CC BY
8
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В ТЕОРИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСВОЕНИЯ НЕДР Рахимбеков С.М.
Рахимбеков Сармантай Мадиевич - доктор технических наук, профессор, кафедра маркшейдерского дела и геодезии, Горнометаллургический институт Казахский национальный технический исследовательский университет им. К.И. Сатпаева,
г. Алматы, Республика Казахстан
Аннотация: в статье анализируются вопросы адаптации применяемой горной технологии к геомеханическому состоянию природной среды. Адаптивность проявляется в согласовании функционирования природно-технической системы (ПТС) с «природой», иначе, с рудными и нерудными телами земных недр при их изменяющемся поведении в процессе эксплуатации. Сделан вывод о том, что цель геомеханики и состоит в познании этих законов согласования. Обеспечение такого согласования достигается адаптивной оптимизацией ведения горных работ. Ключевые слова: адаптация, природно-техническая система (ПТС), оптимизация, геомеханика.
Адаптивное поведение человека по эксплуатации месторождений полезных ископаемых, издревле осуществлялось на основе прогнозов изменения геомеханического состояния природной среды. Из-за влияния горных работ люди вынуждены были ограничивать размеры горных выработок и искусственно поддерживать их на отдельных участках, чтобы не происходили обрушения и завалы. Приходилось определять устойчивость пространств, образующихся в результате извлечения полезных ископаемых из недр, вести горные работы с учетом близости ранее выработанных участков и горизонтов. Такое адаптивное поведение основывалось на передаваемом из поколения в поколение практическом опыте рудокопов. Этот опыт являлся следствием визуальных наблюдений за поведением горных пород и включал развитую интуицию. В настоящее время, понятно, что этого недостаточно, потому как, с одной стороны, использование малых баз данных стало недостаточным в условиях постоянного усложнения в освоении недр, в тоже время в качестве первоочередных определяются вопросы о форме и содержаний геологических данных по объекту проектирования - месторождению полезных ископаемых. Ну и конечно, при всем при этом основное внимание уделяется поиску решений, на основе которых можно было бы строить достоверные прогнозы, в особенности, по геомеханике. Тем более, это важно в тех случаях, когда предполагается, что из имеющихся данных можно будет извлечь знания для принятия решений в условиях неопределенности. Одной из осложняющих причин для принятия решений является то, что фактическое состояние породного массива, можно сказать, в любой момент времени позволяет плохо предсказывать то, как будет эта система развиваться в будущем. В противном случае, работали бы законы теории вероятности, а так имеем свойство - непредсказуемости, а хаос, как поведение породного массива, с математической стороны невозможно формализовать должным образом.
Адаптивность проявляется в согласовании функционирования природно -технической системы (ПТС) с «природой», иначе, с рудными и нерудными телами земных недр при их изменяющемся поведении в процессе эксплуатации. В то же время цель геомеханики и состоит в познании этих законов согласования. Обеспечение такого согласования достигается оптимизацией ведения горных работ,
при которых деформации в толще горных пород и на земной поверхности будут находиться в тех пределах, которые допускают эксплуатацию рудного тела, иначе несущие элементы систем разработки утрачивают свое назначение. Установление таких пределов достигается с помощью обширной программы исследования физико-механических свойств пород и длительными наблюдениями в натурных условиях. Аварийные ситуации, когда конструктивные и несущие элементы систем разработки теряют свою надежность, зачастую, объясняются образованием временного разрыва между установлением отмеченных пределов и фактической отработкой месторождения с полученными рекомендациями по безопасности.
В конечном счете, имеет место особый вид управления - адаптивное управление, смысл которого состоит в приведении к взаимному соответствию параметров и порядка ведения горных работ с динамикой состояния массива, а именно развитием деформационных и других процессов, негативно сказывающихся на ведении горных работ. А это в практическом плане осуществляется известными классическими технологическими средствами, которые таким образом сводятся к адаптивному управлению деформационными и другими негативными процессами, когда имеет место адаптивность, иначе, приспособленность параметров ведения горных работ к допустимым деформациям и другим отклонениям геодинамики породной толщи и земной поверхности.
