CC BY
25
РАСЧЕТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ШНЕКА ЛИАМЕТРОМ 2000 мм
Значение показателей сопротивляемости резанию Н/мм. Значения параметров шнека при различных вариантах расчета
Схема расстановки резцов Число резцов в линии резания Шаг расстановки забойных резцов, мм. Число забойных резцов Число кутко-вых резцов
АПл=180 шахматная 2 45 24 16
Иеа=547 последовательная 4 40 44 24
деление показателя ИЕА и расчет параметров шнека приводится по вышеизложенным алгоритмам исходя из следующих исходных данных:
В таблице приведены значения основных параметров шнека, рассчитанные исходя из значений для данного пласта сопротивляемости резанию Апл и показателя ИЕА.
Как видно из таблицы, значения параметров шнека, рассчитанные для одного и того же пласта, при различных методиках оценки его прочностных свойств существенно разнятся. Справедливо отметить, что в данном случае взят пример из области экстремальных условий применения шнеков. В таких условиях особенно остро проявляется несоответствие параметров шнека прочностным характеристикам угольного массива. На пластах простого строения или с небольшим содержанием слабых неоднородностей (прослои слабых аргиллитов, раздробленные твердые включения) введение в расчет того
Отраслевая инструкция по выбору шнековых исполнительных органов очистных комбайнов. -М.: ИГД им. А. А. Скочинского, 1997. -33 с.
ОСТ 12.44.258-84 Комбайны очистные. Выбор параметров и расчет сил резания и подачи на исполнительных органах. Методика. - М.: 1984. - 107 с.
Лпннпк Ю.Н. Основы расчета надежности и эффективности функционирования исполнительных органов уг-
или иного показателя (Апл или ИЕА) практически не влияет на параметры шнека, а следовательно и на эффективность его функционирования в таких условиях.
Таким образом, результаты исследований, изложенные выше, показывают, что при расчете параметров шнеков необходимо учитывать все показатели, характеризующие прочностные свойства угольного массива. Особенно это касается свойств неоднородностей, содержание которых в пласте определяет динамическую нагруженность исполнительных органов. При расчете нагруженности исполнительных органов и выборе их параметров в качестве характеристики, интегрально учитывающей свойства пласта, следует принимать показатель эквивалентной сопротивляемости резанию, значение которого для пластов сложного строения существенно отличается от Апл.
------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ледобывающих комбайнов в различных условиях эксплуатации. - М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1994. - С 49-54
Методика оценки и классификации показателей раз-рушаемости угольных пластов основных бассейнов СССР. Часть II. Классификация показателей разрушаемости угольных пластов.— М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1976. -121 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ---------------------------------------------------------------------
Шек Валерий Михайлович— доктор технических наук, Московский государственный горный университет Линник Владимир Юрьевич — магистр, Московский государственный горный университет
© А. К. Потресов, Н.И Буханова, 2002
УАК 622.235.001.572
А. К. Потресов, Н.И Буханова ПОСТРОЕНИЕ НЕЧЕТКОЙ МОАЕЛИ РЕШЕНИЯ ЗАААЧИ СЕЙСМИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОСНОГО ВЕАЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ
Факторы неопределенности дения взрывных работ и способы
смически безопасносного ве- их объективизации.
В настоящее время в нашей стране осуществляются программы экономического и социального развития, в связи с чем возрастает потребление различных сырьевых и топливно-энергетических ресурсов, что в свою очередь ведет к росту объемов взрывных работ и масштабов взрывов, широко применяемых при добыче полезных ископаемых из недр.
Вызываемые подобными взрывами сейсмические волны во многих случаях оказывают вредное влияние на окружающую среду, а также на промышленные и гражданские сооружения [1].
Для того чтобы обеспечить сейсмическую безопасность взрывных работ при достаточной их эффективности, необходимо достоверно знать параметры сейсмики взрыва и учитывать их различное влияние на защищаемые объекты.
При реализации задачи обеспечения сейсмической безопасности расчет основных параметров взрывных работ: значений допустимой массы заряда О, безопасного расстояния гс, установление допустимых значений скоростей Уд колебаний грунта для конкретных зданий и сооружений (охраняемых объектов) с учетом их особенностей, определение свойств горных пород, отнесение пород и защищаемых объектов к тем или иным классам - производится специалистами с достаточной субъективностью.
Субъективность является следствием принятия решений в условиях неопределенности.
