прогнозуванні зміни стану геомеханічної системи. Практична значимість. Розроблена нова методика підтвердження ефективності вибору оптимальної системи підтримання виїмкової виробки дозволяє комплексно скоротити затрати на проведення проектних заходів та зменшити витрати виробництва при установці й експлуатації кріплення. Підтвердження відповідності результатів розрахунків напружено-деформованого стану геомеханічної системи і даних натурних замірів за різними критеріями напружень та деформацій забезпечує можливість інтерполяції обчислювальної моделі для пройдених виробок і виробок, що проектуються, у схожих гірничо-геологічних умовах.Цель. Обоснование эффективности геомеханической модели выемочной выработки на основании сравнения качественных и количественных параметров напряженно-деформированного состояния выемочной выработки по результатам расчета вычислительного эксперимента с полученными на этапе проектирования крепи выработки и натурными исследованиями в шахтных условиях. Методика. Исследования проводились в три этапа. На первом этапе разрабатывалась расчетная модель и при помощи метода конечных элементов (программный пакет ANSYS) проводился вычислительный эксперимент для горно-геологических условий шахтоуправления «Покровское». На втором этапе выполнены натурные замеры в выработке со схемой крепления, определенной по результатам первого этапа исследований. Были избраны характерные точки, в которых определялись отдельные компоненты напряжений или деформаций геомеханической системы. Третий этап заключался в проведении сравнительного анализа данных вычислительного и натурного эксперимента с целью определения эффективности выбранной расчетной модели и принятых технологических решений. Результаты. Обоснованные физико-математическая модель и геометрия расчетной области геомеханической системы позволили с высокой точностью определить напряженно-деформированное состояние всех элементов крепи выработки и приконтурного породного массива. Анализ изменения контура выработки при расчетах и натурных замерах показал высокую степень точности описания деформационных процессов, протекающих в породном массиве. Качественные изменения напряжений в выбранных анкерах при движении плоскости очистного забоя соответствуют по виду кривым графиков, полученных в результате расчетов. Научная новизна. Впервые предложен и использован комплексный многокритериальный подход для определения эффективности выбранной схемы крепления, основанный на замерах перемещений контура выработки и внутренних усилий элементов крепления, позволяющий оценить адекватность выбранной вычислительной схемы при прогнозировании изменения состояния геомеханической системы. Практическая значимость. Разработанная новая методика подтверждения эффективности выбора оптимальной системы поддержания выемочной выработки позволяет комплексно сократить затраты на проведение проектных мероприятий и уменьшить издержки производства при установке и эксплуатации крепи. Подтверждение соответствия результатов расчетов напряженно-деформированного состояния геомеханической системы и данных натурных замеров по различным критериям напряжений и деформаций обеспечивает возможность интерполяции вычислительной модели для пройденных и проектируемых выработок в схожих горно-геологических условиях.The author wishes to thank the mine owner, Krasnoarmiiska-Zakhidna No. 1 (MM “Pokrovske”), engineers and technicians for assistance in experimental works and providing the necessary data

Report of activities of the advanced coal extraction systems definition project, 1979 - 1980

During this period effort was devoted to: formulation of system performance goals in the areas of production cost, miner safety, miner health, environmental impact, and coal conservation, survey and in depth assessment of promising technology, and characterization of potential resource targets. Primary system performance goals are to achieve a return on incremental investment of 150% of the value required for a low risk capital improvement project and to reduce deaths and disability injuries per million man-hour by 50%. Although these performance goals were developed to be immediately applicable to the Central Appalachian coal resources, they were also designed to be readily adaptable to other coals by appending a geological description of the new resource. The work done on technology assessment was concerned with the performance of the slurry haulage system

Long term time-lapse microgravity and geotechnical monitoring of relict salt-mines, Marston, Cheshire, UK.

The area around the town of Northwich in Cheshire, U. K., has a long history of catastrophic ground subsidence caused by a combination of natural dissolution and collapsing abandoned mine workings within the underlying Triassic halite bedrock geology. In the village of Marston, the Trent and Mersey Canal crosses several abandoned salt mine workings and previously subsiding areas, the canal being breached by a catastrophic subsidence event in 1953. This canal section is the focus of a long-term monitoring study by conventional geotechnical topographic and microgravity surveys. Results of 20 years of topographic time-lapse surveys indicate specific areas of local subsidence that could not be predicted by available site and mine abandonment plan and shaft data. Subsidence has subsequently necessitated four phases of temporary canal bank remediation. Ten years of microgravity time-lapse data have recorded major deepening negative anomalies in specific sections that correlate with topographic data. Gravity 2D modeling using available site data found upwardly propagating voids, and associated collapse material produced a good match with observed microgravity data. Intrusive investigations have confirmed a void at the major anomaly. The advantages of undertaking such long-term studies for near-surface geophysicists, geotechnical engineers, and researchers working in other application areas are discussed

Англійська мова для навчання і работи. Навчальний посібник з англійської мови за професійним спрямуванням для студентів і фахівців галузі знань 0503 Розробка корисних копалин Т 1

