CN107016620A - 一种基于层次分析的断层含水性评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于层次分析的断层含水性评价方法，包括：归纳影响断层含水性的主要因素，建立层次结构模型；依托层次结构模型，分别建立因素集与权重集；根据开采经验结合生产实践，建立评价等级集；确定各影响因素评价指标隶属度及模糊关系矩阵；依据层次分析结果，结合评价等级集，综合评价断层含水性。本发明基于层次分析理论，结合开采经验与生产实践，定性与定量相结合的评价断层含水性，评价结果合理可靠，具有一定的新颖性，且本发明操作简单，易于实际应用，为断层含水性评价提供了一种新的方法和思路。
Description
技术领域
本发明涉及煤系承压断层预防突水技术领域，具体涉及一种基于层次分析的断层含水性评价方法。
背景技术
由于构造运动的影响，煤田内落差较大的断层附近，可采煤层可与断层上升盘的岩石直接接触，致使承压水得以通过断层与煤层顶底板含水层产生水力联系，至此引发煤矿突水。因而，在煤矿生产中，调查落差较大断层的含水性是一项重要的水文地质工作内容。目前对断层含水性评价的方法主要有可控源音频大地电磁法、瞬变电磁法、抽、注水试验法等，这些方法大多操作较为繁琐，实施周期较长，本发明针对这一问题提供一种操作简单，且可以定性与定量评价断层含水性的方法。
发明内容
1.本发明的目的
鉴于此，本发明针对煤系承压断层预防突水技术的不足，提供一种定性与定量评价断层含水性的方法。
2.本发明的技术方案
为实现上述目的，本发明一种基于层次分析的断层含水性评价方法，该方法包括：步骤A，归纳影响断层含水性的主要因素，建立层次结构模型；步骤B，依托层次结构模型，分别建立因素集与权重集；步骤C，根据开采经验结合生产实践，建立评价等级集；步骤D，确定各影响因素评价指标隶属度及模糊关系矩阵；步骤E，依据层次分析结果，结合评价等级集，综合评价断层含水性。
本发明基于层次分析理论，结合开采经验与生产实践，定性与定量相结合的评价断层含水性，评价结果合理可靠，具有一定的新颖性，且本发明操作简单，易于实际应用，为断层含水性评价提供了一种新的方法和思路。
附图说明
此处用来说明的附图是为了对本发明的进一步解释和说明，为本申请的一部分，但并不能限定本发明。
图1为本发明基于层次分析的断层含水性评价方法流程图。
图2为本发明实例断层含水性评价层次分析结构图。
具体实施方案
下面结合附图及本发明所应用的实例，对本发明进行进一步说明。
图1为本发明基于层次分析的断层含水性评价方法流程图。如图1所示，该方法包括：
步骤A，归纳影响断层含水性的主要因素，建立层次结构模型；
步骤B，依托层次结构模型，分别建立因素集与权重集；
步骤C，根据开采经验结合生产实践，建立评价等级集；
步骤D，确定各影响因素评价指标隶属度及模糊关系矩阵；
步骤E，依据层次分析结果，结合评价等级集，综合评价断层含水性。
以下结合具体实例，对上述每一步骤进行解释说明。
步骤A，归纳影响断层含水性的主要因素，建立层次结构模型。
在本发明实例中，结合某矿生产实践，影响煤层顶板砂岩赋水性的主要因素归纳为3个方面：两盘岩层岩性与富水性；物探探查和巷道揭露；断层规模与活动性。同时，这3个主要因素又分别受2～3个下一层次因素的影响，见图2。
在图2中，最高层(目标层)为断层含水性评价(A)；中间层(B)是3个因素，岩层、岩性特征(B1)、探查和揭露(B2)、断层规模与活动(B3)；最底层(C)是8个因素，即断层两盘岩性(C1)、两盘岩层特征(C2)、断层泥分形(C3)、物探与钻探(C4)、巷道揭露(C5)、断层规模(C6)、断层力学性质(C7)、断层的活化(C8)。
