Геотехнологические исследования по проблемам природопользования в Тверской области: проблемы подготовки научных кадров в области освоения торфяных ресурсов

В.Д. Копенкин кандидат технических наук, профессор кафедры технологии и комплексной механизации разработки торфяных месторождений Тверского государственного технического университета,
Л.В. Копенкина кандидат технических наук, доцент кафедры торфяных машин и оборудования Тверского государственного технического университета

            В Федеральной целевой программе «Экономическое и социальное развитие Тверской области на 1998-2005 годы» определенное место отводится торфяным ресурсам. Площадь торфяных месторождений Тверского региона достигает 5 % общей территории области. Количество разведанных торфяных месторождений – более 2100, площадь в границах промышленной залежи – 496,9 тыс. га, общие запасы торфа – 2051,4 млн. т. В промышленном масштабе освоены 43 торфяных месторождения общей площадью свыше 300 тыс. га. В Программе отмечается, что Тверская область сохраняет свой промышленный и научно-технический потенциал в области торфяного производства. За истекшее с 1998 года время мало что сделано по реализации названной Программы. Есть проблемы и в области подготовки научных кадров соответствующего профиля.
           Основной приток научных кадров во все структуры, так или иначе связанные с разработкой проблем рационального природопользования, обеспечивается подготовкой научных кадров через аспирантуру и докторантуру высшей школы. Проблемой рационального использования торфяных ресурсов занимаются специалисты (кандидаты и доктора наук), подготовленные по специальности 05.15.05 – Технология и комплексная механизация торфяного производства. Эта научная специальность охватывала все разделы науки о торфе. По определению наука о торфе – совокупность знаний о природных условиях образования торфа и торфяных месторождений, о физических процессах торфяного производства, о технологии добычи и сушки торфа, об организации производства и труда, обеспечивающей безопасное и экономичное функционирование торфяных предприятий. Однако реформа номенклатуры специальностей научных работников 2000 года существенно изменила положение науки о торфе в системе научных специальностей. Специальность 05.15.05 наряду с другими специальностями по разработке месторождений твердых полезных ископаемых была упразднена. Одна из специальностей, по которой, начиная с 2001 года могут защищаться диссертации по некоторым разделам науки о торфе – это Геотехнология. Полное название этой специальности – Геотехнология (подземная, открытая и строительная).
            Формула специальности: геотехнология (П, О и С) – наука, изучающая способы и процессы освоения недр, создающая теоретические основы и инженерные решения эффективной, экономически и экологически целесообразной разработки месторождений, строительства и эксплуатации горнодобывающих сооружений и промышленных зданий в разнообразных инженерно-геологических условиях.
            Следует хотя бы приближенно ознакомиться с определенными паспортом специальности 25.00.22 областями исследований, чтобы уверенно представлять выполненную диссертационную работу по технологии торфяного производства в диссертационный совет по этой специальности. В табл. 1 приведены области исследований, которые можно рассматривать применительно к торфяному производству.

Таблица 1. Области исследований в паспорте специальности Геотехнология (П, О и С)

            Важно в настоящее время осознать, что не все диссертационные работы по специальности 05.15.05 могут быть отнесены к специальности 25.00.22. Геотехнологические исследования в области торфяного дела составляют очень важный раздел науки о торфе. Это прежде всего технология кускового торфа (исторически эта технология предшествовала появлению технологии фрезерного торфа). Накопление научной информации в этой области показано на рис. 1.

Затем – технология фрезерного торфа. Накопление научной информации по этому разделу показано на рис. 2.

            К этой же специальности 25.00.22 могут быть отнесены диссертационные работы по подготовке (и ремонту) торфяных площадей (см. табл. 1, № 10).
           Реформирование научных специальностей выполнялось с учетом структуры классификации горных наук. Первые шаги в направлении построения классификации горных наук были предприняты академиком В.В. Ржевским [1]. По его мнению по аналогии с наименованиями «География», «Геодезия», «Геология», «Геофизика», «Геохимия» целесообразно всему циклу горных наук дать наименование «Геотехнология». Все содержательное многообразие горных наук по В.В. Ржевскому представлено в табл. 2.

Таблица 2. Классификация горных наук по В.В. Ржевскому [1]

Другая структура классификации горных наук была предложена академиком К.Н. Трубецким [2], в дальнейшем положенная в основу выделения научных специальностей (табл. 3).

