Choice and substantiation of stable crown shapes in deep-level iron ore mining

Purpose. The aim of the paper is to select and substantiate stable shapes of crown pillars through determining regularities of rock pressure impacts on their stability depending on the crown shapes, mining depths and iron ore hardness. Methods. Stress and strain calculations are performed by the ANSYS 16.0 finite element analysis. Triangulation of the 3D model with a 2 m side is conducted to build stress and strain diagrams. In accordance with the conditions of the experiment, the models were created for horizontal, tent, arched and inclined stope crowns with the dip varying within a wide range. The assumed values of rock pressure on the ore massif conform to mining conditions of the Kryvyi Rih basin deposits at the depths of 1200 to 1700 m. Findings. The obtained values of maximum stresses in stope crowns were calculated in respect to mining depth, rock pressure, crown dip, iron ore hardness and relative curvature radius of the arched crowns. It was determined that vertical and inclined compensating rooms should be used in mining rich iron ores at great depths by sublevel caving systems. In case of the room-and-pillar systems used in mining rich iron ores at great depths, a key requirement is to apply tent and arched crowns which provide maximum stability under high rock pressure. Originality. The research proves that the integrated index of maximum stresses in crown pillars varies from –10 to +32 MPa at depths of over 1200 m and is in polynomial and logarithmic dependence on physical and mechanical properties of the ore mass. It also depends on the crown geometry and, in case of the arched crown, acquires minimal values allowing for stable crown pillar exposures at depths reaching 2000 m. Practical implications. The research results allowed to compile the methodological manual “Choice and substantiation of stable crown shapes in deep-level iron ore mining” for the underground mines of the PJSC “Sukha Balka” and “Rodina” mine of the PJSC “Kryvbaszalizrudkom”.Мета. Вибір та обґрунтування стійких форм стелин за рахунок встановлення закономірностей впливу гірського тиску на їх стійкість залежно від форми стелин, глибини розробки та міцності залізних руд. Методика. У даній роботі розрахунок напружень і деформацій гірського масиву виконано методом кінцевих елементів за допомогою програмного комплексу Ansys 16.0. Для побудови епюр напружень і деформацій методом кінцевих елементів над моделлю було проведено тріангуляцію 3D-моделі з розміром сторони 2 м. Згідно з умовами експерименту, були сформовані моделі з горизонтальною, шатровою, склепіннеподібною і похилою покрівлею камер, кут нахилу яких варіювався в широких межах. Прийняті величини тиску гірських порід на рудний масив відповідали гірничотехнічним умовам відпрацювання родовищ Криворізького басейну на глибинах від 1200 до 1700 м. Результати. Отримано розрахункові значення величин максимальних напружень в стелинах очисних камер залежно від глибини розробки, величини гірського тиску, кута нахилу стелини, міцності залізних руд і відносного радіуса кривизни склепіннеподібної стелини. Встановлено, що при відпрацюванні багатих залізних руд на великих глибинах системами підповерхового обвалення необхідно застосовувати вертикальні й похилі компенсаційні камери. Виявлено, що при відпрацюванні багатих залізних руд камерними системами розробки на значних глибинах ключовою вимогою, що забезпечує максимальну стійкість в умовах високого гірського тиску, є перехід на шатрові та склепінчасті стелини. Наукова новизна. Доведено, що інтегральний показник величини максимальних напружень у міжповерхових ціликах змінюється в межах від –10 до +32 МПа на глибинах понад 1200 м та знаходиться в поліноміально-логарифмічній залежності від фізико-механічних властивостей рудного масиву, залежить від геометричних параметрів склепіння і при його склепіннеподібній формі набуває мінімальних значень, дозволяючи формувати стійкі відслонення міжповерхових ціликів на глибинах до 2000 м. Практична значимість. Розроблено методичні рекомендації «Вибір та обґрунтування стійких форм стелин при видобутку залізних руд на великих глибинах» для умов шахт ПрАТ «Євраз Суха Балка» і шахти «Родіна» ПАТ «Кривбасзалізрудком».Цель. Выбор и обоснование устойчивых форм потолочин за счет установления закономерностей влияния горного давления на их устойчивость в зависимости от формы потолочин, глубины разработки и крепости железных руд. Методика. В данной работе расчет напряжений и деформаций горного массива выполнялся методом конечных элементов посредством программного комплекса Ansys 16.0. Для построения эпюр напряжений и деформаций методом конечных элементов над моделью было проведено триангуляцию 3D-модели с размером стороны 2 м. Согласно условиям эксперимента, были сформированы модели с горизонтальной, шатровой, сводообразной и наклонной кровлей камер, угол наклона которых варьировался в широких пределах. Принятые величины давления горных пород на рудный массив соответствовали горнотехническим условиям отработки месторождений Криворожского бассейна на глубинах от 1200 до 1700 м. Результаты. Получены расчетные значения величин максимальных напряжений в потолочинах очистных камер в зависимости от глубины разработки, величины горного давления, угла наклона потолочины, крепости железных руд и относительного радиуса кривизны сводообразных потолочин. Установлено, что при отработке богатых железных руд на больших глубинах системами подэтажного обрушения необходимо использовать вертикальные и наклонные компенсационные камеры. Выявлено, что при отработке богатых железных руд камерными системами разработки на значительных глубинах ключевым требованием, обеспечивающим максимальную устойчивость в условиях высокого горного давления, является переход на шатровые и сводчатые потолочины. Научная новизна. Доказано, что интегральный показатель величины максимальных напряжений в междуэтажных целиках меняется в пределах от –10 до +32 МПа на глубинах более 1200 м, находится в полиномиально-логарифмической зависимости от физико-механических свойств рудного массива, зависит от геометрических параметров потолочины и при ее сводообразной форме приобретает минимальные значения, позволяя формировать устойчивые обнажения междуэтажных целиков на глубинах до 2000 м. Практическая значимость. Разработаны методические рекомендации «Выбор и обоснование устойчивых форм потолочин при добыче железных руд на больших глубинах» для условий шахт ЧАО «Евраз Суха Балка» и шахты «Родина» ПАО «Кривбассжелезрудком».The authors would like to express their sincere gratitude to the management of PJSC “Sukha Balka” for assistance in conducting the research and implementing its results

