8.2. Примеры формирования темы и структуры нир

Примеры формирования темы и структуры НИР применительно к проблематике горной технологии. Прежде чем рассмотреть примеры логики формирования темы и структуры НИР, сделаем небольшой экскурс в системные основания горной технологии.

Рабочее определение горной технологии может быть следующее.

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.

Объект горной технологии, можно сказать, двухуровневый: - уровень месторождения и уровень массива.

Средства горной технологии тоже двухосновные: это система полостей (горнов) и совокупность технических приемов и способов преобразования на основе достижений научно-технического процесса.

Имеет место и уровневое строение системы горнов, как средства преобразования месторождения. Это первый (элементарный) уровень - единичная горная выработка различного функционального назначения. Второй уровень - совокупность выработок как система разработки месторождения с целью осуществления массовой очистной выемки полезного ископаемого. Третий уровень – уровень совокупности выработок для вскрытия, подготовки месторождения или его части и обеспечения функционирования рудника с заданной производительностью.

Единичные выработки могут быть самого различного назначения и масштаба: от шпура до очистного и выработанного пространства. При их создании объектом технологических преобразований является массив.

Технологические процессы, как на уровне массива, так и на уровне месторождения развиваются в пространстве по принципу: точка – линия – плоскость.

В их состав входят три процесса – отделение от массива, перемещение в пространстве и поддержание (управление путем создания условий).

Очень важно отметить, что имеет место стадийное развитие технологических процессов. Выделяют три стадии: стадия подготовки, стадия основная (преобразовательная) и заключительная стадия. Такая стадийность характерна не только на уровне проведения единичной выработки, но и эксплуатации (освоения) месторождения.

Стадии освоения можно назвать следующие:

- стадия изучения и разведки месторождения (подготовительная);

- стадия разработки месторождения (основная – технологическая);

- стадия приведения месторождения в посттехногенное состояние (заключительная).

Все названные стадии в свою очередь будут иметь три стадии. Так разработка месторождений имеет следующие стадии:

- стадия вскрытия и подготовки месторождения или его части;

- стадия очистной выемки (массовой выемки полезного ископаемого);

- стадия приведения МПИ в посттехногенное состояние.

Вся горная технология строится на использовании совокупности физико-технических эффектов, которые являются основой отдельных технологических процессов на всех выделенных уровнях.

Так, первый физико-технический эффект горной технологии связан опять же с горном (полостью). Он заключатся в том, что именно полость позволяет нам переводить технологически рациональные усилия сжатия в растягивающие усилия – усилия разрушения массива, экономичные с точки зрения затрат используемой механической энергии.

Рассмотрим общие для примеров концептуальные положения НИР

Объект исследования – горная технология. Конкретизируем тематическую ориентацию НИР на разработку системы научно обоснованных технологических предложений при разработке рудных месторождений, обеспечивающих решение важных прикладных задач.

Предмет исследования может быть означен и еще более конкретизируется как тема исследования при системном подходе к структуре его объекта преобразования и намечаемых к использованию технических средств.

Цель исследования – ожидаемое конечное состояние исследуемой системы или ее элемента, которое позволит достичь конкретного эффекта.

Тема исследования продолжает формироваться при концептуальном описании цели и основных классификационных признаков НИР в их взаимном соответствии.

Означим основные классификационные признаки НИР:

1. Направленность НИР применительно к объекту исследования или ее характер

- Научно обоснованные технологические разработки, обеспечивающие решение важных прикладных задач.

2. Уровень новизны результатов НИР

- Результаты являются новыми.

3. Ценность результатов НИР

- Значительная.

4. Связь темы НИР с плановыми исследованиями

- Инициативная работа.

5. Уровень внедрения (использования) результатов НИР

- В масштабах отрасли.

6. Рекомендации по расширенному использованию результатов НИР

- Требует расширенного использования.

Проведенное концептуальное описание основных параметров НИР, таких как цель и квалификационные признаки, выводит наши ожидания на уровень кандидатской диссертации, и ориентирует на выработку серьезных технических решений.

