Подход к прогнозированию крупных разрушений и оценка его эффективности

Данная работа посвящена разработке методики прогнозирования крупных разрушений горной породы, а также оценке ее эффективности. Необходимость предупреждения крупных разрушений в массиве горных пород давно имеется на рудниках, подземных производствах, хранилищах и других инженерных объектах встроенных в геосреду.

В работе анализируется информация о текущем состоянии объекта, полученная на основе технологии пассивного микросейсмического мониторинга Исходные данные - это пространственно-временное распределение микросейсмических событий (трещин).

Процесс прогнозирования состоит из двух основных стадий:

• выделение пространственной области подготовки очага разрушения
• определение времени разрушения по поведению контролируемых параметров

Разумеется, в силу неполноты информации о контролируемом объекте и стохастическом характере разрушения прогноз будет иметь вероятностный смысл.

Определение областей подготовки разрушения (очага) проводилось по алгоритму максиминного расстояния. Его принцип основан на поиске события, расстояние от которого до ближайшего центра кластера, из уже определенных, является максимальным. Такое событие объявляется центром нового кластера, если это расстояние больше определенной доли среднего расстояния между центрами кластеров ДКаст. На первом этапе в качестве первого центра кластера берется произвольное событие. Затем производится корректировка положения центров: первым становится центр самого многочисленного кластера. Процедура уточнения распределения событий по кластерам производится до тех пор, пока не будет достигнута заданная точность или число корректировок не превысит определенной величины.

Далее в каждом кластере анализировалось изменение пространственных и временных интервалов между событиями. В соответствии с физическими предпосылками перед крупными разрушениями следует ждать уменьшение пространственных и временных интервалов (локализация процесса разрушения в пространстве и времени) и увеличение энерговыделения. Изменение этих характеристик разрушения аппроксимировалось прямой по методу наименьших квадратов (МНК). Положительный угол наклона прямой говорит об увеличении значений характеристик, а отрицательный - об уменьшении. По отдельность исследовалось поведение каждого параметра: если наблюдалось отмеченное поведение, то следующее событие объявлялось опасным (оно могло соответствовать крупному разрушению).

В конце проводилась оценка эффективности прогноза. Основным критерием было выбрано Эф=ДРаз/ДОпас, где ДРаз - доля содержания событий, соответствующих крупным разрушениям объявленных опасными, ДОпас - доля событий отнесенных к опасным. Действительно, если объявить все зарегистрированные события опасными, то среди них находятся все крупные разрушения, т.е. все они будут предсказаны. Эффективность такого прогноза ничтожна, при этом Эф=1, т.е. процент крупных разрушений среди опасных событий такой же как и среди всех зарегистрированных.