Неизвестная горная механика - предмет исследований

   
Журнал "Уголь" №2 за 2005г.*

УДК: 622.33.002.5:001

 
Гольберт  А.  Е.,   горный  инженер - электромеханик, изобретатель
 

         Неизвестная горная механика - предмет исследований
   
      
Важной функциональной группой машин и оборудования горнодобывающих предприятий являются стационарные установки. Это – подъемные, вентиляторные, водоотливные и пневматические установки, включающие соответствующие стационарные машины, которые наряду с установками в целом составляют, как известно,  предмет изучения специальной научной отрасли – так называемой «Горной механики» (ГМ). В этой связи возникают следующие, простые на первый взгляд, вопросы. Результаты деятельности научно-технических направлений, исследующих разные стационарные установки, - это перечисление, сумма отдельных специальных знаний или их совокупность? Дисциплины «Стационарные машины и установки горных предприятий» и собственно «ГМ» – это тождество или нет? На эти и более значимые другие, с ними связанные вопросы, попытаемся ответить  в работе.
Перед тем как приступить к последующему изложению, сделаем одну оговорку. Приведенные ниже размышления имеют в своей основе знания, полученные автором при изучении работы предприятий, разрабатывающих полезные ископаемые подземным способом. Мнения и замечания ученых и специалистов в области открытых горных работ, без которых такое исследование по определению не может быть полным, представляют для нас особый интерес. В том числе и точка зрения на предмет степени общности сделанных нами выводов.
Вначале небольшое отступление, имеющее, однако, отношение к рассматриваемой теме. По всей видимости, со времени своего основания горнозаводская механика, позднее – ГМ, занималась изучением механизации всех процессов в горном производстве. Эта научная отрасль описывала, обобщала и исследовала все существовавшие на то время и вновь создаваемые горные машины. Конечно, большое внимание уделялось стационарным машинам и установкам как наиболее важным производственным объектам, без которых горные предприятия с промышленным уровнем добычи даже тогда существовать не могли. В то же время горные машины других функциональных групп если и существовали, то находились «в зачаточном состоянии». Позже, по мере реального их развития, прошла и дифференциация соответствующих дисциплин. К ГМ отошли те, которые к тому времени были исследованы ее силами сколько-нибудь значительно, и это, как уже упоминалось, – подъемные, вентиляторные, водоотливные и пневматические стационарные машины и установки.
Дифференциация и интеграция – нормальные процессы в поступательном развитии науки, которые не могут быть адекватно оценены исключительно «сиюминутными результатами», куда важнее – перспектива… Размышления в этом ключе подвели нас к мысли о том, что в периоды своего основания и становления ГМ не была органичной цельной дисциплиной, и что для начала – это нормально. Но не случилось этого и после упомянутого разделения, когда ГМ осталась в формально существующем до настоящего времени виде. И даже синтетические работы ученых-классиков в этом контексте ничего не смогли изменить. Ведь полученных, даже не однажды, в прошлом блестящих результатов недостаточно, чтоб современной технической науке существовать как единому, сохраняющему свою структуру и вместе с тем постоянно развивающемуся организму. Таким образом, констатируем: центробежные тенденции имеют место быть. А по существу, они уже возобладали. Куда может быть направлен вектор последующих структурных преобразований этой научно-технической области? Об этом дальше и пойдет речь.
Нередко раньше стационарные установки, согласно сложившейся традиции, изучали в курсе ГМ. Этим формальным объединением все единство поддерживалось и исчерпывалось. И только в учебниках разрозненные части материала предваряли основы теории лопастных (лопаточных) и объемных машин. Сегодня же стационарные установки нередко изучаются в учебных курсах, название которых ничего общего с ГМ не имеют. Если задаться целью, можно заметить, что существующие, даже формально, границы исследований ГМ точно не определены, а местами, наверное, и совсем размыты. Так, исследования пневматических установок, начинающиеся с пневмоэнергетических машин (компрессоров), простираются иногда до границ, которые могут быть очерчены как «производство и использование пнемноэнергии в горном деле». Если этот подход не идентифицировать как стремление объять необъятное, то не иначе как избыточно обширный, для того чтобы иметь конкретные результаты на каждом из многочисленных направлений. Таким положением отчасти можно объяснить практически не зависимое друг от друга существование и развитие отдельных дисциплин в ГМ как самодостаточных. Так или иначе, но ГМ как единой науки с определенной структурой сегодня не существует. Конечно, задолго до написания этой работы существовала точка зрения, из которой следовало «единство сущности физических процессов в различных элементах установок по транспортированию текучих и в системах шахтного подъема». И если теоретически такое «родство» различных «лопастных турбомашин» классиками ГМ действительно было доказано, то установки канатного подъема всегда стояли от них особняком. Ведь специалистам хорошо известно, что подъемная установка, связывающая комплекс подземных выработок с поверхностью, является главным транспортным звеном шахты и что вертикальная и тем более наклонная такая установка подобны, например, подземной установке, так называемой канатной откатки. И может показаться абсурдом, что главное транспортное средство подземного предприятия к подземному транспорту не отнесено. Может потому, что оно не является «до конца подземным»… С другой стороны, иногда встречается конвейерный подъем – конвейерная линия, проложенная по наклонному стволу и относящаяся к подземному транспорту. Опустим комментарии. Известно, что наука едина, и ее деление на отрасли весьма условно, хотя не лишено смысла.
