Experimental studies of the seam openings competence in different methods of protection under pitch and steep coal seams development

Purpose. Investigation of the seam openings competence in different methods of protection in complex mining and geological conditions of pitch and steep coal seams development of Donbas. Methods. To achieve this purpose, the research uses a complex approach, including analysis and generalization of the openings protection experience, studying the static field of stress distribution in a coal-rock mass on cloudy crystal ball model, a mine experiment to study the haulage gate hardness and the experimental data. Findings. When studying the wall-rock displacements on the haulage gate contour, it was recorded that in the case of yieldable protective facilities usage for seam openings, the roof and foot convergence of the coal bed mining as the productive workings advance is observed until the complete protective facilities compression, and in the zone of steady rock pressure is damped. In the case of coal pillars usage for roadway protection, after the destruction their hardness varies in a linear fashion, which contributes to a significant deterioration in the haulage gate stability behind the face. The use of a goaf stowing for the seam opening protection, from the point of view of stresses distribution in the coal-rock mass, ensures a gentle deflection of the wall-rocks behind the face by increasing the area of the subside strata actual contact with the filling mass, when compared with the roadway protection with the coal pillars. Originality. The effectiveness of the applied method for the seam openings protection is proposed to be evaluated according to the change in the stability of the haulage gate, but taking into account the hardness of the protective facilities. The hardness of protective facilities reflects their ability to resist deformation when the delaminated rock strata is displaced and depends on the value of the external force, the time factor, and the geological conditions of the developed coal seam. Practical implications. The use of a goaf stowing, as a method for controlling the roof or for wide yielding seats located above the roadway, will allow the haulage gates operational condition to be operational and increase the safety of work while maintaining the workings.Мета. Дослідження стійкості пластових підготовчих виробок при різних способах охорони у складних гірничо-геологічних умовах розробки похилих і крутих вугільних пластів Донбасу. Методика. Для досягнення поставленої мети в дослідженнях використовується комплексний підхід, що включає аналіз і узагальнення досвіду охорони підготовчих виробок, вивчення статичного поля розподілу напружень у вуглепородному масиві на оптичних моделях, шахтний експеримент із вивчення стійкості відкаточних штреків та обробку експериментальних даних. Результати. При вивченні зсувів бічних порід на контурі відкаточного штреку зафіксовано, що в разі використання для охорони пластових підготовчих виробок піддатливих охоронних споруд, конвергенція покрівлі й підошви вугільного пласта, який розробляється, в міру посування очисного забою спостерігається до повного стиснення охоронної споруди, а в зоні сталого гірського тиску практично згасає. У разі використання для охорони штреків ціликів вугілля після руйнування їх жорсткість змінюється за лінійним законом, що сприяє значному погіршенню стійкості відкаточного штреку позаду очисного вибою. Застосування закладання виробленого простору для охорони пластових підготовчих виробок, з точки зору розподілу напружень у вуглепородному масиві, забезпечує плавний прогин бічних порід позаду очисного вибою за рахунок збільшення площі фактичного притискання товщі, що опускається, до закладного масиву, при порівнянні з охороною штреків ціликами вугілля. Наукова новизна. Ефективність застосовуваного способу охорони пластових підготовчих виробок пропонується оцінювати за зміною стійкості відкаточного штреку, але з урахуванням жорсткості охоронних споруд. Жорсткість охоронних споруд відображає їх здатність чинити опір деформації при зрушенні розшарованної породної товщі й залежить від значення зовнішньої сили, фактору часу та гірничо-геологічних умов розроблюваного вугільного пласта. Практична значимість. Застосування закладання виробленого простору, як способу управління покрівлею або широких піддатливих опор, розташованих над штреком, дозволить забезпечити експлуатаційний стан відкаточних штреків і підвищити безпеку робіт при підтриманні підготовчих виробок.Цель. Исследование устойчивости пластовых подготовительных выработок при различных способах охраны в сложных горно-геологических условиях разработки наклонных и крутых угольных пластов Донбасса. Методика. Для достижения поставленной цели в исследованиях используется комплексный подход, включающий анализ и обобщение опыта охраны подготовительных выработок, изучение статического поля распределения напряжений в углепородном массиве на оптических моделях, шахтный эксперимент по изучению устойчивости откаточных штреков и обработку экспериментальных данных. Результаты. При изучении смещений боковых пород на контуре откаточного штрека зафиксировано, что в случае использования для охраны пластовых подготовительных выработок податливых охранных сооружений, конвергенция кровли и почвы разрабатываемого угольного пласта по мере подвигания очистного забоя наблюдается до полного сжатия охранного сооружения, а в зоне установившегося горного давления практически затухает. В случае использования для охраны штреков целиков угля после разрушения их жесткость изменяется по линейному закону, что способствует значительному ухудшению устойчивости откаточного штрека позади очистного забоя. Применение закладки выработанного пространства для охраны пластовых подготовительных выработок, с точки зрения распределения напряжений в углепородном массиве, обеспечивает плавный прогиб боковых пород позади очистного забоя за счет увеличения площади фактического касания опускающейся толщи с закладочным массивом, при сравнении с охраной штреков целиками угля. Научная новизна. Эффективность применяемого способа охраны пластовых подготовительных выработок предлагается оценивать по изменению устойчивости откаточного штрека, но с учетом жесткости охранных сооружений. Жесткость охранных сооружений отражает их способность сопротивляться деформации при сдвижении расслоившейся породной толщи и зависит от значения внешней силы, фактора времени и горно-геологических условий разрабатываемого угольного пласта. Практическая значимость. Применение закладки выработанного пространства, как способа управления кровлей или широких податливых опор, расположенных над штреком, позволит обеспечить эксплуатационное состояние откаточных штреков и повысить безопасность работ при поддержании подготовительных выработок.The authors are grateful to the staff of the 10th VGSO Minvuhleprom of Ukraine and the technical directorate of SE “Torez-Vuhillia” for their assistance in conducting experimental studies

