Основы научных исследований в горном деле

УДК 001.89:622.2(07) Ш 54

Рецензенты:

Доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой геологии и естествознания Новокузнецкого филиал-института КемГУ

В.В. Сенкус

Доктор технических наук ОАО «ВостНИГРИ» Л.М. Цинкер

Шеховцов В.С.

Ш 54 Основы научных исследований в горном деле: Учеб. пособие; 2-е изд.,перераб. и доп./ СибГИУ. –Новокузнецк, 2006.-136 с.

Изложена методология, классификация и организация научных исследований. Рассматриваются виды исследований при проведении научно-исследовательских работ, основные методы прогнозирования при составлении планов развития науки и техники. Изложены методы поиска научно-технической информации и основные формы работы с научно-технической литературой. Приведены основные сведения по использованию математической статистики при обработке экспериментальных данных, общие положения и понятия планирования активного эксперимента. Изложены основные требования к содержанию и оформлению отчета о НИР.

Предназначено для студентов специальностей 130404 – «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», 130408 «Взрывное дело» при изучении дисциплины «Основы научных исследований», а также может быть полезным аспирантам и научным работникам.

УДК 001.89 © Сибирский государственный

индустриальный университет, 2006

© Шеховцов В.С., 2006

2

Содержание

Стр.

Введение…………………………………………………………...5 1 Методология научных исследований ……………………….....6

1.1 Значение научных исследований

иэтапы развития отечественной горной науки………...…6

1.2Основы методологии научных исследований………..10

1.3Общенаучные методы познания ……………………....13

1.4Основные методы исследования горной науки……….14

Контрольные вопросы и задания…………………………..46

2Классификация и организация научных исследований…..…47

2.1Классификация научных исследований……………….47

2.2Научные направления и структурные единицы научных исследований……………………………………...49

2.3Организация научных исследований

иих финансирование………………………………………..51

2.4Основные структурные подразделения НИИ

иучебных заведений…………………………………….......55

Контрольные вопросы и задания……………………….......55

3Этапы научно-исследовательской работы. Виды исследований и прогнозирования………………………………..57

3.1Этапы научно-исследовательской работы ( НИР )…….57

3.2Основные виды исследований при проведении

НИР…………………………………………………………...58 3.3 Основные методы прогнозирования

при составлении планов развития науки и техники……………60

Контрольные вопросы и задания…………………………...63

4Поиск и обработка научной информации……………………..64

4.1Источники научной информации……………………….64

4.2Методы поиска научной информации………………….66

4.3Основные формы работы над научнотехнической информацией…………………………………………………72

4.4Формы научной коммуникации (апробации)…………..73 Контрольные вопросы и задания …………………………...74

5Проведение и обработка результатов пассивного эксперимента……………………………………………………….76

3

5.1Общие сведения о первичной обработке экспериментальных данных…………………………………76

5.2 Оценочные характеристики экспериментальных данных………………………………………………………...80

5.3Подбор эмпирических формул…………………………..84

5.4Методы анализа связи между параметрами

изучаемого процесса…………………………………………94

Контрольные вопросы и задания……………………………97

6 Планирование активного эксперимента и обработка результатов исследований…………………………………………98

6.1Общие положения и понятия…………………………….98

6.2Проведение опытов и обработка результатов исследований………………………………………………..100

6.3Планирование эксперимента для получения математической модели объектов исследования…………102

6.4Планирование эксперимента при поиске

оптимальных условий………………………………………107

Контрольные вопросы и задания…………………………..115 7 Отчет о научно-исследовательской работе. Подготовка заявки на изобретение и научно-технической статьи………....116

7.1Структура и правила оформления отчета……………...116

7.2Внедрение результатов НИР…………………………...121

7.3Составление заявки на изобретение…………………...122

7.4Подготовка научно-технической статьи……………...125 Контрольные вопросы и задания………………………………...127 8 Основные виды изданий ,термины и определения…………..128

Список литературы……………………………………………….130

Приложения……………………………………………………….132

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

Основой развития научно-технического прогресса является тесная связь науки с производством. Решение задач, стоящих перед горнодобывающей промышленностью, немыслимо без серьезных исследований физических процессов горного производства. Один из эффективных путей их решения – подготовка практических специалистов в вузе, умеющих самостоятельно поставить и провести научно-исследовательскую работу (НИР) в производственных условиях.

Дисциплина «Основа научных исследований» направлена на изучение студентами методов и средств научных исследований с целью развития индивидуальных творческих способностей и формирования аналитического мышления.

