Раздел 2 методологические вопросы науки. Терминология.

Георесурсы(ресурсы недр)- компоненты земной коры (твердые, жидкие газообразные полезные ископаемые, пресные и минеральные воды, геогенное тепло, природные и техногенные полости), которые на данном уровне развития производительных сил используются или могут быть использованы в интересах создания требуемого уровня жизнеобеспечения человеческого общества

Пространство– всеобщая форма существования материальных объектов, она характеризует структурность, протяженность и объем материальных систем. Применительно к узко рассматриваемым нами вопросам можно считать, что это: поверхность, площадь, и объем верхней части земной коры. Конкретно, под объемом подземного пространства следует понимать такой объем массива горных пород, который по своим качествам может быть использован с пользой.

Подземное пространство– это природные (естественные) и техногенные полости или объемы массива горных пород, пригодные для строительства.

Природные пустоты– полости в массиве горных пород, образовавшиеся в результате различных геологических процессов. Это могут быть пещеры и карсты, заполненные газом или водой.

Горные выработки– техногенные полости заданной формы и размеров.

Подземные сооружения– горные выработки или их комплексы, обустроенные в соответствии с функциональным назначением подземного объекта.

СТРУКТУРА «СТРОИТЕЛЬНОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ»

Первый научный раздел - ПОДЗЕМНАЯ УРБАНИСТИКА (ПОДЗЕМНОЕ ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО) объединяет вопросы методологии проектирования подземных сооружений. К ним относятся исследования и обоснование социально-экономической целесообразности и технической возможности строительства подземных сооружений, их месторасположения, а также объемно-планировочных решений подземного объекта в зависимости от его функционального назначения, горно-геологических условий строительства, технологии строительных работ и т.п. Одним из направлений данного раздела является выбор стратегии и методов освоения подземного пространства, в том числе при утилизации и повторном использовании подземных объектов. Указанный термин следует понимать в более широком смысле, так как освоение подземного пространства всегда увязано с вопросами архитектуры и промышленно-гражданского строительства (здания и сооружения на поверхности горнодобывающих предприятий, жилые поселки, застройка подрабатываемых территорий и т.д.).

Второй научный раздел- МЕХАНИКА ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ: оценка устойчивости горных выработок, исследование процессов взаимодействия инженерных конструкций с породными массивами и установление качественных и количественных характеристик их напряженно-деформированного состояния, изучение закономерностей формирования нагрузок с учетом влияния горного и гидростатического давления, сейсмического воздействия, температуры окружающей среды, влияния технологии ведения горностроительных работ, а также обоснование новых материалов, рациональных типов и конструкций крепей и обделок, разработка новых методов расчета инженерных конструкций (крепи, обделки и породные конструкции, армировка), оценка их прочности, устойчивости и долговечности.

Третий научный раздела: ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА, реконструкции и восстановления подземных сооружений, включая исследования взаимосвязей элементов технологии горностроительных работ, установление качественных и количественных параметров, определяющих выбор способов, техники и технологии строительства с учетом влияния природных и техногенных факторов на ее технико-экономические показатели, методов организации и управления работами по строительству одиночных горных выработок и их комплексов обычными и специальными способами, а также горнотехнических зданий и сооружений.

Четвертый, научный разделУПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ МАССИВА: изучает комплекс вопросов, связанных с исследованиями и обоснованием методов и способов подготовки массива горных пород при строительстве, реконструкции и восстановлении подземных сооружений в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях (замораживание, химическое укрепление, тампонаж, водопонижение, осушение, разупрочнение пород и др.). В горнотехнической литературе эти вопросы объединены терминологическим понятием – УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ МАССИВА. Хотя по своему содержанию этот термин несколько шире и подразумевает управление не только свойствами породного массива, но и его состоянием (механическим, газодинамическим и т.д.), на данном этапе он вполне может быть использован для обозначения вышеуказанного раздела строительной геотехнологии.

