CC BY
61
---------------------------------------------------- © В.Ф. Столяров, 2004
УДК 622.001.8 В.Ф. Столяров
ОТ ГОРНОГО ИСКУССТВА К ГОРНОЙ НА УКЕ
Семинар № 12
Горная наука зародилась в 17 веке как свод правил и устройств, применяемых при добыче полезных ископаемых из недр Земли. Долгое время она называлась «горным искусством» и лишь к середине 20 века стала называться «технологией горного производства». Одновременно шел процесс дифференциации, превращение ее в цикл многих дисциплин за счет дробления целого на части по отраслевому признаку, а также присоединения прикладных разделов математики, физики, геологии, экономики, экологии и т.д. Разобщенность, мелкотемье, отсутствие системного подхода, характеризующие состояние горной науки в конце 20 века, вызвали тревогу у прогрессивно мыслящих ученых. «Исторический анализ позволяет сделать вывод, что качественно новый уровень постановки и решения проблем освоения недр Земли невозможен в рамках существующих организационных структур, построенных по отраслевому принципу» - считает Л.М. Гейман [1]. К такому же заключению пришел В.Ж. Аренс: «Горная наука не должна быть придатком какого-то конкретного горного производства. Она должна вести комплексные, направленные на будущее исследования разделов природы, связанные с разведкой, добычей и первичной переработкой полезных ископаемых» [2].
Об осознании этой тенденции ведущими учеными свидетельствует капитальный труд «Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли», в написании которого участвовало около четырех десятков авторов, представляющих различные научные школы [3]. Из него следует, что важнейшей проблемой, которую следует решить для того, чтобы горная наука вышла из полосы застоя и вступила на путь интенсивного развития, является формирование теоретического раздела. Но, провозглашая курс на теоретизацию науки, ее лидеры не дали ответа на вопрос: как это следует делать? Сложность заключается в том, что решение подобных задач относится к предметным
областям: языкознания, философии, логики и истории науки, методы которых не изучаются в горных вузах, а ученые языковеды и философы, владеющие ими, не знакомы со спецификой горной науки. Для того чтобы разорвать замкнутый круг, необходим новый тип учено-го-горняка, теоретика, овладевшего такими методами исследования, как мысленный эксперимент с идеализированным объектом теории, восхождение от абстрактного к конкретному, от простого к сложному, построение эвристических гипотез, моделирование и другие [4].
На протяжении всего 20 века потребность горной науки в теоретическом знании удовлетворялась за счет первичных теоретических конструкций, т.н. «теоретических основ», содержащих в себе отдельные, не связанные в логические комплексы термины и понятия, обоснованием которых служили эмпирические классификации, построенные на обобщении опытных данных. Только в конце столетия появились промежуточные формы теоретиза-ции с использованием общих законов философии, истории и логики науки (В.Ж. Аренс, Л.М. Гейман, В.П. Федорко и др.). Будучи источником теоретического знания, сами они, однако, еще не образуют его. Возникновение научных теорий связано с возможностью построения многоуровневых структур. Они развиваются, конкретизируются и внутренне дифференцируются в процессе мышления, отправной точкой которого служат какие-либо первоначальные утверждения, гипотезы. В этом смысле научная теория представляет собой не просто сумму, а целостную совокупность знаний, систему, обладающую интегративными свойствами, включающими программу исследования, механизмы построения и развертывания знания.
На стадии интенсивного развития горная наука должна превратится из простой суммы независимых дисциплин в их целостную совокупность, систему со сложной структурой внутренних отношений и связей, которые бу-
дут изучаться с помощью специальных и общих теорий. Создание общих теорий, способствующих интеграции отдельных дисциплин, является главной задачей преобразования горной науки в 21 веке. Здесь мы вновь возвращаемся к вопросу: как это следует делать? Ответ на него дает структурная концепция эволюции теоретического знания, разработанная В.С. Степиным. В соответствии с ней «научная революция - это, прежде всего, перестройка философских оснований научного поиска» [5]. По словам В.Ж. Аренса: «Горная наука не может обойтись без философии». К теоретическим задачам он относит: открытие и разрешение внутренних и внешних противоречий процессов и явлений, происходящих при добыче полезных ископаемых из недр Земли
[6].
Для описания структуры научной теории используется метод качественных отношений [7]. С его помощью горная наука может быть представлена в виде развивающейся системы, состоящей из основных частей или подсистем научного знания и познавательной деятельности, которые можно охарактеризовать категориями формы и содержания. Их взаимодействие порождает внутреннее противоречие - источник развития системы. Роль ведущей противоположности взаимодействия, движущей силы развития здесь принадлежит познавательной деятельности, изменчивость которой обусловлена принадлежностью к классу динамичных систем. Научное знание принадлежит к классу статичных систем, развитие которых осуществляется в результате перехода от одного статичного состояния к другому, от одной формы организации знания к другой.
Структура познавательной деятельности уже рассматривалась ранее [8; 9], поэтому мы не будем возвращаться к ней, а сразу перейдем к структуре научного знания. При ее изучении за основу принимается определение теории как высшей, самой развитой формы организации научного знания, дающей представление о существенных связях явлений и объектов в определенной области действительности. Противоположностью теории является эмпирика. Принципиальное различие между этими двумя формами организации научного знания обусловлено непосредственным характером связи с элементами теоретического и эмпирического исследований в системе познавательной деятельности. Если эмпирическое исследование направлено непосредственно на объект и опи-
рается на данные наблюдения, эксперимента, то теоретическое - на всестороннее познание реальности в ее существенных связях и закономерностях. Поэтому теоретическое исследование связано с совершенствованием терминологии и развитием понятийного аппарата науки. В результате появляются такие формы организации знания как типологии, первичные объяснительные схемы, модели и т.п., содержание которых выходит за рамки простого обобщения и сопоставления опытных данных [10, С.649, 650, 765].
