книги / Строительная геотехнология

стоянии породного массива, так и к характеристикам типо­ вых модулей проектных решений, реализующих различные методы подготовки и способы воздействия на массив, спо­ собы строительства и организационно-технические решения при строительстве подземных сооружений в сложных горно­ геологических условиях.

В таком процессе (рис. 5.18) последовательно изменяют влияющие характеристики и оценивают результат. Если оценка положительна, т.е. достигнут удовлетворительный результат, то процесс проектирования продолжают далее. Полученное решение становится основой для выполнения последующих процедур. Если же оценка отрицательна, то характеристики изменяются и информация возвращается для повторной переработки. Этот процесс длится до тех пор, пока не будет достигнут результат, который получит поло­ жительную оценку и будет признан решением инженерной задачи.

Особенностью итерационной процедуры является необ­ ходимость учета динамики влияющих факторов, а также прогнозирование последствий их воздействий на технологи­ ческие процессы для принятия оперативных решений и соз­ дания возможности управления технологическим процессом. Так, например, разработанный в МГГУ подход к оптимиза­ ции крепления горных выработок, позволяет исключить не­ обоснованные запасы прочности крепи на участках с благо­ приятными горно-геологическими условиями и предотвра­ тить разрушение и перекрепление выработки в небла­ гоприятных условиях за счет увеличения ее несущей спо­ собности. Оптимальные па­ раметры крепи определяют­ ся на основе непрерывного контроля смещений пород­ ного массива при помощи специальных датчиков.

Рис. 5.18. Схема итерационного процесса

197

Выбор оптимального решения согласно предлагаемой методике достигается на основе структуризации как задач проектирования, группировкой по уровням, значимости, функциональным характеристикам, масштабам производст­ ва и пространственно-временным характеристикам, так и группировкой и типизацией условий размещения подземных сооружений.

Структурная модель процесса проектирования строи­ тельства подземных сооружений в сложных горно-геологи­ ческих условиях представлена на рис. 5.19.

Рис. 5.19. Структурная модель процесса проектирования строительства подземных сооружений в сложных горно-геологических условиях:

1, 2, 3, .... т — наборы классификационных структур условий строительства; 1.1, 1.п, 2.1, 2.п, m.f, т.п — структурно-классификационный признак в кон­ кретной классификации; Г, 2*, 3* .... т*— наборы классификационных струк­ тур методов подготовки, способов воздействия на массив, способов строитель­ ства и организационно-технических решений при строительстве подземных сооружений в сложных горно-геологических условиях; 1*.п, 2*.п, 3*.п, m*.f—

структурно-классификационный признак в конкретной классификации; ® — требования к проектным решениям; © — реализация требований

198

Данная структурная модель представляет собой сле­ дующие наборы типовых модулей.

Блок А — условия строительства. Наборы классифика­ ционных структур условий строительства 1, 2, 3, .... т пред­ ставлены сложными гидрогеологическими, геомеханическими, газодинамическими условиями и их комбинациями. Структурно-классификационные признаки в конкретной классификации выражаются критериальной оценкой кон­ кретного типа сложных условий. Так, например, для слож­ ных геомеханических условий такими критериями (приз­ наками) являются: устойчивость породного обнажения, ве­ личина смещений на контуре выработки, размеры возмож­ ных областей разрушения. Эти критерии накладывают соот­ ветствующие требования на проектируемый объект и типо­ вые технологические решения, которые в различных ком­ бинациях реализуют сооружение объекта проектирования.