Таблица 3. Классификация горных наук по К.Н. Трубецкому [2] и новые научные специальности

            Приведем краткий обзор диссертационных работ, защищенных перед реформированием научных специальностей с 1998 года, и определим, к каким специальностям новой номенклатуры они могут быть отнесены.
            В 1998 году были защищены четыре докторских и две кандидатских диссертации.
          Докторская диссертация Н.В. Гревцева «Научные основы технологии торфяных композиционных материалов» посвящена обоснованию технических и технологических решений вопросов производства новых видов композиционных материалов на основе торфа и промышленных отходов – углеродистых материалов, отходов металлургического производства (медный огарок и др.).
         Автором разработаны научные основы системного подхода к оптимизации технологии торфяных композиционных материалов; дано обоснование принципов формирования состава и выбора методов энерготехнологического регулирования их свойств, технологических режимов процесса производства; установлены закономерности изменения свойств торфяных композиций на различных стадиях технологического процесса; предложены инженерные методы расчета тепломассопереноса при досушке в складочных единицах торфяных окускованных материалов; разработаны конструкции формующего и перерабатывающего оборудования для производства торфяных композиционных материалов многоцелевого назначения. Предложения Н.В. Гревцева внедрены в промышленность на торфопредприятиях Широкореченское, Исетско-Аятское, опытном заводе Восточного углехимического института, на Кировоградском медеплавильном комбинате, в Уральской государственной горно-геологической академии. Диссертационный совет рекомендовал к расширенному использованию технологию и предлагаемое оборудование в торфяной и других отраслях, связанных с переработкой дисперсных материалов и возможностью использования торфа.
           Из приведенного обзора видно, что диссертация соответствует областям исследований, отраженным в паспорте специальности 25.00.22 позициями 3, 4, 5, 6, таким образом, соответствует специальности 25.00.22 – Геотехнология.
           Докторская диссертация С.Н. Гамаюнова «Процессы структурообразования в технологии формованной продукции из торфа и сапропеля» посвящена проблеме переработки и использования торфа и сапропеля в топливной промышленности, сельском хозяйстве, строительстве и охране окружающей среды. В работе установлены закономерности изменения прочностных, водно-физических и массообменных свойств, а также процессов структурообразования торфа и сапропеля при сушке; предложена иерархическая модель структуры торфа, позволяющая с позиций термодинамики необратимых процессов подойти к рассмотрению структурообразования и тепломассопереноса для торфяной продукции; разработаны методы прогнозной оценки, позволяющие получить качественную формованную торфяную продукцию, а также при переработке и сушке органогенных материалов; описаны осмотические процессы, протекающие при поглощении влаги торфом с учетом набухания (усадки) и контракции материала. Результаты работы нашли применение в ОАО «Тверьторф», АО «Вологдаторф». Материалы диссертации рекомендованы к расширенному внедрению на предприятиях торфяной отрасли при проектировании производства формованной продукции из торфа и сапропеля, а также в смежных отраслях промышленности, где формование и сушка продукции подчиняется тем же закономерностям, что и установленные автором диссертации.
           Работа соответствует областям исследований, отраженным в позициях 3, 4, 5 паспорта специальности 25.00.22.
          А.В. Кондратьев защитил докторскую диссертацию на тему «Создание высокоэффективных валковых сепараторов торфяных машин и оборудования». Работа посвящена проблеме удаления из торфа твердых включений (пней и камней) в процессах торфяного производства. В диссертации установлены закономерности заклинивания твердых включений и накручивания растительности на рабочие элементы валковых сепараторов. Предложены принципы и методика расчета параметров сепарирующих устройств валкового типа, способы интенсификации разделения твердых включений из торфа. Установлены зависимости энергоемкости валкового сепаратора от его конструктивных и кинематических параметров, технологических характеристик процесса, закономерности процесса отделения от твердых включений неразложившихся растительных остатков. Сепарирующие устройства валкового типа прошли промышленную апробацию в ОАО «Тверьторф», акционерном обществе «Wendre» (Эстония), СевНИИГИМе. Результаты теоретико-экспериментальных исследований рекомендованы к расширенному использованию в торфяной промышленности при проектировании технологических процессов и оборудования торфяного производства, в других областях промышленности – горноперерабатывающей, сельскохозяйственной, мелиоративной.
           Работа А.В. Кондратьева связана с областями исследований, которые входят в паспорт специальности 05.05.06 – Горные машины. Вопрос о соответствии диссертационной работы конкретной специальности практически однозначно может быть решен на основе установления соответствия содержания работы формуле специальности. Формула специальности 05.05.06: горные машины – область науки и техники, включающая исследования, разработку и эксплуатацию машин и оборудования (агрегатов и аппаратов) основных и вспомогательных производств в отраслях горного дела и занимающаяся изучением связей и закономерностей с целью создания новых и совершенствования существующих горных машин и оборудования и их элементов, обладающих повышенной производительностью (эффективностью), долговечностью (надежностью), безопасностью и экологичностью. Если учесть, что торфяные машины – это класс горных машин [3], то соответствие диссертационной работы А.В. Кондратьева специальности 05.05.06 будет очевидно.
