基于模糊綜合評判方法的水文地質(zhì)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(zhì)條件

1.1 井田邊界及其水力性質(zhì)

開元礦井田為一南傾的單斜構(gòu)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(bǔ)給條件較差，逕流主要以層間逕流為主，逕流緩慢，排泄區(qū)不明顯。井田內(nèi)上覆蓋層厚度大，補(bǔ)給條件差。由于本區(qū)地處區(qū)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?shù)装迳皫r裂隙含水層組是其直接充水含水層，但因其裂隙發(fā)育較弱，滲透性較弱，主要接受層間徑流補(bǔ)給，對3#煤開采影響不大。3#煤層在礦區(qū)北部埋藏淺，由于地表發(fā)育季節(jié)性河流，局部地段受風(fēng)化帶和松散層含水層的影響；另外在陷落柱及斷層等構(gòu)造附近，風(fēng)化帶和松散層含水層可能對煤層開采產(chǎn)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(jìn)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(qiáng)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(bǔ)給。煤系風(fēng)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(fā)生水力聯(lián)系導(dǎo)通補(bǔ)給。3#煤的頂?shù)装迳皫r裂隙含水層組是其直接充水含水層，但因其裂隙發(fā)育較弱，滲透性較弱，主要接受層間徑流補(bǔ)給，煤系風(fēng)氧化帶含水層位于新生界松散層之下，井田北區(qū)淺部地段新生界松散層與煤系基巖風(fēng)氧化帶含水層可能存在有一定的水力聯(lián)系。

2 模糊評價模型建立

2.1 評價體系確定

在參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上[1-4]，對礦井水文地質(zhì)條件的具體分析，把各指標(biāo)進(jìn)行分類劃分層次，結(jié)果見表1。

表1 評價指標(biāo)體系

2.2 一級指標(biāo)權(quán)重

（1）判斷矩陣

對于表1中的第二層的六個因素進(jìn)行兩兩比較以及參考相關(guān)文獻(xiàn)[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(biāo)權(quán)重的計算和一致性檢驗

根據(jù)計算公式（1）和（2）得到C1～C6的權(quán)重集合為

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

下面進(jìn)行一級指標(biāo)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(biāo)組合權(quán)重計算

（1）含水層性質(zhì)及補(bǔ)給條件子指標(biāo)

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(quán)重為B=0.3。

（3）礦井涌水量子指標(biāo)

年平均與年最大同等重要，各取0.5，得到C41～C42的權(quán)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(quán)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(quán)重為B=0.6。

（6）指標(biāo)項組合權(quán)重

當(dāng)一級指標(biāo)和二級指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)求出后，即可得到各評價指標(biāo)的組合權(quán)重。

3 礦井水文地質(zhì)類型評判

3.1 礦井的水文地質(zhì)指標(biāo)

根據(jù)模糊評價理論對礦井水文地質(zhì)條件的各單項指標(biāo)進(jìn)行評價，結(jié)果見表4。

表4 各指標(biāo)評價值

3.2 礦井水文地質(zhì)類型劃分模糊評判

根據(jù)表4得到該礦井水文地質(zhì)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(biāo)的權(quán)系數(shù)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(quán)系數(shù)為[0.044，0.044，0.121，0.193，0.326，0.272]。

故該礦井水文地質(zhì)類型的評價集為：

表5 礦井水文地質(zhì)類型劃分評價指標(biāo)權(quán)重

歸一化處理R=[0.09，0.38，0.42，0.11]。

計算結(jié)果表明，礦井水文地質(zhì)條件屬于“簡單”、“中等”、“復(fù)雜”、“極復(fù)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(zhì)條件屬于“復(fù)雜”。

4 結(jié)語

本文應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)綜合評判方法建立礦井水文地質(zhì)類型劃分模型，運(yùn)用該模型進(jìn)行水文地質(zhì)類型評價，經(jīng)排序計算和一致性檢驗后，得到的最后結(jié)果層次劃分明確，礦井水文地質(zhì)類型劃分的評價結(jié)果為“復(fù)雜”，對指導(dǎo)礦井安全生產(chǎn)有一定的參考價值。