Учебное пособие включает методологию научных исследований, классификацию и организацию научных исследований, виды исследований и прогнозирования, поиск и обработку научной информации, планирование активного эксперимента и математическую обработку экспериментальных данных, основные требования к составлению и оформлению отчета о законченной научно-исследовательской работе, методические рекомендации к подготовке заявки на изобретение и научно-технической статьи.

Изучение дисциплины «Основы научных исследований» позволит улучшить качество подготовки высококвалифицированных специалистов и выпускать для горной промышленности инженеров, самостоятельно владеющих методами научного поиска, проведения исследований и обработки результатов научноисследовательских работ.

5

1 МЕТОДОЛОГИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1Значение научных исследований и этапы развития отечественной горной науки

Крупнейшие открытия в области атомной и ядерной физики, электроники, кибернетики, биологии привели к обновлению орудий труда, что и положило начало эпохе научно-технической революции (НТР) [1, 2].

Коренное качественное преобразование производительных сил на основе превращения науки в ведущий фактор развития общественного производства, непосредственную производитель-

ную силу носит название научно-технической революции. Уточним сущность понятия «производительные силы». Производительные силы (ПС) – средства производства и

люди (ПС = СП+Л)

Средства производства (СП) – средства труда и предмет труда (СП = СТ+ПТ)

Средства труда (СТ) – производственные здания, сооружения, машины, станки, оборудование, вычислительная техника и т.д.

Предмет труда (ПТ) – сырье, топливо, основные и вспомогательные материалы.

Таким образом, производительные силы – есть средства труда + предмет труда + люди (ПС= СТ + ПТ + Л)

НТР, начало которой относится к середине 40-х годов ХХ в, бурно развивается и завершается процесс превращения науки в

непосредственную производительную силу.

НТР носит глобальный характер и распространяется на все сферы материального производства. Проявляется она одновременно и в области науки, и в области производства. Развитие науки приводит к коренным изменениям в технике и технологии производства. Технология производства, основываясь на достижениях науки, строится на принципах интенсификации, поточ-

ности и пр.

Роль горной науки как непосредственной производительной силы горнодобывающей промышленности в современных усло-

6

виях заключается в разработке путей и методов ее интенсивного развития на основе применения поточно-автоматизированной безотходной технологии добычи полезных ископаемых, обеспечивающей использование всех нужных и полезных компонентов при сохранении природной среды.

Превращение науки в непосредственную производительную силу охватывает три этапа:

первый – получение нового научного знания; второй – усвоение этих знаний работниками сферы матери-

ального производства; третий – внедрение результатов новых знаний в производ-

ство.

Взаимосвязанное поступательное развитие науки и техни-

ки, обусловленное нуждами материального производства, ростом и усложнением общественных потребностей, носит название на-

учно-технического прогресса (НТП).

Характерной чертой современной науки является ускоренное внедрение научных достижений в практику. Пути интенсификации науки – повышение технической оснащенности, механизация и автоматизация трудоемких операций в экспериментах, широкое использование ЭВМ.

На основе достижений науки и техники необходимо усиливать работы по следующим направлениям НТП на современном этапе:

–в технике – рост единичных мощностей машин и агрегатов с полной механизацией и автоматизацией ;

–в технологических процессах – развивать малоотходные и безотходные технологии.

Горная наука родилась в недрах производства и первоначально являлась сводом правил по его организации и ведению.

Всередине XVI в.(1556 г) был опубликован капитальный труд в 12 томах «О горном деле и металлургии» немецкого ученого Георгия Агриколы, который долгое время служил основным источником сведений о горном деле.

Наш великий соотечественник М.В. Ломоносов еще в середине XVIII в. заложил основы отечественной горной науки и далеко продвинул вперед важнейшие теоретические вопросы гор-

7

ного дела («Первые основы металлургии или рудных дел», 1763 г.).

Однако еще недавно вместо термина «горная наука» применялся термин «горное искусство». Наука – это мир логических понятий и в своей основе рационально, а искусство – это мир эмоций и оно интуитивно.

Искусством горное дело называют потому, что деятельность горного инженера требует обязательно творческого подхода, объединена единством мысли и чувства.

Горная наука – это наука о способах добычи полезных ископаемых, изучающая законы взаимодействия техники с природной средой.

Академик Н.В. Мельников определяет горную науку как совокупность знаний: 1) о природных условиях залегания месторождений минерального сырья и о физических явлениях и процессах, происходящих в недрах в связи с проведением выработок; 2) о технологических способах добычи и обогащения полезных ископаемых; 3) об организации производства, обеспечивающей безопасную и экономичную разработку месторождений.

