基于GIS的煤层赋存条件综合评价

2014-07-09 07:37张忠文杨晓彤

江西煤炭科技 2014年2期

张忠文，王健，杨晓彤

（安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南232001）

煤层赋存条件的优劣直接影响着矿井巷道和工作面的布设以及煤炭资源的开采方式、支护方式等等。大量研究资料表明，地质构造、煤层顶板稳定性、煤层变异系数和可采系数是影响煤层赋存条件的主控因素〔1－3〕。然而，多数研究者对煤层赋存条件的评价倾向于单一因素或多个因素独立分析，并未将各影响因素综合于同一模型研究。本次研究拟揉合各个影响因素于同一模型，综合评价研究区煤层赋存条件。

本文选取淮南潘三煤矿东翼9煤层为研究对象，拟用GIS叠加技术综合影响煤层赋存条件因素，评价煤层的赋存条件。

1 研究区概况

潘三煤矿位于淮南煤田潘谢矿区南翼，主要可采煤层集中在山西组和下石盒子组中。淮南煤田按含煤岩系旋回结构特征从下至上划分为A、B、C、D、E五个含煤组，矿井开采主要为A、B、C三个含煤组。其中稳定煤层1层（13－1煤），较稳定煤层6层（11－2、8、7－1、5－2、4－2、4－1煤），不稳定煤层5层（17－1、16－2、16－1、6－1、1煤），全井田以稳定、较稳定煤层为主。其中9煤为B组煤层，属稳定性差、大部分不可采的薄煤层，厚度0～1.17m，结构较简单，顶底板以泥岩和砂质泥岩为主。为有效释放8煤瓦斯，节约资源，故有必要对9煤层赋存条件加以研究。

2 GIS多层叠加技术

综合评价煤层赋存条件，是指在研究影响煤层赋存条件因素的基础上，借助GIS技术平台，建立空间数据库和信息图层，编绘成以各个评价指标为主题的多个地质专题图件，并在GIS的平台上进行图层信息的采集，叠加和分析〔4〕，最终得出研究区煤层赋存条件综合评价结果图。

GIS叠加分析一般包括两种类型，一类是使用模糊综合评判方法的较为复杂的模型，另外一类是简单的图层权重叠加分析的模型。本次研究将采用较为简单的权重图层叠加分析。

3 评价指标

煤层赋存条件受诸多因素的影响，其评价指标体系的建立是进行评价工作的基础，评价指标体系建立的科学合理与否对评价结果的准确性有着直接影响。考虑到潘三煤矿勘探与生产的实际揭露情况，并多次征询专家意见，将顶板岩石沉积特征、顶板岩体结构特征和煤层特征三个因素作为评价潘三煤矿9煤层赋存条件的评价因素。根据这三类因素的相互影响关系，划分为若干评价指标（见图1）。

图1 煤层赋存条件影响因素的递阶层次模型

4 权重的确定

确定各个评价因素的所占权重是综合评价过程中又一个关键的环节，此时所说的权重实际上是一个相对权重，其大小即反映了该影响因素对总目标的影响大小，合理地选取因素权重才能更准确地反应实际情况。通过征询多位业内专家的意见并结合实践过程中的合理经验，客观地综合所需数据，还需对大量无法进行定量分析的因素进行合理的概念估算，最终计算出专家们所给的各因素评分值的方差和均值，以此来判断权重值是否合理。方差的大小反映了专家意见的一致性，均值则反映了专家意见的倾向性。由于专家所确定的是各因素对总目标的重要性程度，因此需要对其进行规整化。假设因素i对目标U的影响不一样，因此若将Ui两两相比较，就可得到因素i对目标重要性的权数比，所构成的矩阵C见式（1）。

总目标U的多个因素的重要性权数，可以通过求得矩阵特征值而解决。运用上述方法分别求得各评价因素与评价因子层的权重，最终即可得出各评价因素对总目标的权重（见表1）。

C应满足性质① Cii＝1，② Cij＝1／Cji，③ Cij＝Cik／Cjk。

表1 各影响因素对总目标影响权重

5 隶属度的确定

目前隶属函数的构造理论尚不成熟，也没有成熟有效的方法通过定量指标确立隶属度函数，从而得出隶属度值。构造隶属函数传统的方法主要有：模糊统计法、例证法、专家经验法、二元对比排序法、函数分段法等〔5〕。

本次研究采用面积百分比法来确定隶属度，运用GIS空间分析及其空间叠加技术将研究区9煤层划分为一千多个块断，每个块断的指标值各不相同，若采用上述其他方法去考虑每个块断的地质因素和评定指标，构造出对应的隶属矩阵，那么工作量过于庞大。因此本次采用简洁有效的面积百分比法来确定各影响因素的隶属区间及评定指标的隶属度，大大缩短了时间。以变异系数这一影响因素为例，其最终隶属区间及隶属度见表2。