Mathematical modeling of tight roof periodical falling

The paper proposes a method to determine of a coal seam roof falling step basing upon the analysis of stress and strain state of the rock mass area with mine workings formed as a result of coal preparatory and extraction operations. A boundary element method has been applied to define stress and strain state (SSS). Fissuring of enclosing rocks was modeled by means of transversal-isotropic medium. Dependence of destructed rocks zone height within the roof of a seam being mined upon the weakening of the rock mass due to its fissuring and mine working geometry has been determined. Effect of fissility on the periodical roof falling step has been studied. Changes in support loads in the process of stope advance have been determined. A scheme of partial backfilling of the worked out area has been proposed to maintain the support in its working order

Methodology of researching the process of obtaining composite fuel from coal processing waste

In solving the problem of developing coal preparation wastes in the production of composite fuels, such as coal sludge and braize, reliable knowledge about various physical and mechanical characteristics of waste is important [1-5], since they are the initial calculated values for equipment design [6-10]. To study the process of electrokinetic agglomeration and the choice of optimal parameters, a complex technique is required, including the determination of: physical, mechanical and chemical properties of the initial coal sludge, ways of influencing the production mode of compositions by bringing the state of the initial material to its required parameters (preparation and influence on physical and chemical properties)

Determination of composite fuel parameters in the operation of technogenic deposits of coal mining enterprises

The research provides the determining of the parameters for composite fuel in the operation of technogenic deposits at coal mining enterprises. The qualitative characteristics of technogenic raw materials are determined, and the parameters of technological processes to produce composite fuel are established: preparation (screening or grinding), physical and chemical influence on the state of raw materials, mixing, production, and drying (if necessary) to obtain suitable fuel. Based on the particle size distribution (as well as sedimentation analysis for waste fractions up to 50 μm) and chemical composition (with the determination of moisture, volatile matter, ash, and sulphur content) it was found that the physicochemical parameters for each type of industrial waste, when preparing them for use in the production of composite fuels, have been established. A technological classification of technogenic materials has been developed, which makes it possible to systematize technical issues in the implementation of preparation processes, physical and chemical influences, mixing, production, and drying to obtain suitable fuel

Mine Field Preparation and Coal Mining in Western Donbas: Energy Security of Ukraine—A Case Study

Recent world trends have shown that a country’s political security depends on its fuel and energy supply. In Ukraine, these issues are managed by the United Energy System of Ukraine (USE). The USE consists of a set of power plants as well as electric and thermal networks operating in the general mode of production, transmission and distribution of electric and thermal energy. Nuclear power plants (NPPs), thermal power plants (TPPs), hydroelectric power plants (HPPs), thermal power plants (CHPs), as well as power plants run on alternative (renewable) sources of electricity (solar, wind, bio- and others). They are operating in one system. All of them are connected by the main electric networks. Thermal power plants (TPPs) produce nearly 27% of all electrical energy in Ukraine [1]. Recently, the amount of commercial coal required by Ukraine’s energy sector has increased from 19 to 21 million tons. In 2021, coal production had decreased by approximately 7.7% compared to 2020. Accordingly, this requires the import of coal [1]. Therefore, increasing the efficiency of coal mining is an urgent scientific and practical task.Ukrainian electricity production sector is in a critical situation. It is necessary to increase the coal production to ensure the continuity of electricity production. In this paper, an analysis of coal mining in western Donbas, Ukraine, was presented. The crucial thing is to increase coal production in this region. The new calculation schemes were proposed to increase coal extraction in Donbas mines. The coal pillar parameters, which are necessary for the effective control of the rock pressure caused by the stooping, were substantiated. The obtained parameters for the coal pillars will allow extracting more coal, safely and quickly dismantling the mechanized complex and effectively protecting the ongoing mine work. The case study helps determine the coal losses because of pillar leaving and to improve the stability of the main haulage roads located in the zone of the stooping effect as well as to achieve additional coal production in the mine. Such a technological solution allows to extract the coal more fully at the final parts of the extractive columns and to obtain an additional economic effect. The increase in coal production in coal mines of western Donbas will increase the energy security of all Ukraine

Підвищення ефективності процесів перенесення при застосуванні неоднорідного псевдозрідження

