Главная | Новости | Аналитика | Служба поддержки | Контакты | О нас

ПАРТНЕРЫ Горнодобывающие предприятия Научно-исследовательские институты Учебные заведения Общественные организации СОТРУДНИЧЕСТВО Информационное Исследовательское Методички Учебники Журналы Авторефераты

СОБЫТИЯ


образовательные

научные производственные

КОНКУРСЫ


гранты стипендии премии награды

призы программы обмены студии

тренинги стажировки летние школы

ФОТОГАЛЕРЕИ


научно-образовательные и горнодобывающие центры Украины

КОНТАКТЫ


koordinator_rudana
analitik_rudana
tehnolog_rudana
consultant_ua
gemmolog_rudana
innovacii_rudana
filolog_rudana
secretar_rudana


ПРОГРАММЫ

ССЫЛКИ


?????????????-????????????? ????? «???????»

????????

?????????????? ??????????
???????????? «?????? ???????»

Главная   

Образовательно-научно-производственный портал «Рудана»

:: Показать последние записи ::

Рудознатцы вооружаются синергетикой

автор: Олег Хоменко

О.Е. Хоменко

 

Раскрыто понятие термина синергетика. Определены основные преимущества синергетического подхода в исследовании. Представлены результаты, полученные при использовании системного подхода с применением термодинамического метода исследования. Очерчен ряд актуальных задач, которые разрешимы с применением синергетического подхода.

 

Всевидящее око синергетики 

 

Впервые термин «синергетика» был введен великим английским физиологом Шеррингтоном в 1868 году. Сто лет спустя, профессор Штудгардского университета Герман Хакен применяет термин синергетика для определения совокупного, кооперативного действия атомов, молекул и более сложных образований. В 1978 г. издается первая монография Г. Хакена, посвященная синергетике - новой дисциплине, возникшей на стыке физики, химии, математики, термодинамики, биологии, философии, социологии и др. В рамках понятия синергетики вырабатывается новый подход к познанию кризисов, нестабильности и хаоса, к овладению методами нелинейного управления сложными системами, находящимися в состоянии неустойчивости. Научный мир стоит на пороге эпохи разрешения многих глобальных заблуждений. Потому в горном деле - ноу-хау процессах термодинамики, а в строительстве лист холоднокатаный, который используют не только при производстве сложных изделий и конструкций, потому как он идеально подходит для гнутья или холодной штамповки, но и для других целей. Разделение фундаментальными науками факторов на существенные и несущественные, и многое другое.

 

На протяжении ХІХ века в центре внимания находилось исследование конечного состояния пармодинамической эволюции. Термодинамика ХІХ века была равновесной. На неравновесные процессы исследователи смотрели как на второстепенные детали, возмущения, мелкие несущественные подробности, не заслуживающие специального изучения. В настоящее время ситуация полностью изменилась. Ныне мы знаем, что вдали от равновесия могут спонтанно возникать новые типы структур. В сильно неравновесных условиях может совершенствоваться переход от беспорядка, теплового хаоса к порядку. Могут возникать новые динамические состояния материи, отражающие взаимодействие данной системы с окружающей и влияющей на нее средой. Если не учитывать эти обстоятельства, то мы как бы недооцениваем окружающий нас мир, вследствие чего рано или поздно приходим к тупиковым ситуациям. Анализ западного типа рациональности показывает, что в течение последних 2,5 тысяч лет в рамках европейской культуры человеческий разум трансформировался дважды. В античную эпоху сформировался «созерцающий разум», в Новое время он сменился «директивным» разумом. Во второй половине XX века происходит радикальная смена типов рациональности. Буквально на глазах возникает «синергетический» разум. Наиболее этот процесс ощутим в области методологии, где тот или иной тип мышления предстает как бы в рафинированном виде. Научный аппарат синергетики оказался весьма гибким и удобным для описания многих проблем, стоящих перед прикладными науками.