Основными видами неопределенности [2] при принятии решений по обеспечению сейсмической безопасности взрывных работ являются:
• неполнота исходной информации (случай сбора не всей возможной информации, например, по типам пород и характеру их залегания на пути распространения сейсмической волны от места взрыва до охраняемого объекта);
• недоопределенность (для всех охраняемых объектов определены не точные описания, а их схематизация);
• лингвистическая неопределенность, в частности нечеткость, связанная с использованием ЛПР профессионального языка. Например, при описании охраняемых объектов одним и тем же словом характеризуются сходные объекты: «неответственный класс зданий, где в класс зданий могут входить промышленные сооружения, детский сад, водонапорная башня и т.п.
Важно отметить, что наличие данных видов неопределенности связано с нехваткой средств и времени для сбора и учета более полной информации. Этот недостаток при принятии решений по сейсмически безопасному проведению взрывных работ возмещается использованием специалистами накопленного опыта и интуиции. При оценке реальной ситуации мнения различных специалистов (горный инженер-маркшейдер, горный инженер, инженерно-техничес-кий работник и др.) могут расходиться.
Снизить неопределенность, учесть субъективные мнения различных специалистов и помочь
ЛПР в принятии решения по сейсмически безопасному проведению взрывных работ позволит применение методов искусственного интеллекта и инструментальных средств, их реализующих. В связи с этим становится актуальной компьютерная интеллектуализа-
ция сейсмически безопасного ведения взрывных работ, т.е. разработка экспертной системы сейсмической безопасности [3].
При решении задачи приходится использовать знания экспертов, которые выражаются в нечеткой словесной форме. Обработка такой нечеткой информации обеспечивается применением лингвистического подхода.
Таблица 1
ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ СЕЙСМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ВЕЛЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ
№ Наименование лингвистической переменной X) Термы (словесное определение) Носитель нечеткого множества У
1. Класс здания гражданские (или промышленные) по допустимой скорости колебаний, уд, м/с особо ответственные 0-0,5
ответственные 0,3-5,0
менее ответственные 3,0-7,0
неответственные 6,0-10,0
2. Суммарный ранг здания, сооружения, Р, (балл) хороший 3-6
удовлетворительный 2-5
ухудшающийся 0,3-4
плохой ,5 V
3. Коэффициент сейсмичности (способность проводить сейсмические колебания породой), м/ кс, / кг73 очень низкий 3,15 - 4,5
низкий 4,0 - 5,69
средний 5,03 - 7,04
высокий 6,26 - 8,95
очень высокий 7,94 - 12,5
4. Степень обводненности пород малообводненные ,0 V
среднеобводненные 4,0-10,0
сильнообводненные > 8,5
5. Приведенная масса заряда ВВ в серии при к.з.в., несущественная < 0,007
малая 0,03 - 0,007
б, Г X кг'3 средняя 0,17 - 0,03
м
большая 0,4 - 0,17
6. Границы зон (приведенное ближняя 2,5 - 6,0
Г, расстояние), м расширенная 6,0 - 30,0
1
дальняя 30 - 150
слабая > 150
Таблица 2
КОЭФФИЦИЕНТ СЕЙСМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Наименование лингвистической переменной Кбез Лингвистическая оценка (словесное определение) В1 Носитель нечеткого множества и
невозможно ведение работ, В1 0,0
очень сильный, В2 0,1
сильный, В3 0,2
Коэффициент достаточно сильный, В4 0,3
сейсмической неочень сильный, В5 0,4
безопасности, Кбез. совсем не сильный, В6 0,5
слабый, В7 0,6
достаточно слабый, В8 0,7
очень слабый, В9 0,8
совсем слабый, В10 0,9
влияние Кбез отсутствует, В11 1,0
В рамках лингвистического подхода в качестве значений переменных допускаются не только числа, но и слова и предложения естественного языка, а аппаратом их формализации является теория нечетких множеств [4]. Создание такого аппарата связано с именем Л. Заде, предложившего в 1965 г. теорию нечетких множеств. Эта теория стала мощным инструментом для решения широкого круга проблем, в которых важное место занимают субъективные трудно формализуемые знания человека.
2. Основные этапы построения нечеткой модели решения задачи сейсмически безопас-носного ведения взрывных работ
Построение нечеткой модели решения задачи сейсмически безопасного ведения взрывных работ происходит в три основных этапа:
• определение основных
информационных факторов
сейсмической безопасности проведения взрывных работ;
• построение набора правил, описывающих процесс принятия решения по сейсмобезопасному проведению взрывных работ;
• построение матриц нечетких отношений.