В горной науке с ее общей практической направленностью, теоретическое и эмпирическое знание взаимосвязано более тесно, чем в естественных и общественных науках. Здесь теория становится реально- значимым фактом лишь тогда, когда находит подтверждение в производственной деятельности. Взаимодействие между различными формами организации знания порождает внутреннее противоречие. Активную роль в его разрешении играет теория, как более субъективная категория. По широте охвата предметной области выделяются общие теории, относящиеся ко всем или нескольким объектам горного производства, и специальные теории, относящиеся к отдельным объектам. Основное различие между ними имеет не качественный, а количественный характер, при котором структура элементов, отношений и связей будет одинаковой.
Развивающаяся система научной теории состоит из двух частей или подсистем: исходной теоретической основы и исходной эмпирической основы. Исходная теоретическая основа содержит некоторое количество предположений и допущений в совокупности описывающих идеализированный объект теории. Исходная эмпирическая основа включает множество опытных данных, требующих теоретического объяснения. Эти основные компоненты теории могут быть охарактеризованы категориями абстрактного и конкретного, взаимодействие которых порождает внутреннее противоречие на данном уровне структуры научного знания. В его разрешении активную роль играет исходная теоретическая основа. Она состоит из двух основных частей или подсистем: содержательной интерпретации и формального исчисления. В первом случае речь идет об истолковании содержания общих законов философии, истории и логики науки применительно к идеализированному объекту теории, а во втором - об установлении специфических закономерно-
стей, отвечающих этим законам. При принципиальном характере различий, взаимодействие противоположностей порождает внутреннее противоречие, служащее источником развития системы. Активную роль в его разрешении играет содержательная интерпретация, обладающая большей изменчивостью по сравнению с формальным исчислением, основанном на знании естественных наук.
Многообразию форм идеализации на различных стадиях развития горной науки соответствует многообразие видов теории. Общим элементом для них является методология, представляющая собой систему принципов и способов организации и построения теоретической деятельности. Исторический опыт свидетельствует о том, что для горной науки характерна теория описательного типа, решающая задачи описания и упорядочения обширного эмпирического материала, когда построение идеализированного объекта сводится к вычленению исходной схемы терминов и понятий. Отсюда получена система содержательной интерпретации, включающая противоположности методологии и терминологии в качестве основных частей или подсистем. Их взаимодействие порождает внутреннее противоречие - источник развития системы, в разрешении которого активную роль играет методология, использующая терминологию как определенность.
Центральное место в методологии занимает построение идеализированного объекта теории, представляющего собой абстрактную модель реальности. Не так уж важно имеет он математическое описание и наглядное представление или не имеет, главное, чтобы он использовался как конструктивное средство развертывания содержания теории. Тогда соотношения исходных или выводных элементов идеализированного объекта дадут нам теоретические законы, которые в отличие от эмпирических законов формулируются не путем изучения опытных данных, а путем определенных мыслительных действий. При переходе к реальной действительности они конкретизируются. Развертывание содержания теории выявляет возможности, заложенные в ее исходной теоретической основе, идеализированном объекте. В структуре формального исчисления это предполагает операции со знаками математического языка, выражающими параметры объекта, а в структуре содержательной интерпретации - построение новых слоев содержания за счет кон-
кретизации общего теоретического знания применительно к объекту познания.
Средством развертывания содержания теории служит ее логика, правила вывода и доказательства. В философском знании содержится множество логических систем: формальная логика, диалектическая логика, математическая логика, интуиционистская логика, «квантовая логика», комплексная логика и другие. Каждая из них представляет особую модель мышления, построенную на принципах, обладающих свойством общности в различной степени. Наибольшей степенью общности обладают законы и принципы формальной логики. В учебнике П.В. Алексеева, А.В. Панина сказано, что есть «только одна-единственная, общечеловеческая Аристотелева логика, все остальное - особые названия ответвлений от этой единой логики» [11]. Отсюда выводится заключение о несущественном, надуманном характере различий между различными логическими системами, не имеющими непосредственной связи с наукой. «Нет логики специально для физики, химии и т.п., ибо логика находит в науке именно то, что она ищет: правила, которые не зависят от сферы науки, от особенностей той или иной предметной области» - отмечает А.А. Зиновьев [4]. Таким образом, исследователю представляется полная свобода при формировании логики теории из элементов известных систем.
В июне 1999 года в Екатеринбурге проходил 2-й Российский философский конгресс «21 век: будущее России в философском измерении». В его резолюции отмечалось, что наиболее прогрессивным направлением в методологии научного познания и преобразования действительности является диалектическая логика. Если принять это утверждение за основу, то мы получим развивающуюся систему методологии, состоящую из элементов диалектической логики и идеализированного объекта теории. Их взаимодействие порождает внутреннее противоречие - источник развития системы. Оно же будет и основным противоречием системы, воздействие которого на внутренние противоречия различных уровней структуры, в конечном счете, определяет характер развития научного знания. Активную роль в разрешении основного противоречия играет идеализированный объект теории, для которого диалектическая логика представляет собой определенность.
К недостаткам горной терминологии Л.М. Гейман относит: полисемию и синосемию мно-
гих терминов, лексическую бессистемность, наличие жаргонных, вульгаризованных терминов, Он объясняет это изолированным развитием отраслей горного дела в течение многих лет и отсутствием системности в научных исследованиях [12]. Отсюда становится очевидной цель начальной терминологической работы -упорядочение терминологии. Она может быть достигнута в результате решения основных задач: установления логической и языковой природы терминов; упорядочения терминов в зависимости от изменяющейся со временем сущности понятий; классификационной систематике терминов с разделением на иерархические уровни; соблюдения требований однозначности, мотивированности, точности, смысловой насыщенности, интернациональности; интеграции знаний. Средством развертывания содержания теории на данном уровне структуры научного знания служит формальная логика, предметом которой является горная терминология. Развивающаяся система терминологии, будет состоять из двух основных частей или подсистем: формальной логики и языковой базы. Во взаимодействии между ними активную роль играет языковая база, для которой общие законы и принципы формальной логики будут заданностью, определенностью.
