基于層次分析法的地面區(qū)域治理目的層位優(yōu)化選擇

謝治剛 ，孫 貴 ，隨峰堂 ，許光泉 ，張海濤 ，卜 軍 ，詹 潤(rùn)

（1.安徽省煤田地質(zhì)局勘查研究院, 安徽 合肥 230088；2.安徽理工大學(xué) 地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001）

0 引 言

我國(guó)華北煤田石炭-二疊紀(jì)煤系底板普遍發(fā)育巨厚奧陶系灰?guī)r，由于高承壓、強(qiáng)富水、巖溶發(fā)育不均一的特點(diǎn)，對(duì)上部煤層的開(kāi)采構(gòu)成極大的威脅[1-2]。為解放受底板巖溶水害威脅的深部煤炭資源，冀中能源集團(tuán)以地面多分支近水平定向鉆探技術(shù)為依托，提出了“區(qū)域超前治理”的奧陶系巖溶水害治理理念及指導(dǎo)原則[3-4]，形成了地面區(qū)域治理關(guān)鍵配套技術(shù)[5-9]，在華北煤田得到廣泛推廣應(yīng)用。

近年來(lái)，隨著A 組煤層的開(kāi)采及開(kāi)采深度的日益增加，兩淮煤田面臨底板巖溶水害的威脅日益加重，多個(gè)礦井采用地面區(qū)域治理的方法對(duì)底板巖溶水害進(jìn)行治理，取得不錯(cuò)的治理效果[10-17]。兩淮煤田地面區(qū)域治理的思路是：對(duì)A 組煤層與奧陶系灰?guī)r之間富水性相對(duì)較弱的太原組灰?guī)r進(jìn)行注漿加固改造，阻斷富水性較強(qiáng)的奧陶系灰?guī)r的突水通道，從而消除奧陶系巖溶水害對(duì)A 組煤層的威脅。兩淮煤田太原組地層厚度達(dá)100～150 m，灰?guī)r多達(dá)10～13 層，地面區(qū)域治理的目的層位具有不惟一性。地面區(qū)域治理目的層位的選擇，事關(guān)地面多分支近水平定向井的鉆探及注漿，決定地面區(qū)域治理的效果，同時(shí)又與地面區(qū)域治理進(jìn)度及成本緊密相關(guān)。因此，目的層位的選擇是地面區(qū)域治理的關(guān)鍵。

由于華北煤田的邯邢煤田可供選擇的治理層位不多，地面區(qū)域治理目的層位主要是對(duì)滿足突水系數(shù)要求的灰?guī)r含水層進(jìn)行注漿改造可行性研究確定[3-9]。鄭士田[18-19]選取突水系數(shù)要求、地層可注性、水力聯(lián)系、地層厚度等4 個(gè)因素對(duì)目的層位的優(yōu)化選擇進(jìn)行了研究。針對(duì)地面區(qū)域治理目的層位的優(yōu)化選擇問(wèn)題，當(dāng)前的相關(guān)研究還相對(duì)較少，主要集中在定性研究方面，且考慮的影響因素也相對(duì)較少，尚未開(kāi)展多因素定量化優(yōu)化選擇方面的研究。以潘二煤礦西四采區(qū)18413 工作面為例，在影響因素分析的基礎(chǔ)上，探討基于層次分析法的地面區(qū)域治理目的層位多因素定量化優(yōu)化選擇方法，為目的層位優(yōu)化選擇提供新方法。

1 研究區(qū)概況

1.1 煤礦區(qū)構(gòu)造

潘二煤礦位于淮南煤田潘集背斜東段的陶王背斜，背斜東西轉(zhuǎn)折端地層走向呈弧形。礦井?dāng)鄬虞^發(fā)育，常成組出現(xiàn)，同向傾斜的斷層往往形成斷層帶。西四采區(qū)18413 工作面位于陶王背斜西部轉(zhuǎn)折端，地層傾向西（圖1），傾角5°～10°。

