Computational model for evaluating the state of geomechanical systems during computing experiments

Purpose. To create a model allowing integration of the diverse features identified for the rock massif behavior by differentiation of various theories and real phenomena into a single information-analytical flow. Methods. System analysis of computational experiments’ results was based on the use of recursive calculation methodology for assessing accuracy of the obtained results with different methods of geometric and physical description applied to individual elements of simulation in the computational domain. Findings. Sample tables were obtained containing the acceptable values of weight characteristics for the various simulated elements in the generalized computational domain. A recursive algorithm for the analysis of the studied objects description’ efficiency in the solution of geomechanics problems by grid numerical methods was formulated and implemented as a computational module. The authors created a system for the assessment of the results obtained via computational experiment at the time of full-scale investigation, which provides a comprehensive analysis of changes in the rock massif state during the operation of the selected support system. The conditions of combining the design characteristics of the simulated support elements functioning in a single load-carrying system under dynamic redistribution of forces were obtained. Originality. The resulting generalized model of mine working and elements affecting its condition allows to determine most accurately the nature of changes in the stress-strain state of geotechnological system regardless of the originally a priori specified limitations. Practical implications. The unified approach can be used in the search for the optimal parameters of implementing combined working supports in the area of mining operations and beyond.Мета. Створити модель, що дозволяє інтегрувати все різноманіття виявлених особливостей поведінки гірського масиву шляхом диференціації різних теорій і реальних явищ у єдиний інформаційно-аналітичний потік. Методика. Системний аналіз результатів обчислювальних експериментів, що побудований на застосуванні рекурсивної методики оцінки розрахункової точності одержуваних результатів при різних методах геометричного й фізичного опису окремих елементів моделювання у розрахунковій області. Результати. Отримано типові таблиці, що містять припустимі величини вагових характеристик для різних елементів, які моделюються в узагальненій розрахунковій області. Сформульовано й реалізовано у вигляді розрахункового модуля рекурсивний алгоритм аналізу ефективності опису досліджуваних об’єктів при рішенні завдань геомеханіки сітковими чисельними методами. Створено систему оцінки одержуваних результатів обчислювального експерименту при проведенні натурних досліджень, яка забезпечує комплексний аналіз зміни стану породного масиву в ході експлуатації обраної системи кріплення. Отримано умови сполучення розрахункових характеристик елементів кріплення, які моделюються й функціонують у єдиній вантажонесучій системі при динамічному перерозподілі зусиль. Наукова новизна. Одержана узагальнена модель гірничої виробки й елементів, що впливають на її стан, гранично точно дозволяє визначати картину зміни напружено-деформованого стану геотехнологічної системи незалежно від початкових апріорі заданих обмежень. Практична значимість. Забезпечується можливість застосування уніфікованого підходу в пошуку оптимальних показників застосування комбінованих кріплень гірничих виробок, які знаходяться поза зоною й у зоні дії очисних робіт.Цель. Создать модель, позволяющую интегрировать все многообразие выявленных особенностей поведения горного массива путем дифференциации различных теорий и реальных явлений в единый информационно-аналитический поток. Методика. Системный анализ результатов вычислительных экспериментов, построенный на применении рекурсивной методики оценки расчетной точности получаемых результатов при различных методах геометрического и физического описания отдельных элементов моделирования в расчетной области. Результаты. Получены типовые таблицы, содержащие допустимые величины весовых характеристик для различных моделируемых элементов в обобщенной расчетной области. Сформулирован и реализован в виде расчетного модуля рекурсивный алгоритм анализа эффективности описания исследуемых объектов при решении задач геомеханики сеточными численными методами. Создана система оценки получаемых результатов вычислительного эксперимента при проведении натурных исследований обеспечивающая комплексный анализ изменения состояния породного массива в ходе эксплуатации выбранной системы крепления. Получены условия совмещения расчетных характеристик моделируемых элементов крепи функционирующих в единой грузонесущей системе при динамическом перераспределении усилий. Научная новизна. Полученная обобщенная модель горной выработки и элементов, влияющих на ее состояние, предельно точно позволяет определять картину изменения напряженно-деформированного состояния геотехнологической системы независимо от первоначально априори заданных ограничений. Практическая значимость. Обеспечивается возможность применения унифицированного подхода в поиске оптимальных показателей применения комбинированных крепей горных выработок находящихся вне зоны и в зоне действия очистных работ.This work would not have been possible without the support of “DTEK Energo” company. The studies were performed within the framework of the state-maintained scientific research topics. The authors express special gratitude to professors of the National Mining University – Volodymyr Bondarenko and Iryna Kovalevska – for the support in conducting the research

