基于模糊綜合評判方法的水文地質類型評價

田 鑫

（山西省晉中市能源局，山西 晉中市 030600）

1 水文地質條件

1.1 井田邊界及其水力性質

開元礦井田為一南傾的單斜構造，北以15#煤露頭線為界，南至閆莊保安煤柱線，東西以原地方煤礦即黃丹溝煤礦與鄰近煤礦邊界線為界。

從總體來看，含水層接受補給條件較差，逕流主要以層間逕流為主，逕流緩慢，排泄區不明顯。井田內上覆蓋層厚度大，補給條件差。由于本區地處區域地下水分水嶺地帶，地下水逕流緩慢，局部可能滯流，流向總體是由北向南。地下水排泄以人工排泄為主。

1.2 礦井充水條件

（1）充水水源

①上組煤充水水源

開元井田上組煤主要可采煤層為3#煤，3#煤位于山西組中上部，其頂底板砂巖裂隙含水層組是其直接充水含水層，但因其裂隙發育較弱，滲透性較弱，主要接受層間徑流補給，對3#煤開采影響不大。3#煤層在礦區北部埋藏淺，由于地表發育季節性河流，局部地段受風化帶和松散層含水層的影響；另外在陷落柱及斷層等構造附近，風化帶和松散層含水層可能對煤層開采產生影響。

②下組煤充水水源

石炭系下組煤主采煤層為9#、15#煤。9#煤位于太原組中上部，與3#煤距離約60 m，主要為薄層煤及泥巖，15#煤的直接充水含水層為K2灰，未對其進行專門抽水試驗，總體石炭系含水層富水性均弱，通過疏放可解除對15#煤的突水威脅。

（2）充水強度分析

3#煤充水因素有新生界松散孔隙含水層，接受大氣降水和地面徑流補給。煤系風氧化帶裂隙含水層也是3#煤的重要充水含水層，該層在局部薄弱處有可能和新生界含水層組發生水力聯系導通補給。3#煤的頂底板砂巖裂隙含水層組是其直接充水含水層，但因其裂隙發育較弱，滲透性較弱，主要接受層間徑流補給，煤系風氧化帶含水層位于新生界松散層之下，井田北區淺部地段新生界松散層與煤系基巖風氧化帶含水層可能存在有一定的水力聯系。

2 模糊評價模型建立

2.1 評價體系確定

在參考相關文獻的基礎上[1-4]，對礦井水文地質條件的具體分析，把各指標進行分類劃分層次，結果見表1。

表1 評價指標體系

2.2 一級指標權重

（1）判斷矩陣

對于表1中的第二層的六個因素進行兩兩比較以及參考相關文獻[5]，得到比較矩陣，則一級判別矩陣見表2。

表2 一級判斷矩陣

（2）一級指標權重的計算和一致性檢驗

根據計算公式（1）和（2）得到C1～C6的權重集合為

B=[0.044，0.044，0.121，0.193，0.326，0.272]

下面進行一級指標的一致性檢驗

其中：

通過一致性檢驗，此比較矩陣有效。

2.3 二級指標組合權重計算

（1）含水層性質及補給條件子指標

表3 C11～C15判斷判斷矩陣

一致性檢驗：

其中

通過一致性檢驗，此比較矩陣有效。

（2）含水層富水性

C21單位涌水量，開元礦為1.0＜q≤5.0，得到C21的權重為B=0.3。

（3）礦井涌水量子指標

年平均與年最大同等重要，各取0.5，得到C41～C42的權重集合為B={0.5，0.5}。

（4）開采受水害影響程度

一次突水量大小與淹井危險性相比較為重要，取C51～C52的權重集合為B={0.7，0.3}。

（5）防治水工作難易程度

以往防治水工作中防治水工程量較大，難度較高，得到C61的權重為B=0.6。

（6）指標項組合權重

當一級指標和二級指標的權重系數求出后，即可得到各評價指標的組合權重。

3 礦井水文地質類型評判

3.1 礦井的水文地質指標

根據模糊評價理論對礦井水文地質條件的各單項指標進行評價，結果見表4。

表4 各指標評價值

3.2 礦井水文地質類型劃分模糊評判

根據表4得到該礦井水文地質條件單因素評價矩陣為：

（1）一級模糊綜合評價

由表3可知C1的子指標的權系數為[0.387，0.148，0.092，0.332，0.041]

歸一化處理得到其單因素評價集：RC1=[0.152，0.504，0.296，0.048]；

同理可得：RC2=[0，0.2，0.6，0.2]；

RC3=[0，0.2，0.6，0.2]；

RC4=[0.2，0.6，0.2，0]；

RC5=0.14，0.48，0.32，0.06]；

RC6=[0，0.2，0.6，0.2]。

（2）二級模糊綜合評價

由表5可知，第一層六個因素的權系數為[0.044，0.044，0.121，0.193，0.326，0.272]。

故該礦井水文地質類型的評價集為：

表5 礦井水文地質類型劃分評價指標權重

歸一化處理R=[0.09，0.38，0.42，0.11]。

計算結果表明，礦井水文地質條件屬于“簡單”、“中等”、“復雜”、“極復雜”的隸屬度分別為9%，38%，42%，11%。按最大隸屬度原則，該礦井的水文地質條件屬于“復雜”。

4 結語

本文應用模糊數學綜合評判方法建立礦井水文地質類型劃分模型，運用該模型進行水文地質類型評價，經排序計算和一致性檢驗后，得到的最后結果層次劃分明確，礦井水文地質類型劃分的評價結果為“復雜”，對指導礦井安全生產有一定的參考價值。