Fault tree analysis and prevention strategies for gas explosion in underground coal mines of Pakistan

Purpose. Gas explosion in the underground coal mines of Pakistan is the main source of coal miners’ mortalities. The purpose of this article is to analyze the main causes of gas explosion in the underground coal mines of Pakistan. Methods. The study employs the Fault Tree Analysis (FTA) to understand the key root causes that lead to system failure. Particularly, this research has articulated the fault tree model in case of gas explosion in underground coal mines to analyze the root causes of this dangerous accident. Findings. This analysis has revealed that most of the root causes (4/7) with 5/10 accidents, 49/53 fatalities and 28/35 injuries resulted from primary failure of the gas explosion that poses a major threat to lives of mine workers. Similarly, the accumulation of gases and ignition are leading causes of gas explosion. Originality. FTA has been employed for the first time to understand the underlying root causes with the corresponding number of accident, fatalities and injuries of gas explosion in underground coal mines of Pakistan. This original application of FTA to the problem under discussion presents some important underlying factors which should be considered to reduce the risk of gas explosion and its related fatal and non-fatal accidents. Practical implications. The study proposes preventive strategies to lessen the fatal and non-fatal accidents resulting from gas explosions. Explicitly, Pakistan has to conduct major structural and safety management reforms.Мета. Аналіз впливу основних факторів, що викликають вибухи шахтного газу метану, на основі складання моделі дерева відмов в умовах вугільних шахт Пакистану. Методика. Для досягнення мети дослідження застосовано емпіричний аналіз вибухів газу у вугільних шахтах Пакистану на основі даних з 2010 по 2018 роки для визначення точного числа аварій зі смертельними випадками і травмами. Аналіз вибухів газу вивчався як якісно, так і кількісно для кращого розуміння першопричин, що створюють небезпечні аварійні ситуації на підставі аналізу дерева відмов (АДВ). Результати. Встановлено, що 11 нещасних випадків привели до 53 смертельних випадків і 35 травм у період з 2010 по 2018 роки у Пакистані. Значна частина причин (4 з 7), що призвели до 5 з 10 нещасних випадків, 49 з 53 смертей та 28 з 35 травм, була пов’язана з вибухом газу, а основні фактори, що викликають вибух – це накопичення газу і його загоряння. Акцентовано увагу на належну якість проектування шахт, регулярний огляд шахт, дотримання пропонованих правил і норм безпеки. Наукова новизна. Метод АДВ було вперше застосовано для розуміння глибинних причин, що викликають вибух газу у вугільних шахтах Пакистану, а його специфікація дозволила виявити ряд важливих ключових факторів, які слід враховувати для зменшення ризику вибуху газу й запобігання викликаних ним аварій. Практична значимість. Розроблено стратегічні заходи, що дозволяють запобігти або зменшити число аварій зі смертельними наслідками (або без них), викликаних вибухом газу. Для цієї мети пропонується, аби в Пакистані були проведені серйозні структурні реформи і перетворення в галузі охорони праці.Цель. Анализ влияния основных факторов, вызывающих взрывы шахтного газа метана на основе составления модели дерева отказов в условиях угольных шахт Пакистана. Методика. Для достижения цели исследования применен эмпирический анализ взрывов газа в угольных шахтах Пакистана на основе данных с 2010 по 2018 годы для определения точного числа аварий со смертельными случаями и травмами. Анализ взрывов газа изучался как качественно, так и количественно для лучшего понимания первопричин, которые создают опасные аварийные ситуации на основании анализа дерева отказов (АДО). Результаты. Установлено, что 11 несчастных случаев привели к 53 смертельным случаям и 35 травмам в период с 2010 по 2018 годы в Пакистане. Значительная часть причин (4 из 7), приведших к 5 из 10 несчастных случаев, 49 из 53 смертей и 28 из 35 травм, была связана со взрывом газа, а основные факторы, вызывающие взрыв – это накопление газа и его возгорание. Акцентировано внимание на надлежащее качество проектирования шахт, регулярный осмотр шахт, соблюдение предлагаемых правил и норм безопасности шахт. Научная новизна. Метод АДО был впервые применен впервые для понимания глубинных причин, вызывающих взрыв газа в угольных шахтах Пакистана, а его спецификация позволила выявить ряд важных ключевых факторов, которые следует учитывать для сокращения риска взрыва газа и предотвращения вызванных им аварий. Практическая значимость. Разработаны стратегические меры, позволяющие предотвратить или уменьшить число аварий со смертельными последствиями (или без них), вызванных взрывом газа. Для этой цели предлагается, чтобы в Пакистане были проведены серьезные структурные реформы и преобразования в области охраны труда.This research was funded by the National Natural Science Foundation of China (51574226) and 2017 Special Project of Subject Frontiers Scientific Research in China University of Mining and Technology (2017XKQY047). Additionally, authors are very thankful to the School of Mines, China University of Mining and Technology, Xuzhou, 221116 China, whose support allowed to accomplish this research within the specified time

