灰岩含水层富水性评价方法技术

技术编号:12256355 阅读:89 留言:0更新日期:2015-10-28 19:38
本发明专利技术公开了一种灰岩含水层富水性评价方法,包括(1)分析灰岩含水层富水性主控因素,选取合理的富水性评价指标;(2)利用FDAHP法,对各评价指标进行权重赋值;(3)利用TOPSIS决策法求解含水层“富水度”;(4)模型检验:利用地球物理探测灰岩含水层富水性成果与含水层“富水度”进行对比分析,对模型进行检验;(5)确定灰岩富水性分区阈值,并对灰岩富水性进行评价预测分区。能满足华北型煤田煤炭工业可持续性发展需求,该方法利基于模糊德尔菲层次分析法(FDAHP)、逼近理想解排序法(TOPSIS)和地球物理探测成果相结合,最终确定出符合矿区客观实际的含水层富水性权重向量和“富水度”决策值,合理评价预测含水层富水性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
我国是世界上产煤量最多的国家之一,受水害威胁的煤炭储量约占探明储量的 30%,仅华北地区受底板灰岩岩溶水威胁的煤炭储量约为200亿吨。灰岩岩溶水害是制约 华北型煤田深部开采的关键因素,复杂的岩溶水网络是灾害频发的主因。因此,如何评价灰 岩含水层的富水性,是进行深部煤层开采底板突水危险性分析最重要的前提。目前,最常用的指标和方法是根据《煤矿防治水规定》,按钻孔单位涌水量(q)值 划分为四个等级:弱富水性,q彡〇. lL/(s ·ηι);中等富水性,0. lL/(s ^mXq彡I. 0L/(s ·ηι); 强富水性,1.0 L/ (s · m) <q < 5. OL/ (s · m);极强富水性,q>5. OL/ (s · m)。理论上这种划分 标准具有科学性,然而客观上仅仅利用q值划分含水层的富水性可操作性差,主要表现在 以下两点:一是井田范围内特定含水层的抽水试验钻孔数量极其有限,利用q值对含水层 富水性评价出现"以点带面"的现象。二是q值获得投资大耗时长,因此在矿井开采阶段, 矿方发现不同区域或地段含水层的富水性差异性较大,也极少投资做水文孔抽水试验以便 获得q值。可见一个井田内q值数量往往不能满足含水层富水性分区的生产需要。 在现有技术中,中国矿业大学(北京)武强教授等在《煤炭学报》期刊2011年第 36卷第7期上公开了一种含水层富水性评价方法,论文名为:基于GIS的信息融合型含水 层富水性评价方法,该方法综合多种含水层富水性主控因素,利用线性(层次分析法)或非 线性(ANN、证据权重法和贝叶斯法)方法确定各主控因素权重,并建立奥灰富水性指数模 型,采用频率直方图的分析方法,确定分区阀值,最后对矿井充水含水层富水性作出量化分 区。该方法为区域含水层富水性评价提供了一种很好的评价思路,近年来也得到较为广泛 的应用。然而,该方法还存在以下缺陷:最终建立的含水层富水性指数模型是一种线性加权 方法,对于权重及最终模型的建立是否合适,未进行模型检验,有可能造成脱离矿区实际, 使预测偏离实际情况;另一方面,采用据频率直方图的分析方法确定分区阈值,而频率直方 图仅仅显示该区富水性指数的分布特征,即分布范围的大小。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足,提供一种能满足华北型煤田煤炭工 业可持续性发展需求,基于模糊德尔菲层次分析法(FDAHP)、逼近理想解排序法(TOPSIS) 和地球物理探测成果相结合的。 为实现上述目的,本专利技术采用下述技术方案: -种,包括以下步骤: (1)分析确定灰岩含水层富水性评价指标; (2)利用FDAHP法,对各评价指标进行权重赋值; (3)利用TOPSIS决策法求解含水层富水度; (4)模型检验:利用地球物理探测灰岩含水层富水性成果与含水层"富水度"进行 对比分析,对模型进行检验; (5)确定灰岩富水性分区阈值,并对灰岩富水性进行评价预测分区; 所述步骤(1)的灰岩含水层富水性评价指标包括钻孔涌水量、含水层厚度、断层 影响因子和钻孔冲洗液消耗量4个评价指标; 所述步骤⑵的利用FDAHP法对各评价指标进行权重赋值,包括以下步骤: ①构造比较判断矩阵 首先,运用德尔菲专家调查法,征集和咨询各领域现场专家及科研研究者的意见, 按照美国运筹学家T. L Saaty创立的1~9标度法,收集评价指标对灰岩含水层富水性重 要程度的量化分值;然后,根据下式建立两两比较判断矩阵: 式中:Blj = C夕^代表指称i和j相对里妥捏度的判断,C p Cj为某一专家对指标 i和j的赋值;m为评价指标总数; ②建立群体的模糊判断矩阵 采用模糊三角数来整合专家意见,用三角模糊数表示的群体的两两判断矩阵如 下: B=(Idij) 式中:1?