1、高阳铁矿充水程度模糊综合评判SerialNo.468矿业快报EXPRESSINF0RMAT10N0FMININGINDUSTRY高阳铁矿充水程度模糊综合评判周印章贺可强李青青郭景柱马立博(1.青岛理工大学;2.高阳铁矿)总第 468 期2008 年 4 月第 4 期摘要:介绍了高阳铁矿复杂富水矿床,曾发生过两次大的突水的状况 ,对其充水程度进行分区评价.首先分 3 个层次选中了 16 个评价指标,通过专家打分法确定指标权重,再把研究区域分成 7 个评价单元,然后运用模糊综合评判模型计算出各评价单元的隶属度,用AutoCAD 绘制出评价分区图,最后对各评价单元进行综合分析.关键词:充水程度;模糊
2、综合评判;高阳铁矿中图分类号:P641.53 文献标识码:A 文章编号:1009-5683(2008)04-0029-05FuzzySynthesizedEvaluationofWaterFillingDegreeofGaoyangIronMineZhoYinzhangHeKeqiangLiQingqingGuoJingzhuMaLibo(1.QingdaoTechnologicalUniversity;2.GaoyangIronMine)Abstract:GaoyangIronMinewasacomplicatedandwaterabundancemine,wheretwobigwateri
3、nrusheshappened.SoitwasimportanttoevaluatewaterfillingdegreeofGaoyangIronMineinZiboCity.Atfirst,sixteenevaluationindexesofthreelayerswerechosen,theweightingofindexeswasmadethroughtheexpertmarkingmethod,theresearchregionwasdividedintosevenevaluationceils.Then,membershipofeachevaluationcellwascalculat
4、edthroughthemodaloffuzzysynthesizedevaluation,theevaluationregionalmapwasmadeoutwiththesoftwareofAUTOCAD.Atlast,theresultsofevaluationweresyntheticallyanalyzed.Keywords:Waterfillingdegree;Fuzzysynthesizedevaluation;GaoyangIronMine1 绪论高阳铁矿位于山东省淄博市临淄区朱台镇王旺庄村,东临王旺庄铁矿.地理坐标为东经:113.1138,4118.12273.北纬 36.5
5、459“536.5527“9.开采深度在210290m 标高.2000 年 8月 17 号,副井一 245m 水平掘进 28 穿脉运输巷时,由于未实施超前探水,发生涌水,造成淹井事故.直至 2002 年 1 月井下才恢复正常基建.2003 年 2月主井正式开始下掘,当掘至井深 64m 时,突然涌水,造成淹井 J.目前正处在基建收尾阶段,进人回采阶段后,计划年产量 15 万 t.2 矿山充水程度的研究地下水充水条件具有模糊性和不完全确定性,所以应用模糊数学对高阳铁矿充水程度进行分区评价,主要是在地下水水质评价和地下水污染评价两个方面.这方面的文献主要出现在 2O 世纪 8O 年基金资助:国家“十
6、一五“ 科技攻关项目(2006BAB02A01)周印章(1983 一), 男,汉族,在读研究生,266033 山东省青岛市.代,主要研究者如:容跃,金键(1982),王克三(1984),朱玉仙 (1986)等.9O 年代模糊数学用于地下水研究的其他方面,但仍主要用于地下水的模糊分区研究,如姜长友(1995),王家兵(1996) 等.本文应用模糊综合评判对矿体小范围内充水强度进行分区研究,这在矿床地下水的研究中尚属首次.3 矿床充水程度的定量评价3.1 模糊综合评判法3.1.1 指标体系的建立影响矿床充水程度的因素很多,根据选取评价指标的原则,采取目标分析法建立评价指标体系,分 3 层结构:第一