Investigation of the dust formation process when hoisting the uranium ores with a bucket

Purpose. Determining the possible level of air dustiness during the bucket hoisting of uranium ores along the shaft “Holovnyi” of the mine “Novokostiantynivska”, SE “VostGOK”. Methods. To determine the level of air dustiness, a physical modelling of this process under laboratory conditions was used. Physical modelling of the dust formation process has been performed on a laboratory bench, which consisted of an AT-2K-250/500 wind tunnel with non-return-flow and a closed working section, as well as an aspirator with a drive and hoses for sampling and filtration of air. The granulometric composition has been determined for modelling: the parameters of large-sized fractions – by the linear method (i.e., measurements of the geometric dimensions of the separate pieces and their weighting), and the composition of fine-sized fractions (–15 + 0 mm) – by sieve analysis and weighing. Findings. The granulometric composition of the rock mass has been determined, which is planned to get out by a bucket hoisting method along the shaft “Holovnyi”, and the dust formation process has been modelled on a laboratory bench. It has been set that the level of air dustiness during the rock mass hoisting will be significantly influenced by its humidity or the additional binding of ore fines in the upper layer if to treat the surface with acting agents. Moreover, it is influenced by the uniformity of these fines distribution within the bucket volume, which, in turn, will depend on the way of its loading. It is recommended to use the vibrating feeder for loading the bucket. Thus, the sufficient natural moisture of the rock mass (more than 4%) will ensure the level of dust content of the emitted air below the normative indicators. Originality. It has been determined that the dust content in the air depends on the moisture of the rock mass and the presence of moisture in the ore to more than 4% reduces the level of dust in the air to 0.4 – 0.45 mg/m3, which is 0.67 – 0.75 of the existing safe dust concentration for such conditions. Practical implications. The result obtained confirms the possibility of using the bucket hoisting method along the shaft “Holovnyi” to the daylight surface of uranium ores mined at the mine “Novokostiantynivska” (provided that the proposed recommendations will be observed) without exceeding the existing safe dust concentration of air supplied to the mine.Мета. Визначення можливого рівня запиленості повітря при баддєвому підйомі уранових руд по стволу “Головний” Новокостянтинівської шахти ДП “СхідГЗК”. Методика. Для визначення рівня запиленості повітря було використано фізичне моделювання даного процесу в лабораторних умовах. Фізичне моделювання процесу пилоутворення було здійснено на лабораторному стенді, який складався з аеродинамічної труби АТ-2К-250/500 з незамкнутим потоком і закритою робочою частиною, а також аспіратора з приводом і шлангами для відбору повітря та його фільтрації. Для моделювання визначався гранулометричний склад: параметри великих за розмірами фракцій – лінійним методом (тобто вимірами геометричних розмірів окремих кусків та їх зважуванням), а склад дрібних фракцій (–15 + 0 мм) – ситовим аналізом і зважуванням. Результати. Визначено гранулометричний склад гірської маси, яку планується видавати баддєвим підйомом по стволу “Головний”, а також проведено моделювання процесу пилоутворення на лабораторному стенді. Встановлено, що на рівень запиленості повітря при баддєвому підйомі гірської маси істотний вплив чинитиме її вологість