Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, phân tích đặc điểm của sóng chấn động nổ mìn, nhận thấy rằng: Vận tốc lan truyền sóng chấn động có thể được sử dụng như thơng số thể hiện kết cấu cơ lý của đất đá khu vực nổ. Do đó nó là một trong các cơ sở quan trọng cho việc xác định thời gian vi sai.
Các kết quả phân tích đưa đến kết luận: Vận tốc lan truyền sóng chấn động có thể được xác định một cách tương đối qua việc phân tích dữ liệu sóng dọc (L) hoặc dữ liệu sóng tổng hợp (PPV).
Như vậy, với mỗi một khu vực nổ mìn khai thác, có thể sử dụng các dữ liệu đo chấn động nổ mìn để xây dựng một cơ sở dữ liệu vận tốc lan truyền sóng chấn động. Từ đó, có thể nhận dạng được một cách tương đối hiện trạng địa chất khu vực, nhận dạng được mối quan hệ về vận tốc lan truyền trung bình của sóng chấn động với thời gian vi sai. Nếu dữ liệu được cập nhật một cách đầy đủ, liên tục theo thời gian, kết quả nhận dạng sẽ có tác dụng to lớn cho việc lựa chọn thời gian vi sai hợp lý. Giải pháp này sẽ giúp giải bài tốn cơ bản vẫn đang cịn tồn đọng do việc sử dụng các phương pháp kinh nghiệm và hiệu chỉnh cũng bằng kinh nghiệm để xác định thời gian vi sai cho từng khu vực (công thức (1-7) và Bảng 1-1).
Tuy nhiên, có một vài nguyên nhân làm cho kết quả xác định vận tốc lan truyền sóng chấn động và mối quan hệ giữa vận tốc này với thời gian vi sai bị biến đổi, gây nên sai số. Ví dụ như:
- Sự biến đổi của địa hình, địa chất khu vực khai thác do quá trình nổ mìn và khai thác theo thời gian.
- Các yếu tố chủ quan, con người làm thay đổi thông số các vụ nổ hoặc thay đổi quy trình, các thơng số trong q trình đo dẫn đến sai lệch tính tốn.
- Trường hợp điểm nổ đầu tiên không thể gây chấn động vượt giới hạn đặt để thiết bị đo bắt đầu ghi dữ liệu sẽ làm lệch mốc thời gian dẫn đến sai lệch tính tốn.
Khơng thể khắc phục hồn tồn tất cả các nguyên nhân gây nên sai số, đặc biệt là các nguyên nhân khách quan, nên trước khi nhận dạng hệ thống, cần thực hiện một số giải pháp xử lý dữ liệu, giảm sai số, tăng hiệu quả nhận dạng. Đó là những nội dung sẽ được trình bày ở phần tiếp theo.
3.CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHẬN DẠNG MỐI QUAN HỆ
GIỮA THỜI GIAN VI SAI VỚI VẬN TỐC LAN TRUYỀN TRUNG BÌNH CỦA SĨNG CHẤN ĐỘNG
3.1. Đặt vấn đề
Một vụ nổ mìn khai thác được thực hiện theo nguyên tắc sau: Từ yêu cầu về khối lượng và kích thước hạt đất đá cần phá vỡ, các chuyên gia sẽ thiết kế hộ chiếu cho vụ nổ dựa trên các thơng tin về địa hình, địa chất và chủng loại đất đá khu vực nổ. Hộ chiếu bao gồm nhiều thơng tin như : sơ đồ lỗ khoan, kích thước lỗ khoan, lượng thuốc mỗi lỗ khoan, sơ đồ nổ vi sai, loại kíp sử dụng và một số thơng số chi tiết khác. Dễ nhận thấy, việc thiết kế hộ chiếu là việc xây dựng và lựa chọn các thông số thực hiện vụ nổ trên cơ sở các yếu tố đất đá khu vực nổ để đạt được mục tiêu đề ra. Kết quả vụ nổ sau đó được đánh giá trên nhiều khía cạnh.
Trên quan điểm tổng quan về điều khiển hệ thống, nếu coi rằng:
- Yêu cầu về khối lượng và kích thước hạt đất đá cần phá vỡ là yêu cầu đặt ra; - Chuyên gia thiết kế hộ chiếu như là bộ điều khiển, với hộ chiếu là các thông tin
mà bộ điều khiển đưa ra để thực hiện vụ nổ tác động tới khối đất đá;
- Hiện trạng thi công và thực hiện vụ nổ theo hộ chiếu được thiết kế như là cơ cấu chấp hành thực hiện các thông tin điều khiển;
- Khu vực thực hiện vụ nổ là đối tượng chịu tác động của vụ nổ cũng là đối tượng chịu tác động của cơ cấu chấp hành sẽ là đối tượng điều khiển;
- Và việc đánh giá kết quả vụ nổ như là một quá trình đo lường.