圖1 潘二煤礦構(gòu)造綱要Fig.1 Structural outline map of Pan'er Coal Mine

1.2 煤礦區(qū)地層

西四采區(qū)18413 工作面自下而上依次為古生界寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系及新生界新近系、第四系地層，除第四系出露地表外，其余地層均被第四系所覆蓋。二疊系為含煤地層，自下而上依次有山西組、下石盒子組和上石盒子組，其中，A 組煤層（1、3 煤層）位于山西組。

1.3 煤礦區(qū)含水層

A 組煤層在基巖面沒(méi)有露頭（圖1），其開(kāi)采主要受底板石炭系太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層、奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層威脅。

太原組由薄層灰?guī)r、泥巖及砂質(zhì)泥巖組成，地層總厚104～131 m，含灰?guī)r10～13 層，各層灰?guī)r厚度及間距如圖2 所示，自上而下分為C3Ⅰ組、C3Ⅱ組、C3Ⅲ組，每組含灰?guī)r3～5 層，富水性不一，一般C3Ⅱ組最弱，C3Ⅲ組最強(qiáng)。C3Ⅰ組含C31、C32、C33 上、C33 下灰?guī)r4 層，其中C31、C32 為薄層灰?guī)r，C33 上、C33 下厚度較大，分布穩(wěn)定；單位涌水量0.000 009～0.007 L/(s·m)，富水性弱。C3Ⅱ組含C35、C36、C37、C38、C39 灰?guī)r5 層，均為薄層灰?guī)r，其中C34 灰?guī)r缺失；單位涌水量0.000 165～0.001 520 L/(s·m)，富水性弱。C3Ⅲ組含C310、C311、C312 灰?guī)r3 層，其中C311 最厚、全區(qū)穩(wěn)定，C312 分布不穩(wěn)定；單位涌水量0.000 044～0.009 400 L/(s·m)，富水性弱。

圖2 太原組綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive histogram of Taiyuan Formation

奧陶系巖性為厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r及少量礫狀灰?guī)r，富水性非均一：背斜軸部，單位涌水量0.200～1.283 L/(s·m)，富水性中等～強(qiáng)；背斜兩翼，單位涌水量0.002 32～0.010 80 L/(s·m)，富水性弱。

1.4 防治水思路

2013 年，潘二煤礦開(kāi)始開(kāi)采A 組煤層。2017 年之前，礦井采取以疏放太原組C3Ⅰ組灰?guī)r水為主，輔以井下物探超前探測(cè)、地面觀測(cè)孔水位監(jiān)測(cè)等措施治理底板巖溶水害，實(shí)現(xiàn)了A 組煤層的安全開(kāi)采。2017 年5 月25 日，礦井發(fā)生奧陶系巖溶突水，瞬時(shí)突水量達(dá)14 520 m3/h，造成-530 m 水平部分被淹，導(dǎo)水構(gòu)造為非典型的隱伏陷落柱+裂隙帶復(fù)合體[20]。

“5.25 突水”說(shuō)明：隨著開(kāi)采深度的增加、開(kāi)采強(qiáng)度的加強(qiáng)，加之巖溶陷落柱的影響，A 組煤層的開(kāi)采已經(jīng)受到奧陶系巖溶水害的威脅，以往針對(duì)太原組巖溶水害的防治水方法已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)階段礦井安全開(kāi)采的需要。因此，研究區(qū)的防治水思路也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，由以往單一防治太原組巖溶水害，轉(zhuǎn)變?yōu)閵W陶系與太原組巖溶水害并重，即采取疏水降壓防治太原組巖溶水害，地面區(qū)域治理防治奧陶系巖溶水害。

1.5 工程布置

18413 工作面地面區(qū)域治理工程，采用地面定向鉆探技術(shù)，在治理區(qū)域合理布井，達(dá)到全覆蓋無(wú)盲區(qū)，探查并注漿封堵A 組煤層底板的溶隙、裂隙及垂向?qū)畼?gòu)造，隔斷奧陶系與太原組之間的水力聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)奧陶系巖溶水害的超前治理。治理范圍包括18413 工作面及采區(qū)巷道，面積約0.51 km2。共設(shè)計(jì)3 個(gè)地面鉆場(chǎng)（D1、D2、D3），26 個(gè)鉆孔，包括3 個(gè)主孔，23 個(gè)分支孔，如圖3 所示。