або додаткове зв’язування рудного дріб’язку в верхньому шарі обробкою поверхнево-активними речовинами, а також рівномірність розподілу цього дріб’язку в об’ємі бадді, яка, в свою чергу, буде залежати від способу її завантаження. Рекомендовано використання для завантаження бадді вібраційного живильника. При цьому, достатня природна вологість гірської маси (більше 4%) забезпечує рівень запиленості повітря, що видається, нижче нормативних показників. Наукова новизна. Встановлено, що запиленість повітря залежить від вологості гірської маси й при наявності вологи у руді понад 4% забезпечує зниження рівня запиленості повітря до 0.40 – 0.45 мг/м3, що становить 0.67 – 0.75 від існуючої норми запиленості для таких умов. Практична значимість. Отриманий результат підтверджує можливість використання баддєвого підйому по стволу “Головний” на денну поверхню видобутих на шахті “Новокостянтинівська” уранових руд (при дотриманні запропонованих рекомендацій) без перевищення існуючих норм запиленості повітря, що подається в шахту.Цель. Определение возможного уровня запыленности воздуха при бадьевом подъеме урановых руд по стволу “Главный” Новоконстантиновской шахты ГП “ВостГОК”. Методика. Для определения уровня запыленности воздуха было использовано физическое моделирование данного процесса в лабораторных условиях. Физическое моделирование процесса пылеобразования было произведено на лабораторном стенде, который состоял из аэродинамической трубы АТ-2К-250/500 с незамкнутым потоком и закрытой рабочей частью, а также аспиратора с приводом и шлангами для отбора воздуха и его фильтрации. Для моделирования определялся гранулометрического состав: параметры больших по размерам фракций – линейным методом (т.е. замерами геометрических размеров отдельных кусков и их взвешиванием), а состав мелких фракций (–15 + 0 мм) – ситовым анализом и взвешиванием. Результаты. Определен гранулометрический состав горной массы, которую планируется выдавать бадьевым подъемом по стволу “Главный”, а также проведено моделирование процесса пылеобразования на лабораторном стенде. Установлено, что на уровень запыленности воздуха при бадьевом подъеме горной массы существенное влияние будет оказывать ее влажность или дополнительное связывание рудной мелочи в верхнем слое обработкой поверхностно-активными веществами, а также равномерность распределения этой мелочи в объеме бадьи, которая, в свою очередь, будет зависеть от способа ее загрузки. Рекомендовано использование для загрузки бадьи вибрационного питателя. При этом, достаточная естественная влажность горной массы (более 4%) обеспечивает уровень запыленности выдаваемого воздуха ниже нормативных показателей. Научная новизна. Установлено, что запыленность воздуха зависит от влажности горной массы и при наличии влаги в руде более 4% обеспечивает снижение уровня запыленности воздуха до 0.40 – 0.45 мг/м3, что составляет 0.67 – 0.75 от существующей нормы запыленности для таких условий. Практическая значимость. Полученный результат подтверждает возможность использования бадьевого подъема по стволу “Главный” на дневную поверхность добытых на шахте “Новоконстантиновская” урановых руд (при соблюдении предложенных рекомендаций) без превышения существующих норм запыленности подаваемого в шахту воздуха.The authors express their sincere gratitude to the management of the SE “VostGOK”, as well as to the employees of the Industrial Ventilation Laboratory at the State Research Institute for Labour Safety and Ecology in Ore Mining and Metallurgic Industry of Kryvyi Rih National University for their help and assistance in conducting this research

