基于AHP熵值法的煤层底板突水预测评价

熵值越高,系统结构越均衡,差异越小;反之,信
底板 突 水 时 所 考 虑 因 素,构 建 了 ２１０７ 工 作 面 煤 层
底板突 水 的 综 合 评 价 指 标 体 系. 第 一 级, 指 标 层
(
A)是最终的 评 价 结 果, 反 映 该 工 作 面 突 水 危 险
性的大小;二级指 标 层 (
B) 是 突 水 因 素 的 直 接 影
层底板含水层为 太 原 组 灰 岩 １０~１２ 层, 基 底 为 奥
陶系 石 灰 岩.基 底 奥 陶 系 灰 岩 与 ２１０７ 工 作 面 的 隔
大量水文观测孔.划分区域时,将主要钻孔置于小
水层厚度平均 有 １４１
７９ m, 奥 陶 水 对 煤 层 底 板 的
区域的中心位置.根据观测孔的数据,将钻孔与观
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nm ,
１/
l
nm )∑yijl
nyij .
则 ej ＝ (－
(
４)计算评价指标的差异性系数:
gj ＝１－ej .
(
５)计算权重:wj ＝gj/∑gj .
(
６)计算样 本 的 评 价 值: 用 第 j 项 指 标 权 重
wj 与标准化矩阵中第i 个样本第j 项评价指标接近
度x
′ij 的乘积作 为 xij 的 评 价 值 fij , 即 fij ＝wj ×
以,可以根据熵值大小,计算出权重.熵值法计算
响指标;三级指标层 (
C) 是 对 二 级 指 标 的 进 一 步
细化,包括含水层水压、单位涌水量、隔水层有效
出的权重 能 尽 可 能 消 除 确 定 权 重 时 的 人 为 主 观 因
厚度、断层个数、构造交点和端点个数、断层规模
素.具体的评价过程如下:
指数等几个方面.煤层底板突水的综合评价指标如
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４１５０２２８２),国家重点基础研发计划资助 (
２０１７YFC０８０４１０１)
引用格式:王鑫,郑洁铭,张成行等 基于 AHP 熵值法的煤层底板突水预测评价 [
J] 中国煤炭,２０１８,４４ (
１２):１２６－１３０

WangXi
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公式法、突水 系 数 法、脆 弱 性 指 数 法 等 多 种 方 法,
出 “关键层”理论等;在方法上主要有斯列萨列夫
针对煤层底板突水的评价,在揭示煤层底板突水机
这些方法在我国的煤炭开采过程中起到了巨大的作
理方面,国内外专家和学者开展了大量研究,李白
用.煤层底板突水受到多重因素的控制,而且也不
基金项目:国家自然科学基金资助 (
的发生,提出采取熵值法来评价煤层底板的 突 水 危 险 性.以 新 桥 煤 矿 ２１０７ 工 作 面 为 研 究 对
象,根据熵值法的基 本 理 论, 确 定 了 含 水 层 水 压、 单 位 涌 水 量、 隔 水 层 有 效 厚 度、 断 层 个
数、构造交点和端点个数、断层规模指数 ６ 个 指 标,构 建 了 ２１０７ 工 作 面 煤 层 底 板 突 水 的 综
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我国煤炭开采经常受到矿井水害的影响,煤矿
顶底板的突水事故是其中比较常见的.在煤矿水害
英教授提出了 “下三带”理论,钱鸣高等教授则提
防治过程中,煤层 底 板 的 突 水 预 测 评 价 至 关 重 要.
中图分类号 TD７４ 文献标识码 A
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新 桥 煤 矿 北 部 与 西 部 由 正 断 层 组 成 隔 水 边 界,
南部的正 断 层 沿 北 西 向 延 伸, 成 为 良 好 的 隔 水 边
界;东界为露头地段,灰岩分布面积有限,上覆巨
厚地层.新生界底部普遍发育隔水段,有效地阻隔
性差且构 造 发 育.２１０７ 工 作 面 所 处 区 域 水 文 地 质
条件复杂,受到水害威胁较大且较为紧迫.
