Review of geomechanical problems of accumulation and reduction of mining industry wastes, and ways of their solution

Purpose. The identification of geomechanical problems of mining industry wastes accumulation and substantiation of the ways for their solution with the possibility of processing the watery technogenic feedstock by fine classification with dewatering. Methods. To achieve this purpose, an integrated approach is used in this work, which includes the scientific and technical analysis of research according to wastes accumulation, state statistics data, analytical studies of the strata compaction ratio of aqueous rocks, affecting the subsidence of the earth surface. This also includes the bench experimental studies to establish the dependence of changes in moisture content and the extraction of fine classes in screened products depending on the screening time at shock-vibrating screening by a new method for separating the enrichment wastes before to stockpile them into a pond. Findings. The developed mathematical apparatus has been proposed for determining the parameters of geomechanical processes in technogenic massifs. It has been shown that in order to reduce the technogenic load and manifestation of negative geomechanical processes, it is necessary to reduce the area of land under the waste ponds and the accumulated volumes themselves of mining and enrichment wastes. The dependences have been established of the preliminary enrichment complex on the qualitative parameters of the feedstock and the technological parameters of the equipment. It has been revealed that the mineral stock, formed from wide grain-size classes with a high content of particles less than 0.2 mm, is dewatered up to 18 – 22% by traditional methods and is practically not classified. Originality. A mathematical model has been proposed of screening and dewatering kinetics, which takes into account comprehensively the initial distribution of particles and liquid throughout the height of the screened material layer, segregation, mixing, sifting, vibrational transportation features (rate, multiplicity and number of falls over the period of vibrational transportation) and change in the height of the layer. This model is different due to the account of the mutual influence of classification by coarseness and dewatering. Practical implications. The represented dependences can be used to predict the development of negative geomechanical processes. The obtained results make it possible by means of a calculation to determine rational parameters of the screen and screening process with dewatering at processing of various feedstock with the use of initial data. The use of technology, which includes a fine classification in wastes processing, will allow: increase the economic efficiency of enterprises; to expand the feedstock base for construction, coke and chemical industries and power industry; to solve the problems of creating additional containers for storing the wastes; to improve significantly the environmental situation in the mining and processing regions.Мета. Виділення геомеханічних проблем накопичення відходів гірничодобувної промисловості та обґрунтування шляхів їх вирішення з можливістю переробки обводненої техногенної сировини шляхом тонкої класифікації зі зневодненням. Методика. Для досягнення поставленої мети в роботі використано комплексний підхід, що включає науково-технічний аналіз досліджень щодо накопичення відходів, даних державної статистики, аналітичні дослідження величини ущільнення пластів водомістких порід, що впливає на просідання поверхні, а також стендові експериментальні дослідження зі встановлення залежності зміни вологості й вилучення тонких класів у продуктах грохочення залежно від його тривалості при віброударному грохоченні новим способом для розділення відходів збагачення перед їх складуванням у накопичувач. Результати. Запропоновано розроблений математичний апарат щодо визначення параметрів геомеханічних процесів у техногенних масивах. Показано, що для зменшення техногенного навантаження та проявів негативних геомеханічних процесів необхідно скоротити площу земель під накопичувачами відходів та обсяги самих накопичуваних відходів видобутку і збагачення. Встановлено залежності комплексу попереднього збагачення від якісних параметрів вихідної сировини та технологічних параметрів обладнання. Виявлено, що мінеральна сировина, сформована з широких класів крупності з великим вмістом частинок менше 0.2 мм, традиційними способами зневоднюється до 18 – 22% і практично не класифікується. Наукова новизна. Запропоновано математичну модель кінетики грохочення і зневоднення, що комплексно враховує початковий розподіл часток і рідини за висотою шару матеріалу, що грохочеться, сегрегацію, перемішування, просіювання, особливості вібротранспортування (швидкість, кратність і кількість падінь за період вібротранспортування) та зміну висоти шару, що відрізняється урахуванням взаємного впливу класифікації за крупністю й зневоднення. Практична значимість. Наведені залежності можуть бути використані для прогнозування розвитку негативних геомеханічних процесів. Застосування технології, що включає тонку класифікацію, при переробці відходів дозволить підвищити економічну ефективність підприємств; розширити сировинну базу для будівельних, коксохімічних виробництв і енергетики; вирішити проблеми створення додаткових ємностей для складування відходів; значно поліпшити екологічний стан у видобувних і переробних регіонах.Цель. Выделение геомеханических проблем накопления отходов горнодобывающей промышленности и обоснование путей их решения с возможностью переработки обводненного техногенного сырья путем тонкой классификации с обезвоживанием. Методика. Для достижения поставленной цели в работе использован комплексный подход, включающий научно-технический анализ исследований по накоплению отходов, данных государственной статистики, аналитические исследования величины уплотнения пластов водосодержащих пород, влияющей на проседание поверхности, а также стендовые экспериментальные исследования по установлению зависимости изменения влажности и извлечения тонких классов в продуктах грохочения в зависимости от его продолжительности при виброударном грохочении новым способом для разделения отходов обогащения перед их складированием в накопитель. Результаты. Предложен разработанный математический аппарат по определению параметров геомеханических процессов в техногенных массивах. Показано, что для уменьшения техногенной нагрузки и проявления негативных геомеханических процессов необходимо сократить площадь земель под накопителями отходов и объемы самих накапливаемых отходов добычи и обогащения. Установлены зависимости комплекса предобогащения от качественных параметров исходного сырья и технологических параметров оборудования. Выявлено, что минеральное сырье, сформированное из широких классов крупности с большим содержанием частиц менее 0.2 мм, традиционными способами обезвоживается до 18 – 22% и практически не классифицируется. Научная новизна. Предложена математическая модель кинетики грохочения и обезвоживания комплексно учитывающая начальные распределения частиц и жидкости по высоте слоя грохотимого материала, сегрегацию, перемешивание, просеивание, особенности вибротранспортирования (скорость, кратность и количество падений за период вибротранспортирования) и изменение высоты слоя, отличающаяся учетом взаимного влияния классификации по крупности и обезвоживания. Практическая значимость. Приведенные зависимости могут быть использованы для прогнозирования развития негативных геомеханических процессов. Применение технологии, включающей тонкую классификацию, при переработке отходов позволит повысить экономическую эффективность предприятий; расширить сырьевую базу для строительных, коксохимических производств и энергетики; решить проблемы создания дополнительных емкостей для складирования отходов; значительно улучшить экологическую обстановку в добывающих и перерабатывающих регионах.The authors express particular gratitude to the management and employees of PJSC “United Mining Chemical Company”, Vilnohirsk Mining Metallurgic Integrated Plant, branch of TSOF Pavlohradska, DTEK Pavlohradvuhilia PJSC for providing the factual materials (enrichment wastes) to conduct research under laboratory conditions

