книги / Методология проектирования строительства подземных сооружений

Эколого-геологический аспект рассматриваемой проблемы предусматривает выяснение взаимосвязей и взаимовлияния трех основных составляющих ПТГС: массива, технологии и подземного сооружения. Взаимодействие между ними пред­ ставлено на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Взаимодействие элементов природно-технической геосистемы

Как видно из схемы, между рассматриваемыми элемента­ ми действуют прямые и обратные связи. Прямая связь (1) выражается в управленческой функции человека (через тех­ нологию) над подземным объектом в его создании (функ­ ционировании, повторном использовании и т.п.) и не несет эколого-геологического содержания. Обратная связь (2) от­ ражает прямое влияние подземного сооружения на человека и имеет определенный экологический аспект, но не имеет прямого геологического содержания. Приведенные связи 1 и 2 в эколого-геологическом анализе ситуации учитываются только по мере необходимости. л

Прямая связь (3) отражает техногенное воздействие чело­ века через технологию строительства подземного объекта на окружающий породный массив с образованием в некоторой его части области влияния. Обратная связь (4) отражает ре­ акцию области влияния окружающего породного массива на техногенные воздействия. Связи 3 и 4 в эколого­

геологическом анализе являются очень существенными. В тоже время эти связи отражают техногенную связь человека и окружающего породного массива, техногенное взаимодей­ ствие.

Прямая связь человека (5) и области влияния породного массива отражает управляющее прямое воздействие челове­ ка на область влияния, которое выражается в ее оценке, за­ щитных мероприятиях, стабилизации и т.п. Обратная связь

(6) отражает реакцию области влияния породного массива по отношению к технологии строительства подземного соору­ жения. Оба эти вида связей несут эколого-геологическое со­ держание.

Действительные качественные и количественные характе­ ристики фактического взаимодействия подземного объекта и окружающего прродного массива могут быть определены лишь на стадии эксплуатации подземного сооружения по­ средством различных методов контроля функционирования ГПТС.

Рассматривая объект как подземное сооружение в преде­ лах жизненного цикла, проектировщик на каждой стадии этого цикла анализирует и принимает решения, опираясь на то представление об объекте, которое соответствует его изу­ ченности на данной стадии.

Типовой жизненный цикл, соответствующий действую­ щим нормативам проектирования, включает:

•установление потребности в строительстве подземного сооружения, установление ресурсных возможностей реализации (технологических, информационных, эко­ логических, экономических и т. п.); разработку технико-экономических обоснований

(ТЭО) и прогнозирование динамики ТЭО от измене­ ния внешних факторов и принятие решения о проек­ тировании;

проектирование объекта н технологии его сооруже­ ния, как оптимизационный процесс, в результате ко­ торого формируются многовариантные решения, оп­ тимальные соответствующим условиям;

разработку и обоснование критериев выбора решения на основе соответствия проектных решений условиям конкретных задач при обеспечении максимальной эф­ фективности и безопасности эксплуатации сооруже­ ния; строительство объекта на основе выполняемого проек­ та;

эксплуатацию объекта на основе соответствия харак­ теристик подземного сооружения функциям разме­ щаемого в нем объекта; реконструкцию сооружения на основе технического

перевооружения, расширения функций объекта, во­ влечения в эксплуатацию новых запасов, выявления нового ресурсного потенциала и т.п.;

•консервацию или ликвидацию объектов;

•рекультивацию нарушенных земель.

Перечисленные стадии участвуют в проектировании, опи­ раясь на определенным образом сформированную информа­ ционную модель, которая в допустимом приближении ото­ бражает реальную ситуацию в массиве, подземном сооруже­ нии на момент измерения, то есть в статическом временном срезе. Поскольку процессы в породном массиве протекают непрерывно с изменениями от техногенного и антропоген­ ного воздействия, то на всех этапах проектирования возни­ кает вопрос уточнения исходных данных. По существу, по­ строение модели объекта для проектирования требует ак­ тивного геомеханического мониторинга ситуации в массиве и подземном сооружении как основы для прогнозирования и разработки требований к технологии. Существующая прак­ тика не реализует этого подхода по многим, в основном эко­ номическим и техническим причинам. Разрешение этого противоречия возможно при переходе к концепции проек­ тирования на основе информационного моделирования сис­ тем. С этих позиций рассматриваемая система "массив технология - подземное сооружение" представляет собой мо­ дель, которая, с одной стороны, - обладает всеми свойствами открытой системы (гибкость, динамичность, целостность, сложность и т.д), а, с другой стороны, как некоторое логи­

ческое построение, отображающее наше представление об объекте и протекающих в нем процессах, обладает свойст­ вами информационной модели.

