6.4. Системные основания горной технолгии

Велико есть дело достигать в глубину земную разумом, куда руками и оку достигнуть возбраняет натура, странствовать размышлением в преисподней, проникать рассуждением сквозь тесные расселины и, вечною ночью помраченные, вещи и деяния выводить на солнечную ясность

М. Ломоносов

ГОРНАЯ ВЫРАБОТКА – искусственная полость в земной коре, образуемая в в результате ведения горных работ.

ГОРНОЕ ДЕЛО – область деятельности человека по освоению недр Земли. Включает все виды техногенного воздействия на земную кору, гл. образом извлечение п. и., их первичную переработку и научные исследования, связанные с горными технологиями.

ТЕХНОЛОГИЯ ГОРНАЯ – совокупность приемов и способов изменения природного состояния недр Земли с целью получения минеральных продуктов или использования подземных пространств, (Горная энциклопедия, т.2 и 5).

Горн: физическая основа механизма способа и технологии разработки месторождений полезных ископаемых (РМПИ). На предложение указать корень слова «горный» почти однозначно получаем ответ: «гор», потому что мол «гора», «гористый». А что, если усомниться в таком основании и предложить в качестве корня слова «горный» считать «горн»? Горн - немецкое слово – со смысловой основой - полость, труба. В общем случае это - отграниченное пространство - помещение, определяющее степень свободы при перемещении. В нашем контексте это будет означать, что изначально и до настоящего времени при добывании полезных ископаемых используется технология, основанная на создании горнов – искусственных полостей в недрах Земли, потому такая технология и названа - горной.

Горны создаются путем выемки пород, т.е. их выработки. В последующем слово «выработка» стало означать «полость» в широком смысле слова, а указанием ее принадлежности к добыче полезных ископаемых осталось слово «горн». При таком подходе легче осмыслить такие понятия как «горное дело», «горные работы» и конкретизировать сущность определения понятия «технология горная»:

Технология горная – совокупность приемов и способов изменения природного состояния недр Земли на основе производства научно обоснованной системы полостей (горнов) с целью их использования в качестве помещений и получения минеральных продуктов

Обратим внимание: - в горной технологии достижение целей осуществляется только при создании искусственных полостей – горнов. Вот и получилось новое видение технологии. Конечно, можно продолжать полагать, что это просто сопутствующее явление. А можно теперь уж утвердиться, что это не так, потому что используется, как правило, совокупность горнов различного функционального назначения и достижение цели и есть синергетический, системный эффект . Это только на элементарном уровне одна выработка выполняет весь комплекс необходимых функций. Они как бы свертываются в одну – добывание. Вот тогда и виден нас интересующий эффект.

Физико-технический эффект способа в горной технологии. Физико-технический эффект – это физический эффект, используемый в технологический целях. Вполне очевидно, что в любой технологии используется очень много физических эффектов, но определяющие (системообразующие), можно свести до одного. Чтобы «вычислить» такой эффект в горной технологии надо обратиться к анализу технологических процессов и желательно на элементарном уровне, а это значит в нашем случае, как договорились, надо рассмотреть процесс создания единичного горна, а верней, его элементарный акт. Вот уж где нам пригодится личный опыт освоения и использования горной технологии «в песочнице детского сада». Мы с удовлетворением согласимся с тем, что названный элементарный акт состоит из трех широко используемых операций: отделение, перемещение, создание и поддержание условий повторения первых двух и всего акта в целом, т.е. управление. То, что указанное «триединство операций ОПП» широко используется человеком в своей преобразовательной деятельности показать не трудно, достаточно представить, как мы преобразуем булку хлеба в аппетитные кусочки, лежащие на обеденном столе. Другое дело, как выделить физико-технические эффекты, используемые при этом? Начнем с отделения. Обратим внимание на то, что при отделении мы используем, как правило, силу сжатия (на нож, лопату, пику отбойного молотка и т.д.), а разрушающими напряжениями являются всегда – растягивающие. За счет чего этот эффект происходит? Наверно можно с большой долей уверенности согласиться с тем, что эффект перевода сжимающих усилий в растягивающие напряжения возникает только при наличии обнаженной поверхности, которая присуща только полости. Обратим внимание на то, что самая большая полость - это воздушный океан нас окружающий, а самая большая обнаженная поверхность – это поверхность Земли, (дневная поверхность). И всегда, начиная с момента, когда человек впервые выковыривал камень из земли, и до наших дней, когда он за камнем уже проникает в недра Земли на тысячи метров, всегда используется для отделения - обнаженная поверхность полости и сама полость: первая для создания растягивающих напряжений в массиве, а вторая для приема, размещения и перемещения добытого.