Формирование темы начинается с анализа этапов решения проблемы

Целеполагание при рассмотрении технологических проблем легче всего связать с требованиями, предъявляемыми к процессу, и, в частности, применительно к горному делу, с требованиями правильной разработки месторождения. Основные из них: безопасность труда, обеспечение заданной производительности рудника по руде и металлу, повышение производительности труда и обеспечение эффективного использования техники, снижение прямых затрат на отдельных технологических процессах и по технологии в целом, полнота и качество извлечения полезного ископаемого при рациональном использовании недр, соблюдение экологически равновесного состояния в регионе.

Анализ ситуации, в свою очередь, более или менее четко можно провести, если иметь в виду горно-геологические и горнотехнические условия разработки конкретного месторождения.

Определение проблемы, а может быть и целого комплекса, формируется при системной увязке целей (требований) и ситуации.

Однако определенная в таком виде проблема не дает направления поиска ее решения. Она выглядит как административное противоречие (по Г. С. Альтшуллеру). Желательно продолжить конкретизацию проблемы, т. е. перевести ее в ранг технической задачи – задачи усовершенствования исполнения того или иного технологического процесса. На этом этапе нам уже нужна идея – предположение: либо мы решаемся найти ответ на административное беспокойство на уровне способа разработки месторождения и конкретно на одной из его стадий или мы сосредотачиваемся на способе одного из технологических процессов по преобразованию массива. Здесь-то нам и понадобятся знания о достижениях научно-технического прогресса (НТП). Весь ход решения проблемы в таком случае выглядит в виде проектно-конструкторских изысканий на базе известных технических наработок. Если проектным способом решенная техническая задача все же не устраняет административное противоречие, то ее необходимо перевести в ранг изобретательской. Тем самым, ее надо еще более конкретизировать и искать решения на уровне исполнения конкретного способа конкретного технологического процесса даже может быть с использованием новых физико-технических эффектов (говорят, задача решается на уровне физического противоречия). Другими словами, есть необходимость изыскать дополнительные технологические элементы – решения, обеспечивающие цель.

В качестве примера рассмотрим два случая: применительно к одному технологическому процессу и применительно к уровню месторождения.

ПРИМЕР 1. Технологический процесс – отбойка руды, способ - буровзрывной, процессор - комплекс взрывных скважин.

Актуальность проблемы. Системы с массовым обрушением руды и вмещающих пород нашли широкое применение в горнорудной практике, особенно при разработке мощных железорудных месторождений. Более чем полувековая практика подтвердила их высокую эффективность. Это обусловлено эволюционным развитием основных технологических процессов - отбойки, доставки и управления горным давлением.

Внедрение на доставке выпускно-доставочных установок (ВДПУ) с часовой технической производительностью до 1000 т. при малопроизводительном буровом оборудовании вновь отбойку сделало на обозримое ближайшее время узким местом в технологии. Внимание исследователей сейчас привлечено к поиску и обоснованию параметров зарядов ВВ различного конструктивного исполнения. Есть положительные и отрицательные результаты. Они лишний раз подчеркивают отсутствие единого методологического подхода, отсутствие четких рекомендаций применительно к конкретной ситуации.

Идея. Идея работы заключается в систематизации композиционного исполнения зарядов ВВ при массовом обрушении руды и выработки на единой теоретической основе методических рекомендаций к обоснованию, как исполнения, так и определения параметров рабочего элемента технологического комплекса отбойки применительно к различным горно-геологическим и горнотехническим ситуациям.

КОМПОЗИЦИЯ – состав, структура, конкретное построение, подбор, группировка, последовательность, организующие единое целое.

Единой теоретической основой можно считать положения, формируемые из представления о физико–техническом эффекте, используемом при отделении руды от массива, т.е. о роли обнаженной плоскости в переводе технологических сжимающих усилий в разрушающие - растягивающие. Для установления структурных взаимосвязей в заряде и их совокупностях можно воспользоваться положениями системного ретроспективного анализа на основе теории размерностей и методикой полупромышленного моделирования, разработанными Иванцовым В.М.

