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摘要：煤炭资源作为我国目前主要的能源结构，对经济的迅速发展起到了至关重要的作用，但随之而来的地质灾害和地质环境问题也愈加凸显。大面积开采形成的采空区在某些因素的诱发作用下容易坍塌，造成地面塌陷。本文以山西西山某煤矿为研究对象，运用层次分析法对地面塌陷的众多影响因素进行分析，得出采深和采厚、采空区规模和顶板岩性为主要影响因素，对由采煤引发的地面塌陷的治理具有重要的现实意义。
关键词：地面塌陷；影响因子；层次分析法
引言
在煤炭矿山开采中，地面塌陷多是由于煤层被采出，引起上覆岩层破坏垮落。当埋藏于地下的煤炭被采出后，煤层上覆岩体的力学平衡被打破，其力学性质随之发生变化，内部应力重新分布，在内外力地质作用的共同影响下，不断产生裂隙和断裂，上覆岩体破坏，根据上覆岩体的变形程度差异，一般分为：弯曲带、破裂带、崩落带（如图1）。覆岩的冒落，引起岩层和地表在横向和竖直方向上的位移，最终表现为地面塌陷。
煤矿地面塌陷影响因素分析评价是一项系统性评价方式，涉及众多的影响因素，包括地质背景、煤层分布特征、人为因素等。目前，国内外学者对煤矿地面塌陷危险效果评价有着众多的评价手段，包括效果评估指数法、模糊数学、灰色关联度、层次分析法等。
本文以山西西山某煤矿为研究对象，通过层次分析法将煤矿地面塌陷影响因素分为地质背景B1、煤层分布特征B2、以及人为因素B3，再进一步解析子层次，通过合成权重来分析求得该煤矿开采引起地面塌陷的主要因素。
1层次分析法
1.1概论
所谓层次分析法，是指将一个复杂的多目标决策问题作为一个系统，将目标分解为多个目标或准则，进而分解为多指标（或准则、约束）的若干层次，通过定性指标模糊量化方法算出层次单排序（权数）和总排序，以作为目标（多指标）、多方案优化决策的系统方法。
1.2计算步骤
层次分析法的步骤如图示，以下将对步骤进行相关介绍。
（1）建立层次分析结构模型
在对具体工程的具体情况下，分析相关工程问题的影响因素，根据个因素间的联系将问题分成若干结构，包括目标层、准则层、方案层等。目标层是我们分析问题所追求的目标，准则层是我们在追去目标是所依据的相关法则，而方案层则是我们所依据的方案，以此来建立层次分析结构模型。
（2）相互影响因素的比较评分和判断矩阵
首先把同层因素之间对于上层某因素的重要性进行评价，从而构成判断矩阵，判断矩阵作为层次分析法传递信息的基础，是由各因素的相对重要程度构成的在层次分析模型确定后，让有经验的专家对各因素的重要性两两比较评分。比如：定义某层的几个因素与上层的某个因素的重要程度的比值，让两个因素互相比较，得到结果重要性可采用1-9标度法，含义如表所示。同时，决策者得出相互因素间重要程度的比较值，以构成判断矩阵A=
层次总排及其一致性检验
层次总排序随机一致性比率CR=
当CR<0.10时检验通过，否则按照需要重新调整判断矩阵A。按此排序即可确定优劣顺序，即为得到了最低层对最高目标层的总的排序，以此来确定最优方案。
-C层次对于因素的单排序一致性指标
-相应的平均随机一致性指标
-因素的权重值
2构建递进层次模型
煤矿地面塌陷影响因素评价是为了在当前研究对象中，从威胁地面塌陷众多的影响因素中寻求重要性程度较高的元素，以期在以后地生产设计和地质灾害防治处理工作中，可以有针对性的展开工作，具有一定的借鉴价值。经过大量查阅资料，总结构建如下递进层次模型。