Выделив диалектические и формальные элементы в логике теории, мы должны установить характер отношений между ними. Существует марксистская традиция, начало которой положил Г.В. Плеханов. В соответствии с ней развитие научного мышления предполагает наличие противоположностей динамики (диалектическая логика «движения») и статики (формальная логика «покоя») [11]. В нашей логической модели отсутствует непосредственная связь между элементами формальной и диалектической логики. Они служат инструментами исследования объектов теории на различных
1. Гейман Л.М. Проблемы исторической науки об освоении недр Земли // Горн. журн. - 1988. - №10. -С.62-64.
2. Аренс В.Ж. О горной науке и геотехнологии // Горные науки и промышленность. - М.: Недра, 1989. С. 178-184. - (Сб. ст. / МГИ).
3. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли / РАН, АГН, РАЕН, МИА; Под ред. К.Н. Трубецкого. -М.: Изд-во Академии горных наук, 1997. -478с.
4. Зиновьев А.А. Комплексная логика // Вопросы философии.- М.: Наука, 2003.- № 1. - С.29-37.
уровнях структуры научного знания, методологическими средствами достижения основных целей: объяснения и предсказания. Таким образом, связь между ними носит опосредованный характер. В подтверждение правильности выбранного пути можно сослаться на систему комбинированной логики, где обработка методов научного исследования, применяемых в опытных науках, выделена в отдельный раздел, который называется «логическая методология». По мнению ее создателя (А.А. Зиновьев) современная логическая система должна включать взаимосвязанные элементы формальной логики, гносеологии и онтологии - «три ветви старой философии» [4].
Логический анализ современной горной терминологии показал, что она плохо определена или совсем не определена, многозначна, неустойчива, бессистемна. В ней отсутствуют термины для выражения новых понятий. Все эти недостатки, препятствующие развитию горной науки, объясняются застоем в терминологической работе, следствием которого стало отставание от изменений в смысловой основе литературного языка, где отдельные понятия получили более глубокое истолкование благодаря научно-техническому прогрессу во второй половине 20 века. Отсюда получена развивающаяся система языковой базы теории, включающая элементы специальной и общеупотребительной лексики. Во взаимодействии между ними активную роль играет специальная лексика. В период интенсивного развития горной науки работа над терминологией имеет принципиальное значение. Основные задачи включают: упорядочение, создание и согласование элементов специальной и общеупотребительной лексики. Они могут решаться в рамках горной терминологии - прикладной дисциплины общего языкознания в составе цикла дисциплин горной науки.
----------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
5. Нугаев Р.М. Смена развитых научных теорий: ценностные измерения // Вопросы философии. - М.: Наука, 2002. - № 11. - С.124-134.
6. Аренс В.Ж. О понятиях и структуре горной науки // Горн.журн. - 1995. - №4. - С.3-6.
7. Столяров В.Ф. О теоретическом разделе горной науки. Метод качественных отношений // Итоги и проблемы производства, науки и образования в сфере добычи полезных ископаемых открытым способом: Материалы международ. науч.-техн. конф. (10-11 октября 2002 г.) - Екатеринбург: УГГГА, 2002. - С.285-291.
8. Яковлев В.Л., Столяров В.Ф. Познавательная деятельность горных наук // Проблемы геотехнологии и не-дроведения (Мельниковские чтения): Докл. международ. конф. (6-10 июля 1998 г.): - Т.4 - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1998. - С.43-55.
9. Яковлев В.Л., Столяров В.Ф. Теоретические аспекты новых горных технологий // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Информ. - аналит. центр горных наук / МГГУ, 2000. - № 1. - С.163-166.
10. Философский энциклопедический словарь / Ред-кол.: Аверинцев С.С. Араб-Оглы Э.А., Ильичев Л.Ф. и др. - 2-е изд. - М.: Сов. Энциклопедия, 1989. - 815 с.
11. Коваленко В.А. Организация творческого мышления // Вопросы философии. - М.: Наука, 2002. - № 8. -С.78-87.
12. Гейман Л.М. Формирование системы горной терминологии и перспективы ее развития // Горные науки и промышленность.- М.: Недра, 1989. С.293-298. -(Сб. ст. / МГИ).
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------
Столяров Владимир Федорович - докторант, кандидат технических наук, Институт горного дела УрО РАН г. Екатеринбург.
-------------------------------------- © Ю.А. Бахтурин, Г.Д. Кармаев,
В.А Берсенев, Е.Ю. Бахтурина,
2004
УДК 622. 68
Ю.А. Бахтурин, Г.Д. Кармаев, В.А. Берсенев,
Е.Ю. Бахтурина
ВОПРОСЫ ИНТЕРПРЕТАЦИИ АДАПТАЦИОННОГО ФОРМИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ КАРЬЕРОВ
Семинар № 12
своем выступлении на заседании круглого стола журнала «Вопросы философии» говоря о роли междисциплинарных взаимодействий и месте горной науки, академик В.В. Ржевский отмечал, что «...конечно, более полное понимание ее объекта мы получим, когда для постижения ее фундаментальных свойств и процессов будут привлечены еще и такие науки, как биология... Но в этом отношении мы пока еще только в самом начале пути. И далее ...« Теоретические основы геотехнологии должны синтезировать знания многих естественных (геологических,
физических, химических и даже биологических дисциплин)» [1].