            В этом же, 1998, году В.Н. Лотовым защищена докторская диссертация на тему «Физико-механическое моделирование предельных напряженно-деформированных состояний в процессах торфяного производства». В работе создана научная база для решения прочностных и деформационных задач в области технологии, механизации добычи и переработки торфа. Автором предложена обобщенная методики оценки критериев предельной асимптотики нелинейных процессов деформирования торфа, позволяющая точнее описать физико-механические характеристики и прочностные свойства торфяных систем. Выполнена систематизация и дана классификация предельных напряженно-деформированных состояний в конденсированных и других полидисперсных средах. Предложены модели динамики развития напряженно-деформированных состояний на основе обобщенной модели сплошной среды, октаэдрическая модель взаимодействия частиц торфа, методов функциональной оптимизации технологических задач торфяного производства, новая научная концепция оценки предельных напряженно-деформированных состояний в органоминеральных системах. Результаты, представленные в этой диссертации, рекомендованы к расширенному использованию при проектировании технологических процессов и оборудования торфяного производства.
            Работа В.Н. Лотова соответствует формуле специальности 25.00.20 – Геомеханика, разрушение горных пород («Геомеханика, разрушение горных пород – области горных наук и техники, в которых изучаются свойства горных пород, строение, состояние и поведение горного массива в естественных условиях и их изменение в результате воздействия механических, тепловых, электромагнитных, физико-химических и других полей, а также процессы, технологии и средства разрушения горных пород с целью разработки методов практического использования полученных закономерностей для создания новых и совершенствования существующих способов и средств освоения недр Земли»).
          Кандидатская диссертация О.В. Пуховой на тему «Закономерности изменения физических свойств торфа при его переработке и сушке» посвящена изучению водно-физических свойств торфа при его переработке и различных режимах сушки, влиянию их на процессы структурообразования и массоперенос. Выявлены закономерности изменения водно-физических и структурно-механических характеристик формованной продукции в зависимости от состава и условий переработки торфа, раскрыт механизм процесса массопереноса и структурообразования в гранулированном торфе с учетом температуры обезвоживания, предложен инженерный способ определения дисперсности формованной продукции. Результаты работы внедрены в практику научных исследований и в учебный процесс. Разработки автора диссертации рекомендованы к расширенному использованию в учебных и научных центрах торфяного профиля, на предприятиях по производству гранулированного торфяного топлива. Работа О.В. Пуховой вполне соответствует требованиям паспорта специальности 25.00.22 – Геотехнология.
           Кандидатская диссертация Д.Г. Масленникова на тему «Обоснование способа и параметров рабочего органа для удаления древесины из разрабатываемого слоя торфяной залежи» содержит новые данные по технологическим процессам удаления древесины из эксплуатационного слоя торфяной залежи, имеющие большое значение для повышения качества ремонта производственных площадей добычи торфа. Автором разработана методика определения усилий и обоснован способ удаления древесных остатков, находящихся в толще залежи на границе разрабатываемого слоя, путем вытеснения в нижележащие слои залежи. Определены основные параметры рабочего органа машины для реализации этого способа. Работа соответствует паспорту специальности 05.05.06 – Горные машины.
            В 1999 году защищены две докторских и три кандидатских диссертации. Докторские диссертации полностью соответствовали паспорту специальности 05.05.06 – Горные машины. Докторская диссертация В.Ф. Синицына «Научные основы проектирования параметров ходовых и фрезерующих устройств торфяных машин» содержит технические решения, обеспечивающие существенное улучшение параметров проектируемых устройств. Методы силового и энергетического расчета фрезы с учетом пульсации нагрузки в процессе фрезерования могут быть использованы при решении задач динамики приводов фрезерующих машин. Обоснование баланса мощности фрезы используется при экспериментальных и теоретических исследованиях энергетики фрезерования. Результаты исследований и новые методы проектирования позволяют уменьшить габариты и массу ходовых устройств, снизить краевые давления под гусеницами, энергоемкость фрезерования и амплитуду пульсации нагрузки на фрезе, повысить копирующее и планирующее действие фрезеров на залежь и увеличить цикловые сборы. Прикладные программы, реализующие разработанные методы проектирования параметров торфяных машин, используются в АО НЦ Радченкоторф и АООТ ВНИИТП, в учебном процессе в ТГТУ.
           Докторская диссертация А.Н. Лукьянчикова «Теоретико-экспери¬ментальные основы агрегатирования машин торфяного производства» вносит существенный вклад в теорию и инженерную практику расчета торфяных агрегатов. Методы оценки производительности агрегатов, удельного расхода топлива нашли применение при выборе параметров торфяных машин, режимов работы и комплектования агрегатов. Предлагаемые автором технические решения рекомендуется использовать в торфяной промышленности при проектировании торфяных машин, оценке надежности агрегатов, комплектовании агрегатов, совершенствовании системы технического обслуживания и ремонта машинного парка торфяных предприятий, в учебном процессе при подготовке специалистов торфяного профиля.
            В кандидатской диссертации В.Н. Александрова «Обоснование параметров проходимости шагающего движителя по сильнообводненной торфяной залежи верхового типа» установлены основные закономерности взаимодействия шагающего на понтонах движителя и сильнообводненного торфяного грунта. Разработаны расчетные формулы для определения осадки, тягово-сцепных устройств и маневренности. Предложены комплексный показатель проходимости и классификация торфяных залежей для приближенной оценки проходимости. Результаты работы рекомендованы к использованию при проектировании технологических процессов и рабочего оборудования, работающего на сильнообводненных торфяных грунтах, на предприятиях торфяной и нефтегазовой отраслей промышленности. Работа соответствует паспорту специальности 05.05.06.