Ожидаемые результаты. При выполнении работы могут быть получены следующие результаты, представляющие научный и практический интерес:

- композиционная систематизация зарядов ВВ при массовом обрушении руды;

- структурные взаимосвязи полуэмпирического и эмпирического вида в рабочем элементе комплекса отбойки руды при обеспечении функциональной эффективности последней;

- методические положения по проектированию и расчету параметров отбойки руды с различной композицией зарядов ВВ при массовом обрушении в конкретных ситуациях.

Тема НИР может быть сформулирована примерно так:

:

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОЗИЦИИ ЗАРЯДОВ ВВ

В СИСТЕМАХ РАЗРАБОТКИ С МАССОВЫМ ОБРУШЕНИЕМ РУДЫ

С ЦЕЛЬЮ ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТБОЙКИ

Можно продолжать сужение области исследования.

Однако реально такое сужение произойдет только в процессе дальнейшей работы и, в частности или уже, при проработке структуры НИР.

ПРИМЕР 2.

Организуем поиск и формирование темы на уровне месторождения.

Определимся в одном из требований правильной разработки МПИ.

Пусть это будет полнота и качество извлечения руды.

Возможны варианты, остановимся на следующем:

Полнота и качество отработки месторождения, отвечающее требованиям экономичности и экологичности его эксплуатации

Тогда - есть необходимость изыскать дополнительные технологические элементы – решения, обеспечивающие цель … более полную и качественную отработку МПИ!.. Уровень технологической системы рудника (уровень месторождения)!

Какие характеристики ТСР – технологической системы рудника – определяют полноту и качество отработки (разработки) месторождения?…

Актуальность проблемы. Сейчас многие предприятия вынуждены закрываться из-за отсутствия сырьевой базы в виде балансовых запасов. Разведка новых месторождений осложнена в виду финансовых затруднений. К тому же можно наблюдать увеличение глубины залегания, усложнение морфологического строения, возрастание изменчивости содержания полезного компонента. Практика повторной разработки, начавшаяся полвека назад в подобной ситуации, ориентирующаяся на применение массовой выемки некондиционных руд и получение эффекта за счет реализации резерва мощности завершающих технологических звеньев, исчерпала свои возможности. В полной мере заявили о себе экологические проблемы и проблемы полноты и качества освоения недр.

Создалась ситуация, в которой назрела необходимость пересмотра многих системообразующих принципов, определяющих как построение, так и параметры горной технологии.

К таким основополагающим принципам следует отнести общий порядок разработки и способ очистной выемки.

В настоящее время общий порядок разработки месторождения в большинстве случаев – поступательный, однако имеют место и иные случаи, известные под различными названиями:

- разновременная разработка;

- повторная разработка;

- опережающая разработка.

При этом по характеру очистная выемка может быть: валовая (массовая), селективная, посортная, выборочная.

Селективной разработкой называется выемка при эксплуатации не всей горной или рудной массы месторождения, а лишь участков с рудой достаточно высокого содержания, иногда с разделением промышленной руды на отдельные сорта по содержанию и качеству, «… всякая система разработки с разделением руды по сортам и оставлением непромышленной руды в руднике будет называться селективной». «…Селективная разработка, как правило, обычно применяется на рудниках среднего и малого размера со средней по содержанию или высокопроцентной рудой, при оставлении убогой руды, невыработанной в качестве запаса на будущее время». Трушков Н.И. (1946).

Идея НИР. Используем – первый принцип классифицирования - разделения на два!.. Тогда поступательному порядку разработки должен быть диалектически противопоставлен – возвратно-поступательный, а разновременная, повторная, опережающая разработка и т.п. могут выглядеть как его разновидности. Аналогичным образом поступим и со способами очистной выемки. Получим исходными понятиями: валовая и селективная очистная выемка.

Идею работы можно означить следующим образом:

В современной гео-социо-технической ситуации, используя возвратно-поступательный порядок разработки с присущим ему рациональным сочетанием во времени и пространстве валовой и селективной очистной выемки на основе достижений научно-технического прогресса можно обеспечить высокую полноту освоения месторождения при экономичном функционировании рудника.

