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作者

邱 梅^1,2，赵建飞^1,2，邵振东^1,2，张伟强³，

郑 妍^1,2，尹心雨^1,2，盖贵超^1,2，韩昭帝^1,2

单位

1. 山东科技大学 地球科学与工程学院，山东 青岛 266590

2. 山东科技大学 山东省沉积成矿作用与沉积矿产重点实验室，山东 青岛 266590

3. 山东晟源地质勘查有限公司，山东 泰安 271000

摘要

针对煤层底板突水危险性评价模型中主控因素赋权问题，提出了一种基于模糊层次分析法（FDAHP）、熵权法（EWM）与偏差平方和法（SSD）组合赋权的脆弱性指数模型。以良庄井田15煤层底板奥灰突水危险性评价为例, 选取含水层富水性、含水层水压、隔水层厚度、脆塑性岩石厚度比、断层交点和尖灭点密度、断层强度指数等6个主控因素。采用FDAHP法和EWM法分别确定主控因素的主、客观权重，并利用SSD法有效融合主、客观权重构建最优组合权重。在此基础上，建立脆弱性指数模型对煤层底板突水危险性进行评价，将研究区划分为4大区域：安全区、过渡区、危险区、强危险区。结果表明，该方法将主控因素主观、客观权重有效融合，突水危险性评价结果与工程实践相吻合，预测效果较好，为煤层底板突水危险性评价提供了新思路。

背景

煤层底板突水是我国深部煤炭资源开发面临的主要安全威胁之一，随着开采深度增加和地质条件复杂化，突水事故呈现频发态势，严重制约煤矿安全生产。传统突水系数法通过水压与隔水层厚度的单一比值进行评价，虽具有操作简便的优势，但忽略了地质构造、岩体力学特性等多元因素的综合作用，导致预测精度不足。近年来，脆弱性指数法、机器学习算法（人工神经网络、支持向量机等）及多属性决策理论（DS证据理论、灰色聚类法等）的引入显著提升了多因素耦合分析能力，然而这些方法在权重确定环节仍存在明显局限：主观赋权法易受专家经验偏差影响，客观赋权法则过度依赖样本数据而忽视工程实际需求，单一赋权模式难以实现主客观信息的有效协同。尽管组合赋权法通过线性加权调和两类权重，但其权重分配比例缺乏科学依据，导致评价结果可能偏离真实地质条件。针对这一瓶颈，本研究创新性地构建基于偏差平方和（SSD）准则的权重优化模型，通过数学规划方法实现模糊层次分析法（FDAHP）主观权重与熵权法（EWM）客观权重的非线性融合，突破传统组合赋权中固定比例系数的限制。在此基础上，建立融合地质构造指数、水压作用系数、隔水层等效厚度及岩体损伤度等核心指标的脆弱性指数评价体系，并应用于良庄井田15煤层底板奥灰含水层突水危险性分区。实例验证表明，该方法既保留了专家经验对关键地质要素的认知优势，又充分挖掘了监测数据隐含的客观规律，显著提高了突水危险区域识别的空间分辨率和工程适用性，为深部复杂水文地质条件下煤层底板突水风险防控提供了新的理论工具。

研究内容

1 基于组合赋权的脆弱性指数评价模型构建

1.1 基于FDAHP、EWM与SSD的主控因素组合赋权

1.1.1 FDAHP确定主观权重

1.1.2 EWM确定客观权重

1.1.3 SSD法构建最优组合权重模型

1.2 煤层底板突水危险性脆弱性指数评价模型建立

2 评价模型应用实例

2.1 研究区概况

2.2 煤层底板突水主控因素确定

2.2.1 含水层因素

2.2.2 隔水层因素

2.2.3 地质构造因素

2.3 构建煤层底板突水危险性评价层次结构模型

2.4 主控因素权重计算结果

2.5 15煤层底板突水危险性评价模型及分区

2.6 与突水系数模型的对比验证分析

研究成果

1）在利用模糊层次分析法与熵权法获得煤层底板突水主控因素主观与客观权重的基础上，引入偏差平方和法构建最优组合权重模型的方法，对主、客观权重进行优化组合，兼顾主、客观权重的优势，极大地提高了权重的可靠性和准确性，使评价结果更加科学。

2）构建了多因素耦合的煤层底板突水危险性脆弱性指数模型，将良庄井田15煤层底板奥灰突水危险性划分为4个区域：安全区、过渡区、危险区、强危险区，与突水系数模型相比，准确率大为提升，为煤矿安全生产和突水防治提供了更详细的科学依据。

图表

引用格式

邱梅, 赵建飞, 邵振东, 等. 基于组合赋权法和脆弱性指数模型的煤层底板突水危险性评价 [J]. 煤炭工程, 2025, 57(1): 160-168.

QIU Mei, ZHAO Jianfei, SHAO Zhendong,et al. Risk assessment of water inrush from coal seam floor based on combination weighting method and vulnerability index model [J]. Coal Engineering,2025, 57(1): 160-168.