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ «СТРОИТЕЛЬНОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ»

ЦельюСтроительной геотехнологии как науки является изучение объективных закономерностей и взаимосвязей между элементами строительной геотехнологии, качественно и количественно характеризующих эксплуатационную надежность подземных сооружений и эффективность процесса их строительства, реконструкции и восстановления.

Главной задачейСтроительной геотехнологии следует считать разработку научных рекомендаций, обеспечивающих надежность, безопасность и эффективность реализации технических решений по строительству, реконструкции и восстановлению подземных сооружений.

Объектами изученияСтроительной геотехнологии являются подземные сооружения горнодобывающих предприятий и энергетических комплексов, транспортные, гидротехнические, коммунальные тоннели, метрополитены, инженерные сооружения в подземном пространстве городов и другие подземные объекты хозяйственного, социального, экологического и оборонного назначения

Предметом изученияСтроительной геотехнологии являются процессы взаимодействия конструкций подземных сооружений с массивом горных пород; методы проектирования и расчета конструкций подземных сооружений; способы и средства обеспечения их прочности, устойчивости и долговечности; процессы, способы и методы строительства, реконструкции и восстановления подземных сооружений; способы защиты подземных сооружений от вредных природных и техногенных воздействий; методы организации и управления горностроительными работами и их экономической эффективностью; методы и технические средства обеспечения безопасности работ и комфортности подземного пространства как среды обитания человека; экологические последствия горностроительных работ и меры по сохранению недр и окружающей среды.

НАУЧНЫЕ ПОНЯТИЯ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТОДАХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ЗАКОНАХ, ЗАВИСИМОСТЯХ И ЗАКОНОМЕРНОСТЯХ В НАУКЕ

Постулат(от лат. postulatum - требование) - 1) утверждение (суждение), принимаемое в рамках какой-либо научной теории за истинное, хотя и недоказуемое ее средствами, и поэтому играющее в нейрольаксиомы.

Аксио́ма (др. греч. ἀξίωμα — утверждение, положение) или постулат — утверждение (факт), принимаемое истинным без доказательства, а также как «фундамент» для построения доказательств.

Гипотеза (от греч. hypothesis основание, предположение) — научное предположение, выдвигаемое для объяснения какого-либо явления и требующее проверки на опыте, а также теоретического обоснования для того, чтобы стать достоверной научной теорией.

Теория (от греч. theoria наблюдение, исследование) — это сложное многоаспектное явление, которое включает:

-обобщение опыта, общественной практики, отражающее объективные закономерности развития природы и общества;

-совокупность обобщенных положений, образующих какую-либо науку или ее раздел.

Эксперимент- (от лат. experimentum — проба, опыт) — это поставленный опыт, изучение явления в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за ходом явления и многократно воспроизводить его при повторении этих условий.

Научное исследование— процесс изучения, эксперимента, концептуализации и проверки теории, связанный с получением научных знаний.

Виды исследований:

• Фундаментальное исследование, предпринятое главным образом, чтобы производить новые знания независимо от перспектив применения.

• Прикладное исследование.

Наблюдение- это целенаправленное восприятие, обусловленное задачей деятельности, а в частности в науке — восприятие информации на приборах, обладающее признаками объективности и контролируемости за счет повторного наблюдения, либо применения иных методов исследования (например, эксперимента)

Методология- (от греч. μεθοδολογία — учение о методах) — система принципов, методов и способов организации и построения теоретической и практической деятельности людей;

Конце́пция, или конце́пт, (отлат.conceptio— понимание, система) - определённый способпонимания(трактовки) какого-либо предмета, явления или процесса; основная точка зрения на предмет.

Стратегия(др. - греч.στρατηγία, «Искусство полководца») — общий, недетализированный план какой-либо деятельности, охватывающий длительный период времени, способ достижения сложной цели, являющейся неопределённой и главной для управленца на данный момент, в дальнейшем корректируемой под изменившиеся условия существования управленца-стратега.Стратегия, как способ действий, становится необходимой в ситуации, когда для прямого достижения основной цели недостаточно наличных ресурсов. Задачей стратегии является эффективное использование наличных ресурсов для достижения основной цели.

