книги / Строительная геотехнология

воздействий и их своевременного информационного обеспе­ чения базируется на том факте, что любой форме потери ус­ тойчивости системы всегда объективно предшествует опре­ деленный подготовительный этап. В процессе этого этапа происходят более или менее плавные изменения в системе, регистрация которых на ранних стадиях их развитая и дела­ ет принципиально возможным решение задач прогнозного характера на базе мониторинговых наблюдений.

Учитывая, что главной задачей второго уровня информа­ ционного обеспечения является получение сведений о динамике процессов в ПТГС, основными используемыми методами гео­ контроля должны быть те из геофизических и маркшейдерских методов, которые позволили бы отслеживать эту динамику и обладали бы достаточно высокой чувствительностью. Прежде всего это методы, обеспечивающие контроль технологических процессов строительства ПС (в том числе способов воздействия на массив горных пород), а также процессов деформирования и разрушения конструктивных элементов ПС и окружающего породного массива. Так, например, при строительстве ПС в сложных гидрогеологических условиях при применении замо­ раживания как способа воздействия на массив необходимо осуществлять контроль за вертикальностью бурения скважин, за работой замораживающих колонок и процессов формиро­ вания ледопородного ограждения. При строительстве ПС в сложных геомеханических условиях необходимо осуществлять контроль за проявлениями механических процессов, происхо­ дящих в породном массиве, т.е. смещениями породного конту­ ра и вывалами породы из кровли горной выработки. В главе 4 подробно описана система активного геомеханического мони­ торинга при строительстве выработок в сложных геомеханических условиях.

Таким образом, в основе концепции эффективного ин­ формационного обеспечения строительства подземных со­ оружений в сложных горно-геологических условиях должно лежать разумное сочетание базовой (априорной, полученной до начала строительства) информации о ПТГС и информа­ ции о динамике ее структуры, свойств и состояния в процес­ се жизненного цикла подземного сооружения.

179

Для количественной оценки устойчивости компонентов породного массива к тому или иному техногенному воздей­ ствию может быть использован коэффициент устойчивости Ку, предложенный С.И. Пахомовым и А.М. Монюшко.

Значение коэффициента устойчивости изменяется в диа­ пазоне от 0 до 1 и определяется уровнем качества ПТГС.

В тех случаях, когда понижение эколого-геологического качества системы сопровождается уменьшением какого-либо показателя, Ку определяется как отношение величины при­ знака, сформировавшегося в результате действия данного техногенного фактора, к ее исходному значению,

массива, испытавшего техногенное воздействие; No — тот же показатель до воздействия.

В тех случаях, когда понижение качества системы харак­ теризуется увеличением какого-либо показателя, коэффици­ ент устойчивости рассчитывается как отношение исходной

Величина коэффициента устойчивости в большинстве случаев меньше единицы, что свидетельствует о снижении качества элементов породного массива под влиянием техно­ генных факторов. При полном разрушении системы Ку при­ ближается к нулю. Если же Ку становится больше единицы, это свидетельствуют о повышении качества породного мас­ сива и его устойчивости к техногенному воздействию. На­ глядно это проявляется, например, при проходке вертикаль­ ных стволов в сложных горно-геологических условиях при применении замораживания или цементации как способов воздействия на породный массив (табл. 5.2).

Очень важным аспектом в управлении ПТГС является собственно процедура принятия управленческого решения. Принятие решений является действием, придающим всей деятельности по управлению ПТГС целенаправленность.

180

Именно выбор реализует подчиненность всей деятельности определенной цели или совокупности целей. Процедуре вы­ бора в системном анализе придается важное значение, и ос­ новные его положения могут использоваться и при принятии управляющих решений в ПТГС.

