賈志超，黃華州，黃紹博，周 宇，王 波

(1.煤層氣資源與成藏過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221008；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221008；3.遼寧省能源地質(zhì)勘查開發(fā)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110013；4.鐵法煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，遼寧 鐵嶺 112700)

煤礦采動(dòng)區(qū)地面井煤層氣開發(fā)，是在礦井煤炭開采工作面上方地面施工至采動(dòng)裂隙帶煤層氣井，使用地面泵站提供負(fù)壓，利用采動(dòng)卸壓增流作用，抽采煤炭開采層及鄰近煤層內(nèi)因采動(dòng)卸壓而解吸的煤層氣[1-3]。淮南、鐵法等礦區(qū)[4-5]已實(shí)現(xiàn)了采動(dòng)區(qū)煤層氣地面規(guī)模性開發(fā)，但開發(fā)效果差異較大，單井產(chǎn)量從3萬(wàn)m3至365萬(wàn)m3不等，極少數(shù)井甚至僅產(chǎn)氣數(shù)百方[5]。為保障投入產(chǎn)出比，對(duì)采動(dòng)區(qū)煤層氣開發(fā)潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)極為必要。

采動(dòng)區(qū)煤層氣開發(fā)受資源條件[6]、水文地質(zhì)條件[7]、采掘工程條件[4,8-13]等因素影響。采動(dòng)對(duì)上覆煤層的卸壓增流作用可大幅增加儲(chǔ)層滲透率，在工作面上方產(chǎn)生一個(gè)富氣高滲的環(huán)形區(qū)域[4]；同時(shí)，相較于原位區(qū)富氣高滲的地質(zhì)條件要求，采動(dòng)區(qū)煤層氣開發(fā)更關(guān)注卸壓供氣區(qū)域內(nèi)的煤層氣資源情況[6]。水文地質(zhì)條件可影響地面井的服務(wù)時(shí)間，采動(dòng)影響范圍內(nèi)的強(qiáng)富水性含水層可導(dǎo)致井孔充水，影響地面井抽采。采高、回采速度等煤炭開采工程條件也是采動(dòng)區(qū)煤層氣開發(fā)的主要影響因素，一般而言，采高增大，礦壓顯現(xiàn)更劇烈，采動(dòng)對(duì)上覆煤層的卸壓增流作用越好，但也會(huì)導(dǎo)致更大的巖層移動(dòng)，破壞或錯(cuò)斷并堵實(shí)地面井孔[4]；工作面推進(jìn)速度快會(huì)導(dǎo)致采動(dòng)卸壓范圍減小，裂隙帶發(fā)育較低，不利于上覆煤層氣資源的產(chǎn)出，同時(shí)會(huì)增大工作面中部壓實(shí)區(qū)，導(dǎo)致煤層氣富集區(qū)域(即“O”型圈)寬度變窄[12-13]。地面井井孔穩(wěn)定性若不能保障，如井孔被錯(cuò)斷或堵塞，則會(huì)使氣體喪失產(chǎn)出通道，極大縮短采動(dòng)區(qū)井的抽采時(shí)間[8]。

開發(fā)潛力評(píng)價(jià)是一個(gè)涉及多因素、多量綱的復(fù)雜問(wèn)題[10]，其評(píng)價(jià)方法有專家調(diào)查法、層次分析法、關(guān)聯(lián)函數(shù)法、熵權(quán)法、標(biāo)準(zhǔn)離差法[14]等。上述方法在沁水盆地榆社、武鄉(xiāng)、柿莊北區(qū)塊等地的原位區(qū)煤層氣開發(fā)中已有應(yīng)用[14-15]，而采動(dòng)區(qū)的應(yīng)用還不夠完備。相比較而言，關(guān)聯(lián)函數(shù)法、熵權(quán)法以及標(biāo)準(zhǔn)離差法適用條件較苛刻，且熵權(quán)法僅以數(shù)據(jù)作為權(quán)重確定的依據(jù)，評(píng)價(jià)權(quán)重過(guò)于客觀，容易偏離實(shí)際目標(biāo)；專家調(diào)查法及層次分析法適用范圍廣，但專家調(diào)查法以結(jié)果為導(dǎo)向，對(duì)評(píng)價(jià)的過(guò)程分析簡(jiǎn)單，無(wú)量化評(píng)價(jià)過(guò)程；層次分析法雖可處理多量綱下的復(fù)雜問(wèn)題，但其缺陷在于存在一定的主觀性，權(quán)重分配過(guò)程不夠客觀。為避免采動(dòng)區(qū)開發(fā)的盲目性，遵循主客觀相結(jié)合的原則，筆者建立了基于層次分析法(AHP)及熵權(quán)法的綜合評(píng)價(jià)體系，結(jié)合鐵法礦區(qū)曉南礦煤層氣開發(fā)需求，對(duì)該評(píng)價(jià)體系進(jìn)行驗(yàn)證，為該礦區(qū)內(nèi)采動(dòng)區(qū)及相似地質(zhì)條件礦區(qū)的煤層氣高效開發(fā)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 地質(zhì)概況