步骤B，依托层次结构模型，分别建立因素集与权重集。
本发明实例中，鉴于步骤A中分析，评价因素集U＝{U1，U2，U3}＝{岩层、岩性特征；探查和揭露；断层规模与活动}。
由于影响煤层顶板砂岩赋水性因素较复杂，层次多，故采用层次分析确定权值。首先建立层次结构分析模型，然后进行各层次各因素间比较，建立判断矩阵，完成各个因素的相对重要性排序，得到4个判断矩阵(表1、表2)。
表1 一级判断矩阵
| A | B1 | B2 | B3 |
| B1 | 1 | b12 | b13 |
| B2 | b21 | 1 | b23 |
| B3 | b31 | b32 | 1 |
表2 指标Bi的判断矩阵
| Bi | C1 | C2 | C3 |
| C1 | 1 | c12 | c13 |
| C2 | c21 | 1 | c23 |
| C3 | c31 | c32 | 1 |
i、j的标识即对于A来说，是bi对bj的相对重要性的数值，bij＝Bi/Bj,通常使用1，2，3，…9及其倒数；aij＝1，3，5，7，9分别表示i因素比j因素同等重要、略为重要、比较重要、非常重要、绝对重要；aij＝2，4，6，8表示i因素比j因素重要性在1，3，5，7，9之间。
对图2的最终计算结果为：B层次对A层次的权重矩阵为A，C层次对B层次的权重矩阵分别为a1、a2、a3。其数值为：
A＝[b1，b2，b3]＝[0.42，0.38，0.20]
a1＝[c1，c2，c3]＝[0.34，0.32，0.34]
a2＝[c4，c5]＝[0.70，0.30]
a3＝[c6，c7，c8]＝[0.35，0.30，0.35]
上述计算出的层次单排序和总排序的一致性指标及随权一致性比率均小于0.1，所以，判断矩阵和确定的权值具有一致性。计算各层次因素的组合权重，见表3。
表3 断层含水性评价因素组合权重计算结果
| C层 | B1 | B2 | B3 | 组合权重 |
| C1 | 0.34 | 0 | 0 | 0.14 |
| C2 | 0.32 | 0 | 0 | 0.13 |
| C3 | 0.34 | 0 | 0 | 0.14 |
| C4 | 0 | 0.45 | 0 | 0.17 |
| C5 | 0 | 0.55 | 0 | 0.20 |
| C6 | 0 | 0 | 0.35 | 0.07 |
| C7 | 0 | 0 | 0.30 | 0.06 |
| C8 | 0 | 0 | 0.35 | 0.07 |
步骤C，根据开采经验结合生产实践，建立评价等级集。
根据我国煤矿开采经验结合某矿生产实践，将煤层顶板砂岩赋水性分为4级，即V＝{V1，V2，V3，V4}＝{含水性强，含水性中等，含水性弱，不含水}，其中元素Vj(j＝1,2，…m)是若干个可能做出的评判结果。评价目的就在于通过对评判对象综合考虑所影响因素，能够从评价集V中获得一个最佳的评价结果。
步骤D，确定各影响因素评价指标隶属度及模糊关系矩阵。
本发明实例中，对于只能定性描述的评价因素指标，采用多相模糊统计方法来构造隶属函数，对于可以定量描述的评价因素指标，则采用待定系数构造隶属函数。根据各评价因素指标的具体取值，分别代入各自的隶属函数，计算出各评价因素指标的隶属度值，见表4。
表4 断层含水性评价因素隶属度结果
| C层 | B1 | B2 | B3 | 隶属度 |
| C1 | 0.4 | 0 | 0 | 0.056 |
| C2 | 0.3 | 0 | 0 | 0.039 |
| C3 | 0.25 | 0 | 0 | 0.035 |
| C4 | 0 | 0.3 | 0 | 0.051 |
| C5 | 0 | 0.2 | 0 | 0.04 |