Тактикаявляется инструментом реализации стратегии и подчинена основной цели стратегии. Стратегия достигает основной цели через решение промежуточных тактических задач по оси «ресурсы-цель».

Закон- внутренняя существенная связь явлений, обусловливающая их необходимое закономерное развитие. Закон выражает определенную устойчивую связь между явлениями или свойствами материальных объектов.

Зависимость-отношениеодного явления к другому какследствиек причине.

Закономерность— необходимая, существенная, постоянно повторяющаяся взаимосвязь явлений реального мира, определяющая этапы и формы процесса становления, развития явлений природы, общества и духовной культуры.

Совокупность знаний о механических процессах взаимодействия массива горных пород с конструкциями подземных сооружений составляет теорию об их прочности, устойчивости и долговечности. В ее основе лежатзакономерности, позволяющие качественно и количественно оценивать влияние свойств пород, условий строительства и особенностей дальнейшей эксплуатации подземных сооружений на формирование напряженно-деформированного состояния конструкций.

Закономерности и зависимости, характеризующие взаимосвязь горностроительных процессов, в совокупности составляют теоретические основы методологии проектирования методов, способов и технических средств освоения подземного пространства.

В качестве примера можно привести закономерности формирования напряженно-деформированного состояния на контакте породного массива с крепью в зависимости от формы поперечного сечения выработки, свойств пород и механического состояния массива, конструктивных особенностей крепей и технологии их возведения. Важную роль в оценке состояния конструкций подземных сооружений играют закономерности (критерии), определяющие условия их устойчивости и долговечности

Закономерность влияния симметричной и несимметричной схем армирования на несущую способность обделки, позволяющая на установить, что наиболее эффективной является несимметричная схема, позволяющая сократить количество арматуры на 30% без ухудшения технических показателей и, таким образом, снизить стоимость обделки.

Закономерности статической работы и эксплуатационной надежности новых конструкций обделок, содержанием которой является изменение напряженно-деформированного состояния обделки в зависимости от правильности ее геометрической формы и деформационных характеристик материала. Чем ближе фактическая форма обделки к расчетной, тем ближе в ней распределение напряжений к расчетному, что выражается в отсутствии растягивающих напряжений. Для высокоточной обделки, фактическое напряженно-деформированное состояние полностью соответствует расчетному. Кроме того, идеальная форма позволяет избежать технологических поломок в стыках между блоков. Указанные закономерности легли в основу метода прогнозирования эксплуатационной надежности обделок.

К горностроительным процессамотносятся выемка, погрузка и транспортировка породы, возведение временных и постоянных инженерных конструкций (крепей, обделок, армировки стволов), управление состоянием массива вмещающих пород (замораживание, химическое укрепление, тампонаж, водопонижение и т.п.), а также возведение надшахтных зданий и сооружений.

Закономерности и зависимости, характеризующие взаимосвязь горностроительных процессов, в совокупности составляют теоретические основы методологии проектирования методов, способов и технических средств освоения подземного пространства.

Примерами могут служить зависимости:

- технической производительности проходческих комбайнов от физико-механических свойств пород; скорости бурения шпуров и скважин от их диаметра и крепости пород; времени создания ледопородного ограждения от температуры замораживания; допустимой скорости подъемных сосудов от шага армировки; грузонесущей способности рамной крепи от типоразмера профиля и др.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТОДАХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Научные исследования могут быть теоретические, теоретико-экспериментальные и экспериментальные.

Теоретические исследования базируются на применении математических и логических методов познания объекта. Результатом теоретического исследования является установление новых зависимостей, свойств и закономерностей происходящих явлений. Результаты теоретических исследований необходимо проверять экспериментально. Экспериментальные исследования предусматривают последнюю экспериментальную проверку результатов теоретических исследований на натурных образцах или моделях. Экспериментальные исследования осуществляются на натурных образцах или моделях в лабораторных условиях, при которых устанавливаются новые свойства, зависимости и закономерности, а также служат для подтверждения выдвинутых теоретических предположений. Натурные исследования это непосредственное изучение объекта в реальных условиях его существование. Например, изучение прочности горных пород непосредственно в массиве без извлечения образцов. Комплексные представляют собой изучение разнородных свойств одного объекта, каждое из которых может предусматривать применение различных методов и средств исследования. Дифференцированным называется такое исследование, в котором познается одно из свойств или группа однородных свойств.