Остается только отметить, что методологический «лизинг» дал неожиданный результат, да и аналогия – очень полезная вещь в познании.

Способы горной технологии: открытый, подземный, скважинный. Мы уже знаем (и не понаслышке!), что есть подземный и открытый способы, а на счет скважинного - затрудняемся. И то может не все. Но почему они так называются?.. Без понятия «горна-выработки» и без осмысления принципов классифицирования не обойтись. Самый распространенный вид классифицирования - последовательный с разделением всего объема понятия на два вида, которые в свою очередь уже по новым признакам делятся опять на двое и т.д. Получим так называемое «древо Порфирия». Воспользуемся этим. Разделим все способы горной технологии на два вида по характеру контура главной вскрывающей выработки. Дело в том, что при подземном способе контур выработок в поперечном сечении – замкнутый. При открытом способе – разомкнутый контур, т.е. открытый и сливающийся с дневной поверхностью. В свою очередь, подземные способы разделим вновь на два подвида уже по типу той же главной вскрывающей выработки. Получим – шахтный и скважинный. Открытые способы пока систематизировать не будем. Вот и получим три способа, вместо четырех. С морским способом разберитесь сами.

Структура и процессы горной технологии. Есть дом, в котором мы живем, в котором есть даже моя комната. Есть лифт, на котором я ежедневно приезжаю на восьмой этаж, прохожу по коридору и звоню в пятую квартиру. И вы спросите - причем здесь горная технология. А если поразмыслить по аналогии. Конечно, надо хотя бы кое-что знать об аналогичных предметах. Если кое-что, то ничего не получится, т.к. они качественно различны – один используется для жилья, другой для добычи полезного ископаемого. Ну, а если в принципах, в основе? В этой плоскости мы можем найти то, что в них сходное и в чем различие. Так, там и там есть помещения. Они между собой взаимно увязаны и имеют определенные отношения, функции. Есть шахта лифта и главный ствол, есть в обоих случаях этажи, коридоры как штреки, орты, есть камеры и комнаты, квартиры и блоки. Ну, полная аналогия. Тогда в чем разница? Оказывается, она есть, и весьма существенная. Дом строим, связывая отдельные блоки в конструкцию, в помещения для жилья, а при создании горных выработок (путем их проведения), отделяем часть массива с целью использования именно отделенного как полезное ископаемое. А получаемые горны используем для проведения новых, либо можем использовать для … жилья. Но, так как в проведении выработок участвует работающий человек, то можно с уверенностью заключить, что горные выработки используются одновременно и для добывания полезного ископаемого и для жилья.

Продолжим рассуждения по аналогии. Как в доме (мысленно, не нарушая основных связей) можем выделить комнаты, квартиры, и все здание, так и в рудном поле: - единичные выработки, выемочные единицы (участки) – блоки, столбы, панели и всю совокупность выработок – рудник, шахта, карьер. Имеем три структурного уровня организации взаимосвязей между элементами – нашими выработками. Они, каждая в отдельности взятая, несут в себе три уровня свойств: единичного, особенного и общего. Общего в том, что все они используются как средство для добывания полезного ископаемого, особенное в определенном функциональном назначении – вскрывающая, подготовительная, очистная. Единичное как конкретное подземное сооружение. Налицо системность исполнения совокупности выработок и иерархичность структурных связей, строения. Иерархичность имеет место не только в рассматриваемом основном средстве добывания, но и в объекте, претерпевающем преобразования. Можно выделить так же три уровня: – уровень месторождения и уровень отдельного рудного тела и уровень массива, слагающего это месторождение.

Происходящие процессы преобразования можно рассматривать с позиции человека – как горные работы, т. е. задачи (задания) и их решение – вскрыть месторождение, осуществить отбойку руды и т. д. Они выполняются опосредованно, применяя определенные средства (на элементарном уровне имеем операции, из операций формируются работы). И эти же процессы рассматриваются с позиций средств, взаимодействующих с объектом преобразования. В этом случае, говорят, имеем дело с технологическими процессами – вскрытия, подготовки месторождения, отбойки руды. Технологические процесс - итог (результат) реализации функции средства (технического объекта). В этом случае техническое средство представляет собой систему. Система – это то, что выполняет функцию. Технические средства это функциональные системы. Однофункциональные системы: это технические средства различного исполнения, выполняющие одну и туже функцию. Они образуют вид, класс.