Вести полемику о том, случайно или нет остались под одной вывеской ГМ различные направления, сейчас бесполезно. Тем не менее мы видим в этом организационном единстве определенный смысл и предлагаем наполнить эту формальность реальным содержанием. Словом, полагаем, что необходимо создать, или основать – если позволительно так выразиться, – ГМ заново. Стало быть, прежде всего следует попытаться определить предмет изучения новой отрасли научно-технических знаний со старым привычным названием. И в предложении к рассмотрению именно этого предмета, определяющего по существу структуру и содержание неизвестной ГМ как науки, включающей в себя теоретические и прикладные исследования, заключается идея настоящей работы.
Нет особой нужды обстоятельно останавливаться на различиях между понятиями «стационарная машина» и «стационарная установка». Однако именно эти понятия считаем необходимым развести – если можно так выразиться – на действенном уровне. Таким образом, исследование стационарных машин как таковых – сколько это возможно с минимальным ущербом для последующих результатов – следует вывести за пределы интересов ГМ. Так, стационарные компрессоры, которые применяются во многих отраслях промышленности, давно являются предметом изучения специальной научно-технической отрасли, в арсенале которой специфические теоретические и экспериментальные исследования. В значительной мере все сказанное о компрессорах может быть распространено на насосы и вентиляторы. Представляется, только подъемными машинами почти по всему спектру возможных исследований специалистам и ученым в области ГМ следует заниматься вместе с машиностроителями.
Теперь мы можем предложить к рассмотрению инженерной общественности проект – нашу точку зрения на предмет исследования обновленной и неизвестной пока ГМ.
ГМ – это техническая отрасль научных знаний, изучающая устройство и эксплуатацию стационарных установок горнодобывающих предприятий. При этом исследованиями стационарных машин, за исключением исследований на предмет их регулирования и эксплуатации в составе стационарных установок, ГМ не занимается. Если стационарные машины (вид, ряд, модификация, тип и т.д. машин) исследуются с целью применения исключительно в горном деле или такое применение существенно влияет на их устройство, конструкцию, схему и т.п., то исследования, отражающие влияние этой специфической эксплуатации, входят в круг интересов ГМ. И в этой части научных работ специалисты ГМ могут сотрудничать с машиностроителями. Разумеется, любое из приведенных утверждений не догма и могут быть обоснованные исключения из правил, но важно все же, чтобы эти правила были. Итак, не загруженная работой по созданию и совершенствованию машин, ГМ может сосредоточиться на других значимых элементах стационарных установок. При этом наряду с параллельными исследованиями разных установок, внимание должно быть уделено совмещенным (!) их исследованиям, потому что на стыке существующих научных направлений ГМ можно ожидать существенных достижений, в том числе и по созданию новых, более совершенных стационарных установок.
Результатом наших наблюдений и размышлений о том, что может быть тем цементом, который скрепляет воедино все стационарные установки и дает основание модифицированной ГМ быть цельной дисциплиной, стало следующее. В основе такого единства – не общность физических процессов и принципов работы, не идентичность конструкций элементов и установок в целом – у лопастных машин и установок канатного подъема ее нет, — а «функциональное подобие» элементов стационарных установок совершенно разных видов и систем. Если посмотреть на вентиляторную, насосную, компрессорную и подъемную установки всех систем глубже, с точки зрения непосредственно выполняемой функции и безотносительно реализуемой цели (назначения), то станет ясно, что все они являются транспортными, или точнее – транспортирующими средствами. Таким образом, в разных по выполняемой функции одних стационарных установках могут быть применены элементы, которые традиционно применялись в других установках. Предельный случай такого преобразования – это когда модифицированная установка одного вида будет выполнять функции установки другого вида. И предпосылкой этого есть общее месторасположение отдельных значимых элементов разных установок. Таким местом является ствол шахты с примыкающими к нему копром и околоствольным двором (приствольными камерами).
Теперь дадим некоторые разъяснения относительно стационарных машин. Такие машины должны быть в центре внимания интеллектуальных сил ГМ. И задача ГМ состоит в том, чтоб оптимально их выбирать, регулировать, варьировать их возможностями и ими самими в разных стационарных установках. Стационарная машина, разумеется, — обязательный элемент установки, но необязательный элемент установок только одного вида. Машинами в установках при проектировании можно варьировать, они, как варианты устройства конкретной установки, могут «конкурировать» между собой. В реализации таких исследований – одна из целей данной науки. Так, например, машина-насос (углесос) может нетрадиционно использоваться в грузовой подъемной установке на наклонном стволе для выдачи на поверхность водоугольной смеси; подъемная машина – в водоотливной установке (водоотлив подъемными сосудами – скипами или бадьями); пневмоэнергетическая машина-компрессор в грузовой подъемной и водоотливной установках (эрлифт). В одной установке может быть применено несколько однородных стационарных машин. Это многоступенчатый канатный подъем на сверхглубоком вертикальном стволе, а также – водоотлив на глубоком вертикальном стволе с последовательно включенными основными или основными и подпорными центробежными насосами. Могут быть использованы в одной установке и разные стационарные машины. Например, подъемная машина и насос. Это водоотлив подъемными сосудами, в которые закачивают воду насосами. В водоотливной установке насос может работать и последовательно с эрлифтом, что позволит поднимать откачиваемую воду на высоту, значительно превышающую технические возможности работающих независимо таких насоса и эрлифта. И тут также присутствует взаимодействие двух стационарных машин -насоса и компрессора в одной установке. Итак, мы привели далеко не полный перечень известных вариантов нестандартного применения стационарных машин. Еще больше оригинальных технических решений в этой области остаются пока неизвестными. Действительно, поле для поиска – весьма обширное, даже если исследование и создание собственно стационарных машин останутся за его пределами.