Structure and dynamics of the outer membrane protein A from Klebsiella pneumoniae: a joint NMR–SMFS–proteolysis and MS approach

KpOmpA est une protéine de la membrane externe de K. pneumoniae. Elle fait partie de la famille des "outer membrane protein A", OmpA. KpOmpA est une protéine constituée de deux domaines: un domaine transmembranaire structuré en tonneau ß et une partie soluble, périplasmique. Le domaine transmembranaire de KpOmpA présente une homologie importante avec celle d'OmpA d'E. coli dont la structure a été déterminée par cristallographie aux rayons X et spectroscopie RMN. OmpA d'E. coli est responsable lors de la formation de biofilm. Elle a un rôle d'adhésine et d'invasine. Elle est la cible préférentielle du système immunitaire et est le récepteur de bactériophages. Il est admis que la plupart de ces fonctions sont dues aux boucles extracellulaires de ces protéines. Les différences majeures entre les protéines KpOmpA et OmpA d'E. coli concernent les boucles extracellulaires de longueur plus importante dans le cas de KpOmpA. Elles jouent un rôle important au cours de l'activation des macrophages et des cellules dendritiques par la voie des récepteurs TLR2. Les boucles extracellulaires jouent un rôle essentiel au cours de l'activation du système immunitaire. Mieux définir la structure et la dynamique de ces boucles est d'une importance essentielle afin de mieux appréhender la fonctionnalité des boucles extracellulaires de KpOmpA. Les informations structurales connues actuellement (structure RMN déterminée dans le groupe IPBS RMN en 2009) ont été obtenus jusqu'à présent avec des échantillons de protéines recombinantes purifiées et repliées dans des micelles de détergent. Dans le présent travail, nous avons d'abord établi un protocole de reconstitution de la protéine dans une membrane phospholipidique et caractérisé nos échantillons par microscopie électronique. Des expériences de spectroscopie de force atomique sur molécule unique ont été réalisées pour caractériser le repliement de la protéine dans son environnement membranaire. Ces expériences suggèrent un nouveau rôle de KpOmpA au sein même de la membrane (collaboration D. Müller, ETH Zürich). Le domaine soluble périplasmique de la protéine a été exprimé indépendamment du domaine membranaire. Les premières expériences HSQC réalisées montrent une structuration de ce domaine. La structure de ce domaine par spectroscopie RMN est en cours de réalisation. Le comportement dynamique des boucles extracellulaires du domaine membranaire KpOmpA reconstitué dans des liposomes a été étudié par spectroscopie RMN à l'angle magique (MAS) et notamment par mesure des temps de relaxation. Nous avons montré que la dynamique intrinsèque de la protéine est indépendante de l'environnement (membrane vs micelle). Des expériences de protéolyse ménagée suivie par spectrométrie de masse (MALDI-TOF) ont été comparées avec les informations RMN afin d'évaluer plus précisément les niveaux de mobilité des différentes boucles extracellulaires. La préservation au cours de l'évolution des boucles extracellulaires semble lier à leur dynamique, ce qui suggère l'importance de ces boucles extracellulaires, en termes de séquence, longueur mais aussi de dynamique lors de la réponse immunitaire.KpOmpA is a two-domain membrane protein from Klebsiella pneumoniae belonging to the outer membrane protein A (OmpA) family. It is composed of a transmembrane ß-barrel with 8 ß-strands and a C-terminal, soluble periplasmic domain. The transmembrane domain presents a significant homology with E. coli OmpA whose three dimensional structure has been determined by X-ray crystallography and by NMR. The E. coli homologue can function as an adhesin and invasin, participate in biofilm formation, act as both an immune target and evasin, and serves as a receptor for several bacteriophages. It is assumed that most of these functions involve the four protein loops that emanate from the protein to the exterior of the cell. The difference between KpOmpA and E. coli OmpA is mostly concentrated in these extracellular loops which are larger in the case of KpOmpA. KpOmpA was