На уровне массива преобразовательные процессы мы уже выявили, если вспомнить о «триединство операций ОПП».

На уровне месторождения преобразовательные процессы осмыслить значительно труднее. Но с учетом уже сказанного можно согласиться с тем, что они те же самые, только средством будут специализированные совокупности (комплексы) выработок. Совокупностью выработок отделяем часть месторождения, затем другой совокупностью ее разделяем еще раз на части (выемочные единицы) и только потом новой совокупностью выработок приступаем к преобразованию массива в промышленных масштабах в означенном контуре очистного пространства, к стати говоря - тоже горн, как горн и уже выработанное пространство. Тройка выделенных взаимосвязанных операций перемещается и повторяется на новом участке месторождения. Вполне очевидно, что реализация первых двух процессов требует поддержки на материальном, энергетическом и информационном уровнях. Таким образом, имеем систему процессов, которая характеризуется определенным порядком, стадиями, циклами, увязанными во времени и пространстве.

СТАДИЯ – определенная ступень, период, этап в развитии чего-либо, имеющие свои качественные особенности.

ЦИКЛ – период времени, срок, круг, оборот событий.

ПОРЯДОК – последовательность в деле, заранее обдуманный ход и действия. В. Даль.

Понятием стадии описывают набор качественно отличных состояний преобразуемого объекта в процессе преобразования (в нашем случае это можно отнести к месторождению).

Порядок и цикл используется как при описании функционирования средств, так и описании операций, действий человека. В последнем случае набор повторяющихся операций или работ оформляется в виде цикла операций, цикла работ. Циклы и порядок характерны для всех уровней организации системы. В нашем случае важно понять, что это имеет место, как на уровне единичной выработки, так и на уровне выемочного участка и разрабатываемой части месторождения.

Элементарный состав цикла: 1 - подготовительные операции - доступ к предмету (объекту) преобразования, разделение предмета на технологичные участки, части; 2 - основные операции (технологические) и 3 - заключительные операции. Тогда в нашем случае, т. е. применительно к горной технологии будим иметь: проходческий цикл на уровне единичной выработки, стадийность системы разработки выемочного участка (камеры и целики), стадийность разработки месторождения.

При разработке МПИ порядок ассоциируется со стадиями. В настоящее время выделяют три стадии разработки МПИ:

1. Вскрытие МПИ. 2. Подготовка МПИ. 3. Очистная выемка.

Если использовать принцип аналогии, а вернее, инвариантности протекания процессов, то обратим внимание что, в нашем случае, вскрытие и подготовку МПИ следует отнести к подготовительной стадии, разворачиваемой в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а очистную выемку - к основной технологической стадии. Следовательно, недостает еще одной стадии – заключительной. Есть все основания в полной мере ее озвучить. Мы полагаем, что такой стадией должна быть стадия - приведение месторождения в посттехногенное состояние.

Более того, предлагаем вернуться к первоначальному представлению о разработке МПИ - как эксплуатации МПИ.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ – основной смысл – разработка, использование природных богатств, но в общем случае – взаимодействие с выгодой. В свою очередь взаимодействие отражает процессы воздействия участников друг на друга, их взаимную обусловленность, что очень важно для осмысления современного состояния наших отношений с Природой с нравственных позиций. Предлагаемая стадия - приведение месторождения в посттехногенное состояние - предполагает осуществление комплекса инженерных мероприятий, ориентированных на восстановление экологического равновесия в регионе, на более полное и рациональное использование его природного ресурса. Напрашивается с отмеченных позиций еще оценить место и роль разведки МПИ. Принимая во внимание инвариантность триады процессов, будем иметь следующие

три стадии эксплуатации (освоения) МПИ:

1. Разведка МПИ (подготовительная стадия). 2. Разработка МПИ (основная, технологическая стадия). 3. Приведение месторождения в посттехногенное состояние (заключительная стадия).

Естественно, каждая из выделенных стадий будет в свою очередь описываться, используя названную триаду, т.е. также как элементарный цикл проведения любой горной выработки. Приведение месторождения в посттехногенное состояние - не разовый акт и не разовая компания. Более того, при таком понимании нашего взаимодействия с месторождением вполне логично допустить повторяемость циклов эксплуатации и сознательно, а вернее, экономически обоснованно, но разнообразно подойти к формированию общего порядка разработки, т.е. рассматривать наряду с поступательным ходом цикла всех стадий разработки также и возвратно-поступательный ход.Включение разведки в процесс эксплуатации узаконит ее параллельное осуществление на ранее «отработанных» горизонтах, приведение, а можно сказать и оставление в надлежащем состоянии выработанного пространства и других определенных выработок (горнов). Продолжительность подобного взаимодействия может исчисляться столетием и более, а достижения НТП сделают его не просто выгодным, а действительно взаимовыгодным.