"Разработка и анализ вычислительной модели геомеханической системы “слоистый массив – крепь выработки” "

Purpose. Substantiating the method for forecasting rock pressure manifestation in the system “layered massif – working support” on the basis of displacement patterns detection at any arbitrary point of the preparatory working circuit during the computational experiments. Methods. Computational experiments were carried out on the basis of the finite element method using the solid computational domain, provided superlimiting non-linear behavior of the simulated materials. The use of numerical grid methods allows creating geometrically and physically complex simulation models and manipulate their state within a wide range. Findings. The calculations defined that with weak links between adjacent strata, acting shear stresses destroy them in the vicinity of working, and the contiguous rock strata deform with mutual sliding. Analysis of reduced stress area allows to substantiate with accuracy sufficient for mining computations a unified average structure of the computational domain that most comprehensively reflects all the main features of a real mining massif which are likely to influence computational error. This choice ensures the introduced error value within 10% in the entire range of mechanical parameters change of the rock massif strata. Originality. Stress-strain state of frame support and patterns of its change with increasing mining depth are non-linear, especially with nearby rock strata entering the superlimiting state; formation of the plastic hinges system along the frame support circuit, which causes the development of such replacements that exclude the possibility of further working exploitation. Practical implications. The proposed method allows to determine the optimal indicators of maintaining a working driven in the finely-layered rock massif, which makes it possible to significantly reduce operation costs.Цель. Обоснование методики прогноза проявлений горного давления в системе “слоистый массив – крепь выработки” на основе выявления закономерностей смещения произвольной точки контура подготовительной выработки при проведении вычислительных экспериментов. Методика. Проведение вычислительных экспериментов было выполнено на основе метода конечных элементов с использованием объемной расчетной области при условии запредельного нелинейного поведения моделируемых материалов. Применение сеточных численных методов позволяет создавать геометрически и физически сложные расчетные модели и при этом манипулировать их состоянием в широких пределах. Результаты. В результате расчетов установлено, что при слабых связях между соседними слоями, действующие касательные напряжения их разрушают в окрестности выработки, и смежные породные слои деформируются с проскальзыванием друг относительно друга. Анализ поля приведенных напряжений позволил с достаточной для горнотехнических расчетов точностью обосновать единую усредненную структуру расчетной области, наиболее полно отражающей все основные особенности реального горного массива, влияющие на погрешность проводимых расчетов. Этот выбор обеспечивает величину привносимой погрешности в пределах 10% во всем диапазоне изменения механических параметров породных слоев горного массива. Научная новизна. Напряженно-деформированное состояние рамной крепи и закономерности его изменения с ростом глубины являются нелинейными, особенно при переходе близлежащих породных слоев в запредельное состояние; образование системы пластических шарниров по контуру рамной крепи способствует развитию таких ее перемещений, которые исключают возможность дальнейшей эксплуатации выработки. Практическая значимость. Выработанная методика позволяет определять оптимальные показатели поддержания горной выработки, пройденной в мелкослоистом породном массиве, что позволяет существенно снизить эксплуатационные затраты.Мета. Обґрунтування методики прогнозу проявів гірського тиску в системі “шаруватий масив – кріплення виробки” на основі виявлення закономірностей зсуву довільної точки контуру підготовчої виробки при проведенні обчислювальних експериментів. Методика. Проведення обчислювальних експериментів було виконано на основі методу кінцевих елементів з використанням об’ємної розрахункової області за умови позамежного нелінійного поводження матеріалів, що моделюються. Застосування сіткових чисельних методів дозволяє створювати геометрично й фізично складні розрахункові моделі й при цьому маніпулювати їх станом у широких межах. Результати. У результаті розрахунків встановлено, що при слабких зв’язках між сусідніми шарами, діючі дотичні напруження їх руйнують в околиці виробки, і суміжні породні шари деформуються із проковзуванням один щодо одного. Аналіз поля наведених напруг дозволив з достатньою для гірничотехнічних розрахунків точністю обґрунтувати єдину усереднену структуру розрахункової області, що найбільше повно відбиває всі основні особливості реального гірського масиву, що впливають на погрішність проведених розрахунків. Цей вибір забезпечує величину погрішності, що привноситься, у межах 10% у всьому діапазоні зміни механічних параметрів породних шарів гірського масиву. Наукова новизна. Напружено-деформований стан рамного кріплення та закономірності його зміни з ростом глибини є нелінійними, особливо при переході прилеглих породних шарів у позамежний стан; утворення системи пластичних шарнірів по контурі рамного кріплення сприяє розвитку таких її переміщень, які виключають можливість подальшої експлуатації виробки. Практична значимість. Створена методика дозволяє визначати оптимальні показники підтримки гірничої виробки, яку пройдено в дрібношаруватому породному масиві, що дозволяє істотно знизити експлуатаційні витрати