鐵法煤田為一同沉積盆地，曉南煤礦位于鐵法斷陷盆地東南角，為鐵法沉積盆地內(nèi)部的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元。鐵法礦區(qū)地層由老至新為元古界前震旦系(Anz)、中生界白堊系下統(tǒng)(K1)、新生界第四系(Q)。礦區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，主體構(gòu)造為寬緩的NNE向褶曲。主要可采煤層為白堊系下統(tǒng)阜新組上含煤段的4、7煤，下含煤段的14、15煤，9、13、16煤局部可采，2、8、12、17煤零星可采。曉南礦各煤層煤巖組分以亮煤、暗煤為主，鏡煤及絲炭次之。煤層傾角4°～10°，煤類以長(zhǎng)焰煤、氣煤為主。宏觀煤巖類型主要是半亮型煤，少見光亮型煤和暗淡型煤。各煤層灰分為15%～20%，揮發(fā)分為10%～48%。

區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件中等，含水層主要為第四系含水層、白堊系泉頭組承壓含水層及阜新組承壓含水層。其中，泉頭組承壓含水層滲透性系數(shù)僅為0.000 508～0.000 536 m/d，徑流及排泄條件差，且含水層發(fā)育不連續(xù)，富水性極弱；阜新組承壓含水層主要分布于4煤及7煤頂?shù)装鍍?nèi)，滲透性系數(shù)為0.004 58 m/d，含水性極微弱，徑流及排泄條件同樣極差；阜新組中部還具有隔水的砂泥巖段，全區(qū)普遍發(fā)育，形成了良好的隔水層。因此，除第四系含水層對(duì)鉆井存在部分影響外，其余含水層對(duì)采動(dòng)區(qū)煤層氣地面井開發(fā)基本無(wú)影響。

1.2 煤炭及煤層氣開采情況

曉南礦設(shè)計(jì)產(chǎn)能210萬(wàn)t，礦區(qū)面積約21 km2，2017年礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為36.5 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為11.7 m3/t，為高瓦斯礦井。截至2018年底，礦區(qū)內(nèi)尚未建設(shè)煤層氣地面井，但鄰近的大興礦、小明礦建井?dāng)?shù)量超過(guò)90口。

曉南礦采用走向長(zhǎng)壁及傾斜長(zhǎng)壁頂板自然冒落開采法采煤，機(jī)械化開采，現(xiàn)主采煤層為4-2、14、15-2、16-2煤，礦井生產(chǎn)工作面開采方法以刨煤機(jī)開采為主。4煤的平均含氣量為7.4 m3/t，其他主采煤層平均含氣量均為11.3 m3/t。煤層自燃等級(jí)為Ⅰ—Ⅱ級(jí)，當(dāng)前開采深度范圍為300～700 m，工作面采高一般位于1～2 m。2018年規(guī)劃采區(qū)共16個(gè)，分布于4、14、15、16煤。具體分布情況及構(gòu)造發(fā)育如圖1所示。

2 評(píng)價(jià)體系建立

2.1 評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐旨斑x取原則

圖1 鐵法礦區(qū)曉南礦規(guī)劃采區(qū)分布及構(gòu)造綱要圖Fig.1 Distribution of the planned panels and the tectonic outline of Xiaonan Mine，Tiefa Mining Area