Рассмотрим характеристики элементов системы. Как было отмечено в главе 2, породный массив как сложное полиминеральное и многофазовое природное объединение сам по себе представляет сложную систему. В общем виде массив как многокомпонентная подсистема может быть представлен как схема взаимосвязей фазовых состояний, причем взаимо­ связи также отражают многообразие причинноследственных факторов природных, техногенных и антропо­ генных воздействий.

Применение различных специальных мероприятий (мето­ дов подготовки и способов воздействия на массив горных пород), направленных на снижение этого воздействия, соз­ дает предпосылки формирования обратных связей в системе "массив технология подземное сооружение", минимизи­ рующих реакцию системы на эти воздействия. Минималь­ ные отрицательные воздействия элементов системы друг на друга являются целью управления поведением системы для поддержания ее в устойчивом состоянии, что, собственно, является целью и при проектировании строительства под­ земных сооружений.

В соответствии с теорией систем такая минимизация свидетельствует о возможностях формирования управле­ ния системой уже на этапе проектирования подземного со­ оружения. Исследовать технологические процессы, имею­ щие многовариантные сетевые структуры, а также находить оптимальные сочетания вариантов, вместе составляющих единые цепи, пути, единые схемы, возможно с применением теории графов. Графически возможность разработки управ­ ляющего воздействия на связи "массив - технология" мо­ жет быть представлена в виде иерархических двудольных графов взаимосвязей, которые, с одной стороны, представ­ ляют собой набор характеристик, отражающих взаимодейст­ вие природных процессов, протекающих в массиве и зави­ сящих от взаимодействия состояний элементов массива, с другой стороны, технологические процессы, направленные на снижение негативного воздействия этих процессов на

подземное сооружение и на создание благоприятных ус­ ловий использования различных способов их строительства.

В графической интерпретации вершинами графа являют­ ся следующие технологические процессы при строительстве подземных сооружений в сложных горно-геологических ус­ ловиях: методы подготовки массива (II), способы воздействия на массив (III); способы строительства подземных сооруже­ ний (IV); организационно-технические варианты реализации способов строительства подземных сооружений (V) (рис. 3.7). В качестве отправной вершины графа принимаются конкретные горно-геологические условия строительства под­ земных сооружений (I).

OD

с ®

Рис. 3.7. Вершины графа для оптимизации технологии строительства подземных сооружений в сложных горно-геологических условиях

На рис. 3.8 представлен двудольный граф взаимосвязей между подсистемой "массив" и методами его подготовки. Этот граф, с одной стороны, представляет собой набор ха­ рактеристик, отражающих взаимодействие л сложных при­ родных процессов, происходящих в массиве, а с другой сто­ роны, методы его подготовки, направленные на снижение негативного воздействия от этих процессов и создание бла­ гоприятных условий для применения различных способов строительства подземных объектов в сложных горно­ геологических условиях.

На рис. 3.9 двудольный граф отражает взаимосвязи между методами подготовки массива и активными способами воз­ действия на него. От правильно выбранного способа воздей­ ствия на породный массив во многом зависит весь жизнен­ ный цикл подземного объекта. Способы воздействия на мас­ сив не только являются защитными мероприятиями от воз­ действия внешней среды на подземное сооружение, но и, в тоже самое время, являются надежной защитой окружаю­ щей среды от техногенного воздействия при строительстве подземных сооружений. Так, например, при применении за­ мораживания, как способа воздействия на неустойчивые во­ доносные породы, ледопородное ограждение является на­ дежной защитой от влияния внешней (по отношению к под­ земному объекту) среды. Одновременно это же ледопородное ограждение служит также защитой окружающего массива от взрывных работ, применяемых при проходке стволов.

На рис. 3.10 представлен двудольный граф взаимосвязей между способами воздействия на массив и способами строи­ тельства подземных объектов. От правильно выбранного способа воздействия на массив горных пород и способа строительства подземного сооружения во многом зависит дальнейшее его функционирование и экологические послед­ ствия влияния на окружающую среду. Для достижения вы­ соких технико-экономических показателей строительства подземного сооружения важным является применение опти­ мальных организационно-технических решений в рамках выбранного способа строительства. Это соответствие пред­ ставлено на рис. 3.11 также в виде двудольного графа.

Графическая интерпретация возможности управляющего взаимодействия в подсистемах "массив - технология" пред­ ставлена на рис. 3.12. Это взаимодействие, с одной стороны, представляет собой набор характеристик, отражающих взаимовлияние природных процессов, происходящих в мас­ сиве и зависящих от взаимодействия состояний элементов массива, а с другой стороны, технологические процессы, на­ правленные на снижение негативного воздействия от этих процессов на подземный объект и на создание благоприят­ ных условий использования различных способов строитель­ ства.