книги / Строительная геотехнология

Стратегия строительства подземного сооружения фор­ мально определяется выбором одной из вершин в каждой доле и соответствует пути, связывающему эти доли.

Очевидно, что возможное количество стратегий N c (G) составляет не больше произведения мощностей носителей долей графа:

В рассматриваемом случае количество возможных путей

5

Лп = П \Vi\ = 124 950. Число стратегий же меньше, так как не i=i

каждая возможная цепь определяет реализуемую стратегию. Действительно, мощность сигнатуры между соседними

долями меньше, чем произведение мощностей их носителей:

Порождение стратегий основано на вычислении элемен­ тов матрицы достижимости

i=1

где S(G) — матрица смежности графа, элементы которой по­ казывают переходы из одной доли в другую; ^(G ) — матри­ ца, элементы которой показывают переходы, соответствую­ щие путям длины два; SP(G) — матрица, элементы которой показывают переходы, соответствующие путям длины три; S\G ) — матрица, элементы которой показывают переходы, соответствующие путям длины четыре.

Каждая вершина графа взвешена характеристиками, оценивающими соответствующую компоненту стратегии проектирования строительства подземного сооружения. Раз­

157

работай сценарий проведения экспертных оценок с целью формирования оптимальной стратегии. Оптимальность оце­ нивается аддитивно-мультипликативным функционалом ка­ чества сформированной технологии строительства подзем­ ного сооружения.

Поиск оптимальной стратегии сводится к поиску опти­ мального пути в многопродуктовой сетевой модели.

Если оптимизируемый внешним оператором функцио­ нал имеет оператор «шах», cpopt = max / (xt), то поиск опти­

мальной стратегии сводится к поиску цепи с максимальным суммарным весом.

Алгоритм при этом имеет вид следующей рекурсивной процедуры.

1. Каждая вершина v(€ V графа G ={V, U) взвешивается

где р (иО — экспертная оценка г'-й вершины; Г-1 — соответ­ ствующее обратное отображение.

вершины первой доли.

6. Найденные вершины определяют искомую стратегию. Рассмотрим фрагмент рис. 5.12 (рис. 5.12, а).

В качестве оптимизируемого функционала рассмотрим максимизацию «устойчивости» подземного сооружения, при этом все экспертные оценки вершины приведены к одной количественной шкале.

158

Рис. 5.12, а

Оптимизируемый функционал <p0pt = 29. Оптимальная стратегия определяется путем

Если оптимизируемый функционал, являясь внешним оператором, имеет оператор «min», т. е.

Фор» =«™ п/Ы >

то поиск оптимальной стратегии сводится к поиску пути с минимальным суммарным весом.

Алгоритм при этом имеет вид следующей рекурсивной процедуры.

1. Каждая вершина г>, еУ графа G =(V,u) взвешивается величиной.

вершины первой доли.

159

Рис. 5.12, б

6. Найденные вершины определяют искомую стратегию. Рассмотрим тот же фрагмент.

В качестве оптимизируемого функционала рассмотрим ресурсно-стоимостные затраты (рис. 5.12, б).

Оптимизируемый функционал (popt = 15. Оптимальная стратегия определяется путем

Если оптимизируемый функционал (popi является векто­ ром, то используется один из методов векторной оптимиза­ ции.

Рассмотрим мультипликативный функционал

(5.9)

где А, — величина, характеризующая свойство подземного сооружения типа «устойчивость»; Bj — величина, опреде­ ляющая ресурсно-стоимостные (временные) свойства.

Составляющие функционала (popt противоречивы. Наиболее простое решение — эвристическое: выбираем

из найденных решений в каждой доле то, которое мини­ мально отличается от среднеарифметической величины в этой доле. Этот выбор определяет эвристику, позволяющую построить оптимальную стратегию проектирования строи­ тельства подземного сооружения в сложных горно-геоло­ гических условиях.

160

В рассматриваемом фрагменте получаем стратегию, ОП' ределяемую путем

Этот выбор определяет эвристику, позволяющую по­ строить оптимальную стратегию проектирования строи­ тельства подземного сооружения (рис. 5.12, в).

Современные способы строительства подземных соору­ жений в различных условиях характеризуются высокой сте­ пенью детализации организационно-технических решений, что нашло свое отражение в многочисленных классификаци­ онных структурах, аккумулирующих опыт подземной разра­ ботки полезных ископаемых, шахтного и подземного строи­ тельства.

Анализ классификационных построений, представлен­ ных в этих работах, выявил разнородность структурных признаков для классификаций. В одном случае это гео­ метрический признак (угол залегания пород, простирание и т.п.), в другом случае — технологическое свойство за­ кладочного материала и т.п.

Такая разнородность даже в пределах одного классифи­ кационного пространства позволяет характеризовать осно­ вание классификаций как объективно-групповое.