除晉城礦區(qū)外，采動(dòng)區(qū)煤層氣地面開發(fā)的目標(biāo)一般為開采層+卸壓范圍內(nèi)煤層。隨著采煤工作的推進(jìn)，開采層及卸壓范圍內(nèi)煤層即會(huì)解吸出大量煤層氣。煤礦開采產(chǎn)生的上三帶中，冒落帶及裂隙帶內(nèi)以垂向裂隙為主，卸壓效果較好；同時(shí)本區(qū)開采煤層鄰近層多位于上部冒落帶、裂隙帶內(nèi)，故本文中采動(dòng)區(qū)評(píng)價(jià)單元模型以本煤層+冒落帶、裂隙帶為準(zhǔn)，以充分卸壓角作為卸壓范圍邊界。利用經(jīng)驗(yàn)公式[4]即可精確計(jì)算冒落帶、裂隙帶高度，充分卸壓角在走向上取70°，傾向上取75°。

通過(guò)一票否決制度，對(duì)不適于進(jìn)行采動(dòng)區(qū)煤層氣地面開發(fā)的工作面進(jìn)行篩除。只有當(dāng)評(píng)價(jià)單元內(nèi)資源量具備一定開發(fā)潛力，同時(shí)具有工程上的可行性且不危害井下采煤安全時(shí)，評(píng)價(jià)單元才可參與綜合評(píng)價(jià)。

根據(jù)上述條件，建立以下4個(gè)“一票否決”條件，對(duì)曉南礦16個(gè)規(guī)劃工作面進(jìn)行篩選：

①考慮當(dāng)?shù)靥烊粴鈨r(jià)格及投資運(yùn)營(yíng)成本，在保障經(jīng)濟(jì)效益情況下，確定評(píng)價(jià)單元資源量下限，低于下限的評(píng)價(jià)單元不參與評(píng)價(jià)；

②工作面上方無(wú)積水區(qū)、未被采空區(qū)覆蓋。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，穿采空區(qū)鉆井難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，且在積水區(qū)鉆井易危害井下生產(chǎn)。因此，工作面上方存在積水區(qū)或采空區(qū)則不建議開發(fā)；

③地表?xiàng)l件不適宜鉆場(chǎng)施工時(shí)，則認(rèn)為評(píng)價(jià)單元無(wú)工程可行性，如評(píng)價(jià)單元地表為水域或建筑區(qū)域；

④若井下建設(shè)高位鉆孔、底抽巷等抽采措施，則無(wú)需進(jìn)行地面開發(fā)。

曉南礦規(guī)劃采區(qū)共16個(gè)，在經(jīng)過(guò)上述條件篩選后，曉南礦參評(píng)單元共12個(gè)。

2.2 綜合評(píng)價(jià)體系

采動(dòng)區(qū)煤層氣開發(fā)潛力評(píng)價(jià)，首先需構(gòu)建適宜的指標(biāo)體系，規(guī)范各評(píng)價(jià)單元參數(shù)。資源潛力及工程風(fēng)險(xiǎn)與實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益直接相關(guān)，是采動(dòng)區(qū)煤層氣地面開發(fā)中需要考慮的主要因素；同時(shí)，由于各參評(píng)單元尺寸及埋深等地質(zhì)條件的差異，不同參評(píng)單元地面井?dāng)?shù)量、單井投資也不相同，因此加入經(jīng)濟(jì)性條件對(duì)評(píng)價(jià)體系進(jìn)行補(bǔ)充。

據(jù)此，建立一個(gè)以資源條件、開發(fā)條件及經(jīng)濟(jì)性條件為一級(jí)指標(biāo)，下屬共9個(gè)二級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖2所示。

圖2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.2 Evaluation index system

2.2.1 資源條件

資源量、資源豐度及高滲體積為衡量評(píng)價(jià)單元資源開發(fā)潛力的3個(gè)二級(jí)指標(biāo)。資源量即為本層+卸壓范圍內(nèi)煤層氣資源，本文采用本煤層+冒落帶、裂隙帶內(nèi)煤層氣資源進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)計(jì)算冒落帶、裂隙帶發(fā)育高度，再根據(jù)發(fā)育高度及充分卸壓角統(tǒng)計(jì)裂隙帶內(nèi)煤炭總量，依據(jù)收集所得含氣量參數(shù)計(jì)算煤層氣資源量。資源豐度即為單位面積內(nèi)煤層氣資源，是評(píng)價(jià)煤層氣資源富集程度的重要指標(biāo)。