Non-perturbative corrections to the one-loop free energy induced by a massive scalar field on a stationary slowly varying in space gravitational background

The explicit expressions for the one-loop non-perturbative corrections to the gravitational effective action induced by a scalar field on a stationary gravitational background are obtained both at zero and finite temperatures. The perturbative and non-perturbative contributions to the one-loop effective action are explicitly separated. It is proved that, after a suitable renormalization, the perturbative part of the effective action at zero temperature can be expressed in a covariant form solely in terms of the metric and its derivatives. This part coincides with the known large mass expansion of the one-loop effective action. The non-perturbative part of the renormalized one-loop effective action at zero temperature is proved to depend explicitly on the Killing vector defining the vacuum state of quantum fields. This part cannot be expressed in a covariant way through the metric and its derivatives alone. The implications of this result for the structure and symmetries of the effective action for gravity are discussed.Comment: 46 pp; some misprints corrected, elucidations adde

High-temperature expansion of the one-loop free energy of a scalar field on a curved background

The complete form of the high-temperature expansion of the one-loop contribution to the free energy of a scalar field on a stationary gravitational background is derived. The explicit expressions for the divergent and finite parts of the high-temperature expansion in a three-dimensional space without boundaries are obtained. These formulas generalize the known one for the stationary spacetime. In particular, we confirm that for a massless conformal scalar field the leading correction to the Planck law proportional to the temperature squared turns out to be nonzero due to non-static nature of the metric. The explicit expression for the so-called energy-time anomaly is found. The interrelation between this anomaly and the conformal (trace) anomaly is established. The natural simplest Lagrangian for the "Killing vector field" is given.Comment: 27 pages;considerable changes made,appendix B changed,equation (52) changed abstract changed, conclusion added, some references adde

High-temperature expansion of the one-loop effective action induced by scalar and Dirac particles

The complete nonperturbative expressions for the high-temperature expansion of the one-loop effective action induced by the charged scalar and the charged Dirac particles both at zero and finite temperatures are derived with account for possible nontrivial boundary conditions. The background electromagnetic field is assumed to be stationary and such that the corresponding Klein-Gordon operator or the Dirac Hamiltonian are self-adjoint. The contributions of particles and antiparticles are obtained separately. The explicit expressions for the $C$-symmetric and the non $C$-symmetric vacuum energies of the Dirac fermions are derived. The leading corrections to the high-temperature expansion due to the nontrivial boundary conditions are explicitly found. The corrections to the logarithmic divergence of the effective action that come from the boundary conditions are derived. The high-temperature expansion of the naive one-loop effective action induced by charged fermions turns out to be divergent in the limit of a zero fermion mass.Comment: 24 pp; correct normalization condition used, some misprints correcte

Method of simulating rock mass stability in laboratory conditions using equivalent materials

