張 喆

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉 735000）

對(duì)礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要是對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)歷史以及礦產(chǎn)開采工程建設(shè)中對(duì)地質(zhì)的破壞程度進(jìn)行研究與探討。采礦過程的安全是工程建設(shè)過程中的重要考慮內(nèi)容，對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行危險(xiǎn)性分區(qū)評(píng)價(jià)是工程安全的有效保證。在評(píng)價(jià)的過程中，主要包括對(duì)礦山附近的環(huán)境、地質(zhì)、水文、氣候以及勘探現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行科學(xué)合理的分析與評(píng)估。對(duì)于甘肅省西部地區(qū)來說，想要進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，就需要準(zhǔn)確把握以上評(píng)價(jià)內(nèi)容中能夠引起危險(xiǎn)性的因素，確定各個(gè)因素在地質(zhì)災(zāi)害中重要性的占比。準(zhǔn)確地對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)評(píng)價(jià)，有利于對(duì)甘肅省西部地區(qū)的礦產(chǎn)安全開發(fā)提供參考，在制定礦區(qū)防災(zāi)減災(zāi)措施中提供可靠的依據(jù)。

1 甘肅省西部地區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)評(píng)價(jià)方法研究

1.1 提取評(píng)價(jià)因子

在對(duì)某地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)時(shí)，首先就是要建立一個(gè)該區(qū)域能夠使用的評(píng)價(jià)體系。評(píng)價(jià)體系中的評(píng)價(jià)因子是決定評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確與否的重要信息。評(píng)價(jià)因子大概可以分為兩大類，一是該地區(qū)的歷史地質(zhì)災(zāi)害情況，二是結(jié)合目前礦山的開采情況、自然條件以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)等[1]。通過對(duì)以上兩大類的信息進(jìn)行分析，以該地區(qū)為模板來預(yù)測(cè)未來礦山可能會(huì)出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害的時(shí)間、規(guī)模以及頻率。因此在本文設(shè)計(jì)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)評(píng)價(jià)方法中，在評(píng)價(jià)因子提取的過程中，要根據(jù)甘肅省西部地區(qū)礦山區(qū)域內(nèi)最新的地質(zhì)災(zāi)害信息中提取出來一些塌陷、裂縫等重大地質(zhì)災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)，并在PC段的MAPGIS平臺(tái)中進(jìn)行分區(qū)，得到研究區(qū)單位面積評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)在歷史過程中所有發(fā)生過地質(zhì)災(zāi)害的位置點(diǎn)，統(tǒng)稱為災(zāi)害點(diǎn)密度；評(píng)價(jià)體系中第二個(gè)評(píng)價(jià)因子就是礦山的坡度。由于甘肅省西部地區(qū)具有獨(dú)特的地理?xiàng)l件，因此礦區(qū)一般處于山區(qū)。對(duì)于礦山來說，可以作為評(píng)價(jià)因子的坡度主要是用來描述礦山與地面的傾斜程度。示意圖如下圖所示。

圖1 礦山地區(qū)坡度示意圖

從上圖的坡度標(biāo)識(shí)可以看出，坡度實(shí)際上是礦山高度在變化過程中的最大比率，從數(shù)學(xué)概念上來說，屬于一個(gè)微分問題，因此在評(píng)價(jià)因子提取中，選擇1:10000的DEM高程增量為基礎(chǔ)，在MAPGIS平臺(tái)上對(duì)礦山進(jìn)行建模分區(qū)。分區(qū)評(píng)價(jià)方法中的第三個(gè)評(píng)價(jià)因子為坡向，坡向提取需要經(jīng)過分析平臺(tái)中的窗口分析掃描，表示出礦山區(qū)域斜坡所面對(duì)的方位。該因子從表面上看對(duì)于礦山地質(zhì)災(zāi)害的影響較小，但是實(shí)際上較高的坡向會(huì)造成礦山坡度上的水熱飽和程度過高，引起山體塌方或地面裂紋等地質(zhì)災(zāi)害，該條件是打破地質(zhì)災(zāi)害規(guī)律的重要破壞因子[2]。因子提取中涉及到的第四個(gè)因子則是地層的巖性，礦山的地層巖性如果受到板塊變遷的影響而造成巖質(zhì)疏松，或是地下巖層出現(xiàn)了不足以支撐開采的不完整結(jié)構(gòu)，地層巖性則會(huì)成為地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的誘發(fā)因素。因此在評(píng)價(jià)因子的提取過程中，不可以忽略地層巖性的影響，發(fā)生礦山地質(zhì)災(zāi)害的頻率與嚴(yán)重程度也有一定的區(qū)別。按照上述尋找評(píng)價(jià)因子的機(jī)制，在評(píng)價(jià)方法中找出若干個(gè)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害有影響的因子，依次為：礦山相對(duì)高差、河流情況、平均降水量、工程開采進(jìn)度、植被覆蓋情況、該地區(qū)預(yù)計(jì)地震強(qiáng)度等。至此完成評(píng)價(jià)因子的提取。

1.2 確定評(píng)價(jià)因子權(quán)重

根據(jù)上述的評(píng)價(jià)因子，結(jié)合甘肅省西部地區(qū)礦山的實(shí)際情況，對(duì)以上的評(píng)價(jià)因子的災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)分級(jí)，如下表所示。

表1 礦山地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)因子危險(xiǎn)性分級(jí)

