книги / Методология проектирования строительства подземных сооружений

Глава 3

ФОРМИРОВАНИЕ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ГЕОСИСТЕМЫ

“МАССИВ -ТЕХНОЛОГИЯ - ПОДЗЕМНОЕ СООРУЖЕНИЕ”

§ 3.1. Система “массив -технология - подземное сооружение” (основные составляющие системы)

Для успешного строительства подземных сооружений в сложных горно-геологических условиях необходимо учиты­ вать современные принципы оптимального управления, ме­ тоды обоснования и принятия различного рода решений и другие аспекты.

Управление — функция системы, ориентированная на со­ хранение ее основною качества, либо на выполнение неко­ торой программы достижения цели системы. Однако до на­ стоящего времени нет общепризнанного формализованного определения. Всякое описательное определение управления неизбежно ассоциируется с такими понятиями, как цель, система, среда, связи, разнообразие и т.п. В сфере человече­ ской деятельности управление сводится к целенаправленно­ му воздействию на систему для достижения конкретных це­ лей.

Сущность управления конкретизируется через понятие "система".

Производными от него являются понятия системного ана­ лиза как методологии исследования и системного подхода как принципа обоснования методологии системного анализа

исинтеза.

Влитературе приводится множество определений систе­ мы. Однако в большинстве случаев эти определения несут

отпечаток сферы их использования и, по мере повышения уровня знаний, видоизменяются и уточняются. В то же вре­ мя, определены ключевые позиции анализа и синтеза сис­ тем, их основные отличительные свойства и признаки.

Понятие "проектирование технической системы" (ПТС) гораздо шире по объему, чем понятие "проектирование под­ земного сооружения", так как, помимо собственно подзем­ ного объекта, ПТС включает и часть породного массива в границах взаимодействия с подземным объектом.

Понятие "природно-техническая система" известно, но разные авторы по разному трактуют это понятие.

Так, по В.К. Епишину [32], природно-технической систе­ мой называется совокупность инженерного сооружения (комплекса инженерных сооружений с частью геологиче­ ской среды в зоне его (их) влияния, имеющей операцио­ нально фиксированные границы. Синонимом понятия ПТС является термин "геотехническая система" (ГТС), под кото­ рой понимается совокупность взаимодействующих природ­ ных и техногенных систем. А А Ревзон [85] разделяет эти два понятия, отмечая, что "геотехническая система" - сово­ купность форм взаимодействия инженерных сооружений с геологической средой является частью, подсистемой при­ родно-технической системы. Последняя, наряду с геотехни­ ческой, включает в себя подсистемы: тропотехническую, аквотехническую, биотехническую и историко-архитектурную. Следовательно, ГТС представляет собой структурно-функци­ ональную часть ПТС.

Г.К. Боднарик и А А Ярг [8] вводят понятие "литотех­ ническая система", а М.А Шубиным [106] введено понятие "геосистема (природно-технической системы)", ориентиро­ ванное на комплексирование геосистемного и программно­ целевого подходов.

М.С. Голицын и В.Н. Островский, часть" геологической среды, непосредственно взаимодействующую с техногенны­ ми объектами, называют "геолого-техногенная система".

В монографии под редакцией акад. К.Н. Трубецкого [24] введено понятие - "геосистема". Этим понятием выражается любая совокупность природных и искусственно созданных

объектов, обладающая свойствами системы, создаваемая или используемая в целях освоения недр.

В.Х. Ахмет и Л.Г. Грабчак под ПТС понимают не произ­ водственно-технические системы, а производственно-тех­ нологические, "которые производят готовый продукт, в них сочетаются интересы отдельных личностей и общест­ ва...".

Анализируя все вышеперечисленные определения, можно сделать вывод что для строительной геотехнологии, где ис­ следуются закономерности поведения подземных сооруже­ ний в массиве горных пород, технические, экономические и организационные взаимосвязи технологических процессов при их строительстве, реконструкции и повторном исполь­ зовании, система, которая функционирует в пределах жиз­ ненного цикла подземного сооружения, носит название "природно-техническая геосистема" (ПТГС).

На современном этапе развития горного производства ме­ тодология решения локальных задач становится малоэффек­ тивной по многим причинам, основными из которых являются:

• непрерывно изменяющиеся комбинации, параметры оборудования и технологии в зависимости от функ­ ционального назначения подземных сооружений;

непрерывно изменяющиеся параметры физико-ме­ ханических характеристик вмещающего породного массива, что требует, с одной стороны, проведения по­ стоянного мониторинга состояния массива, а с другой стороны - моделирования динамики состояния массива на стадии проектирования технологии строительства подземных сооружений и анализа соответствия техно­ логических решений многовариантным ситуациям; изменение социально-экономических отношений с од­ новременным формированием нескольких видов соб­ ственности, что осложняет разработку и контроль рег­ ламентов и нормативов на проведение горнопроходче­ ских работ и выдвигает, как приоритетную, проблему - устойчивость подземных сооружений и безопасность их функционирования на заданный период эксплуата­ ции.