 

Логика развития научного знания предполагает движение исследования от интерпретации системы, как жестко детерминированной, замкнутой, «механистической» структуры – к пониманию системы в качестве открытой, многоуровневой, эволюционирующей от неравновесного состояния к другому. Первоначально научный анализ осваивает равновесные процессы, протекающие в среде (минеральном веществе), поэтому каким бы разнообразием не обладали методологические установки исследователей, анализ ведется на одном и том же уровне. Реализуемый при этом тип мышления можно было бы, по аналогии с естествознанием, назвать «классическим». Попытки вырваться за пределы равновесных представлений характеризуют новый уровень методологического поиска, а тип мышления исследователя приобретает новый статус – «неклассического». Способность анализировать сильно неравновесные состояния свидетельствует о том, что исследователь поднимается на уровень «пост неклассической» науки. Развертывание пост классического естествознания связано с вовлечением в сферу научного анализа неравновесных областей исследуемых систем, чем и является массив горных пород при разрушении. Для полного отображения процесса перехода вещества в новое состояние необходим принципиально иной исследовательский инструментарий, способный выявить не только общее, но и уникальное неповторимое, ибо в перенапряженном состоянии любой из факторов может оказаться определяющим и, следовательно, традиционное деление факторов на существенные и несущественные становится неприемлемым. Случайность, например, тщательно изгонялась из научных теорий. Она считалась побочным, не имеющим принципиального значения фактором.

 

Синергетика разрушает многие привычные представления и поражает необычными идеями. Во-первых, синергетика открывает новые принципы суперпозиций, «сборки» многослойного массива горных пород из отдельных пластов. Объединение слоев не сводится к их простому сложению: имеет место перекрытие областей локализации структур с дефектом энергии. Целое уже не равно сумме частей. Во-вторых, синергетика дает знание о том, как надлежащим образом оперировать со сложными системами, какими являются минеральное вещество, и как эффективно управлять его состоянием. Оказывается, главное – не сила, а правильная конфигурация воздействия на сложную минеральную систему. Малые, но правильно организованные – резонансные воздействия на сложные системы чрезвычайно эффективны. В-третьих, синергетика раскрывает закономерности и условия протекания быстрых, лавинообразных процессов и процессов нелинейного, самоорганизующего роста, какими являются горные удары, внезапные выбросы газа и прорыва воды. Идеи синергетики еще практически не осмыслены представителями технического знания и весьма редко используются для анализа исследуемых объектов. Вместе с тем, они содержат мощный эвристический потенциал, овладение которым могло бы удержать исследователей от ошибок при анализе процессов разработки месторождений полезных ископаемых и эффективного управления состоянием массива горных пород.

 

Проведя анализ существующих теоретических методов исследования напряженно-деформированного состояния массива горных пород и элементов систем разработки, установлено, что в большинстве случаев исследования осуществляются различными методами механики горных пород. Наиболее широко используемая группа математических методов – это аналитические методы теории упругости, пластичности, ползучести. Основное преимущество этих теорий заключается в том, что они дают реальную основу только для понимания геомеханических процессов, вызываемых образованием обнажения. Новый этап в применении теоретических методов к решению прикладных задач горного давления связан с внедрением в практику исследований численных методов, ориентированных на применение быстродействующих электронно-вычислительных машин: методы конечных разностей, граничных и конечных элементов. Вышеизложенные математические методы не дают приемлемых для практической деятельности результатов по определению параметров конструктивных элементов систем разработки в конкретных горно-геологических условиях того или иного месторождения с увеличением глубины разработки. Это связано с рядом принятых допущений, что горные породы являются упругими, сплошными телами, которые соответствуют связанной сыпучей среде и другое. Основным недостатком известных аналитических методов является то, что с их помощью невозможно точно определить начальное напряженное состояние ненарушенного массива пород, оказывающее решающее влияние на величины и направление действия фактических напряжений вокруг образованных выработок.