Исследования подразделяются и по признаку места их проведения. В этом смысле экспериментальные исследования, проведенные в лабораторных или в производственных условиях, именуются лабораторными или производственными. Исследуемый объект может быть натурным или представлять его модель или отдельный образец. В каждом случае выбор вида исследуемого объекта подлежит обоснованию. В технике многие исследования и испытания проводятся на моделях и образцах, так как это значительно упрощает создание лабораторной базы для проведения исследований (нередко натурные испытания являются принципиально невозможными).

Моделирование – использование моделей с переносом полученных знаний на оригинал. Предметное (физическое) моделирование — создание физических моделей с определёнными свойствами, дублирующими оригинальные. Мысленное моделирование — с использованием мысленных образов. Знаковое или символическое моделирование — представляет собой использование формул, чертежей. Компьютерное моделирование — компьютер является и средством, и объектом изучения, моделью является компьютерная программа. Натурные исследования - непосредственное изучение объекта в реальных условиях его существование. Например, изучение прочности горных пород непосредственно в массиве без извлечения образцов.

По стадиям выполнения исследования подразделяются на поисковые, научно-исследовательские и опытно-промышленные разработки. При разработке крупной научно-технической проблемы первой стадией является поисковое исследование, в результате которого устанавливаются принципиальные основы, пути и методы решения поставленной задачи. Вторая стадия представляет собой научно-исследовательские разработки, целью которых является установление необходимых зависимостей, свойств и закономерностей, создающих предпосылки для дальнейших инженерных решений. Третья стадия - опытно-промышленная разработка, главная задача которой состоит в доведении исследования до практической реализации, т.е. его апробации в условиях производства. На основе результатов опытно-производственной проверки вносятся коррективы в техническую документацию для широкого внедрения разработки в производство.

Строительная геотехнология, как и другие горные науки, изучает комбинации объективных законов природы применительно к искусственно создаваемым системам, в данном конкретном случае – к системе «человек – подземное сооружение – массив горных пород».

Закономерности, устанавливаемые при изучении физических и технологических процессов, представляют собой единые в пространстве и времени комбинации законов природы. Поэтому вполне правомерно говорить о них как об основных объективных технических закономерностях, обусловленных искусственной системой их взаимодействия. Подобные закономерности принято называть комбинационными.

Например, комбинационной закономерностью является взаимосвязь между скоростью проходки ствола, горнотехническими и горнотехнологическими параметрами: диаметром и глубиной ствола, крепостью пород, производительностью погрузочных и подъемных машин, составом проходческой бригады.

Аналогичным образом можно выделить закономерности организационного характера, например:

- зависимость численности работающих в горно-строительной организации от трудоемкости строительных работ за расчетный период; зависимость продолжительности работ от среднегодовой выработки одного рабочего.

Алгоритм формулировки научного положения как результата полученного знания:

«УСТАНОВЛЕНА ЗАВИСИМОСТЬ (закономерность, соотношение) того-то от того-то (того-то, между тем и тем), СОСТОЯЩАЯ В ТОМ, ЧТО МЕЖДУ РАССМАТРИВАЕМЫМИ ПАРАМЕТРАМИ (показателями) СУЩЕСТВУЕТ ВЗАИМОСВЯЗЬ, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ ОТ ИЗВЕСТНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕМ, ЧТО В НЕЙ УЧТЕНО ВЛИЯНИЕ нового фактора (параметра), что расширяет существующее представление о процессе (явлении) И ПОЗВОЛЯЕТ БОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНО ИСПОЛЬЗОВАТЬ ИХ ПРИ РЕШЕНИИ таких- то задач».