Принятие решения — это действие над множеством аль­ тернатив (от alternative — вариант, одна из двух или более возможностей), в результате которого получается подмно­ жество выбранных альтернатив. Сужение множества альтер­ натив возможно, если существует способ их сравнения между собой и определения наиболее предпочтительных. Примени­ тельно к ПТГС принятие решения означает выбор такого управляющего воздействия, которое наилучшим образом соответствует выбранным ранее критериям управления ПТГС (технологическим, экономическим, экологическим, социальным др.).

Основная сложность при этом связана с множествен­ ностью задач выбора, а также тем, что каждая ситуация выбора может реализовываться в качественно различных вариантах:

181

♦множество альтернатив может быть очень большим;

♦выбор оптимального варианта может осуществляться по одному или нескольким критериям, которые, в свою очередь, могут иметь как качественный, так и количест­ венный характер;

♦механизм выбора может быть однократным или по­ вторяющимся;

♦последствия выбора могут быть точно известны (выбор в условиях определенности), иметь вероятност­ ный характер (выбор в условиях риска) или иметь неод­ нозначный исход, не допускающий введения вероятно­ стей (выбор в условиях неопределенности).

Различные сочетания перечисленных вариантов приво­

дят к многообразным задачам выбора, которые приходится решать при принятии управляющего решения в системе ПТГС.

Основой критериального языка описания выбора в сис­ темном анализе является предположение о том, что каждую отдельно взятую альтернативу можно оценить определен­ ным числом и сравнение альтернатив сводится к сравнению соответствующих им чисел.

Например, если х — некоторая альтернатива из множе­ ства X, то считается, что для всех х, принадлежащих X, мо­ жет быть задана функцияДх), которая называется критерием и обладает тем свойством, что если альтернатива х\ пред­ почтительнее хг (xi > хг), то / (xi) >Дхг) и наоборот.

При этом выбор сводится к отысканию альтернативы с наибольшим значением критериальной функции. Это наи­ более простой случай, когда задача выбора имеет однознач­ ное (однокритериальное) решение.

Однако в подавляющем большинстве случаев в ПТГС приходится решать весьма сложную задачу выбора, прини­ мая управляющее решение по ряду критериев. Разработке классификации критериев оценки эффективности ПТГС по­ священ подразд. 5.4.

182

5.4. КЛАССИФИКАЦИЯ КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯптгс в с л о ж н ы х ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Параметры ПТГС, при которых достигается наилучшее отношение между затратами и результатами, определенные с позиции обоснованных целей и с учетом обоснованных огра­ ничений, начального состояния и предстоящих изменений во времени, называются оптимальными, а теоретические и экспе­ риментальные процедуры их определения— оптимизацией.

Возможность оптимизации параметров ПТГС основы­ вается на взаимозаменяемости средств достижения цели и многовариантности их использования. Иными словами, од­ на и та же цель ПТГС может быть достигнута при различ­ ных структурах, при применении для выполнения функций различных наборов ресурсов, а также изменении некоторых ограничений, накладываемых на управление системой.

Таким образом, эффективность системного управления ПТГС неразрывно связана с правильностью постановки производственной цели, правильностью обоснования огра­ ничений и критериев оптимальности состояния системы, а также с качеством принимаемых решений.

Чем лучше решение, т.е. чем с меньшими затратами ре­ сурсов будет достигнута производственная цель, тем лучше состояние системы.

Как в теории выбора, так и при практическом решении задач о выборе лучших вариантов часто исходят из допуще­ ния, что само понятие «лучше» предполагает наличие неко­ торого критерия (или нискольких критериев), а задача выбо­ ра лучших вариантов сводится к экстремизационной проце­ дуре, т.е. нахождению вариантов, для которых значение критерия экстремально.

Критерием оптимальности называется показатель, экс­ тремальное значение которого определяет оптимальное зна­ чение искомого параметра.

183

В то же время критерий оптимальности — это некоторое правило, в соответствии с которым варианты создания и функ­ ционирования ПТГС располагаются в порядке их предпочте­ ния. Экстремальное значение критерия оптимальности харак­ теризует предельно допустимую эффективность системы.