Предмет горной науки – процессы разработки твердых полезных ископаемых в их развитии и взаимосвязи с сопутствующими им природными явлениями, т.е. условиями фактического их осуществления. Цель горной науки – раскрытие процессов, происходящих при разработке полезных ископаемых, для коренного совершенст-

вования техники и экономики горного производства [4]. Развитие отечественной горной науки можно разделить на

несколько этапов [1, 2, 4, 5].

Первый этап – связан с восстановлением промышленности в 20-е годы ХХ в., характерен созданием и развитием научных основ проектирования шахт и рудников, организацией исследований по проблемам безопасности в горном деле. Значительную роль в развитии методов проектирования шахт в эти годы сыграли работы Б.Н. Бокия, А.М. Терпигорева, Л.Д. Шевякова и их учеников; нормирование горных работ и основы горного планирования были разработаны в трудах М.М. Протодьяконова. Изучением проблем безопасности занимался А.А. Скочинский.

Второй этап – (1929-1940гг.) связан с осуществлением широкой механизации горных работ на базе электрификации и стан-

8

дартизации. Создание высокопроизводительных горных машин и средств рудничного транспорта потребовало изучения физикомеханических свойств угля, руд, пород, резания угля, разрушения пород и т.д. (А.О. Спиваковский, А.М. Терпигорев, М.М. Федоров и др.).

Вначале 30-х годов ХХ в. дифференциация горной науки привела к созданию рудной ветви – исследования в области вскрытия, систем разработки и механизации при разработке рудных месторождений (работы Н.И. Трушкова., Н.А. Старикова, И.А. Кузнецова, П.И. Городецкого, М.И. Агошкова, Г.М. Малахова и др.).В исследованиях по открытому способу разработки следует отметить работы Е.Ф. Шешко, Б.П. Боголюбова и в дальнейшем Н.В. Мельникова, П.Э. Зуркова, В.В. Ржевского.

Третий этап (с 50-х годов ХХ в.) – широкое использование достижений математики, физики, химии.

Вгорной науке получают развитие исследования с применением моделирования, ЭВМ, точнейшей аппаратуры. Исследованиями физики горных пород занимались М.М. Протодьяконов

–младший, Л.И. Барон, В.В. Ржевский, И.А. Турчанинов и др. Создаются новые методы использования взрывчатых веществ (Г.П. Демидюк, Н.В. Мельников, М.А. Садовский и др.). Исследованиям сдвижения горных пород посвящены работы В.Д. Слесарева, С.Г. Авершина, Г.Н. Кузнецова.

Горная наука включает следующие разделы [5]: Технологический (вскрытие и системы разработки месторо-

ждений, открытая разработка месторождений, подводная разработка россыпей, горная механика, маркшейдерское дело, основы механизации, буровзрывные работы, проходка горных выработок, транспорт, подъем, технология обогащения).

Нормализация производственных условий и безопасность труда, включающие методы обеспечения нормальных условий труда в шахтах: теорию и методы рудничной аэродинамики и борьбы с рудничным газом, с внезапными выбросами угля и газа, рудничной пылью; основы безопасного применения электричества в подземных условиях; методы прогноза и предотвращения самовозгорания угля, руд и т.д.

Горной экономики и организации производства (экономиче-

ская география и организация производства).

9

1.2 Основы методологии научных исследований

Процесс движения человеческой мысли от незнания к знанию называют познанием.

Знание представляет собой адекватное отражение действительности в сознании человека, проверенное общественноисторической практикой и удостоверенное логикой.

Для получения объективных сведений о действительности используются научные методы [1] .

Метод – совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения действительности.

Основное содержание методов науки составляют прежде всего научные теории, проверенные практикой.

Учение о методах называется методологией. Наряду с этим , методологией называют и саму систему принципов и способов организации и построения теоретической и практической деятельности.

Одним из этапов исследования является разработка гипотезы.

Гипотеза – это научное допущение или предположение, истинное значение которого не определено. После проверки гипотеза превращается либо в достоверную теорию, либо в достоверное знание определенного факта. Научная гипотеза имеет следующие свойства: проверяемость, определенную предсказательность и общность для явлений одного класса, логическую непротиворечивость.

В ряде случаев выдвижение гипотезы происходит через интуицию.

Интуиция – способность постижения истины путем прямого ее усмотрения без обоснования с помощью доказательств. Интуиция возможна, как правило, лишь при наличии определенных знаний и большого опыта теоретического и практического мышления.

При обсуждении результатов экспериментов, выдвижении гипотез у исследователя возникают идеи.

Идея – это мысль, достигшая высокой степени объективности, полноты и конкретности и в то же время нацеленная на прак-

10