5.4. Система прогноза удароопасности породного массива в зоне проведения добычных работ
Диагностика состояния породного массива на подземных рудниках имеет целью прогноз вероятности мощных динамических проявлений горного давления (горных ударов) в районах производства горных работ. Выбор методов диагностики состояния породного массива определяется его существенными особенностями: сложностью и неоднородностью физико-механических свойств, значительными размерами и комплексным многофакторным воздействием на него в процессе производства горных работ. Анализ показывает, что диагностику состояния такого объекта целесообразно выполнять в рамках системы, использующей комплексирование разнородной информации о его состоянии на основе экспертных знаний. Ниже приводится описание состава и основных частей экспертной системы, разработанной на основе накопленного опыта по диагностике состояния породного массива на рудниках Хибинского апатитового месторождения.
На рис. 7 представлена структурная схема системы прогноза удароопасности горного массива.
Рассмотрим специфику режимов работы ЭС, обусловленную особенностями программной реализации и предметной области.
В основе реализации экспертной системы оценки удароопасности горного массива лежит представление объекта контроля - рудного тела - в виде набора элементов - условных параллелепипедов, текущее состояние которых задается вектором параметров частных методик, независимым образом отражающих состояние объекта.
Применительно к условиям Хибинского месторождения, где проводится опытная эксплуатация экспертной системы, в качестве частных методик приняты методики, определяющие состояние породного массива на основе:
анализа временных рядов естественной сейсмоактивности;
анализа графика повторяемости энергии сейсмособытий;
уровня сейсмического фона;
результатов замеров напряженности массива на контуре выработок методами дискования керна и ультразвукового просвечивания;
результатов визуального осмотра состояния контура выработок;
контроля зон влияния добычных взрывов;
стадии технологического цикла отработки месторождения;
физико-механических свойств массива;
приуроченности участков массива к зонам тектонических нарушений и разломов.
Методики перечислены в порядке убывания оперативности и объема выдаваемой информации, а также скорости изменения характеристик каждого элемента массива. Характеристики каждого элемента массива, относящиеся к двум последним группам, не меняются до момента выработки элемента массива (удаления всей породы из соответствующей зоны горного массива), каждая из остальных методик атрибутирована постоянной времени Ti, определяющей минимальный интервал обращения к информации этой группы.
На рис. 8 представлен пример вырабатываемой экспертной системой карты степеней опасности горного удара.
Диагностика выполняется на основе поэтапного приложения экспертных знаний к пространственно-временному распределению значений вектора. Используемые в ЭС правила составлены таким образом, что на первом этапе экспертизы определяется степень "доверия" к отдельным компонентам вектора состояния. На втором этапе формируется вероятностная оценка возможности динамических проявлений горного давления; далее выявляется значимость полученной оценки и, наконец, на последнем этапе выполняется интерпретация полученной оценки в терминах удароопасности горных выработок, достаточной для конечного пользователя.
Следует отметить, что перечень базовых методик, равно как и набор экспертных правил, касающихся интерпретации результатов их применения, не является жесткими и модифицируется в процессе этапа отладки и обучения ЭС.
База данных ЭС содержит значения атрибутов элементов контролируемого объекта, поступающие из баз данных частных методик или вводимые пользователем вручную. С каждым атрибутом, помимо текущего значения, связан временной интервал его изменения, определяющий частоту запроса значений. База данных пополняется за счет прогона оболочкой ЭС прикладных программ, реализующих частные методики. Интерфейс между прикладными программами и оболочкой унифицирован по формату и способам обмена информацией. С целью сокращения объема БД ЭС в нее записываются только изменения каждого атрибута. Для атрибутов, не меняющихся со временем (геологическая и геомеханическая информация), возможен ручной ввод значений.
Рис. 7. Структурная схема системы прогноза
удароопасности горного массива.
Пользовательский интерфейс организуется с помощью графической подсистемы, визуализирующей аксонометрические проекции исследуемого объема с возможностью поворота вокруг вертикальной оси на углы, кратные 90 градусам, или послойные горизонтальные (вертикальные) срезы этого объема с опцией наложения на срез упрощенной картографической информации в виде набора отрезков прямых линий. Элементы горного массива могут быть раскрашены соответственно значениям любого из атрибутов, достоверность данного значения может быть охарактеризована типом штриховки элемента. По запросу пользователя для выбранного элемента может быть выдан список атрибутов и их значений на заданный момент времени, а также объяснение выводов ЭС. Для каждого атрибута обеспечивается послойный просмотр элементов, поиск слоев с заданными значениями, подсчет статистики (распределения значений по количеству элементов).