煤层底板突水评价的新型实用方法_基于GIS的AHP型脆弱性指数法应(2)

314　煤层底板突水脆弱性评价分区

(1)数据归一化.为了消除主控因素不同量纲数据对评价结果的影响,需要对数据进行归一化处理,其目的是相对化,使数据具有可比性和统计意义,便于系统分析.

Ai=a+(b-a)[xi-min(xi)]/[max(xi)-min(xi)],

式中,Ai为归一化处理后的数据;a,b分别为归一化范围的下限和上限,a,b分别取0和1;xi为归一化前的原始数据;min(xi)和max(xi)分别为各主控因素量化值的最小值和最大值.

一般在归一化过程中必须考虑各主控因素对目标事件的正负相关性.在确定的煤层底板突水的6个主控因素中,水压、富水性、断层条数密度、

断层交点和端点个数以及断层规模5个因素对底板突水都属正相关关系,也就是说各主控因素的量化值越大越易诱发底板突水;而底板隔水层厚度与底板突水呈负相关关系,因此在归一化过程中需单独特殊处理底板隔水层厚度数据.本文采用(1-Ai)的方式,对底板厚度数据进行了归一化处理,这样得出的结果与底板突水呈正相关关系.

(2)各主控因素归一化专题图的建立.各主控因素原始数据经归一化处理后,便可建立各因素属性数据库.运用GIS处理归一化数据,建立了底板隔水层厚度、含水层水压、含水层富水性、隔水层底板断层条数密度、隔水层底板断层交点和端点密度及断层规模六大因素的归一化专题图.

(3)专题图复合叠加.在进行多因素拟和分析之前,首先必须进行复合处理,把各个有关因素的信息存储层复合成一个信息存储层,使所生成的信息存储层中包含所有相关因素的信息.复合叠加处理的实质就是把各主控因素无量纲化后的归一化专题图配准合成一个新的图形,并重建拓扑形成新的拓扑关系属性表,利用GIS对各归一化后的专题图进行叠加处理.

(4)脆弱性指数法模型的建立.建立煤层底板突水脆弱性指数法评价模型,实际上就是建立一个表明各主控因素作用的数学模型,这个模型所得出的计算结果能反映出某一地理位置煤层底板突水的脆弱程度.初始物理概念模型的建立必须以水文地质条件分析、突水主控因素确定及各主控因素对突水的贡献为基础.

第2期武　强等:煤层底板突水评价的新型实用方法Ⅳ23

7脆弱性指数可定义:在某一地区的某一地段的某一栅格位置上,由各控制因素共同作用而产生的突水

n

危险性的综合评判.模型可表示为VI=

k=1W∑kkf(x,y),其中,VI为脆弱性指数;Wk为影响因素权重;

fk(x,y)为第k个主控因素归一化后影响值函数;x,y为地理坐标;n为影响因素的个数.由此可以得出东欢坨矿北部采区12-2煤层底板突水脆弱性指数法模型为

VI=012871f1(x,y)+013189f2(x,y)+011340f3(x,y)+010897f4()+

010724f5(x,y)+010976f6(x,y)

.

　　(5)煤层底板突水脆弱性分区评价.根据上述

模型,计算各地理栅格的煤层底板突水脆弱性指数,

然后对脆弱性指数进行频率直方图统计分析(4),从而确定分区阈值,-2

煤层底板突水脆弱性划分为5).VI>0180VI8脆弱区;014I6;012<VI≤

014;VI≤012底板突水安全区.

脆弱区位于断裂构造比较发育、水压高、有效

隔水层厚度较薄且富水性较强的区域,在该区开采

时应详细制定矿井防治水对策方案和具体防范措施;

较脆弱区分布于北部采区的西部以及中部部分区域,

该区隔水层底板厚度较薄,水压较大,富水性一般,

没有大规模断层发育,突水的可能性较大,开采时

需密切注意观察突水征兆,加强超前探放水工作,

防患于未然;在矿区东部、北部临近较脆弱区为过

渡区,这些区域也存在突水可能,开采时应注意防

治水措施的制定;在矿区东北部及东南部的区域为

较安全区,这些区域正常开采一般不会发生突水;

矿区的东部及南部地区为安全区,该区断层密度低、水压较小、隔水层厚、砂岩裂隙发育和富水性也较弱,在正常开采时一般不会发生突水.

(6)模型的识别与检验.根据最大几率规则,发生突水事故的位置肯定是脆弱性指数最大的部位.因此对底板突水脆弱性模型识别,就可以把已知突水点出现的位置叠加到利用该模型计算评价出的煤层底板突水脆弱性分区评价图上,如果已知突水点位置落在脆弱性指数最大或较大区域的百分率大于95%

以上,则可认为所得评价模型比较符合实际条件,可

以作为煤层底板突水预测的评价,否则需调整参数,

重新拟合,直至拟合率符合要求为止.模型

识别可根据脆弱性拟合率(VEP)来计算,VFP=

(DF/DS)×100%,DF为落在脆弱区或较脆弱区的突

水点个数;DS为区域内突水点总数.

按照上述方法,将研究区现有的5个突水点与

计算生成的东欢坨北部采区12-2煤层底板突水脆

弱性评价分区图进行拟合(图6),经分析,突水点

全部分布在较脆弱区和脆弱区中,拟合率达到

100%,评价结果非常理想.图6　突水点与评价分区拟合Fig16　Fittingofthewaterburstingpointsandthevulner2ableevaluationdistribution[3-4,9]

23

8煤　　炭　　学　　报2009年第34卷4　结论与建议

(1)在对东欢坨矿北部采区12-2煤层底板突水因素分析的基础上,确定了隔水层厚度、含水层水压、含水层富水性、隔水层断层条数密度、断层交点和端点密度以及断层规模六大因素为影响控制煤层底板突水的主要因素,这些因素共同作用影响煤层底板突水的演变过程.

(2)在煤层底板突水的各主控因素体系建立的基础上,处理,不仅解决了不同量纲数据的叠加困难问题,的问题,保证了数据叠加的准确性与评价模型的合理性.GI,建立了各主控因素的子专题层图.并运用层次分析法(AHP)“权重”系数的确定,“贡献”比例.

(3)根据基于GIS的AHP,12-2煤层底板突水脆弱性评价分区方案,、较脆弱区、过渡区、较安全区、安全区5个级别.,评价结果与水文地质条件分析结果基本一致,评价效果理想,.

(4)GIS的AHP型脆弱性指数法,事实上,其它信息集成方法诸如人工神经网络法、证据权法、逻辑回归法、主成分分析法、模糊综合评判等数学模型也完全可以采用相类似的途径,作为GIS的“外挂”分析模型与GIS相结合,形成底板突水评价的脆弱性指数法的一套完整评价系统.参考文献:

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