基于AHP和GIS技術的礦山采空區地表塌陷風險影響研究

汪 云

（中國冶金地質總局山東正元地質勘查院，山東 泰安 2710000）

近年來，礦山采空區地表塌陷是我國主要地質災害之一。以往對地表塌陷地質災害的風險性進行研究主要是分區，多采用多因素綜合研究的方法，綜合研究方法是采用地理信息系統技術對地表塌陷影響因素進行綜合處理的方法[1]。本文通過總結前人的工作成果，以礦山采空區為研究對象，將層次分析法（AHP） 與GIS 技術相結合，對研究區進行地表塌陷風險研究。

1 研究方法

本文采用 AHP 和GIS 技術對礦山采空區地表區域塌陷風險性進行研究分析[2]。層次分析法（AHP）是根據決定總目標的兩兩因子相比較來確定其重要程度，該方法難以用定量的計算方法對地表塌陷的風險進行研究。而GIS在地理信息統計分析和對圖層疊加、處理方面的具有比較好的優勢，結合 AHP 能對礦山采空區地表塌陷風險影響作較全面的研究。

2 礦區概況

2.1 環境地質條件

2.1.1 地理條件

研究區北、東、南三面環山，西部相對開闊，北部為泰山山脈及其余脈，走向近東西， 自西向東分布有泰山、香山、大山，南部分布有徂徠山、蓮花山等，走向與北部泰山山脈大體平行，兩山脈均為山勢陡峻、切割強烈的中低山。東部為萬福山、鵬山等低山丘陵，中部為低緩起伏的平原，西部開闊。整個地勢由東向西傾斜，北、東、南三面又向盆地中部傾斜，牟汶河由東向西橫貫盆地中部。整個盆地外形為南緩北陡、向北突出的圓形盆地[3]。

2.1.2 地層分布及特征

研究區屬華北地層大區，晉冀魯地層區，魯西地層分區。區內地層發育有太古界前震旦紀泰山巖群變質巖，下古生界寒武紀、奧陶紀碳酸鹽巖、頁巖，石炭-二疊紀煤系地層，中生界侏羅紀、白堊紀砂巖，新生界古近紀、新近紀砂巖、礫巖、泥巖、泥灰巖、粘土巖及第四紀松散巖等。

2.2 礦山采空區地表發育特征

①裸露型礦區：是指碳酸鹽巖出露地表，局部土層厚度小于 1m 的區域。主要分布于研究區南部的泰安市岱岳區徂徠鎮-萊蕪市鋼城區一線，如習武山、木頭山等，在北部的內外弧斷裂之間亦有零星分布，面積 314.01km2。

②覆蓋型礦區：指下伏為碳酸鹽巖，上伏地層為第四系，且厚度大于 1m 的區域。主要分布在以下3個區域：泰安市城區-舊縣及以東至徂徠一帶；萊蕪西北大王莊-寨里一帶；萊蕪礦山背斜兩翼的 趙莊、主井、山子后、孟家莊、杜官莊、牛泉、西泉河等地區，即人們通常所說的第四系“天窗”地區。此外在萊蕪萊城區羊里鎮東北的山口村一帶、口鎮東北的棗園一帶、鋼城區的鵬山水源地、東泉-里辛水源地、清泥溝水源地一帶亦有零星分布，總面積 234.65km2。研究區內的地表塌陷地質災害主要發生在覆蓋型礦產分布區內。根據第四系覆蓋層巖性特征，結合地貌條件，劃分為河谷平原松散巖組覆蓋區、山前臺地松散巖組覆蓋區[4]。

③埋藏型礦區：指下伏碳酸鹽巖的上部除第四系覆蓋層之間，有一層厚度的古近系或其它時代非可溶巖 分布的地區，研究區內埋藏型礦區分布面積為 670.07km2。根據古近系蓋層厚度的不同，分為薄層埋藏區和厚層埋藏區，古近系厚度小于 30m 的為 薄層埋藏型，大于30m的為厚層埋藏區。薄層埋藏區分布在泰安市東羊婁北部、萊蕪市山子后、趙莊、谷家臺、杜官莊、泉河、孟家莊等地。

3 礦山地表塌陷風險定量研究

地表塌陷構成固體、液體及氣體三相力學平衡體系，地下水位變動達到一定幅度，平衡破壞，上覆松散沉積物突然塌落，形成上大下小的圓錐形塌陷坑。地表塌陷需要具備的基本因素包括覆蓋層條件、構造條件、地下水條件。地表塌陷發生的誘發因素是基巖巖性、地質構造、地下巖溶條件、土層結構、土層厚度、土層巖性、水位變幅、水位與基巖面關系、開采模數、防災減災管理水平、防災減災技術水平、建筑物抗塌性能、人口密度等。

結合當地的實際地質及其它情況，對可能造成礦區地表塌陷的危險因子進行綜合考慮，選取如下公式來求取地表塌陷危險指數

式中: n = 13; U為地表塌陷危險指數，其值越大表示潛在塌陷危險性越大，相反則表示危險性愈低; A 表示地表塌陷危險因子; Bi表示危險因子權重值。

4 結語

根據綜合研究得分，將研究區劃分為地表塌陷風險性高區、風險性中等區和風險性低區，風險性分區。

（1）風險性高區：總面積為28.63km2。其中，泰安地區面積有17.54km2，主要分布于省莊鎮 圣元官莊、桂林官莊、東羊婁、西羊婁、東苑莊一帶；城區東關一帶有小面積分布。萊蕪地區分布面積11.09km2，分布在萊蕪大王莊鎮西上崮，寨里鎮前-后枯河一帶，礦區孟 公清、西泉河、東泉河一帶，杜官莊有小面積分布。

（2）風險性中等區：分布于風險性高區外圍，總面積為168.70 km2。其中，泰安地區面積有109.03km2，主要分布在泰安城區—舊縣水源地大部，岱岳區徂徠-崅峪一帶；萊蕪地區面積 有 59.67km2，主要分布在大王莊鎮下崮-前張街、寨里鎮魚池、口鎮東北部、牛泉鎮東泉河、 侯家溝、八里溝一帶；高莊街道辦事處及顏莊鎮也有少量分布。

（3）風險性低區：研究面積52.12km2。分布于上述 2個風險區以外的隱伏型碳酸鹽巖類分布區。