В целом ряде работ транспортные системы карьеров идентифицируются как адаптационные [2-5]. При этом вся эволюция транспортных систем как в историческом плане, так и за период жизненного цикла отдельного предприятия определяется адаптацией, а любой признак организации является адаптивным. Это позволяет констатировать, что адаптация составляет не только формальную, но и содержательную основу формирования транспортных систем карьеров.
Впервые адаптация как явление описано и оформилось в комплексе конкретных областей биологии. В настоящее время интенсивно нарабатываются представления об адаптивных системах в самых разных предметных областях, в том числе с середины прошлого века и в технических науках. К настоящему времени термин «адаптация» вышел далеко за пределы биологической науки. Складываются предпосылки для создания общей теории адаптации, разработки понятийной структуры явления в самом широком значении. Наиболее разработанным, отвечающим требованиям целостности, познания конкретной основы в ее существеннейших моментах, определяющим источник «самодвижения», соответствующий саморазвитию отражаемого им объекта, представляется определение А.Б. Георгиевского [6]: адаптация есть особая форма отражения системами воздействия внешней и внутренней среды, заключающаяся в тенденции к установлению с ними динамического равновесия. Под динамическим равновесием понимается процесс развития, при котором переход из одного равновесного состояния к другому осуществляется без нарушения равновесия (за счет адаптационных резервов). Это общенаучное определение должно быть конкретизировано частными определениями. Адаптацию транспортных систем предлагается определить как их реакцию на изменение природных, технологических, технических, экологических,
3
Варианты
□ Фактические расходы
□ фактические эксплуатационные расходы
□ нынешняя стоимость расходов
1-проектный вариант; 2 - с тоннельным вскрытием; 3 - с 60% уклонэм путей; 4 - с а-к-ж.д. тражгортом.
экономических, финансовых и социальных факторов, которая выражается в тенденции установления приемлемого уровня функционирования систем. Под приемлемым понимается такой уровень, который обеспечивает динамическое равновесие процесса функционирования транспортных систем с динамикой внешней среды (в определение дана классификация факторов среды).
Представляется целесообразной постановка задачи интерпретации адаптационного формирования транспортных систем глубоких карьеров. Объяснение и прогнозирование адаптивно-эволюционных процессов транспортных систем карьеров может быть достигнуто при помощи метода аналогий на основе исследования общих для различных систем закономерностей, инвариантности основных принципов адаптации. Исследования явления адаптации могут разрешить сложившееся противоречие между необходимостью принятия эффективных стратегических решений при реализации инвестиционных проектов формирования транспортных систем карьеров и возможностями сложившейся научно-методической базы
[7]. Известно, что одна из основных особенностей формирования транспортных систем глубоких карьеров состоит в том, что принимаемые при проектировании технические решения по выбору вида карьерного транспорта носят долговременный характер при высокой степени неопределенности исходной информации.
Современные методы экономического обоснования инвестиционных программ предусматривают период оценки, как правило, не превышающий 7^10 лет. Применяемые в настоящее время коэффициенты дисконтирования таковы, что практически нивелируют разницу в расчетных значениях экономических критериев для сравниваемых вариантов при периоде оценки, превышающем указанный срок. В качестве примера приведена динамика нынешней стоимости расходов в вариантах развития транспортной системы карьера Ингулецкого ГОКа за 10 лет - с 2000 по 2010
Рис. 1. Экономическое сравнение вариантов транспортирования вскрыши. ИнГОК (2000-2010)
2
4
гг. (рис.1). Если фактические расходы 1 и 4 вариантов отличаются на 41 %, то рассчитанная с учетом дисконтирования нынешняя стоимость расходов всего на 11,7 %. Для соседних 3 и 4 вариантов фактические расходы отличаются на 16,1%. Нынешняя же стоимость расходов отличается лишь на 3,5 %. При допустимой точности таких расчетов 10 % эти критерии, учитывающие дисконтирование затрат, малопригодны для принятия адекватных решений по долгосрочному формированию транспортных систем карьеров.
Логико-теоретический анализ развития транспортных систем глубоких карьеров позволяет сделать вывод о том, что количественные и качественные изменения условий среды наряду с изменениями транспортных систем карьеров под контролем выбора конкурентоспособных из них для реализации приемлемого уровня функционирования предприятия составляют систему движущих сил адаптациоге-неза (возникновение, развитие и преобразование адаптаций.) [8]. Изменчивость транспортных систем карьеров по аналогии с биологическими (которые развиваются путем совершенствования отдельных видов и их комбинаций) обеспечивается тремя основными путями: развитие и совершенствование отдельных видов транспорта; применение комбинаций различных видов транспорта; параллельное их использование.
Существующая парадигма (основная концептуальная схема) формирования транспортных систем глубоких карьеров сформулирована В.Л. Яковлевым и заключается в одновременном применении нескольких видов транспорта, их комбинаций и переход от одних схем транспортирования к другим [9]. Однако применение многотранспортных систем на карьерах всегда сопряжено с негативными последствиями. Так, многозвенность снижает общую производительность транспортной системы карьера из-за колебаний производительности смежных участков. Значительные трудности возникают ввиду необходимости одновременно поддерживать несколько различных инфраструктур. К этому можно добавить необходимость консервации больших объемов горной массы в целиках для размещения перегрузочных пунктов и т.п. Применение многотранспортных систем на карьерах становится целесообразным тогда, когда условия среды изменяются настолько, что система уже неспособна обеспечить адекватную реакцию, так как по-
следняя находится за пределами адаптивной пластичности отдельных видов транспорта.
Вместе с тем, можно сделать предположение, что отдельные виды карьерного транспорта и их комбинации в отношении адаптивной пластичности к условиям среды развиваются неравномерно (об этом свидетельствует и накопленный эмпирический материал). Изменениям подвержена и динамика условий среды. Если учесть, что и адаптивность различных видов транспорта к этим изменениям также может резко отличаться, то в какой-то период развития транспортной системы может оказаться, что адаптивная пластичность какого-то отдельного вида транспорта будет выше, чем у их комбинаций или по крайней мере достаточной для обеспечения приемлемого уровня функционирования предприятия.
