Method for calculation of drilling-and-blasting operations parameters for emulsion explosives

Purpose. Development of a new method for calculation of drilling-and-blasting operations parameters during underground mining with application of emulsion explosives taking into account their energy characteristics as well as physical and mechanical properties of rocks. Methods. The integrated methodological approach including analytical transformations of the received formulas for calculation of drilling-and-blasting operations parameters, their improvement and also computer modeling on the basis of a finite element method were used for the establishment of compression zones and formations of cracks in the massif around shots taking into account such energy characteristics of emulsion explosive as detonation velocity, explosion heat, density of the explosives, etc. Findings. The relative force coefficient was determined for the emulsion explosive of “Ukrainit” type taking into account the extent of detonation velocity realization, which allowed to calculate the necessary amount of explosives. On the basis of experimental data, consistent patterns of detonation velocity change depending on the charge density and diameter yielding to power law are determined for the emulsion explosive of “Ukrainit” type. Improvements have been made to the analytical expression determining the sizes of compression and fracturing zones around blast holes taking into account energy characteristics of the emulsion explosive of “Ukrainit” type as well as physical and mechanical properties of the blasted rocks. This allowed to develop a new algorithm of calculating parameters for drawing up the passport of drilling-and-blasting operations during underground mining. Originality. The method for calculating drilling-and-blasting operations parameters is based on the regularities of emulsion explosives energy characteristics change, the extent of detonation velocity realization as well as physical and mechanical properties of rocks. Practical implications. A new method has been developed for calculation of drilling-and-blasting operations parameters during mining with emulsion explosives application, which results in minimization of energy consumption for the mass breakage.Мета. Розробка нової методики розрахунку параметрів буропідривних робіт (БПР) при проведенні підземних гірничих виробок із використанням емульсійних вибухових речовин (ЕВР) з урахуванням їх енергетичних характеристик і фізико-механічних властивостей порід. Методика. У роботі використано комплексний методичний підхід, що включає аналітичні перетворення раніше отриманих формул розрахунку параметрів БПР та їх удосконалення, а також комп’ютерне моделювання на основі методу скінчених елементів зі встановлення зон зминання та утворення тріщин в масиві навколо шпурів з урахуванням енергетичних характеристик емульсійної вибухівки: швидкість детонації, теплота вибуху, щільність вибухових речовин (ВР) та ін. Результати. Визначено коефіцієнт відносної працездатності емульсійної вибухівки типу “Україніт” з урахуванням ступеня реалізації швидкості детонації, що дозволило визначити необхідну кількість ВР. На основі експериментальних даних встановлено закономірності зміни швидкості детонації від щільності та діаметру заряду для ЕВР типу “Україніт”, які змінюються за ступеневим законом. Удосконалено аналітичний вираз, що визначає розміри зон зминання та тріщин, які утворюються навколо шпурів з урахуванням енерге- тичних характеристик ЕВР “Україніт” і фізико-механічних властивостей порід, на чому ґрунтується подальший вдосконалений алгоритм розрахунку параметрів для складання паспорта БПР при проведенні підземних гірничих виробок. Наукова новизна. Полягає у використанні закономірностей зміни енергетичних властивостей ЕВР, ступеня реалізації швидкості детонації та фізико-механічних властивостей гірських порід при розробці методики розрахунку параметрів БПР. Практична значимість. Розроблено нову методику розрахунку параметрів БПР при проведенні гірничих виробок на основі використання ЕВР, що забезпечує мінімізацію енергетичних витрат на руйнування масиву.Цель. Разработка новой методики расчета параметров буровзрывных работ (БВР) при проведении подземных горных выработок с использованием эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ) с учетом их энергетических характеристик и физико-механических свойств пород. Методика. В работе использован комплексный методический подход, включающий аналитические преобразования ранее полученных формул расчета параметров БВР и их усовершенствование, а также компьютерное моделирование на основе метода конечных элементов по установлению зон смятия и образования трещин в массиве вокруг шпуров с учетом энергетических характеристик ЭВВ: скорость детонации, теплота взрыва, плотность взрывчатых веществ (ВВ) и др. Результаты. Определен коэффициент относительной работоспособности ЭВВ типа “Украинит” с учетом степени реализации скорости детонации, что позволило определить необходимое количество ВВ. На основе экспериментальных данных установлены закономерности изменения скорости детонации от плотности и диаметра заряда для ЭВВ типа “Украинит”, которые изменяются по степенному закону. Усовершенствовано аналитическое выражение, определяющее размеры зон смятия и трещинообразования, образуемых вокруг шпуров с учетом энергетических характеристик ЭВВ “Украинит” и физико-механических свойств взрываемых пород, на чем основывается дальнейший усовершенствованный алгоритм расчета параметров для составления паспорта БВР при проведении подземных горных выработок. Научная новизна. Состоит в использовании закономерностей изменения энергетических характеристик ЭВВ, степени реализации скорости детонации и физико-механических свойств горных пород при разработке методики расчета параметров БВР. Практическая значимость. Разработана новая методика расчета параметров БВР при проведении горных выработок на основе использования ЭВВ, обеспечивающая минимизацию энергетических затрат на разрушение массива.The authors express their deepest gratitude to V.P. Kuprin, Doctor of Philosophy in Chemistry, Professor, State Prize Laureate of Ukraine in Science and Technology for providing research base and organizational support during industrial experiments