Выводы
• Сегодня ГМ как наука с единой структурой не существует. Она распалась на отдельные отрасли, занимающиеся стационарными машинами и соответствующими установками. И термин ГМ почти вышел из употребления.
• Полагаем, что под этим названием должна существовать техническая наука, предмет исследований которой необходимо обозначить, исходя из реальных предпосылок. Суть не в том, что нужно найти предмет исследований именно ГМ. Требуется, насколько это возможно, верно обнаружить и обозначить область потенциальных синтетических научно-технических разработок, которая образовалась в сфере почти не связанных между собой дисциплин, существующих под вывеской ГМ. А назвать эту область можно как угодно. Мы предлагаем – ГМ. По нашему замыслу вновь образованной ГМ нужно сосредоточить основные творческие усилия не на изучении и производстве стационарных машин, а на исследовании проблем создания, оптимальной компоновки и совместной эксплуатации стационарных установок для широкого спектра условий горных предприятий. Большое число уже состоявшихся работ подпадают под предложенное определение ГМ. Немало работ, связанных с исследованием стационарных машин, — не подпадают. Однако разделение, или отделение от ГМ наук, без нее, по существу, уже сложившихся, говорящих на понятном только им языке, считаем целесообразным.
• Поиск и уточнение предмета изучения нового научно-технического направления, определяющего его структуру и содержание, могут быть продолжены. Мы вышли лишь с первым предложением, за которым – предполагаем – рано или поздно последуют другие.
______________

*Статьи автора на эту же тему: 

1. Журнал "Уголь Украины",  №4 за 2005 г.;  Гольберт А.Е. "О предмете исследований горной механики как неотъемлемой части горной науки."