Theo đó, có thể xây dựng một sơ đồ tương đương theo nguyên lý điều khiển mô tả một vụ nổ mìn vi sai với đầy đủ các khâu từ mục tiêu đặt ra cho đến đánh giá kết quả như Hình 3.1.
Với đồ cấu trúc hệ thống này (Hình 3.1), trong khi cơ cấu chấp hành là các thông số được lựa chọn bởi quá trình thiết kế hộ chiếu và bằng các giá trị cụ thể, thì đối
tượng điều khiển là thành phần không thể mô tả được một cách tường minh qua các hàm tốn học. Vì vậy, để điều khiển hệ thống đáp ứng yêu cầu, giải pháp tốt nhất là nhận dạng mơ hình của đối tượng qua phương pháp thống kê, phân tích.
Bộ điều khiển Cơ Cấu Chấp Hành - Mạng lỗ khoan - Lượng thuốc 1 lần nổ - Sơ đồ vi sai - … ... Đối Tượng Điều Khiển (Đất đá khu vực nổ) Kết quả nổ Đo Lường Yêu cầu
Hình 3.1 Sơ đồ tương đương mơ tả vụ nổ mìn vi sai theo nguyên lý hệ thống có điều khiển
Trong số các giá trị được lựa chọn trong hộ chiếu của một vụ nổ mìn, chỉ có thời gian vi sai là có thể thay đổi sau khi q trình thi cơng và chuẩn bị nổ hồn tất. Các lý thuyết và thí nghiệm (mục 1.2 và 1.3) cho thấy, hiện trạng đất đá, vận tốc lan truyền sóng chấn động và thời gian vi sai có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Các kết luận của chương 2 cũng chỉ ra rằng, vận tốc lan truyền sóng chấn động là thơng số mô tả một cách gián tiếp hiện trạng đất đá khu vực nổ. Vì vậy, tác giả lựa chọn bài tốn xây dựng mơ hình nhận dạng mối quan hệ giữa giá trị thời gian vi sai với vận tốc lan truyền trung bình của sóng chấn động. Một cách gián tiếp, mơ hình nhận dạng được sẽ mơ tả mối quan hệ giữa thời gian vi sai với tính chất cơ lý của đất đá, trong điều kiện các thông số ảnh hưởng khác là những giá trị cố định.
Độ tối ưu của mơ hình nhận dạng phụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản là độ chính xác của dữ liệu và lượng dữ liệu có được. Do khoảng thời gian diễn ra của một vụ nổ mìn là rất ngắn, các dữ liệu cần được tập hợp từ nhiều vụ nổ theo thời gian. Đây chính là nguyên nhân làm dữ liệu khơng đồng bộ. Do đó, điều kiện biên được đặt ra là các vụ nổ được thực hiện với các thông số giống nhau trừ giá trị thời gian vi sai, và q trình thi cơng đảm bảo kỹ thuật, năng lượng nổ được tận dụng triệt để. Việc thay đổi thời
gian vi sai cũng nằm trong giới hạn xung quanh vùng giá trị đã được thiết kế để không làm biến đổi sơ đồ vi sai.
Như đã phân tích ở chương 2 (mục 2.3.1), việc xác định vận tốc lan truyền từ sóng nổ không chịu ảnh hưởng nhiều của các yếu tố xung quanh do dữ liệu được lấy trong cùng một vụ nổ nên các điều kiện là hoàn toàn giống nhau.
Một thơng tin khác từ dữ liệu sóng chấn động của mỗi vụ nổ cũng có thể được sử dụng để mơ hình nhận dạng đạt được thêm những ý nghĩa khác. Đó là biên độ lớn nhất của sóng chấn động. Biên độ thể hiện năng lượng của sóng tại điểm đo, biên độ lớn thì năng lượng sóng lớn và ngược lại. Với điều kiện biên đã giả thiết, thì năng lượng sinh ra ở điểm nổ là như nhau và bằng tổng của phần năng lượng sóng ứng suất (gây phá vỡ đất đá) và phần năng lượng sóng chấn động (lan truyền ra xung quanh mà thiết bị đo được). Từ đó, so sánh biên độ sóng chấn động có thể suy ra hiệu quả sử dụng năng lượng nổ của mỗi vụ nổ. Nói cách khác, có thể theo dõi biên độ sóng chấn động để đánh giá chất lượng của vụ nổ mìn.