Блок Б — технологические проектные решения. Наборы классификационных структур технологических проектных решений представлены методами подготовки, способами воздействия на породный массив, способами строительства и организационно-техническими решениями при строитель­ стве подземных сооружений (1* 2* 3* т*). Так, напри­ мер, для сложных газодинамических условий методами под­ готовки являются: уменьшение газоносности и пылеобра­ зующей способности массива, изменение напряженно-де­ формированного состояния и свойств массива. Способы воздействия на массив включают гидравлическое (гидровы­ мывание, торпедирование, увлажнение и др.), механическое (дегазация, разгрузка скважинами, щелями и др.) и физико­ химическое воздействия. Собственно технология проектиро­ вания должна удовлетворять требованиям блока А, т. е. реа­ лизовывать соответствие по обратной связи блока Б. При­ нятие решения по созданию объекта в процессе проектиро­ вания в этом случае будет зависеть от уровня развития технологических модулей (блок Б), степени изученности по­ родного массива (блок А) и конкретной задачи проектиро­ вания (блок В).

199

Актуальность проблемы проектирования подземных со­ оружений аргументируется анализом многочисленных по­ требительских факторов: социально-экономических, эколо­ гических, производственных. Повышение эффективности горно-проходческих и других видов работ на стадии проек­ тирования приобретает в условиях формирования рыночной экономики особую значимость, когда доминирующим кри­ терием производственной деятельности становится прибыль предприятия. Это формирует новые требования к проекту в целом и к методологии проектирования в частности.

Раскрытие условий влияния различных социальноэкономических и экологических факторов, влияющих на формирование объекта проектирования, является новым на­ правлением в методологии проектирования, несмотря на то, что отдельные составные элементы этих факторов учитыва­ лись в выходных проектных документах, например, в техни­ ко-экономических обоснованиях (ТЭО), в соответствующих разделах проектов и т.п. Особенностью разработанной ме­ тодологии проектирования является то, что она должна со­ ответствовать возможностям системной модели «массив — технология — подземное сооружение», предусматривающей гибкость, динамичность и открытость к внешним воздейст­ виям. Такое соответствие возможно только при создании та­ кой методологии проектирования, которая будет иметь возможность гибкого и своевременного реагирования на изменения элементов системы «массив — технология — под­ земное сооружение» в процессе проектирования всего жиз­ ненного цикла объекта.

Общая схема формирования технологических вариантов проектирования как набора типовых функциональных мо­ дулей приведена на рис. 5.20. Приведенная блочно-иерар­ хическая схема позволяет генерировать варианты из типо­ вых функциональных модулей ( Л и £ ) в зависимости от на­ бора частных задач и их постановок, а также структуриро­ вать описания и расчленять представления о проектируемом объекте на некоторые уровни и аспекты.

200

Рис. 5.20. Схема формирования технологических вариантов проектиро­ вания:

® — требования к проектным решениям; © — реализациятребований

Одним из главных аспектов развития методологии про­ ектирования является создание механизма соответствия ва­ риантов проектных решений динамике внешних условий (блок В). Большие резервы в развитии этого направления находятся в области структуризации горно-геологических условий, методов подготовки и способов воздействия на массив горных пород, способов строительства и организа­ ционно-технических решений при строительстве подземных сооружений в сложных горно-геологических условиях, а также размещаемых в них объектов, предназначенных для повторного использования. Значительные достижения в ре­ шении конкретных технологических задач, позволяющих пу­ тем их группировки по основным функциональным характе­ ристикам, представляют возможность адекватно определять идентификационные признаки природно-техногенных явле­ ний, являющихся доминирующими в процессах изменения свойств массива и его взаимодействий с подземным соору­ жением. Другими словами, реализовывать взаимосвязи в элементах динамической модели «массив — технология —

201

подземное сооружение» на базе анализа и обобщения сгруп­ пированных частных задач.

Общая схема формирования модели соответствия эле­ ментов системы показана на рис. 5.21. На схеме даны облас­ ти структуризации классификаций (условий, технологий, подземных объектов). Разработка структурных областей яв­ ляется самостоятельной задачей исследования. В данной ра­ боте мы только выявляем направления развития методоло­ гии проектирования, сознательно переводя ее с семантиче­ ской области горного дела в семантику информационных технологий, поскольку, как показывает современная тенден­ ция развития науки и техники, в области сопряжения ин­ формационных технологий с горным делом лежит область развития последнего.

