CC BY
61
СЕМИНАР 4
Д НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРН
осква, і мггу, і зі і января - і 41 февраля і 2оц
^ В.А. Белин, Д.К. Потресов, •
УДК 622.235:622.83
В.А. Белин, Д.К. Потресов, Н.И. Буханова
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ПОДДЕРЖКА ТЕХНОЛОГИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ВЕДЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ
ля осуществления широкой программы экономического и социального развития страны становится необходимым использовать в производстве огромные сырьевые и топливноэнергетические ресурсы, что связано с увеличением объемов взрывных работ и масштабов взрывов, широко применяемых при добыче полезных ископаемых из недр. Сейсмические и ударные воздушные волны, вызываемые подобными взрывами, во многих случаях оказывают вредное влияние на окружающую среду, а также на гражданские и промышленные сооружения, сдерживая таким образом дальнейший рост интенсивности взрывных работ [1].
Для того чтобы обеспечить безопасность взрывных работ при достаточной их эффективности, нужно хорошо знать свойства сейсмических и ударных волн взрыва, их связь с параметрами взрыва, а также уметь определять их интенсивность и допустимые уровни воздействия.
Несмотря на сложность и некоторую неопределенность сейсмических движений при взрыве благодаря многочисленным исследованиям были найдены общие закономерности, связывающие их характеристики с характеристиками взрыва и расстоянием, которые удовлетворяют следующим требованиям:
• они достаточно просты для практики и включают, по возможности, минимальное число характеристик взрыва и среды;
• они включают в себя относительно консервативные величины;
метры движения, которые наиболее тесным образом связаны с главным вопросом сейсмики взрыва: о параметрах сейсмической волны, способной вызывать повреждения конструкций.
Определение максимально точного сейсмически безопасного расстояния от места взрыва до охраняемого объекта (здания, сооружения) является одним из параметров сейсмической волны, называемым критерием сейсмической безопасности взрыва.
При проектировании взрывной работы специалисты вынуждены принимать решения в условиях некоторой неопределенности (или неоднозначности) выбора того или иного значения параметров взрывных работ. Это связано, прежде всего, с тем, что при расчетах приходится оперировать приближенными показателями [4]. Поэтому для выбора того или иного показателя специалист-взрывник субъективно оценивает тип охраняемого объекта (его характеристики) и принимает соответствующие показатели (коэффициенты). В данных ситуациях мнения различных специалистов могут расходиться и носят неоднозначный, а порой, и противоречивый характер. Для выхода из возникающих ситуаций, включающих перечисленные особенности, характерные для трудно-формализуемых задач, предлагается использовать процедуры объективизации субъективных мнений ряда специалистов-взрывников и горняков. Эту возможность обеспечивают интеллектуальные информационные системы, в частности экспертные системы [2].
Предлагаемая экспертная система предназначена для принятия наиболее достоверного решения о сейсмически безопасном расстоянии от места взрыва до охраняемого объекта при ведении взрывных работ, благодаря объективизации субъективных мнений ряда специалистов-взрывников и горняков.
В работе рассматривается случай сейсмического действия взрыва в дальней зоне, когда центр взрыва находится в значительном удалении (более 25 метров), а охраняемый объект полностью охвачен той или иной фазой сейсмической волны [3].
Актуальность изучения сейсмического эффекта взрыва на дальних расстояниях объясняется тем, что чем дальше охраняемый объект от центра взрыва, тем существеннее становится влияние среды и ее геостроение, которое необходимо наиболее точно определить и учесть, чтобы избежать негативных последствий взрыва и повысить его качество.
Расстояние, на котором колебания грунта, вызываемые однократным взрывом сосредоточенного заряда взрывчатого вещества (ВВ), становится сейсмически безопасным для зданий и сооружений, определяется по формуле [4]:
гс = К г К с а^, (1)
где rc - расстояние от места взрыва до охраняемого объекта (здания, сооружения), м; К - коэффициент, зависящий от свойств грунта в основании охраняемого объекта, определяемый специалистом из обобщения опыта работ согласно таблице 1; К; - коэффициент, зависящий от типа охраняемого объекта и характера застройки, определяемый специалистом из обобщения опыта работ согласно таблице 2; & - коэффициент, зависящий от условий взрывания, определяемый специалистом из обобщения опыта работ согласно таблице 3; Q - масса заряда, кг.
Принято считать, что сейсмическая безопасность зданий и сооружений при взрывах предполагает отсутствие повреждений, нарушающих нормальное их функционирование (вероятность появления в отдельных таких объектах легких повреждений составляет около 0,1).
