江苏邳州石膏矿区采矿地面塌陷易发性模糊综合评判.pdf

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1、334—338．2014地质学刊第38卷第2期doi：lO．3969／j．issn1674-3636．2014．02．334江苏邳州石膏矿区采矿地面塌陷易发性模糊综合评判闫士民1，李乐功1，刘保业2(1．江苏省第二地质工程勘察院，江苏徐州221004；2。徐州市矿业协会，江苏徐州221004)摘要：在分析邳州石膏矿地面塌陷机理的基础上，从土层因素、矿层因素和地下水因素3个方面建立了评价指标体系。利用两级综合评判的理论和方法，对邳州石膏矿地面塌陷进行了分区预测，形成了易发性分区图。预测结果和实际情况能够较好地吻合，可作

2、为邳州石膏矿区进行采矿地面塌陷地质灾害的防治依据。关键词：石膏矿；地面塌陷；模糊综合评判；江苏徐州中图分类号：P619．26+1文献标识码：A文章编号：1674—3636(2014)02一0334一05O引言采空区地面塌陷是非常复杂的系统过程，复杂性主要表现在：(1)系统规模大，影响因素众多；(2)各因子的影响和作用不尽相同；(3)各影响因子相互间存在一定的联系；(4)同一因子在不同环境条件下所起的作用不尽相同；(5)影响因子的描述方式不同，有定性、定量和半定量多种形式；(6)因子的信息常常不完整(程星，2006)。

3、对于地面塌陷易发性评价的方法很多，主要有经验公式法、多元统计分析法、GIS法、灰色理论法和模糊综合评判法等。考虑到影响因素的错综复杂且没有截然的界限值，具有明显的模糊性，难以用准确的数学描述工具严密地刻划出塌陷的孕育一发展一产生的过程，而模糊综合评判能容纳较多的影响因素，对于采空区地面塌陷易发性研究是一个较好的方法。根据邳州石膏矿区采矿地面塌陷资料及形成机理，运用两级模糊综合评判方法，对地面塌陷易发性进行了分区预测，取得了较好的效果。1模糊综合评判的基本原理[“1，u2，⋯u。](i=1，2⋯，n)并定义塌陷易发性分

4、级为评价集y，共分m个危险级别，则可表示为：l，=[秽l，口2，⋯口。](，=1，2⋯，m)论域中每个影响因素隶属于y函数，定义为u的模糊集A，则表示为：A=[肛A(肛1)，pj(肛2)，-·弘j(pi)，肛A(p。)]其中，砌(地)应该满足O≤砌(p；)≤l，肛i∈U，它表示第i个影响因素对不同级别的隶属程度；当弘j(地)=1时，全属于A；当脚(pi)=0时，肛i完全不属于A。塌陷易发性分级可用y的模糊子集秀来评定，雪为分级模糊向量，表示为：曰=(6，，6：，⋯，6，，6。)则模糊关系矩阵(各单因素指标评判矩阵)为

5、：欠=即用n个因素，通过Ⅳ与y之间的模糊关系夤，将采空区塌陷易发性评判问题定义为有限论域求出模糊向量雷，即云=A·袁。由雪向量，按最大隶U，把影响塌陷易发性程度的n个因素作为U中的属度原则可得到分级评判，即为塌陷易发性分级模各元素，则可表示为：糊综合判别结果(李文秀，1998)。收稿日期：2013—10一28；编辑：陆李萍作者简介：闫士民(1972一)，男，高级工程师，硕士，地质工程专业，主要从事岩土工程勘察，E—mail：1437745360@qq_com‰‰；‰：‰●．．．●●．●●，“啊；一；“●●●●●●●●

6、●，k屹；k；k，h啊；h；～第38卷闫士民等：江苏邳州石膏矿区采矿地面塌陷易发性模糊综合评判335模糊综合评判的关键是建立U和y之间的模糊关系矩阵袁和U得模糊集A，其建立步骤为：(1)确定评价集；(2)确定单因素评价矩阵；(3)确定权重分配。2模糊综合评判模型的确定2．1评价集根据邳州石膏矿采空区实际情况，将塌陷易发性评价集为3级，即y={高易发级I，中易发级Ⅱ，低易发级Ⅲ}，其特征见表1。表1地面塌陷易发性分级特征等级地面特征及危害程度．地面塌陷坑多，地裂缝多，地表形态变化大，危害1严重，一般可使建筑物产生明显的

7、不均匀沉降地面偶见塌陷坑，或轻微地裂缝，地表塌陷不明。显，危害性小。一般对建筑物不会引起明显的危“害。如开采或其他因素改变，稳定等级可能升为I级。地面基本无塌陷坑、地裂，地表形态变化较小或无“变化，基本元危害。一般建筑物安全稳定2．2评价指标通过对邳州石膏矿采矿地面塌陷的研究表明，开采后形成的塌陷主要影响因素有3类，即土层因素、矿层因素及地下水因素。其中土层因素包括土层厚度、土层结构类型和第四系底部岩性。矿层因素包括岩石顶板的厚度、采厚比、矿柱尺寸和空间布置。地层富水性的强弱对塌陷易发的影响主要表现在含水层抗塌能力弱

8、，本次评价富水性强弱用第四系含水层占土层厚度的比例表示(表2)。当然，对塌陷发生的影响因素还有很多，本次评价指标的选择原则是影响显著、代表性强，易于获取及便于量化。2．3隶属度根据隶属度的基本原则，结合研究区的实际情况，评判时采用剖分面积元的方法来构造隶属度(张长敏等，2005)，则有：肛j(肛i)=0(表示第i个因素在单元第1

9、}等级中所占面