A coursebook includes all the activities of students’ work at ESP course aimed at development of language behaviour necessary for effective communication of students in their study and specialism areas. The tasks and activities given in the coursebook are typicalfor students’ academic and professional domains and situations. The content is organized in modules that covers generic job-related language skills of engineers. The authentic texts taken from real life contain interesting up-to-date information about mining, peculiarities of study abroad, customs and traditions of English-speaking countries. Pack of self-study resources given in Part II contains Glossary of mining terms, tasks and activities aimed at developing a range of vocabulary necessary for mining, different functions and functional exponents to be used in academic and professional environment as well as tasks developing self-awareness, self-assessment and self-organisation skills. Testing points for different grammar structuresare given in Part III. Indices at the end of each part easify the use of the coursebook. The coursebook contains illustrations, various samples of visualizing technical information. The coursebook is designed for ESP students of non-linguistic universities. It can be used as teaching/learning materials for ESP Courses for Mining Engineers as well as for self-study of subject and specialist teachers, practicing mining engineers and researchers in Engineering.У посібнику представлені всі види діяльності студентів з вивчення англійської мови, спрямовані на розвиток мовної поведінки, необхідної для ефективного спілкування в академічному та професійному середовищах. Навчальний посібник містить завдання і вправи, типові для різноманітних академічних та професійних сфер і ситуацій. Структура організації змісту– модульна і охоплює загальні мовленнєві вміння інженерів. Зразки текстів– автентичні, взяті з реального життя, містять цікаву та актуальну інформацію про видобувничу промисловість, особливості навчання за кордоном, традиції та звичаї країн, мова яких вивчається. Ресурси для самостійної роботи(Том ІІ) містять глосарій термінів, завдання та вправи для розвитку словарного запасу та розширення діапазону функціональних зразків, необхідних для виконання певних функцій, та завдання, які спрямовані на розвиток навичок самооцінювання і організації свого навчання. Граматичні явища і вправи для їх засвоєння наводяться в томі ІІІ. Наприкінці кожної частини наведено алфавітно-предметні покажчики. Багато ілюстрацій та різних візуальних засобів подання інформації. Навчальний посібник призначений для студентів технічних університетів гірничого профілю. Може використовуватися для самостійного вивчення англійської мови викладачами, фахівцями і науковцями різних інженерних галузей

Improving Energy Efficiency through Data-Driven Modeling, Simulation and Optimization

In October 2014, the EU leaders agreed upon three key targets for the year 2030: a reduction by at least 40% in greenhouse gas emissions, savings of at least 27% for renewable energy, and improvements by at least 27% in energy efficiency. The increase in computational power combined with advanced modeling and simulation tools makes it possible to derive new technological solutions that can enhance the energy efficiency of systems and that can reduce the ecological footprint. This book compiles 10 novel research works from a Special Issue that was focused on data-driven approaches, machine learning, or artificial intelligence for the modeling, simulation, and optimization of energy systems

Experimental and numerical modelling investigations into coal mine rockbursts and gas outbursts

Rockbursts and gas outbursts are a longstanding hazard in underground coal mining due to their sudden occurrences and high consequences. These hazards are becoming prominent due to the increase in mining depth, difficult mining conditions, and adverse gas pressure conditions. Several researchers have proposed different theories, mechanisms, and indices to determine the rockbursts and gas outbursts liability but most of them focus on only some aspects of the complex engineering system for the ease to represent them using partial differential equations. They have often ignored the dynamics of changing mining environment, coal seam heterogeneity and stochastic variations in the rock properties. Most of the indices proposed were empirical and their suitability to different mining conditions is largely debated. To overcome the limitations of previous theories, mechanisms and indices, a probabilistic risk assessment framework was developed in this research to mathematically represent the complex engineering phenomena of rockbursts and gas outbursts for a heterogeneous coal seam. An innovative object-based non-conditional simulation approach was used to distribute lithological heterogeneity occurring in the coal seam to respect their geological origin. The dynamically changing mining conditions during a longwall top coal caving mining (LTCC) was extracted from a coupled numerical model to provide statistically sufficient data for probabilistic analysis. The complex interdependencies among several parameters, their stochastic variations and uncertainty were realistically implemented in the GoldSim software, and 100,000 equally likely scenarios were simulated using the Monte Carlo method to determine the probability of rockbursts and gas outbursts. The results obtained from the probabilistic risk assessment analysis incorporate the variations occurring due to lithological heterogeneity and give a probability for the occurrence of rockbursts, coal and gas outbursts, and safe mining conditions. The framework realistically represents the complex mining environment, is resilient and results are reliable. The framework is generic and can be suitably modified to be used in different underground mining scenarios, overcoming the limitations of earlier empirical indices used.Open Acces

Study on Energy Accumulation and Dissipation Associated with Coal Burst

Coal burst, which refers to the brittle failure of coal, has been a serious hazard for underground coal mining, particularly at greater depth. Massive energy accumulated in coal could be dissipated almost instantaneously in the form of kinetic energy when the loading stress exceeding the ultimate strength of coal. This thesis qualitatively and quantitatively examines the energy accumulation and dissipation process associated with coal burst through a comprehensive research program of literature review, theoretical analysis and experimental studies. The energy accumulation sources, dissipation forms and its influencing factors of coal burst are reviewed based on the energy conservation law and the static-dynamic loads superposition theory. The burst energy is provided by static loads including gravitational and abutment stress, and dynamic loads including fault slipping and roof weighting. Studies indicated that the main driving energy source of coal burst occurred in Australian coal mines resulted from elastic energy storage that has been accumulated during the loading process of coal

Evolution, Monitoring and Predicting Models of Rockburst: Precursor Information for Rock Failure

Load/unload response ratio predicting of rockburst; Three-dimensional reconstruction of fissured rock; Nonlinear dynamics evolution pattern of rock cracks; Bayesian model for predicting rockburs