        Кандидатская диссертация Е.А. Кузьмина «Разработка методик и определение параметров массопереноса и структурообразования в торфе с помощью стабильных изотопов» содержит новое решение задачи по разработке современных методик изучения и прогнозирования сорбционных и водно-физических процессов, процессов структурообразования в торфяной залежи и при переработке торфа, что имеет существенное значение при комплексном исследовании торфяных залежей и их использовании в сельскохозяйственном производстве. Результаты работы рекомендуется использовать в научно-производственных, научных и проектных организациях торфяного и сельскохозяйственного профиля при создании систем осушения, мелиорации почв, совершенствовании процессов переработки торфа, моделировании процессов тепломассопереноса в торфе и композициях на его основе. Работа соответствует паспорту специальности 25.00.22.
         Кандидатская диссертация В.В. Фадеева «Моделирование процессов деформирования торфяных грунтов под жесткими штампами» посвящена решению задачи оценки и моделирования напряженно-деформированных и предельных состояний, возникающих при воздействии жестких штампов на торфяное основание, что имеет существенное значение в практике проектно-изыскательской деятельности научных организаций торфяной и строительной отрасли. Методику оценки предельных состояний рекомендуется использовать при подготовке новых нормативных документов по расчету несущей способности торфяных оснований. Работа соответствует паспорту специальности 25.00.20.
            В 2000 году были защищены три докторских диссертации. Докторская диссертация А.А. Ланкова «Научные основы прогнозирования физико-механических свойств мерзлых торфяных грунтов» посвящена разработке основ прогнозирования оценки физико-механических свойств мерзлых торфяных и подстилающих торфяных грунтов, определению границ зон деформированных состояний и созданию аналитического метода вычисления параметров длительной прочности. Новизна и научная значимость результатов работы обусловлены применением метода нормирования определяющих параметров в теоретико-экспериментальном анализе критериев предельных напряженно-деформированных состояний при нагружении мерзлых торфяных грунтов сферическим штампом. Впервые при определении физико-механических свойств мерзлых торфяных грунтов сформулированы теоретические положения, определяющие критические параметры, позволяющие установить подобие закономерностей деформирования мерзлых торфяных грунтов. Установленные теоретические закономерности создали предпосылки для научно обоснованных методов расчета при проектировании сооружений, оценки проходимости техники, взаимодействия рабочих органов торфяных машин с мерзлой торфяной залежью. Применение разработанной методики обеспечивает значительное сокращение объема инженерных изысканий. Результаты работы рекомендуется использовать в торфяной и других отраслях промышленности при проектировании сооружений, прокладке инженерных коммуникаций. Работа А.А. Ланкова соответствует формуле специальности 25.00.20.
          В докторской диссертации В.И. Суворова «Научные основы формирования структуры торфа в технологиях получения продукции с заданными свойствами» обосновано формирование оптимальных структур, обеспечивающих улучшение качественных показателей существующих и новых видов продукции различного назначения на основе торфа и отходов производств, повышение эффективности технологии переработки торфа. Результаты теоретических и экспериментальных исследований и предлагаемые технологические решения рекомендуется использовать в торфяной и других отраслях промышленности, связанных с переработкой дисперсных материалов, при проектировании и организации производств новых видов продукции на основе торфа с заданными качественными характеристиками, при оценке состава и свойств сырьевых ресурсов и массовых отходов производств для принятия инновационных решений, для совершенствования системы технологического обеспечения торфяной и смежных отраслей промышленности при создании новых производств. Докторская диссертация В.И. Суворова соответствует паспорту специальности 25.00.22.
            В докторской диссертации Ю.Н. Женихова «Геоэкологические основы рационального использования торфяно-болотных ресурсов Верхневолжского региона» представлены научно обоснованные положения и практические рекомендации по экологически сбалансированному использованию ресурсов торфяно-болотных экосистем. Новизна основных научных положений работы заключается в применении геоэкологического подхода к разработке научных основ рационального использования торфяно-болотных экосистем на базе системного изучения сырьевых, физико-химических, экологических характеристик. Научная значимость результатов работы состоит в том, что предлагается обеспечение экологической безопасности региона при рациональном комплексном использовании торфяных и растительных ресурсов болот. Результаты работы рекомендуется применять в регионах на уровне государственных органов управления, в системе Министерства природных ресурсов, при разработке схем рационального использования природных ресурсов, на предприятиях торфяной отрасли. Логично предположить, что работа Ю.Н. Женихова после реформирования научных специальностей представлялась бы к защите на стыке специальностей 25.00.36 и 25.00.22. Нельзя не признать несовершенными принципы выделения научных специальностей в структуре современной классификации горных наук [2] (табл. 3). Слияние разных горных наук в единую научную специальность, как это сделано по специальностям 25.00.20 и 25.00.22, не может не породить проблемы компетентности суждений по конкретной диссертационной работе, представленной на защиту. Таким образом, на современном этапе подготовки научных кадров в области освоения торфяных ресурсов необходимо разработать содержательные формулировки направлений исследований, соответствующих паспортам специальностей, по которым функционируют созданные в 2001 году в ТГТУ диссертационные советы (речь идет о специальностях 05.05.06; 25.00.20; 25.00.22 и 25.00.36). Причем к разряду приоритетных направлений исследований по нашему мнению должны быть отнесены геотехнологические исследования.
            Библиографический список
1. Ржевский В.В. Проблемы горной промышленности и комплекса горных наук. М.: МГИ, 1991. 243 с.
2. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли / Под ред. К.Н. Трубецкого. М.:Изд. Академии горных наук, 1997. 478 с.
3. Копенкина Л.В., Копенкин В.Д. Торфяные машины как класс горных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2002. № 5. С. 219–222.
 