３ 熵值法预测评价 ２１０７ 工作面底板突水危险性
了上部水的垂直下渗,使本井田形成北、西、南三
熵值法预测评价底板突水危险性时,根据勘探
面封闭较好,上部受阻的独特的水文地质特征.煤
数据,工作面进一步细致划分为多个小区域.２１０７
工作面布置有 ３ 条勘探线、４ 个 主 要 钻 孔,周 边 有
２ 所示.太灰水对 ２１０７ 工作面的开采有较大威胁.
线的方向几乎平行于勘探线方向,在水文地质条件
威胁 较 小.新 桥 矿 ２１０７ 工 作 面 水 文 地 质 结 构 如 图
测孔水位变化规律一致的划分为同一个区域.分界
复杂的地 区 进 一 步 细 致 划 分. 最 终,２１０７ 工 作 面
划分成 ５ 个大的区域,如图 ３ 所示.根据煤层底板
x
′ij ,第i 个样本的评价值fi ＝∑fij .
１
２ 评估指标
影响煤层底板突水的因子众多且复杂,新桥煤
１ 熵值法基本理论
矿同样具有很复杂的水文地质条件,根据评价煤层
１
１ 评估方法
熵是源 于 热 力 学 的 一 个 物 理 概 念, 后 由 香 农
(
C
E
Shannon) 引 入 信 息 论. 一 般 认 为, 信 息
为例,应用熵值法,考虑多因素对煤层底板突水的
影响,利用勘探中得到的客观数据确定每个因素的
权重,进而计算出评价值,绘制突水危险性等值线
图,使评价更加精准、客观、直观.这将对煤层底
板突水的评价有着重要意义.
(
３ ) 计 算 评 价 指 标 的 熵 值: ej ＝－
k∑yijl
nyij , 令 k ＝ １/
(
２)数据标准化:各指标的量纲、数量级及正
负的不同,对 初 始 数 据 做 标 准 化 处 理.正 向 指 标,
/(
X′ij ＝(
Xij －mi
n{
Xj })
max{
Xj }－mi
n{
Xj });
/(
负向指标,X′ij ＝ (
max{
Xj }－ Xij )
max{
Xj }－
mi
n{
Xj }). 在此基础上,重 新 定 义 一 个 标 准 化 矩
息熵 越 低, 系 统 结 构 越 是 不 均 衡, 差 异 越 大. 所
(
１)构建原 始 指 标 数 据 矩 阵:m 个 待 评 方 案,
n 项 评 价 指 标, 形 成 原 始 指 标 数 据 矩 阵 X ＝
{
Xij }
０≤i ≤ m ,０≤j ≤ n), 则 Xij 为第i
m ×n (
个待评方案第j 个指标的指标值.
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★ 煤矿安全 ★
基于 AHP 熵值法的煤层底板突水预测评价
王 鑫１ 郑洁铭１ 张成行１ 祝汉京２ 徐智敏１
(
１
中国矿业大学,江苏省徐州市,２２１１１６;
２
永煤集团新桥煤矿,河南省永城市,４７６６００)
摘 要 基于我国煤矿开采过程中严峻的底板突水问题,考虑多因素影响煤层底板突水
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阵:
Y ＝{
′ij/∑x
′ij ,０ ≤
m×n , 其 中,yi
yij }
j ＝x
yij ≤１.
基于 AHP 熵值法的煤层底板突水预测评价
图 １ 所示.在这 ６ 个指标中,断层规模指数反映断
层尺度和发育程度的指标,其公式为:
n
F＝
∑L
i＝１
i
× Hi
S
式中:F ———断层规模指数;
(
１)
Hi ———第i 个断层的落差,m;
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中国煤炭第 ４４ 卷第 １２ 期 ２０１８ 年 １２ 月
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