State support of stability in Coal-Donbas regions

Purpose. To develop a new approach to feasibility assessment mechanism of supporting production facilities of loss-making mines in Donetsk and Dnipropetrovsk regions. Methods. To solve the objective set, a complex approach was used including as-sessment of enterprise investment attractiveness, determination of production potential, definition of the ability to switch to a break-even mode. The process for planning ways to save the industrial potential of coal-mining regions may be considered as the reflection of multidimensional space (initial and design values) into the one-dimensional (amount of investment money). Findings. It has been established that on the stage of building a model for managing mine unprofitability decrease processes, it is necessary to overview 8-10 factorial features, which may determine the formation of economic potential, taking into consideration peculiarities of remaining deposit bedding and their quality, as integral assessment of mine potential in terms of (state and non-state) investment perception. The objective set comes down to selection of the mini-mum number of factors, which would the most adequately reflect the mine internal potential expressed by economic value added – as a consequence of interaction of factors of coal mine economic activities in specific mining, geological and technological conditions. Originality. The academic novelty is that as a complex component of the state of the loss-making mine, it is reasonable to use an indicator of economic reliability, which synthesizes the capacity of links, economic level of technical and economic indicators and the amount of remaining deposits. The latter determine the residual life of the mine, physical content of the proposed indicators is not identical, and it is this fact, which allows for their joint use to obtain a more complete estimate than when using any single indicator. Practical implications. Practical significance includes actual assessment of the state of Donbass coal enterprises and determination of marginal break-even indicators, which allowed for the formation of recommendations for attracting financial resources

Development and implementation of technical and economic model of the potential of operation schedules of coal mines

The purpose of this research is to determine parameters concerning development of the perspective time program to extract reserves providing complete predictability of the progress of mining operations within the sequent areas of a mine field. The conditions are those under which any mine can provide rather stable mining of the intended coal volumes; labour productivity increases within the prescribed limits as a result of its production and economic activities the mine raises the amount of money required to provide resource potential. Methods. Algorithm, relying upon economic and mathematical model to determine values of basic parameters within the coordinate system of technical and economic potential of a mine, is the basis to form such an algorithm for the determination of a potential of operation schedule of a mine as well as strategic parameters of its implementation. The priority obviousness of the basic parameters, identifying a level of operation schedule, depends upon their closeness to the factors being arguments of lower orders. That is why optimization process involved the development of a system of additional restrictions reflecting interconnections between factors of the first order and lower orders. Findings. Analysis of functional relationships and correlation relationships between variables in the context of corresponding equations has helped determine new analytical dependences which, together with the available functional dependences between production characteristics of a mine, make it possible to develop a model to determine values of basic parameters of operation schedule of a mine. In this context, the obtained model is completed with additional restrictions, certain meanings of each variables and the problem solving is limited by Pareto set for the selected variables. Scientific novelty. As for the mines, which standing is characterized by the optimization indices, priority of effect on strategic parameters of their production activities, should be as follows: first, effect on the parameters which actual values excess their critical value, determined in terms of zero value of economic added value under formation, corresponds to relative deviation of the parameter actual value from its critical value (maximum to minimum); second, effect on the parameters, which values do not excess their critical values but differ from their optimum ones, determined for the reference economic potential, should be performed in accordance with a coefficient of the parameter elasticity as for such integral index as "economic added value" (greater to lesser). Practical relevance. Implementation of the model, intended to determine technical and economic potential of mines with the development of Pareto sets, has made it possible to obtain both minimum and maximum values of longwall advance for a group of anthracite mines in Shakhtarsk and Dolzhansk-Rovenky regions to be analyzed. Selection of a reference level of technical and economic potential of a mine, which is less than zero, makes it possible to make a decision concerning closing of certain mines based upon economic expediency, i.e. added value creation. Owing to the abovementioned, two groups of Ukrainian anthracite mines have been identified which are determined as profitable or unprofitable relying upon objective indices. That also helped specify a status of "depressive territories" where underdevelopment in social and economic sphere takes place