The processes of dehydration and granulation are associated with the heat transfer to the solid particles from the gas coolant, which acts as a fluidizing agent and causes the stochastic movement of the granular material in the apparatus. To implement the layered structure mechanism of granulation of organic-mineral fertilizers it is necessary to ensure intensive circulation of granular material with intensive gradual passage through the appropriate technological zones of the apparatus. The main problem is the low efficiency of interphase exchange in the gas-liquid-solid system and the formation of agglomerates during granulation with the injection of a liquid heterogeneous solution into the bed of solid granular material. In this work the conditions for increasing the efficiency of the transfer processes when using an inhomogeneous jet-pulsating mode of fluidization were determined. Analysis of the intensity of renewal of the contact surface of the phases when using inhomogeneous jet-pulsating fluidization in the self-oscillating mode was carried out. It was established that the use of this mode of fluidization allows getting a significant intensification of heat and mass transfer processes due to the activation of diffusion-controlled processes and an increase in the dynamics of interphase contact exchange by 1.9÷2.9 m2/s, which is 27÷41% of the total surface of the material in device.Процеси зневоднення та грануляції пов’язані з перенесенням теплоти до твердих частинок від газового теплоносія, який також виконує роль зріджувального агенту та спричиняє стохастичне переміщення зернистого матеріалу в апараті. Для реалізації пошарового механізму грануляції органо-мінеральних добрив необхідно забезпечити інтенсивну циркуляцію зернистого матеріалу з поступовим проходженням через відповідні технологічні зони апарата: зону інтенсивного теплообміну, зону висхідного потоку, зону зрошення, та зону низхідного руху (релаксації). При цьому за допомогою механічного пристрою у псевдозріджений шар диспергується рідка фаза, яка за рахунок адгезійно-сорбційних сил розподіляється у вигляді тонкої рідкої плівки на поверхні гранул. Невирішеною науковою проблемою є низька ефективність міжфазового обміну в системі газ-рідина-тверде тіло та утворення агломератів при грануляції з підведенням рідкого гетерогенного розчину в шар зернистого матеріалу. Тому дослідження впливу гідродинамічної обстановки в камері гранулятора на забезпечення умов інтенсивного перемішування та переміщення зернистого матеріалу через встановлені технологічні зони грануляції при неоднорідному псевдозрідження є надзвичайно актуальним. Метою роботи було визначення умов підвищення ефективності процесів перенесення при застосуванні неоднорідного струменево-пульсаційного режиму псевдозрідження. Для досягнення поставленої мети у даній роботі проведено аналіз інтенсивності оновлення поверхні контакту фаз при застосуванні неоднорідного струменево-пульсаційного псевдозрідження. Встановлено, що застосування неоднорідного струменево-пульсаційного псевдозрідження в автоколивальному режимі дозволяє суттєво інтенсифікувати процеси тепло-масообміну за рахунок активізації дифузійно-контрольованих процесів та підвищення динаміки обміну міжфазового контакту 1.9÷2.9 м2/с, що становить 27÷41% від загальної поверхні матеріалу в апараті. Це дало можливість при однакових умовах експериментальних досліджень грануляції рідких гетерогенних систем підвищити продуктивність апарата за випареною вологою в 1.5 рази при стійкій кінетиці пошарового механізму з коефіцієнтом грануляції в стаціонарному режимі більше 90%

Mathematical modeling of tight roof periodical falling

The paper proposes a method to determine of a coal seam roof falling step basing upon the analysis of stress and strain state of the rock mass area with mine workings formed as a result of coal preparatory and extraction operations. A boundary element method has been applied to define stress and strain state (SSS). Fissuring of enclosing rocks was modeled by means of transversal-isotropic medium. Dependence of destructed rocks zone height within the roof of a seam being mined upon the weakening of the rock mass due to its fissuring and mine working geometry has been determined. Effect of fissility on the periodical roof falling step has been studied. Changes in support loads in the process of stope advance have been determined. A scheme of partial backfilling of the worked out area has been proposed to maintain the support in its working order

Моделювання гідродинаміки в газорозподільних пристроях для неоднорідного псевдозрідження