Выбор критерия оптимальности в задачах на оптимум

— одна из наиболее сложных проблем. Строго говоря, оп­ тимальных решений вообще не существует. Понятие опти­ мального решения может быть определено только по отно­ шению одного конкретного критерия.

Сравнение по единственному критерию позволяет толь­ ко сформулировать то, что анализ объективно выявляет для одного показателя или, в крайнем случае, для нескольких, но совершенно однородных или сильно коррелированных.

Постановка задач принятия решений при многих крите­ риях принципиально связана с двумя обстоятельствами. С одной стороны, эти задачи близки к задачам принятия реше­ ний в условиях неопределенности, так как различные вари­ анты решений должны оцениваться также и в отношении их успеха и связанного с этим уровнем риска. С другой сторо­ ны, и в многокритериальных задачах принятия решений в условиях определенности учет большого числа критериев основан на отказе от традиционного допущения того, что выбор одной из альтернатив всегда осуществляется на осно­ ве лишь одного критерия. В таких ситуациях скалярная зада­ ча оптимизации заменяется задачей векторной оптимизации. В конечном итоге учет этих двух обстоятельств приводит к общему случаю формулировки многокритериальной задачи принятия решений в условиях неопределенности.

Формально задача общей оптимизации состояния ПТГС по нескольким критериям неразрешима, и для оценки качества решения производят свертывание критериев экономическим путем, т. е. введением ограничений на отдельные показатели, использование принципов оптимизации по Парето и т.д.

В подразд. 5.2 отмечается, что исследовать технологиче­ ские процессы, имеющие многовариантные сетевые структу­ ры, а также находить оптимальные сочетания вариантов, вместе составляющих единые цепи, пути, единые схемы воз­

184

можно с применением теории графов. Разделение описаний по степени детализации отображаемых свойств и характери­ стик ПТГС лежит в основе блочно-иерархического подхода к проектированию, при котором представление об объекте расчленяется на иерархические уровни (см. рис. 5.7).

Блочно-иерархическое представление о ПТГС требует использования на каждом иерархическом уровне своих кри­ териев оптимальности. В этом случае уменьшается слож­ ность математических моделей. Однако при этом возрастает и сложность задач по согласованию между собой результа­ тов, полученных на разных уровнях.

Для подавляющего большинства производственных за­ дач основным является критерий экономической эффектив­ ности.

На рис. 5.16 выделен набор горно-технологических кри­ териев, которые дают всестороннюю и объективную оценку сложности горно-геологических условий, позволяют опреде­ лить тип и степень сложности массива, метод подготовки и способ воздействия на массив горных пород, а также способ строительства подземного объекта.

К горно-технологической группе критериев относятся:

♦критерии типа сложных горно-геологических усло­ вий;

♦критерии степени сложности горно-геологических ус­ ловий;

♦критерии метода подготовки массива;

♦критерии способа воздействия на массив;

♦критерии способа строительства.

В каждой из пяти вышеперечисленных групп горно­ технологических критериев существуют свои локальные (уровневые) критерии. Так, например, степень сложности геомеханических условий можно оценить, проанализировав существующие классификации породных массивов по их ус­ тойчивости, используемые в отечественной и зарубежной практике шахтного и подземного строительства. Подробно об основных подходах к решению задачи по оценке устойчи­ вости породных обнажений было изложено в подразд. 2.5.

185

Рис. 5.16. Горно-технологические критерии оценки ПТГС

Отобранные критерии необходимо проанализировать и разделить по степени важности с учетом задачи исследова­ ний. С целью получения более качественного результата исследований моделируемого процесса число критериев не­ обходимо увеличивать, что позволит рассмотреть процесс всесторонне, но вследствие этого значительно усложняется реализация модели, так как по каждому критерию должны быть проведены предварительные расчеты, подготовлены исходные данные и построены целевые функции. Поэтому практически при отборе критериев их число стараются при­

186