Hardening mechanism of commercially pure Mg processed by high pressure torsion at room temperature

Coarse-grained Mg in the as-cast condition and fine-grained Mg in the extruded condition were processed by high pressure torsion (HPT) at room temperature for up to 16 turns. Microstructure observation and texture analysis indicate that to fulfil the Von Mises criterion, the non-basal slip is activated in the as-cast Mg and tension twinning is activated in the as-extruded Mg. Although the deformation mechanism is different in the as-cast Mg and the as-extruded Mg during HPT, their hardening evolutions are similar, i.e. after 1/8 turn of HPT, microhardness of the as-cast Mg and the extruded Mg both show a significant increase and further HPT processing does not significantly further increase the microhardness. Texture strengthening can explain the rapid hardening. Hardness anisotropy and texture data results suggest that texture strengthening plays an important role for both types of samples. Texture strengthening weakens with decreasing grain size

Fault tree analysis and prevention strategies for gas explosion in underground coal mines of Pakistan

Purpose. Gas explosion in the underground coal mines of Pakistan is the main source of coal miners’ mortalities. The purpose of this article is to analyze the main causes of gas explosion in the underground coal mines of Pakistan. Methods. The study employs the Fault Tree Analysis (FTA) to understand the key root causes that lead to system failure. Particularly, this research has articulated the fault tree model in case of gas explosion in underground coal mines to analyze the root causes of this dangerous accident. Findings. This analysis has revealed that most of the root causes (4/7) with 5/10 accidents, 49/53 fatalities and 28/35 injuries resulted from primary failure of the gas explosion that poses a major threat to lives of mine workers. Similarly, the accumulation of gases and ignition are leading causes of gas explosion. Originality. FTA has been employed for the first time to understand the underlying root causes with the corresponding number of accident, fatalities and injuries of gas explosion in underground coal mines of Pakistan. This original application of FTA to the problem under discussion presents some important underlying factors which should be considered to reduce the risk of gas explosion and its related fatal and non-fatal accidents. Practical implications. The study proposes preventive strategies to lessen the fatal and non-fatal accidents resulting from gas explosions. Explicitly, Pakistan has to conduct major structural and safety management reforms.Мета. Аналіз впливу основних факторів, що викликають вибухи шахтного газу метану, на основі складання моделі дерева відмов в умовах вугільних шахт Пакистану. Методика. Для досягнення мети дослідження застосовано емпіричний аналіз вибухів газу у вугільних шахтах Пакистану на основі даних з 2010 по 2018 роки для визначення точного числа аварій зі смертельними випадками і травмами. Аналіз вибухів газу вивчався як якісно, так і кількісно для кращого розуміння першопричин, що створюють небезпечні аварійні ситуації на підставі аналізу дерева відмов (АДВ). Результати. Встановлено, що 11 нещасних випадків привели до 53 смертельних випадків і 35 травм у період з 2010 по 2018 роки у Пакистані. Значна частина причин (4 з 7), що призвели до 5 з 10 нещасних випадків, 49 з 53 смертей та 28 з 35 травм, була пов’язана з вибухом газу, а основні фактори, що викликають вибух – це накопичення газу і його загоряння. Акцентовано увагу на належну якість проектування шахт, регулярний огляд шахт, дотримання пропонованих правил і норм безпеки. Наукова новизна. Метод АДВ було вперше застосовано для розуміння глибинних причин, що викликають вибух газу у вугільних шахтах Пакистану, а його специфікація дозволила виявити ряд важливих ключових факторів, які слід враховувати для зменшення ризику вибуху газу й запобігання викликаних ним аварій. Практична значимість. Розроблено стратегічні заходи, що дозволяють запобігти або зменшити число аварій зі смертельними наслідками (або без них), викликаних вибухом газу. Для цієї мети пропонується, аби в Пакистані були проведені серйозні структурні реформи і перетворення в галузі охорони праці.Цель. Анализ влияния основных факторов, вызывающих взрывы шахтного газа метана на основе составления модели дерева отказов в условиях угольных шахт Пакистана. Методика. Для достижения цели исследования применен эмпирический анализ взрывов газа в угольных шахтах Пакистана на основе данных с 2010 по 2018 годы для определения точного числа аварий со смертельными случаями и травмами. Анализ взрывов газа изучался как качественно, так и количественно для лучшего понимания первопричин, которые создают опасные аварийные ситуации на основании анализа дерева отказов (АДО). Результаты. Установлено, что 11 несчастных случаев привели к 53 смертельным случаям и 35 травмам в период с 2010 по 2018 годы в Пакистане. Значительная часть причин (4 из 7), приведших к 5 из 10 несчастных случаев, 49 из 53 смертей и 28 из 35 травм, была связана со взрывом газа, а основные факторы, вызывающие взрыв – это накопление газа и его возгорание. Акцентировано внимание на надлежащее качество проектирования шахт, регулярный осмотр шахт, соблюдение предлагаемых правил и норм безопасности шахт. Научная новизна. Метод АДО был впервые применен впервые для понимания глубинных причин, вызывающих взрыв газа в угольных шахтах Пакистана, а его спецификация позволила выявить ряд важных ключевых факторов, которые следует учитывать для сокращения риска взрыва газа и предотвращения вызванных им аварий. Практическая значимость. Разработаны стратегические меры, позволяющие предотвратить или уменьшить число аварий со смертельными последствиями (или без них), вызванных взрывом газа. Для этой цели предлагается, чтобы в Пакистане были проведены серьезные структурные реформы и преобразования в области охраны труда.This research was funded by the National Natural Science Foundation of China (51574226) and 2017 Special Project of Subject Frontiers Scientific Research in China University of Mining and Technology (2017XKQY047). Additionally, authors are very thankful to the School of Mines, China University of Mining and Technology, Xuzhou, 221116 China, whose support allowed to accomplish this research within the specified time