Antimicrobial activity of [1,2,4]triazolo[4,3-а]pyrazin-8(7h)-one derivatives

Today the problem of microbial resistance to antibacterial agents becomes the global one. Antimicrobial drugs that are in the pharmaceutical market do not satisfy the needs of modern treatment regimens, particularly Hospital-acquired infections. Therefore, the search for new and effective means of this pharmacological group is an important task of medical chemistry.  From the literature it is known that derivatives of [1,2,4]triazolo[4,3-a]pyrazine show a wide range of biological actions, including antimicrobial and fungicidal. This makes it relevant microbiological study of primary derivatives of [1,2,4]triazolo[4,3-a]pyrazine for identifying promising compounds of the series and then study it in biological experiment.Using the PASS C&T (Prediction Activity Spectra for Substances: Complex & Training) program and based on published data, we have generated virtual library of derivatives of [1,2,4]triazolo[4,3-a]pyrazine. As a result, we have received 35 new synthetic compounds of 7 series that were not previously described in the literature. Materials and methods. The research of antimicrobial and fungicidal activity of the synthesized compounds was carried out in the laboratory of antimicrobial agents GA "Mechnikov Institute of microbiology and immunology" under the leadership of  PhD, senior scientist V.V.Kazmirchuka. The activity of the synthesized compounds were studied by conventional method of the two-fold serial dilutions in liquid and solid nutrient medium. For primary screening we have used a set of clinical and reference strains of microorganism: Escherichia coli ATCC 25922 (F-50), Staphylococcus aureus ATCC 25923 (F-49), Bacillus anthracoides ATCC 1312, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, Candida albicans ATCC 885-653. As the reference preparations were chosen Palin - modern antimicrobial agent of class of fluoroquinolones, Nevigramon - nalidixic acid derivative and Fluconazole - modern antifungal agent. Activity of substances determined by the minimum bacteriostatic (MBstK) and minimal bactericidal (MBcK) concentrations. All experiments were accompanied by appropriate controls. Results and Discussion. As a result of microbiological screening of  35 compounds we have allowed to identify a number of derivatives of [1,2,4]triazolo[4,3-a]pyrazine-8(7H)-one with antimicrobial and antifungal activity. The most pronounced effect showed compounds that contains in their structure aryl moiety with halogen atom, or N-arylatsetamide group in position 3 or 2 of the heterocycle. Principal condition for the demonstration of antifungal activity is presence of Sulfur atom in the triazole cycle. Conclusions. The substance of the series N7-aryl/benzyl-3-thioxo-[1,2,4]triazolo[4,3-а]pyrazin-8(7H)-ones showed the best antimicrobial and antifungal activity of all synthesized compounds. Compound 7-(3-chloro-2-methyl-phenyl)-3-thioxo-[1,2,4]triazolo[4,3-а]pyrazin-8(7Н)-one 4{4} showed high values of antimicrobial activity against gram-negative microorganisms (МBstК – 12.5-25.0 mkg/ml, МBcК – 25.0-50.0 mkg/ml) and was the most promising for further development

Розширення бази похідних 3,7-дизаміщених 7Н-[1,2,4]триазоло[4,3-а]піразин-8-онів як перспективних фармацевтичних агентів

