Введение к работе
Актуальность работы
Отработка месторождений полезных ископаемых подземным способом, сопровождается проведением и поддержанием в недрах земли горных выработок различного назначения. Залежь полезного ископаемого и совокупность горных выработок рудника или шахты, относящихся к ней, создают пространственную структуру, форму и размеры которой возможно передать только графическим способом — т.е. способом построения на плоскости двумерных и трехмерных изображений.
Проблема достоверной информации об объектах горного производства и их элементах является очень серьезной, от правильного решения которой во многом зависит грамотное и безопасное извлечение полезного ископаемого из недр земли, умение решать на плоских или пространственных чертежах различные горно-геологические инженерные задачи. Двумерные горно-технические чертежи (погоризонтные планы, продольные н поперечные разрезы и профили) не во всех случаях способны передать геометрическую структуру изображаемого объекта. В этом случае комплексные (плоские) чертежи дополняются наглядными изображениями. В горно-геологической гнже-нерной практике используются для этих целей стандартные аксонометрические проекции, аффинные проекции, векторные проекции, линейная перспектива и проекции с числовыми отметками.
Каждый из названных видов наглядного изображения обладает как положительными качествами, так и отрицательными, предопределяющіімн в совокупности использование того или иного вида.
В настоящей работе рассматривается возможность широкого использования для наглядного изображения объектов горпо-
го производства и решения некоторых позиционных, метрических и комплексных задач, ортогональных и косоугольных триметр ических проекций, обладающих рядом существенных положительных качеств, главное из которых — возможность построения триметрическои проекции по выбранному направлению проецирования, обеспечивающее построение оптимального наглядного изображения. Аппарат триметрических проекций позволяет мысленно предвидеть конструируемое наглядное изображение, (т.е. какие элементы будут лучше видны, какие будут перекрыты, какова будет наглядность геометрического образа в целом).
Сопоставляя триметрические проекции с другими видами наглядных изображений, отметим что триметрические проекции обладают преимуществом перед стандартными аксонометрическими проекциями. Триметрические проекции позволяют варьировать условиями проецирования в широких пределах, тогда как аксонометрические стандартные проекции привязывают исполнителя к определенным условиям, изменить которые нельзя; вследствие чего, в некоторых случаях, не достигается желаемая наглядность объемного изображения
Сопоставляя триметрические проекции с аффинными проекциями, представляется, что аппарат триметрических проекций несколько проще аппарата аффинных проекций н реализация триметрических проекций тоже более проста.
Решение горно-геологических инженерных задач приложением триметрических проекций и некоторых разделов начертательной геометрии характеризуется простотой и корректностью построений, хорошей наглядностью и метрической обратимостью ортогональной триметрии.
Последнее является исключительно важным для переноса результатов графических решений с пространственных геометрических моделей на натуру. Вместе с тем, реализация триметрических проекции возможна только на базе комплекса исследований параметров триметрии и наличия соответствующей методики их приложения в горно-геологическую инженерную практику.
Вышеизложенное свидетельствует об актуальности выполнения исследований триметрических проекции, приложение которых в горно-геологическую инженерную практику способствует научно-техническому прогрессу ь горной промышленности.
Диссертационная работа выполнена в рамках одного из основных научных направлений Северо-Кавказского Горно-металлургического института (ГАСНТИ, Код. 52.13).
Цель работы
— совершенствование проектирования и отработки месторождений полезных ископаемых иа основе исследований трн-метрических проекций и их приложений а горно-геологическую инженерную практику.
Идея работы
Идея работы заключается в геометрическом моделировании объектов горного производства, что позволяет классифицировать и решать горно-геологические инженерные задачи как позиционные, метрические и комплексные, а сами объекты горного производства и геологические элементы рассматривать адекватными элементарным геометрическим образам.
Методы исследования
включают в себя обзор и анализ литературы по начертательной геометрии и литературы горно-геологического профиля; геометрическое моделирование объектов горного производства; теоретические исследования, включающие в себя графический, аналитический и графо-аналитический методы; анализ и систематизацию результатов исследований, разработку методики приложения триметрических проекций в горне-геологическую инженерную практику.
