基于模糊綜合評判的礦井水文地質類型劃分

鄭 麗 媛

(山西省地質環境監測中心，山西 太原 030024)

基于模糊綜合評判的礦井水文地質類型劃分

鄭 麗 媛

(山西省地質環境監測中心，山西 太原 030024)

介紹了模糊綜合評判法的基本原理，通過模糊綜合評判模型，劃分了霍西煤田某礦井的水文地質類型，得出該礦井水文地質類型為中等型，采用該評判方法減小了定性指標評價結果誤差，使評價結果更加符合實際。

模糊綜合評判法，礦井，水文地質類型，煤層

礦井水文地質類型是礦井防治水方案制定、礦井改擴建和技術改造、中長期發展規劃等的基礎依據。模糊綜合評判方法是一種考慮多種影響因素，應用模糊數學原理和最大隸屬度原則作出全面評價的多因素決策方法。為減小定性指標評價結果的誤差，本文在分析礦井水文地質條件基礎上，利用模糊綜合評判法對礦井水文地質類型進行劃分，其判別結果可為礦井的防治水工作提供重要的參考依據[1，2]。

1 研究區概況

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

10號煤層是太原組主采煤層，充水水源主要是太原組層間灰巖裂隙巖溶含水層，含水層厚約16.65 m。據井田北部邊界外約700 m的4號孔抽水資料，滲透系數為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。據該礦目前開采情況，開采10號煤層正常涌水量為150 m3/h，最大涌水量約226 m3/h，突水量為35 m3/h。10號煤層除井田南部區域不帶壓外，其余地段均帶壓。根據奧灰突水系數法結果表明，10號煤層突水系數最大值為0.061 6 MPa/m。10號煤層存在5處采空積水區，采空區面積為184 840 m2，積水量為86 601 m3，礦井開采煤層受水害影響程度復雜，防治水工作難度中等。

2 模糊綜合評判法

2.1 基本原理

表1 評價指標分級標準

模糊綜合評判法的基本原理表示為：

A·R=B

(1)

2.2 評判模型

1)評價指標體系。利用目標分析法構建評價指標體系，如圖1所示。

2)分級標準和權重。礦井水文地質類型評價指標的分級標準和權重如表1，表2所示。

表2 礦井水文地質各指標權重表

3)隸屬度。某評價指標ui(i=1,2,…，m)，用式(2)～式(4)計算其隸屬度rij，從而求得隸屬度矩陣R。

當j=1時:

(2)

當j=2,3時:

(3)

當j=4時:

(4)

4)建立評價模型。設U={u1,u2,…，un}為評判集，則V={v1，v2，…，vm}為礦井水文地質類型集，其模糊關系用R表示，見式(5)：

(5)

其中，rij=u(ui,vi)(0≤rij≤1)為就因素ui而言被評為vj的隸屬度；R中第i行Ri=(ri1,ri2,…，rin)為第i個評價因素ui的單因素評判，是V上的模糊子集。

3 模糊綜合評判

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

由此計算出含水層厚度隸屬度函數如式(6)所示。根據水文地質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中，可得到相應的隸屬度值，同理可得到其他定量指標的隸屬度值。最終隸屬度矩陣R如式(7)所示：

(6)

(7)

2)權重矩陣的確定。根據確定的礦井水文地質分類指標的權重，確定礦井水文地質各指標權重矩陣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。根據公式B=A·R，對權向量與模糊矩陣進行“合成”，得出模糊集B。

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

4)結果。根據最大隸屬度原則，0.405 9最大，故該礦井水文地質類型為中等。

4 結語

為減小定性指標評價結果的誤差，避免人為因素的影響，采用模糊綜合評判法對礦井水文地質類型進行劃分，其評價結果更加符合實際，為礦井的防治水工作提供重要的參考依據。本文用模糊綜合評判法對礦井水文地質類型進行劃分，最終判斷該礦井水文地質類型為中等型。

[1] 王家兵.模糊綜合評判方法在水文地質分區中的應用[J].煤田地質與勘探,1996,24(4):32-34．

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

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

[4] 樓世博.模糊數學[M].北京:科學出版社,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