Единственной реальной альтернативой применению многотранспортных систем на глубоких карьерах в обозримом будущем может быть использование технологического автотранспорта как обладающего лучшей адаптивностью. Это наиболее интенсивно развивающийся в настоящее время вид транспорта. Диапазон рационального использования автомобильного транспорта как самостоятельного постоянно растет и составляет в настоящее время: по расстоянию транспортирования - до 4 км; по глубине карьера - 250-300 м, по производительности - до 60 млн. т в год [10]. Вместе с тем, сохраняется ведущее ограничение, связанное со сравнительно высокой себестоимостью перевозки горной массы. Кроме того, автомобильный транспорт по-прежнему остается основным источником негативного антропогенного воздействия на окружающую среду при открытой разработке месторождений. Снятие этих ограничений возможно при разработке и применении карьерных автотранспортных средств с комбинированными энергосиловыми установками (газотурбинный двигатель с аккумулятором энергии, гиро-троллейный и т.п.). Эти принципиально новые средства позволяют повысить уклоны автодорог до 12%, увеличить скорость движения в грузовом направлении до 25-30 км/час, значительно сократить загазованность рабочей зоны (в 50-100 раз) при одновременном снижении расхода дизельного топлива. Имеются предпосылки разработки и других ресурсосберегающих технологий с использованием карьерного автомобильного транс-
і управления формированием транспортных систем
нятие или наложение ведущего ограничения Расширение узких звеньев
радигма и стратегия формиро-шя транспортных систем Технические и технологические инновации.
'ъемы вскрышных работ, пронзительность элементов, провоз-5 способность схемы путевого тития, и т.п. Наличие резервов, реализация принципа совмещения связей и т.п.
25 30 35
Верхний уровень запаса, тыс. т
порта в том числе и инновационных безтоп-ливных.
Существующая парадигма формирования транспортных систем глубоких карьеров, по-видимому, сохранится для действующих карьеров до конца их отработки в силу большой инерционности таких систем. Что касается долгосрочной перспективы, то нельзя исключать возможности смены парадигмы, имея в виду преимущественное использование мо-нотранспортных систем, в первую очередь автотранспорта. В этом случае можно предположительно говорить о маятниковом характере смены парадигм. Но только детальное исследование тенденций динамики и взаимодействия факторов адаптациогенеза, их теоретическая и эмпирическая интерпретация могут дать точный ответ о частоте и периодах таких адаптаций. Но уже сейчас можно констатировать, что это приведет в дальнейшем к коренным структурным изменениям в стратегии долгосрочного формирования транспортных
систем карьеров и идеологии создания новых транспортных средств. Интерпретация адаптационного формирования транспортных систем глубоких карьеров позволяет решать и другие задачи технологического прогнозирования.
Однако адаптивные изменения сложных транспортных систем карьеров не могут быть описаны с помощью одного правила и на одном уровне объяснения. В адаптационных процессах транспортных систем карьеров можно выделить 3 основных иерархических уровня, соответствующих различным этапам управления:
- параметрическая адаптация связана с регулированием параметров элементов системы без изменения их структуры;
- структурная адаптация осуществляется путем изменения структуры системы;
- структурно-параметрическая адаптация включает в себя элементы соответственно структурной и параметрической адаптации;
Примеры взаимосвязи методов и уровней адаптации, обеспечивающих управление при формировании транспортных систем карьеров, отражены в таблице.
При этом параметрическая адаптация относится, как правило, к краткосрочному временному интервалу с относительно высокой частотой адаптаций. Структурная - к долгосрочной
Рис. 2. Схема формализованного представления взаимодействия элементов сложной транспортной системы: А,
В, С, D, G, К, Т, S, L - соответственно пункты разгрузки с авто на ж.д. транспорт, ДПП, ДКК, ж.д. отвалы, автотрассы, блок-участки схемы путевого развития, автосамосвалы, локомотивососта-вы, накопители информации
перспективе с малой частотой адаптаций.
Существует мнение, что параметрическая адаптация исчерпала себя. Это в какой то степени может быть справедливо для монотранс-портных систем. Что касается многотранспортных систем, то в связи с тем, что с их внедрением увеличивается число связей, соответ-
ственно растут и возможности параметрической адаптации. Ключевым в этом случае является принцип адаптации, заключающийся в совмещении отдельных связей в пространстве и времени.
Для исследования возможностей параметрической адаптации разработана универсальная имитационно-статистическая модель функционирования сложных транспортных систем карьеров. Она позволяет воспроизводить работу основных видов карьерного транспорта и их комбинаций: автомобильного, железнодорожного, конвейерного, автомобильножелезнодорожного, автомобильно-конвейерного, автомобильно-конвейерно-железнодорожного. Схема формализованной структуры взаимодействия элементов транспортной системы в соответствии с моделью представлена на рис.2.
С применением модели обоснованы ведущие ограничения адаптивности сложных транспортных систем, в частности, ограничение по провозной способности схем путевого развития [11], определены параметры рационального взаимодействия дробильно-
конвейерного комплекса с экскаваторноавтомобильным и железнодорожным транспортом.
На основе моделирования функционирования автомобильно-конвейерно-железно-
дорожного (а-к-ж.д.) транспорта установлено, что несовместные простои элементов системы могут составлять до 37-42 % календарного времени.