李樹剛等[12]通過(guò)相似材料模擬，總結(jié)了壓實(shí)區(qū)長(zhǎng)、寬、高與推進(jìn)速度的演化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，本文推導(dǎo)了不同工作面長(zhǎng)度下的推進(jìn)速度與壓實(shí)區(qū)尺寸計(jì)算曲線(圖3)。

求得壓實(shí)區(qū)尺寸后，高滲區(qū)體積即為卸壓范圍與壓實(shí)區(qū)體積之差(圖4)。高滲區(qū)域內(nèi)煤層甲烷解吸更為充分，同時(shí)較高的滲透性以及較大的裂隙空間均為采動(dòng)區(qū)煤層氣開發(fā)的有利條件，因此，高滲區(qū)域的尺寸越大，越利于采動(dòng)區(qū)井的高效抽采。

2.2.2 開發(fā)條件

圖3 不同工作面尺寸下推進(jìn)速度與壓實(shí)區(qū)長(zhǎng)度計(jì)算曲線Fig.3 Calculation curve of advancing speed and compaction zone length under different panel sizes

圖4 富氣高滲區(qū)域Fig.4 Schematic diagram of gas-rich and high-permeability area

自燃傾向、采高、回采速度及埋深是評(píng)價(jià)開采風(fēng)險(xiǎn)的4個(gè)二級(jí)指標(biāo)。煤炭自燃會(huì)嚴(yán)重制約地面井服務(wù)周期，而將自燃傾向納入評(píng)價(jià)體系可避免因抽采導(dǎo)致的井下煤炭自燃。現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[16]按吸氧量Vd>0.7、0.4～0.7、<0.4 cm3/g分為Ⅰ級(jí)(容易自燃)、Ⅱ級(jí)(自燃)、Ⅲ級(jí)(不宜自燃)3個(gè)等級(jí)，級(jí)別越高，吸氧量越大，越容易在抽采過(guò)程中發(fā)生井下自燃現(xiàn)象，危害采煤安全，影響地面井抽采時(shí)間。采高、回采速度以及埋深是采動(dòng)區(qū)煤層氣地面開發(fā)的重要工程條件，大采高、過(guò)快的推進(jìn)速度可導(dǎo)致巖層移動(dòng)更加劇烈；同時(shí)埋深過(guò)大一方面使得地層壓力更大，卸壓作用更為劇烈，另一方面穿過(guò)巖層界面過(guò)多使得離層拉伸、順層剪切等危害井筒穩(wěn)定的不利因素更加容易發(fā)生，危害地面井穩(wěn)定性。因此，通過(guò)煤層自燃等級(jí)、采高、回采速度、埋深等條件來(lái)表征地面井開發(fā)的工程風(fēng)險(xiǎn)，低自然傾向、小采高、較慢的回采速度、較淺的埋深利于開發(fā)。

2.2.3 經(jīng)濟(jì)性條件

預(yù)測(cè)成本及預(yù)估產(chǎn)值是采動(dòng)區(qū)地面開發(fā)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)的2個(gè)二級(jí)指標(biāo)。單井成本分為單井固定成本及單井浮動(dòng)成本兩部分，其中征地、井場(chǎng)建設(shè)、設(shè)備購(gòu)買及安裝均為單井固定成本，而鉆井、固井、測(cè)井、套管長(zhǎng)度等按進(jìn)尺不同，價(jià)格也有差異，加之油氣井套管單根長(zhǎng)度以十米為單位，故此處按實(shí)際煤層埋深取整十進(jìn)行估算；同時(shí)，地面井維護(hù)、動(dòng)力等與井筒服務(wù)時(shí)長(zhǎng)相關(guān)的投資，按工作面回采月數(shù)進(jìn)行估算。單井各項(xiàng)投資估算價(jià)格見表1。