Потребности в создании подземных сооружений форми­ руют необходимость обращения при проектировании под­ земных сооружений в сложных условиях к имеющемуся опы­ ту, т. е. к тем структурам классификаций, которые, с од­ ной стороны, ограничивают информационное поле поиска

Рис. 5.12, в

161

технологий, соответствующих конкретным условиям, а с другой стороны, определяют направление и области необ­ ходимых конкретных решений. В этом аспекте выявление основания классификационных групп является необходимой операцией структурного анализа классификаций. Кроме то­ го, анализ классификационных структур технологий созда­ ния подземных сооружений выявил необходимость форми­ рования классификационных структур по функциональным признакам, как общим системным признакам, позволяющим на уровне информационной технологии разрабатывать и реализовывать в проектах строительства подземных соору­ жений основы регулирования и управления технологически­ ми процессами, обеспечивающими безопасность и стабиль­ ность функционирования подземных сооружений. Систем­ ное обобщение технологических структур строительства подземных сооружений в сложных горно-геологических ус­ ловиях, обеспечивающих безопасность технологии строи­ тельства, сформировало базу создания типовой структурной модели выявления соответствия между методами подготовки и способами воздействия на породный массив за счет влия­ ния на состояние и подземное сооружение при его строи­ тельстве. Схема этой модели представлена на рис. 5.13.

На рис. 5.14 представлена аналогичная схема взаимосвя­ зи элементов «массив» и «технология» в системе «массив — технология — подземное сооружение».

Типичность этих схем обеспечивается полнотой про­ анализированного комплекса технологических задач строительства различных подземных объектов, с одной стороны, и полнотой набора технологических мероприя­ тий воздействия на массив по обеспечению устойчивости подземного сооружения, экологичности и безопасности строительства, с другой.

Эти схемы могут быть реализованы в различных горно­ добывающих отраслях и при строительстве подземных объ­ ектов различного назначения.

162

Предлагаемые схемы имеют на сегодня методологиче­ скую направленность, и это не случайно. Объективно совре­ менная ситуация в проектировании строительства подзем­ ных сооружений складывалась десятилетиями и вышла в ло­ кальных задачах на уровень САПРов с использованием мощных вычислительных машин. Однако каждый раз, начи­ ная проектировать, проектировщик вынужден перебирать всю схему подготовки данных к проектированию с нуля, с самого начала. Это свидетельствует о противоречии между многообразием природных факторов и, соответственно, ре­ акцией на техногенное воздействие и ограниченностью тех­ нологических решений в рамках частных задач. Выход воз­ можен только через упорядочение классификационных стру­ ктур с обеих сторон с выходом на параметрические призна­ ки. Но для этого потребуется не только методологическая постановка, но и пересмотр мировоззрения проектантов, уг­ лубление понимания необходимости отхода от статической параметризации и направленности к функциональным ха­ рактеристикам как наиболее перспективному направлению отображения реальных процессов.

Предложенные модельные схемы являются открыты­ ми и гибкими, поскольку, отображая взаимодействие эле­ ментов системы, они должны также обладать, как любая модель, свойствами более глубокими, чем отображаемая система. Поэтому в процессе развития данного направле­ ния, эти схемы выходят на параметрический уровень, что, в свою очередь, ставит новые вопросы по обеспечению адекватности отображения реальных процессов, разра­ ботке требований к технологиям и методикам определе­ ния параметров взаимодействия массива и подземного со­ оружения, а также технологии анализа информационных характеристик параметров и возможностей их совмест­ ной обработки в информационно-вычислительных систе­ мах, в том числе в системах САПР.

В подразд. 5.1 и 5.2 показаны многообразие и многофак­ торность аспектов проектирования строительства подзем­ ных сооружений. В реальных процессах проектирования, как правило, учитываются только те факторы, которые имеют

165

формализованное описание и выражаются либо зависимо­ стями, либо функциями, либо экспериментальными стати­ стическими наборами и соответствуют требованиям норма­ тивной документации. В противном случае, вопрос выносит­ ся за рамки проектирования для дополнительного иссле­ дования, что, собственно, тоже соответствует требованиям нормативов (например, по ЕСКД — это НИР в ОКРах и т.п.). Проектируемые процессы рассматриваются в рамках локальных задач по целевым функциям связи, например, ме­ жду технологическим процессом и задачей обеспечения кре­ пления подземного сооружения или проходки в обводнен­ ных неустойчивых породах и т.п., имея в виду, что все ос­ тальные вопросы априори решены. При формировании системы «массив — технология — подземное сооружение», направленной на обеспечение возможности многовариант­ ности решений при проектировании в условиях многофак­ торных природно-техногенных проявлений, задачей проек­ тирования является формирование типовых модулей реше­ ний в соответствии с многовариантными условиями стро­ ительства.

Развитие горно-строительных технологий характеризу­ ется достижением высокой степени агрегации от отдельных механизмов типа бурильных машин до проходческих ком­ плексов с высокой степенью автоматизации и механизации работ. Данная ситуация, сформированная на основе соблю­ дения принципа строгого ограничения по параметрам обо­ рудования и технологии, соответствовала методологии «по заданным факторам», т.е. характеристикам, обеспечиваю­ щим решение задач в жестко ограниченных по каждой зада­ че горно-геологических условиях.

Сегодня потребительские требования на строительство подземных сооружений в сложных горно-геологических ус­ ловиях создали объективную ситуацию недостаточности та­ кого подхода при проектировании.

Система «массив — технология — подземное сооруже­ ние» предполагает расширение областей рассматриваемых факторов как подготовительный этап, предваряющий собст­ венно проектирование технологии создания подземного со-

166