При расчете сейсмически безопасного расстояния гс коэффициенты Кг, Кс, & принимаются субъективно
Зи&лвдиЬтами, проектирующими
и ґт.булированн^тх ^п^теачрчря е.озффициента Кг
С]кй8ьньннпіхзойЬ|'аял®ЇИі>х2, ншаруштнные Bкоэщфх:цйажтг}^1я<>пойтяьп^їfl0,^i#'fv>. 1В) 5,0
рЙдеьныучнщарпоаещмтспороййчешаффициент крепости породні 6 < раЫШяний неточными, завышенны- 7,5
миаллвы1аяож!еинь1ви?унтон^1!еяеаенаубокий слой мягких грунтов на беаапаойооснов афиективность взрыв- 8,0
йзево1|С0а1оти ^шоводатыгностьдаред- й|еобводненн]а[|г;ж:егсо[0раиичиввеаивРБее грунты глубиной более 10 м 10,0
12,0
Дронва^Елередоводнженнолоринтвврывысоким уровнем грунтовых вод доіЗ работ [1]. 15,0
Почвенные гоЗводненныличинтьснаровнем грунтовых вод до 1,5 м аияо-найбмвчей8!е груаоыэсол'огирты;) 17,5
20,0
ПрШМание^ЕРЙх случаях, коЖ^Йрактеристика грунта не в полной мере соот-6ет:£іпеучйтіі'іргіЙаедейййіьнуйЬе *йліопасїестна ориентировочно, следует принимать нйяітьав^Іртаз0лйжсій0руг;обЬл:Еоре)еійіачіние коэффициента К
приятия. Практика показывает, что в ТжаимаЮнкретном случае при расче-
ния спеттиапистам прихолHTCчlен0^ягїf^)эффициента К
(йаинивн.тисядания комироуиенщ производственного назначения с желе-зоые;1отш1окш1шк'м1е1и8аеическми1кае>мсие-м Одиночные здания высотой не более двух-трех этажей с кирпичными и подобными агриамщительно к кон- 1,0 1,5
ЖІIP]]шыэднщиищыаоaай^M и5батвиям1яи;й 2,0
Нибтшшивзрa]ыщн0ср]iиг наиболее 2,5
]3'очн]оР одарый) жилые здания 3,0
Старинные постройки, памятники культуры и т.п. 4,0
Таблица 3
Значения коэффициента С
Камуфлетный взрыв и взрыв на рыхление 1,0
Взрыв на выброс 0,8
Взрыв полууглубленного заряда 0,5
Примечание. При размещении заряда в воде или в водонасыщенных грунтах значения коэффициента следует увеличить в 1,5 - 2 раза.
ление коэффициентов Кг, Кс и С становится возможным на основе взаи-моуточнения знаний отдельных специалистов.
Применение интеллектуальных информационных систем, в частности экспертной системы, при решении проблемы взаимоуточнения знаний отдельных специалистов для определения сейсмически безопасного расстояния при ведении взрывных работ позволит:
• максимально использовать знания и накопленный опыт каждого специалиста;
• наиболее полно учесть субъективные мнения (оценки) всех специалистов, принимающих участие в проектировании взрыва;
• выявить единственно адекватное и
объективное решение проблемы;
• определить значение сейсмически безопасного расстояния с максимальной точностью;
• установить приемлемый компромисс между безопасностью и эффективность взрывных работ.
Под экспертной системой сейсмической безопасности (ЭССБ) будем понимать [7, 5, 2]:
• интеллектуальную систему-советник, предназначенную для выдачи рекомендаций в тех случаях, когда для таких рекомендаций нужно иметь много знаний;
• программы ЭВМ, использующие знания и технику рассуждений человека-специалиста - эксперта;
Рис. Структура экспертной системы сейсмической безопасности (ЭССБ) ведения взрывных работ
• человеко-машинная система, обладающая принципиально отличительной от других человекомашинных систем чертой - это наличие в ее составе подсистемы объяснения, которая отвечает на вопросы «как» и «почему» система подводит конечного пользователя к тому или иному выводу.
Фактически четкого определения, что такое экспертная система, не существует, поэтому экспертными системами называют широкий класс систем, удовлетворяющий следующим требованиям [5, 7]:
1) получение результатов на основе логических рассуждений и эвристик, а не строгих вычислений;
2) сложность и практическая значимость решаемых задач;
3) способность приобретать знания от экспертов;
4) способность объяснять решения пользователю;
5) дружественное общение с пользователем на близком к естественному языке.
Принципиальная схема ЭССБ для интеллектуальной поддержки ведения взрывной работы приведена на рис. 1.
ЭССБ включает базу знаний, решающий блок, подсистему общения, подсистему объяснений и подсистему накопления знаний.
Через подсистему общения с ЭССБ связаны: конечный пользователь - непрограммирующий специалист, принимающий решение по безопасному расстоянию гс; эксперты - квалифицированные специалисты по взрывному делу, опыт и знания которых намного превосходят знания и опыт рядового конечного пользователя, к которым относятся горняки, технологи-взрывники, геологи как одного предприятия так и ряда предприятий; инженер по знаниям - эксперт в области искусственного интеллекта, владеющий языками описания знаний.
На этапе наполнения знаниями ЭССБ инженер по знаниям и эксперты работают совместно. Процесс работы инженера по знаниям с квалифицированными специалистами в области безопасности и ведения взрывных работ состоит в выявлении и структуризации наиболее важных по-
нятий, а также определении и формулировке правил отношений между понятиями при решении задачи определения сейсмически безопасного расстояния от места взрыва до охраняемого объекта.
На этапе эксплуатации и использования ЭССБ работает конечный пользователь - специалист или ответственное лицо, принимающие решение по безопасному расстоянию гс при ведении взрывных работ.