A suitable and effective scheme for the synthesis of 3,7-disubstituted [1,2,4]triazolo[4,3-a]pyrazin-8(7H)-ones has been suggested and tested. It can provide a wide chemical diversity of the final products containing practically any substituent in position 3. The scheme previously developed starts from esters of oxalamic acid following with the cyclization of intermediate 3-hydrazinopyrazin-2-ones with carbonyl-containing compounds (ortho-esters or alkylcarbonic acid anhydrides). To introduce aryl or heteryl substituents in position 3 of the heterocyclic system we propose to use the reaction of 3-hydrazinopyrazin-2-ones with the corresponding carbonic acids preliminary activated by carbonyldiimidazole (CDI). The further cyclization is carried out by reflux for 24 hours in anhydrous DMFA. The structure of the compounds obtained has been proven by elemental analysis and 1H NMR spectroscopy data. Formation of [1,2,4]triazolo[4,3-a]pyrazin-8(7H)-one condensed system is in good correlation with spectral data, and is confirmed by the presence of signals of H-5 and H-6 protons of the pyrazinone fragment as doublets at d 7.15-7.28 ppm and d 7.50-7.59 ppm, respectively. The compounds synthesized are of particular interest as potential pharmacological objects with the cytotoxic, membrane-stabilizing, cerebroprotective, cardioprotective activity.Предложена и апробирована удобная и эффективная схема синтеза 3,7-дизамещенных 7Н-[1,2,4]триазоло[4,3-а]пиразин-8-онов, которая способна обеспечить большое химическое разнообразие конечных продуктов, содержащих практически любой заместитель в 3 положении. Предварительно разработанная нами схема исходит из эфиров оксаламовых кислот с последующей циклизацией промежуточных 3-гидразинопиразин-2-онов с карбонилсодержащими соединениями (ортоэфирами и ангидридами алкилкарбоновых кислот). Для введения в положение 3 гетероциклической системы арильных и гетерильных заместителей мы предлагаем использовать реакцию 3-гидразинопиразин-2-онов с со- ответствующими карбоновыми кислотами, которые предварительно активировали карбонилдиимидазолом (КДИ). Дальнейшую циклизацию осуществляли при кипячении в ДМФА в течение 24 часов. Структура полученных соединений доказана с помощью элементного анализа и данных 1Н ЯМР-спектроскопии. Образование конденсированной системы [1,2,4]триазоло[4,3-a]пиразин-8-она хорошо согласуется со спектральными данными и подтверждается присутствием сигналов протонов Н-5 та Н-6 пиразинонового фрагмента, которые проявляются как дублеты при d 7.15-7.28 м.д. и d 7.50-7.59 м.д. Синтезированные соединения представляют определенный интерес как потенциальные фармакологические объекты с цитотоксичной, мембраностабилизирующей, церебропротекторной, кардиопротекторной активностью.Запропоновано і апробовано зручну та ефективну схему синтезу 3,7-дизаміщених 7Н-[1,2,4]триазоло [4,3-а]піразин-8-онів, що здатна забезпечити велике хімічне різномаїття кінцевих продуктів, які можуть мати практично будь-який замісник у 3 положенні. Попередньо розроблена нами схема виходить з естерів оксаламових кислот з подальшою циклізацією проміжних 3-гідразинопіразин-2-онів з карбоніловмісними сполуками (ортоестерами і ангідридами алкілкарбонових кислот). Для введення в положення 3 гетероциклічної системи арильних та гетерильних замісників ми пропонуємо використовувати реакцію 3-гідразинопіразин-2-онів з відповідними карбоновими кислотами, які попередньо активували карбонілдіімідазолом (КДІ). Подальшу циклізацію здійснювали при кип’ятінні в ДМФА впродовж 24 годин. Структура отриманих сполук доведена за допомогою елементного аналізу та даних 1Н ЯМР- спектроскопії. Утворення конденсованої системи [1,2,4]триазоло[4,3-a]піразин-8-ону добре узгоджується зі спектральними даними та підтверджується наявністю сигналів протонів Н-5 та Н-6 піразинонового фрагменту, які проявляються як дублетні сигнали при d 7.15-7.28 м.ч. та d 7.50-7.59 м.ч., відповідно. Синтезовані сполуки представляють певний інтерес як потенційні фармакологічні об’єкти з цитотоксичною, мембраностабілізуючою, церебропротекторною, кардіопротекторною активностю

Electrochemical Reducing of Terbium and Holmium Ions in the Sodium and Potassium Chlorides Melt with Equimolar Composition