Phase Diagram of the BCC S=1/2 Heisenberg Antiferromagnet with First and Second Neighbor Exchange

We use linked-cluster series expansions, both at T=0 and high temperature, to analyse the phase structure of the spin-\half Heisenberg antiferromagnet with competing first and second-neighbor interactions on the 3-dimensional body-centred-cubic lattice. At zero temperature we find a first-order quantum phase transition at $J_2/J_1 \simeq 0.705 \pm 0.005$ between AF$_1$ (Ne\'el) and AF$_2$ ordered phases. The high temperature series yield quite accurate estimates of the bounding critical line for the AF$_1$ phase, and an apparent critical line for the AF$_2$ phase, with a bicritical point at $J_1/J_2\simeq 0.71$, $kT/J_1\simeq 0.34$. The possibility that this latter transition is first-order cannot be excluded.Comment: 10 pages, 4 figure

Semiparametric theory and empirical processes in causal inference

In this paper we review important aspects of semiparametric theory and empirical processes that arise in causal inference problems. We begin with a brief introduction to the general problem of causal inference, and go on to discuss estimation and inference for causal effects under semiparametric models, which allow parts of the data-generating process to be unrestricted if they are not of particular interest (i.e., nuisance functions). These models are very useful in causal problems because the outcome process is often complex and difficult to model, and there may only be information available about the treatment process (at best). Semiparametric theory gives a framework for benchmarking efficiency and constructing estimators in such settings. In the second part of the paper we discuss empirical process theory, which provides powerful tools for understanding the asymptotic behavior of semiparametric estimators that depend on flexible nonparametric estimators of nuisance functions. These tools are crucial for incorporating machine learning and other modern methods into causal inference analyses. We conclude by examining related extensions and future directions for work in semiparametric causal inference

Series study of the One-dimensional S-T Spin-Orbital Model

We use perturbative series expansions about a staggered dimerized ground state to compute the ground state energy, triplet excitation spectra and spectral weight for a one-dimensional model in which each site has an S=\case 1/2 spin ${\bf S}_i$ and a pseudospin ${\bf T}_i$, representing a doubly degenerate orbital. An explicit dimerization is introduced to allow study of the confinement of spinon excitations. The elementary triplet represents a bound state of two spinons, and is stable over much of the Brillouine zone. A special line is found in the gapped spin-liquid phase, on which the triplet excitation is dispersionless. The formation of triplet bound states is also investigated.Comment: 9 pages, 9 figure

