礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警評估技術(shù)研究

張秀琴

（甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730020）

1 礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警評估方法

1.1 評價因子選取與確定

根據(jù)礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害形成的機理和特點，結(jié)合礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)特征以及自然地理，選取與礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害密切相關(guān)的地下水水位、地下水水量、地下水水壓共三個因素，作為礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害的地質(zhì)環(huán)境控制因素[1]。①地下水水位。地下水水位礦山水工環(huán)地質(zhì)特征的基本信息，受礦產(chǎn)資源開采活動的干擾，礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力的平衡遭到破壞，在新的應(yīng)力平衡過程中，采空區(qū)由于局部受力不均勻使圍巖巖體發(fā)生變形直至斷裂，進而形成導(dǎo)水裂隙帶，地下水水位上升，并通過巖石縫隙噴涌而出，從而引發(fā)礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害[2]；②地下水水量。由于淺層地下水系統(tǒng)具有修復(fù)性特征，當含水層平衡狀態(tài)被打破后，淺層地下水系統(tǒng)會通過將含水層中的水資源排泄的形式保持這種平衡狀態(tài)，以此形成泥石流等水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害，所以礦山地下水水量的變化對于預(yù)測分析礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害具有決定性作用；③地下水水壓。含水層是淺層地下水資源的匯集區(qū)域，隨著礦產(chǎn)資源開采對隔水層和底板的破壞，含水層也會隨著發(fā)生上下移動，并且含水層內(nèi)水資源會通過巖石縫隙向上涌動，在礦產(chǎn)資源開采后形成大規(guī)模的采空區(qū)后，含水層內(nèi)水壓與采空區(qū)壓力無法形成抗衡，使含水層內(nèi)水資源大量噴涌而出，容易形成嚴重的水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害。綜上，此次選取地下水水位、地下水水量、地下水水壓作為礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警評價因子。

1.2 建立礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警評估矩陣

以上選取的三個評價因子，由于該三個原始數(shù)據(jù)的測量尺度有所不同，并且無法準確的確定各個評價因子是如何引發(fā)礦上水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害的，所引發(fā)的礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害也是不同的，所以為了綜合地下水水位、地下水水量、地下水水壓數(shù)據(jù)信息，使最終的評估結(jié)果更加合理化和具體化，選用信息量法對評價因子進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，并建立相應(yīng)的評估矩陣。將信息量法應(yīng)用到礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警評估中，其主要是參照已經(jīng)發(fā)生的礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域信息，將各個影響礦山水工環(huán)地質(zhì)穩(wěn)定性的評價因子的原始數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為反應(yīng)礦山水工環(huán)地質(zhì)穩(wěn)定性的信息量制，根據(jù)信息量的大小來評估各個水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害評級因子與礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的關(guān)聯(lián)程度，這樣可以忽略評價變量的順序性、間距性以及比率性問題，將所有的評價因子都作為分類型數(shù)據(jù)使用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)測量尺度的統(tǒng)一。根據(jù)評價因子建立了礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警評估矩陣，其公式如下：

矩陣（1）中，C表示評價因子的特征向量，A表示評價因子。在礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警評估技術(shù)中，為了使決策分析定量化，形成上述模糊分析矩陣，按照模糊分析標度原則，采用1-9的比率標度進行兩兩分析指標的對比，以此建立礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警評估矩陣。

1.3 實現(xiàn)礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警評估

當建立完評估矩陣后，需要建立一個礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價語集，并對矩陣進行求解，輸出與矩陣解相近的評價語。評價語集需要根據(jù)一定的評價規(guī)則對礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害給出總結(jié)性的評價結(jié)果，結(jié)合評價因子的權(quán)值建立礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評語集，如下所示：

在公式（2）中，V表示評語集，v1表示礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害嚴重風(fēng)險等級，v2表示礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害較高風(fēng)險等級，以此類推，vn表示礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險最低的等級。對于矩陣的求解采用粒子群方法，粒子群方法是一種智能求解方法，具有通用性強、編碼簡單等優(yōu)點，并且具有較高的收斂速度，粒子群方法對于礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警評估矩陣求解更具有優(yōu)勢，并且粒子群方法求解完矩陣后會自動選取與矩陣值相近的評語，以此實現(xiàn)了對礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警評估。

2 實驗

此次針對礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的問題，設(shè)計了一種礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警評估方法，為了證明該方法能更好的滿足礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害評估需求，將其與傳統(tǒng)方法進行對比，設(shè)計了一組對比實驗。此次實驗選取某礦區(qū)作為評估對象，使用兩種評估方法對礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害進行風(fēng)險預(yù)警評估，共評估8次，檢驗此次設(shè)計的礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警評估方法的評估誤差。下圖為兩種方法的評估誤差率對比圖。

從圖1可以看出，此次設(shè)計的方法評估誤差率為5.6%，而傳統(tǒng)方法平均誤差率為19.8%，遠遠高于此次設(shè)計的方法。所以實驗證明了礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警評估方法具有較低的評估誤差率。

圖1 評估誤差對比圖

3 結(jié)語

此次針對礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的問題，設(shè)計了一種礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警評估技術(shù)，該技術(shù)具有相對完整的評估機制，能夠結(jié)合礦山水工環(huán)地質(zhì)特征準確的評估出水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險等級，為礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防策略的制定提供依據(jù)。