甘肅省西部地區礦山地質災害危險性分區評價方法研究

張 喆

（甘肅省地質礦產勘查開發局第四地質礦產勘查院，甘肅 酒泉 735000）

對礦區地質災害危險性進行評價，主要是對礦山地質災害活動歷史以及礦產開采工程建設中對地質的破壞程度進行研究與探討。采礦過程的安全是工程建設過程中的重要考慮內容，對礦山地質災害進行危險性分區評價是工程安全的有效保證。在評價的過程中，主要包括對礦山附近的環境、地質、水文、氣候以及勘探現場環境進行科學合理的分析與評估。對于甘肅省西部地區來說，想要進行地質災害的危險性評價，就需要準確把握以上評價內容中能夠引起危險性的因素，確定各個因素在地質災害中重要性的占比。準確地對礦山地質災害危險性分區評價，有利于對甘肅省西部地區的礦產安全開發提供參考，在制定礦區防災減災措施中提供可靠的依據。

1 甘肅省西部地區礦山地質災害危險性分區評價方法研究

1.1 提取評價因子

在對某地區進行地質災害危險性評價時，首先就是要建立一個該區域能夠使用的評價體系。評價體系中的評價因子是決定評價結果準確與否的重要信息。評價因子大概可以分為兩大類，一是該地區的歷史地質災害情況，二是結合目前礦山的開采情況、自然條件以及地質結構等[1]。通過對以上兩大類的信息進行分析，以該地區為模板來預測未來礦山可能會出現的地質災害的時間、規模以及頻率。因此在本文設計的地質災害危險性分區評價方法中，在評價因子提取的過程中，要根據甘肅省西部地區礦山區域內最新的地質災害信息中提取出來一些塌陷、裂縫等重大地質災害的統計，并在PC段的MAPGIS平臺中進行分區，得到研究區單位面積評價區內在歷史過程中所有發生過地質災害的位置點，統稱為災害點密度；評價體系中第二個評價因子就是礦山的坡度。由于甘肅省西部地區具有獨特的地理條件，因此礦區一般處于山區。對于礦山來說，可以作為評價因子的坡度主要是用來描述礦山與地面的傾斜程度。示意圖如下圖所示。

圖1 礦山地區坡度示意圖

從上圖的坡度標識可以看出，坡度實際上是礦山高度在變化過程中的最大比率，從數學概念上來說，屬于一個微分問題，因此在評價因子提取中，選擇1:10000的DEM高程增量為基礎，在MAPGIS平臺上對礦山進行建模分區。分區評價方法中的第三個評價因子為坡向，坡向提取需要經過分析平臺中的窗口分析掃描，表示出礦山區域斜坡所面對的方位。該因子從表面上看對于礦山地質災害的影響較小，但是實際上較高的坡向會造成礦山坡度上的水熱飽和程度過高，引起山體塌方或地面裂紋等地質災害，該條件是打破地質災害規律的重要破壞因子[2]。因子提取中涉及到的第四個因子則是地層的巖性，礦山的地層巖性如果受到板塊變遷的影響而造成巖質疏松，或是地下巖層出現了不足以支撐開采的不完整結構，地層巖性則會成為地質災害產生的誘發因素。因此在評價因子的提取過程中，不可以忽略地層巖性的影響，發生礦山地質災害的頻率與嚴重程度也有一定的區別。按照上述尋找評價因子的機制，在評價方法中找出若干個對地質災害有影響的因子，依次為：礦山相對高差、河流情況、平均降水量、工程開采進度、植被覆蓋情況、該地區預計地震強度等。至此完成評價因子的提取。

1.2 確定評價因子權重

根據上述的評價因子，結合甘肅省西部地區礦山的實際情況，對以上的評價因子的災害危險性進行詳細的數據分級，如下表所示。

表1 礦山地質災害評價因子危險性分級

按照以上的分級標準，并結合甘肅省西部地區的實際情況，按照以下方法對其進行危險性評價計算：

上式中，Wj表示第j個評價因子在研究區域內的危險性系數，也稱為危險性評價的綜合量值，θi表示該評價因子的權重，Qi表示評價因子危險性分級的得分，n表示參與該次評價的因子總數。

評價指標的權重確定要根據礦山區域中存在的地質災害情況具體問題具體分析，在經過權重計算之后形成可以量化的數據，根據得到的因子危險性劃分等級，獲取到評價因子的得分，進一步計算出各個因子的相關權重。

1.3 甘肅省西部地區礦山地質災害危險性分區評價

根據甘肅省西部地區的某礦山地質情況以及工程開采進度的特點，想要對研究區進行分區評價，可以利用柵格單元網格作為分區工具。在劃分的過程中，網格的間距設置為300m，那么每個柵格的面積為0.09km2，在劃分過程中，如果遇到研究區的邊界不足以填滿柵格，需要向外延伸將柵格填滿。按照上節中得到的危險性系數的基礎上，需要在柵格內區域的氣質災害危險性進行綜合分區。在分區的過程中，主要是依靠分區界值，并結合灰色聚類法進行評價。在完成柵格分區之后，需要將各個柵格中的礦區地質情況視為灰色系統研究對象，并將灰色聚類方法應用到柵格評價中。本文在柵格聚類過程中應用到的灰色聚類來源于灰色系統理論，其重要的功能是完成種群或個體之間的辨識分類[3]。分類過程中主要是根據劃分完畢的柵格所具有的灰類，將其進行聚類處理后，會在軟件上顯示出橘色聚類完畢的結果，根據結果對聚類后的柵格人工賦予聚類白化數。在上文的災害等級劃分中，將各個因子的危險等級一一對應灰色聚類結果，就將劃分出的各個柵格作為聚類的對象，將評價因子對各個柵格中的均質體進行標記，并按照灰色聚類的基本步驟進行運算。由于各個柵格內的區域情況不同，因此在評價的過程中，選取的評價因子量綱會存在一定的差異。當各個柵格數值之間的差異巨大時，聚類灰化數值的可比性以及等效性會受到一定程度的影響，為了解決這個問題，需要將不同量綱中的變量數值相同。對于本文選取的10個評價因子來說，不同的量綱需要將其中的數據進行歸一化處理。按照上述的流程可以得到各個柵格內評價因子的各個指標量，進而判斷出柵格內部的危險性等級。

2 評價結果分析

根據上述的方法對甘肅省西部地區某礦山地質災害危險性進行評價，結果表明，地質災害的危險性較高的區域分布在該研究區的東南、正西位置帶上，地質災害的危險性中等的區域分布在該研究區的西南、西北位置，地質災害的危險性較小的區域分布在該研究區的正北、東北位置上。該評價結果與研究區的實際勘查情況相符，說明本文設計的礦山地質災害危險性分區評價方法具有一定的有效性，在實際的礦山勘查應用中是可行的。

3 結語

本文采用灰色聚類設計了礦山地質災害危險性分區評價方法，經過實際的應用可以發現本文設計的評價方法具有很高的可行性和可靠性，提取到危險性評價的指標因子并計算出權重，應用灰色聚類完成了原始數據的無量綱化處理，為后續的評價過程提供了便利條件。

從評價的結果上可以看出，本文通過分析礦區的基本情況，利用柵格的分析形式打破了傳統分區評價中的局限性，對于面積大、地質條件復雜的礦山研究區來說有著很高的適配性。