PRINCIPLES OF ROCK PRESSURE ENERGY USAGE DURING UNDERGROUND MINING OF DEPOSITS

Purpose. To substantiate principles of rock pressure usage during underground mining of deposits. Methodology. Zonal structuring indices of massif around mine workings were established with help of industrial, laboratory and theoretical research of stress-strain state of rock massif. Research on entropy influence on energy exchange and deformations developments in undisturbed rock massif is conducted by means of the entropy method. Research on preventive capsule formation processes around mine workings and forms of energy transition into work of rock deformation is executed with help of the energy method. Development of geo-energy approaches for the choice of development workings pathways and calculation of their bolting parameters as well as substantiation of parameters of conducting stoping operations in energy zones of preventive capsules is executed according to the estimation of geo-energy technology effectiveness and realization of industrial implementation during underground mining of deposits. Findings. Physical essence of zonal capsulation phenomenon of mine workings is revealed. Geo-energy principles of rock pressure energy usage are substantaited. Resource-saving technologies of mining of mineral depositis are created and implemented into production. Originality. The paper deals with systematization of the picture of phenomena, capsulation processes and regularities by massif of mine workings with determination of shape, sizes, quantity of energy zones, sinusoidal-damping stresses and ring modules of deformation by means of complex account of geo-energy factors that allow using energy of rock pressure in underground mining technologies systematically. Practical value. The energy prediction theory of zonal capsulation parameters research of mine workings is developed which allows studying shapes, sizes, quantity and conditions of formation of energy zones and borders of possible destruction of the massif. Power dependences are established as to changing the sizes of adjacent power zones whose ratio is a constant from the sizes and shape, depth of laying and physical properties of massif containing mine working. The thermodynamic theory of massif that is not disturbed by workings is improved by means of considering the processes of geo-energy streams redistribution and entropy exchanging with allocation into undisturbed massif in a separate entropy method of research. Further development of the sinusoidal-fading dependence of auto-wave fluctuations of stresses in massif that broken by mine workings from gradients of density, temperature, gas-and water saturations of rocks is given.Мета. Обґрунтувати принципи використанням енергії гірського тиску при підземній розробці ро- довищ. Методика. Встановлення показників зонально- го структурування масиву навколо виробок вико- нано за допомогою промислових, лабораторних і теоретичних досліджень напружено-деформовано- го стану масиву порід. Дослідження впливу ентро- пії на обмін енергією та розвиток деформацій у не- порушеному масиві порід виконано за допомогою ентропійного методу. Дослідження процесів фор- мування запобіжних капсул навколо виробок і форм перетворення енергії в роботу деформування порід виконано за допомогою енергетичного мето- ду. Розробка геоенергетичних підходів до вибору трас підготовчих виробок і розрахунку параметрів їх кріплення, а також обґрунтування параметрів проведення очисних робіт в енергетичних зонах за- побіжних капсул виконані за даними оцінки ефек- тивності геоенергетичних технологій і реалізаціі промислового впровадження при підземній роз- робці родовищ. Результати. Розкрита фізична сутність феноме- ну зонального капсулювання гірничих виробок. Обґрунтовані геоенергетичні принципи викорис- тання енергії гірського тиску. Створені та впрова- джені у виробництво ресурсозберігаючі технології розробки родовищ. Наукова новизна. Систематизована картина явищ, процесів і закономірностей капсулювання масивом гірських виробок з визначенням форми, розмірів, кількості енергетичних зон, синусоїдаль- но-згасаючих напружень і кільцевих областей де- формації за рахунок комплексного врахування гео- енергетичних факторів, що дозволило цілеспрямо- вано використовувати енергію гірського тиску в технологіях розробки родовищ. Практична значимість. Розроблена енергетична теорія прогнозування зонального капсулювання гірничих виробок, що дозволяє досліджувати пара- метри енергетичних зон: форми, розміри, кількість, умови утворення й межі можливого руйнування масиву. Встановлені степеневі залежності зміни розмірів суміжних енергетичних зон, співвідно- шення яких є константою від розмірів і форми, глибини закладення й фізичних властивостей ма- сиву, що вміщає виробка. Удосконалена термоди- намічна теорія стану непорушеного виробками ма- сиву порід за рахунок урахування процесів перероз- поділу потоків геоенергії та обміну ентропією в не- порушеному масиві з виділенням в окремий метод дослідження – ентропійний. Отримала подальше уточнення синусоїдально-згасаюча залежність ав- тохвильових коливань напружень у порушеному виробками масиві від градієнтів щільності, темпе- ратури, газо- та водонасиченості гірських порід.Цель. Обосновать принципы использования энергии горного давления при подземной разра- ботке месторождений. Методика. Установление показателей зонально- го структурирования массива вокруг выработок вы- полнено с помощью промышленных, лаборатор- ных и теоретических исследований напряженно- деформированного состояния массива пород. Ис- следование влияния энтропии на обмен энергией и развитие деформаций в нетронутом массиве пород выполнено с помощью энтропийного метода. Ис- следование процессов формирования предохрани- тельных капсул вокруг выработок и форм преобра- зования энергии в работу деформирования пород выполнено с помощью энергетического метода. Разработка геоэнергетических подходов к выбору трасс подготовительных выработок и расчету пара- метров их крепления, а также обоснование параметров проведения очистных работ в энергетических зонах предохранительных капсул выполнены по данным оценки эффективности геоэнергетических технологий и реализации промышленного внедрения при подземной разработке месторождений. Результаты. Раскрыта физическая сущность феномена зонального капсулирования горных выра- боток. Обоснованы геоэнергетические принципы использования энергии горного давления. Созданы и внедрены в производство ресурсосберегаю- щие технологии разработки месторождений. Научная новизна. Систематизирована картина явлений, процессов и закономерностей капсулиро вания массивом горных выработок с определением формы, размеров, количества энергетических зон, синусоидально-затухающих напряжений и кольце вых областей деформации за счет комплексного учета геоэнергетических факторов, позволяющих целенаправленно использовать энергию горного давления в технологиях разработки месторожде ний. Практическая значимость. Разработана энерге тическая теория прогнозирования зонального кап сулирования горных выработок, позволяющая ис следовать параметры энергетических зон: формы, размеры, количество, условия образования и гра ницы возможного разрушения массива. Установ лены степенные зависимости изменения размеров смежных энергетических зон, соотношение кото рых является константой от размеров и формы, глубины заложения и физических свойств массива, вмещающего выработку. Усовершенствована тер модинамическая теория состояния ненарушенного выработками массива горных пород за счет учета процессов перераспределения потоков геоэнергии и обмена энтропией в ненарушенном массиве с вы делением в отдельный метод исследования – эн тропийный. Получила дальнейшее уточнение си нусоидально-затухающая зависимость автоволно вых колебаний напряжений в нарушенном выра ботками массиве от градиентов плотности, темпе ратуры, газо- и водонасыщенности горных пород

