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

Abelian monopoles in finite temperature lattice SU(2) gluodynamics: first study with improved action

The properties of the thermal Abelian color-magnetic monopoles in the maximally Abelian gauge are studied in the deconfinement phase of the lattice SU(2) gluodynamics. To check universality of the monopole properties we employ the tadpole improved Symanzik action. The simulated annealing algorithm combined with multiple gauge copies is applied for fixing the maximally Abelian gauge to avoid effects of Gribov copies. We compute the density, interaction parameters, thermal mass and chemical potential of the thermal Abelian monopoles in the temperature range between Tc and 3Tc. In comparison with earlier findings our results for these quantities are improved either with respect to effects of Gribov copies or with respect to lattice artifacts.Comment: 11 pages, 14 figures, 5 tables; substantially changed version, title change

Ecological and technological aspects of iron-ore underground mining

Purpose. To substantiate drilling-and-blasting technologies allowing to reduce the amount of hazardous substances affecting the level of ecological safety during underground ore mining. Methods. The laboratory research of atmospheric air condition in the vicinity of mine were conducted by means of the physical-chemical analysis. The normative technique for calculation of harmful substances concentration in the atmospheric air was used for defining peculiarities of ecologically hazardous substances dispersion in the atmosphere from mine ventilation shafts. Findings. The research into ecological condition of the atmospheric air in the vicinity of iron-ore mine allowed to reveal the regularities of changing the ground level concentration of ecologically hazard substances depending on the distance to the ventilation shaft. Values of hazard indices were determined for different distances from the emission source in the cases of TNT-based and emulsion explosives application. Originality. Regularities of hazard index change depending on the ground level concentration of ecologically hazardous substances and the distance to emission sources were established. Practical implications. The new technology of drilling-and-blasting operations using eco-friendly emulsion explosives during ore deposits mining by means of square-chamber system is proposed. It will allow to lessen ecological hazard indices of harmful substances effect.Цель. Обосновать технологии выполнения буровзрывных работ, позволяющих снизить количество опасных веществ, влияющих на уровень экологической безопасности при подземной разработке руд. Методика. Лабораторные исследования состояния атмосферного воздуха в районе расположения шахты выполнялись с помощью физико-химического анализа. Для определения особенностей рассеивания экологически от вентиляционных стволов шахты использовалась нормативная методика расчета концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе. Результаты. Исследование экологического состояния атмосферного воздуха вблизи железорудной шахты позволило выявить закономерности изменения приземной концентрации экологически опасных веществ от расстояния до вентиляционного ствола. Установлены значения индексов опасности при изменении расстояния от источника выброса при использовании тротилосодержащих и эмульсионных взрывчатых веществ. Научная новизна. Установление закономерностей изменения индекса опасности в зависимости от приземной концентрации экологически опасных веществ и расстояния до источников выброса. Практическая значимость. Предложена новая технология ведения буровзрывных работ, которая предполагает использование экологически чистых эмульсионных взрывчатых веществ при отработке рудных залежей с помощью камерных систем разработки, что позволит снизить индексы экологической опасности влияния вредных веществ.Мета. Обґрунтувати технології виконання буропідривних робіт, які дозволили знизити кількість небезпечних речовин, що впливають на рівень екологічної безпеки при підземній розробці руд. Методика. Лабораторні дослідження стану атмосферного повітря в районі розташування шахти виконані за допомогою фізико-хімічного аналізу. Для визначення особливостей розсіювання екологічно небезпечних речовин від вентиляційних стволів шахт використана нормативна методика визначення концентрацій шкідливих речовин в атмосфері. Результати. Дослідження екологічного стану атмосферного повітря поблизу залізорудної шахти дозволили встановити закономірності зміни приземної концентрації екологічно небезпечних речовин від відстані до вентиляційного ствола. Встановлено значення індексів небезпеки при зміні відстані від джерела викиду при використанні тротиловмістких і емульсійних вибухових речовин. Наукова новизна. Встановлені закономірності зміни індексу небезпеки у залежності від приземної концентрації екологічно небезпечних речовин і відстані до джерел викиду. Практична значимість. Запропоновано нову технологію ведення буропідривних робіт, яка передбачає використання екологічно чистих емульсійних вибухових речовин при розробці рудних покладів за допомогою камерних систем розробки, що дозволило знизити індекси екологічної небезпеки впливу шкідливих речовин.За предоставление исходных данных и оказанную поддержку при проведении лабораторных исследований авторы выражают благодарность директору по производству В.Ю. Усатому и главному специалисту по охране окружающей среды В.Ю. Самойлову ЧАО “Запорожский ЖРК” (г. Днепрорудное)

Optoelectronic properties and characteristics of doping superlattices

Optical and electric properties of doping superlattices, or n-i-p-i crystals, can be varied in a wide range under excitation and through the choice of the thicknesses and doping of the crystal layers. Some basic results concerned the transformation of the electron energy spectrum of doping superlattices are summarized. Parameters and characteristics of doping superlattices related to optoelectronics devices, such as photodetectors, laser diodes, and optical modulators, are presented

Nonlinear optical processes in doped semiconductor superlattices

For doped semiconductor superlattices we have analyzed the effects of absorption saturation and change in the refractive index depending on the level of their excitation and structure parameters. The calculations were carried out with account for the tails of the density of states and screening of the electrostatic potential. It is shown that doped superlattices may display "shading," i.e., the increase in the absorption coefficient at a fixed frequency with increase in light intensity. For δ-doped superlattices a stronger nonmonotonicity of the change in the refractive index with increase in the excitation level in comparison with typical structures can manifest itself