книги / Методология проектирования строительства подземных сооружений

Рис. 3.14. Классификация технологий строительства подземных сооружений

Эти схемы могут быть реализованы в различных горнодо­ бывающих отраслях и при строительстве подземных объек­ тов различного назначения.

Предлагаемые схемы имеют на сегодня методологическую направленность, и это не случайно. Объективно современная ситуация в проектировании строительства подземных со­ оружений складывалась десятилетиями и вышла в локальных задачах на уровень САПРов с использованием мощных вы­ числительных машин. Однако каждый раз начиная проекти­ ровать, проектировщик вынужден перебирать всю схему подготовки данных к проектированию с нуля, с самого нача­ ла. Это свидетельствует о противоречии между многообра­ зием природных факторов и, соответственно, реакцией на техногенное воздействие и ограниченностью технологиче­ ских решений в рамках частных задач. Выход возможен только через упорядочение классификационных структур с обеих сторон с выходом на параметрические признаки. Но для этого потребуется не только методологическая постанов­ ка, но и пересмотр мировоззрения проектантов, углубление понимания необходимости отхода от статической парамет­ ризации и направленности к функциональным характери­ стикам как наиболее перспективного направления отобра­ жения реальных процессов.

Предложенные модельные схемы являются открытыми и гибкими, поскольку, отображая взаимодействие элементов системы, они должны также обладать, как любая модель, свойствами более глубокими, чем отображаемся система. Поэтому, в процессе развития данного направления, эти схемы выходят на параметрический уровень, что, в свою очередь, ставит новые вопросы по обеспечению адекватно­ сти отображения реальных процессов, разработке требова­ ний к технологиям и методикам определения параметров взаимодействия массива и подземного сооружения, а также технологии анализа информационных характеристик пара­ метров и возможностей их совместной обработки в ин­ формационно-вычислительных системах, в том числе - в сис­ темах САПР.

В § 3.1 и § 3.2 показано многообразие и многофактор­ ность аспектов проектирования строительства подземных

сооружений. В реальных процессах проектирования, как правило, учитываются только те факторы, которые имеют 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 исследо­ вания, что, собственно, тоже соответствует требованиям нормативов (например, по ЕСКД - это НИР в ОКРах и т.п.). Проектируемые процессы рассматриваются в рамках ло­ кальных задач по целевым функциям связи, например, меж­ ду технологическим процессом и задачей обеспечения креп­ ления подземного сооружения, или - проходки в обводнен­ ных неустойчивых породах и т.п., имея в виду, что все ос­ тальные вопросы априори решены. При формировании сис­ темы "массив — технология подземное сооружение", на­ правленной на обеспечение возможности многовариантно­ сти решений при проектировании в условиях многофактор­ ных природно-техногенных проявлений, задачей проектиро­ вания является формирование типовых модулей решений в соответствии с многовариантными условиями строительства.

Развитие горностроительных технологий характеризуется достижением высокой степени агрегации, от отдельных ме­ ханизмов, 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 обору­ дования и технологии, соответствовала методологии "по за­ данным факторам", т.е. характеристикам, обеспечивающим решение задач в жестко ограниченных по задаче 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 сооружение" предполагает расширение областей рассматриваемых факто­ ров как подготовительный этап, предваряющий собственно проектирование технологии создания подземного сооруже­

ния. При этом возникает задача необходимости учета боль­ шого числа показателей различного характера: от горно­ геологических, технологических, геомеханических до соци­ ально-экономических и санитарно-гигиенических. При таком многомерном анализе возникает необходимость сжатия ин­ формации путем обобщения показателей до необходимого и достаточного объема исходных данных для проектирования. Методом, позволяющим провести оценку исходной инфор­ мации и сжать ее до необходимого минимума, является фак­ торный анализ. Применительно к рассматриваемой системе "массив технология подземное сооружение", существо факторного анализа состоит в переходе от описания объекта в рамках конкретной задачи в виде набора непосредственно измеряемых показателей по породному массиву, элементам выработки, крепления, технологии проходки, к набору мак­ симально информативных переменных, отражающих наибо­ лее существенные свойства изучаемой системы, т.е. набору факторов, являющихся некоторыми функциями исходных показателей.

Использование факторного анализа позволяет:

• минимизировать структуру описания системы в части определения основных аспектов различия между эле­ ментами;

определить структуру взаимосвязей в наборе показа­ телей и выявить взаимосвязи и взаимодействие между элементами;

сформировать представление о причинно-следст­ венных взаимовлияниях элементов системы;

сопоставить структуры показателей, характеризующих элементы системы;

выявить индикаторные параметры, характеризующие комплексное влияние показателей на взаимодействие элементов системы;

идентифицировать параметрические области взаимо­

влияния элементов и расклассифицировать их по сте­ пени влияния.

неоднозначно. Анализ этого понятия рассмотрен в работах [5, 19( 23, 56, 60 и др.].

Согласно определению М.Д. Гроздинского, "устойчивость геосистемы состоит в ее способности при воздействии внешнего фактора пребывать в одном из своих состояний и возвращаться в него за счет инертности и восстанавливае­ мости, а также переходить из одного состояния в другое за счет пластичности, не выходя при этом за рамки инварианта в течение заданного интервала времени".