3应用实例-确定影响因素权重
在搜集资料的基础上，对地质背景、煤层分布特征以及人为因素三个指标做出分析，做出第一层判断矩阵，即A-B判断矩阵。
煤层分布特征：矿区属于河东煤田北部远景普查区的北中部，含煤地层主要为石炭系和二叠系。矿区内赋存的煤层有14层，煤层累计厚度为10.67-51.49m，平均27.15m，含煤系数为18.0%。从现有资料分析，主采煤层埋藏较浅，另外目前开采的煤层厚度接近煤层厚度，对地表影响较大。而可采煤层数和煤层倾角对地面塌陷的影响和其他因素比相对为弱。
据以上分析，构建B2-C判断矩阵。
地质背景：地质构造方面，本区大地构造位置处于鄂尔多斯断块东缘，兴县石楼南北向褶皱带的北部。区域构造简单，总体为一走向近南北倾向西的单斜构造，倾角6-16°，局部为20°，断裂少见，在区域的北西部有九元坪～杨家塔背斜和九元坪向斜矿区东部煤层埋藏较浅，开采后会使地表岩层裂隙加大、增多，甚至塌陷，由于冒落，导水裂隙已与浅层地下水沟通，所以地質构造对地面塌陷影响较小；水文条件方面，区内降雨量少，地表径流条件差，岚漪河是井田内的主河流，它从东到西横穿井田中部，天古崖水库建成后，水库下游的井田段水流很少，只在洪水期或农田灌溉时河中才有大水，其它沟谷均属季节性河流，且主采8号以及13号煤层煤系基岩地层大多是隔水性能较好的泥岩、砂岩，渗透性也很小，裂隙不发育，没有形成直接的补给通道；所以水文条件对地面塌陷的影响为中等；顶板岩性方面：覆岩是发生地面塌陷的物质基础，其结构与硬度是反映地面塌陷快慢的指标，目前开采的8号以及13号煤层顶板为一套砂岩、泥岩、砂泥互层的岩性，是有利于连续性地面塌陷的岩性组合，对地面塌陷的影响较大。地形地貌方面，为典型的黄土高原地区，发生地面塌陷易造成滑坡、泥石流等二次灾害。综上，地质背景方面，从顶板岩性、地形地貌、水文条件、地质构造对地面塌陷的影响程度逐渐降低。据以上分析，构建B1-C判断矩阵。
人为因素方面：采深采厚比的增加，煤层最大倾斜度、最大曲率和最大水平变形程度呈明显的下降趋势；另外，矿区内地面塌陷发生的位置基本位于采空区的正上方，因而采空区的规模是反映地面塌陷状态的一个重要因素；煤层的开采方式及顶板管理方法也是一项制约地面塌陷的重要因素。据以上分析，构建B3-C判断矩阵。
经验算，各自层次均具有满意的一致性。
在计算出各子层次权重后，可以进一步得出综合权重。
据各影响因素的综合权重值得出如下柱状图。分析可得顶板岩性、采深和采厚以及采空区规模是影响该矿区地面塌陷的主要因素。
4.结论
在搜集资料基础上，总结了影响矿区地面塌陷的11个影响因素，运用层次分析法，结果表明，顶板岩性、采深和采厚以及采空区规模，是影响该矿区地面塌陷的重要因素，在矿山日后的地面塌陷防治工作当中，可以以此为参考，有重点的开展工作，严格控制诱发因素对地面塌陷的影响。
参考文献：
[1]王国良. 层次分析法在地质灾害危险性评估中的应用[J]. 西部探矿工程，2006，18（9）：286-288.
[2]朱茵，孟志勇，阚叔愚. 用层次分析法计算权重[J]. 北京交通大学学报，1999，23（5）：119-122.
[3]樊晓一，乔建平，陈永波. 层次分析法在典型滑坡危险度评价中的应用[J]. 自然灾害学报，2004，13（1）：72-76.
[4]纪万斌，尹训河. 采矿塌陷灾害的成因机理及防治策略[J]. 中国地质灾害与防治学报，1998（3）：60-65.
