基于AHP的注漿效果多因素綜合評價

葉　梅

（安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院,安徽 淮南 232001）

基于AHP的注漿效果多因素綜合評價

葉梅

（安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院,安徽 淮南 232001）

注漿加固技術(shù)是對煤層底板距離灰?guī)r含水層較近及富水異常地段采取底板注漿加固的防治措施，以此改造煤層底板隔水層有效厚度與強度，提高其阻水能力，防止突水事故發(fā)生，確保煤層安全開采[1]。以張集礦1413A工作面為研究背景，對影響注漿加固效果的主要因素進(jìn)行分析和建模，通過對上段注漿進(jìn)行模型訓(xùn)練，在進(jìn)行對下段注漿效果評價，結(jié)果安全性較好。

底板砂巖；注漿加固；AHP綜合評價

0　引言

張集煤礦A組煤煤層厚、煤質(zhì)優(yōu)良，地質(zhì)儲量5.14億噸、可采儲量2.35億噸。但該煤層開采受到底板灰?guī)r水的威脅，其石炭系C3-I組含水層是該煤層開采直接充水含水層。為確保A組煤首采面安全生產(chǎn)，需對1413A底板灰?guī)r含水層富水區(qū)及含、導(dǎo)水通道進(jìn)行探查與治理。

1　研究區(qū)概況

張集礦位于安徽省淮南市鳳臺縣城西約20km處，本區(qū)地處淮河沖積平原，地形平坦，總體趨勢為西北高、東南低。區(qū)內(nèi)主要河流為位于東北部的西淝河，其流向自西北至東南，在魯臺孜入淮，是地表水匯集排泄的主渠道。本區(qū)所在地屬季風(fēng)暖溫帶半濕潤氣候，四季分明，冬冷夏熱。

2　注漿效果多因素AHP綜合評價

2.1 建立分析結(jié)構(gòu)模型

結(jié)合注漿加固效果評價，影響注漿加固效果的主要因素歸納為7個方面：水量、水溫、注漿后壓力、吸水率、物探成果、P-Q曲線分析和鉆孔取芯檢查?；趯Ρ敬巫{加固效果評價，把7個主要方面歸納為定量分析判斷和鉆孔驗證判斷兩個分目標(biāo)。兩個分目標(biāo)層又分別受個下一層次因素的影響[2]，具體見圖1。

圖1　注漿加固效果的遞階層次結(jié)構(gòu)模型

2.2 判斷矩陣的構(gòu)造與計算

判斷矩陣針對上一層某因素，表示本層次元素兩兩之間相對重要性的比較。運用MATLAB中eig函數(shù)計算判斷矩陣特征值并選擇最大特征值λmax。對構(gòu)造矩陣（C.R.）進(jìn)行一致性檢驗。當(dāng)C.R.＜0.10，認(rèn)為判斷矩陣具有較好的一致性，當(dāng)需要對判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整與修正。CI的值的大小，說明矩陣偏離一致性的程度的大小，值越大偏離程度越大，RI是平均隨機一致性指標(biāo)，其取值如表1所示。

在對現(xiàn)場人員、專家的調(diào)查的基礎(chǔ)上，對9位專家的打分進(jìn)行統(tǒng)計、計算，利用其平均值構(gòu)造判斷矩陣（表2～4）。

2.3 各因素權(quán)重確定

根據(jù)構(gòu)造判斷矩陣，當(dāng)矩陣通過一致性檢驗，需計算因素優(yōu)先級權(quán)重計算[3,4]。通過計算，構(gòu)造的3個判斷矩陣C.R.分別為0、0.0566與0，均通過一致性檢驗，各因素優(yōu)先級權(quán)重計算結(jié)果詳見表2～表4。