圖3 水平分支鉆孔平面分布Fig.3 Plane distribution map of horizontal branch boreholes

2 目的層位選擇的影響因素

2.1 突水系數(shù)

突水系數(shù)即單位厚度的隔水層所承受的水壓，而臨界突水系數(shù)則為單位厚度的隔水層所能承受的最大水壓[21]，其表達(dá)式如下：

式中：T為突水系數(shù)，MPa/m；P為底板隔水層承受的實(shí)際水頭值，MPa；M為底板有效隔水層厚度，m。

突水系數(shù)要求是確保礦井安全開(kāi)采的必要條件，是地面區(qū)域治理目的層位選擇的決定性因素。潘二煤礦奧陶系地面觀測(cè)孔水位標(biāo)高分別為-49.46、-35.83、-37.31 m；18413 工作面A 組煤層底板標(biāo)高為-680～-480 m。選擇的目的層位不同，底板有效隔水層厚度就不同，底板隔水層承受的實(shí)際水頭值也不同。通過(guò)計(jì)算，以C36 灰?guī)r為目的層位，突水系數(shù)小于0.1 MPa/m，因此，目的層位應(yīng)選擇C36 灰?guī)r及其下部的灰?guī)r。

2.2 水動(dòng)力條件

2006 年以來(lái)，潘二煤礦通過(guò)井下鉆孔疏放C3Ⅰ組灰?guī)r水，并利用地面觀測(cè)孔對(duì)太原組C3Ⅰ組、C3Ⅱ組、C3Ⅲ組、奧陶系地下水位動(dòng)態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。

據(jù)監(jiān)測(cè)成果：各灰?guī)r含水層均出現(xiàn)不同程度的水位下降，其中，C3Ⅰ組、C3Ⅱ組水位下降幅度最大，C3Ⅲ組水位下降幅度次之，奧陶系水位下降幅度最?。▓D4）。因此，礦井范圍內(nèi)奧陶系水動(dòng)力條件最佳，C3Ⅲ組次之，C3Ⅰ組、C3Ⅱ組最差。

圖4 疏放水條件下灰?guī)r含水層地下水動(dòng)態(tài)Fig.4 Groundwater level dynamics of limestone aquifers under the condition of draining water

由于潘二煤礦并未疏放C3Ⅱ組灰?guī)r水，但C3Ⅱ組水位接近甚至低于C3Ⅰ組水位（圖4b），監(jiān)測(cè)成果表明：C3Ⅱ組富水性弱，以靜儲(chǔ)存量為主，易疏干，水動(dòng)力條件比C3Ⅰ組差。

綜上所述，礦井各灰?guī)r含水層水動(dòng)力條件由強(qiáng)至弱為：奧陶系、C3Ⅲ組、C3Ⅰ組、C3Ⅱ組。

地面區(qū)域治理一般選擇弱富水性的灰?guī)r作為目的層位，其水動(dòng)力條件差，注漿過(guò)程順利。因此，C3Ⅱ組的C35～C39等薄層灰?guī)r，由于富水性弱，水動(dòng)力條件差，可作為地面區(qū)域治理的目的層位。

2.3 水力聯(lián)系

潘二煤礦“5·25”突水前后，礦井地面觀測(cè)孔對(duì)含水層水位動(dòng)態(tài)進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，因此，可以利用水位響應(yīng)特征，驗(yàn)證太原組與奧陶系之間的水力聯(lián)系。

奧陶系：突水前，水位標(biāo)高為-75.84～-19.58 m；突水期間，作為突水水源，水位迅速下降至-376.91～-371.56 m；治理期間，水位緩慢下降至-429.50～-405.89 m，降幅達(dá)353.66～388.14 m；治理后，水位逐漸回升（圖5a）。

圖5 奧陶系巖溶突水條件下灰?guī)r含水層地下水動(dòng)態(tài)Fig.5 Groundwater level dynamics of limestone aquifer under the condition of Ordovician karst water inrush