Рис. 3.1. Логическая схема проектирования строительства подземных сооружений

Рис. 3.2. Схема взаимосвязей системы "задачиспособы решения"

структура, а она в этом случае представляется структурой и составом технологических решений (средств, механизмов, последовательность операции), всегда вторична. Между тем, объективно существует и второй механизм решения: когда первична структура способов решения задач и ставится цель - какие задачи этой структурой могут решаться. Особо остро этот механизм решения поставили рыночные отношения, так как роль технологического ресурса ставится на один уровень с ролью цели.

Таким образом, можно утверждать, что типизация реше­ ний не может быть выявлена только в последовательных технологических решениях как от цели, так и от структур. Поэтому схема представленная на рис 3.2 ставит перед нами задачу необходимости типизации как структурных элемен­ тов результата (например: методы подготовки, способы воз­ действия на массив, методы информационного обеспечения проектных решений), так и структурных элементов техноло­ гических процессов (способ проходки выработки, тип креп­ ления, организационно-технические решения). Механизм решения в конкретном случае проектирования должен по­ зволять конструировать различные комбинации между эти­ ми типовыми элементами.

Таким образом, схема взаимосвязей системы "задачи способы решения" может быть представлена как модель ме­ ханизма соответствия результата (целевой структуры) и тех­ нологического ресурса (структуры способа решения задач) в принципиальной схеме проектирования (рис. 3.3).

На схеме модели соответствия "цель технологический ресурс" блок 1 предусматривает возможность структуриза­ ции процесса проектирования в соответствии с соотнесени­ ем решаемой задачи к предметно-ориентированной структу­ ре результата. Такое соотнесение предполагает, что реше-

Рис. 3.3. Схема модели соответствия типовых модулей решений (цель) и типовых модулей реализации (технологический ресурс)

ние, заложенное в проекте, и реализуемая задача имеют равные характеристики, отражающие направленность реше­ ния: совершенствование технологии ведения горно­ строительных работ, возможность создания новых функцио­ нальных объектов в проектируемых подземных сооружени­ ях, воздействие на окружающую среду и ее реакцию, а так­ же последствия в социальной сфере. Эти характеристики задач формируют содержание постановки проектирования в сравнимом виде. Блок 2, аналогично блоку 1, также приво­ дится к виду, позволяющему рассмотреть все его состав­ ляющие в сравнимом виде и формирующими технологию реализации, закладываемые в проект.

Закладываемый в механизм соответствия принцип срав­ нимости по характеристикам элементов результата в виде характеристик по производственным процессам, по воздей­ ствию на окружающую среду и по социальному фактору применительно к конкретному подземному объекту позволя­ ет сформировать целостную систему, отображающую взаи­ модействие всех факторов, влияющих на эффективность и безопасность создания и эксплуатации подземных сооруже­ ний.

Применяя подходы, используемые в системном анализе, рассмотрим жизненный цикл реализации задачи - создания подземных сооружений, которая включает все стадии от по­ становки проектирования до строительства, эксплуатации, повторного использования и ликвидации.

Представим схему взаимодействия системы "массив

Рис. 3.4. Схема взаимодействия системы “массив - технология подземное сооружение”; 4—- требования по соответствию; —►- выпол­ нение требований

Эта система включает в себя три основных элемента: мас­ сив, технологию, подземное сооружение и их взаимосвязи. На приведенной схеме блок 3 включает характеристики, описывающие функциональное назначение подземного со­ оружения в решаемой задаче, и формирует требования к характеристикам вмещающего массива. Блок 1 формирует исходную информацию по вмещающему массиву и предо­ пределяет требования к технологии строительства. Соответ­ ственно блок 2 описывает варианты технологических реше­ ний, которые могут быть использованы для удовлетворения требования блока 1 и, соответственно, блока 3.

Сформированная таким образом система, включает эле­ менты, состояние которых описывается разномасштабными и разноуровневыми характеристиками. С этих позиций под­ готовка исходных данных для проектирования строительства подземного сооружения в сложных горно-геологических ус­ ловиях заключается в выявлении соответствия между харак­ теристиками элементов системы, а также оценке их взаимо­ влияния и взаимосвязей. Области такого соответствия нахо­ дятся во взаимосвязях взаимодействующих элементов.

Качественное изменение характера современных процес­ сов требует переосмысления методов их описания и проек­ тирования. Повышение эффективности проектирования мо­ жет быть достигнуто за счет применения новых подходов к описанию основных взаимодействующих компонентов сис­ темы и их взаимосвязей. При этом требуется как разработка эффективных методов оценки и анализа составляющих эле­ ментов, так и анялмч существующих систем описания. Далее Мы рассмотрим взаимосвязи элементов системы "массив технологияподземное сооружение".

§ 3.2. Взаимосвязи элементов ПТГС "массив -технология • подземное сооружение"

ских решений при проектировании строительства подзем­ ных сооружений.