基于模糊综合评判方法的水文地质类型评价

田 鑫

（山西省晋中市能源局，山西 晋中市 030600）

1 水文地质条件

1.1 井田边界及其水力性质

开元矿井田为一南倾的单斜构造，北以15#煤露头线为界，南至闫庄保安煤柱线，东西以原地方煤矿即黄丹沟煤矿与邻近煤矿边界线为界。

从总体来看，含水层接受补给条件较差，迳流主要以层间迳流为主，迳流缓慢，排泄区不明显。井田内上覆盖层厚度大，补给条件差。由于本区地处区域地下水分水岭地带，地下水迳流缓慢，局部可能滞流，流向总体是由北向南。地下水排泄以人工排泄为主。

1.2 矿井充水条件

（1）充水水源

①上组煤充水水源

开元井田上组煤主要可采煤层为3#煤，3#煤位于山西组中上部，其顶底板砂岩裂隙含水层组是其直接充水含水层，但因其裂隙发育较弱，渗透性较弱，主要接受层间径流补给，对3#煤开采影响不大。3#煤层在矿区北部埋藏浅，由于地表发育季节性河流，局部地段受风化带和松散层含水层的影响；另外在陷落柱及断层等构造附近，风化带和松散层含水层可能对煤层开采产生影响。

②下组煤充水水源

石炭系下组煤主采煤层为9#、15#煤。9#煤位于太原组中上部，与3#煤距离约60 m，主要为薄层煤及泥岩，15#煤的直接充水含水层为K2灰，未对其进行专门抽水试验，总体石炭系含水层富水性均弱，通过疏放可解除对15#煤的突水威胁。

（2）充水强度分析

3#煤充水因素有新生界松散孔隙含水层，接受大气降水和地面径流补给。煤系风氧化带裂隙含水层也是3#煤的重要充水含水层，该层在局部薄弱处有可能和新生界含水层组发生水力联系导通补给。3#煤的顶底板砂岩裂隙含水层组是其直接充水含水层，但因其裂隙发育较弱，渗透性较弱，主要接受层间径流补给，煤系风氧化带含水层位于新生界松散层之下，井田北区浅部地段新生界松散层与煤系基岩风氧化带含水层可能存在有一定的水力联系。

2 模糊评价模型建立

2.1 评价体系确定

在参考相关文献的基础上[1-4]，对矿井水文地质条件的具体分析，把各指标进行分类划分层次，结果见表1。

表1 评价指标体系

2.2 一级指标权重

（1）判断矩阵

对于表1中的第二层的六个因素进行两两比较以及参考相关文献[5]，得到比较矩阵，则一级判别矩阵见表2。

表2 一级判断矩阵

（2）一级指标权重的计算和一致性检验

根据计算公式（1）和（2）得到C1～C6的权重集合为

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

下面进行一级指标的一致性检验

其中：

通过一致性检验，此比较矩阵有效。

2.3 二级指标组合权重计算

（1）含水层性质及补给条件子指标

表3 C11～C15判断判断矩阵

一致性检验：

其中

通过一致性检验，此比较矩阵有效。

（2）含水层富水性

C21单位涌水量，开元矿为1.0＜q≤5.0，得到C21的权重为B=0.3。

（3）矿井涌水量子指标

年平均与年最大同等重要，各取0.5，得到C41～C42的权重集合为B={0.5，0.5}。

（4）开采受水害影响程度

一次突水量大小与淹井危险性相比较为重要，取C51～C52的权重集合为B={0.7，0.3}。

（5）防治水工作难易程度

以往防治水工作中防治水工程量较大，难度较高，得到C61的权重为B=0.6。

（6）指标项组合权重

当一级指标和二级指标的权重系数求出后，即可得到各评价指标的组合权重。

3 矿井水文地质类型评判

3.1 矿井的水文地质指标

根据模糊评价理论对矿井水文地质条件的各单项指标进行评价，结果见表4。

表4 各指标评价值

3.2 矿井水文地质类型划分模糊评判

根据表4得到该矿井水文地质条件单因素评价矩阵为：

（1）一级模糊综合评价

由表3可知C1的子指标的权系数为[0.387，0.148，0.092，0.332，0.041]

归一化处理得到其单因素评价集：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）二级模糊综合评价

由表5可知，第一层六个因素的权系数为[0.044，0.044，0.121，0.193，0.326，0.272]。

故该矿井水文地质类型的评价集为：

表5 矿井水文地质类型划分评价指标权重

归一化处理R=[0.09，0.38，0.42，0.11]。

计算结果表明，矿井水文地质条件属于“简单”、“中等”、“复杂”、“极复杂”的隶属度分别为9%，38%，42%，11%。按最大隶属度原则，该矿井的水文地质条件属于“复杂”。

4 结语

本文应用模糊数学综合评判方法建立矿井水文地质类型划分模型，运用该模型进行水文地质类型评价，经排序计算和一致性检验后，得到的最后结果层次划分明确，矿井水文地质类型划分的评价结果为“复杂”，对指导矿井安全生产有一定的参考价值。