Interest to rare-earth metals (REM) and their alloys is due to the possibility of using them for the creation of new materials need for modern technology. For instance, REM as alloying components allows for preparation of material with special magnetic properties. A promising method for forming such coating is the surface treatment of metals. This process has an electrochemical character as such for the organization of technology the knowledge of kinetics and mechanism of these processes is important. Despite significant interest in rare-earth metals, these issues are not well described in the literature. In order to choose an adequate mathematical model for calculation of kinetic primers, preliminary experiments that allow evaluating the reversibility of the electrode process have been conducted. Based on that, it was concluded that cathodic reduction of terbium and holmium ions in equimolar NaCl-KCl melt is irreversible. By means of voltammetric analysis, kinetic parameters (transfer coefficients, heterogeneous constants of charge transfer rate) of terbium and holmium electroreduction in equimolar NaCl-KCl melt were determined. The experiment was conducted in a three-electrode cell under a purified argon atmosphere. A dependency of kinetic parameters on the concentration of terbium and holmium chlorides wt (%): 1, 3, 5, 7, 10, was determined. The experiment was conducted in 1073–1173K temperature range. Values of kinetic parameters increase with temperature but decrease with the increase of REM chloride. Based on obtained data, it was found that electroreduction of chloride complexes LnCl63– (Ln–Tb, Ho) in equimolar NaCl-KCl melt is irreversible in the studied range of temperatures and REM concentrations. In summary of experimental data, in range of temperature and rare-earth chloride concentration, and assumption was made that reduction of terbium and holmium ions occurs in two stages. The process includes the preceding stage of complex dissociation. A mechanism of LnCl63– complex reduction in the mentioned melt is proposed. The obtained results are in agreement with literate data for analogues systems

Determination Of Formation Regimes For Bilayer Cobalt Dysprosium Intermetalic Surface Alloy

High tech industrial fields on modern development stage are in need of construction materials with an optimal ratio of volume and surface properties, along with low cost of material itself. As evidenced by studies, in order to give a set complex of properties to a workpiece that operates under specific conditions, it is often sufficient to only modify its surface area. Over the course of studies, by means of gravimetric, influence of technological parameters (temperature and time samples are kept in the melt) on specific mass change of cobalt samples, that act as substrate, during electroless diffusive saturation with dysprosium in eutectic melt of lithium and potassium chlorides have been studied. A mathematical dependency was established for specific mass change of cobalt samples on time spent in melt for temperature range of 873–973 K. Composition of intermetallic coats obtained on surface of cobalt samples was studied means of EDX and SEM analyses. It was discovered, that for chosen temperature range, diffusion layers formed on surface of cobalt samples consists of two structural zones that correspond to Co-Dy and Cp2Dy phases

Influence of tree-crown density on dominant plant species of the herb-shrub stratum in the zone of mixed forests

Forest ecosystems are among the most complex and dynamic biological systems of our planet. They play an important role in sustaining biodiversity, regulating the climate, and preserving water resources. Furthermore, they serve as natural filters, improving the quality of soil and air, and also preventing erosive processes. Forests create unique conditions for life of various species of plants and animals, which contributes to maintenance of the natural biodiversity and supports the stability of the ecosystem. Likewise, forests are important for the carbon cycle. They absorb a large amount of carbon, thus hindering global warming. Therefore, forest ecosystems are of paramount ecological value and their preservation is crucial for a balanced functioning of the planet. Our studies were carried out in the forest ecosystems of the Desna-Starohutskyi National Park, which is in the Ukrainian Polissia. The materials and methods of the study included systematic collection of the data on density of tree crowns, and also records of diversity of plants of the herb-shrub stratum in the chosen forest areas. Those data were analyzed using statistical methods. The study results revealed that the crown density has a significant effect on diversity of herb-shrub plants in the lower forest strata. Increase in crown density correlated with decrease in the light availability in the herb-shrub stratum. Change in the crown density towards increase significantly altered the conditions for competition between herbaceous and shrub species. Decrease in light availability led to shift in the competition ratio between the species, promoting dominance of more shade-loving species. Increase in crown density, which often reached 100%, made the competition more severe, especially for key resources (light, water, and nutrients). Because of this, species diversity in the herb-shrub stratum of the forest ecosystems was observed to decrease, and less adapted species were extruded. In general, change in tree-crown density in the forest ecosystem had a significant effect on the dynamics of herbaceous and shrub species, changing competitive relations and the structure of those plant communities. The results we obtained expand the knowledge about interactions between crown density and the structure of herb-shrub stratum, which gives perspectives for more efficient management of forest resources, and can also improve scientific identification and implementation of measures for protection of forest ecosystems