Таблица 3
2.1. Определение основных информационных факторов
сейсмической безопасности проведения взрывных работ
На первом этапе построения нечеткой модели были изучены параметры сейсмобезопасного проведения взрывных работ и выделены из них наиболее значимые с определением области изменения каждого параметра [5]. Результаты данного этапа представлены в табл. 1.
Входными параметрами задачи сейсмобезопасного ведения взрывных работ, являются четыре информативных фактора:
класс и суммарный ранг зданий, коэффициент сейсмичности и степень обводненности горных пород. Основными управляемыми параметрами, отражающими возможные диагнозы, характеризующие условия проведения взрывных работ, являются приведенная масса заряда ВВ или приведенное расстояние от места взрыва до охраняемого объекта. Для оценки влияния указанных факторов, каждый из которых вносит свою неопределенность в расчеты, и их учета в экспертной системе сейсмической безопасности (ЭССБ) был введен коэф-
ОБОБШЕННАЯ ТАБЛИЦА 'ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЙ МАССЫ ЗАРЯДА»
То Кбез при 0], ] = 1,4 (приведенной массе заряда Q в серии при к.в.з.) 0], ] = 1,4
X,, 1 = 1,4 Дг, f = 1,16 0:: несущественная масса 02: малая масса
Х1: Класс здания А1: особо ответственные совсем не сильный совсем не сильный
Д2: ответственные достаточно слабый совсем не сильный
А3: менее ответственные очень слабый слабый
Д4: неответственные совсем слабый очень слабый
Х2: Суммарный Д5: хороший достаточно слабый очень слабый
ранг здания А6: удовлетворительный достаточно слабый слабый
Д7: ухудшающийся слабый совсем не сильный
Д8: плохой совсем не сильный не очень сильный
Х3: Коэффициент сейсмичности Д9: очень низкий влияние Кбез отсутствует совсем слабый
(способность Д10: низкий очень слабый очень слабый
породы проводить Д11: средний достаточно слабый достаточно слабый
сейсмические Д12: высокий слабый совсем не сильный
колебания) Д13: очень высокий совсем не сильный не очень сильный
Х4: Степень Д14: малообводненные совсем слабый очень слабый
обводненности Д15: среднеобводненные достаточно слабый слабый
Д16: сильнообводненные слабый совсем не сильный
Схема последовательной процедуры вычисления субъективной оценки сейсмической безопасности.
фициент Кбез [3]. Коэффициент сейсмической безопасности Кбез. выражает значение величины неопределенности и является выходным параметром решения задачи обеспечения сейсмической безопасности ведения взрывных работ. Коэффициент сейсмической безопасности Кбез представ-
лен в табл. 2.
Используя методы теории нечетких множеств, выходной параметр Кбез позволяет объективизировать мнения различных специалистов взрывного дела, учесть неопределенность и избежать возможных ошибок при решении задачи обеспечения сейсмической безопасности. Преимущество такой оценки, являющейся безразмерной величиной, состоит также в возможности одновременного учета признаков различной физической величины. Кбез изменяется в диапазоне от 0 до 1, где «1» - «влияние Кбез отсутствует»,
т.е. неопределенность минимальна, «0» - максимальная неопределенность, возникающая при решении задачи для конкретных условий (сочетании основных факторов) ведения взрывных работ, при которой «невозможно ведение работ». Града -ция Кбез на 11 зна-
чений необходима для наиболее точного и полного учета неопределенности и принятия в дальнейшем соответствующих мер по ее устранению и обеспечению безопасности.
2.2. Построение набора правил, описывающих процесс принятия решения задачи сейсмобезо-пасного ведения взрывных работ
На втором этапе были построены наборы правил, описывающих процесс принятия решения по сейсмобезопасному ведению взрывных работ.