Nếu như biên độ sóng chấn động là một trong những dữ liệu của mơ hình, thì khi đó, mơ hình nhận dạng có thể xác định được giá trị thời gian vi sai để mức chấn động là nhỏ nhất, tức năng lượng nổ được sử dụng nhiều nhất. Có nghĩa là mơ hình vừa có khả năng xác định thời gian vi sai hợp lý, đồng thời dự báo được mức chấn động có thể xảy ra (với các điều kiện biên). Kết quả đo chấn động khi nổ sẽ là thông tin quan trọng để đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng nổ, độ hợp lý của giá trị thời gian vi sai đã chọn, từ đó mơ hình có những điều chỉnh cần thiết.
Như vậy, bài toán đặt ra là xây dựng mơ hình nhận dạng trên nền tảng ba thơng tin gồm: Giá trị thời gian vi sai, Vận tốc lan truyền trung bình của sóng chấn động, và Biên độ dao động lớn nhất của sóng chấn động. Trong đó, với mỗi sự thay đổi của của thời gian vi sai sẽ có cặp giá trị tương ứng của mơ hình là vận tốc lan truyền sóng và biên độ lớn nhất. Cặp giá trị đầu ra này sau đó sẽ được sử dụng làm thông tin tham chiếu để hiệu chỉnh giá trị đầu vào của mơ hình để mức chấn động là nhỏ nhất. Theo
mối quan hệ này, cấu trúc của một hệ thống điều khiển để hiệu chỉnh thời gian vi sai từ mơ hình nhận dạng có thể được mơ tả như ở Hình 3.2.
Vận tốc lan truyền sóng chấn động Giá trị thời gian vi sai đặt ban đầu XỬ LÝ TRUNG TÂM MƠ HÌNH HỆ THỐNG Tvi sai Vận tốc lan truyền sóng và mức độ chấn động Mức chấn động nhỏ nhất Tham chiếu Mức chấn động Vận tốc lan truyền sóng chấn động của lần nổ trước M U X
Hình 3.2. Mơ hình nhận dạng trong cấu trúc và ngun lý điều khiển, dự báo Điều kiện tiên quyết để xây dựng mơ hình nhận dạng là bộ số liệu đủ lớn. Trên cơ sở các điều kiện và kết quả thu thập dữ liệu sóng chấn động nổ mìn trong thực tế, chỉ có dữ liệu thu được từ khu vực khai thác lộ thiên, mỏ than Núi Béo là đáp ứng được yêu cầu về số lượng do phải đo giám sát thường xuyên. Vì vậy, tác giả lựa chọn thực hiện việc nghiên cứu xây dựng mơ hình cho đối tượng là khu vực khai thác lộ thiên, mỏ than Núi Béo, tỉnh Quảng Ninh.
Vận tốc lan truyền sóng chấn động của lần nổ trước Khoảng cách điểm nổ - điểm đo Lượng thuốc một lần nổ M U X XỬ LÝ TRUNG TÂM MƠ HÌNH HỆ THỐNG Tvi sai Vận tốc lan truyền sóng và mức độ chấn động Mức chấn động nhỏ nhất Tham chiếu Mức chấn động Xử lý dữ liệu (EKF,EM)
Giá trị thời gian vi sai đặt ban đầu
Vận tốc lan truyền sóng chấn động
Hình 3.3. Nguyên lý hiệu chỉnh thời gian vi sai và dự báo mức độ chấn động cho nổ mìn vi sai trên mỏ lộ thiên ở Việt Nam
Do điều kiện thực tế thu thập dữ liệu không thể đáp ứng hết các điều kiện biên đặt ra, nên để tăng độ chính xác cho mơ hình, tác giả bổ sung thêm một số thông tin dữ liệu gồm khoảng cách từ điểm nổ đến điểm đo và lượng thuốc nổ tức thời lớn nhất.
Mặt khác, khi nhận dạng hệ thống, độ chính xác của nguồn dữ liệu đầu vào quyết định kết quả nhận dạng và ảnh hưởng trực tiếp tới kết quả dự báo cũng như điều khiển. Do đó, vấn đề xử lý, chuẩn hóa dữ liệu cần được quan tâm. Trước khi tiến hành nhận dạng, cần xác định được các nguồn gây nên sai số từ đó, xác định giải pháp để loại bỏ hoặc cắt giảm hoặc đưa những sai số đó thành hằng số. Theo đó, cấu trúc hệ thống điều khiển, dự báo (Hình 3.2) được mơ tả lại trên Hình 3.3.