Оценивая перспективы развития новых направлений в горном производстве, мы неоднократно акцентировали внимание на том факте, что адаптация горной технологии - «информационно-интенсивная» технология, так как уменьшить неопределенность природной среды, провести более надежный и современный прогноз как показывает практика, невозможно без привлечения и помощи новых информационных технологий. Вместе с тем, чревычайно важны наблюдения и исследования во время разработки месторождения, по результатам которого уточняются не только геологические условия и характер их взаимодействия с горными выработками и сооружениями, но и некоторые закономерности и методические приемы, позволяющие проводить более надежный прогноз. Весьма важной особенностью геологических условий является то, что они характеризуются изменчивостью как в пространстве, так и во времени, что является в свою очередь, следствием геологических процессов в литосфере. Это позволяет представить изменчивость как в пространстве, так и во времени в виде одномерных рядов. Одним из наиболее перспективных направлений исследования и прогнозирования одномерных временных рядов являются, как известно, адаптивные методы, важнейшим достоинством которых является построение самокорректирующихся моделей, способных учитывать результат прогноза, сделанного на предыдущем шаге.
Что касается самого перечня данных, то можно отметить две наиболее крупные и важные группы: данные оруденения или данные о концентрациях полезного ископаемого и данные геомеханики или геодинамики. Последние можно охарактеризовать упорядоченной во времени последовательностью численных показателей {(у ¡), ¡=1,2 ,...,п}, характеризующих уровни развития того или иного изучаемого геомеханического события в последовательные моменты. В таком случае получаем ряд динамики, динамическим ряд или, как принято называть в соответствующей литературе, - временной ряд [1].
В работе [2] мы исследовали возможности применения методов геолого-математического моделирования в специфических условиях рассматриваемых объектов золотодобычи, где отмечалась высокая изменчивость содержания ценных компонентов, как по мощности, так и по площади золотоносных жил. Однако такое дискретное представление геологоразведочных данных оруденения недостаточно информативно, поскольку не дает ответа на вопрос о «поведении» анализируемых показателей в промежутках между пунктами их наблюдений и за пределами опробованных участков. Нет также ясности в том, насколько точно отображают эти
данные реальную картину пространственного размещения параметров оруденения, ХОТЯ на основе визуального анализа можно сделать вывод о наличии тенденций и ее характерных особенностях, в частности о разбросе уровней ряда исходных значений yt.. Поэтому нами были предложены специальные преобразования исходной информации о запасах для выявления локальных и общих закономерностей изменения геологических величин в пространстве и представления получаемых результатов в удобном для дальнейшего использования виде. С этой целью мы использовали известный прием сглаживания исходных значений yt , тем самым получая сглаженные значения y't, как средние значения определенного числа уровней исходного ряда, симметрично окружающих значение yt. В результате получали временной ряд yt, меньше подверженный колебаниям.
Предложенный метод содержал элемент адаптации, поскольку каждая «порция» «свежих» фактических данных пересчитывалась заново. Модель постоянно «впитывает» новую информацию, приспосабливается к ней и поэтому отражает тенденцию развития, существующую в данный момент.
Таким образом, рассмотренные нами в отмеченной выше работе, как мы его назвали, метод геолого-математического моделирования, использующий самые различные процедуры сглаживания, в том числе полиномиальные, относится к классу адаптивных методов, позволяющие строить самокорректирующиеся (самонастраивающиеся) модели. Они способны оперативно реагировать на изменение условий путем учета результата прогноза, сделанного на предыдущем шаге, и учета различной информационной ценности уровней временного ряда и, благодаря таким свойствам они еще называются адаптивными методами прогнозирования.
Описанный метод в настоящее время апробируется для данных геомеханики в режиме on-line.
*Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и образования РК.
Список литературы
1. Лисенков А.А., Рахимбеков С.М.Математическое моделирование природной изменчивости основных характеристик запасов золотоносных жил // Комплексное использование минерального сырья, 1986. № 1. С. 9-16.
2. Лукашин Ю.П. Адаптивные методы краткосрочного прогнозирования временных рядов: Уч. пос. М: Финансы и статистика, 2003. 416 с.
