Р.Ф. Гордиенко Методы научных исследований

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра теоретической и геотехнической механики

МЕТОДЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Методические указания и задания к практическим занятиям для студентов специальности 070600

«Физические процессы горного производства»

Составители Р.Ф. Гордиенко

Л.И. Рогожкина Е.В. Гурский

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 13 от 28.04.03

Рекомендованы учебнометодической комиссией по специальности 070600 Протокол № 10 от 28.04.03

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ

Кемерово 2003

1

ПРЕДИСЛОВИЕ

Изучение основ научных исследований приобретает первостепенное значение в деле формирования системного подхода в организации исследовательской работы.

Цель настоящих методических указаний – закрепление теоретических знаний по основным методическим положениям научных исследований:

-поиск, накопление и обработка научной информации;

-обработка экспериментальных и статистических данных.

Задания по практическим работам выдаются индивидуально каждому студенту и состоят из двух работ, предусмотренных программой по курсу «Методы научных исследований» для студентов специальности 070600 «Физические процессы горного производства».

Работы выполняются письменно и оформляются в соответствии с требованиями, предъявляемыми к структуре и правилам оформления отчетов по научно-исследовательской работе.

2

1. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПОИСК

Написание библиографического обзора по исследуемой теме включает следующие этапы:

-составление библиографического списка используемой литературы;

-краткий анализ литературных источников;

-написание текста краткого обзора с указанием достоинств и недостатков изучаемой технологии или раздела техники (темы);

-критическая оценка рассматриваемого вопроса;

-оформление работы.

После получения темы (или самостоятельного выбора студентом с учетом индивидуального интереса к тем или иным вопросам техники) студент приступает к поиску, накоплению и обработке информации. Поиск информации осуществляется в библиотеке университета или областной библиотеке с использованием алфавитного и систематического каталогов, предметной картотеки, в поисковой системе интернет, а также в реферативных журналах, соответствующих тематике поиска.

Список источников следует составлять в алфавитном порядке. Каждый источник помещается в отдельную карточку с указанием всей информации (автор, год издания, название и т.д.).

При работе с изучаемым материалом требуется постоянная систематизация, а в целях более четкого выявления логической структуры текста необходимо предварительно составить план записи текста.

При анализе подобранного материала целесообразно составить краткий конспект, в котором изложить главное, излагаемое автором источника.

Таким образом, формируется реферат по выбранной тематике, в котором содержится информация сводного характера по интересующей теме, извлеченная из множества специально отобранных для этой цели первичных документов.

В конце работы составить список используемой литературы.

3

Темы поиска

1.Развитие горной науки.

2.Конструкции крепей горных выработок.

3.Экология горного производства.

4.История развития вычислительной техники.

5.Способы упрочнения горных пород.

6.Приборы и методы для исследования проявлений горного давления.

7.Тампонаж горных пород при строительстве шахт.

8.Новые решения в проектировании шахт.

9.Экзогенные пожары.

10.Методы прогноза горных ударов.

11.Эндогенные пожары на угольных предприятиях.

12.Математические методы в горном деле.

13.Современное автомобилестроение.

14.Открытия в горном деле.

15.Способы разрушения горных пород.

16.Теоретическая механика в трудах русских ученых.

17.Основоположники горной науки в России.

18.Проведение горных выработок специальными методами.

19.Применение современных геоакустических методов контроля в горном деле.

20.Волноводные зоны в массивах горных пород.

2.ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Впроцессе проведения экспериментальных исследований возникает необходимость в обработке полученных данных с целью установления взаимозависимостей исследуемых параметров. В инженерной практике для решения этих вопросов широко используют методы теории вероятностей и математической статистики.

4

Установление связи между исследуемыми величинами требует проведения следующих операций

1. Систематизация опытных данных: а) построение гистограмм, полигона;

б) установление закона распределения. 2. Определение взаимосвязи признаков:

а) установление формы связи между исследуемыми величинами; б) определение тесноты этой связи.

3. Оценка адекватности модели с помощью статистических критериев.

Основные теоретические положения, необходимые для выполнения индивидуальной работы, приведены в [8, с. 4-9].

Расчеты, графики, уравнения, полученные в результате проведенной работы, оформить в соответствии с требованиями, предъявляемыми к оформлению любой исследовательской работы.

По желанию студента второе задание можно заменить его самостоятельной работой по обработке данных, полученных при выполнении лабораторных работ по одной какой-либо профилирующей дисциплине.

3.ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

3.1.Составить интервальный вариационный ряд, построить гистограмму, определить выборочную среднюю и дисперсию.