Знания, которыми заполняется ЭССБ, представляют собой совокупность знаний первого и второго рода.
Знания первого рода (ЗПР) - это общезначимые факты, явления, закономерности-истины, признанные в рассматриваемой предметной области и зафиксированные в книгах, статьях, справочниках по горной тематике, безопасности, сейсмике и т.п.
Знания второго рода (ЗВР) - эмпирические правила, интуитивные соображения и факты, которые дают возможность опытному специалисту-взрыв-нику эффективно принимать решения при определении сейсмически безопасного расстояния от места взрыва до охраняемого объекта даже
в условиях неполных и противоречивых исходных данных.
Знания в ЭССБ фиксируются в базе знаний, в которой условно можно выделить интенсиональную и экстенсиональную (собственно базу данных) части. Несколько слов о терминах «интенсиональный» и «экстенсиональный», заимствованных из семиотики (науке и знаковых системах). Интенсионал - это те общие понятия и отношения, которые характеризуют множество объектов, предметов, явлений. Экстенсионалом называются конкретные характеристики каждого элемента этого множества понятий и отношений [2]. Например, понятие охраняемый объект будет интенсио-налом по отношению к множеству экстенсионалов - видов охраняемых объектов (производствен-ное здание, жилое здание, архитектурная постройка и т.д.) с конкретными характеристиками. Таким образом, структурно база знаний (БЗ) организована в виде двух основных подбаз: базы данных (БД) и базы правил (БП) [6]. В БД хранится фактографическая информация о решаемой задаче и данные, которые относятся к рассматри-
ваемой предметной области (коэффициенты Кг, Кс и С , конкретные гор-но-геологи-ческие показатели, характеризующие различные типы грунтов и т.д.). БП определяет отношения между элементами данных, хранящихся в БД, на основе модели представления знаний (теории нечетких множеств), а также способы активизации этих знаний. В связи с этим база знаний в ЭССБ предназначается для хранения долгосрочных данных и правил, описывающих целесообразные преобразования этих данных.
В решающий блок поступают входные данные конкретной задачи определения сейсмически безопасного расстояния с заданными параметрами условий проведения взрывной работы. Планировщик определяет стратегию решения и необходимые модули (в том числе, для математических вычислений), которые потребуется подключить в процессе решения, связывается через блок логического вывода
с базой знаний и извлекает необходимые знания и данные.
Важное значение имеет подсистема объяснения, которая отвечает конечному пользователю на вопросы «как» и «почему» экспертной системой принято то или иное решение. ЭССБ преобразует экспертные эвристические правила по определению сейсмически безопасного расстояния от места взрыва до охраняемого объекта в цепочку рассуждений. (на показывает, как начальное множество данных (тип грунта в основании охраняемого объекта, тип охраняемого объекта, условие взрывания и т.д.) и утверждений (например, вероятность появления в отдельных объектах легких повреждений составляет около 0,1), а также набор эвристических и других правил приводят ЭССБ к конкретному заключению.
Подсистема накопления знаний позволяет формировать эмпирические зависимости из неполных данных, из-
1. Цейтлин Я.И., Смолий Н.И. Сейсмические и ударные воздушные волны промышленных взрывов. - М.: Недра, 1981
2. Поспелов Г.С. Искусственный интеллект - основа новой информационной технологии. - М.: Наука, 1988
3. Под редакцией Кутузова Б.Н. Безопасность взрывных работ в промышленности. - М.: Недра, 1992
4. Под редакцией Васильчук М.П. Единые правила безопасности при взрывных работах. - М.: НПО ОБТ, 1993
влекать из экспертов новые знания по сейсмически безопасному ведению взрывных работ, записывать их в базу знаний с соответствующей предварительной синтаксической и семантической проверкой, а также выявлять и устранять противоречивые знания. Подсистема накопления знаний может строить из знаний второго рода знания первого рода, порождать теорию и затем выводить новые факты.
В заключении необходимо отметить, что благодаря созданию и внедрению ЭССБ знания квалифицированных экспертов в области безопасности и взрывного дела станут доступными широкому кругу специалистов, что приведет к росту профессиональной культуры, к сокращению сроков подготовки работников взрывного дела, компетентность которых в значительной мере определяется опытом и объемом накопленных знаний, а также к возможности реализации безбумажной информатики.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
5. Под редакцией Ильина В.Н. и др. Интеллектуальные САПР технологических процессов в радиоэлектронике. - М.: Радио и связь, 1991
6. Алиев РА., Абдикеев НМ., Шахназаров ММ. Производственные системы с искусственным интеллектом. - М.: Радио и связь, 1990
7. Потресов Д.К. Информационный механизм управления горного производства. - М.: МГИ, 1993.
т
Белин Владимир Арнольдович профессор, докчор конических наук, зав. кафедрой «Разрушение горных пород взрывом», Московский государственный горный университет. Потресов Дмитрий Кириллович — профессор, доктор технических наук, декан факультета вечерне-заочного обучения. Московский государственный горный университет. Буханова Наталья Игоревна — магистр, Московский государственный горный университет.
У