圖6 層次分析結(jié)構(gòu)模型Fig.6 Structural model of analytic hierarchy process

C3Ⅲ組：突水前，水位標(biāo)高為-120.10～-79.32 m；突水期間，水位下降至-305.89～-275.32 m；治理期間，水位進(jìn)一步下降至-411.91～-308.15 m，降幅為228.83～291.81 m；治理后，水位出現(xiàn)短暫的滯后下降后開(kāi)始慢慢回升。C3Ⅲ組與奧陶系具有水位同步變化的特征，即突水期間快速下降，治理后又逐漸回升（圖5b）。C3Ⅲ組水位響應(yīng)特征表明：C3Ⅲ組與奧陶系之間水力聯(lián)系密切，水位基本同步變化。

C3Ⅱ組與C3Ⅰ組：突水前后，水位無(wú)明顯下降，部分觀測(cè)孔水位存在小幅回升的現(xiàn)象，水位變化幅度-41.07～8.98 m（圖5c、圖5d）。C3Ⅱ組、C3Ⅰ組水位響應(yīng)特征表明：C3Ⅱ組、C3Ⅰ組與奧陶系之間無(wú)明顯的水力聯(lián)系。

綜上所述，C3Ⅲ組與奧陶系之間存在較強(qiáng)的水力聯(lián)系，C3Ⅱ組、C3Ⅰ組與奧陶系之間的水力聯(lián)系則較弱。

本著“安全有效、經(jīng)濟(jì)合理”的原則（即正確地處理治理效果與成本的關(guān)系，在保證治理效果的同時(shí)，兼顧治理成本，達(dá)到二者的最佳結(jié)合），地面區(qū)域治理目的層位要避免與奧陶系存在較強(qiáng)的水力聯(lián)系，防止?jié){液大量擴(kuò)散至奧陶系，造成不必要的浪費(fèi)，并影響治理效果。因此，地面區(qū)域治理的目的層位應(yīng)優(yōu)先選擇C3Ⅰ、C3Ⅱ組灰?guī)r。

2.4 導(dǎo)水構(gòu)造

潘二煤礦主要的導(dǎo)水構(gòu)造有導(dǎo)水?dāng)鄬印⑾萋渲?。斷層、陷落柱?gòu)造帶巖石破碎、松散，往往具有較好的透水性，成為巖溶突水的通道，同時(shí)由于本身具有含水性，還可構(gòu)成重要的充水水源。

地面區(qū)域治理過(guò)程中，如果目的層位發(fā)育巖溶陷落柱，目的層位與奧陶系灰?guī)r連通，將造成注漿過(guò)程中漿液的大量漏失，極大增加治理成本，并嚴(yán)重影響治理效果。因此，在滿足突水系數(shù)要求的前提下，地面區(qū)域治理過(guò)程中應(yīng)盡量避免揭露巖溶陷落柱。

根據(jù)探查結(jié)果：潘二煤礦陷落柱發(fā)育層位為太原組C311 灰?guī)r至奧陶系灰?guī)r[20]。地面區(qū)域治理目的層位要盡量避免接露巖溶陷落柱，并預(yù)留一定的安全隔水間距，目的層位應(yīng)選擇C39 灰?guī)r及其上部灰?guī)r。

2.5 灰?guī)r間距

地面區(qū)域治理的過(guò)程中，通過(guò)多分支水平定向鉆孔對(duì)目的層位進(jìn)行注漿，水泥漿液在目的層位的巖溶裂隙、溶穴及斷層裂隙帶擴(kuò)散，達(dá)到改造灰?guī)r含水層、加固頂?shù)装甯羲畬拥男Ч?，形成具有較好隔水性能的全新隔水層。因此，加固改造后的隔水層由3 部分組成：即加固的頂板隔水層、改造目的層、加固的底板隔水層。在其他因素相同的條件下，形成的隔水層厚度越大，隔水性越好。

淮南煤田太原組灰?guī)r多達(dá)十余層，各層灰?guī)r厚度大相徑庭，灰?guī)r頂?shù)装宓母羲畬雍穸纫哺鞑幌嗤▓D2），因此，治理層位不同，加固改造后形成的隔水層厚度也就截然不同。以太原組各層灰?guī)r為目的層位進(jìn)行注漿加固改造，形成的隔水層厚度見(jiàn)表1。

