基于模糊綜合評(píng)判的礦井水文地質(zhì)類型劃分

鄭 麗 媛

(山西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山西 太原 030024)

基于模糊綜合評(píng)判的礦井水文地質(zhì)類型劃分

鄭 麗 媛

(山西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山西 太原 030024)

介紹了模糊綜合評(píng)判法的基本原理，通過模糊綜合評(píng)判模型，劃分了霍西煤田某礦井的水文地質(zhì)類型，得出該礦井水文地質(zhì)類型為中等型，采用該評(píng)判方法減小了定性指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果誤差，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加符合實(shí)際。

模糊綜合評(píng)判法，礦井，水文地質(zhì)類型，煤層

礦井水文地質(zhì)類型是礦井防治水方案制定、礦井改擴(kuò)建和技術(shù)改造、中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃等的基礎(chǔ)依據(jù)。模糊綜合評(píng)判方法是一種考慮多種影響因素，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)原理和最大隸屬度原則作出全面評(píng)價(jià)的多因素決策方法。為減小定性指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果的誤差，本文在分析礦井水文地質(zhì)條件基礎(chǔ)上，利用模糊綜合評(píng)判法對(duì)礦井水文地質(zhì)類型進(jìn)行劃分，其判別結(jié)果可為礦井的防治水工作提供重要的參考依據(jù)[1，2]。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于霍西煤田中西部，井田周邊沒有大的斷裂構(gòu)造形成自然邊界，井田西部、北部為奧灰、太灰及砂巖裂隙含水層補(bǔ)給邊界；井田東部為人為邊界，未發(fā)現(xiàn)較大構(gòu)造，為主要含水層的排泄邊界。石炭系上統(tǒng)太原組(C3t)為主要含煤地層，含5號(hào)，6號(hào)，7號(hào)，7下號(hào)，9號(hào)，10號(hào)，11號(hào)煤層，其中5號(hào)，6號(hào)，7號(hào)，7下號(hào)煤層為不穩(wěn)定不可采煤層，9號(hào)煤層為穩(wěn)定大部可采煤層，10號(hào)，11號(hào)煤層為穩(wěn)定全區(qū)可采煤層。本文主要研究10號(hào)煤層礦井水文地質(zhì)類型的劃分。

10號(hào)煤層是太原組主采煤層，充水水源主要是太原組層間灰?guī)r裂隙巖溶含水層，含水層厚約16.65 m。據(jù)井田北部邊界外約700 m的4號(hào)孔抽水資料，滲透系數(shù)為2.10 m/d，單位涌水量0.081 L/(s·m)，屬弱富水性含水層。其次，開采煤層底板的奧灰間接充水含水層單位涌水量3.65 L/(s·m)，巖溶富水性強(qiáng)。據(jù)該礦目前開采情況，開采10號(hào)煤層正常涌水量為150 m3/h，最大涌水量約226 m3/h，突水量為35 m3/h。10號(hào)煤層除井田南部區(qū)域不帶壓外，其余地段均帶壓。根據(jù)奧灰突水系數(shù)法結(jié)果表明，10號(hào)煤層突水系數(shù)最大值為0.061 6 MPa/m。10號(hào)煤層存在5處采空積水區(qū)，采空區(qū)面積為184 840 m2，積水量為86 601 m3，礦井開采煤層受水害影響程度復(fù)雜，防治水工作難度中等。

2 模糊綜合評(píng)判法

2.1 基本原理

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

模糊綜合評(píng)判法的基本原理表示為：

A·R=B

(1)

2.2 評(píng)判模型

1)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。利用目標(biāo)分析法構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示。

2)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重。礦井水文地質(zhì)類型評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重如表1，表2所示。

表2 礦井水文地質(zhì)各指標(biāo)權(quán)重表

3)隸屬度。某評(píng)價(jià)指標(biāo)ui(i=1,2,…，m)，用式(2)～式(4)計(jì)算其隸屬度rij，從而求得隸屬度矩陣R。

當(dāng)j=1時(shí):

