книги / Строительная геотехнология

формируется как совокупность объектов, которые могут быть отнесены к одному классу. Тогда объект О, являющий­ ся обобщением объектов (0 \......О „), называется классом, а любой Oj — категорией О. Если несколько раз последова­ тельно применять к некоторым объектам обобщение или аг­ регацию, образуется иерархия понятий. Концептуальная мо­ дель сложной технической системы включает иерархии агре­ гаций и обобщений для всех понятий, необходимых для поддержки прикладных представлений.

Для решения задачи построения функциональных эле­ ментов системы проанализируем обобщенное представление объектов в современных системах моделирования.

Каждый объект представляется как элемент некоторого класса, который, в свою очередь, может рассматриваться как подкласс класса более высокого уровня. Класс объектов ха­ рактеризуется набором атрибутов и действий, выполняемых объектом данного класса в системе.

Объекты разных классов различаются либо набором ат­ рибутов, либо действий. Объекты одного класса имеют оди­ наковый набор атрибутов и действий и различаются значе­ ниями атрибутов. Таким образом, каждый класс и объект имеет набор атрибутов, выполняет последовательность дей­ ствий и определяется идентификатором. Каждый атрибут заданного объекта имеет имя, тип и значение. Отметим, что при описании объектов в системах моделирования часто ис­ пользуются неявные атрибуты, к которым пользователь не имеет доступа и значения которых вычисляются в зависимо­ сти от состояния моделируемого объекта.

При представлении последовательности действий в мо­ делируемой системе считается, что любое действие вызывает некоторое событие в системе, которое означает мгновенную смену состояния системы, заключающееся в изменении неко­ торых параметров системы. Отдельные элементы модули­ рующей системы, такие как множества, могут содержать в качестве своих составных частей другие объекты системы. Эти составные части обычно не выполняют действий. Кроме множеств, на основе включения объектов различных классов в системах имитации функционирует системное время, кото-

105

Рис. 3.3. Иерархия для представления модели

рое представляется с помощью специальных объектов, кото­ рые носят название управляющего списка (УС) или календа­ ря системы. Таким образом, модель, реализуемая в системе моделирования, может быть представлена в виде иерархии (рис. 3.3.)

В СИИ традиционно выделяются две группы методов представления знаний: декларативные и процедурные. Принципиальное их отличие состоит в различном пони­ мании характера взаимосвязи сущностей. Декларативный способ исходит из посылки, что знания не имеют глубоких связей с процедурами обработки сущностей, и характери­ зуют аспект «знать что». Процедурный способ представ­ ления знаний характеризует аспект «знать как», т.е. исхо­ дит из того, что знания вложены в систему обработки знаний и тем самым предопределяют способ использова­ ния тех или иных сущностей.

Декларативный способ представления знаний обладает рядом положительных свойств, например: возможность представления фактов множеством независимых элементов с необязательным указанием способа использования фактов;

106

возможность общения с системой в декларативной форме и т.п. Наиболее эффективен данный метод в тех случаях, когда фактов мало, а способов их использования много. В случае невозможности представления сущностей декларативным способом используют процедурное представление. При этом становится возможным учесть специфику предметной облас­ ти и использовать эвристические знания. В практике по­ строения системы знаний в чистом виде данные не исполь­ зуются, а используется разумное их сочетание.

Для представления знаний, рационально сочетающих их синтаксис и семантику, рассматриваются модели в виде се­ мантических сетей.

Семантическая сеть представляет собой информацион­ ную модель и имеет вид ориентированного графа, вершины которого соответствуют сущностям (понятиям и объектам), а дуги — отношениям между ними. Отношения характери­ зуют либо класс сущности, либо его специфическое свойст­ во, либо пример (рис. 3.4). Обычно вместо связи «класс» ис­ пользуют связь «есть нет», связь «свойство» заменяют на «есть», а вместо отношения «пример» определяют имена классов, т.е. «класс» и «пример» связывают одни и те же по­ нятия, направленные противоположно.

сущностей представление

Рис. 3.4. Объектное представление в БД и СИИ

107

4 .1 . ОБЩ ИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В горно-технической литературе термин «сложные усло­ вия» используется довольно широко. Однако однозначности в его понимании нет. Одни авторы, говоря о сложных усло­ виях, имеют в виду большую обводненность, другие — на­ личие слабых, неустойчивых пород, третьи — опасность проявлений всевозможных явлений (горные динамические удары, внезапные выбросы угля, породы и газа и т.п.). Из анализа литературы по данному вопросу видно, что этот термин употребляется авторами применительно как к про­ цессу проведения горных выработок, так и к процессу их крепления и поддержания.

В первом случае под сложными условиями понимаются такие условия, при которых затрудняется или полностью ис­ ключается возможность проведения выработок обычными способами без применения каких-либо дополнительных ме­ роприятий. Так, проходка вертикальных стволов шахт в плывунах невозможна без предварительного их упрочнения, например, с помощью искусственного замораживания, а строительство тоннелей в скальных трещиноватых обвод­ ненных породах сдерживается необходимостью проводить мероприятия по водоподавлению. Аналогичная картина возникает и при проведении выработок в ударо- и выбросо­ опасных породах.