Геостатистическое оценивание агрегатной структуры почвы как композитной переменной

В статье рассмотрены подходы для статистического оценивания композитных переменных. Агрегатная структура почвы описывается показателями, которые относятся к категории композитных переменных, т.е. таких, которые в сумме всегда составляют фиксированное число (в нашем случае это 100 %). Математические свойства композитных переменных существенно ограничивают возможность различного типа математических действий, в том числе статистического анализа, над данными по агрегатной структуре почвы. Для применения статистических и других математических методов анализов данных агрегатной структуры эти данные должны быть предварительно трансформированы. Классический коэффициент структурности почвы наиболее близок по идеологии к трансформированным переменным, но его математическая форма не в полной мере отвечает требованиям дальнейших статистических процедур, так как является в некоторой степени произвольной. В литературе существуют различные варианты базисов ортогональной лог-трансформации данных, но нет экологически обоснованных критериев для их выбора. Для выбора наилучшего базиса трансформации нами предложен метод сравнения матриц результатов трансформации с матрицами эдафических свойств либо матрицами морфометрических показателей растений. Оптимальное решение представляет такой базис, который дает лучшую корреляцию с матрицами внешних по отношению к композитной переменной свойств. Ординарный и частный тесты Мантеля позволили установить, что варьирование агрегатной структуры почвы является причиной изменчивости морфометрических показателей кукурузы из посевов, находящихся на данной почве. В свою очередь корреляция агрегатной структуры с прочими эдафическими свойствами является следствием их согласованной изменчивости в силу единства почвы как естественно-исторического тела

Спрощення надійнісних схем методом структурних перетворень

Визначення надійнісних характеристик технічних об’єктів є особливо-важливим завданням на етапі проектування складних технічних систем, проте не менш важливим є визначення цих характеристик і в процесі експлуатації систе, що дозволить з достатньою ефективністю планувати необхідність проведення ремонтних та відновлювальних робіт.Definition nadiynisnyh characteristics of technical objects is especially - important task in the design phase of complex technical systems, but equally important is the determination of these characteristics and the operation of systems that allow efficient plan with sufficient need for repair and reconstruction

Organization of production activities of a regional coal-mining complex

Objective is to propose a new approach to investment allocation in the group of coal-mining enterprises. Methods. To solve the specified objective, a complex approach has been applied including assessment of enterprise investment attractiveness, determination of production potential, and definition of the possibility to switch to a break-even mode. The process of planning the ways to save industrial potential of coal-mining regions may be considered as the representation of multidimensional space (initial and design values) in terms of the one-dimensional (amount of investment money) one. Findings. It has been established that the stage dealing with the development of a model for managing processes for mine unprofitability reduction should involve consideration of 8-10 factorial features, which may determine the formation of economic potential, taking into account peculiarities of the remaining deposits and their quality, as the integral assessment of mine potential in terms of both state and non-state investments. The formulated objective means selection of the minimum number of factors, which would reflect in the most adequate way the internal potential of a mine expressed by economic added value – as a consequence of interaction of factors of coal mine economic activities in specific mining, geological, and technological conditions. Originality of the research is in the fact that it is expedient to use an indicator of economic reliability, which synthesizes the capacity of links, economic level of technical and economic indicators, and the amount of remaining deposits, as a complex component of the level of an unprofitable mine. The mentioned indicators determine the residual life of the mine. Their physical content is not identical; and it is the fact that helps (in terms of their joint use) obtain more complete estimate than when using any single indicator. Practical implications. Practical significance includes actual assessment of the state of Donbas coal enterprises and determination of marginal break-even indicators, which has made it possible to elaborate recommendations for attracting financial resources