shown to activate macrophages and dendritic cells through the TLR2 dependent pathway, and these larger loops are supposed to play a specific role in the interactions with the immune system. Thus the structure and dynamics of these loops is of prime functional significance. The currently available information in this regard, including the NMR structure determined in the IPBS NMR group in 2009, have been obtained so far with recombinant protein samples purified and refolded in detergent micelles. In the present work we first established a reconstitution protocol that allowed the incorporation of the membrane protein in the more native environment of the lipid bilayer and characterised our samples by electron microscopy. SMFS experiments were used to probe the reconstituted KpOmpA unfolding-refolding pathways, exploring the folding mechanisms for ß-barrel proteins and suggesting a novel role for OmpA in the bacterial membrane (in collaboration with the group of D. Müller, ETH Zürich). The C-terminal periplasmic domain of KpOmpA was expressed and purified as a separate product and the feasibility of its structure elucidation by NMR was demonstrated by obtaining a high quality HSQC spectrum. The dynamic behaviour of the extracellular portion of the KpOmpA membrane domain reconstituted in liposomes has been investigated by solid state MAS NMR relaxation experiments. We confirmed that the previously observed gradient of dynamic along the molecule axis is an intrinsic property of the protein. Limited proteolysis and MALDI-TOF experiments were coupled with the NMR information in order to assess more precisely the different mobility levels in the loops. Evolutional preservation of the different loops regions is related to their observed flexibility, pointing towards immunologically important, variable, dynamic and accessible loops sections

School of water, energy and envitornment energy systems and thermal processes

The fast development of the wind power technology is leading to larger and more expensive wind turbines which require increasingly advance control systems to achieve optimal or near optimal operation. However, the increased optimality of complex operation schemes, like real-time optimization approaches, incur in high implementation and maintenance costs. Furthermore, while the wind speed is a key variable for the wind turbine control, using it as a direct input leads to a poor response of the power control. This makes the industry focus on simpler control structures, considering wind as a disturbance [1]. Nevertheless, baseline control laws, which perform a deterministic control, require that complex aerodynamic properties are well-known to achieve the desired performance. But in practice, variability bounds the efficiency of the energy capture. Thus, a constrained self-optimizing control is proposed to regulate the wind turbine operation coping with wind speed uncertainty. A data-driven self-optimizing control is proposed for the wind turbine control region where power is maximized (region 2). Operational data is extracted from a model off-line to examine the structure of the optimal solution. This insight is then transformed into a simple control structure capable of keeping the wind turbine to an optimal operation, in terms of maximizing power output. However, at high wind speed, wind turbine power output has to be maintained at its nominal rate. Thus, a cascade control structure for self-optimizing and constrained control is incorporated. The control structure is implemented in Simulink using as a model FAST v8 5MW onshore wind turbine model. The proposed self-optimizing control learns the structure of the optimal solution off-line and then performs the optimization strategy, adjusting both torque and pitch to maximize energy capture. This control approach leads to an increase in power output when comparing it with the deterministic baseline control. Moreover, this heuristic control approach has the potential to take into account a higher number of inputs without compromising reliability. This property allows its future application for more advance control strategies