Для описания отношений между нечеткими значениями переменных и субъективными оценками сейсмической безопасности были составлены две специальные таблицы (для сейс-мобезопасной массы заряда и сейсмобезопасного расстояния от места взрыва до охраняемых объектов), отражающие субъективные правила, используемые специалистом при принятии решений о сейсмобезопасности ведения работ. Процедура диалога с ЛПР состоит в заполнении таблиц, используя правила, выражаемые в импликативном виде. Например: «Если X ¡ есть Д, то при й] коэффициент сейсмической безопасности В», где В)- лингвистическая оценка (словесное определение) коэффициента сейсмической
0], ] = 1,4
йэ: средняя масса йд: большая масса
сильный очень сильный
не очень сильный сильный
совсем не сильный не очень сильный
достаточно слабый слабый
достаточно слабый совсем не сильный
слабый не очень сильный
не очень сильный достаточно сильный
сильный очень сильный
достаточно слабый слабый
слабый совсем не сильный
совсем не сильный не очень сильный
не очень сильный достаточно сильный
сильный сильный
слабый совсем не сильный
совсем не сильный не очень сильный
достаточно сильный сильный
безопасности [4]. В этот вид правила входят: X, i = 14 EMBED Eq-uation.3 — наименование лингвистических переменных (основ-ных факторов сейсмической безопасности ведения взрывных работ); A, f = ГГб - наименование нечетких переменных из терм-множеств X, j-го диагноза D, j =1~4 и лингвистическая оценка Bi соответствующего ему коэффициента сейсмической безопасности при данной реализации i-го признака X, i = J"4 . Например, «Если X] есть A2, то при D2 коэффициент сейсмической безопасности В&>, или: «Если класс зданий ответственный, то при малой приведенной массе заряда ВВ коэффициент сейсмической безопасности оценивается как достаточно слабый>. Обобщенная таблица для приведенной массы заряда ВВ в серии при к.з.в. представлена в табл. 3.
2.3.Построение матриц нечетких отношений
На третьем этапе на основе набора правил были построены матрицы нечетких отношений, относящиеся к признакам Xi и диагнозам Dj. На этом этапе заканчивается подготовка априорной информации, необходимой для работы алгоритма решения
задачи обеспечения сейсмической безопасности проведения взрывных работ.
На рисунке представлена схема последовательной процедуры вычисления субъективной оценки сейсмической безопасности одного из диагнозов. Процедуру составляют три блока, которые образуют основу базы знаний экспертной системы сейсмической безопасности (ЭССБ).
На вход блока 1 поступают численные значения факторов сейсмической безопасности X, і = 1"4 . В этом блоке, выполняющем роль лингвистического интерпретатора (синтаксического преобразователя правил «Если ... То ...»), им в соответствие ставятся лингвистические переменные Ап, ^ = 116 и определяются их значения из терм-множеств. На выходе имеем нечеткие ограничения £ по каждому признаку, которые поступают в блок 2. На вход этого же блока поступают и матрицы отношений ]і . В
блоке 2 для организации логического вывода используется композиционное правило логического вывода (максимальное произведение матриц £ и [4]).
У і *
Образованные таким образом нечеткие подмножества оп-
ределяют нечеткие значения лингвистической переменной Кбез. для диагноза й, соответствующие оценке сейсмической безопасности проведения взрывных работ Кез.(й/Х) при текущих значениях признаков. Они поступают на вход блока 3, на выходе которого получаем четкое значение ц оценки сейсмической безопасности /-го диагноза. Выбор точки ц вытекает из введенного правила обобщения
оценок [6]: Е = ЛД1, где л -знак операции пересечения нечетких множеств, которая соответствует логической связке «И». Таким образом, оценка сейсмической безопасности
Кбез.(й/Х/,...,Х4) определяется как компромиссное решение, учитывающее все четыре оценки сейсмической безопасности /-го диагноза, полученных по значениям четырех независимых признаков.
Предлагаемая нечеткая модель решения задачи обеспечения сейсмически безопасного проведения взрывных работ, используемая в ЭССБ, позволит проводить взрывные работы с максимальной сейсмической безопасностью.
1. Безопасность взрывных работ в промышленности/ Под редакцией Кутузова Б.Н. - М.: Недра, 1992. - 544 с.
2. Борисов А.Н, Алексеев A.B., Меркурьева. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений. - М.: Радио и связь, 1989. - 304 с.
3. Белин B.A., Потресов Д.К, Буханова Н.И. Интеллектуальная поддержка технологии обеспечения сейсмической безопасности ведения взрывных работ. - М.: Изд-во МГГУ, Горный информационно-аналитический бюллетень, № 9, 2000.
4. Заде Л.А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. - М.: Мир, 1976.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
5. Белин B.A., Потресов Д.К, Буханова Н.И. Экспертный метод снижения неопределенности при расчетах сейсмической безопасности ведения взрывных работ. - Санкт-Петербургский государственный горный институт, 2-я Международная научная конференция «Физические проблемы разрушения горных пород», сентябрь 2000 г.
6. Алиев Р. А., Абдикеев Н.М, Шахназаров М.М. Производственные системы с искусственным интеллектом. - М.: Радио и связь, 1990. - 264 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Потресов Дмитрий Кириллович — профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет.
Буханова Наталья Игоревна - магистр, Московский государственный горный университет.