ДЕРЖАВНА НАУКОВА УСТАНОВА "КНИЖКОВА ПАЛАТА УКРАЇНИ імені ІВАНА ФЕДОРОВА"
Національна бібліографія України
ЛІТОПИС ЖУРНАЛЬНИХ СТАТЕЙ
Державний бібліографічний покажчик України
№ 9 Травень 2006
(8772—9874)
Виходить 2 рази на місяць
Видається з 1936 року
Київ • 2006
STATE SCIENTIFIC INSTITUTION "IVAN FEDOROV BOOK CHAMBER OF UKRAINE"
National Bibliography of Ukraine
THE MAGAZINE ARTICLES CHRONICLE
State Bibliographic Index of Ukraine
№ 9
May, 2006
(8772—9874)
Appears twice a month Published from 1936
Kyiv • 2006

9528. Гольберт А.Е. О предмете исследований горной механики как неотъемлемой
части горной науки / А. Е. Гольберт // Уголь Украины. — 2005. — № 4. — С. 20—22.


2. Журнал "Горный журнал Казахстана", №2 за 2011 г.;  Гольберт А.Е. "Обновленная горная механика: определение поля исследований".


3. ИНФОРМАЦИЯ О ПУБЛИКАЦИИ  [eLIBRARY.RU - НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА]

Название публикации
ОБНОВЛЕННАЯ ГОРНАЯ МЕХАНИКА: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ


Updated mining mechanics: defining of research field
 
Автор ГОЛЬБЕРТ  Артур  Ефимович

ПЭО «Ветроэнергопром», 83000, Украина, г. Донецк, ул. Постышева, 99
 
Журнал Известия высших учебных заведений. Горный журнал

Издательство: Уральский государственный горный университет

Том
Цит. в РИНЦ 0
Номер 3  2011
Язык русский
Тип научная статья
Коды     
УДК: 622.673.1
 
Ключевые слова: горная механика,   стационарные установки,   объекты,   направления исследований,   mining mechanics,   stationary units,   objects,   directions of research

            Аннотация
 
            Рассматриваются объекты и направления исследований научной и учебной дисциплины «Горная механика». Предлагается сосредоточить творческие усилия не на изучении и производстве стационарных машин, а на исследовании проблем создания, оптимальной компоновки и совместной эксплуатации стационарных установок в горном деле. Статья носит дискуссионный характер.
The objects and directions for research of scientific and academic subject "Mining mechanics" are under consideration. It is suggested to concentrate creative efforts not only in learning and production of stationary machines but also on the research on problems of creation, optimal set and joint exploitation of stationary units in mining. The article has a polemical character
_________


ЗАКЛЮЧЕНИЕ
по рукописи статьи  А.Е. Гольберта «Неизвестная горная механика: предмет исследований» ведущих сотрудников ОАО "Научно-исследовательского института горной механики имени М.М. Фёдорова"
 
  По-видимому, основное заблуждение автора, с вытекающими отсюда выводами о необходимости ревизии концепций   «Горной механики» (в дальнейшем «ГМ») состоит в причислении ее к какой-то особой науке. Но в том-то и дело, что ГМ никогда не претендовала и не претендует на  «звание»  науки. Как, например, теоретическая механика отнюдь не является наукой, а есть один из многочисленных разделов механики как науки о движении тел, так и ГМ является одним из разделов горной науки наряду с геотехнической механикой, системой разработок и др.  И,  конечно же, ГМ не представляет собой специальный раздел механики, хотя широко использует ее методы и принципы, как и многих разделов физики вообще.  И когда сейчас мы произносим термин «горная механика», то это есть дань, скорее, традиции, чем формальной семантики. В рамках ГМ, как сугубо прикладного раздела горной науки, изучаются шахтные стационарные установки,  и только они – так было обусловлено исторически с общего согласия  ее  основоположников, и нет специальной нужды в ломке уже прочно сложившихся представлений.
Автор предлагает к рассмотрению названную им «обновленную и неизвестную пока ГМ»,
Полагая при этом, что эта, так сказать, «обновленная горная механика» не должна заниматься изучением, созданием и совершенствованием стационарных машин, а должна, цитирую, «сосредоточиться на других значимых элементах стационарных установок». Подразумевается, что такими «другими значимыми   элементами» являются технические решения на основе тривиального  «симбиоза», если можно так сказать, функций различных машин. Заставить, например, подъемную машину откачивать скипами воду, или приспособить полые проводники жесткой армировки ствола для подачи в шахту сжатого воздуха и др. Сами по себе такого рода «идеи», возможно, заслуживают внимания, но разве их нельзя разрабатывать в рамках существующей ГМ, неужели для этого надо создавать какую-то «обновленную ГМ»?
            Считаем, что в представленном виде статью публиковать нельзя. Предлагаем автору, исключив философские  «демарши», ограничиться написанием постановочной инженерной статьи с изложением потенциально неординарных технических решений в области существующей ГМ, что может вызвать интерес горных механиков.
 