 

К современным методам моделирования физических процессов в земных недрах относятся синергетические методы, которые включают в себя термодинамические, энергетические и энтропийные. Их сущность заключается в описании термодинамического состояния слабо уравновешенных систем путем определения производной энтропии во времени. Базируясь на системном подходе и опираясь на фундаментальные законы науки, синергетические методы учитывают процессы энергообмена в минеральной среде и закономерные преобразования одних видов энергии в другие. Основными преимуществами этих методов является высокая степень универсальности, позволяющая описать механизмы возникновения энергетических полей в земной коре, сущность процессов теплообмена, преобразования потенциальной энергии упругой деформации в работу, процессов перераспределения и возникновения напряжений в окружающем выработку массиве, накопления нарушений и характер обрушения массива, параметры трещиноватости и кусковатости обрушенных пород, также можно рассматривать в качестве исследуемого материала.

 

Разработанный исследователями Криворожского технического университета В.Ф. Лавриненко и В.И. Лысак термодинамический метод, по уровню научной проработки, является наиболее эффективным. Прикладные аспекты применения метода представлены более чем в 200 опубликованных работах. Сущность метода заключается в том, что исследуемый массив горных пород рассматривается как термодинамическая система. Ее состояние определяется всеми физическими величинами, характеризующими макроскопические свойства (плотность, внутреннюю энергию, намагниченность и др.). Рассматриваемая система способна обмениваться с внешними по отношению к ней телами и полями энергией в формах работы и теплоты. Термодинамический метод, базируясь на фундаментальных законах химии, физики, математики, термодинамики и философии, позволяет довольно точно установить оптимальные размеры и форму устойчивого обнажения массива на любой глубине в конкретных горно-геологических условиях залегания рудных тел. В общем случае задача сводится к последовательному определению потенциальных напряжений в нетронутом массиве земных недр, физических свойств пород в условиях их естественного залегания, напряженно-деформированного состояния пород вокруг выработок. Определение физических свойств пород в условиях их естественного залегания производится по данным геологического строения исследуемого участка шахтного поля. Так, например, результаты моделирования нетронутого массива для горизонта 1200 м шахты им. Ленина ОАО «Криворожский железорудный комбинат» показали, что объемная масса руды возросла на 0,79 МН/м3, а вмещающих пород на 0,22 МН/м3. В условиях объемного сжатия прочность руды увеличилась с 70 до 120,8 МПа, а пород с 180 до 350 МПа. Соответственно возросли и абсолютные значения модуля Юнга с 0,843•105 до 1,63•105 для пород и с 0,324•105 до 0,593•105 МПа для руд.

 

Термодинамический метод позволяет точно определить место расположения в прилегающем к выработке массиве зон разгрузки и концентрации напряжений. Это является одним из основных достоинств метода, так как процессы, протекающие в этих зонах, противоположны. Процесс преобразования потенциальной энергии упругой деформации в работу в массиве зоны разгрузки напряжений протекает в результате высвобождения внутренних сил и возрастания радиальных и тангенциальных напряжений. Они вызывают увеличение объема породы, а, следовательно, снижение температуры и изменение физических свойств минерального вещества в поле сил гравитации. В зонах концентрации протекают противоположные процессы. Исследование наложения зон разгрузки-концентрации напряжений в массиве вокруг выработанного и очистного пространства, подготовительных и нарезных выработок позволило решить ряд актуальных задач:

- влияние выработанного пространства на напряженность вмещающего массива;
- влияние выработанного пространства на выбор рационального места заложения и способа крепления подготовительных выработок;
- влияние выработанного пространства на параметры камерных систем разработки;
- влияние очистного пространства на выбор способа крепления нарезных выработок.

