Разработка и обоснование математического обеспечения статистического моделирования инженерно-геологических исследований техногенных массивов

При проведении инженерно-геологических исследований (ИГИ) применение систем автоматизированного проектирования (САПР) способствует значительному снижению стоимости работ и оптимизации сети опробования. Однако при создании современных САПР для горнодобывающей промышленности часто разработчики сталкиваются с отсутствием математического обеспечения. На сегодняшний день используемые при проектировании сетей опробования способы уникальны для каждого объекта, в связи с чем невозможно автоматизировать данный процесс, из-за отсутствия универсальных методов.

Актуальность работы на сегодняшний день обусловлена, в первую очередь, большими площадями земель, занятых техногенными массивами (отвалы, гидроотвалы, хвостохранилища, шламохранилища, золоотвалы и т.п.), нуждающимися в переобустройстве. Применение САПР на этапах проектирования инженерно-геологический сетей изысканий и первичного анализа полученных материалов позволит сократить объем проводимых натурных и лабораторных исследований за счет моделирования изменчивости техногенного массива. В свою очередь, это способствует значительному снижению капиталовложений и временных затрат, а так же получению возможности прогнозирования поведения массива во времени на основе специального инженерно-геологического районирования. Выделение зон с принципиально отличными характеристиками на гидроотвалах и хвостохранилищах позволит использовать ресурсную базу (территориальную и минеральную)    на самом высоком уровне, при этом появляется возможность экономического и временного регулирования и оптимизации технологических процессов на предприятии.

При разработке намывного массива в качестве техногенного месторождения оконтуривание    перспективных участков – задача первоочередная, от решения которой во многом зависит конечная прибыль. При рекультивации или дополнительной отсыпке «сухого» отвала на площади намывного массива – прогнозирование достижения необходимой несущей способности позволит составить порядок ведения работ и выбрать максимально выгодный способ управления работами

Цель работы: разработка математического обеспечения для проведения специального инженерно-геологического районирования техногенных массивов посредством статистического анализа с целью обоснования дальнейшего использования нарушенных территорий.

Основной идеей разработок является создание и обоснование модели инженерно – геологических изысканий, позволяющей определить оптимальную плотность сети исследований на техногенных массивах в зависимости от природных и техногенных факторов, обеспечивающей получение достоверной для принятия технологического решения информации.

Практическая ценность работы заключается:

• •    в разработке и обосновании способа построения сетей инженерногеологических исследований на техногенных массивах с распределенной плотностью точек опробования, позволяющий значительно сократить объем исследований без потери достоверности результатов;

• •    в создании математического обеспечения для разработки систем автоматизированного проектирования для ведения ИГИ на намывных массивах.

При определении границ инженерно-геологических участков на намывных массивах овражно-балочного типа использовалась схема обработки данных, представленная на рис. 1. Статистическое расстояние определялось с помощью Евклидовой меры, затем использовался иерархический метод кластеризации. Количество этапов сгущения сети определялось из условия: положение границ зон на текущей итерации изменилось не более чем на 5% от предыдущего результата. Таким способом определялась плотность сети.

ИСХОД^Ь/Е Д4ННЫЕ

ОБВИНЕНИЕ КЛАСТЕРОВ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ГРАНИЦ

у6П[И1*с}щ#|Дним кластеризации не лыпОпнОий

ОТР^ЕЛЕНИЕ йтдтисти^еосгО РАССТОЯНИЯ JUKW ОБЪЕКТАМИ

НОРМИРОВАНИЕ

ШКАЛ

ПОИСК ЦЕНТРА

Рис. 1. Схема обработки исходных данных

Структура или геометрия сети ИГИ определялась следующим образом: при переходе на очередную итерацию дополнительные точки опробования располагались по две вблизи центров кластеров и по две по обеим сторонам границ; позиционирование проводим по тальвегу, так как это позволяет охватывать максимальный объем техногенных отложений (рис. 2). Величина λ выражена в процентах от протяженности зон по тальвегу, в начале ее можно принять равно 10%, затем на каждом этапе «доисследований» она уменьшается.

Рис. 2. Позиционирование точек опробования

Основные научные и практические результаты проделанной работы заключаются в следующем:

• •    разработан способ построения инженерно-геологических сетей исследования техногенных массивов с распределенной плотностью точек опробования на основе применения принципов кластерного и дисперсного анализа; апробация метода на гидроотвалах КМА и Кузбасса показала, что объемы полевых исследований могут быть сокращены на 30%;

• •    построена математическая модель, опирающаяся на принципы современной статистики, позволяющая определять границы инженерно-геологических участков намывных массивов методом последовательного приближения;

• •    создано математическое обеспечение для разработки систем автоматизированного проектирования для ведения ИГИ на намывных массивах, которое отвечает требованиям по универсальности, точности вычислений, алгоритмической надежности, затратам времени и памяти.