Геотехника

Геотехника (горное машиноведение) - наука, обеспечивающая исследованиями разработку, проектирование и создание машин и оборудования для освоения и сохранения недр, извлечения из недр, со дна водоемов, из морской воды и переработки полезных ископаемых.
С позиций горной науки геотехнику следует рассматривать как совокупность знаний о процессах и закономерностях взаимодействия машин с горными породами при их разрушении, транспортировании, первичной переработке, а также в системах связи технологических и техногенно-природных процессов с кинематическими, динамическими и энергетическими параметрами горных машин.
Термин «геотехника» принят в классификации горных наук вместо ранее употреблявшегося «горные машины». Это обусловлено расширением геотехнологического пространства при комплексном освоении недр Земли. Горные технологии усложнились в связи с увеличением глубины разработки полезных ископаемых, повлекшим за собой ухудшение природных условий осваиваемых месторождений. Значимым фактором является вовлечение в разработку бедных по концентрации полезных ископаемых, ископаемых с большим содержанием вредных примесей, труднообогатимых руд и углей. Это требует создания более совершенной горной техники, способной справляться с возрастающими трудностями в добыче и переработке полезных ископаемых.
Горная наука «Геотехника» охватывает все пространство, связанное с исследованием средств комплексной механизации добычи, переработки и транспортировки всех видов минерального сырья, строительства подземных объектов.
Естественно, что новое название горной науки «Геотехника» не исключает использования выражения «горные машины», под которым понимается общее название всевозможного горного оборудования, эксплуатируемого в горнодобывающей промышленности.
Наряду с традиционными требованиями к технологиям и машинам (повышение производительности, снижение массы оборудования и др.) все в большей мере возрастают экологические требования к горному производству. Критерий экологичности становится одним из важнейших среди всех ограничений развития горнодобывающей промышленности. Экологические ограничения диктуют высокие требования к техническому уровню горной промышленности, что может быть обеспечено соответствующими геотехнологиями и высокоразвитой геотехникой.
Специфика геотехники как горной науки состоит в том, что, с одной стороны, она представляет собой самостоятельное направление, а с другой - является составной частью общего машиноведения, объединяющего комплекс знаний по теории рабочих процессов, созданию и эксплуатации горных машин. В процессе становления геотехники произошла дифференциация ее разделов, что связано с созданием машин с учетом их взаимодействия с обрабатываемой средой или с учетом технологической нагрузки. Одновременно использовались достижения в смежных областях знаний.
Геотехника, как и другие науки, связанные с исследованиями различных машин в любой другой отрасли, пользуется результатами научных исследований в машиноведении и входящих в этот комплекс наук общей теории машин и механизмов, материаловедения, теории надежности, анализа и синтеза механизмов, динамики машин, теории машин-автоматов и др. Ho в геотехнике при исследовании и проектировании горных машин учитывается специфика конкретных горных условий (горное давление, напряженное состояние горного массива и прочностные характеристики пород и полезных ископаемых, газоносность, температурные перепады, влажность, запыленность и т.д.), которые накладывают свои, присущие только им ограничения.
Геотехника содержит две неотделимые друг от друга части. Первая - связана с исследованием, конструированием и созданием горных машин и механизмов по заданным технологическим требованиям. При этом, как и в общем машиностроении, используются вышеперечисленные дисциплины, относящиеся к машиноведению. Вторая часть в большей степени связана с обоснованием параметров и исследованием горных машин непосредственно на стадии совместного их рассмотрения с горно-технологическими процессами и во взаимодействии со средой. Здесь в основном используются методы технико-экономического анализа, эксперименты в лабораторных и натурных условиях.
Горное производство - отрасль, характеризующаяся специфическими условиями функционирования, выражающимися в том, что залегание полезных ископаемых и свойства массива пород имеют весьма сложный и нестационарный характер. Многофункциональны взаимосвязи производственных процессов. Все это ограничивает получение достаточно точных математических зависимостей между условиями залегания полезных ископаемых и элементами изучаемой системы, включающей в себя геотехнологию и геотехнику. Поэтому можно считать, что термин «геотехника» является обобщающим по отношению к ранее существовавшему «горные машины» из-за широкой разветвленности и разнообразия охватываемых этим термином физических процессов, выполняемых в горнодобывающей промышленности различного рода машинами.
Геотехника предназначена для решения множества разнообразных задач, находящихся в сложных взаимосвязях, описывающих взаимодействие различных горных машин с массивом и средой при выполнении технологических процессов разработки месторождений полезных ископаемых. Исследования в этом разделе горных наук проводят с целью обоснования конструирования (проектирования), эксплуатации и ремонта горных машин, комплексов, агрегатов и другого горного оборудования, предназначенного для подземной, открытой и скважинной добычи полезных ископаемых, их обогащения и строительства подземных и наземных горных объектов.
Помимо изложенного выше содержанием геотехники как науки являются методы исследования, проектирования и эксплуатации горных машин.
Предметом науки «Геотехника» являются: физико-механическая сущность взаимодействия исполнительных органов машин со средой в процессе разрушения и перемещения горных пород при различных воздействиях; связи в геотехнических и геотехнологических системах; кинематика и динамика работы горных машин; рабочие режимы, конструктивные и эксплуатационные параметры горных машин и комплексов; теория проектирования, создания и эксплуатации машин.
Структура и основные направления научных исследований в геотехнике:
- закономерности взаимодействия исполнительных органов машин и комплексов с горными породами; закономерности рабочих процессов горных машин, методы расчета рабочих процессов и систем машин (агрегатов, комплексов), оптимизация параметров машин и режимов их работы;
- взаимосвязь параметров, принципиальных и конструктивных схем машин (агрегатов, комплексов) с горнотехническими условиями;
- научные основы создания средств комплексной механизации и автоматизации производственных процессов с применением систем горных машин и оборудования; прогнозирование развития систем горных машин и оборудования; научные основы и технические решения для роботизированных горных машин; уровни качества и надежности горных машин (агрегатов, комплексов), оборудования, их элементов;
- разработка методов и средств контроля качества и надежности; методы испытаний горных машин; особенности технологии изготовления горных машин и оборудования с учетом специфики работы горных предприятий; проблемы системы «человек - машина - окружающая среда» с учетом особенностей технологий горного производства, экологических факторов.
Для геотехники ближайшими смежными горными науками являются недроведение и геотехнология. Кроме результатов такой науки, как машиноведение, геотехника использует основные положения механики деформируемого твердого тела, сыпучего тела и грунтов, а также основные положения информатики и автоматизации, теории управления и регулирования электропривода.

---