А.Д. Арманд различает два вида устойчивости: "устойчи­ вость 1"- неизменность во времени или в пространстве без­ относительно к внешней или внутренней причине. Этот вид не предполагает реакции системы на воздействие, что отве­ чает ее стабильности. "Устойчивость 2" - способность систе­ мы противостоять внешним и внутренним возмущениям, со­ храняя равновесие или гомеостатическое состояние, а также структуры и характер функционирования в течение относи­ тельно продолжительного времени. Устойчивость этого типа в большинстве случаев возникает в результате способности

еек саморегулированию под действием обратных связей.

В работе Г.А. Голодковской и Ю.Б. Елисеева [23] анализи­

руются три возможных случая применения понятия "устой­ чивость". В первом случае устойчивость системы трактуется лишь относительно определенного вида воздействия на эту систему. Во втором случае предполагается, что свойство ус­ тойчивости окружающей среды является изначальным и не зависит от внешнего воздействия. В третьем - устойчивость окружающей среды определяется на компонентной основе, т.е. выясняется подверженность отдельных компонентов среды техногенным изменениям.

Зависимость устойчивости окружающего массива от ин­ тенсивности воздействующего фактора определяет диффе­ ренцированное обоснование предельно допустимых уровней техногенной нагрузки (ПДУ) для поддержания различных форм устойчивости, поскольку при незначительной интен­ сивности техногенной нагрузки устойчивость обеспечивает­ ся инертностью рассматриваемой системы, при усилении на нее воздействия - восстанавливаемостью, а далее - пластич­ ностью системы. При превышении ПДУ наступает отказ

системы - ее разрушение, т.е. переход в качественно новое состояние [56].

Наряду с термином "устойчивость" применяются другие понятия для характеристики взаимодействия окружающего породного массива и подземного объекта. В частности, часто используется такое понятие, как чувствительность среды к

Для эффективного контроля взаимодействия различных элементов ПТГС и управляющего воздействия необходима конкретизация понятия "устойчивость функционирования ГПТС".

Для эффективного и безопасного функционирования ПТГС необходимо, чтобы действующие в ней природные и техногенные силы не приводили к потере ее структурно­ функциональной и вещественно-энергетической устойчиво­ сти. Под структурно-функциональной устойчивостью пони­ мается такое свойство системы, которое определяет ее спо­ собность функционировать в заданных проектными реше­ ниями режимах, обеспечивая при этом требуемые техниче­ ские характеристики и показатели качества, независимо от дестабилизирующих воздействий. Свойство системы сохра­ нять независимо от указанных воздействий постоянство ве­ щественного и энергетического баланса определяет ее веще­ ственно-энергетическую устойчивость, нарушение которой может привести к аварийным и даже катастрофическим си­ туациям. Причем, чем сложнее горно-геологические условия строительства, тем выше скорость и степень этих изменений и, следовательно, опасность того, что динамические процес­ сы в системе приведут к потере ее устойчивости. Таким об­ разом, сохранение устойчивости ПТГС может рассматри­ ваться как основная целевая функция ее существования.

С точки зрения изученности можно выделить три группы процессов:

1. Нормируемые процессы - процессы, протекание кото­ рых известно полностью в рамках решаемых задач. При этом известен закон протекания или модель его реализации.

осуществляется за счет реализации таких технических ре­ шений (принимаемых в частности на стадии проектирова­ ния), которые минимизируют изменения исходного равно­ весного состояния системы, а также за счет организации це­ ленаправленных консолидирующих обратных связей в сис­ теме, обеспечивающих поддержание ее в равновесном со­ стоянии.

Структурная схема, иллюстрирующая сущность поддер­ жания устойчивости 1111С за счет управляющих воздейст­ вий, представлена на рис. 3.15.

Методически в указанной схеме целесообразно выделить два контура управления. Первый из них отражает формирова­ ние проектных управляющих воздействий на основе учета целевой функции строительства и анализа исходной инже­ нерно-геологической информации. Причем, если эта инфор­ мация достаточно полная и имеются соответствующие тех­ нологические возможности, то очевидно, можно было бы предусмотреть проектными решениями такие управляющие воздействия, которые гарантировали бы устойчивость рас­ сматриваемой системы.

Однако как показывает опыт, в ряде случаев проектиров­ щики не обладают таким объемом инженерно-геологической информации, которая позволила бы решить проблему под­ держания устойчивости ГПТС уже на стадии проектирова­ ния.

Особенно очевидно это проявляется при строительстве подземных сооружений в сложных горно-геологических ус­ ловиях, которые, с одной стороны, могут рассматриваться как совокупность факторов, увеличивающих вероятность потери устойчивости ПТГС, а с другой существенно ус­ ложняют возможности получения исчерпывающей инфор­ мации о динамике взаимодействия ПС и окружающего по­ родного массива.

Вторичный контур управления ПТГС учитывает взаимо­ влияние элементов системы "массив - технология - подзем­ ное сооружение" и основан на фактическом наблюдении за динамикой ее состояния. Оценка фактического состояния системы позволяет корректировать управляющие воздейст­ вия на ПТГС.

Рис 3.15. Структурная схема поддержания устойчивости Ji l l С