表1 單井各項(xiàng)投資預(yù)估結(jié)果Table 1 Investment estimate of each well

采動(dòng)區(qū)井有效抽采半徑約為350 m[17]。研究區(qū)工作面寬度均小于350 m，考慮井間干擾以及最大程度降低成本，按500 m井間距沿走向布井，預(yù)估潛力區(qū)建井成本。各評(píng)價(jià)單元預(yù)估建井?dāng)?shù)見表2，結(jié)合預(yù)估建井?dāng)?shù)及單井投資計(jì)算各潛力區(qū)的預(yù)測(cè)成本。

表2 各單元預(yù)估建井?dāng)?shù)量Table 2 Estimated well construction quantity of each panel

由于采掘工作面會(huì)風(fēng)排一部分資源，卸壓影響范圍內(nèi)地質(zhì)資源量也無(wú)法完全采出，故本文中按地質(zhì)資源量的70%進(jìn)行計(jì)算，氣價(jià)參照沁水盆地及鄂東地區(qū)目前實(shí)際出廠價(jià)格1.25元/m3[18]計(jì)算，據(jù)此作為預(yù)估收益進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)。

通過(guò)數(shù)據(jù)收集及計(jì)算，參評(píng)單元指標(biāo)參數(shù)見表3。

2.3 指標(biāo)處理及權(quán)重確定

為了消除不同指標(biāo)在維度上的差異，在評(píng)價(jià)多指標(biāo)對(duì)象時(shí)應(yīng)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，即將其轉(zhuǎn)化為無(wú)量綱標(biāo)準(zhǔn)值。本文采用極差變換法[19]對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以保證綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。式(1)、式(2)分別為正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)的變換方法，變換后的各評(píng)價(jià)單元標(biāo)準(zhǔn)值見表4。

式中：ri為每列評(píng)價(jià)指標(biāo)第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值；xi為每列評(píng)價(jià)指標(biāo)第i個(gè)指標(biāo)的實(shí)際值。

層次分析法是目前最常用的指標(biāo)權(quán)重確定方法，但該方法的主觀性過(guò)強(qiáng)，權(quán)重分配不夠客觀；熵權(quán)法為一種基于樣本數(shù)據(jù)確定評(píng)價(jià)權(quán)重的方法，不包含評(píng)價(jià)者的主觀意見，但其缺陷在于評(píng)價(jià)權(quán)重過(guò)于客觀，可能偏離指標(biāo)實(shí)際。因此，本文結(jié)合兩種評(píng)價(jià)方法，利用熵權(quán)法對(duì)層次分析法所確定的權(quán)重進(jìn)行修正，以提高評(píng)價(jià)的合理性。

表3 曉南礦各評(píng)價(jià)單元參數(shù)Table 3 Parameter table of each evaluation unit in Xiaonan Mine

表4 評(píng)價(jià)單元指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值Table 4 Standard values of evaluation unit indicators

層次分析法權(quán)重的確定主要包括建立判斷矩陣、計(jì)算權(quán)重及一致性檢驗(yàn)3個(gè)步驟[20]。層次分析法的創(chuàng)立者T.L.Saaty提出，用元素相對(duì)重要性(表5)來(lái)建立判斷矩陣。由于元素確定過(guò)程的主觀性較強(qiáng)，為降低人為因素的干擾，利用正互反矩陣的特性，僅需人工確定首行元素，用首行元素對(duì)其余元素進(jìn)行計(jì)算[21]。計(jì)算公式見式(3)—式(5)：

式中：δij為判斷矩陣中第i行第j列的值；φij為判斷矩陣的轉(zhuǎn)換矩陣中第i行第j列的值。

以各一級(jí)指標(biāo)為例，介紹權(quán)重的確立方法。表6為各一級(jí)指標(biāo)間判斷矩陣的建立結(jié)果。

依據(jù)元素相對(duì)重要性表及權(quán)重計(jì)算公式建立矩陣后，再通過(guò)計(jì)算得出矩陣中的最大特征根所對(duì)應(yīng)的特征向量，該特征向量值即為對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。為保證計(jì)算結(jié)果的相對(duì)準(zhǔn)確性，采用T.L.Saaty提出的隨機(jī)一致性指標(biāo)CR進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[20]，其計(jì)算公式見式(6)—式(7)：