Method of subpixel processing of high resolution edge during clearance photoshop registration

Предложена методика субпиксельной обработки положения края повышенного разрешения при регистрации объекта на просвет. Осуществлено имитационное моделирование результатов субпиксельной регистрации на примере идеальной системы регистрации. Установлены ограничения работы системы в условиях высокой и низкой освещенности, сформулированы условия стабильной работы системы. Исследовано поведение системы при регистрации полупрозрачных объектов, осуществлена оценка значения среднеквадратичного отклонения σsub для результатов моделирования работы идеальной системы регистрации на 8-битовой ПЗС-линейке. Проведены оценочные расчеты среднеквадратичного отклонения σsub для 12-битовой ПЗС-линейки. The technique of subpixel processing of the position of the edge with increased resolution when the object is registered for lumen is proposed. Simulation modeling of the results of subpixel registration is carried out on the example of an ideal registration system. The limitations of the system operation in high and low light conditions are established, the conditions of stable operation of the system are formulated. The behavior of the system in the registration of translucent objects is studied, the value of the standard deviation σsub is estimated for the results of modeling the ideal registration system on the 8-bit CCD-line. The estimated calculations of the standard deviation σsub for the 12-bit CCD-line are carried out

Пептидные аналоги эпитопов взаимодействия протеина А с иммуноглобулинами класса G, их синтез и исследование целевых свойств

Using methods of theoretical conformational analysis, the Phe-Gln-Phe-Tyr-OMe tetrapeptide has been designed and synthesized. Amino acid fragments of this tetrapeptide are present in the active center of protein A, providing its binding with the Fc-fragment of human IgG antibodies. Activity of this tetrapeptide has been confirmed by studies of its binding affinity with Fc-fragment of human IgG antibodies.С помощью методов теоретического конформационного анализа отобрана структура и осуществлен синтез тетра-пептида формулы Phe-Gln-Phe-Tyr-OMe, аминокислотные остатки которого входят в состав активного центра протеина А, обеспечивающего его связывание с Fc-фрагментом иммуноглобулинов класса G. Активность данного тетрапеп-тида подтверждена исследованиями аффинности связывания с Fc-фрагментом иммуноглобулинов класса G

Конструирование иммуноглобулинсвязыващих пептидов на основе анализа взаимодействия протеина A Staphylococcus aureus с Fc-фрагментом иммуноглобулинов

Over the past decades, molecular docking has become an increasingly popular tool for the development of new drugs. To search and design new compounds, a detailed study of the interaction of existing complexes of ligands with the target protein is necessary. According to the purpose to identify amino acid residues of the B domain of protein A of Staphylococcus aureus involved in interaction with immunoglobulins G, we studied the interaction mechanisms during the formation of a complex of protein A of the Staphylococcus aureus cell wall and immunoglobulins G by molecular docking. By the means of molecular docking we selected four amino acid residues of Phe132, Gln129, Tyr133 and Phe124, which we can use to construct a peptide analog of the active binding site of protein A with the Fc fragment of immunoglobulins G. The obtained results can serve as starting point for an effective strategy for finding new medicines, in particular, they can be used to further develop biospecific sorbent for the selective removal of immunoglobulins G from human blood.За последние десятилетия молекулярный докинг становится все более популярным инструментом в разработке новых препаратов. Для поиска и дизайна новых соединений необходимо детальное изучение взаимодействия уже существующих комплексов лигандов с белком-мишенью. С целью установления перечня аминокислотных остатков В-домена протеина А Staphylococcus aureus, которые образуют связи с иммуноглобулинами класса G, проводилось изучение механизмов взаимодействия при образовании комплекса протеина А клеточной стенки золотистого стафилококка и иммуноглобулинов класса G методом молекулярного докинга. По данным молекулярного докинга нами были отобраны четыре аминокислотных остатка Phe132, Gln129, Tyr133 и Phe124, на основании которых можно сконструировать пептидный аналог активного центра связывания протеина А с Fc-фрагментом иммуноглобулинов класса G. Полученные результаты могут послужить отправной точкой для эффективной стратегии поиска новых средств для медицины, в частности для дальнейшей разработки биоспецифического сорбента для избирательного удаления иммуноглобулинов класса G из крови человека