張忠文，王 健，楊曉彤

（安徽理工大學 地球與環(huán)境學院，安徽 淮南232001）

煤層賦存條件的優(yōu)劣直接影響著礦井巷道和工作面的布設以及煤炭資源的開采方式、支護方式等等。大量研究資料表明，地質構造、煤層頂板穩(wěn)定性、煤層變異系數和可采系數是影響煤層賦存條件的主控因素〔1－3〕。然而，多數研究者對煤層賦存條件的評價傾向于單一因素或多個因素獨立分析，并未將各影響因素綜合于同一模型研究。本次研究擬揉合各個影響因素于同一模型，綜合評價研究區(qū)煤層賦存條件。

本文選取淮南潘三煤礦東翼9煤層為研究對象，擬用GIS疊加技術綜合影響煤層賦存條件因素，評價煤層的賦存條件。

1 研究區(qū)概況

潘三煤礦位于淮南煤田潘謝礦區(qū)南翼，主要可采煤層集中在山西組和下石盒子組中?；茨厦禾锇春簬r系旋回結構特征從下至上劃分為A、B、C、D、E五個含煤組，礦井開采主要為A、B、C三個含煤組。其中穩(wěn)定煤層1層（13－1煤），較穩(wěn)定煤層6層（11－2、8、7－1、5－2、4－2、4－1煤），不穩(wěn)定煤層5層（17－1、16－2、16－1、6－1、1煤），全井田以穩(wěn)定、較穩(wěn)定煤層為主。其中9煤為B組煤層，屬穩(wěn)定性差、大部分不可采的薄煤層，厚度0～1.17m，結構較簡單，頂底板以泥巖和砂質泥巖為主。為有效釋放8煤瓦斯，節(jié)約資源，故有必要對9煤層賦存條件加以研究。

2 GIS多層疊加技術

綜合評價煤層賦存條件，是指在研究影響煤層賦存條件因素的基礎上，借助GIS技術平臺，建立空間數據庫和信息圖層，編繪成以各個評價指標為主題的多個地質專題圖件，并在GIS的平臺上進行圖層信息的采集，疊加和分析〔4〕，最終得出研究區(qū)煤層賦存條件綜合評價結果圖。

GIS疊加分析一般包括兩種類型，一類是使用模糊綜合評判方法的較為復雜的模型，另外一類是簡單的圖層權重疊加分析的模型。本次研究將采用較為簡單的權重圖層疊加分析。

3 評價指標

煤層賦存條件受諸多因素的影響，其評價指標體系的建立是進行評價工作的基礎，評價指標體系建立的科學合理與否對評價結果的準確性有著直接影響?？紤]到潘三煤礦勘探與生產的實際揭露情況，并多次征詢專家意見，將頂板巖石沉積特征、頂板巖體結構特征和煤層特征三個因素作為評價潘三煤礦9煤層賦存條件的評價因素。根據這三類因素的相互影響關系，劃分為若干評價指標（見圖1）。

圖1 煤層賦存條件影響因素的遞階層次模型

4 權重的確定

確定各個評價因素的所占權重是綜合評價過程中又一個關鍵的環(huán)節(jié)，此時所說的權重實際上是一個相對權重，其大小即反映了該影響因素對總目標的影響大小，合理地選取因素權重才能更準確地反應實際情況。通過征詢多位業(yè)內專家的意見并結合實踐過程中的合理經驗，客觀地綜合所需數據，還需對大量無法進行定量分析的因素進行合理的概念估算，最終計算出專家們所給的各因素評分值的方差和均值，以此來判斷權重值是否合理。方差的大小反映了專家意見的一致性，均值則反映了專家意見的傾向性。由于專家所確定的是各因素對總目標的重要性程度，因此需要對其進行規(guī)整化。假設因素i對目標U的影響不一樣，因此若將Ui兩兩相比較，就可得到因素i對目標重要性的權數比，所構成的矩陣C見式（1）。

總目標U的多個因素的重要性權數，可以通過求得矩陣特征值而解決。運用上述方法分別求得各評價因素與評價因子層的權重，最終即可得出各評價因素對總目標的權重（見表1）。

C應滿足性質① Cii＝1，② Cij＝1／Cji，③ Cij＝Cik／Cjk。

表1 各影響因素對總目標影響權重

5 隸屬度的確定

目前隸屬函數的構造理論尚不成熟，也沒有成熟有效的方法通過定量指標確立隸屬度函數，從而得出隸屬度值。構造隸屬函數傳統(tǒng)的方法主要有：模糊統(tǒng)計法、例證法、專家經驗法、二元對比排序法、函數分段法等〔5〕。

本次研究采用面積百分比法來確定隸屬度，運用GIS空間分析及其空間疊加技術將研究區(qū)9煤層劃分為一千多個塊斷，每個塊斷的指標值各不相同，若采用上述其他方法去考慮每個塊斷的地質因素和評定指標，構造出對應的隸屬矩陣，那么工作量過于龐大。因此本次采用簡潔有效的面積百分比法來確定各影響因素的隸屬區(qū)間及評定指標的隸屬度，大大縮短了時間。以變異系數這一影響因素為例，其最終隸屬區(qū)間及隸屬度見表2。

表2 變異系數隸屬區(qū)間及隸屬度

6 專題圖及評價結果

本次綜合評價是在GIS平臺上完成的，根據影響因素中的各個區(qū)域閾值賦其隸屬度，利用多層疊加技術對所有的專題圖件進行兩兩相交分析，分割出的每一小塊區(qū)域都含有每個影響因素的值，結合層次分析法得出的因素權重即可計算出每小塊區(qū)域的綜合值，綜合值大小即反映了該區(qū)域煤層賦存條件優(yōu)劣，綜合值越大，賦存條件越好。

影響煤層賦存條件的主控因素有8個，因此生成8幅專題圖件。如變異系數專題圖件（見圖2）。

圖2 變異系數專題

專題圖經疊加相交分析后，可計算出各塊段綜合值，利用頻數累計直方圖確定其評價區(qū)間（見表3）。

表3 綜合評價區(qū)間

7 結語

本次評價從評價資料的采集和評價結果的輸出，均在GIS平臺上實現。GIS的運用使得大量數據的分割、計算變得簡單可靠。

綜合評價成果（見圖3）直觀地反映了研究區(qū)域煤層賦存條件，其結果與9煤層鉆孔揭露情況基本一致。由于巷道尚未布設，評價結果與煤層實際賦存狀態(tài)相符程度還有待驗證。

圖3 綜合評價成果

〔1〕張玉林 .淮北花溝西井田主采煤層賦存規(guī)律及賦存條件綜合評價研究〔D〕.淮南：安徽理工大學，2009.

〔2〕方 杰，李 鵬 .爾林兔井田煤層賦存及開采條件研究〔J〕.陜西煤炭，2011（5）：64－66.

〔3〕張鄭偉 .劉店煤礦10煤賦存特征與綜采塊斷選擇研究〔D〕.淮南：安徽理工大學，2012.

〔4〕汪宏志，胡寶林，徐德金 .基于GIS技術的煤層底板突水危險性綜合評價〔J〕.煤炭科學技術，2008，36（10）：82－85.

〔5〕陳 賡 .基于GIS的頂板巖體穩(wěn)定性定量評價〔D〕.淮南：安徽理工大學，2012.