式中：CR為一致性比例；CI為一致性指標(biāo)；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，其取值僅與矩陣階數(shù)有關(guān)[22]；λmax為矩陣的最大特征根；n為矩陣的階數(shù)。當(dāng)CR＜0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣具有可接受的一致性，否則需重新修正計(jì)算，直至一致性通過(guò)。

表7為各一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)結(jié)果。

表6 一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣Table 6 Judement matrix of the first-level indicators

表7 層次分析法一級(jí)指標(biāo)權(quán)重確定結(jié)果Table 7 Weight determination result of the first-level indicators in AHP

按上述方法，再確定各一級(jí)指標(biāo)下屬二級(jí)指標(biāo)相對(duì)所屬一級(jí)指標(biāo)權(quán)重，隨后依據(jù)一級(jí)指標(biāo)間權(quán)重計(jì)算各二級(jí)指標(biāo)相對(duì)總目標(biāo)權(quán)重，計(jì)算結(jié)果見表8。

熵權(quán)法通過(guò)式(8)計(jì)算單行指標(biāo)熵權(quán)，利用式(9)來(lái)計(jì)算差異系數(shù)，并利用式(10)確定權(quán)重。

式中：ej為第j個(gè)二級(jí)指標(biāo)單行權(quán)重；m為二級(jí)指標(biāo)總數(shù)；n為每個(gè)指標(biāo)下參數(shù)總個(gè)數(shù)；Pij為第j個(gè)二級(jí)指標(biāo)的第i個(gè)參數(shù)；gj為第j個(gè)二級(jí)指標(biāo)的差異系數(shù)；WEj為熵權(quán)法計(jì)算所得第j個(gè)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重。

熵權(quán)法權(quán)重計(jì)算結(jié)果見表8。

本文采用常用的乘數(shù)合成歸一法，將熵權(quán)法所得權(quán)重對(duì)層次分析法進(jìn)行修正，如式(11)所示：

式中：Wj為第j個(gè)二級(jí)指標(biāo)的組合權(quán)重；WAj為層次分析法第j個(gè)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重。

組合權(quán)重計(jì)算結(jié)果見表8。

表8 層次分析法、熵權(quán)法及組合權(quán)重計(jì)算結(jié)果Table 8 Weight calculation results of AHP,entropy method and combined method

2.4 評(píng)價(jià)結(jié)果

通過(guò)前文計(jì)算所得權(quán)重，對(duì)曉南礦篩選所得12個(gè)潛力區(qū)分別用層次分析法、熵權(quán)法及組合權(quán)重進(jìn)行評(píng)分計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表9。各評(píng)價(jià)單元的綜合分值介于0.261～0.713。

表9 層次分析法、熵權(quán)法及組合權(quán)重評(píng)價(jià)結(jié)果Table 9 Evaluation results of AHP,entropy method and combined method

3 討論

以層次分析法為主、熵權(quán)法修正確定權(quán)重，對(duì)曉南礦12個(gè)預(yù)備采區(qū)進(jìn)行采動(dòng)區(qū)煤層氣開發(fā)潛力評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在曉南礦12個(gè)評(píng)價(jià)單元中，4個(gè)單元評(píng)價(jià)結(jié)果在0.6以上，顯示了較好的開發(fā)潛力(圖5)。

圖5 評(píng)價(jià)結(jié)果與資源量及預(yù)估收益對(duì)比Fig.5 Comparison of evaluation results,resources and net profit

資源量相近時(shí)，較好的開發(fā)條件和較高的資源豐度利于采動(dòng)區(qū)煤層氣的開發(fā)。例如N2-1502及N2-1401雖資源量充足，但二者規(guī)劃回采速度過(guò)快、埋深過(guò)大，開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)使得其評(píng)價(jià)結(jié)果較差；相反，資源量與N2-1502、N2-1401相近的N1-1604、E1-402由于具備較好的開發(fā)條件，且資源豐度較好，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果顯著高于前兩個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)。