把以上分析與計算結(jié)果匯總，最終確定注漿加固評價指標(biāo)優(yōu)先級

表1　不同階數(shù)矩陣的隨機一致性指標(biāo)R.I.取值表

表2　A-Bi判斷矩陣及其計算結(jié)果（i=1，2）

表3　B1-Ci判斷矩陣及其計算結(jié)果（i=1，2，3，4，5）

表4　B2-Ci判斷矩陣及其計算結(jié)果（i=6，7）

權(quán)重，如表5所示。

表5　危險性等級評價級指標(biāo)優(yōu)先級權(quán)重

對層次總排序也需作一致性檢驗，由最高層到最低層逐層進(jìn)行。模型中次目標(biāo)層共有B1、B22個因素，對總目標(biāo)的權(quán)重分別為0.889、0.113，下一層次C層（準(zhǔn)側(cè)層）共有的7個因素。層次C層的7個因素對上層Bj的層次單排序ijc數(shù)值如表6所示。C層的7個因素經(jīng)過層次總排序得到各因素的權(quán)重結(jié)果如表7所示。層次總排序的一致性比率為C.R小于1。

2.4 建立評價等級集

表6　準(zhǔn)則層各因素對次目標(biāo)層層次單排序Cij數(shù)值表

表7　準(zhǔn)則層各影響因素權(quán)重

根據(jù)我國煤礦安全生產(chǎn)的現(xiàn)狀及工作面日常管理要求，將注漿加固效果等級水平劃分為四個等級：Ⅰ安全性好；Ⅱ安全性較好；Ⅲ安全性差；Ⅳ安全性極差。并作了定性和定量的描述，具體見表8。

表8　注漿效果等級水平劃分

設(shè)評價集為V，評語為Un，把危險性等級設(shè)計為“四等級制”，即：V=｛U1，U2，…，Un｝=｛Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ｝

2.5 模型訓(xùn)練

通過以上的分析，人為將安全性等級按照評價數(shù)值V進(jìn)行平均分配，利用模型對上段和下段注漿進(jìn)行計算與評價，一方面檢驗以上因素集和權(quán)重的合理性，另一方面使得數(shù)值V得到訓(xùn)練，更加準(zhǔn)確的表達(dá)安全等級。

實現(xiàn)對工作面的計算與評價主要包括以下步驟：

（1）分析注漿加固評價因素，將可以量化描述的因素定量化；（2）利用分析結(jié)果，以各個因素對突水要求的滿足程度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分，一般數(shù)值0～1之間，數(shù)值越大表示越接近突水條件；（3）利用各個影響因素的賦值與權(quán)重的大小，對注漿加固評價數(shù)值V進(jìn)行計算；其計算公式如下：

式中：iZ為各因素?zé)o量綱化評價值；iC為各因素的權(quán)重值。對照評價等級集，對注漿加固效果進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的評價。

3　 模型分析與結(jié)論

通過對工作面各評價因素的分析，對注漿上段和下段評價因素指標(biāo)進(jìn)行取值，具體如表9、表10所示。

利用表9中數(shù)據(jù)，對注漿上段影響因素評價數(shù)值V進(jìn)行計算，確定其V值等于0.34834，安全性較好，與實際情況相符。對模型不做調(diào)整。利用表10中數(shù)據(jù)，對注漿下段影響因素評價數(shù)值V進(jìn)行計算，確定其V值等于0.43189，安全性較好。

表9　上段注漿影響因素評價表

表10　下段注漿影響因素評價表

[1]馮志強.破碎煤巖體化學(xué)注漿加固機理分析及應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2008(10).

[2]郭金玉,張忠彬,孫慶云.層次分析法的研究與應(yīng)用[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2008,18(05):148-153.

[3]蘭繼斌,徐揚,霍良安等.模糊層次分析法權(quán)重研究[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2006,26(09):107-112.

[4]鄧雪,李家銘,曾浩健等.層次分析法權(quán)重計算方法分析及其應(yīng)用研究[J].數(shù)學(xué)的實踐與認(rèn)識,2012,42(07):93-100.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.237

葉梅（1992-），女，安徽宿州人，碩士研究生，研究方向：水文地質(zhì)與工程地質(zhì)。