Поскольку полный набор стадий в цикле инвариантен, постольку общий порядок, как разработки, так и эксплуатации, может ассоциироваться с порядком очистной выемки не только в пределах выемочной единицы (блоке), как это принято при классификации систем разработки, но и в пределах этажа, а также в пределах всего месторождения. При этом порядок отработки этажа и порядок разработки месторождения являются самостоятельными и весьма важными взаимообусловленными технологическими характеристиками наряду с системой разработки.

Краткие выводы

Методологические основания - это наши ориентиры, маяки. Надо для себя в первую очередь развести понятия чувственно-эмпирического знания и научного знания. Если первое основывается лишь на смежности объективных процессов, взятых без установления причинно-следственной связи между ними, то научное знание формируется на наличии взаимосвязи, системной аналогии между процессами и явлениями. Абстрагирование – выделение ограниченного количества связей, свойств в объекте, оставляя вне поля зрения другие и весьма многочисленные. Теоретический - значит умозрительный «по выводам своим». Теоретический вывод предполагает абстрагирование, но может иметь в основе объективную реальность или без таковой. Во втором случае требуется ее найти, иначе теория останется абстрактной.

Наука предстает как дисциплинарно организованное знание… В ней можно обнаружить различные формы знания: эмпирические факты, законы, принципы, гипотезы, теории различного типа и степени общности и т.д.

Экспериментом является такой активный метод научного исследования, который предполагает соответствующее изменение объекта или воспроизведение его в специально созданных условиях с целью получения информации о свойствах и связях. Аналогия представляет собой умозаключение, в ходе которого на основе сходства объектов в одних свойствах, связях делается вывод об их сходстве и в других свойствах, связях.

В качестве методов научного исследования используются сравнение, абстрагирование, обобщение. Процесс обобщения протекает в форме индукции. Все обобщенные положения, являются по существу гипотезами.

Гипотезапредставляет собой предположение о причине, обусловливающей соответствующие явления, о той или иной их необходимой связи. Научная гипотеза должна отвечать ряду требований:

1) опираться на все факты, касающиеся исследуемой области явлений;

2) учитывать установленные наукой и подтвержденные практикой положения;

3) объяснять известные факты;

4) быть способной предсказывать новые факты;

5) допускать возможность экспериментальной проверки.

Для достраивания гипотезы широко используется мысленный эксперимент.

По мере накопления знания возникает потребность объединить все. Познавательная задача решается благодаря построению теории. При построении теории широко используется аксиоматический метод. При разработке научной теории широко используются такие методы научного исследования, как идеализированное и знаковое моделирование, выделение исследуемого процесса в чистом виде, введение идеализированных объектов («идеальный газ», «идеальный математический маятник»).

Еще Декарт сформулировал необходимость принятия исследователем определенных общенаучных положений, затем разработку специально-научных положений для той или иной конкретной области и, наконец, планомерный вывод из них способа решения задачи. Такой методологический «лизинг» естественен для науки и научно-познавательной практики в целом. Он предполагает быстрое пополнение арсенала продуктивных, универсальных методов и технологий, разработанных в новых сферах. Он ориентирует субъекта в познавательных действиях, нацеливает его на выявление строго определенного типа связей, сторон, свойств.

Наиболее плодотворной синергии различных видов знания достигают на основе современной системной, проблемно ориентированной парадигме.

Чтобы существовать в Мире, надо обладать и устойчивостью и изменчивостью своих элементов. Мера устойчивости и изменчивости в целом и образует феномен системы. Система – это форма существования материи.

Для закрепления материала желательно осмыслить приведенные соображения по системным основаниям горной технологии. Обратить внимание на лизинговый подход при решении проблем данного плана.

Основные термины и понятия

Эмпирия Эксперимент	Системное качество	Методологический лизинг
Смежность процессов	Структура системная	Системно-структурный анализ
Научная гипотеза	Органическая система	Физико-технический эффект
Рациональное	Теоретическое	Горная технологи
Система, элемент системы	Системный подход	Моделирование

Закон – предел, поставленный свободе воли или действий; неминуемое начало, основание

В. Даль