При существующем уровне развития техники, технологии, организации открытых горных работ значительное сокращение непроизводительных простоев затруднено. Вместе с тем, потери производительности, связанные с отсутствием горной массы на складе комплекса перегрузки с конвейерного на железнодорожный транспорт (до 7,8 %), отсутствием места на складе (до 5,5 %) могут быть сведены к минимуму за счет управляющих воздействий на режим отгрузки горной массы со склада. В связи с этим возникает необходимость определе-
Риы3зЗмиеммж»ьо№жстлти>ищЫмтльг*,отн
¥т^Ьмо/сіївеісіклнпоГГо>^пі:і^^Ь<е.^н^иКііі^т глубины ее заложе-
н/гя^рїзї^и ^Оиширин^сн^вт^я^Шра'н Ше^р^Ці?,20#,
и. 40_м.и угле откоса борта карьера: 1-7 — 20, 25
30, 35, 40, 45^5 ОЧр^соой&тственно - по руде
ния такой организации взаимодействия дробильно-конвейерного комплекса с железнодорожным транспортом, которая обеспечит рациональное использование технических возможностей погрузочного и транспортного оборудования системы за счет снижения простоев по вышеуказанным причинам.
Решение задачи выбора рационального режима поступления локомотивосоставов под погрузку на склад комплекса перегрузки (КП) с конвейерного на железнодорожный транспорт с целью минимизации вероятности дефицитности или переполнения склада возможно при управлении потоком заявок в зависимости от уровня запаса горной массы.
Как показывает практика эксплуатации комбинированного транспорта на карьерах, количество горной массы, отгруженной со склада не является независимым от наличного уровня запаса. Процесс поступления поездов под погрузку, как правило, испытывает управляющее воздействие. В большинстве случаев это осуществляется так: если создается угроза переполнения склада, увеличивают интенсивность отгрузки, либо снижают интенсивность поступления горной массы на склад. Наоборот, если на складе создается дефицит или угроза дефицитной ситуации, то уменьшается интенсивность поступления локомотивосоставов под погрузку. Принятие решений об изменении интенсивности отгрузки горной массы со склада должно быть обоснованным. Регулирование интенсивности возможно за счет перераспределения грузопотоков. Учитывая, что а-к-ж.д. транспорт, как правило, применяется параллельно с автомобильно-железнодорожным и железнодорожным, высвободившиеся в период пониженной интенсивности отгрузки локомо-тивосоставы могут быть использованы для перевозки горной массы с верхних и средних горизонтов в составе вышеуказанных схем. Таким образом, имеет место реализация сформулированного принципа совмещения функций отдельных связей. Изменяя верхний и нижний уровни запаса горной массы на складе, а также
интенсивность отгрузки можно получить значения этих параметров, при которых прирост производительности будет максимальным. Для условий Житикаринского карьера в варианте применения а-к-ж.д. транспорта на основе моделирования установлена зависимость прироста производительности от уровней запаса горной массы на складе при вместимости склада (рис. 3). Рациональные значения нижнего критического уровня запаса горной массы на складе находятся в области и1 = 15-17 тыс. т, верхнего и0 = 29-31 тыс. т.
Объем вскрышных пород, вынимаемых при формировании транспортных берм и площадок для перегрузочных пунктов, является значительным и оказывает существенное влияние на эффективность разработки глубоких карьеров. Он может быть сведен к минимуму при адаптации транспортной системы к минимальному объему карьерного пространства. Это может быть достигнуто также за счет реализации принципа максимального совмещения отдельных связей системы, например, предохранительных берм карьера с транспортными бермами и другими выработками. В этом случае можно говорить о структурнопараметрической адаптации. Так, размещение вскрывающей выработки ленточного конвейерного подъемника диагонально на конечном борту карьера требует его предварительного разноса под основание выработки.
Объем выемки вскрыши при разносе борта определяется видом вскрывающей выработки, шириной ее основания и углами наклона подъемника и борта карьера. При использовании известных способов строительства ленточных конвейерных подъемников с лентой шириной 1600 и 2000 мм на основании конвейерной выработки остаются строительные площадки и дорога для движения по
V
г
о
12
1 " *
тЖ\ ш
а т20н
■*1
а гон
■^Г
ш
а 40* & Ж
№
306
ЭМ
ней сверху вниз тракторной тележки с грузом и перемещения с одной строительной площадки на другую строительного крана. Ширина такого основания составляет 30-40 м. Объем выемки вскрыши от разноса борта карьера под траншею ленточного конвейерного подъемника с основанием такой ширины является значительным, как это следует из графиков, представленных на рис.4. Он может быть уменьшен за счет придания конвейерной выработке полутраншейной формы. При такой форме конвейерной выработки часть ее основания совмещается с наклонной предохранительной бермой, заменяющей участки горизон-
трассе подъемника.
Ширина разноса конечного борта карьера под полутраншею в сравнении с траншеей сокращается на ширину предохранительной бермы, то есть на 10 м, а объем выемки вскрыши уменьшается, примерно, на одну треть. Разработаны способы строительства ленточных конвейерных подъемников на конечном борту карьера, полностью исключающие эти объемы. В их основе лежит принцип полного совмещения транспортных берм и строительных площадок с горизонтальными и наклонными предохранительными бермами. В одном из способов (рис.5) нижние части всех ставов конвейерного подъемника размещаются в траншеях, средние части - в траншеях и на опорах и верхние части - на опорах. Такое размещение конвейерных ставов позволяет использовать под площадки перегрузочных узлов между ставами предохранительные бермы. Строительный кран во время монтажа конвейерных ставов и строительства галереи размещается на участках предохранительных берм, примыкающих к трассе подъемника. С другой стороны от строительных площадок на выемках -
Рис. 5. Ленточный конвейерный подъемник на конечном борту карьера: 1 -нижняя часть конвейерного става в траншее; 2 - средняя часть става в траншее и на опорах; 3 - верхняя часть става на опорах; 4 - строительный кран; 5 - тракторная тележка; 6 - дорога на выемках-насыпях; 7 - съезды на строительные площадки
насыпях устраивается дорога для движения по ней сверху вниз тракторной тележки с грузом. На насыпных участках по боковым откосам дороги устраиваются заезды на строительные площадки.