Implementing Delaunay Triangulations of the Bolza Surface

The CGAL library offers software packages to compute Delaunay triangulations of the (flat) torus of genus one in two and three dimensions. To the best of our knowledge, there is no available software for the simplest possible extension, i.e., the Bolza surface, a hyperbolic manifold homeomorphic to a torus of genus two. In this paper, we present an implementation based on the theoretical results and the incremental algorithm proposed last year at SoCG by Bogdanov, Teillaud, and Vegter. We describe the representation of the triangulation, we detail the different steps of the algorithm, we study predicates, and report experimental results

Control-Oriented Modelling of an Experimental Ar-O2 Plasma Process

Development of a control-oriented model of an experimental plasma reactor is presented in this paper. The model structure is suitably partitioned in order to facilitate any subsequent control design. In the model, the linear dynamical part is conveniently separated from a static nonlinearity, which in turn allows identification to be performed for both parts independently. Validation results indicate that the model gives a reasonable representation of the studied plasma process

Strategic Trade Between Two Countries - Exploring the Case of Partial Local Consumer Protection

The paper develops a dynamic model of trade between two countries where the trading entities interact in a strategic context. Consumers in both countries are endowed with certain incomes and try to acquire as much as possible of the quantities available on the markets. Consumers have privileged access to some of the good supplied locally, a form of partial local protection. Over time, prices are adjusted to respond to the outcomes of trading. For this setup, we prove the existence of Nash equilibria and simulate the model numerically in Python to illustrate the possibility of obtaining different types of price dynamics depending on the price adjustment rule used. ACM Computing Classification System (1998): J4, G4, I.6.3