3.1.1. При испытании образцов горной породы на прочность были получены следующие результаты предельной прочности (кг/см2): 48,1; 48,9; 49,2; 49,4; 49,4; 52,1; 52,7; 49,3; 52,2; 50,3; 52,2; 54,5; 50,3; 52,4; 54,5; 56,4; 50,8; 52,4; 54,6; 55,4; 50,8; 54,6; 54,5; 51,0; 60,0; 52,7; 56,4; 52,8; 51,4; 52,8; 53,4; 51,8; 56,4; 53,0; 54,3; 51,2; 53,4; 53,0; 51,2; 52,7; 55,4; 51,0; 54,3; 51,8; 52,5; 53,1; 59,9; 52,8; 57,2; 54,3.

5

3.1.2.Исследовалась пористость алевритов шахтного поля. Результаты лабораторных исследований (в %) следующие: 1,4; 3,7; 6,5; 12,6; 0,5; 2,5; 6,8; 5,7; 5,3; 8,2; 7,0; 2,7; 4,5; 7,4; 7,2; 12; 2; 3; 8,2; 8,6; 9,2; 12; 10; 10,4; 11,5; 8,8; 9,6; 0,9; 3,2; 4,5; 8,1; 9,8; 6,4; 5,7; 3,9; 6,0; 8,0; 5,8; 5,0; 4,2; 7,0; 7,0; 4,9; 6,3; 7,9; 10,1; 11,4; 11,8; 9,5; 9,0; 10,3.

3.1.3.Для изучения физико-механических свойств горных пород проводились лабораторные исследования пористости алевритов шахтного поля. Получены следующие данные (в %): 10; 12; 15; 17; 19; 21; 25; 17; 14; 11; 13; 18; 16; 20; 24; 22; 19; 18; 16; 11; 14; 21; 24; 20; 17; 12; 22; 27; 17; 15; 13; 19; 23; 25; 12; 12; 15; 18; 21; 23; 19; 15; 20; 22; 16; 20; 19; 18; 17; 25; 26.

3.1.4.На угольных предприятиях определяли производительность рабочего очистного забоя для струговых установок УСБ-2. Получены следующие данные (т/вых.): 7,1; 7,1; 7,7; 7,6; 7,6; 6,8; 10,9; 11,4; 13,4; 9,5; 9,2; 10,8; 12,4; 4,8; 3,6; 5,5; 6,8; 6,9; 7,1; 6,1; 5,3; 5,5; 4,8; 3,5; 4,0; 6,2; 3,2; 4,3; 4,1; 5,1; 3,5; 5,3; 8,0; 6,2; 7,4; 9,5; 9,8; 6,1; 6,4; 3,5; 4,5; 6,5; 4,9; 6,4; 6,1; 5,6; 6,4.

3.1.5.Из забоев горных выработок на руднике взято 50 проб. Содержание свинца в процентах по данным пробам следующее: 2,1; 0,7; 3,9; 0,2; 1,0; 0,1; 0,9; 6,0; 1,1; 0,2; 0,8; 4,2; 0,4; 0,4; 2,5; 1,3; 0,6; 4,8; 0,5; 1,5; 0,9; 2,4; 1,6; 0,3; 1,8; 0,3; 2,7; 0,1; 1,9; 2,4; 1,7; 0,4 ;3,4; 0,5; 2,8; 3,1; 1,4; 1,8; 0,4; 2,5; 0,1; 0,3; 3,7; 0,5; 0,8; 0,9; 2,6; 1,3; 0,6; 1,5.

3.2. Подобрать теоретический закон распределения по опытным данным, проверить адекватность модели по критерию Пирсона

3.2.1. Получены следующие результаты предельной прочности при испытании горной породы на сжатие (кг/см2): 48,1; 48,9; 49,2; 49,4; 49,7; 52,2; 53,2; 49,3; 52,7; 50,3; 52,2; 54,5; 50,3; 52,4; 54,5; 56,2; 50,8; 5;2,4;

6

55,4; 50,8; 54,6; 54,4; 51,0; 60,0; 52,6; 56,4; 52,8; 53,4; 51,8; 56,4; 53,0; 54,2; 51,2; 53,4; 53,0; 51,3 ;52,7; 55,4; 51,0; 54,3; 54,8; 52,6; 53,1; 59,9; 52,8; 54,4.

3.2.2.Из забоев горных выработок на руднике взято 50 проб. Содержание свинца по данным пробам следующее (%): 1,0; 0,1; 0,9; 6,0; 1,1; 0,2; 0,8; 4,2; 0,4; 2,5; 1,3; 0,6; 4,8; 0,5; 1,5; 0,9; 2,4; 1,6; 0,3; 2,7; 0,1; 1,9; 2,3; 1,7; 0,4; 3,4; 0,5; 2,8; 3,0; 1,5; 1,8; 2,0; 0,4; 2,5; 0,1; 0,2; 3,5; 0,5; 0,9; 2,5; 1,0; 0,6; 1,5; 0,2; 4,0; 0,7; 2,0.