Для монтажа, строительства и обслуживания конвейерного подъемника на площадки узлов перегрузки между конвейерными ставами должны быть устроены автомобильные заезды. Дополнительных заездов можно избежать, если трассы подъемника и автосъезда на конечном контуре увязать между собой таким образом, чтобы площадки узлов перегрузки между конвейерными ставами были сопряжены с разворотными площадками. В этом случае на перегрузочные площадки заезжают непосредственно с автосъезда.
Разработаны и другие способы минимизации выемки вскрыши на основе реализации сформулированного принципа адаптивности.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ржевский В.В. Изложение выступления на круглом столе «Вопросов философии»(1983,№9) //Научные проблемы горного производства: Сборник статей / Под общей редакцией профессора В.В. Истомина - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2000. - 355 с.
2. Яковлев В.Л. Теоретические основы выбора карьерного транспорта рудных карьеров. - Дис....д-ра техн. наук наук / ИГД им. Скочинского. - М., 1978. - 421 с.
3. Решетняк С.П. Создание систем цикличнопоточной технологии с внутрикарьерными передвижными дробильно-перегрузочными комплексами. Дисс. ... д-ра техн. наук / ГоИ КНЦ РАН. - Апатиты, 1997. - 422 с.
4. Яковлев В.Л., Бахтурин Ю.А., Столяров В.Ф. Некоторые перспективные направления исследований в области карьерного транспорта//Материалы международной научно-технической конференции по карьерному транспорту - Екатеринбург, 2002.- С.15-20.
5. Михальченко В.В. Концептуальное моделирование для анализа эколого-экономической эффективности открытых горных работ // Состояние и развитие открытой добычи полезных ископаемых в рыночной экономике: Материалы V междунар. конф. по открытой добыче полезных ископаемых. Т.2. - Варна, 1998. - С.169-174.
6. Георгиевский А.Б., Хахина Л.Н. Развитие эволюционной теории в России. - Спб: ф-л института истории естествознания и техники РАН. - 1996. - 237 с.
7. Бахтурин Ю.А., Глебов А.В. Особенности оценки инвестиционных проектов долгосрочного формирования геотехнических систем // Проблемы открытой разработки недр и обогащения полезных ископаемых: Материалы 1 -ой международной научно-практической конференции, 15-17 мая 2003 г. -Житикара, 2003. - 248 с.
8. Бахтурин Ю.А. Каузальные аспекты адапта-циогенеза транспортных систем карьеров // Итоги и проблемы производства, науки и образования в сфере добычи полезных ископаемых открытым способом: Материалы международной научно-технической конференции, 10-11 октября 2002 г. - Екатеринбург: УГГГА, 2002. - 375 с.
9. Яковлев В.Л. Теория и практика выбора транспорта глубоких карьеров. - Новосибирск: Наука,1989. - 240 с.
10. Потапов М.Г. Направления развития карьерного транспорта // Горная промышленность. - 2002. - №6. -С.50-53.
11. Бахтурин Ю.А. Обоснование провозной способности схем путевого развития карьерного железнодорожного транспорта //Горно-информационный аналитический бюллетень МГГУ. - М: Издательство Московского государственного горного университета 2003. - №1. -С. 181-185.
— Коротко об авторах -------------------------------------------
Бахтурин Ю.А. - кандидат технических наук, Институт горного дела УрО РАН, Кармаев Г.Д. - кандидат технических наук, Институт горного дела УрО РАН, Берсенев В.А. - кандидат технических наук, Институт горного дела УрО РАН,
Бахтурина ЕЮ. - УГТУ-УПИ.
---------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ
ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ________________________
Автор Название работы Специальность Ученая степень
КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
БУЯЛИЧ Геннадий Данилович Экспериментально-теоретическая оценка и обоснование параметров механизированных крепей для сложных горногеологических условий пологих угольных пластов 05.05.06 д.т.н.
------------------------------------------ © А.А. Романов, 2
УДК 532 А.А. Романов
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ НА РАЗРЕЗАХ УГОЛЬНОЙ КОМПАНИИ «КУЗБАССРАЗРЕЗУГОЛЬ»
Семинар № 12
Гидромеханизированным способом на разрезах Кузбасса отработано свыше 400 млн. м3 вскрышных пород. Динамика изменения объемов гидровскрышных пород за период с 1973 по 2003 годы предоставлена на рис. 1. Наибольшие объемы за этот период были достигнуты в 1973-1979 годы, когда ежегодно разрабатывалось по 23-25 млн. м3 вскрышных пород.
В настоящее время в состав Угольной Компании «Кузбассразрезуголь» входят 13 разрезов, из них гидромеханизацию в 2003 году применяли разрезы «Кедровский», «Мохов-
ский», «Сартаки», «Бачатский», «Талдинский» и «Ерунаковский».
Гидромеханизация имеет целый ряд преимуществ и недостатков, которые специалистам хорошо известны. Главные ее достоинства (при наличие земель для гидроотвалов, рыхлых вскрышных часто обводненных и налипающих пород, электроэнергии и воды) - это сравнительно недорогая техника и низкие эксплуатационные затраты на разработку вскрышных пород. В 2003 году на разрезах УК «Кузбассразрезуголь» затраты на разработку вскрыши средствами гидромеханизации были в 1,31 ниже, чем при применении автотранспорта и в
30000
JUJU
smbg
S3 ш =
S3
о
_ о г) о
5§ 1 58 О
о _
объемы, тыс. м3
20000
15000
5000
ON
1.65 ниже по сравнению с железнодорожным транспортом.