Директор ОАО "НИИГМ им. М.М. Федорова"
профессор, доктор технических наук               
                Грядущий Б.А.                (подпись)
 
Главный научный сотрудник ОАО "НИИГМ им. М.М. Федорова"
(бывший директор), профессор,   доктор технических наук               
                Дворников В.И.                (подпись)
 
РЕЦЕНЗИЯ
на рукопись статьи горного инженера-электромеханика  А. Е.  Гольберта
  «Неизвестная горная механика: предмет исследований»,  подготовленной
  и предлагаемой для публикации в порядке предложения и обсуждения
научно-технической общественностью угольной отрасли
 
  Внимательное изучение материалов рукописи, объективное и благожелательное отношение к ее автору, стремящемуся внести что-то новое в круг многогранного   количества изучаемых вопросов в области горной механики, дает мне основание высказать ряд замечаний, пожеланий  и советов в части переработки (модернизации) предлагаемой статьи и возможного опубликования ее на страницах журнала.
 
2. Из изложенных в рукописи статьи материалов следует, что автор убежден – надо максимум усилий приложить к поиску, обоснованию, применению разных гибридных (комбинированных) компоновок машин и оборудования, которые бы обеспечивали достижение высоких технико-экономических показателей.
Вполне разделяю эту точку зрения. Вместе с тем справедливо отметить, что никто и никогда (насколько мне известно) не выступал против и не отвергал такое направление в технологии горного производства, включающее комплекс технических решений, компоновку машин  и оборудования.

3. Автор статьи отмечает, что надо сконцентрировать внимание не на изучении вопросов производства стационарных машин, так как этим занимаются отдельные машиностроительные отрасли.
В этом подходе есть определенный здравый смысл. Однако нельзя механически все это разделять, не вникать в суть работы машин и полагаться только на знания машиностроителей.
Горные специалисты механики не являются прямыми создателями стационарных установок (например, компрессоров, насосов, вентиляторов и т.д.), но они дают обоснование и исходные данные, что надо изменить или дополнить в той или иной конструкции машины, чтобы она работала с лучшими показателями в горной отрасли.
 
4. Автор справедливо (но  нечетко) высказывает мысль, что надо работать над созданием и применением таких горных машин и комплексов, которые были бы многофункциональными,  т. е. одновременно служили бы и выполняли разные производственные процессы (например, подъем грузов и откачку воды и т. д.).
Все это верно и разумно. Еще раз хочу отметить, что против этого также никто не выступал. Главное, как это сделать и насколько то или иное   предложение разумно, воплотимо  в жизнь при современном или ближайшем уровне развития горной науки, техники,  безопасной и эффективной технологии.
 
Если автор располагает в этом плане хотя бы единичными или несколькими   разработками многофункционального использования машин и их компоновок, то советую ему дать этот материал пространно,  полно и убедительно на благо нашей горной отрасли.
 
5. Круг проблем и вопросов горной механики многогранен. Исторически он накапливался, шла закономерная дифференциация  горно-механических  направлений, т.е. выделялись направления: стационарных машин и комплексов установок; выемочных и проходческих машин и комплексов; различных типов или видов транспортных машин и комплексов и т. д.
 В этом плане предложить что-то принципиально новое трудно, да и тратить силы на это не нужно. Для угольной отрасли, особенно сейчас и на ближайшие полтора или два десятилетия, такие затраты труда, а тем более обсуждение таких вопросов практически бесполезны.
6. Автору следует до максимума сократить все описание и изложение общих вопросов – исторический аспект, философские подходы, общеизвестные специалистам понятия и   т. д. Все это должно быть кратким, емким, убедительным. Если говорить утрированно, то изложение материала не должно быть «туманным».
7. Название предлагаемой к обсуждению статьи не выдерживает критики, его надо менять, в каком плане – это задача и плод автора.
 
Вывод. Рекомендую автору статьи переработать ее с учетом высказанных мной соображений, замечаний, советов и пожеланий.
Если автор не согласен с моими предложениями,  то как член редколлегии журнала, считаю, что в предложенном виде рукопись статьи нельзя   публиковать на страницах журнала.
 
Рецензент
профессор, доктор технических наук,
ДонНТУ Зборщик М.П.                (подпись)


Рецензии