表1 加固改造后隔水層厚度統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of aquiclude thickness after reinforcement and reconstruction

C31、C33 下、C39、C310、C311 灰?guī)r加固改造后的隔水層厚度大于20 m，具有較好的隔水效果；C33 上、C312 灰?guī)r加固改造后的隔水層厚度約18 m，隔水效果也相對(duì)較好；其余灰?guī)r加固改造后的隔水層厚度僅9～13 m，隔水效果相對(duì)較差。

2.6 灰?guī)r厚度

從鉆探過(guò)程考慮，地面區(qū)域治理目的層位的厚度越大，層位越穩(wěn)定，越有利于定向水平井鉆進(jìn)的層位控制；而從注漿過(guò)程考慮，由于薄層灰?guī)r頂?shù)装甯羲畬拥目刂?，漿液沿水平方向擴(kuò)散，漿液易于控制[9,18]。因此，灰?guī)r厚度適中最有利于地面區(qū)域治理工程的實(shí)施。

2.7 地層可注性

地層的可注性是指在外界壓力的作用下，漿液滲入巖體裂隙的可能性及難易程度，既取決于巖體介質(zhì)的滲透性，又取決于漿液的粒度及流動(dòng)性[22]。影響地層可注性的因素主要有巖體介質(zhì)條件、漿液性質(zhì)及注漿工藝，3 種因素相輔相成、缺一不可。

通過(guò)碳酸鹽巖石成分與結(jié)構(gòu)特征分析，潘二煤礦太原組各層灰?guī)r主要由方解石、生物碎屑、白云石、填隙物等組成；各層灰?guī)r巖溶發(fā)育具有不均一性，巖溶裂隙率在0.1%～0.5%不等。

近幾年，兩淮煤田的朱莊、界溝、桃園、恒源煤礦在C33 灰?guī)r，潘二煤礦在C35 灰?guī)r，顧北、潘二煤礦在C39 灰?guī)r，新集二礦在C312 灰?guī)r，進(jìn)行目的層位注漿加固改造，取得不錯(cuò)的地面區(qū)域治理效果[10-17]，實(shí)踐證明兩淮煤田太原組多層灰?guī)r均具有可注性。

3 目的層位優(yōu)化選擇

3.1 問(wèn)題的提出

突水系數(shù)要求是保證礦井安全開(kāi)采的必要條件，決定了地面區(qū)域治理目的層位的選擇范圍。通過(guò)前述計(jì)算，以C36 灰?guī)r為目的層位，突水系數(shù)小于0.1 MPa/m，滿足安全開(kāi)采的要求，因此，可在C36～C312 灰?guī)r進(jìn)行目的層位的優(yōu)化選擇。

在滿足突水系數(shù)要求的前提下，不同單因素分析確定的目的層位之間往往具有不相容性，難以實(shí)現(xiàn)目的層位的優(yōu)化選擇。比如，C311 灰?guī)r滿足灰?guī)r間距、灰?guī)r厚度及地層可注性的要求，但難以滿足水動(dòng)力條件、含水層水力聯(lián)系及導(dǎo)水構(gòu)造的要求（表2）。因此，需要采用多因素綜合分析的方法來(lái)確定目的層位。

表2 單因素分析確定的目的層位統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistical table of target strata obtained by single factor analysis

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是將半定性、半定量問(wèn)題轉(zhuǎn)化為定量問(wèn)題的有效方法，是一種解決復(fù)雜問(wèn)題的重要決策方法[23-25]。采用層次分析法，對(duì)地面區(qū)域治理目的層位進(jìn)行優(yōu)化選擇。

3.2 基本原理

層次分析法的建模過(guò)程是：在綜合分析影響因素的基礎(chǔ)上，建立層次分析模型，構(gòu)造判斷矩陣，并計(jì)算各方案對(duì)目標(biāo)的綜合權(quán)重。