 

Применение синергетического подхода с использованием термодинамического метода открывает возможности для создания цифровой модели горного отвода рудника с учетом комплексного влияния выработанного и очистного пространства, а также подготовительных и нарезных выработок. Модель способна определять напряженно-деформированное состояние массива горных пород и оценивать его влияние на технологию подготовительных и очистных работ в пространстве и во времени. Прикладное применение цифровой модели позволит решить ряд актуальных для горнорудной промышленности Украины задач, которые с использованием «классического» подхода исследования невозможно было определить

- состояние массива горных пород в заданном месте шахтного поля;
- точные размеры и форму выработанного пространства шахты;
- области массива, опасные по горным ударам, внезапным выбросам газа и прорыва воды;
- устойчивые размеры и формы всех видов очистных пространств и подготовительных выработок;
- безопасные расстояния в пространстве и времени между очистными и подготовительными работами;
- безопасные размеры целиков между подготовительными и нарезными выработками.

 

Полученные результаты исследований находят свое применение в прикладных аспектах проектных и научно-исследовательских институтов, которые специализируются на создании проектов и технологических схем разработки рудных месторождений, и горных предприятий по добыче руд подземным способом.

 

 

Литература

 

1. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Синергетика как новое мировозрение: диалог с И. Пригожиным // Вопросы философии. – 1992. – № 12. – С. 23-28.
2. Лавриненко В.Ф. Условия равновесия напряжений в нетронутом массиве // Изв. вузов. Горный журнал. – 1982. – № 6. – С. 17-22.
3. Хоменко О.Е. Моделирование выработанных пространств рудников Криворожского бассейна // Науковий вісник НГА України. – 2002. – № 3. – С. 54-57.
4. Хоменко О.Е. Определение рациональных мест заложения выработок в зоне влияния выработанного пространства шахты // Науковий вісник НГА України. – 2002. – № 6. – С. 19-22.
5. Хоменко О.Е. Технология отработки руд в зонах влияния выработанного пространства // Проблемы механики горно-металургического комплекса. – Днепропетровск. – 2002. – С. 59.
6. Хоменко О.Є., Кононенко М.М. До обґрунтування технології кріплення нарізних виробок в умовах ЗАТ „Запорізький ЗРК” // Науковий вісник НГУ. – 2003. – № 7. – С. 15-17.

 

Что? Где? Когда?

И  ЧТО  ДАЛЬШЕ?

:: Архив аналитик ::

Сделать стартовой
Добавить в избранное
Поиск по порталу
Поиск по заглавиям, описаниям, ключевым словам страниц
Поиск по заглавиям, описаниям, ключевым словам и телу страниц
Новости

07.11.12
Пополнение библиотеки портала «Рудана»
Вышло из печати новое учебное пособие (Физико-химическая геотехнология / Н.М. Табаченко, А.Б. Владыко, О.Е. Хоменко, Д.В. Мальцев – Д.: НГУ, 2012. – 310 с.). Рецензентами выступили М.С. Четверик, доктор технических наук, старший научный сотрудник, профессор, заведующий отделом геомеханических основ разработки месторождений ИГТМ им. Н.С. Полякова НАН Украины и В.В. Цариковский, доктор технических наук, старший научный сотрудник, заведующий отделом подземных горных работ и геомеханики ГП «Научно-исследовательский горнорудный институт».


Аналитика

С.В. Шевченко
Инновации НГУ в подготовке научно-педагогических кадров
Внедрение инновационных подходов в подготовку специалистов высшей квалификации вызвано нарастающими кадровыми проблемами и связано с разрывом поколений. Проблема решалась путем укрепления поколения преподавателей возрастом младше 35 лет за счет полного раскрытия и реализации творческого потенциала студентов, аспирантов и молодых ученых в научной, педагогической и организационной сферах деятельности горного университета.

Ответы на Ваши вопросы
Будьте в курсе всех новинок портала
Подпишитесь на рассылку
E-mail:
  Подписаться
Сообщить о неточностях
на сайте

??????-??????????????? ????? «???????????? ?????????????? ??????: ????????, ???????, ?????»

Контактные лица по проекту:

Олег, e-mail: koordin@rudana.in.ua

Наталья, e-mail: romah-v@mail.ru

Page Rank Icon Rambler's Top100
Дизайн и поддержка: http://inter-biz.info/
Программирование: Пуляев Ю.А.