Обсуждение доклада В.Д. Копенкина (время доклада 17 мин.):

Косов В.И.: На что, по-вашему, опирается наука геотехнология?
Ответ: На недроведение.

Косов В.И.: Как Вы оцениваете укрупнение торфяных специальностей?
Ответ: В целом положительно, потому что разъединение механической и технологической специальностей негативно отражается и на экспертизе диссертаций, и на качестве представляемых на защиту диссертационных работ.

Тарантов А.С.: Сейчас торфяная отрасль переживает упадок. Какое месторождение торфа Вы бы предложили для первоочередной разработки?
Ответ: Как теоретик я мог бы ответить на вопрос о наличии торфяных ресурсов и их качественном составе на том или ином месторождении, но практики знают детальнее состояние предприятий, которые сегодня хоть как-то функционируют на остатках оборудования. Отсюда проблема: при подготовке инженерных кадров нужно пересматривать тематику дипломного проектирования. К примеру, можно ли сейчас механикам проектировать машины стоимостью в несколько миллионов рублей? Это бессмысленно. Если говорить о технологии торфяного производства, то здесь надо работать над созданием наукоемких видов продукции, которые могут реализоваться с гораздо большей выгодой по сравнению с традиционной продукцией торфопредприятий. Пример такого рода продукции – грунты на основе торфа.

Тарантов А.С.: Что Вы можете сказать по поводу дифференциации наук? Не стоит ли сейчас ориентироваться на интеграцию наук и специальностей для того, чтобы расширить возможности выпускников при устройстве на работу?
Ответ: Дифференциация наук – это естественный процесс накопления знаний и возникновения других направлений. Реформирование с объединением – это искусственный процесс, продиктованный сверху и совсем не связанный с естественными потребностями к соединению.

Ходяков Г.М.: Каковы перспективы торфяного производства? Что нужно для его возрождения?
Ответ: Пока не появятся частные предприятия торфяного производства перспективы будут очень туманными.

Тарантов А.С.: Мне же кажется, что наоборот – все изменит государственное управление...
Ответ: Этого никогда не будет. И это важно понять.