建立層次分析模型就是把問(wèn)題層次化，構(gòu)造出一個(gè)有層次的結(jié)構(gòu)模型，一般分為3 層：最高層，即目標(biāo)層，是分析問(wèn)題的既定目標(biāo)；中間層，即準(zhǔn)則層，是影響目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)指標(biāo)，根據(jù)問(wèn)題的復(fù)雜程度，可將準(zhǔn)則層進(jìn)一步細(xì)分為子準(zhǔn)則層；最底層，即方案層，是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的各種備選方案。

假定B層中Bi與下一層中Cj（j=1，2，···，n）具有從屬關(guān)系，建立判斷矩陣，形式如表3，通過(guò)兩兩比較指標(biāo)Cj（j=1，2，···，n），按其重要性程度評(píng)定等級(jí)，賦予不同的標(biāo)度并以1～9 作為數(shù)量尺度，標(biāo)度含義見(jiàn)表4。

表3 判斷矩陣基本形式Table 3 Basic form of judgment matrix

表4 判斷矩陣標(biāo)度及含義Table 4 Scale and meaning of judgment matrix

計(jì)算判斷矩陣的最大特征值λmax與特征向量，經(jīng)歸一化后即為Cj（j=1，2，···，n）對(duì)于Bi的權(quán)向量ωi，其數(shù)值大小代表權(quán)重等級(jí)。

判斷矩陣一般要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，以判斷其一致性，公式如下：

式中：CR為一致性比例；CI為一致性指標(biāo)，其值越大，則矩陣偏離一致性的程度越大，反之越小；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，取值見(jiàn)表5。

表5 RI 對(duì)應(yīng)矩陣階數(shù)n 的取值Table 5 RI value corresponds to the order n of matrix

當(dāng)CR＜0.10，認(rèn)為判斷矩陣具有較好的一致性，否則，需對(duì)判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整，直至滿足一致性檢驗(yàn)。

3.3 層次分析模型構(gòu)建

3.4 判斷矩陣的構(gòu)造

目標(biāo)層（A）影響因素有水動(dòng)力條件（B1）、含水層水力聯(lián)系（B2）、導(dǎo)水構(gòu)造（B3）、灰?guī)r間距（B4）、灰?guī)r厚度（B5）、地層可注性（B6）等6 個(gè)指標(biāo)，本次在對(duì)兩淮煤田類似地面區(qū)域治理工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，采用專家評(píng)分的方法建立A-Bi判斷矩陣，見(jiàn)表6。經(jīng)計(jì)算得到權(quán)向量ωi及最大特征值λmax。經(jīng)檢驗(yàn)CR＜0.10，判斷矩陣一致性較好，滿足一致性檢驗(yàn)。

表6 A-Bi 判斷矩陣及計(jì)算結(jié)果Table 6 Judgment matrix A-Bi and calculation results

水動(dòng)力條件（B1）通過(guò)含水層水位標(biāo)高反映，礦井突水前，C3Ⅱ組水位標(biāo)高為-477.41～-304.86 m，C3Ⅲ組水位標(biāo)高為-162.56～-79.32 m；水力聯(lián)系（B2）通過(guò)奧陶系巖溶突水后各含水層水位降幅反映，礦井突水后，C3Ⅱ組水位最大降幅為12.89 m，C3Ⅲ組水位最大降幅為291.81 m；導(dǎo)水構(gòu)造（B3）通過(guò)各層灰?guī)r底板至陷落柱的距離反映受陷落柱的威脅程度，礦井陷落柱發(fā)育層位為太原組C311 灰?guī)r至奧陶系灰?guī)r，C36～C312 灰?guī)r底板至陷落柱的距離分別為41.35、36.31、29.75、21.17、3.34、0、0 m；灰?guī)r間距（B4）可通過(guò)注漿加固改造后隔水層厚度（表1）反映；灰?guī)r厚度（B5）決定水平定向井鉆探及注漿過(guò)程的難易程度（圖2）；地層可注性（B6）通過(guò)灰?guī)r巖溶裂隙率反映，淮南煤田太原組灰?guī)r孔隙率一般在0.1%～0.5%。