7、层为基础目标层(C),第二层为类指标层(B),第三层为目标层(A).选取了 16个评价指标,构造了综合评价指标体系(见图 1)J.该体系包括岩层性质子系统,地下水情况子系统,通道性质子系统及人为因素子系统.3.1.2 评价指标的分级和分级标准矿床充水程度评价分级标准,是根据对高阳铁29总第 468 期矿业快报 2008 年 4 月第 4 期矿充水分析的结果和经验丰富的专家对高阳铁矿具体认识综合决定的.图 1 离阳铁矿矿床充水程度综合评价指标体系3.1.3 评价单元的确定高阳铁矿充水程度分区评价是以该矿实际情况为基础的,将评级区域划分为 7 个评价单元,对每个单元进行赋值评价.上述各指标的赋值有
8、 3 种:实测数据;地质资料;专家经验;矿井实际情况.3.1.4 建立评价模型以岩层性质评价为例,其评价因素集为渗水面积,裂隙发育程度,岩溶发育程度,破碎程度确定综合评判集.综合评判集确定为岩层性质背景条件下的矿床充水程度等级集强(I),较强(),中(),弱().设 U=M,M:,M为评价因素集,V=,为质量等级集 .评价因素论域和质量等级论域之间的模糊关系用矩阵 R 来表示:R=rl1r12r21r22rm1rm2式中,r=M(M,)(0 r 1)表示就因素 M 而言被评为 vi 的隶属度;矩阵 R 中第行 R=(r,j,rn,r)为第个评价因素 M 的单因素评判,它是上的模糊子集.实际上,
9、不同评价指标在矿床充水程度评价中所起的作用是有大小之分的,即必须考虑指标的权重问题.假定 a 一,o 是评价因素 M-,M 的权重,并满足 a1+a=1,令 A=(a1,a2,a),则 A 为反映了因素权重的模糊集(即权向量).3O由权向量与模糊矩阵进行“合成“, 得到综合隶属度,即通过模糊集 B=A?R,求出模糊集 B=m(b1,b2,b)(06,1),6f=Ea,(?,+).根据最大隶属度准则,bj=maxbj 所对应的分级即为质量等级.3.1.5 评价指标权重的确定采取专家打分法确定权重.它是集多位专家丰富经验的判断.(1)选定专家组.请一些对矿床充水程度有一定研究和认识的专家展开讨论,
10、33 对影响矿床充水程度因素的相对重要性进行评估.(2)首先对类指标层岩层性质,地下水情况,通道性质和人为因素相对于目标层矿床充水程度打分确定权重,然后对基础指标层相对于类指标层的权重再进行打分确定权重.(3)计算基础指标层的最终权重.通过基础指标层相对于类指标层的权重乘以类指标层相对于目标层的权重得到.3.1.6 隶属度的确定隶属度的确定实际上是单因素评判问题.评价因素根据其数据特征可分为定量因素和定性因素.定量因素的数据特征为实数,定性因素的数据特征为特征状态.对于实数型定量因素,采用直线型隶属函数来确定评价因素对质量等级的隶属度;对于特征状态的定性因素,采用专家经验法,德尔菲法等确定评价
11、因素对矿床充水程度的隶属度.隶属函数的分界阀值,以及定性因素的隶属度给定参考表.隶属度取值在评价因子分级的基础上进行,根据高阳铁矿具体情况,将该区充水程度化为 4 级,即强(I),较强( ),中 (),弱().3.2 高阳铁矿矿床充水程度综合评价3.2.1 运用专家打分法确定各指标权重(见表 1)3.2.2 高阳铁矿矿床充水程度模糊综合评判模糊综合评判的评价指标一级有 4 个,二级有16 个,将评价等级分为 4 个等级,即充水程度等级集强(I),较强(), 中(),弱().分级标准见表 2.矿床充水程度分析主要是考虑了岩层性质,地下水情况,导通性质和人工因素 4 个方面,建议评价标志为以下几点
12、.(1)充水程度强区.岩层破碎,地下水迳流畅通,通道贯通好,人工活动强烈地区.(2)充水程度较强区.岩层较破碎,地下水迳一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一;一周印章贺可强等:高阳铁矿充水程度模糊综合评判 2008 年 4 月第 4 期流较好,通道贯通较好,人工活动较强.表 1 高阳铁矿矿床充水程度各指标权重类层权粤常竺苎表 2 高阳铁矿矿床充水程度评价指标分级标准藿评价指标 T 譬昌骞号等弱密集稀疏矿柱法充填法中等基本没有不密切无联系(3)充水程度中等区.岩层较完整,地下水迳流差,通道贯通差,人工活动较少.(4)充水程度弱区.岩层完整,地下水无迳流,无通道贯通,人工活动少