3.2.3.Изучали пористость алевритов шахтного поля. Получены дан-

ные лабораторных исследований (%): 1,4; 3,7; 6,5; 12,5; 0,5; 2,5; 6,8; 5,6; 5,3; 8,2; 7,0; 2,7; 4,5; 7,4; 14,0; 2,0; 3,0; 8,4; 8,7; 7,5; 9,0; 12,0; 10,5; 11,0; 8,9; 9,5; 0,9; 3,2; 4,5; 8,0; 9,8; 6,4; 5,7; 4,0; 6,0; 8,0; 5,9; 4,8; 4,2; 7,7; 4,9; 6,3; 7,9; 10,0; 11,4; 11,9; 9,0; 9,5; 10,4.

3.2.4.Для изучения физико-механических свойств горных пород проведены лабораторные исследования пористости алевритов шахтного поля. Получены следующие данные (в %): 10; 12; 15; 17; 20; 25; 19; 14; 11; 13; 16; 18; 20; 24; 21; 19; 18; 16; 11; 14; 21; 24; 20; 17; 12; 22; 27; 17; 15; 13; 19; 22; 25; 12; 15; 18; 18; 21; 22; 23; 20; 15; 20; 22; 16; 20; 18; 18; 17; 25; 26.

3.2.5.На угольных предприятиях определяли производительность труда рабочего очистного забоя. Получены следующие данные (т/вых.): 7,1; 7,7; 7,6; 6,9; 10,9; 11,4; 13,5; 9,5; 9,2; 10,7; 4,9; 3,7; 5,6; 6,8; 6,9; 7,1; 6,9; 7,1; 6,1 5,5; 5,8; 5,5; 4,8; 3,5; 4,0; 6,2; 3,2; 4,0; 5,2; 3,5; 5,3; 8,0; 6,2; 7,4; 9,6; 6,1; 6,4; 3,4; 3,5; 4,5; 6,5; 6,4; 5,4; 8,8; 6,0.

7

3.3. Определить линию регрессии и установить тесноту корреляционной связи по данным, приведенным в табл. 1-5.

3.3.1. На угольном предприятии изучали зависимость подвигания забоя (Y, м/мес) от длины лавы (Х, м), в табл.1 приведены результаты проводимых исследований.

Таблица 1

№		Y		X			№		Y			X		№			Y			X			№		Y		X		№			Y		X
1		30		185			11		36			170		21			31			168			31		48		140		41			32		158
2		28		180			12		42			172		22			32			168			32		53		132		42			35		158
3		34,5		170			13		46			176		23			22			167			33		46		140		43			15		142
4		44		150			14		19			153		24			26			166			34		38		145		44			24		130
5		58,2		145			15		19,5			156		25			20			155			35		33		146		45			38		155
6		48		135			16		30			152		26			12			155			36		26		134		46			27		146
7		38		140			17		38			166		27			15			155			37		22		130		47			64		155
8		47		144			18		44			170		28			18			160			38		32		126		48			46		155
9		60		150			19		50			170		29			10			160			39		24		126		49			50		158
10		38		170			20		36,4			168		30			38			130			40		38		157		50			45		150
		3.3.2. В табл.2 приведены результаты исследований зависимости
производительности рабочего очистного забоя (Y, т/вых.) от скорости
подвигания забоя (Х, м).
																														Таблица 2
№	Y		X			№		Y		X			№		Y			X				№		Y		X			№		Y			X
1		6,1	45			11		8,3		33			21			8,0			57,5			31		4,6		32,0			41		3,0			24,0
2		5,2	40			12		8,2		50			22			6,0			30,5			32		4,2		27,0			42		4,2			38,2
3		5,0	50			13		8,4		55			23			5,7			32,0			33		3,0		25,5			43		4,1			32,0
4		4,5	40			14		6,3		48			24			7,0			60,1			34		3,5		20,1			44		5,1			35,6
5		6,0	46			15		6,8		54			25			7,7			60,2			35		5,0		45,0			45		3,5			15,0
6		5,8	43			16		8,0		55			26			6,0			37,0			36		5,0		35,0			46		5,3			23,5
7		6,9	60			17		7,4		47,5			27			5,0			35,6			37		4,8		38,0			47		8,0			38,0
8		5,1	39			18		7,4		54,5			28			4,4			43,6			38		3,5		26,5			48		6,2			27,0
9		5,7	49			19		8,4		58			29			5,0			38,6			39		4,0		21,7			49		9,5			46,0
10		5,5	44			20		7,0		50,5			30			4,5			37,2			40		6,2		32,3			50		9,8			49,5

8

3.3.3. Результаты измерения предела текучести (Х, кг/мм2) и предела прочности (Y, кг/мм2) у 50 марок стали приведены в табл.3.