Реализация информационного подхода к методологии проектирования подземных сооружений требует дальнейше­ го развития системной методологии в области формирова­ ния собственно методологии проектирования как набора процедур, каждая из которых должна соответствовать функ­ циональному назначению проектируемого элемента (про­ цесса) — это соблюдение условия декомпозиции, и одновре­ менно соответствовать взаимосвязям на уровне функцио­ нальных характеристик всем элементам системы «массив — технология — подземное сооружение».

Рис. 5.21. Схема формирования модели соответствия элементов системы «массив— технология— подземное сооружение»

202

Многофакторность условий, множественность стохас­ тически возникающих задач проектирования создают усло­ вия, в которых многокритериальная оптимизация проект­ ных решений становится трудно выполнимой без предвари­ тельной оценки постановки проектного задания. Такая оценка должна предшествовать началу проектирования и технологически представляет собой формирование инфор­ мационной модели объекта проектирования, ее адекватно­ сти внешним условиям и возможности ее реализации. Со­ держание этой модели включает сопряженные элементы сис­ темы «массив — технология — подземное сооружение» в границах проектируемого объекта. Схема такой модели приведена на рис. 5.22 и включает основные содержательные элементы, которые должны участвовать в предварительной оценке постановки проектного задания. Эти элементы ото­ бражают необходимый набор исходных данных (или требо­ ваний к составу и содержанию исходных данных), содержа­ тельный анализ которых позволит уже на предпроектной стадии оценить затраты на проектирование, последующее создание и функционирование подземного сооружения.

На рис. 5.22 приведены 7 стадий и видов проектирова­ ния подземных сооружений, начиная с проведения инженер­ ных изысканий и заканчивая его возможным повторным ис­ пользованием. Структурная модель проектирования строи­ тельства и повторного использования подземных соору­ жений приведена на рис. 5.23. В общем случае проектирова­ ние может осуществляться по двум основным вариантам. Первый вариант предполагает проектирование строительст­ ва подземных сооружений для добычи полезных ископаемых с учетом только основного функционального назначения. Проектирование же повторного использования подземного сооружения выполняется уже на последующих стадиях его существования, начиная со строительства, эксплуатации и заканчивая консервацией.

Второй вариант предполагает проектирование строи­ тельства подземных сооружений для добычи полезных иско­ паемых уже с учетом повторного использования. В обоих вариантах необходимым элементом является мониторинг

203

состояния подземного сооружения в процессе строительства и эксплуатации, позволяющий использовать управляемые технологические процессы путем оперативного регулирова­ ния их входящих и выходящих параметров.

Каждый из вариантов имеет свои достоинства и недос­ татки. Так, первый вариант требует меньших затрат на само проектирование и значительно меньших капитальных затрат для собственно строительства подземных сооружений. По­ мимо этого в процессе строительства поступает дополни­ тельная геологическая информация о вмещающем подземное сооружение породном массиве, что повышает достоверность

Рис. 5.22. Основные технологические элементы оценки проектного

задания:

® — прямая продукция; ® — повторное использование; ф — требования кпро­ ектным решениям; © — реализация требований

204

Исходные данные для проектирования строительства подземных сооружений

Рис. 5.23. Структурная модель проектирования строительства и повтор­ ного использования подземных сооружений

проектирования повторного использования техногенного подземного пространства. Имеющийся при этом резерв вре­ мени позволяет без ущерба принять решение о переориента­ ции нового функционального назначения подземного со­ оружения при повторном использовании с учетом постоянно изменяющейся экономической, социальной и экологической обстановки.

Однако при первом варианте резко возрастают затраты на переоборудование подземного сооружения для его по­ вторного использования. В общем случае выбор того или иного варианта проектирования определяется технико­ экономическими показателями каждого конкретного под­ земного сооружения за весь срок его существования.

Учитывая сложившуюся ставку кредитования в мировой практике и в России, вложение капитальных затрат имеет смысл при их отдаче в течение 2—3 лет в России и 8— 10 лет в мире. Поэтому капитальные горные выработки с большим первоначальным сроком службы целесообразно проектиро­

205