13、.3.2.3 高阳铁矿矿床充水程度模糊分区综合评判隶属度的确定,用模糊评判方法来评价充水程度强弱的关键是隶属度函数.文中采用线性关系确定评价指标的隶属函数.对定量评价指标,可分为正指标和逆指标两类.对于某一定量评价(i=1,2, ,m),可用下式计算各评价指标的隶属度,从而求得隶属度矩阵 R.当=1 时 ,正指标逆指标1;口垃n;n泣(1)0uVi2;Ui当 J=2,3 时,正措杯rO 一 1,+1;.1一一1I90-+l;一+1当-4 时,正指标fO ;逆指标一 1,+1一-(2)+1逆指标o“fo;oi“(3)1I)i4;Ui而对于定性因素的隶属度,取值如下:为 I 级时 ,(I,)=(1
14、,0,0,0);为级时,(I, ,)=(0,1,0,0);为级时,(I, ,)=(0,0,1,0);为级时,(I, ,)=(0,0,0,1).隶属度函数图以地下水涌水量为例,见图 2.噬050lO0200地下涌水量/(m3/h)图 2 地下水涌水量隶属度函数3.2.4 分区评价通过以上指标体系,从高阳铁矿实测数据中获取相关定量化信息,各观测点地下水水位,水头压力,水温及矿化度;通过高阳铁矿相关图件获取形成各评价单元所需的指标值,包括高阳铁矿渗水面积图,地下水涌水量分区图等;通过实际钻孔获得信息,包括与其他水源连通程度,渗人性通道性质,溃人性通道性质等,通过实际情况获得现场人为因素各指标值;结合
15、高阳铁矿水文地质专家及其他相关领域的专家经验,最终确定各评价单元的各指标值.进行矿床充水程度评价是在以上基础上,把高阳矿体范围分成了 7 个评价单元,分别为 7穿,6 穿,5 穿,4 穿,破碎带,盲竖井,副井.根据统计数据计算方法如下.利用 C+对隶属度函数进行编程,计算出隶属度函数的值,确定模糊矩阵.31一一姗一磲一强彻度度系程强联集式动区密方活空孔采程采钻开工与人为因素总第 468 期矿业快报 2008 年 4 月第 4 期(1)利用 Matlab 计算软件对模糊矩阵和权重矩阵进行计算 J.(2)得出每个单元的评价结果,根据最大隶属度原则确定评价等级.3.2.57 穿评价单元的计算(1)根
16、据隶属度程序计算出隶属度值(见表3),从而确定模糊矩阵.R=(2)求出权重矩阵 A.A=(0.007,0.014,0.028,0.021,0.024,0.016,0.024,0.008,0.008,0.24,0.16,0.40,0.0005,0.0020,0.0010,0.0375)(3)得出评价结果 C.C=AR=(0.6640,0.2360,0.0530,0.0380),根据最大隶属度原则,此 4 个数值中 0.6640 最大,属于(I)级,所以 7 穿评价单元的充水程度属于强等级(I),以此方法计算所有评价单元,得出的评价结果见表 4.根据评价结果,通过 AutoCAD 绘图软件做出高阳
17、铁矿矿床充水程度分区评价图,见图 3.4 高阳铁矿模糊评价结果分析通过以上模糊综合评判分析,得出高阳铁矿矿区各评价单元充水程度情况分别为:7 穿和副井为强区;4 穿和破碎带为较强区;5 穿为中等区;6 穿和盲竖井为弱区-】.4.1 充水程度强区7 穿和副井这两个区域:渗水面积都较大,岩溶和裂隙发育程度较好,破碎程度副井地区尤其严重;地下涌水量,地下水位,水头压力都较一般,只32有地下水温和矿化度低;两区都有岩溶和断层,并且都是张性的,与其它水源连通程度存在强冲水的潜在因素;因为 7 穿和副井地质情况比较复杂,所以人为因素所包含的情况少,钻孔稀疏,工程活动强度基本没有,与采空区也没有太多联系.总的来说,7 穿和副井两区对矿床充水程度起决定性作用的地下水通道方面都很明显,所以把 7 穿和副井定为矿床充水程度强区.表 37 穿充水程度各指标隶属度值评价指标丁表 4 高阳铁矿矿床充水程度分区评价结果表4.2 充水强度较强区4 穿和破碎带这个两个区域:地下水渗水面积很大,裂隙和岩溶发育程度都一般或较多,破碎带地区围岩很破碎,岩体比较完整;地下涌水量,水位,水头压力,水温都处于较好或一般,破碎带地区的矿化度低;穿有断层和溶洞,但断层部分地段张陛,部分压扭性,与其它水源连通程度也属于一般,导通性不很强,破碎带地区为断层导水,虽然部
