Evaluation of open pit slope stability using various slope angles and element types

Purpose. The objective of this study is to demonstrate a method to select the optimal slope angle related to three principal factors: safety, productivity and mining costs. Also, it aims to investigate the accuracy of numerical analysis using different element types and order. Methods. Series of two-dimensional elasto-plastic finite-element models has been constructed at various slope angles (e.g. 40°, 45°, 50°, 55°, 60°, 65°, and 70°) and different element types (e.g. 3-noded triangle (T3), 6-noded triangle (T6), 4-noded quadrilateral (Q4) and 8-noded quadrilateral (Q8).The results are presented, discussed and compared at various slope angles and element types in terms of critical strength reduction factor (CSRF) or its equivalent factor of safety (FOS), total rock slope displacement, mine production and mining costs. Findings. The results reveal that, the mine productivity increases as slope angle increases, however, slope stability deteriorates. Alternatively, the factor of safety (FOS) decreases as slope angle becomes steeper (e.g. minimum factor of safety is obtained at highest steep angle of 70°). Despite of the increasing in computation time, the analysis shows that, the accuracy of the modelling increases when adopting high-order element types (e.g. 8-noded quadrilateral and 6-noded triangle elements). Originality. This study provides a methodology for the application of the numerical modelling methods on open pit mine. As a result, the mine planners will be able to know ahead of time the optimal slope angle with respect to safety, production and mining costs. Practical implications. This study sheds light on the usefulness of adopting numerical modelling analysis in the feasibility studies to determine and compare mining costs against safety and slope angle.Мета. Розробка методики для підбору оптимального кута нахилу борта кар’єру з видобутку мідно-нікелевих руд з урахуванням трьох головних чинників: безпека, продуктивність та витрати, а також перевірка точності чисельного аналізу при використанні елементів різного типу і порядку. Методика. Побудовано серії двовимірних пружно-пластичних кінцево-елементних моделей (КЕМ) для різних кутів нахилу борта кар’єру (наприклад, 40°, 45°, 50°, 55°, 60°, 65° і 70°) та з елементами різного типу (3-вузловий трикутник (T3), 6-вузловий трикутник (T6), 4-вузловий чотирикутник (Q4) і 8-вузловий чотирикутник (Q8)). Чисельне моделювання виконано у програмному продукті Rock and Soil 2-Dimensional Analysis Program. В якості критерію руйнування прийнято критерій міцності Кулона-Мора. Результати. Дослідження показали, що продуктивність шахти зростає зі збільшенням кута нахилу борта кар’єру; однак при цьому зменшується його стійкість, і навпаки, чим крутіше кут нахилу борта, тим менше коефіцієнт безпеки. Так, мінімальному значенню коефіцієнта безпеки відповідає найбільший кут нахилу 70°. Незважаючи на більш тривалі обчислення, аналіз показав, що точність моделювання зростає при використанні елементів високого порядку (8-вузлового чотирикутника і 6-вузлового трикутника). Наукова новизна. Розроблено новий методичний підхід для застосування чисельного моделювання для оцінки стійкості бортів кар’єрів з точки зору граничного коефіцієнта зниження міцності або його еквівалентного коефіцієнта безпеки, загального зсуву схилів, продуктивності та витрат на видобуток. Практична значимість. Дослідження доводять ефективність застосування чисельного моделювання для визначення доцільності витрат при різних кутах нахилу борта для забезпечення безпеки робіт. В результаті його застосування проектувальники кар’єрів зможуть заздалегідь спланувати оптимальний кут нахилу борта з урахуванням безпеки, продуктивності і витрат.Цель. Разработка методики для подбора оптимального угла наклона борта карьера по добыче медно-никелевых руд с учетом трех главных факторов: безопасность, производительность и затраты, а также проверка точности численного анализа при использовании элементов различного типа и порядка. Методика. Построены серии двумерных упругопластических конечно-элементных моделей (КЭМ) для разных углов наклона борта карьера (например, 40°, 45°, 50°, 55°, 60°, 65° и 70°) и с элементами разного типа (3-узловой треугольник (T3), 6-узловой треугольник (T6), 4-узловой четырехугольник (Q4) и 8-узловой четырехугольник (Q8)). Численное моделирование выполнено в программном продукте Rock and Soil 2-Dimensional Analysis Program. В качестве критерия разрушения принят критерий прочности Кулона-Мора. Результаты. Исследования показали, что производительность шахты растет с увеличением угла наклона борта карьера, однако при этом уменьшается его устойчивость, и наоборот, чем круче угол наклона борта, тем меньше коэффициент безопасности. Так, минимальному значению коэффициента безопасности соответствует самый большой угол наклона 70°. Несмотря на более длительные вычисления, анализ показал, что точность моделирования возрастает при использовании элементов высокого порядка (8-узлового четырехугольника и 6-узлового треугольника). Научная новизна. Разработан новый методический подход для применения численного моделирования для оценки устойчивости бортов карьеров с точки зрения предельного коэффициента снижения прочности или его эквивалентного коэффициента безопасности, общего смещения склонов, производительности и затрат на добычу. Практическая значимость. Исследования доказывают эффективность применения численного моделирования для определения целесообразности затрат при различных углах наклона борта для обеспечения безопасности работ. В результате его применения проектировщики шахт смогут заранее спланировать оптимальный угол наклона борта с учетом безопасности, производительности и затрат.The authors acknowledge the support of Rocscience Inc. for getting a free two-week full-version of RS2D (Rock-Soil two-dimensional finite-element analysis program). The authors are grateful for their support