結(jié)合建井成本及預(yù)測(cè)產(chǎn)值參數(shù)，估算了開發(fā)凈收益，結(jié)果顯示，評(píng)價(jià)結(jié)果排序靠前的評(píng)價(jià)單元凈收益也較高。資源量雖可影響凈收益，但資源豐度及建井成本也是不可忽視的因素。例如N2-1502及N2-1401雖資源量充足，但評(píng)價(jià)單元資源豐度偏低，建井?dāng)?shù)量多于其余工作面，導(dǎo)致其開發(fā)經(jīng)濟(jì)價(jià)值降低。因此認(rèn)為，評(píng)價(jià)結(jié)果在0.6以下，且凈收益在400萬(wàn)元以下的工作面的開發(fā)潛力相對(duì)較低。

同時(shí)，評(píng)價(jià)結(jié)果較高的工作面在構(gòu)造位置上也較為有利。由圖1可知，礦區(qū)內(nèi)發(fā)育一條貫穿南北的背斜，背斜兩翼發(fā)育一系列正斷層。西翼斷層以中小型為主，而東翼斷層規(guī)模較大；同時(shí)西翼為鐵法盆地向斜東翼，東翼則為鐵法盆地邊緣，褶皺和斷層共同作用下導(dǎo)致了礦區(qū)西側(cè)整體適宜煤層氣的賦存，東部則更容易逸出。加之西翼南部斷層發(fā)育比北部密集，使得煤層氣儲(chǔ)存條件在礦區(qū)西北側(cè)最有利，而東南側(cè)最差。而得分高于0.6的4個(gè)評(píng)價(jià)單元中，N1-1507、N2-1501、N1-1604這3個(gè)工作面位于礦區(qū)西北側(cè)，E1-402則位于礦區(qū)主背斜核部，均為礦區(qū)內(nèi)煤層氣賦存有利區(qū)。

組合權(quán)重評(píng)價(jià)結(jié)果在實(shí)際應(yīng)用中更為合理。通過(guò)對(duì)層次分析法、熵權(quán)法及組合權(quán)重的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析(圖6)，發(fā)現(xiàn)在熵權(quán)法及層次分析法結(jié)果相近時(shí)，組合權(quán)重結(jié)果也與之相吻合；而二者由于主客觀性問(wèn)題出現(xiàn)結(jié)果差距較大時(shí)，組合權(quán)重評(píng)價(jià)結(jié)果又對(duì)兩種方法的結(jié)果進(jìn)行綜合，避免了單一方法因本身缺陷導(dǎo)致的評(píng)價(jià)結(jié)果過(guò)于極端的現(xiàn)象。

圖6 層次分析法、熵權(quán)法及組合權(quán)重評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比Fig.6 Comparison of evaluation results in AHP,entropy method and combined method

4 結(jié)論

a.從資源潛力、工程開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)及開發(fā)經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，建立一個(gè)包含3個(gè)一級(jí)指標(biāo)、9個(gè)二級(jí)指標(biāo)的采動(dòng)區(qū)煤層氣開發(fā)潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；而后以層次分析法為主，通過(guò)熵權(quán)法修正，確立了評(píng)價(jià)體系各底層指標(biāo)權(quán)重。修正后的最大權(quán)重二級(jí)指標(biāo)為自燃等級(jí)0.256，最小為預(yù)估產(chǎn)值0.030。

b.采用一票否決制度初步篩選、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立、AHP-熵權(quán)法權(quán)重綜合確定、綜合得分量化計(jì)算的方法，對(duì)鐵法礦區(qū)曉南礦規(guī)劃采區(qū)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果得出4個(gè)得分大于0.6的潛力區(qū)，推薦進(jìn)行開發(fā)；同時(shí)，通過(guò)凈效益估算與構(gòu)造條件分析，發(fā)現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果較高的工作面其開采經(jīng)濟(jì)性同樣較好，且4個(gè)得分大于0.6的潛力區(qū)均位于礦區(qū)內(nèi)煤層氣賦存有利區(qū)，驗(yàn)證了評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性。

c.相較于單一方法，采用AHP-熵權(quán)法相結(jié)合的評(píng)價(jià)結(jié)果更為合理，有效避免了單一方法得出的部分結(jié)果較為極端的現(xiàn)象。評(píng)價(jià)結(jié)果具備一定實(shí)際工程開發(fā)及經(jīng)濟(jì)參考價(jià)值。