(2)

當(dāng)j=2,3時(shí):

(3)

當(dāng)j=4時(shí):

(4)

4)建立評(píng)價(jià)模型。設(shè)U={u1,u2,…，un}為評(píng)判集，則V={v1，v2，…，vm}為礦井水文地質(zhì)類型集，其模糊關(guān)系用R表示，見式(5)：

(5)

其中，rij=u(ui,vi)(0≤rij≤1)為就因素ui而言被評(píng)為vj的隸屬度；R中第i行Ri=(ri1,ri2,…，rin)為第i個(gè)評(píng)價(jià)因素ui的單因素評(píng)判，是V上的模糊子集。

3 模糊綜合評(píng)判

1)隸屬度矩陣。采用線性降半階函數(shù)計(jì)算含水層厚度(定量指標(biāo))的隸屬度值，隸屬度函數(shù)分布見圖2。

由此計(jì)算出含水層厚度隸屬度函數(shù)如式(6)所示。根據(jù)水文地質(zhì)條件分析知含水層厚約16.65m，代入含水層厚度的隸屬度函數(shù)中，可得到相應(yīng)的隸屬度值，同理可得到其他定量指標(biāo)的隸屬度值。最終隸屬度矩陣R如式(7)所示：

(6)

(7)

2)權(quán)重矩陣的確定。根據(jù)確定的礦井水文地質(zhì)分類指標(biāo)的權(quán)重，確定礦井水文地質(zhì)各指標(biāo)權(quán)重矩陣A。

A=(0.03，0.075，0.06，0.075，0.06，0.2，0.15，

0.15，0.02，0.02，0.01，0.025，0.025，0.03，0.04，0.03)。

3)模糊集的確定。根據(jù)公式B=A·R，對(duì)權(quán)向量與模糊矩陣進(jìn)行“合成”，得出模糊集B。

B=A·R=(0.398 3,0.405 9,0.139 2,0.026 6)。

4)結(jié)果。根據(jù)最大隸屬度原則，0.405 9最大，故該礦井水文地質(zhì)類型為中等。

4 結(jié)語

為減小定性指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果的誤差，避免人為因素的影響，采用模糊綜合評(píng)判法對(duì)礦井水文地質(zhì)類型進(jìn)行劃分，其評(píng)價(jià)結(jié)果更加符合實(shí)際，為礦井的防治水工作提供重要的參考依據(jù)。本文用模糊綜合評(píng)判法對(duì)礦井水文地質(zhì)類型進(jìn)行劃分，最終判斷該礦井水文地質(zhì)類型為中等型。

[1] 王家兵.模糊綜合評(píng)判方法在水文地質(zhì)分區(qū)中的應(yīng)用[J].煤田地質(zhì)與勘探,1996,24(4):32-34．

[2] 李明山,禹云雷,路風(fēng)光,等.姚橋煤礦礦井突水水源模糊綜合評(píng)判模型[J].勘察科學(xué)技術(shù),2001(2):16-20．

[3] 苗霖田,夏玉成,姚建明.金雞灘井田開采地質(zhì)條件的模糊綜合評(píng)判[J].煤田地質(zhì)與勘探,2007,35(5):16-19．

[4] 樓世博.模糊數(shù)學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,1983.

On classification of hydrogeology types of mines based on fuzzy comprehensive evaluation

Zheng Liyuan

(ShanxiGeologicalEnvironmentalMonitoringCenter,Taiyuan030024,China)

The paper introduces the basic principle of the fuzzy comprehensive evaluation method, classifies the hydrogeological types of some mine in Huoxi Coal Mine, concludes the mine’s hydrogeologic types is medium, and indicates the adoption of the evaluation can reduce the errors of the qualitative index evaluation results, so as to ensure the evaluation result can adhere to the fact.

fuzzy comprehensive evaluation method, mine, hydrogeology type, coal stratum

1009-6825(2017)03-0074-03

2016-11-19

鄭麗媛(1987- ),女，助理工程師

P641

A