Таблица 3

№	Y	X	№	Y	X	№	Y	X	№	Y	X	№	Y	X
1	77	70	11	142	106	21	159	126	31	94	104	41	96	84
2	96	77	12	100	109	22	135	96	32	84	108	42	112	94
3	86	76	13	95	109	23	130	100	33	70	90	43	136	140
4	92	76	14	100	110	24	145	95	34	107	124	44	104	100
5	53	47	15	86	111	25	120	118	35	95	112	45	103	80
6	63	36	16	80	68	26	107	107	36	110	112	46	115	90
7	80	50	17	88	90	27	133	120	37	100	95	47	120	95
8	64	49	18	160	140	28	140	114	38	100	112	48	110	76
9	66	62	19	153	136	29	149	113	39	104	116	49	130	84
10	57	40	20	135	130	30	147	123	40	88	93	50	130	125

3.3.4. В табл.4 приведены результаты замеров для установления зависимости стандартного электродного потенциала (Y, МВ) от объемной массы (Х·105, кг/м3) образца руды.

Таблица 4

№	Y	X	№	Y	X	№	Y	X	№	Y	X	№	Y	X
1	25	4,06	11	180	4,23	21	175	4,31	31	210	4,28	41	50	4,11
2	100	4,16	12	280	4,40	22	340	4,43	32	390	4,40	42	380	4,43
3	230	4,31	13	130	4,13	23	280	4,36	33	270	4,28	43	300	4,31
4	50	4,08	14	310	4,40	24	160	4,26	34	410	4,60	44	250	4,22
5	350	4,41	15	170	4,26	25	415	4,46	35	360	4,36	45	418	4,33
6	420	4,38	16	260	4,31	26	380	4,38	36	280	4,16	46	230	4,16
7	190	4,26	17	340	4,33	27	310	4,37	37	360	4,36	47	315	4,28
8	180	4,18	18	230	4,21	28	340	4,33	38	380	4,34	48	165	4,26
9	460	4,48	19	190	4,28	29	280	4,23	39	175	4,13	49	320	4,31
10	200	4,21	20	180	4,22	30	330	4,34	40	180	4,19	50	170	4,16

9

3.3.5. Результаты исследования зависимости изменения градиента давления в скважине (Y, МПа/м) от радиуса тампонажа (Х, м) приведены в табл. 5.

Таблица 5

№	Y	X	№	Y	X	№	Y	X	№	Y	X	№	Y	X
1	0,2	2,5	11	0,34	1,4	21	0,4	1,4	31	0,52	0,8	41	0,25	2,5
2	0,4	1,5	12	0,38	1,4	22	0,1	0,1	32	0,55	0,7	42	0,45	1,3
3	0,55	0,7	13	0,62	0,5	23	0,35	1,4	33	0,65	0,5	43	0,56	0,8
4	0,6	0,5	14	0,5	0,8	24	0,4	1,3	34	0,68	0,4	44	0,6	0,7
5	0,52	0,8	15	0,45	1,2	25	0,32	1,4	35	0,38	1,4	45	0,38	1,2
6	0,68	0,52	16	0,35	1,6	26	0,45	1,2	36	0,42	1,3	46	0,3	1,6
7	0,28	1,8	17	0,62	0,6	27	0,5	0,8	37	0,4	1,2	47	0,44	1,3
8	0,3	1,8	18	0,6	0,7	28	0,6	0,6	38	0,3	1,9	48	0,7	0,1
9	0,41	1,3	19	0,48	1,8	29	0,54	0,5	39	0,28	2,0	49	0,56	0,8
10	0,42	1,28	20	0,5	1,0	30	0,44	1,3	40	0,5	1,5	50	0,6	0,2

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Крутов В.И. Основы научных исследований / В.И. Крутов,

В.В. Попов. – М.: Высш. шк., 1989. – 397 с.

2.Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов экспе-

римента. – М.: Наука, 1971. – 192 с.

3.Основы научного творчества: Методические указания по практическим занятиям для студентов, обучающихся по направлению 550600 «Горное дело» / Сост.: А.И. Корякин. – Кемерово: КузГТУ, 1998. – 12 с.

4.Основы научных исследований: Методические указания по выполнению курсового задания / Сост.: Б.В. Гордиенко. – Кемерово:

КузГТУ, 1997. – 12 с.

5.Сборник задач по математической статистике: Учеб. пособие / А.В. Бирюков, А.И. Каширцева, Л.И. Рогожкина и др. – Кемерово:

КузГТУ, 1999. – 84 с.