Во втором случае под сложными условиями авторы по­ нимают такие условия, в которых применение традицион­ ных конструкций крепей не обеспечивает (частично или пол­ ностью) нормального эксплуатационного состояния горных выработок из-за интенсивных проявлений горного давления. Например, при проведении горизонтальных горных выра­ боток в пучащих породах, когда применение замкнутых кре­ пей либо не дает технического эффекта, либо экономически нецелесообразно, применяют специальные способы, полу­ чившие название «способы охраны горных выработок».

111

В практике шахтного и подземного строительства встречается также еще один тип сложных условий, связан­ ный с температурным фактором. Так, при строительстве подземных сооружений в условиях отрицательных темпера­ тур (многолетнемерзлые породы, искусственно заморожен­ ные породы) или при высоких плюсовых температурах без проведения специальных технических мероприятий не обес­ печиваются надлежащие санитарно-гигиенические условия труда, безопасность ведения работ и надежность работы горно-проходческого оборудования.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что все «сложности», возникающие при строительстве под­ земных сооружений, имеют природное происхождение. Об­ щим для всех случаев строительства в сложных горно­ геологических условиях является необходимость привлече­ ния различных методов подготовки и способов воздействия на массив горных пород, ограничивающих или полностью устраняющих возникающие трудности.

Сам термин «сложные условия» следует употреблять в увязке к конкретным технологическим процессам. Первая попытка полной классификации сложных горно-геологи­ ческих условий строительства подземных сооружений сдела­ на в работе Б.А. Картозия и др., где сложные горно­ геологические условия подразделяются на сложные гидро­ геологические, горно-технические и геомеханические. Разра­ ботанная классификация строительства и поддержания под­ земных сооружений носит качественный характер, поэтому для ее практического использования требуется располагать количественными показателями (критериями), позволяющи­ ми отнести реальные условия строительства подземных со­ оружений к той или иной группе сложных условий. Кроме того, два типа сложных условий (гидрогеологические и гор­ но-технические) в большей степени относятся к процессу проходки горных выработок, а третий тип (геомеханичес­ кие) — к процессу их крепления и поддержания.

В этом прослеживается определенная условность дан­ ной классификации, так как при любом типе условий мо­ гут возникнуть сложности, связанные с креплением под­

112

земных сооружений, например, создание водонепрони­ цаемости конструкций крепей в сложных гидрогеологиче­ ских условиях и т.п.

Породный массив как сложная природная среда пред­ ставляет собой многокомпонентную систему и может рас­ сматриваться как система взаимосвязей фазовых состояний, причем эти взаимосвязи отражают многообразие причинноследственных факторов природных, техногенных и антропо­ генных воздействий (рис. 4.1).

Основой построения таких взаимосвязей являются выяв­ ленные возмущения в природной среде, которые являются реакциями массива на технологические воздействия при строительстве подземного сооружения в реальном масштабе времени. В процессе проектирования учет этих взаимодейст­ вий реализуется путем включения в проектируемые техноло­ гии специальных мероприятий, направленных на снижение этого воздействия и обеспечивающих безопасность строи­ тельства.

Рис. 4.1. Схема взаимосвязей фазовых составляющих породного массива

113

Поскольку каждый конкретный участок массива горных пород, включенный в природно-техногенную систему, ха­ рактеризуется определенными физико-механическими свой­ ствами и различными видами состояний, необходимо при­ менение методов и способов, позволяющих путем соответст­ вующих воздействий придавать ему требуемые свойства и состояния, т.е. производить подготовку массива горных по­ род для получения заданного качества (типа условий).

Таким образом, под методами подготовки массива под­ разумевается совокупность способов направленного воздей­ ствия на массив горных пород, позволяющих изменить его физико-механические свойства или состояние до начала гор­ но-строительных работ.

Рис. 4.2. Классификация сложных горно-геологических условий строи­ тельства подземных сооружений

114

Под способами воздействия на массив понимается ком­ плекс технических мероприятий, обеспечивающих достиже­ ние заданных по условиям строительства свойств или со­ стояния массива горных пород.

Приведенная на рис. 4.2 классификация сложных горно­ геологических условий удовлетворяет требованиям полноты и чистоты. Выбор признаков (оснований деления), по которым выполнена классификация сложных горно-геологических усло­ вий, не произволен. В качестве оснований деления используют­ ся не случайные, а существенные признаки, не производные, а определяющие, от которых зависят другие признаки (тип слож­ ных условий, характеристика породного массива, характер проявления сложности).

В этом смысле классификация сложных горно-геологи­ ческих условий, отражая объективные закономерности при­ роды, является естественной.

По характеру проявления сложности и характеристике породного массива определяется тип сложных условий. Оп­ ределение типа сложных условий позволяет отобрать конку­ рентоспособные способы воздействия на массив и техноло­ гии строительства подземных сооружений, обеспечивающие экономические и технические преимущества, а также безо­ пасность и комфортность условий труда.

4.2. СЛОЖ НЫЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

Под сложными гидрогеологическими условиями следует понимать такие условия, при которых обводненность по­ родных массивов исключает возможность строительства подземных сооружений обычными способами.

На рис 4.3 представлена классификация методов подготов­ ки, способов воздействия на массив горных пород, организа­ ционно-технические решения при строительстве подземных со­ оружений в сложных гидрогеологических условиях.

Строительство подземных объектов в сложных гидро­ геологических условиях вызывает прорывы напорных вод и плывунов в забой выработки.

115