| C层 | B1 | B2 | B3 | 隶属度 |
| C6 | 0 | 0 | 0.6 | 0.042 |
| C7 | 0 | 0 | 0.6 | 0.036 |
| C8 | 0 | 0 | 0.3 | 0.021 |
根据上述求出的各个评价因素指标隶属度值,确定构造因素C1～C3对指标B1的评价矩阵R1，因素C4～C5对指标B2的评价矩阵R2，因素C6～C8对指标B3的评价矩阵R3，即：
结合上述，建立各评价因素的权重集，用C层次中的因素C1～C10对B层次中的指标B1，B2，B3，进行综合评价，评价矩阵如下：
B层次指标对目标层次指标A的评价矩阵为:
步骤E，按照评价等级集，对注浆加固效果进行评价。
在本发明实例中，把上述A层次的权重矩阵A及评价矩阵R代入综合评判式B＝A·R进行计算:
由综合评判结果B可知，考虑最大原则，B中最大值为0.300，该值在评判结果中的位置对应评价等级集为“含水性弱”，即该断层含水性弱。
本发明基于层次分析理论，结合开采经验与生产实践，定性与定量相结合的评价断层含水性，评价结果合理可靠，具有一定的新颖性，且本发明操作简单，易于实际应用，为断层含水性评价提供了一种新的方法和思路。
以上所述具体实例，对本发明的目的，过程和有益效果进行详细说明，并不用于限定本发明的限定范围，凡在本发明的精神原则之内，所做的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于层次分析的断层含水性评价方法，其特征在于，该方法包括：
步骤A，归纳影响断层含水性的主要因素，建立层次结构模型；
步骤B，依托层次结构模型，分别建立因素集与权重集；
步骤C，根据开采经验结合生产实践，建立评价等级集；
步骤D，确定各影响因素评价指标隶属度及模糊关系矩阵；
步骤E，依据层次分析结果，结合评价等级集，综合评价断层含水性。
2.如权利要求1所述的一种基于层次分析的断层含水性评价方法，其特征在于，步骤A中，归纳影响断层含水性的主要因素，建立层次结构模型。
影响煤层顶板砂岩赋水性的主要因素归纳为3个方面：两盘岩层岩性与富水性；物探探查和巷道揭露；断层规模与活动性。同时，这3个主要因素又分别受2～3个下一层次因素的影响。
最高层(目标层)为断层含水性评价；中间层是3个因素，岩层、岩性特征、探查和揭露、断层规模与活动；最底层是8个因素，即断层两盘岩性、两盘岩层特征、断层泥分形、物探与钻探、巷道揭露、断层规模、断层力学性质、断层的活化。
3.如权利要求1所述的一种基于层次分析的断层含水性评价方法，其特征在于，步骤B中，依托层次结构模型，分别建立因素集与权重集。
鉴于步骤A中分析，评价因素集U＝{U1，U2，U3}＝{岩层、岩性特征；探查和揭露；断层规模与活动}。
4.如权利要求1所述的一种基于层次分析的断层含水性评价方法，其特征在于，步骤C中，根据开采经验结合生产实践，建立评价等级集。
将煤层顶板砂岩赋水性分为4级，即V＝{V1，V2，V3，V4}＝{含水性强，含水性中等，含水性弱，不含水}，其中元素Vj(j＝1,2，…m)是若干个可能做出的评判结果。评价目的就在于通过对评判对象综合考虑所影响因素，能够从评价集V中获得一个最佳的评价结果。
5.如权利要求1所述的一种基于层次分析的断层含水性评价方法，其特征在于，步骤D中，确定各影响因素评价指标隶属度及模糊关系矩阵。
对于只能定性描述的评价因素指标，采用多相模糊统计方法来构造隶属函数，对于可以定量描述的评价因素指标，则采用待定系数构造隶属函数。根据各评价因素指标的具体取值，分别代入各自的隶属函数，计算出各评价因素指标的隶属度值。
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