Phenomena of stability of the coal seam roof with a yielding support

Purpose. Determining the conditions and parameters for ensuring the stability of the coal seam roof with a yielding support in the area adjacent to face and behind it under the influence of dynamic loads based on the analytical and laboratory studies. Methods. To achieve the purpose set, analytical studies have been carried out using the basic principles of the theory of elasticity and vibrations, the hypothesis of girders and the hinged-block displacement of the stratified rock stratum. Also, the laboratory studies of models from equivalent materials have been performed, in which the coal seam roof is presented in the form of a girder having a yielding support with variable rigidity from the filling material under dynamic load. Findings. As a result of performed studies, the phenomenon has been determined that the condition for the stability of the coal seam roof is a geometric parameter that reflects moving of the girder with a yielding support, under the force impact of a falling load with a known mass and the physical-geometrical characteristics of the deformable system. It has been determined that as a result of a change in the spans length, a change in the flexural rigidity of the girder occurs, which means that the yield influence of the same supports on the stability of the coal seam roof is different. The values have been set and the relationship has been studied of the physical-mechanical characteristics of the filling mass as a yielding support. Originality. It has been proven scientifically that the stress-strain state (SSS) of a system in which the coal seam roof is studied as a girder depends on the physical-geometrical characteristics of the system, as well as the type and place of applying the external load, in case when the law of the girder movement in time is determined. Practical implications. The effective supporting of the undermined rock stratum in the working part of the longwall face and behind the face is achieved by placing the yielding supports in the mined-out space or by using the backfill in the mined-out space while conducting the stope operations, thus, increasing the efficiency of measures to protect the labour of miners in coal mines.Мета. Визначення умов і параметрів забезпечення стійкості покрівлі пласта з податливою опорою у привибійному просторі та позаду очисного вибою під впливом динамічних навантажень на основі аналітичних і лабораторних досліджень. Методика. Для досягнення поставленої мети були виконані аналітичні дослідження із застосуванням основних положень теорії пружності й коливань, гіпотези балок і шарнірно-блокового зсування породної товщі, що розшаровується, а так само лабораторні дослідження моделей з еквівалентних матеріалів, в яких покрівля вугільного пласта представлена у вигляді балки, що має податливу опору змінної жорсткості із закладного матеріалу при динамічному навантаженні. Результати. В результаті виконаних досліджень визначено феномен, що умовою стійкості покрівлі вугільного пласта, є геометричний параметр, що відображає переміщення балки з піддатливою опорою, при силовому впливі падаючого вантажу відомої маси і фізико-геометричні характеристики деформованої системи. Визначено, що в результаті зміни довжини прольотів, відбувається зміна згинальної жорсткості балки, а значить вплив податливості одних і тих же опор, на стійкість покрівлі вугільного пласта різний. Встановлено величини і досліджено взаємозв’язок фізико-механічних характеристик закладного масиву як піддатливої опори. Наукова новизна. Науково доведено, що напружено-деформований стан системи, в якій покрівля вугільного пласта досліджується як балка, залежить від фізико-геометричних характеристик системи, виду і місця докладання зовнішнього навантаження, коли визначено закон руху балки в часі. Практична значимість. Ефективне підтримання підробленої породної товщі в робочій частині лави і позаду очисного забою, досягається за рахунок розміщення у виробленому просторі піддатливих опор або застосування закладки виробленого простору при веденні очисних робіт, що так само підвищує ефективність заходів з охорони праці гірників у вугільних шахтах.Цель. Определение условий и параметров обеспечения устойчивости кровли пласта с податливой опорой в призабойном пространстве и позади очистного забоя под воздействием динамических нагрузок на основе аналитических и лабораторных исследований. Методика. Для достижения поставленной цели были выполнены аналитические исследования с применением основных положений теории упругости и колебаний, гипотезы балок и шарнирно-блокового сдвижения расслоившейся породной толщи, а также лабораторные исследования моделей из эквивалентных материалов, в которых кровля угольного пласта представлена в виде балки, имеющей податливую опору переменной жесткости из закладочного материала при динамической нагрузке. Результаты. В результате выполненных исследований определен феномен, что условием устойчивости кровли угольного пласта является геометрический параметр, отражающий перемещение балки с податливой опорой, при силовом воздействии падающего груза известной массы и физико-геометрические характеристики деформируемой системы. Определено, что в результате изменения длины пролетов, происходит изменение изгибной жесткости балки, а значит влияние податливости одних и тех же опор, на устойчивость кровли угольного пласта различно. Установлены величины и исследована взаимосвязь физико-механических характеристик закладочного массива как податливой опоры. Научная новизна. Научно доказано, что напряженно-деформированное состояние системы, в которой кровля угольного пласта исследуется как балка, зависит от физико- геометрических характеристик системы, вида и места приложения внешней нагрузки, когда определен закон движения балки во времени. Практическая значимость. Эффективное поддержание подработанной породной толщи в рабочей части лавы и позади очистного забоя, достигается за счет размещения в выработанном пространстве податливых опор или применения закладки выработанного пространства при ведении очистных работ, что так же повышает эффективность мероприятий по охране труда горнорабочих в угольных шахтах.The authors express their gratitude to the staff of the Mining Department of Donetsk National Technical University and Krasnoarmiisk (Pokrovsk) Industrial Institute for assistance in conducting the laboratory research

Control problem classification for a plasma process

The use of first-principles based models of plasma processes is discussed in this paper. Such processes are essentially highly nonlinear, feature complex interactions and are difficult to analyse. As an illustration of the nature of firstprinciple based models, a characterisation of a simple plasma process is presented in this work. Quantification of the nonlinearity, in terms of steady-state and dynamics behavior, is carried out for the studied process. The use of Hammerstein model and its applicability to the plasma process is also investigated. A basic stabilising controller for the simple plasma process is designed and its performance is analysed