[5]滕继东，任兴伟，刘永林. 基于AHP法的地质灾害影响因素权重的确定[J]. 中国水运：理论版，2007，5（4）：130-133.
[6]汪浩，马达. 层次分析标度评价与新标度方法[J]. 系统工程理论与实践，1993（5）：24-26.
关键词：地面塌陷；影响因子；层次分析法
引言
在煤炭矿山开采中，地面塌陷多是由于煤层被采出，引起上覆岩层破坏垮落。当埋藏于地下的煤炭被采出后，煤层上覆岩体的力学平衡被打破，其力学性质随之发生变化，内部应力重新分布，在内外力地质作用的共同影响下，不断产生裂隙和断裂，上覆岩体破坏，根据上覆岩体的变形程度差异，一般分为：弯曲带、破裂带、崩落带（如图1）。覆岩的冒落，引起岩层和地表在横向和竖直方向上的位移，最终表现为地面塌陷。
煤矿地面塌陷影响因素分析评价是一项系统性评价方式，涉及众多的影响因素，包括地质背景、煤层分布特征、人为因素等。目前，国内外学者对煤矿地面塌陷危险效果评价有着众多的评价手段，包括效果评估指数法、模糊数学、灰色关联度、层次分析法等。
本文以山西西山某煤矿为研究对象，通过层次分析法将煤矿地面塌陷影响因素分为地质背景B1、煤层分布特征B2、以及人为因素B3，再进一步解析子层次，通过合成权重来分析求得该煤矿开采引起地面塌陷的主要因素。
1层次分析法
1.1概论
所谓层次分析法，是指将一个复杂的多目标决策问题作为一个系统，将目标分解为多个目标或准则，进而分解为多指标（或准则、约束）的若干层次，通过定性指标模糊量化方法算出层次单排序（权数）和总排序，以作为目标（多指标）、多方案优化决策的系统方法。
1.2计算步骤
层次分析法的步骤如图示，以下将对步骤进行相关介绍。
（1）建立层次分析结构模型
在对具体工程的具体情况下，分析相关工程问题的影响因素，根据个因素间的联系将问题分成若干结构，包括目标层、准则层、方案层等。目标层是我们分析问题所追求的目标，准则层是我们在追去目标是所依据的相关法则，而方案层则是我们所依据的方案，以此来建立层次分析结构模型。
（2）相互影响因素的比较评分和判断矩阵
首先把同层因素之间对于上层某因素的重要性进行评价，从而构成判断矩阵，判断矩阵作为层次分析法传递信息的基础，是由各因素的相对重要程度构成的在层次分析模型确定后，让有经验的专家对各因素的重要性两两比较评分。比如：定义某层的几个因素与上层的某个因素的重要程度的比值，让两个因素互相比较，得到结果重要性可采用1-9标度法，含义如表所示。同时，决策者得出相互因素间重要程度的比较值，以构成判断矩阵A=
层次总排及其一致性检验
层次总排序随机一致性比率CR=
当CR<0.10时检验通过，否则按照需要重新调整判断矩阵A。按此排序即可确定优劣顺序，即为得到了最低层对最高目标层的总的排序，以此来确定最优方案。
-C层次对于因素的单排序一致性指标
-相应的平均随机一致性指标
-因素的权重值
2构建递进层次模型
煤矿地面塌陷影响因素评价是为了在当前研究对象中，从威胁地面塌陷众多的影响因素中寻求重要性程度较高的元素，以期在以后地生产设计和地质灾害防治处理工作中，可以有针对性的展开工作，具有一定的借鉴价值。经过大量查阅资料，总结构建如下递进层次模型。
3应用实例-确定影响因素权重
在搜集资料的基础上，对地质背景、煤层分布特征以及人为因素三个指标做出分析，做出第一层判断矩阵，即A-B判断矩阵。