= (α & β & γ J为模糊三角数,由α V β Yij三个元素组成且满足 CiljS β 彡 γ V Qij, Pij, Yij由下式确定: a Jj = Min (a ijk), k = I, . . . , I PllHUatJ', k =1,,.,,1 k=] γ i, = Max (a i jk), k = I, . . . , I 式中:al jk为第k个专家对i和j两个指标的相对重要程度判断;I为评分专家总 数;由此构造该专家组的群体判断矩阵如下: ③确定群体模糊权重向量 对于群体模糊判断矩阵B,用几何平均法确定相应的模糊权重向量,对于任意评价 指标i(i = 1,···,m),通过下式计算群体模糊权重向量: 式中:符号咬和?分别为三角模糊数的乘法和加法运算法则;Wl为第i个评价指标 的模糊权重向量; ④权重决策分析 采用几何平均法计算各评价指标的相对权重,然后进行归一化处理,即可得到决 策权重 所述步骤(3)的利用TOPSIS决策法对含水层富水程度进行决策,包括以下步骤: ①建立初始评判矩阵 设待评判样本点P = (P1, P2,. . .,Pj,每个样本点指标集r = Ir1, r2,. . .,rm},rpi 表示第P个取样点的第i个评判指标,其中P e ,i e ,n为待评判样本点总数, m为评价指标总数,则初始评判矩阵为: ②构建加权标准化决策矩阵 将初始评判矩阵进行归一化处理,得到标准化决策矩阵C = (Cpi)nxni,计算公式 为: 将矩阵C的列冋重与FlMHP确定的各指标权重相乘,得到加权标准化决策矩阵V 为: ③确定富水性最强解和最弱解 极大型指标集J1的富水性最强解为行向量的最大值,其富水性最弱解为行向量的 最小值;而极小型指标集J 2的取值与之相反;由此,确定富水性最强解和最弱解分别为: 式中:V+与V分别是富水性最强解和最弱解。 ④含水层"富水度"决策 首先计算第p个评判样本点到富水性最强解和最弱解的距离,算法如下: 式中:?+与R为第p个评判样本点与富水性最强解和最弱解的距离;<与¥:分 别为V +与V相对应的元素。 然后计算评判样本点与富水性最强解的相对接近度,在此称之为"富水度": Dli HR>-= ,V η (Ρ = ]^···'Μ Bp. +DP 式中:WRp为第ρ个评判样本点的"富水度",0彡WRpS 1。"富水度"WRp值反映了 评判样本点贴近富水性最强解的程度,其值越接近于1,说明被评判样本点的富水性相对越 强。 所述步骤(4)的模型检验方法如下: 利用地球物理探测灰岩含水层富水性成果与含水层富水度进行对比分析,通过下 式对模型精度进行验证: max〇VR强富水)多min〇VR强富水)多max〇VR弱富水)多min〇VR弱富水)多max〇VR不富 7X)多min(WRyff7x)式中:WRsff7x为强富水样本点的"富水度"值;WR iiff7x为弱富水样本点的 "富水度"值;WRy 为不富水样本点的"富水度"值; 若满足上式,则表明所建模型可靠,可应用;否则需要重新征询和反馈专家意见, 利用FDAHP法建立新的权重,直到模型满足要求。 所述步骤(5)的确定灰岩富水性分区阈值,其方法如下: 利用几何平均法确定分区阈值,计算公式如下: WR不 / 弱=(max (WR不富水)· min (WR弱富水本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种灰岩含水层富水性评价方法,其特征是,包括以下步骤:1)分析确定灰岩含水层富水性评价指标;包括:钻孔涌水量、含水层厚度、断层影响因子和钻孔冲洗液消耗量4个评价指标;2)利用FDAHP法,对各评价指标进行权重赋值;包括:①构造比较判断矩阵首先,运用德尔菲专家调查法,征集和咨询各领域现场专家及科研研究者的意见,按照美国运筹学家T.L.Saaty创立的1~9标度法,收集评价指标对灰岩含水层富水性重要程度的量化分值;然后,建立两两比较判断矩阵:②建立群体的模糊判断矩阵采用模糊三角数来整合专家意见,用三角模糊数表示群体的模糊两两判断矩阵;③确定群体模糊权重向量对于群体的模糊两两判断矩阵,用几何平均法确定相应的模糊权重向量;④权重决策分析采用几何平均法计算各评价指标的相对权重,然后进行归一化处理,即可得到决策权重;3)利用TOPSIS决策法求解含水层富水度;包括:①建立初始评判矩阵;②构建加权标准化决策矩阵;③确定富水性最强解和最弱解;④含水层“富水度”决策;4)模型检验:利用地球物理探测灰岩含水层富水性成果与含水层“富水度”进行对比分析,对模型进行检验;5)确定灰岩富水性分区阈值,并对灰岩富水性进行评价预测分区。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:邱梅施龙青滕超冯阳
申请(专利权)人:山东科技大学
类型:发明
国别省市:山东;37

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