Purpose. To determine the qualitative composition of the equivalent material of a laboratory model representing Kryvyi Rih iron-ore basin ground, as well as to develop a method to determine its quantitative composition for the study of the rock mass stability in the laboratory conditions with the geometric scale of similarity 1:200. Methods. Laboratory studies on models with geometric scale of similarity 1:200 allowed to establish the dependence of the initial stress changes on the percentage of the components comprising the equivalent material. Findings. As a result, the study found that it is expedient in laboratory conditions to replace the full-size model by the sand and paraffin-based equivalent material consisting of granite chips, cast iron, silica sand, mica and paraffin wax. It was established that the quantitative composition of the equivalent material mixture simulating rocks of Kryvyi Rih iron-ore basin consists of cast iron and granite chips (34%) and silica sand, mica and paraffin (66%). Originality. For the first time, the empirical dependence of initial stress occurring in the equivalent material on the percentage of paraffin and iron has been set. Initial stress in the equivalent material depend directly on the amount of cast iron in the mixture and vary according to the polynomial dependence, and the amount of paraffin in the mixture varies according to the quadratic dependence. Practical implications. The obtained results of laboratory tests can be used with sufficient accuracy for physical modeling of processes occurring in rocks during underground mining, and the resulting values of modeling can be used in the design of stopes to be developed.Цель. Определить качественный состав эквивалентного материала лабораторной модели, отражающей горный массив Криворожского железорудного бассейна, а также разработать методику по определению его количественного состава при исследовании устойчивости горного массива в лабораторных условиях с геометрическим масштабом подобия 1:200. Методика. Лабораторными исследованиями на моделях с геометрическим масштабом подобия 1:200 установлена зависимость изменения первоначальных напряжений от процентного соотношения компонентов, входящих в эквивалентный материал. Результаты. В результате исследований установлено, что натуральную модель целесообразно в лабораторных условиях заменять эквивалентным материалом на песчано-парафиновой основе, состоящей из гранитной крошки, чугуна, кварцевого песка, слюды и парафина. Установлено, что количественный состав смеси эквивалентного материала, имитирующий горные породы Криворожского железорудного бассейна, составляет чугун и гранитная крошка в объеме 34%, а кварцевый песок, слюда и парафин – 66%. Научная новизна. Впервые установлена эмпирическая зависимость первоначальных напряжений, возникающих в эквивалентном материале от процентного количества парафина и чугуна. В эквивалентном материале первоначальные напряжения зависят непосредственно от количества чугуна в составе смеси и изменяются по полиномиальной зависимости, а количество парафина в смеси – по квадратической. Практическая значимость. Полученные результаты лабораторных исследований с достаточной точностью могут использоваться при физическом моделировании процессов, происходящих в горных породах при подземной разработке месторождений, а полученные в результате моделирования значения – при проектировании отрабатываемых очистных блоков.Мета. Визначити якісний склад еквівалентного матеріалу лабораторної моделі, що відображає гірський масив Криворізького залізорудного басейну, а також розробити методику визначення його кількісного складу при дослідженні стійкості гірського масиву в лабораторних умовах з геометричним масштабом подібності 1: 200. Методика. Лабораторними дослідженнями на моделях з геометричним масштабом 1:200 встановлена залежність зміни початкових напружень від процентного співвідношення компонентів, які входять до еквівалентного матеріалу. Результати. За результатами досліджень встановлено, що натуральну модель у лабораторних умовах доцільно замінювати еквівалентним матеріалом на піщано-парафіновій основі, яка складається із гранітної крихти, чавуну, кварцового піску, слюди й парафіну. Встановлено, що кількісний склад суміші еквівалентного матеріалу, що імітує гірські породи Криворізького залізорудного басейну, становить чавун і гранітна крихта в об’ємі 34%, а кварцовий пісок, слюда й парафін – 66%. Наукова новизна. Вперше встановлена емпірична залежність первинних напружень, виникаючих в еквівалентному матеріалі від процентної кількості парафіну й чавуну. В еквівалентному матеріалі початкові напруження залежать безпосередньо від кількості чавуну в складі суміші та змінюються за поліноміальною залежністю, а кількість парафіну в суміші – за квадратичною. Практична значимість. Отримані результати лабораторних досліджень з достатньою точністю можуть використовуватися при фізичному моделюванні процесів, що відбуваються у гірських породах при підземній розробці родовищ, а отримані значення в результаті моделювання можна використовувати при проектуванні очисних блоків, що відробляються.Данные исследования выполнены благодаря исходной информации, представленной горнодобывающими предприятиями Криворожского железорудного бассейна, в частности “Евраз Сухая Балка” и “Центральный ГОК”

