礦山水工環地質災害風險預警評估技術研究

張秀琴

（甘肅省地礦局第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730020）

1 礦山水工環地質災害風險預警評估方法

1.1 評價因子選取與確定

根據礦山水工環地質災害形成的機理和特點，結合礦區水工環地質特征以及自然地理，選取與礦山水工環地質災害密切相關的地下水水位、地下水水量、地下水水壓共三個因素，作為礦山水工環地質災害的地質環境控制因素[1]。①地下水水位。地下水水位礦山水工環地質特征的基本信息，受礦產資源開采活動的干擾，礦山地質結構所受應力的平衡遭到破壞，在新的應力平衡過程中，采空區由于局部受力不均勻使圍巖巖體發生變形直至斷裂，進而形成導水裂隙帶，地下水水位上升，并通過巖石縫隙噴涌而出，從而引發礦山水工環地質災害[2]；②地下水水量。由于淺層地下水系統具有修復性特征，當含水層平衡狀態被打破后，淺層地下水系統會通過將含水層中的水資源排泄的形式保持這種平衡狀態，以此形成泥石流等水工環地質災害，所以礦山地下水水量的變化對于預測分析礦山水工環地質災害具有決定性作用；③地下水水壓。含水層是淺層地下水資源的匯集區域，隨著礦產資源開采對隔水層和底板的破壞，含水層也會隨著發生上下移動，并且含水層內水資源會通過巖石縫隙向上涌動，在礦產資源開采后形成大規模的采空區后，含水層內水壓與采空區壓力無法形成抗衡，使含水層內水資源大量噴涌而出，容易形成嚴重的水工環地質災害。綜上，此次選取地下水水位、地下水水量、地下水水壓作為礦山水工環地質災害風險預警評價因子。

1.2 建立礦山水工環地質災害風險預警評估矩陣

以上選取的三個評價因子，由于該三個原始數據的測量尺度有所不同，并且無法準確的確定各個評價因子是如何引發礦上水工環地質災害的，所引發的礦山水工環地質災害也是不同的，所以為了綜合地下水水位、地下水水量、地下水水壓數據信息，使最終的評估結果更加合理化和具體化，選用信息量法對評價因子進行數據轉化，并建立相應的評估矩陣。將信息量法應用到礦山水工環地質災害風險預警評估中，其主要是參照已經發生的礦山水工環地質災害的區域信息，將各個影響礦山水工環地質穩定性的評價因子的原始數據進行轉化，轉化為反應礦山水工環地質穩定性的信息量制，根據信息量的大小來評估各個水工環地質災害評級因子與礦山水工環地質災害發生的關聯程度，這樣可以忽略評價變量的順序性、間距性以及比率性問題，將所有的評價因子都作為分類型數據使用，實現數據測量尺度的統一。根據評價因子建立了礦山水工環地質災害風險預警評估矩陣，其公式如下：

矩陣（1）中，C表示評價因子的特征向量，A表示評價因子。在礦山水工環地質災害風險預警評估技術中，為了使決策分析定量化，形成上述模糊分析矩陣，按照模糊分析標度原則，采用1-9的比率標度進行兩兩分析指標的對比，以此建立礦山水工環地質災害風險預警評估矩陣。

1.3 實現礦山水工環地質災害風險預警評估

當建立完評估矩陣后，需要建立一個礦山水工環地質災害風險評價語集，并對矩陣進行求解，輸出與矩陣解相近的評價語。評價語集需要根據一定的評價規則對礦山水工環地質災害給出總結性的評價結果，結合評價因子的權值建立礦山水工環地質災害風險評語集，如下所示：

在公式（2）中，V表示評語集，v1表示礦山水工環地質災害嚴重風險等級，v2表示礦山水工環地質災害較高風險等級，以此類推，vn表示礦山水工環地質災害風險最低的等級。對于矩陣的求解采用粒子群方法，粒子群方法是一種智能求解方法，具有通用性強、編碼簡單等優點，并且具有較高的收斂速度，粒子群方法對于礦山水工環地質災害風險預警評估矩陣求解更具有優勢，并且粒子群方法求解完矩陣后會自動選取與矩陣值相近的評語，以此實現了對礦山水工環地質災害風險預警評估。

2 實驗

此次針對礦山水工環地質災害頻發的問題，設計了一種礦山水工環地質災害風險預警評估方法，為了證明該方法能更好的滿足礦山水工環地質災害評估需求，將其與傳統方法進行對比，設計了一組對比實驗。此次實驗選取某礦區作為評估對象，使用兩種評估方法對礦區水工環地質災害進行風險預警評估，共評估8次，檢驗此次設計的礦山水工環地質災害風險預警評估方法的評估誤差。下圖為兩種方法的評估誤差率對比圖。

從圖1可以看出，此次設計的方法評估誤差率為5.6%，而傳統方法平均誤差率為19.8%，遠遠高于此次設計的方法。所以實驗證明了礦山水工環地質災害風險預警評估方法具有較低的評估誤差率。

圖1 評估誤差對比圖

3 結語

此次針對礦山水工環地質災害頻發的問題，設計了一種礦山水工環地質災害風險預警評估技術，該技術具有相對完整的評估機制，能夠結合礦山水工環地質特征準確的評估出水工環地質災害風險等級，為礦山水工環地質災害預防策略的制定提供依據。