吳改梅

（山西省煤炭職業(yè)中等專業(yè)學(xué)校，山西 呂梁 030006）

0 引 言

因為我國煤炭礦井復(fù)雜的地質(zhì)條件導(dǎo)致礦井水災(zāi)事件頻發(fā)，既造成經(jīng)濟損失，甚至還有人員傷亡的情況發(fā)生[1-2]。煤炭礦井透水是煤炭礦井常見的主要地質(zhì)災(zāi)害之一，其主要受水文地質(zhì)的類型及其復(fù)雜程度的影響，如何采取煤炭礦井災(zāi)害防治，安全生產(chǎn)，合理安排采礦生產(chǎn)離不開礦井水文地質(zhì)條件調(diào)查和地質(zhì)類型評價。

1 優(yōu)化層次分析評價模型

層次分析法具有綜合系統(tǒng)分析、所需數(shù)據(jù)相對較少、可操作性和實用性較強等優(yōu)點。一般需要建立結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)造比對矩陣、計算權(quán)向量并做一致性檢驗以及計算組合權(quán)向量并做組合一致性檢驗等步驟。存在著應(yīng)用步驟長、可操作性不強、需要進行大量計算和實用性不強等不足。因此本文利用最優(yōu)傳遞矩陣優(yōu)化了該方法，簡化了評價步驟，節(jié)省了時間成本，降低了出錯的風險，提升了適用性[3]。

設(shè)實數(shù)矩陣E=[eij]，F(xiàn)=[fij]，G=[gij]∈Rnxn。

定義3: 若存在傳遞矩陣如果當G是傳遞矩陣的同時的值還是最小，那么F的最優(yōu)傳遞矩陣就是G。

定理1:如果當F作為反對稱矩陣的，那么作為它的最優(yōu)傳遞矩陣G能符合下面的關(guān)系式：

定理 2：若E是互反矩陣，F(xiàn)= lgE，G是F的最優(yōu)傳遞矩陣，那么矩陣E* = 10g 是E的一個擬優(yōu)傳遞矩陣，并且它是一致的。

從定理2 的關(guān)系里可以知道，矩陣E不只只是E 的擬優(yōu)化傳遞矩陣，同時存在一致的關(guān)系。便可知權(quán)重值可以直接由E算出來，對于一致性不需要再做一次校驗。

2 斜溝礦地質(zhì)條件現(xiàn)狀

斜溝礦位于山西省晉城境內(nèi)，礦區(qū)總面積為2 162.1 km2。斜溝礦總共有10 對礦井，其中4 對礦井目前處于開采狀態(tài)，分別是巴彥高勒、柴登、葫蘆素、母杜門克慶，還有6 對目前沒開采。

具體如圖1。這個地方水資源缺少，降雨量也少，從相關(guān)資料文獻考究中可見一般。這個地區(qū)主以開采2-2 煤和3-1 煤為主。且礦區(qū)涌水量比較大。已知的數(shù)據(jù)，現(xiàn)開采的4 對礦井區(qū)域涌水量440.00～1 795 m3/h。斜溝礦自進行開采截止到目前，并未發(fā)生過突水事故，是因為涌水量較大，需要對其進行綜合防治。

圖1 斜溝礦礦井示意圖

3 優(yōu)化層次分析模型對水文地質(zhì)類型進行評價

3.1 根據(jù)要素建立結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)行業(yè)規(guī)范和礦區(qū)現(xiàn)狀，確定5 個評價依據(jù)并且建立層次分析模型如圖2 所示。

圖2 水文地質(zhì)類型評價各因素層次結(jié)構(gòu)圖

3.2 構(gòu)造成對比較矩陣及分析理論權(quán)重

以斜溝礦為例來構(gòu)造，分析斜溝礦水文地質(zhì)條件，比對其因素間的關(guān)聯(lián)性及重要性，其中涌水量和突水量重要性相當直接影響水文地質(zhì)條件，依次大于受采掘破壞含水層、礦井周圍老空水分布、開采受水害影響以及防治水工作難易程度這3 個因素。控制因素排序依次為：補給條件=含水層性質(zhì)＞單位涌水量；周圍廢棄礦井數(shù)量=老空水規(guī)模；礦井正常涌水量=礦井最大涌水量；礦井突水量＞礦井突水頻率；防治水工程量=防治水開展難易程度，構(gòu)造成對比較矩陣如下：

根據(jù)最優(yōu)傳遞矩陣公式計算得出，首層控制因素最優(yōu)傳遞矩陣為：

首層控制因素的理論權(quán)重值為：

3.3 構(gòu)造評價機制

怎么通過線性加權(quán)方法描述礦井實際情況，建立如下評價模型：

式中：Z為礦井的總分值；依據(jù)行業(yè)評價標準，從難到易分成4 個數(shù)值來評價分別為：極復(fù)雜4、復(fù)雜3、中等2、簡單1。

3.4 地質(zhì)類型劃分

劃分之后分別計算下面這幾項的理論權(quán)重值，斜溝21 井、斜溝41 井、斜溝51 礦判斷矩陣。從水文地質(zhì)行業(yè)評價的5 個方面工作難度的實際情況來評分。參照規(guī)范和礦井現(xiàn)狀分析并計算實際權(quán)重值見表1。

表1 礦井實際權(quán)重值

從式（5）可以得知評價4 個正在工作的礦區(qū)的評分數(shù)值Z。假設(shè)實際權(quán)重值全部都是4，則Z=4；假設(shè)實際權(quán)重值全部都是1，則Z=1。根據(jù)評價模型可知：當Z 值處于（1～1.75）范圍里，評價為簡單；當Z值處于（1.75～2.5）范圍里，評價為中等；當Z 值處于（2.5～3.25）范圍里，評價為復(fù)雜；當Z 值處于（3.25～4）范圍里，評價為極復(fù)雜。然后把與傳統(tǒng)評價方法對比的2 組數(shù)據(jù)放到一起，見表2。

表2 斜溝礦水文地質(zhì)類型劃分結(jié)果

斜溝礦4 對生產(chǎn)礦井水文地質(zhì)類型評價均為復(fù)雜型，且和傳統(tǒng)方法評價一致。此模型將為評價礦井水文地質(zhì)，防治礦井水害工作提供技術(shù)支持，為未開采礦井的水文地質(zhì)勘探提供基礎(chǔ)資料與參照。

4 結(jié) 論

本文通過運用最優(yōu)傳遞矩陣，來建立新的層次分析評價模型，將改進后的層次分析法應(yīng)用于具體的水文地質(zhì)類型評價工作。系統(tǒng)分析了此模型在晉煤集團斜溝礦對生產(chǎn)礦井上的應(yīng)用，根據(jù)實際情況分析出評價指標，并運用此模型計算各評價指標的理論權(quán)重，根據(jù)礦井的實際情況賦予不同的實際權(quán)重，并用數(shù)學(xué)方法建立了關(guān)于礦井綜合總分值的模型，得出目前處于開采狀態(tài)的4 對礦井是復(fù)雜型水文地質(zhì)，與傳統(tǒng)方法評價的結(jié)果相對比，結(jié)果相符，為煤炭礦井水文地質(zhì)條件評價提供一種簡便且可行的方法。