РЕФЕРАТ
Концепція моделювання гідродинамічних процесів на шахтних полях
Пропонований підхід [1] базується на застосуванні аналітичних, чисельних та імітаційних моделей, що використовують феноменологічні закони і статистичні методи для опису багатофакторних процесів в масиві, порушеному гірничими роботами (рис. 1).
Рис. 1. Принципи класифікації моделей гідрогазодинамічних (ГГД) процесів в ГТС гірничопромислового регіону
Створений комплекс моделей призначений для складання прогнозів нестаціонарних фізико-хімічних процесів, що протікають в геотехнічних системах, а також довготривалих наслідків, які зачіпають їх найбільш рухомі елементи: гідросферу, атмосферу, агро-екосистеми.
Зв'язок між параметрами моделей виражається функціональними (зазвичай нелінійними), або стохастичними співвідношеннями. Характеристики розподілених параметрів визначаються за результатами статистичної обробки вимірювань, а вид розподілу вибирається виходячи з аналізу гірничо-геологічних умов на реальному об'єкті і оцінюваного параметра.
Узагальнено зв'язку між вихідними параметрами і розрахунковими характеристиками можна представити у табличному вигляді (табл. 1). Необхідність обліку різномасштабних процесів призводить до того, що ті ж параметри в різних моделях можуть розглядатися як детерміновані (зазвичай статистично усереднені) або як розподілені. Запропоновані залежності між параметрами відповідають сучасному стану моніторингу в гірничопромислових районах і ступеня підготовки вихідних даних.
При високому рівні комп'ютерних моделей можливість зіставлення результатів розрахунків з даними спостережень залежить головним чином від повноти та достовірності експериментів. Серед вказаних в табл. 1 параметрів найбільш представницькі вимірювання фільтраційних характеристик (напору, витрати), меншою мірою - міграційних та газодинамічних процесів, що пов'язано з пріоритетом і специфікою ведення гірничих робіт.
Ряд параметрів і розрахункових характеристик задаються у вигляді багатовимірних випадкових величин або випадкових полів. Для таких параметрів в будь-якій точці масиву P в момент часу t виділяються закономірна і випадкова x? складові
. (1)
Нехай X ( t ) - випадковий багатовимірний процес, що описує просторово-часові зміни ГГД параметрів або розрахункових характеристик, X i =X ( t i ) - фактичні значення цих параметрів в моменти часу t i , X i, m - виміряні в системі опорних точок - пунктів спостереження з деякою погрішністю в ті ж моменти, X i, c - значення, розраховані на підставі моделювання. Завдання оптимального прогнозування на основі неповних вихідних даних полягає в мінімізації математичного очікування похибок прогнозованих величин на інтервалі часу:
. (2)
В якості обмежень використовуються розподілу параметрів, області їх зміни і достовірного визначення, а також зовнішні, погано прогнозовані чинники. При вирішенні обчислювальної задачі (2) доводиться виконувати часто не піддається формалізації процедуру оптимізації моделі з точки зору способу реалізації та адаптації (рис. 2).
У табл. 2 прийняті наступні позначення: H - напір (рівень) підземних вод; H m - рівень шахтних вод; Q - водоприток в шахту; Q t r - витрата перекинутих вод з однієї шахти в іншу; C gw , C m і C gr - концентрації речовин в підземних, шахтних водах і в поровом розчині верхніх шарів грунту; q gw і q sw - массопотоков в грунтові та у поверхневі води; P w - тиск рудничного газу у виробках; Q g - його потік через масив і систему вентиляції; C atm - концентрація газоподібних домішок і пилу в атмосфері. Позначення для параметрів, що задаються для розрахунку, наступні: K - коефіцієнт фільтрації; d - розкриття тріщин, a і b - азимут і кут їх падіння; n і V f - пористість (тріщинуватість) і обсяг тріщин в частині масиву; m - потужніст...