Determination of the suitable drilling operating parameters in different geological formations El-Sharara Oil Field (South-Western Libya)

Purpose. The objective of this study is to determine the best operating conditions for the most notable drilling parameters (i.e. weight on bit (WOB), rotary drilling speed (RPM), and characteristics of drilling fluid) using field data obtained from El-Sharara Oil Field. Methods. The used data has been extracted from daily drilling reports of well named (NC-186/K04h) field. Such data contains information about the geological formations, casing strings, drill-bits, fuel consumption, flow rate of drilling fluid and other drilling parameters. Findings. The results reveal that, the lower geological formations of El-Sharara Oil Field, the harder are the upper formations. Therefore, it is recommended to apply heavy loads (i.e. WOB of 45000 lb) with low drilling speed (i.e. 100 rpm) in the lower formations; and to apply small loads (i.e. WOB of 19000 lb) with high drilling speed (i.e. 160 rpm) in the upper formations. Originality. This study evaluates the performance of drilling operation based on the interaction between rock formations and machine drilling parameters. Practical implications. Understanding such interaction between rock formations and machine drilling parameters will remarkably improve the rate of penetration (ROP) in the related geological formations. Consequently, the overall drilling costs will be reduced in terms of drilling time, life of drill-bit and fuel consumption.Мета. Визначення оптимальних експлуатаційних умов для технологічних параметрів буріння – осьового навантаження на долото (ОНД), швидкості обертального буріння (ШOБ), характеристик бурового розчину на основі емпіричних даних, отриманих на нафтовому родовищі Ель-Шарара. Методика. У роботі вивчені та систематизовані дані експлуатації нафтової свердловини NC-186/K04h, що містять інформацію про геологічні формації родовища, обсадних колонах, бурових коронках, витрат палива і бурової рідини та інших параметрах буріння. Результати. Дослідження показало, що, чим нижче розташовані нафтоносні геологічні формації Ель-Шарара, тим міцніше породи верхніх формацій. Рекомендовано застосовувати велике навантаження (ОНД – близько 104 кг), при низькій ШOБ (100 об/хв) у нижніх формаціях; і мале навантаження (ОНД – 86 кг) при високій ШOБ (160 об/хв) – у верхніх формаціях. Встановлено кореляційний взаємозв’язок комплексу технологічних параметрів буріння з умовами геологічних формацій родовища. Наукова новизна. Для умов нафтового родовища Ель-Шарара дана наукова оцінка ефективності буріння на основі встановлення взаємозв’язку параметрів формацій і бурових установок. Практична значимість. Врахування взаємозв’язку геологічних формацій і параметрів механічного буріння дозволить суттєво підвищити швидкість проходки свердловин, при цьому загальні витрати на буріння будуть скорочені за рахунок зменшення часу буріння, споживання палива та збільшення терміну служби бурових коронок.Цель. Определение оптимальных эксплуатационных условий для технологических параметров бурения – осевой нагрузки на долото (ОНД), скорости вращательного бурения (СВБ), характеристик бурового раствора на основе эмпирических данных, полученных на нефтяном месторождении Эль-Шарара. Методика. В работе изучены и систематизированы данные о эксплуатации нефтяной скважины NC-186/K04h, которые содержат информацию о геологических формациях месторождения, обсадных колоннах, буровых коронках, расходе топлива и буровой жидкости, а также других параметрах бурения. Результаты. Исследование показало, что, чем ниже расположены нефтеносные геологические формации Эль-Шарара, тем тверже породы верхних формаций. Рекомендуется применять большую нагрузку (ОНД – около 104 кг), при низкой СВБ (100 вр/мин) в нижних формациях; и малую нагрузку (ОНД – 86 кг) при высокой СВБ (160 вр/мин) – в верхних формациях. Установлена корреляционная взаимосвязь комплекса технологических параметров бурения с условиями геологических формаций месторождения. Научная новизна. Для условий нефтяного месторождения Эль-Шарара дана научная оценка эффективности бурения на основе установления взаимосвязи параметров формаций и буровых установок. Практическая значимость. Учет взаимосвязи геологических формаций и параметров механического бурения позволит существенно увеличить скорость проходки скважин, при этом общие затраты на бурение будут сокращены за счет уменьшения времени бурения, потребления топлива и увеличения срока службы буровых коронок.The authors declare that the paper has not been originated under any project and no funding has been raised for this research