An increase in the intensity of diffusion-controlled processes during granulation is provided by apparatuses with nonhomogeneous fluidization, the hydrodynamics of which significantly depends on the structural features of the granulator chamber and the gas distributing device (GDD). The main problem is the formation of stagnant zones on the working surface of GDD, which, when supplying a coolant with temperature that exceeds the melting point of granules, leads to the melting of solids and the termination of the process. In this work, the simulation of hydrodynamics in the granulator chamber was carried out using SolidWorks 2022 SP2 for 4 types of gas distribution devices (GDD) of different configurations with different values of the cross-section coefficient of GDD. The analysis of the simulation results shows that the most significant influence on the hydrodynamic activity index near the surface of GDD iha has the cross-section coefficient of GDD , since even an insignificant increase in the value of φ from 3.0 to 3.5% leads to a significant decrease in the hydrodynamic activity index iha by at least 1.4 times for all considered types of GDD. The simulation of hydrodynamics was carried out without taking into account the presence of solid granular material in the granulator chamber and near the surface of GDD plate.Для реалізації механізму грануляції органо-мінеральних добрив із пошаровою структурою необхідно забезпечити інтенсивну циркуляцію зернистого матеріалу з поступовим проходженням через відповідні технологічні зони апарата: зону інтенсивного теплообміну, зону висхідного потоку, зону зрошення, та зону низхідного руху – релаксації, при ефективність процесу визначається топло- і масообмінних процесів. Підвищення інтенсивності дифузійно-контрольованих процесів при грануляції забезпечується апаратах із неоднорідним псевдозрідженням, гідродинаміка якого суттєво залежить від конструктивних особливостей елементів гранулятора: камери гранулятора та газорозподільного пристрою (ГРП). Невирішеною науковою проблемою є утворення застійних зон на робочій поверхні ГРП, що при підведенні теплоносія, температура якого перевищує температуру плавлення гранул призводить до оплавлення матеріалу та припинення процесу, тому дослідження впливу конструкції ГРП на забезпечення умов якісного неоднорідного псевдозрідження є надзвичайно актуальним. Метою роботи є аналіз та систематизація даних щодо впливу конструкції газорозподільних пристроїв (ГРП) на процес грануляції в умовах струменево-пульсаційного режиму псевдозрідження для забезпечення якісного гідродинамічного режиму. Для досягнення поставленої мети у даній роботі проведено моделювання гідродинаміки у камері гранулятора за допомогою Solid SolidWorks 2022 SP2 для 4 типів газорозподільних пристроїв різної конфігурації із різними значеннями коефіцієнта живого перерізу. Аналіз результатів моделювання показує, що найбільш суттєвий вплив на індекс гідродинамічної активності біля робочої поверхні ГРП iha має коефіцієнт живого перерізу ГРП , оскільки навіть незначене збільшення значення від 3.0 до 3.5% призводить до значного зниження індексу гідродинамічної активності iha мінімум в 1.4 рази для всіх конструкцій ГРП. Однак зменшення коефіцієнта живого перерізу призводить до підвищення гідравлічного опору ГРП, і відповідно енерговитрат тому необхідно також враховувати, що моделювання гідродинаміки проводилось без врахування наявності твердого зернистого матеріалу в камері гранулятора і, відповідно, біля поверхні робочої пластини ГРП. Одержані результати можуть бути використані при проектуванні ГРП щілинного типу для промислового апарата

Mine Field Preparation and Coal Mining in Western Donbas: Energy Security of Ukraine—A Case Study

Ukrainian electricity production sector is in a critical situation. It is necessary to increase the coal production to ensure the continuity of electricity production. In this paper, an analysis of coal mining in western Donbas, Ukraine, was presented. The crucial thing is to increase coal production in this region. The new calculation schemes were proposed to increase coal extraction in Donbas mines. The coal pillar parameters, which are necessary for the effective control of the rock pressure caused by the stooping, were substantiated. The obtained parameters for the coal pillars will allow extracting more coal, safely and quickly dismantling the mechanized complex and effectively protecting the ongoing mine work. The case study helps determine the coal losses because of pillar leaving and to improve the stability of the main haulage roads located in the zone of the stooping effect as well as to achieve additional coal production in the mine. Such a technological solution allows to extract the coal more fully at the final parts of the extractive columns and to obtain an additional economic effect. The increase in coal production in coal mines of western Donbas will increase the energy security of all Ukraine