Aggregate structure of hydroxyproline-rich glycoprotein (HRGP) and HRGP assisted dispersion of carbon nanotubes

Hydroxyproline-rich glycoproteins (HRGP) comprise a super-family of extracellular structural glycoproteins whose precise roles in plant cell wall assembly and functioning remain to be elucidated. However, their extended structure and repetitive block co-polymer character of HRGPs may mediate their self-assembly as wall scaffolds by like-with-like alignment of their hydrophobic peptide and hydrophilic glycopeptide modules. Intermolecular crosslinking further stabilizes the scaffold. Thus the design of HRGP-based scaffolds may have practical applications in bionanotechnology and medicine. As a first step, we have used single-molecule or single-aggregate atomic force microscopy (AFM) to visualize the structure of YK20, an amphiphilic HRGP comprised entirely of 20 tandem repeats of: Ser-Hyp4-Ser-Hyp-Ser-Hyp4-Tyr-Tyr-Tyr-Lys. YK20 formed tightly aggregated coils at low ionic strength, but networks of entangled chains with a porosity of ~0.5–3 μm at higher ionic strength. As a second step we have begun to design HRGP-carbon nanotube composites. Single-walled carbon nanotubes (SWNTs) can be considered as seamless cylinders rolled up from graphene sheets. These unique all-carbon structures have extraordinary aromatic and hydrophobic properties and form aggregated bundles due to strong inter-tube van der Waals interactions. Sonicating aggregated SWNT bundles with aqueous YK20 solubilized them presumably by interaction with the repetitive, hydrophobic, Tyr-rich peptide modules of YK20 with retention of the extended polyproline-II character. This may allow YK20 to form extended structures that could potentially be used as scaffolds for site-directed assembly of nanomaterials

Nonadiabatic approach to dimerization gap and optical absorption coefficient of the Su-Schrieffer-Heeger model

An analytical nonadiabatic approach has been developed to study the dimerization gap and the optical absorption coefficient of the Su-Schrieffer-Heeger model where the electrons interact with dispersive quantum phonons. By investigating quantitatively the effects of quantum phonon fluctuations on the gap order and the optical responses in this system, we show that the dimerization gap is much more reduced by the quantum lattice fluctuations than the optical absorption coefficient is. The calculated optical absorption coefficient and the density of states do not have the inverse-square-root singularity, but have a peak above the gap edge and there exist a significant tail below the peak. The peak of optical absorption spectrum is not directly corresponding to the dimerized gap. Our results of the optical absorption coefficient agree well with those of the experiments in both the shape and the peak position of the optical absorption spectrum.Comment: 14 pages, 7 figures. to be published in PR

Projected SO(5) Hamiltonian for Cuprates and Its Applications

The projected SO(5) (pSO(5)) Hamiltonian incorporates the quantum spin and superconducting fluctuations of underdoped cuprates in terms of four bosons moving on a coarse grained lattice. A simple mean field approximation can explain some key feautures of the experimental phase diagram: (i) The Mott transition between antiferromagnet and superconductor, (ii) The increase of T_c and superfluid stiffness with hole concentration x and (iii) The increase of antiferromagnetic resonance energy as sqrt{x-x_c} in the superconducting phase. We apply this theory to explain the ``two gaps'' problem found in underdoped cuprate Superconductor-Normal- Superconductor junctions. In particular we explain the sharp subgap Andreev peaks of the differential resistance, as signatures of the antiferromagnetic resonance (the magnon mass gap). A critical test of this theory is proposed. The tunneling charge, as measured by shot noise, should change by increments of Delta Q= 2e at the Andreev peaks, rather than by Delta Q=e as in conventional superconductors.Comment: 3 EPS figure

Spin-orbital gapped phase with least symmetry breaking in the one-dimensional symmetrically coupled spin-orbital model

To describe the spin-orbital energy gap formation in the one-dimensional symmetrically coupled spin-orbital model, we propose a simple mean field theory based on an SU(4) constraint fermion representation of spins and orbitals. A spin-orbital gapped phase is formed due to a marginally relevant spin-orbital valence bond pairing interaction. The energy gap of the spin and orbital excitations grows extremely slowly from the SU(4) symmetric point up to a maximum value and then decreases rapidly. By calculating the spin, orbital, and spin-orbital tensor static susceptibilities at zero temperature, we find a crossover from coherent to incoherent magnetic excitations as the spin-orbital coupling decreasing from large to small values.Comment: 10 pages, Revtex file, 5 figure