Acoustic Attenuation by Two-dimensional Arrays of Rigid Cylinders

In this Letter, we present a theoretical analysis of the acoustic transmission through two-dimensional arrays of straight rigid cylinders placed parallelly in the air. Both periodic and completely random arrangements of the cylinders are considered. The results for the sound attenuation through the periodic arrays are shown to be in a remarkable agreement with the reported experimental data. As the arrangement of the cylinders is randomized, the transmission is significantly reduced for a wider range of frequencies. For the periodic arrays, the acoustic band structures are computed by the plane-wave expansion method and are also shown to agree with previous results.Comment: 4 pages, 3 figure

Potential for Development and Limitations of Regional Business Environment

The article considers some questions of institutional support for the development of the regional business environment. In connection with constantly growing social liabilities of regional and municipal authorities, which results in the upsurge of risks of budget imbalance at respective levels, the research provides a foundation to the necessity of forming favorable business environment promoting enterprise activity in regions. The process of creating institutes of a region’s business environment is analyzed with applying a matrix institutional model of entrepreneurship. The article reveals the mechanism stipulating the emergence of specific peculiarities of institutional configurations of the regional business environment. A conclusion is drawn about the decisive role of the institutional configuration of the business environment in the existing differences in the levels of social and economic development of regions. The researchers put forward a hypothesis that supporting a favorable institutional configuration of a region’s business environment that stimulates enterprise activity in the area cannot last indefinitely as its development is of a cyclical nature. Simulation parameters for the formation and maintenance of a favorable institutional configuration of the business environment are given. With the aim of practical application of the suggested approach, the authors suggest a methodology allowing for regional authorities to estimate the expediency of favorable institutional configuration of business environment, and on this basis to formulate rules of play for business so that these rules could boost business activity and increase the contribution of entrepreneurship to the region’s social and economic development. The approach under consideration provides an opportunity to substantiate a theoretical and methodological framework for developing practical mechanisms of projecting and further long-term maintenance of favorable institutional configuration of business environment which will contribute to expanding the region’s business activity, and which is resistant to negative effects of the external environment.Work produced with the financial support of the grant FSBI “Russian Humanitarian Science Foundation” in the framework of scientific — research project “Interaction of authority and business organizations in the municipalities: through compromise to mutual loyalty» № 15-12-02008