Защищаемые научные положения
І. Установлено, что объекты горного производства адекватны элементарным геометрическим образам и геометрически моделируемы. Вследствие этого горно-геологические инженерные задачи классифицируются как позиционные, метрические и комплексные и решаются на комплексном чертеже приемами начертательной геометрии и приложением триметрических проекций.
2. Установлено, что наглядность объектов горно-геологического характера зависит от рационально выбранного направления проецирования, определяемого азимутальным (а) и зенитным (Р) углами. Для построения оптимальных наглядных изображений различных объектов горного производства и геологических элементов экспериментально определены следующие интервалы приемлемых углов проецирования: а) для систем разработки — а(25—65); |3(25—65);
б) для руддворов и комплексов околоствольных выработок —
а (30—40); р(35—50);
в) для схем вскрытия, подготовки и вентиляции — а (35—45);
Р(35—50);
г) для построения блок-диаграмм —а (40—70); р(35—45);
д) для изображения характерных элементов залегания —
а (25—55); (3(25—45);
е) для построения триметрических проекций объектов горного
производства и объектов инженерно-геологического характера
с помощью совмещенного треугольника следов—а (35—50");
р(40—50);
ж) для объектов открытых горных работ — а (30—40); р(25—
45).
-
Разработан способ построения триметрической проекции с помощью совмещенного треугольника следов, заключающийся в компактном построении трнметрии" в непосредственной проекционной связи с комплексным чертежом.
-
Установлено, что параметры ортгональной и косоугольной трнметрии, параметры эллипсов, параметры аффинитета функционально зависят от параметров проецирования.
-
Установлено, что аналитические зависимости параметров ортогональной и косоугольной трнметрии структурно-идентичны и математически-родственны-
-
При построении косоугольных триметрических проекций на плоскости общего положения возможно получение монометрических, диметрических и изометрической проекции. Установлено, что начала осей монометрических проекций располагаются на окружности; начала осей диметрических проекций располагаются на параболе; начало осей изометрической проекции является точкой пересечения 'диметрических парабол.
Научная новизна работы
-
Геометрическое моделирование объектов горного производства и классификация горно-геологических инженерных задач по признаку позиционности и метричности предложена автором впервые.
-
Разработанная методика определения параметров проецирования базируется на критериях видимости геометрического образа: азимутальный угол а принимается с учетом видимости относительно двух измерений, а зенитный угол р принимается с учетом видимости относительно третьего измерения.
-
Разработанный способ совмещенного треугольника следов отличается тем, что триметрическая проекция строится по
выбранному направлению проецирования в непосредственной проекционной и метрической связи с комплексным чертежом, положение проекций которого не меняется.
-
Установленные аналитические зависимости параметров триметрии, параметров эллипсов и параметров аффинитета от параметров проецирования, определяемого азимутальным и зенитным углами, получены автором впервые.
-
Идентичность аналитических зависимостей параметров ортогональной и косоугольной триметрии обосновывается и подтверждается тригонометрическими преобразованиями, в основу которых положено () = 90.
-
Установленные свойства треугольника следов косоугольной триметрии — возможность построения на картинной плоскости монометрическнх, диметрических и изометрических проекций исследованы автором впервые.
Научное значение работы
1. Возможность геометрического моделирования объектов горного производства и классификация горно-геологических задач по признаку метричности и позиционности позволяет успешно использовать в горно-геологической инженерной практике графические методы решения инженерных и научных задач.
-
Реализация методики определения рационального направления проецирования, базирующейся на критериях видимости, позволяет определить приемлемые интервалы параметров проецирования и обеспечивает построение оптимального триметрического изображения.
-
Разработанный способ совмещенного треугольника следов раскрывает новые возможности триметрических проекций— реализацию метрически обратимых наглядных изображений и корректное решение на совместном изображении различных позиционных и метрических задач-
-
Наличие аналитических зависимостей параметров ортогональной и косоугольной триметрии позволяет абсолютно точно определять значения параметров при реализации триметрии. Кроме того наличие аналитических зависимостей позволило рас-читать и составить номограммы параметров ортогональной триметрии.
-
Структурное родство и идентичность параметров ортогональной и косоугольной триметрии свидетельствуют о корректности и правильности используемого для вывода соответствующих аналитических зависимостей математического аппарата.
