矿山水工环地质灾害风险预警评估技术研究

张秀琴

（甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730020）

1 矿山水工环地质灾害风险预警评估方法

1.1 评价因子选取与确定

根据矿山水工环地质灾害形成的机理和特点，结合矿区水工环地质特征以及自然地理，选取与矿山水工环地质灾害密切相关的地下水水位、地下水水量、地下水水压共三个因素，作为矿山水工环地质灾害的地质环境控制因素[1]。①地下水水位。地下水水位矿山水工环地质特征的基本信息，受矿产资源开采活动的干扰，矿山地质结构所受应力的平衡遭到破坏，在新的应力平衡过程中，采空区由于局部受力不均匀使围岩岩体发生变形直至断裂，进而形成导水裂隙带，地下水水位上升，并通过岩石缝隙喷涌而出，从而引发矿山水工环地质灾害[2]；②地下水水量。由于浅层地下水系统具有修复性特征，当含水层平衡状态被打破后，浅层地下水系统会通过将含水层中的水资源排泄的形式保持这种平衡状态，以此形成泥石流等水工环地质灾害，所以矿山地下水水量的变化对于预测分析矿山水工环地质灾害具有决定性作用；③地下水水压。含水层是浅层地下水资源的汇集区域，随着矿产资源开采对隔水层和底板的破坏，含水层也会随着发生上下移动，并且含水层内水资源会通过岩石缝隙向上涌动，在矿产资源开采后形成大规模的采空区后，含水层内水压与采空区压力无法形成抗衡，使含水层内水资源大量喷涌而出，容易形成严重的水工环地质灾害。综上，此次选取地下水水位、地下水水量、地下水水压作为矿山水工环地质灾害风险预警评价因子。

1.2 建立矿山水工环地质灾害风险预警评估矩阵

以上选取的三个评价因子，由于该三个原始数据的测量尺度有所不同，并且无法准确的确定各个评价因子是如何引发矿上水工环地质灾害的，所引发的矿山水工环地质灾害也是不同的，所以为了综合地下水水位、地下水水量、地下水水压数据信息，使最终的评估结果更加合理化和具体化，选用信息量法对评价因子进行数据转化，并建立相应的评估矩阵。将信息量法应用到矿山水工环地质灾害风险预警评估中，其主要是参照已经发生的矿山水工环地质灾害的区域信息，将各个影响矿山水工环地质稳定性的评价因子的原始数据进行转化，转化为反应矿山水工环地质稳定性的信息量制，根据信息量的大小来评估各个水工环地质灾害评级因子与矿山水工环地质灾害发生的关联程度，这样可以忽略评价变量的顺序性、间距性以及比率性问题，将所有的评价因子都作为分类型数据使用，实现数据测量尺度的统一。根据评价因子建立了矿山水工环地质灾害风险预警评估矩阵，其公式如下：

矩阵（1）中，C表示评价因子的特征向量，A表示评价因子。在矿山水工环地质灾害风险预警评估技术中，为了使决策分析定量化，形成上述模糊分析矩阵，按照模糊分析标度原则，采用1-9的比率标度进行两两分析指标的对比，以此建立矿山水工环地质灾害风险预警评估矩阵。

1.3 实现矿山水工环地质灾害风险预警评估

当建立完评估矩阵后，需要建立一个矿山水工环地质灾害风险评价语集，并对矩阵进行求解，输出与矩阵解相近的评价语。评价语集需要根据一定的评价规则对矿山水工环地质灾害给出总结性的评价结果，结合评价因子的权值建立矿山水工环地质灾害风险评语集，如下所示：

在公式（2）中，V表示评语集，v1表示矿山水工环地质灾害严重风险等级，v2表示矿山水工环地质灾害较高风险等级，以此类推，vn表示矿山水工环地质灾害风险最低的等级。对于矩阵的求解采用粒子群方法，粒子群方法是一种智能求解方法，具有通用性强、编码简单等优点，并且具有较高的收敛速度，粒子群方法对于矿山水工环地质灾害风险预警评估矩阵求解更具有优势，并且粒子群方法求解完矩阵后会自动选取与矩阵值相近的评语，以此实现了对矿山水工环地质灾害风险预警评估。

2 实验

此次针对矿山水工环地质灾害频发的问题，设计了一种矿山水工环地质灾害风险预警评估方法，为了证明该方法能更好的满足矿山水工环地质灾害评估需求，将其与传统方法进行对比，设计了一组对比实验。此次实验选取某矿区作为评估对象，使用两种评估方法对矿区水工环地质灾害进行风险预警评估，共评估8次，检验此次设计的矿山水工环地质灾害风险预警评估方法的评估误差。下图为两种方法的评估误差率对比图。

从图1可以看出，此次设计的方法评估误差率为5.6%，而传统方法平均误差率为19.8%，远远高于此次设计的方法。所以实验证明了矿山水工环地质灾害风险预警评估方法具有较低的评估误差率。

图1 评估误差对比图

3 结语

此次针对矿山水工环地质灾害频发的问题，设计了一种矿山水工环地质灾害风险预警评估技术，该技术具有相对完整的评估机制，能够结合矿山水工环地质特征准确的评估出水工环地质灾害风险等级，为矿山水工环地质灾害预防策略的制定提供依据。