基于AHP的注浆效果多因素综合评价

叶　梅

（安徽理工大学地球与环境学院,安徽 淮南 232001）

基于AHP的注浆效果多因素综合评价

叶梅

（安徽理工大学地球与环境学院,安徽 淮南 232001）

注浆加固技术是对煤层底板距离灰岩含水层较近及富水异常地段采取底板注浆加固的防治措施，以此改造煤层底板隔水层有效厚度与强度，提高其阻水能力，防止突水事故发生，确保煤层安全开采[1]。以张集矿1413A工作面为研究背景，对影响注浆加固效果的主要因素进行分析和建模，通过对上段注浆进行模型训练，在进行对下段注浆效果评价，结果安全性较好。

底板砂岩；注浆加固；AHP综合评价

0　引言

张集煤矿A组煤煤层厚、煤质优良，地质储量5.14亿吨、可采储量2.35亿吨。但该煤层开采受到底板灰岩水的威胁，其石炭系C3-I组含水层是该煤层开采直接充水含水层。为确保A组煤首采面安全生产，需对1413A底板灰岩含水层富水区及含、导水通道进行探查与治理。

1　研究区概况

张集矿位于安徽省淮南市凤台县城西约20km处，本区地处淮河冲积平原，地形平坦，总体趋势为西北高、东南低。区内主要河流为位于东北部的西淝河，其流向自西北至东南，在鲁台孜入淮，是地表水汇集排泄的主渠道。本区所在地属季风暖温带半湿润气候，四季分明，冬冷夏热。

2　注浆效果多因素AHP综合评价

2.1 建立分析结构模型

结合注浆加固效果评价，影响注浆加固效果的主要因素归纳为7个方面：水量、水温、注浆后压力、吸水率、物探成果、P-Q曲线分析和钻孔取芯检查。基于对本次注浆加固效果评价，把7个主要方面归纳为定量分析判断和钻孔验证判断两个分目标。两个分目标层又分别受个下一层次因素的影响[2]，具体见图1。

图1　注浆加固效果的递阶层次结构模型

2.2 判断矩阵的构造与计算

判断矩阵针对上一层某因素，表示本层次元素两两之间相对重要性的比较。运用MATLAB中eig函数计算判断矩阵特征值并选择最大特征值λmax。对构造矩阵（C.R.）进行一致性检验。当C.R.＜0.10，认为判断矩阵具有较好的一致性，当需要对判断矩阵进行调整与修正。CI的值的大小，说明矩阵偏离一致性的程度的大小，值越大偏离程度越大，RI是平均随机一致性指标，其取值如表1所示。

在对现场人员、专家的调查的基础上，对9位专家的打分进行统计、计算，利用其平均值构造判断矩阵（表2～4）。

2.3 各因素权重确定

根据构造判断矩阵，当矩阵通过一致性检验，需计算因素优先级权重计算[3,4]。通过计算，构造的3个判断矩阵C.R.分别为0、0.0566与0，均通过一致性检验，各因素优先级权重计算结果详见表2～表4。

把以上分析与计算结果汇总，最终确定注浆加固评价指标优先级

表1　不同阶数矩阵的随机一致性指标R.I.取值表

表2　A-Bi判断矩阵及其计算结果（i=1，2）

表3　B1-Ci判断矩阵及其计算结果（i=1，2，3，4，5）

表4　B2-Ci判断矩阵及其计算结果（i=6，7）

权重，如表5所示。

表5　危险性等级评价级指标优先级权重

对层次总排序也需作一致性检验，由最高层到最低层逐层进行。模型中次目标层共有B1、B22个因素，对总目标的权重分别为0.889、0.113，下一层次C层（准侧层）共有的7个因素。层次C层的7个因素对上层Bj的层次单排序ijc数值如表6所示。C层的7个因素经过层次总排序得到各因素的权重结果如表7所示。层次总排序的一致性比率为C.R小于1。

2.4 建立评价等级集

表6　准则层各因素对次目标层层次单排序Cij数值表

表7　准则层各影响因素权重

根据我国煤矿安全生产的现状及工作面日常管理要求，将注浆加固效果等级水平划分为四个等级：Ⅰ安全性好；Ⅱ安全性较好；Ⅲ安全性差；Ⅳ安全性极差。并作了定性和定量的描述，具体见表8。

表8　注浆效果等级水平划分

设评价集为V，评语为Un，把危险性等级设计为“四等级制”，即：V=｛U1，U2，…，Un｝=｛Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ｝

2.5 模型训练

通过以上的分析，人为将安全性等级按照评价数值V进行平均分配，利用模型对上段和下段注浆进行计算与评价，一方面检验以上因素集和权重的合理性，另一方面使得数值V得到训练，更加准确的表达安全等级。

实现对工作面的计算与评价主要包括以下步骤：

（1）分析注浆加固评价因素，将可以量化描述的因素定量化；（2）利用分析结果，以各个因素对突水要求的满足程度为标准进行打分，一般数值0～1之间，数值越大表示越接近突水条件；（3）利用各个影响因素的赋值与权重的大小，对注浆加固评价数值V进行计算；其计算公式如下：

式中：iZ为各因素无量纲化评价值；iC为各因素的权重值。对照评价等级集，对注浆加固效果进行定性与定量相结合的评价。

3　 模型分析与结论

通过对工作面各评价因素的分析，对注浆上段和下段评价因素指标进行取值，具体如表9、表10所示。

利用表9中数据，对注浆上段影响因素评价数值V进行计算，确定其V值等于0.34834，安全性较好，与实际情况相符。对模型不做调整。利用表10中数据，对注浆下段影响因素评价数值V进行计算，确定其V值等于0.43189，安全性较好。

表9　上段注浆影响因素评价表

表10　下段注浆影响因素评价表

[1]冯志强.破碎煤岩体化学注浆加固机理分析及应用[J].煤炭科学技术,2008(10).

[2]郭金玉,张忠彬,孙庆云.层次分析法的研究与应用[J].中国安全科学学报,2008,18(05):148-153.

[3]兰继斌,徐扬,霍良安等.模糊层次分析法权重研究[J].系统工程理论与实践,2006,26(09):107-112.

[4]邓雪,李家铭,曾浩健等.层次分析法权重计算方法分析及其应用研究[J].数学的实践与认识,2012,42(07):93-100.

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

叶梅（1992-），女，安徽宿州人，硕士研究生，研究方向：水文地质与工程地质。