-
Исследованные замечательные свойства треугольника сле-
дов косоугольной триметрии — возможность построения монометрических, диметрических и изометрических проекций, начала осей которых являются геометрическими местами точек, раскрывают новые грани теории наглядных изображений.
Достоверность научных положений подтверждается:
результатами многочисленных графо-аналитических исследований;
корректными решениями разнообразных позиционных, метрических и комплексных горно-геологических задач;
положительными результатами апробации работы;
сходимостью используемых методов исследований.
Практическое значение работы
заключается в приложении результатов исследований тримет-рических проекций и некоторых разделов начертательной геометрии в горно-геологическую инженерную практику для решения позиционных, метрических и комплексных задач.
Реализация разработанной методики приложения триметри-ческих проекций базируется на следующих практических результатах исследований:
-
По установленным аналитическим зависимостям ортогональной триметрии расчитаны таблицы основных параметров триметрии и параметров эллипсов для 324 случаев проецирования, что соответствует изменению углов проецирования а и р*. через 5 в интервале от 0 до 90.
-
По расчитанным значениям параметров составлены номограммы для определения:
а) коэффициента искажения по оси абсцисс;
б) коэффициента искажения по оси ординат;
в) коэффициента искажения по оси апликат;
г) аксонометрического угла ХОУ;
д) аксонометрического угла XOZ;
е) аксонометрического угла У01;
ж) малой оси эллипса фронтальной плоскости;
з) малой оси эллипса профильной плоскости.
-
Для визуального определения параметров проецирования сконструирован и изготовлен опытный образец двойного угломера (ДУ)—прибора, позволяющего определить желаемое направление проецирования.
-
Для упрощения расчетов параметров ортогональной и косоугольной триметрии, составлены программы для ЭВМ.
-
Составлена таблица параметров эллипсов ортогональной и косоугольной триметрии.
-
Составлена таблица аффинитета соответственных полей картинной плоскости и плоскостей проекций-
-
Составлена таблица геометрических моделей объектов горного производства.
Реализация работы
Основные результаты исследований рекомендованы к практическому использованию в инженерной практике:
-
Техсоветом при техническом директоре Тырныаузского воль-фрамо-молибденового комбината;
-
техсоветом Садонского свинцово-цинкового комбината;
-
техсоветом и НТО института «Кавказгипроцветмег»;
-
научно-техническим советом ОКБ научно-производственного объединения «Полимер»;
Результаты работы используются в учебном процессе в Северо-Кавказском горно-металлургическом институте и могут быть рекомендованы к использованию и в других ВУЗах. Результаты работы (триметрические проекции) используются на стадии проектных проработок в Тырныаузском вольфрамо-молибдено-вом комбинате и на Садонском свинцово-цинковом комбинате.
Апробация работы >
Материалы диссертации докладывались и получили одобрение на всесоюзных совещаниях-семинарах преподавателей инженерной графики горных ВУЗов и факультетов в 1986 году — при Московском Горном институте; в 1988 году — при Северокавказском Горно-металлургическом институте (г. Владикавказ). Материалы диссертации докладывались на международной научно-технической конференции «Проблемы графической технологии» (г. Севастополь, 1991). Кроме того материалы диссертации доложены, обсуждены и одобрены:
на научном семинаре по начертательной геометрии и инженерной графике Киевского инженерно-строительного института (Киев, 1989);
на всесоюзном семинаре «Кибернетика графики» при Московском авиационном институте (МАИ, 1989);
на научно-техническом семинаре кафедры технологии подземной разработки Московского Горного института (МГИ, 1992);
на техсовете при техническом директоре Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината (г. Тырныауз, 19У2);
на техсовете при главном инженере Садонского свинцо-во-цинкового комбината (п. Мизур, 1992);
на заседании техсовета и НТО института «Кавказгипро-цветмет» (г. Владикавказ, 1990);
на научно-техническом совете ОКБ научно-производственного объединения «Полимер», (г. Владикавказ, 1У90);
на Учетном Совете Северо-Кавказского Горно-металлургического института (г. Владикавказ, 1988).
Публикации
Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 24 научных работах, в том числе в 2-х монографиях, в двух учебных пособиях, в одном авторском свидетельстве и в 19 статьях.
Объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 118 наименований и трех приложений; изложена на 316 страницах машинописного текста, содержит 158 рисунков, 7 таблиц.
