基于AHP的注漿效果多因素綜合評價

葉　梅

（安徽理工大學地球與環境學院,安徽 淮南 232001）

基于AHP的注漿效果多因素綜合評價

葉梅

（安徽理工大學地球與環境學院,安徽 淮南 232001）

注漿加固技術是對煤層底板距離灰巖含水層較近及富水異常地段采取底板注漿加固的防治措施，以此改造煤層底板隔水層有效厚度與強度，提高其阻水能力，防止突水事故發生，確保煤層安全開采[1]。以張集礦1413A工作面為研究背景，對影響注漿加固效果的主要因素進行分析和建模，通過對上段注漿進行模型訓練，在進行對下段注漿效果評價，結果安全性較好。

底板砂巖；注漿加固；AHP綜合評價

0　引言

張集煤礦A組煤煤層厚、煤質優良，地質儲量5.14億噸、可采儲量2.35億噸。但該煤層開采受到底板灰巖水的威脅，其石炭系C3-I組含水層是該煤層開采直接充水含水層。為確保A組煤首采面安全生產，需對1413A底板灰巖含水層富水區及含、導水通道進行探查與治理。

1　研究區概況

張集礦位于安徽省淮南市鳳臺縣城西約20km處，本區地處淮河沖積平原，地形平坦，總體趨勢為西北高、東南低。區內主要河流為位于東北部的西淝河，其流向自西北至東南，在魯臺孜入淮，是地表水匯集排泄的主渠道。本區所在地屬季風暖溫帶半濕潤氣候，四季分明，冬冷夏熱。

2　注漿效果多因素AHP綜合評價

2.1 建立分析結構模型

結合注漿加固效果評價，影響注漿加固效果的主要因素歸納為7個方面：水量、水溫、注漿后壓力、吸水率、物探成果、P-Q曲線分析和鉆孔取芯檢查。基于對本次注漿加固效果評價，把7個主要方面歸納為定量分析判斷和鉆孔驗證判斷兩個分目標。兩個分目標層又分別受個下一層次因素的影響[2]，具體見圖1。

圖1　注漿加固效果的遞階層次結構模型

2.2 判斷矩陣的構造與計算

判斷矩陣針對上一層某因素，表示本層次元素兩兩之間相對重要性的比較。運用MATLAB中eig函數計算判斷矩陣特征值并選擇最大特征值λmax。對構造矩陣（C.R.）進行一致性檢驗。當C.R.＜0.10，認為判斷矩陣具有較好的一致性，當需要對判斷矩陣進行調整與修正。CI的值的大小，說明矩陣偏離一致性的程度的大小，值越大偏離程度越大，RI是平均隨機一致性指標，其取值如表1所示。

在對現場人員、專家的調查的基礎上，對9位專家的打分進行統計、計算，利用其平均值構造判斷矩陣（表2～4）。

2.3 各因素權重確定

根據構造判斷矩陣，當矩陣通過一致性檢驗，需計算因素優先級權重計算[3,4]。通過計算，構造的3個判斷矩陣C.R.分別為0、0.0566與0，均通過一致性檢驗，各因素優先級權重計算結果詳見表2～表4。

把以上分析與計算結果匯總，最終確定注漿加固評價指標優先級

表1　不同階數矩陣的隨機一致性指標R.I.取值表

表2　A-Bi判斷矩陣及其計算結果（i=1，2）

表3　B1-Ci判斷矩陣及其計算結果（i=1，2，3，4，5）

表4　B2-Ci判斷矩陣及其計算結果（i=6，7）

權重，如表5所示。

表5　危險性等級評價級指標優先級權重

對層次總排序也需作一致性檢驗，由最高層到最低層逐層進行。模型中次目標層共有B1、B22個因素，對總目標的權重分別為0.889、0.113，下一層次C層（準側層）共有的7個因素。層次C層的7個因素對上層Bj的層次單排序ijc數值如表6所示。C層的7個因素經過層次總排序得到各因素的權重結果如表7所示。層次總排序的一致性比率為C.R小于1。

2.4 建立評價等級集

表6　準則層各因素對次目標層層次單排序Cij數值表

表7　準則層各影響因素權重

根據我國煤礦安全生產的現狀及工作面日常管理要求，將注漿加固效果等級水平劃分為四個等級：Ⅰ安全性好；Ⅱ安全性較好；Ⅲ安全性差；Ⅳ安全性極差。并作了定性和定量的描述，具體見表8。

表8　注漿效果等級水平劃分

設評價集為V，評語為Un，把危險性等級設計為“四等級制”，即：V=｛U1，U2，…，Un｝=｛Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ｝

2.5 模型訓練

通過以上的分析，人為將安全性等級按照評價數值V進行平均分配，利用模型對上段和下段注漿進行計算與評價，一方面檢驗以上因素集和權重的合理性，另一方面使得數值V得到訓練，更加準確的表達安全等級。

實現對工作面的計算與評價主要包括以下步驟：

（1）分析注漿加固評價因素，將可以量化描述的因素定量化；（2）利用分析結果，以各個因素對突水要求的滿足程度為標準進行打分，一般數值0～1之間，數值越大表示越接近突水條件；（3）利用各個影響因素的賦值與權重的大小，對注漿加固評價數值V進行計算；其計算公式如下：

式中：iZ為各因素無量綱化評價值；iC為各因素的權重值。對照評價等級集，對注漿加固效果進行定性與定量相結合的評價。

3　 模型分析與結論

通過對工作面各評價因素的分析，對注漿上段和下段評價因素指標進行取值，具體如表9、表10所示。

利用表9中數據，對注漿上段影響因素評價數值V進行計算，確定其V值等于0.34834，安全性較好，與實際情況相符。對模型不做調整。利用表10中數據，對注漿下段影響因素評價數值V進行計算，確定其V值等于0.43189，安全性較好。

表9　上段注漿影響因素評價表

表10　下段注漿影響因素評價表

[1]馮志強.破碎煤巖體化學注漿加固機理分析及應用[J].煤炭科學技術,2008(10).

[2]郭金玉,張忠彬,孫慶云.層次分析法的研究與應用[J].中國安全科學學報,2008,18(05):148-153.

[3]蘭繼斌,徐揚,霍良安等.模糊層次分析法權重研究[J].系統工程理論與實踐,2006,26(09):107-112.

[4]鄧雪,李家銘,曾浩健等.層次分析法權重計算方法分析及其應用研究[J].數學的實踐與認識,2012,42(07):93-100.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.237

葉梅（1992-），女，安徽宿州人，碩士研究生，研究方向：水文地質與工程地質。