Тема НИР может быть сформулирована следующим образом:

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ УСЛОВИЙ ПРИМЕНЕНИЯ

ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ПОРЯДКА

ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ

С ВЫСОКОЙ СТЕПЕНЬЮ ПОЛНОТЫ ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Задачи работы:

- анализ современной гео-социо-технической ситуации и определение проблемы;

- определение сущности возвратно-поступательного порядка разработки месторождения, установление взаимосвязей между стадиями эксплуатации и разработки МПИ;

- систематизация способов технологии очистной выемки, соответствующая принципам возвратно-поступательного порядка разработки МПИ;

- отбор конструктивно-технологического исполнения систем и способов очистной выемки, отвечающих принципам возвратно-поступательного порядка разработки МПИ;

- создание экономико-математической модели оценки эффективности ВПП разработки;

- апробация ЭММО и решений по технологии разработки при ВПП для конкретных гео-социо-технических ситуаций;

- регламентирование условий применения ВПП разработки с высокой степенью полноты освоения месторождения при экономичности функционирования рудника.

Ожидаемые результаты работы:

- основные принципы и регламенты по ВПП разработки МПИ в виде совокупности понятий, применимых при проектировании рудников;

- закономерности структурных взаимосвязей в технологическом комплексе при ВПП разработки с высокой степенью полноты освоения месторождения и экономичности функционирования рудника;

- набор конструктивно-технологических вариантов систем разработки, приемлемых при ВПП разработки МПИ;

- экономико-математическая модель для оценки эффективности ВПП разработки МПИ;

- рекомендации для практического применения ВПП при разработке конкретных МПИ.

Систематизация современных проблем горного дела. Для закрепления изложенных выше положений по выработке навыков методологической подготовки и сопровождения НИР можно выбрать и обосновать на уровне дипломного проектирования тему студенческой НИР, которая может стать прообразом темы аспирантской. С целью облегчения начальной стадии процесса выбора, ниже приводится пример систематизации современных проблем горной технологии на административном уровне:

А. Проблемы соблюдения требований правильной разработки МПИ при изменяющихся горно-геологических условиях:

1. Проблемы сверхглубоких рудников;

2. Проблемы разработки мелких месторождений и их совокупностей;

3. Проблемы разработки месторождений в удароопасных районах;

4. Проблемы разработки МПИ в сейсмоопасных районах:

5. Проблемы разработки моломощных и пологопадающих месторождений;

6. Проблемы разработки мощных сложноструктурных месторождений (с малым коэффициентом оруденения и нераномерным содержанием металла);

7. Проблемы разработки МПИ в зоне вечной мерзлоты;

8. Проблемы разработки МПИ со сложной тектонической обстановкой;

9. Проблемы разработки МПИ в районах, не допускающих сдвижения горных пород (под водоемами, городами, заказниками и национальными парками...);

10. Проблемы разработки островных месторождений;

11. Проблемы разработки отдаленных и высокогорных месторождений.

12. Проблемы шахтного способа разработки месторождений жидкого ПИ.

Б. Проблемы соблюдения требований правильной разработки МПИ при изменяющихся горнотехнических условиях:

1. Проблемы совместной разработки МПИ различными способами;

2. Проблемы последовательной разработки МПИ;

3. Проблемы повторной подземной разработки МПИ;

4. Проблемы разработки МПИ при ее возвратно-поступательном порядке;

5. Проблемы разработки МПИ способом подземного выщелачивания;

6. Проблемы разработки МПИ на базе самоходного оборудования.

В. Проблемы буровзрывного способа отделения руды от массива:

1. Проблема обеспечения заданного качества дробления руды;

2. Проблема качественного оконтуривания при взрывном отделении руды;

3. Проблема повышения КПД при взрывной отбойке;

4. Проблема снижения сейсмического воздействия взрыва при отбойке;

5. Проблема снижения вредного воздействия УВВ при массовых взрывах;

6. Проблемы механизированного заряжания скважин россыпными ВВ;

7. Проблемы обеспечения надежной детонации ВВ в зарядах;

8. Проблемы бурения скважин и шпуров различного исполнения;

9. Проблемы транспорта ВВ и СИ по шахте и в приделах блока.

Г. Проблемы выпуска и доставки руды при очистной выемке:

Д. Проблемы управления горным давлением (УГД):