A model of rotating hotspots for 3:2 frequency ratio of HFQPOs in black hole X-ray binaries

We propose a model to explain a puzzling 3:2 frequency ratio of high frequency quasi-periodic oscillations (HFQPOs) in black hole (BH) X-ray binaries, GRO J1655-40, GRS 1915+105 and XTE J1550-564. In our model a non-axisymmetric magnetic coupling (MC) of a rotating black hole (BH) with its surrounding accretion disc coexists with the Blandford-Znajek (BZ) process. The upper frequency is fitted by a rotating hotspot near the inner edge of the disc, which is produced by the energy transferred from the BH to the disc, and the lower frequency is fitted by another rotating hotspot somewhere away from the inner edge of the disc, which arises from the screw instability of the magnetic field on the disc. It turns out that the 3:2 frequency ratio of HFQPOs in these X-ray binaries could be well fitted to the observational data with a much narrower range of the BH spin. In addition, the spectral properties of HFQPOs are discussed. The correlation of HFQPOs with jets from microquasars is contained naturally in our model.Comment: 8 pages, 4 figures. accepted by MNRA

Diffuse Neutron Scattering Study of Relaxor Ferroelectric (1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PZN-xPT)

Diffuse neutron scattering is a valuable tool to obtain information about the size and orientation of the polar nanoregions that are a characteristic feature of relaxor ferroelectrics. In this paper, we present new diffuse scattering results obtained on Pb(Zn1/3Nb2/3)O3 (PZN for short) and (1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PZN-xPT)single crystals (with x=4.5 and 9%), around various Bragg reflections and along three symmetry directions in the [100]-[011] zone. Diffuse scattering is observed around reflections with mixed indices, (100), (011) and (300), and along transverse and diagonal directions only. No diffuse scattering is found in longitudinal scans. The diffuse scattering peaks can be fitted well with a Lorentzian function, from which a correlation length is extracted. The correlation length increases with decreasing temperatures down to the transition at Tc, first following a Curie-Weiss law, then departing from it and becoming flat at very low temperatures. These results are interpreted in terms of three temperature regions: 1) dynamic polarization fluctuations (i.e. with a finite lifetime) at high temperatures, 2) static polarization reorientations (condensation of polar nanoregions) that can still reorient as a unit (relaxor behavior) at intermediate temperatures and 3) orientational freezing of the polar nanoregions with random strain fields in pure PZN or a structural phase transition in PZN-xPT at low temperatures. The addition of PT leads to a broadening of the diffuse scattering along the diagonal ([111]) relative to the transverse ([100]) direction, indicating a change in the orientation of the polar regions. Also, with the addition of PT, the polar nanoregions condense at a higher temperature above Tc.Comment: AIP 6x9 style files, 9 pages, 5 figures, Conference-Fundamental Physics of Ferroelectrics 200

Statistics of Lyapunov exponent in one-dimensional layered systems

Localization of acoustic waves in a one dimensional water duct containing many randomly distributed air filled blocks is studied. Both the Lyapunov exponent and its variance are computed. Their statistical properties are also explored extensively. The results reveal that in this system the single parameter scaling is generally inadequate no matter whether the frequency we consider is located in a pass band or in a band gap. This contradicts the earlier observations in an optical case. We compare the results with two optical cases and give a possible explanation of the origin of the different behaviors.Comment: 6 pages revtex file, 6 eps figure

Monoclinic phase in the relaxor-based piezo-/ ferroelectric Pb(Mg1/3_{1/3}Nb2/3)O3_{2/3})O_3-PbTiO3_3 system

A ferroelectric monoclinic phase of space group $Cm$ ($M_A$ type) has been discovered in 0.65Pb(Mg$_{1/3}$Nb$_{2/3})O_3$-0.35PbTiO$_3$ by means of high resolution synchrotron X-ray diffraction. It appears at room temperature in a single crystal previously poled under an electric field of 43 kV/cm applied along the pseudocubic [001] direction, in the region of the phase diagram around the morphotropic phase boundary between the rhombohedral (R3m) and the tetragonal (P4mm) phases. The monoclinic phase has lattice parameters a = 5.692 A, b = 5.679 A, c = 4.050 A and $\beta$ = $90.15^{\circ}$, with the b$_m$-axis oriented along the pseudo-cubic [110] direction . It is similar to the monoclinic phase observed in PbZr$_{1-x}$Ti$_x$O$_3$, but different from that recently found in Pb(Zn$_{1/3}$Nb$_{2/3})O_3$-PbTiO$_3$, which is of space group $Pm$ ($M_C$ type).Comment: Revised version after referees' comments. PDF file. 6 pages, 4 figures embedde