Results of the ROTOR-program. I. The long-term photometric variability of classical T Tauri stars

We present a unique, homogeneous database of photometric measurements for Classical T Tauri stars extending up to 20 years. The database contains more than 21,000 UBVR observations of 72 CTTs. All the data were collected within the framework of the ROTOR-program at Mount Maidanak Observatory (Uzbekistan) and together they constitute the longest homogeneous, accurate record of TTS variability ever assembled. We characterize the long term photometric variations of 49 CTTs with sufficient data to allow a robust statistical analysis and propose an empirical classification scheme. Several patterns of long term photometric variability are identified. The most common pattern, exhibited by a group of 15 stars which includes T Tau itself, consists of low level variability (Delta(V)<=0.4mag) with no significant changes occurring from season to season over many years. A related subgroup of 22 stars exhibits a similar stable long term variability pattern, though with larger amplitudes (up to Delta(V)~1.6 mag). Besides these representative groups, we identify three smaller groups of 3-5 stars each which have distinctive photometric properties. The long term variability of most CTTs is fairly stable and merely reflects shorter term variability due to cold and hot surface spots. Only a small fraction of CTTs undergo significant brightness changes on the long term (months, years), which probably arise from slowly varying circumstellar extinction.Comment: 16 pages, 11 figures. Astron. Astrophys., in pres