State changes in posture and arch of the foot in children aged 4 - 6 years with hypermobility of the joints under the influence of rehabilitation activities in schools

The effect of the rehabilitation activities in educational institutions on the dynamics of changes in the state and posture of the foot arch in children. The study involved 446 children aged from 4 to 6 years. The rehabilitation program lasted 10 weeks and consisted of 3 periods. Found that 35.88% of healthy children had impaired posture in the sagittal plane. Flatfoot detected in 64.46% of children with joint hypermobility. After the implementation of the rehabilitation program the value of the brachial arch indicators declined in children 3 major groups, respectively, 32.85 cm, 33.24 cm and 33.92 cm in all major groups established downward trend in the proportion of children with kyphotic posture and flat feet. The positive dynamics of changes in the values of posture in the sagittal plane was observed among children of all 3 major groups: shoulder width increased respectively by 1.55%, 3.09%, 4.77%

The using of energy saving technologies in growing crops

The author considers the process of growing crops as a complex of interrelated technological operations performed in a specific sequence using a system of machines according to parameters of influence on the land properties with the using workforce, working capital (seeds, gasoline, diesel fuel, electricity, mineral and organic fertilizers, pesticides) for crop production. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3158

РОЗКРИТТЯ ЗАПАСІВ ЗАЛІЗНИХ РУД КРИВОРІЗЬКОГО БАСЕЙНУ ПІДЗЕМНИМ СПОСОБОМ НИЖЧЕ ГЛИБИНИ 1500…1700 М

Development of deposits of rich iron ores of the Kryvyi Rih basin iscurrently carried out underground. All ore deposits are opened withvertical trunks located in the lying side from the processed reserves.With further development of the deposit at great depths, the capitaland operational costs of opening are significantly increased. When the balance reserves of the deposit are refined at great depths, an autopsy scheme is proposed with the use of powerful high-performanceself-propelled equipment. These schemes provide for the slanting ofthe inclined transportation of a large cross-sectional area. The optimal scheme of opening stocks are schemes using self-propelled technology. Taking into account that the transport development crossesseveral different layers, it is necessary to ensure the stability of themining for the entire period of operation in order to reduce operatingcosts. Analytical studies have identified hazardous zones on the mineworkout contour depending on the physical and mechanical propertiesof the rocks.Разработка залежей богатых железных руд Криворожского бассейна в настоящее время осуществляется подземным способом.Все рудные залежи вскрыты вертикальными стволами расположенными в лежачем боку от отрабатываемых запасов. При дальнейшей отработке месторождения на больших глубинах значительно увеличиваются капитальные и эксплуатационные затраты на вскрытие. При доработке балансовых запасов месторождения на больших глубинах предлагаются схемы вскрытия с применением мощного высокопроизводительного самоходного оборудования. Данные схемы предусматривают проходку наклонной транспортной выработки. Учитывая, что транспортная выработка пересекает несколько различных пластов, необходимо обеспечитьустойчивость горной выработки на весь период эксплуатации дляуменьшения эксплуатационных расходов. Аналитическими исследованиями определены опасные зоны на контуре горной выработки в зависимости от физико-механических свойств горных пород.Розробка покладів багатих залізних руд Криворізького басейну в даний час здійснюється підземним способом. Всі рудні поклади розкриті вертикальними стволами розташованими в лежачому боці від запасів, що відпрацьовуються. При подальшому відпрацюванні родовища на значних глибинах збільшуються капітальні та експлуатаційні витрати на розкриття. При доопрацюванні балансових запасів родовища на великих глибинах пропонуються схеми розкриття з застосуванням потужного високопродуктивного самохідного обладнання. Дані схеми передбачають проходку похилої транспортної виробки. Враховуючи, що транспортна виробка перетинає декілька різних пластів, необхідно забезпечити стійкість гірничої виробки на весь період експлуатації з метою зменшення експлуатаційних витрат. Аналітичними дослідженнями визначені небезпечні зони на контурі гірничої виробки в залежності від фізикомеханічних властивостей гірських порід