依據(jù)上述指標(biāo)建立Bi-Cj判斷矩陣見(jiàn)表7-12。經(jīng)計(jì)算得到權(quán)向量ω1j～ω6j及最大特征值λmax，其中ω1j～ω6j代表各方案均一化后的單因素分值，經(jīng)檢驗(yàn)CR 值均小于0.10，判斷矩陣一致性較好，滿足一致性檢驗(yàn)。

表7 B1-Cj 判斷矩陣及其計(jì)算結(jié)果Table 7 Judgment matrix B1-Cj and calculation results

表8 B2-Cj 判斷矩陣及其計(jì)算結(jié)果Table 8 Judgment matrix B2-Cj and calculation results

表9 B3-Cj 判斷矩陣及其計(jì)算結(jié)果Table 9 Judgment matrix B3-Cj and calculation results

表10 B4-Cj 判斷矩陣及其計(jì)算結(jié)果Table 10 Judgment matrix B4-Cj and calculation results

表11 B5-Cj 判斷矩陣及其計(jì)算結(jié)果Table 11 Judgment matrix B5-Cj and calculation results

表12 B6-Cj 判斷矩陣及其計(jì)算結(jié)果Table 12 Judgment matrix B6-Cj and calculation results

3.5 層次總排序及優(yōu)化選擇

前述ωi表示準(zhǔn)則層各指標(biāo)的權(quán)重，ω1j～ω6j表示各方案均一化后的單因素分值，為各指標(biāo)對(duì)上一級(jí)的層次單排序，為了實(shí)現(xiàn)目的層位的優(yōu)化選擇，需要進(jìn)行層次總排序。層次總排序權(quán)重的計(jì)算從最高層開(kāi)始，依次向下一級(jí)類推[23-25]，公式如下：

式中：ωi是準(zhǔn)則層Bi（i=1，2，···，6）對(duì)目標(biāo)層A的權(quán)重；ωij是方案層Cj（j=1，2，···，7）對(duì)準(zhǔn)則層Bi（i=1，2，···，6）的層次單排序，代表各方案的單因素分值；ωj是方案層Cj（j=1，2，···，7）對(duì)目標(biāo)層A的層次總排序，代表各方案的總分值。

計(jì)算得到層次總排序ωj，方案C1～C7的總分值分別為0.177、0.169、0.170、0.214、0.103、0.114、0.053（表13）。經(jīng)檢驗(yàn)CR＜0.10，判斷矩陣一致性較好，滿足一致性檢驗(yàn)。

表13 層次總排序及計(jì)算結(jié)果Table 13 Hierarchy total sort and calculation results

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，方案C4總分值最大，因此，方案C4為最優(yōu)方案，即地面區(qū)域治理最優(yōu)目的層位為C39灰?guī)r。

4 結(jié) 論

1）突水系數(shù)要求是地面區(qū)域治理目的層位優(yōu)化選擇的前提，決定了目的層位選擇的范圍；水動(dòng)力條件、含水層水力聯(lián)系、導(dǎo)水構(gòu)造、灰?guī)r間距、灰?guī)r厚度、地層可注性等影響因素是目的層位優(yōu)化選擇的關(guān)鍵指標(biāo)。

2）采用層次分析法，以地面區(qū)域治理目的層位優(yōu)化選擇為目標(biāo)層，水動(dòng)力條件、含水層水力聯(lián)系、導(dǎo)水構(gòu)造、灰?guī)r間距、灰?guī)r厚度、地層可注性為準(zhǔn)則層，C36、C37、C38、C39、C310、C311、C312 灰?guī)r為方案層，建立層次分析模型，經(jīng)計(jì)算確定地面區(qū)域治理最優(yōu)目的層位為C39 灰?guī)r。

3）將層次分析法應(yīng)用于地面區(qū)域治理目的層位優(yōu)化選擇的研究，將定性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為定量問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了目的層位的多因素定量化優(yōu)化選擇，為目的層位的優(yōu)化選擇提供了新方法。合理構(gòu)建模型結(jié)構(gòu)及判斷矩陣是層次分析模型的關(guān)鍵，提高判斷矩陣標(biāo)度的準(zhǔn)確性可以有效優(yōu)化模型的計(jì)算精度。