Dislocation-induced superfluidity in a model supersolid

Motivated by recent experiments on the supersolid behavior of $^4$He, we study the effect of an edge dislocation in promoting superfluidity in a Bose crystal. Using Landau theory, we couple the elastic strain field of the dislocation to the superfluid density, and use a linear analysis to show that superfluidity nucleates on the dislocation before occurring in the bulk of the solid. Moving beyond the linear analysis, we develop a systematic perturbation theory in the weakly nonlinear regime, and use this method to integrate out transverse degrees of freedom and derive a one-dimensional Landau equation for the superfluid order parameter. We then extend our analysis to a network of dislocation lines, and derive an XY model for the dislocation network by integrating over fluctuations in the order parameter. Our results show that the ordering temperature for the network has a sensitive dependence on the dislocation density, consistent with numerous experiments that find a clear connection between the sample quality and the supersolid response.Comment: 10 pages, 6 figure

Distinguishing quantum from classical oscillations in a driven phase qubit

Rabi oscillations are coherent transitions in a quantum two-level system under the influence of a resonant perturbation, with a much lower frequency dependent on the perturbation amplitude. These serve as one of the signatures of quantum coherent evolution in mesoscopic systems. It was shown recently [N. Gronbech-Jensen and M. Cirillo, Phys. Rev. Lett. 95, 067001 (2005)] that in phase qubits (current-biased Josephson junctions) this effect can be mimicked by classical oscillations arising due to the anharmonicity of the effective potential. Nevertheless, we find qualitative differences between the classical and quantum effect. First, while the quantum Rabi oscillations can be produced by the subharmonics of the resonant frequency (multiphoton processes), the classical effect also exists when the system is excited at the overtones. Second, the shape of the resonance is, in the classical case, characteristically asymmetric; while quantum resonances are described by symmetric Lorentzians. Third, the anharmonicity of the potential results in the negative shift of the resonant frequency in the classical case, in contrast to the positive Bloch-Siegert shift in the quantum case. We show that in the relevant range of parameters these features allow to confidently distinguish the bona fide Rabi oscillations from their classical Doppelganger.Comment: 8 pages, 4 figures; v2: minor corrections, Fig.1 added, introduction expande

Stochastic differential equation involving Wiener process and fractional Brownian motion with Hurst index H>1/2H> 1/2

We consider a mixed stochastic differential equation driven by possibly dependent fractional Brownian motion and Brownian motion. Under mild regularity assumptions on the coefficients, it is proved that the equation has a unique solution

Splitting and merging an elongated Bose-Einstein condensate at finite temperature

We analyze coherence effects during the splitting of a quasi one-dimensional condensate into two spatially separated ones and their subsequent merging into a single condensate. Our analysis takes into account finite-temperature effects, where phase fluctuations play an important role. We show that, at zero-temperature, the two split condensates can be merged into a single one with a negligible phase difference. By increasing temperature to a finite value below the critical point for condensation ($T_c$), i.e., $0 \le T/T_c < 1$, a considerable enhancement of phase and density fluctuations appears during the process of splitting and merging. Our results show that if the process of splitting and merging is sufficiently adiabatic, the whole process is quite insensitive to phase fluctuations and even at high temperatures, a single condensate can be produced.Comment: 8 pages, 6 figure

Charged vortices in superfluid systems with pairing of spatially separated carriers

It is shown that in a magnetic field the vortices in superfluid electron-hole systems carry a real electrical charge. The charge value depends on the relation between the magnetic length and the Bohr radiuses of electrons and holes. In double layer systems at equal electron and hole filling factors in the case of the electron and hole Bohr radiuses much larger than the magnetic length the vortex charge is equal to the universal value (electron charge times the filling factor).Comment: 4 page