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

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

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


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

?????????? ??????? ????????

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

Е.В. Балацкий
Прикладная фундаментальность. Теоретические пузыри на рынке научных исследований
В настоящее время происходят колоссальные изменения в сфере науки и инноваций. Если раньше считалось, что в начале инновационного цикла стоят фундаментальные исследования, а прикладные разработки завершают его, то сегодня это представление, по-видимому, устарело и постепенно отмирает. Что же приходит на смену указанному представлению?

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.