按照以上的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合甘肅省西部地區(qū)的實(shí)際情況，按照以下方法對(duì)其進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)計(jì)算：

上式中，Wj表示第j個(gè)評(píng)價(jià)因子在研究區(qū)域內(nèi)的危險(xiǎn)性系數(shù)，也稱為危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的綜合量值，θi表示該評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，Qi表示評(píng)價(jià)因子危險(xiǎn)性分級(jí)的得分，n表示參與該次評(píng)價(jià)的因子總數(shù)。

評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重確定要根據(jù)礦山區(qū)域中存在的地質(zhì)災(zāi)害情況具體問題具體分析，在經(jīng)過權(quán)重計(jì)算之后形成可以量化的數(shù)據(jù)，根據(jù)得到的因子危險(xiǎn)性劃分等級(jí)，獲取到評(píng)價(jià)因子的得分，進(jìn)一步計(jì)算出各個(gè)因子的相關(guān)權(quán)重。

1.3 甘肅省西部地區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)評(píng)價(jià)

根據(jù)甘肅省西部地區(qū)的某礦山地質(zhì)情況以及工程開采進(jìn)度的特點(diǎn)，想要對(duì)研究區(qū)進(jìn)行分區(qū)評(píng)價(jià)，可以利用柵格單元網(wǎng)格作為分區(qū)工具。在劃分的過程中，網(wǎng)格的間距設(shè)置為300m，那么每個(gè)柵格的面積為0.09km2，在劃分過程中，如果遇到研究區(qū)的邊界不足以填滿柵格，需要向外延伸將柵格填滿。按照上節(jié)中得到的危險(xiǎn)性系數(shù)的基礎(chǔ)上，需要在柵格內(nèi)區(qū)域的氣質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行綜合分區(qū)。在分區(qū)的過程中，主要是依靠分區(qū)界值，并結(jié)合灰色聚類法進(jìn)行評(píng)價(jià)。在完成柵格分區(qū)之后，需要將各個(gè)柵格中的礦區(qū)地質(zhì)情況視為灰色系統(tǒng)研究對(duì)象，并將灰色聚類方法應(yīng)用到柵格評(píng)價(jià)中。本文在柵格聚類過程中應(yīng)用到的灰色聚類來源于灰色系統(tǒng)理論，其重要的功能是完成種群或個(gè)體之間的辨識(shí)分類[3]。分類過程中主要是根據(jù)劃分完畢的柵格所具有的灰類，將其進(jìn)行聚類處理后，會(huì)在軟件上顯示出橘色聚類完畢的結(jié)果，根據(jù)結(jié)果對(duì)聚類后的柵格人工賦予聚類白化數(shù)。在上文的災(zāi)害等級(jí)劃分中，將各個(gè)因子的危險(xiǎn)等級(jí)一一對(duì)應(yīng)灰色聚類結(jié)果，就將劃分出的各個(gè)柵格作為聚類的對(duì)象，將評(píng)價(jià)因子對(duì)各個(gè)柵格中的均質(zhì)體進(jìn)行標(biāo)記，并按照灰色聚類的基本步驟進(jìn)行運(yùn)算。由于各個(gè)柵格內(nèi)的區(qū)域情況不同，因此在評(píng)價(jià)的過程中，選取的評(píng)價(jià)因子量綱會(huì)存在一定的差異。當(dāng)各個(gè)柵格數(shù)值之間的差異巨大時(shí)，聚類灰化數(shù)值的可比性以及等效性會(huì)受到一定程度的影響，為了解決這個(gè)問題，需要將不同量綱中的變量數(shù)值相同。對(duì)于本文選取的10個(gè)評(píng)價(jià)因子來說，不同的量綱需要將其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。按照上述的流程可以得到各個(gè)柵格內(nèi)評(píng)價(jià)因子的各個(gè)指標(biāo)量，進(jìn)而判斷出柵格內(nèi)部的危險(xiǎn)性等級(jí)。

2 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

根據(jù)上述的方法對(duì)甘肅省西部地區(qū)某礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性較高的區(qū)域分布在該研究區(qū)的東南、正西位置帶上，地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性中等的區(qū)域分布在該研究區(qū)的西南、西北位置，地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性較小的區(qū)域分布在該研究區(qū)的正北、東北位置上。該評(píng)價(jià)結(jié)果與研究區(qū)的實(shí)際勘查情況相符，說明本文設(shè)計(jì)的礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)評(píng)價(jià)方法具有一定的有效性，在實(shí)際的礦山勘查應(yīng)用中是可行的。

3 結(jié)語

本文采用灰色聚類設(shè)計(jì)了礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)評(píng)價(jià)方法，經(jīng)過實(shí)際的應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)本文設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)方法具有很高的可行性和可靠性，提取到危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的指標(biāo)因子并計(jì)算出權(quán)重，應(yīng)用灰色聚類完成了原始數(shù)據(jù)的無量綱化處理，為后續(xù)的評(píng)價(jià)過程提供了便利條件。

從評(píng)價(jià)的結(jié)果上可以看出，本文通過分析礦區(qū)的基本情況，利用柵格的分析形式打破了傳統(tǒng)分區(qū)評(píng)價(jià)中的局限性，對(duì)于面積大、地質(zhì)條件復(fù)雜的礦山研究區(qū)來說有著很高的適配性。