Open circuit fault diagnosis for a five-level neutral point clamped inverter in a grid-connected photovoltaic system with hybrid energy storage system

Introduction. Recently, the number of high and medium voltage applications has increased dramatically. The connection between these different applications requires series-parallel combinations of power semiconductors. Multilevel converter topologies provide major advantages to these applications. In this paper, a grid-connected photovoltaic system with a hybrid energy storage system using a five-level neutral point clamped inverter is studied. Although the multilevel inverter has many advantages over the two-level inverter, it has a high probability of experiencing an open circuit fault. In this context, the five-level inverter has 24 controllable switches, one of which may experience an open circuit fault at any time. Therefore, it plays an important part in the reliability and robustness of the whole system. The novelty of this paper presents an approach to accurately detect the open circuit fault in all insulated gate bipolar transistors of a five-level neutral point clamped inverter in a photovoltaic power generation application with a hybrid energy storage system. Purpose. Before using fault-tolerant control to ensure service continuity, fault diagnosis techniques must first be used, which are the crucial phase of reliability. Methods. A detection method based on the maximum and minimum error values is proposed. These errors are calculated using the expected and measured line-to-line pole voltages. Results. The open circuit fault detection method is implemented using MATLAB/Simulink. Simulation results showed the accuracy of detecting the open circuit fault in all insulated gate bipolar transistors in a short time. Moreover, this method is adaptable to several applications and is also robust to transient regimes imposed by solar irradiation and load variations.Вступ. Останнім часом різко зросла кількість застосувань високої та середньої напруги. З’єднання між цими різними використаннями вимагає послідовно-паралельних комбінацій силових напівпровідників. Топології багаторівневих перетворювачів надають цим додаткам великі переваги. У цій статті вивчається фотоелектрична система, підключена до мережі, з гібридною системою зберігання енергії, яка використовує п’ятирівневий інвертор із фіксуванням нейтральної точки. Хоча багаторівневий інвертор має багато переваг, порівняно з дворівневим інвертором, він має високу ймовірність виникнення обриву кола. У зв’язку з цим п’ятирівневий інвертор має 24 керовані перемикачі, один з яких будь-якої миті може зіткнутися з обривом кола. Таким чином, він відіграє важливу роль у надійності та стійкості всієї системи. Новизна цієї статті являє собою підхід до точного виявлення несправності розімкнутого кола у всіх біполярних транзисторах із ізольованим затвором п’ятирівневого інвертора з фіксуванням нейтральної точки у фотоелектричних додатках для вироблення електроенергії з гібридною системою зберігання енергії. Мета. Перш ніж використовувати відмовостійкий контроль для забезпечення безперервності обслуговування, необхідно спочатку використовувати методи діагностики несправностей, які є вирішальним етапом надійності. Методи. Запропоновано метод виявлення, заснований на максимальному та мінімальному значеннях помилок. Ці помилки розраховуються з використанням очікуваних та виміряних міжфазних напруг на полюсах. Результати. Метод виявлення обриву кола реалізовано з використанням MATLAB/Simulink. Результати моделювання показали точність виявлення обриву кола у всіх біполярних транзисторах із ізольованим затвором за короткий час. Більш того, цей метод адаптується до кількох застосувань, а також стійкий до перехідних режимів, викликаних сонячним випромінюванням та змінами навантаження

STATISTICAL ANALYSIS OF BREAKDOWN IN TRANSFORMER OIL.

