» » Постановка цели и формулирование задач исследования горных пород

Постановка цели и формулирование задач исследования горных пород

07.08.2016

Обоснование направления исследований

Научное обоснование постановки цели позволило сформулировать в работе предмет и объект исследования, оценить уровень изученности научной проблемы и сформулировать задачи исследования, преодолеть проблемные ситуации и достичь правильного принятия стратегических и тактических решений в ходе выполнения и внедрения результатов исследований. В связи с этим, первым этапом исследований является выполнение анализа исходных данных, которые проведены в первой главе, где выполнена систематизация видов проявления энергии пород на рудниках Украины, анализ способов повышения устойчивости горных выработок, классификация теорий о горном давлении вокруг выработок и проблематика исследования энергетических процессов в горных породах.
Для оценки объекта исследования выполнен анализ геодинамических условий разработки рудных месторождений Украины, позволивший систематизировать виды проявления энергии пород и показать высокую обеспеченность массива Украинского кристаллического щита упругой потенциальной энергией, которая с увеличением глубины горных работ все чаще проявляется не только в виде шелушений и образования заколов, а и в виде стреляний, горных ударов и землетрясений различной амплитуды.
Для оценки прикладной компоненты предмета исследования выполнен анализ отечественных разработок по способам поддержания горных выработок, которые в 53% случаев базируются на принципе противодействия крепей возрастающей энергии массива. В подавляющем большинстве ученые учитывали изменения напряженности массива по степени влияния на параметры крепей выработок и систем разработки лишь для минимизации затрат.
Для анализа фундаментальной компоненты предмета исследования составлена классификация теорий горного давления на подземные выработки, которая показала, что зональная напряженность пород была выявлена еще в 1899 г. В. Тромпетером и далее описывались лишь отдельные процессы данного явления. Это привело к тому, что многие теории не согласуются между собой, а некоторые из них противоречат законам физики. Отсутствие системности в исследованиях не позволило авторам установить размеры, форму, количество зон и образуемых в них областей деформаций, и главное, открыть физическую сущность явления, что позволило бы решить проблему использования энергии массива при креплении и поддержании горных выработок.
Для оценки уровня выявленной научной проблемы выполнен анализ явления зональной дезинтеграции горных пород, которое впервые было открыто в 1972 г. на шахте ЮАР и затем СССР, Украине, России, Казахстане, Японии, США и других странах мира. Открытие дало понимание о формировании вокруг выработок самоорганизующихся структур. Первые гипотезы отвергали физическую реальность открытия, а с 90 гг. активно использовались новые методы в горной науке, которые также не описывали механизмы образования зон. В результате чего явление было признано одной из сложнейших проблем современной науки, что подтверждает мировой уровень научной проблемы. Используя синергетический методологический поиск уже на стадии анализа проблемы нам удалось открыть физическую сущность исследуемого явления - это зональное капсулирование выработки системой кольцевых энергетических зон.
Цель и задачи исследований

Поскольку цель является главным системообразующим фактором в выполнении научной работы, то при решении каждой проблемы необходимо осуществлять процедуру постановки системы подцелей. Многовариантное представление цели обеспечивает получение системного эффекта и позволяет осуществлять видение основных целевых траекторий и формировать обоснованные решения задач, что коренным образом повышает надежность достижения цели. Системный анализ объекта и предмета исследования, а также научной проблемы позволил поставить цель и сформулировать задачи научной работы.
Цель и задачи исследования. Целью работы является создание геоэнергетических основ разработки рудных месторождений по обоснованию теоретико-методологических подоснов и экспериментально-теоретических исследований принципов, закономерностей и параметров использования геоэнергии.
Поставленная цель достигается путем решения следующих задач исследования:
1. Установить показатели зонального структурирования массива вокруг горных выработок с помощью промышленных, лабораторных и теоретических методов исследования напряженно-деформированного состояния массива горных пород.
2. Исследовать процессы влияния энтропии на обмен энергией и развитие деформаций при формировании энергетических потоков в элементарном объеме массива, ненарушенного выработками.
3. Исследовать влияние процессов и закономерностей формирования предохранительных капсул вокруг горных выработок и формы преобразования энергии в нарушенном массиве в работу деформирования горных пород.
4. Разработать геоэнергетические подходы к проектированию трасс подготовительных и нарезных выработок и обосновать параметры крепления в статических условиях формирования предохранительных капсул.
5. Обосновать технологические параметры проведения буровзрывных и очистных работ в условиях динамического деформирования массива в границах энергетических зон предохранительных капсул.
6. Разработать технологические схемы добычи сопутствующих полезных ископаемых в низкоэнергетических областях предохранительных капсул, сформированных в шахтных полях с нарушенным распределением энергии массива.
7. Оценить экономическую эффективность разработанных геоэнергетических технологий и реализовать промышленное внедрение в технические и организационные проекты разработки отечественных и зарубежных рудных месторождений.
Построение логической схемы общей методики исследования

Для решения поставленных задач было выделено 10 взаимосвязанных блоков, формирующих логическую схему общей методики исследования, которая принята в научной работе. Основные 7 блоков соответствуют поставленным задачам, а остальные 3 относятся к вспомогательным работам, связанных с подготовкой исходных данных, проверкой достоверности и сходимости полученных результатов, и анализом количества используемой энергии в разработанных технологических решениях (рис. 1.1).
Постановка цели и формулирование задач исследования горных пород

Блок № 1 - анализ предмета и объекта исследования, а также научной проблемы.
Блоки № 2-8 соответствуют семи задачам, сформулированным в работе.
Блок № 9 - анализ сходимости результатов, полученных при помощи доступных промышленных, лабораторных и теоретических методов исследования, а также новых методов теоретического моделирования, созданных в работе.
Блок № 10 - анализ используемого объема энергии горного давления в разработанных технологических решениях добычи рудных и сопутствующих полезных ископаемых.
Идея работы состоит в раскрытии физической сущности феномена зонального капсулирования горных выработок и использовании обоснованных геоэнергетических принципов в технологиях разработки рудных месторождений.
Объект исследования - процессы и закономерности формирования потоков энергии и развития деформаций в ненарушенном массиве горных пород.
Предмет исследования - закономерности и параметры формирования зональных капсул вокруг горных выработок при разработке рудных месторождений.