В 2004 году в связи с отработкой насосов в контурах разрабатываемого карьера прекращает работу гидромеханизация на разрезе «Бачат-ский». В последние годы она применялась на втором и третьем уступах для отработки плотных пластичных глин при расстоянии транспортирования от забоя до гидроотвала почти 10 км и геодезической высоте подъема гидросмеси - 40 м. Теперь планируется использовать опыт трудящихся гидроучастка разреза «Бачат-ский» для возрождения гидромеханизации на разрезе «Краснобродский». В соответствии с проработками института «Сибгипрошахт», средствами гидромеханизации целесообразно отработать 78 млн. м глинистых вскрышных пород. Г одовой объем работ гидромеханизации в соответствии с техническим заданием на проектирование составляет 4 млн. м в год. Для этого планируется применение двух гидротранспортных установок Гр 4000/71 с одной перекачной землесосной станцией. Транспор-График объемов гидросмыва горной массы по годам
тирование до гидроотвала по двум пульповодам на расстояние - 6,8 км, геодезическая высота подъема гидросмеси - 30 м.
Производительность 2 млн. м в год по твердому на каждый трубопровод диаметром 720 мм может быть достигнута только при
применении дополнительного внутризабойного цикла водоснабжения, а для увеличения приемной способности гидроотвала воду целесообразно держать не в гидроотвале, а отдельно, в пруду-отстойнике. В этом случае повышается коэффициент запаса устойчивости гидроотвала и его вместимость.
Кроме того, значительно снизить затраты на ввод гидромеханизации на разрезе «Красно-бродский» возможно за счет строительства дамбы обвалования из уже консолидированных, ранее намытых пород, а не из привозной вскрыши.
Сдерживающим фактором в наращивании объемов гидровскрышных работ является нестыковка производительности оборудования гидромеханизации. Применяемый в настоящее время гидромонитор ГМД-250М с дистанционным управлением обеспечивает производительность по воде 2000-2500 м /час, а высоконапорный насос ЦН-3000/197 - 3000 м3/час. Гидротранспорт обеспечивают грунтовые насосы Гр-4000/71 или Гр-2000/63 с подачей соответственно 4000 или 2000 м /час. Вот и приходится на гидроучастках комбинировать и соединять разнотипное оборудование для обеспечения нормальной работы групповых гидроустановок.
Создание нового оборудования гидромеханизации целесообразно начать с модернизации гидромонитора. Известно, что эффективность
гидроустановок во многом определяется качеством гидросмеси - высоким содержанием в ней твердого. Хороший размыв породы и высококонцентрированная гидросмесь обеспечивается при минимальном приближении гидромонитора к забою, величина которого определяется по условию обеспечения безопасности при обрушении разрабатываемого уступа. В соответствии с существующей в настоящее время технологией, гидромонитор устанавливается именно на этом безопасном расстоянии от забоя и начинает его размыв. Забой постепенно «удаляется» от гидромонитора. В зависимости от типа разрабатываемых работ и напора на насадке, максимальное «удаление» забоя от гидромонитора определяется нормируемой величиной - рабочим участком струи гидромонитора. Когда фактическое расстояние гидромонитора от забоя равняется величине рабочего участка струи гидромонитора, эффективность размыва резко снижается. Гидромонитор останавливают, производят наростку водовода и его устанавливают на минимальнодопустимое безопасное расстояние от забоя. Цикл работ продолжается.
В пределах рабочего участка струи гидромонитора эффективность размыва весьма различна. Для того чтобы постоянно работать, необходим самоходный гидромонитор. При подключении его на шарнирном поворотном колене можно достигнуть условий его работы в оптимальном режиме. Гидромонитор будет постоянно приближаться к забою на допустимое безопасное расстояние, и обеспечивать эффективный размыв. В плане реализации этой идеи УК «Кузбассразрезуголь» предложила ОАО «Юрмаш» подготовить конструкторские проработки самоходного гидромонитора на шнековом ходу с гидроприводом.
Одним из направлений снижения себестоимости гидровскрыши является разработка землесосного оборудования с увеличенным ко-
эффициентом быстроходности, позволяющим путем изменения оборотов рабочего колеса, посредством редуктора, добиваться под конкретные условия увеличение или снижение производительности и напора. Кроме того, применение редуктора позволит уменьшить мощность электропривода землесоса.
При интенсивном складировании наносов в пруду-отстойнике гидроотвала аккумулируется значительный объем тонкодисперсных глинистых взвесей, период консолидации и выпадения в осадок которых превышает время оборота объема технической воды. В результате в сеть водоподачи поступает достаточно абразивный материал, приводящий к преждевременному износу рабочих органов насосов, втулок, сальниковой набивки, стволов и насадок гидромониторов, что приводит к снижению производительности, и, в конечном итоге, к повышению себестоимости гидровскрыши. Одним из эффективных способов устранения осаждения взвесей и осветления воды в пруду-отстойнике гидроотвала является применение полиэлектролитов постоянного типа (флокулянтов).
Подводя итог вышесказанному, следует отметить:
• гидромеханизация продолжает играть важную роль при разработке обводненных и налипающих четвертичных вскрышных пород на разрезах УК «Кузбассразрезуголь»;
• при проектировании гидромеханизации на новых и действующих разрезах, необходимо учитывать все преимущества объекта и закладывать в проект новые технические решения;
• для повышения эффективности гидромеханизации необходимо осуществить модернизацию применяемого оборудования и в первую очередь следует изготовить самоходный гидромонитор производительностью -3000 м3/час.
— Коротко об авторах -
Романов А.А. — УК «Кузбассразрезуголь».
ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ__________
Автор
Название работы
Специальность Ученая степень
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ им. Г. В. ПЛЕХАНОВА
НИКОЛАЕВ Александр Константино- вич Обоснование рациональных параметров и режимов работы систем напорного гидротранспорта горных предприятий в сложных природноклиматических условиях 05.05.06 д.т.н.
ПИВНЕВ Владимир Анатольевич Разработка и исследование средств бурения с регулируемым ударным импульсом для шпуров и скважин 05.05.06 к.т.н.