The statistics of breakdown for transformer oil in a uniform field gap is an important design consideration. The theoretical probability distribution which closely fits the experimental data under 60 Hz ac voltage, positive and negative lightning impulses and positive and negative switching surges is evaluated and a statistical distribution is suggested

A comparative study of two key algorithms in multiple objective linear programming

Multiple objective linear programming problems are solved with a variety of algorithms. While these algorithms vary in philosophy and outlook, most of them fall into two broad categories: those that are decision space-based and those that are objective space-based. This paper reports the outcome of a computational investigation of two key representative algorithms, one of each category, namely the parametric simplex algorithm which is a prominent representative of the former and the primal variant of Bensons Outer-approximation algorithm which is a prominent representative of the latter. The paper includes a procedure to compute the most preferred nondominated point which is an important feature in the implementation of these algorithms and their comparison. Computational and comparative results on problem instances ranging from small to medium and large are provided

Spin-symmetry conversion in methyl rotors induced by tunnel resonance at low temperature

Field-cycling NMR in the solid state at low temperature (4.2 K) has been employed to measure the tunneling spectra of methyl (CH3) rotors in phenylacetone and toluene. The phenomenon of tunnel resonance reveals anomalies in 1H magnetization from which the following tunnel frequencies have been determined: phenylacetone, vt = 6.58+-0.08 MHz ; toluene, vt = 6.45+-0.06 GHz and vt = 7.07+-0.06 GHz. The tunnel frequencies in the two samples differ by three orders of magnitude, meaning different experimental approaches are required. In phenylacetone the magnetization anomalies are observed when the tunnel frequency matches one or two times the 1H Larmor frequency. In toluene, doping with free radicals enables magnetization anomalies to be observed when the tunnel frequency is equal to the electron spin Larmor frequency. Cross-polarization processes between the tunneling and Zeeman systems are proposed and form the basis of a thermodynamic model to simulate the tunnel resonance spectra. These invoke space-spin interactions to drive the changes in nuclear spin-symmetry. The tunnel resonance lineshapes are explained, showing good quantitative agreement between experiment and simulations

Étude de la dégradation d’une canalisation de conduite d’eau en béton armé

Dans ce travail nous nous sommes intéressés à l’étude des causes de dégradation d’une canalisation en béton armé dans la région de l’oriental au Maroc. Cet ouvrage est utilisé pour transporter de l’eau potable. L’altération de l’ouvrage n’a été constatée et de manière sévère que sur un tronçon bien situé. Dans ce cadre on a procédé à la détermination des causes de dégradation. Pour cela nous avons effectué un prélèvement d’échantillons du tronçon dégradé et de part et d’autre. Des échantillons témoins ont été réalisés à l’usine de fabrication des canalisations.Nous avons effectué le dosage de la teneur en chlorure et en ciment, étudié l’impact de la carbonatation et déterminé les pourcentages en silice et carbonates. Nous avons aussi mis au point la présence des ionschlorures en pourcentage assez important pouvant être responsable de la corrosion des aciers de frettage des tuyaux en béton précontraint et par conséquent des dégradations affectant ces tuyaux. La présence d’unenvironnement humide aurait favorisé la dégradation. Par ailleurs, la détermination de la teneur en chlorures par rapport à la masse de ciment a nécessité la détermination du pourcentage de ciment contenu dans le béton. Nous avons utilisé la méthode dite des inertes. La détermination de la teneur en anhydre carbonique CO2 a été réalisée par calcimétrie. Les résultats obtenus montrent que nous sommes en présence d’un béton ayant subi une légère carbonatation et contenant à la fois des teneurs en chlorures dépassant largement le seuil d’amorçage de la corrosion.Mots-clés : dégradation, canalisation, béton armé, corrosion, carbonatation

Yield gaps and nutrients use efficiency of apple tree (golden delicious/MM106) in the middle Atlas Mountains of Morocco

The main objective of this work was to evaluate use efficiency of nitrogen, phosphorus, potassium, calcium and magnesium in adult apple orchards in the Middle Atlas of Morocco and to establish preliminary reference norms for fertilizing this crop under local conditions. The study was based on soil and leaf analysis and data with regard to farming practices and yield on forty apple orchards (cv. Golden delecious/MM106) where nineteen are growing on silty-clay soil and twenty-one on sandy-loam soil. The results showed significant correlations between leaf content for each nutrient and yield level following polynomial equations, thereby indicating local reference norms for apple leaf analysis. Moreover, correlations were significant between leaf and soil contents that permitted to determine apple needs in nitrogen fertilizer and references norms for soil richness in phosphorus, potassium, calcium and magnesium to obtain yield potential in the study region. However, the found norms are less than International standards because of feebleness of yield level in the study region, largely related to deficient cultural practices adopted by farmers. In addition, investigation of leaf nutrients ratios N/K, N/Ca, K/Ca, K/Mg and Ca/Mg showed that there was disharmony in uptake of these nutrients originating particularly from high soil richness in Ca and Mg. Taking into account these considerations, the found references norms can be applied only under the adopted farming practices. Nevertheless, by improving local practices, reference values may change