煤层分布特征：矿区属于河东煤田北部远景普查区的北中部，含煤地层主要为石炭系和二叠系。矿区内赋存的煤层有14层，煤层累计厚度为10.67-51.49m，平均27.15m，含煤系数为18.0%。从现有资料分析，主采煤层埋藏较浅，另外目前开采的煤层厚度接近煤层厚度，对地表影响较大。而可采煤层数和煤层倾角对地面塌陷的影响和其他因素比相对为弱。
据以上分析，构建B2-C判断矩阵。
地质背景：地质构造方面，本区大地构造位置处于鄂尔多斯断块东缘，兴县石楼南北向褶皱带的北部。区域构造简单，总体为一走向近南北倾向西的单斜构造，倾角6-16°，局部为20°，断裂少见，在区域的北西部有九元坪～杨家塔背斜和九元坪向斜矿区东部煤层埋藏较浅，开采后会使地表岩层裂隙加大、增多，甚至塌陷，由于冒落，导水裂隙已与浅层地下水沟通，所以地質构造对地面塌陷影响较小；水文条件方面，区内降雨量少，地表径流条件差，岚漪河是井田内的主河流，它从东到西横穿井田中部，天古崖水库建成后，水库下游的井田段水流很少，只在洪水期或农田灌溉时河中才有大水，其它沟谷均属季节性河流，且主采8号以及13号煤层煤系基岩地层大多是隔水性能较好的泥岩、砂岩，渗透性也很小，裂隙不发育，没有形成直接的补给通道；所以水文条件对地面塌陷的影响为中等；顶板岩性方面：覆岩是发生地面塌陷的物质基础，其结构与硬度是反映地面塌陷快慢的指标，目前开采的8号以及13号煤层顶板为一套砂岩、泥岩、砂泥互层的岩性，是有利于连续性地面塌陷的岩性组合，对地面塌陷的影响较大。地形地貌方面，为典型的黄土高原地区，发生地面塌陷易造成滑坡、泥石流等二次灾害。综上，地质背景方面，从顶板岩性、地形地貌、水文条件、地质构造对地面塌陷的影响程度逐渐降低。据以上分析，构建B1-C判断矩阵。
人为因素方面：采深采厚比的增加，煤层最大倾斜度、最大曲率和最大水平变形程度呈明显的下降趋势；另外，矿区内地面塌陷发生的位置基本位于采空区的正上方，因而采空区的规模是反映地面塌陷状态的一个重要因素；煤层的开采方式及顶板管理方法也是一项制约地面塌陷的重要因素。据以上分析，构建B3-C判断矩阵。
经验算，各自层次均具有满意的一致性。
在计算出各子层次权重后，可以进一步得出综合权重。
据各影响因素的综合权重值得出如下柱状图。分析可得顶板岩性、采深和采厚以及采空区规模是影响该矿区地面塌陷的主要因素。
4.结论
在搜集资料基础上，总结了影响矿区地面塌陷的11个影响因素，运用层次分析法，结果表明，顶板岩性、采深和采厚以及采空区规模，是影响该矿区地面塌陷的重要因素，在矿山日后的地面塌陷防治工作当中，可以以此为参考，有重点的开展工作，严格控制诱发因素对地面塌陷的影响。
参考文献：
[1]王国良. 层次分析法在地质灾害危险性评估中的应用[J]. 西部探矿工程，2006，18（9）：286-288.
[2]朱茵，孟志勇，阚叔愚. 用层次分析法计算权重[J]. 北京交通大学学报，1999，23（5）：119-122.
[3]樊晓一，乔建平，陈永波. 层次分析法在典型滑坡危险度评价中的应用[J]. 自然灾害学报，2004，13（1）：72-76.
[4]纪万斌，尹训河. 采矿塌陷灾害的成因机理及防治策略[J]. 中国地质灾害与防治学报，1998（3）：60-65.
[5]滕继东，任兴伟，刘永林. 基于AHP法的地质灾害影响因素权重的确定[J]. 中国水运：理论版，2007，5（4）：130-133.
[6]汪浩，马达. 层次分析标度评价与新标度方法[J]. 系统工程理论与实践，1993（5）：24-26.