河南省煤矿城市地下空间开发适宜性评价.pdf

石贝凝,向 中 林.河 南 省 煤 矿 城 市 地 下 空 间 开 发 适 宜 性 评 价 J.矿 业 科 学 学 报,2023,8(5):714-724.DOI:10.19606/ki.jmst.2023.05.013Shi Beining,Xiang Zhonglin.Suitability evaluation of underground space development in coal mining cities in Henan provinceJ.Journal of MiningScience and Technology,2023,8(5):714-724.DOI:10.19606/ki.jmst.2023.05.013河南省煤矿城市地下空间开发适宜性评价石贝凝,向中林河南理工大学资源环境学院,河南焦作 454000收稿日期:2023-02-20 修回日期:2023-03-30基金项目:河南省自然科技项目(2019-379)作者简介:石贝凝(1997),女,甘肃正宁人,硕士研究生,主要从事煤矿城市地下空间开发利用及评价方面的研究工作。Tel:[phone],E-mail:1693099468 通信作者:向中林(1976),男,湖南汨罗人,博士,副教授,硕士生导师,主要从事矿产资源勘查评价与开发和 GIS 开发及 3S 技术地学应用等方面的教学与研究工作。Tel:[phone],E-mail:xiangzhonglin 摘 要:为保证煤矿关闭后遗留地下空间的合理利用、避免资源浪费,本文以河南省空间资源量超过 10 000 m3的典型煤矿城市(郑州市、平顶山市、三门峡市和洛阳市)为例,对煤矿地下空间开发利用适宜性展开研究,利用层次分析法建立了有关煤矿城市地下空间开发利用适宜性评价体系。该评价体系包括安全性、稳定性、空间资源量、空间环境、经济性等 5 大类以及相应的 20小项评价指标。最后根据所建评价体系、结合专家打分法,得出河南省 4 个典型煤矿城市开发适宜度由高到低依次为:郑州市 25.59、平顶山市 23.21、三门峡市 8.86 和洛阳市 8.56。论文采用城市之间横向对比的思路,为河南全省乃至全国各煤矿城市地下空间适宜性评价提供参考。关键词:煤矿城市;地下空间开发;适宜性评价;评价指标中图分类号:P 618.11 文献标志码:A文章编号:2096-2193(2023)05-0714-11Suitability evaluation of underground space developmentin coal mining cities in Henan provinceShi Beining,Xiang ZhonglinSchool of Resources and Environment,Henan Polytechnic University,Jiaozuo Henan 454000,ChinaAbstract:This study proposes to evaluate the suitability of underground space development and utiliza-tion in coal mining cities,with the aim to promote reasonable utilization of underground space leftbehind after the closure of coal mines and avoid resource waste.Specifically,it takes typical coal miningcities in Henan province(Zhengzhou,Pingdingshan,Sanmenxia,and Luoyang)with spatial resources ex-ceeding 10000 m3as examples for analysis,with the Analytic Hierarchy Process adopted to establish anevaluation system for the suitability of underground space development and utilization in coal mining cit-ies.The evaluation system includes five major categories:safety factor,stability factor,spatial resourcequantity,spatial environmental factor,and economic factor,coupled with 20 corresponding secondary in-dicators.Based on the aforementioned evaluation system and expert scoring method,the suitability fordevelopment of four typical coal mining cities in Henan province was ranked in a descending order ofscores:Zhengzhou scored 25.59,Pingdingshan 23.21,Sanmenxia 8.86,and Luoyang 8.56.By conduc-ting cross comparisons between cities,this study provides reference for the suitability evaluation of un-第 8 卷 第 5 期2023 年 10 月矿 业 科 学 学 报JOURNAL OF MINING SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.8 No.5Oct.2023derground space in various coal mining cities both within Henan province and across the country.Key words:coal mining cities;underground space development;suitability evaluation;evaluation indi-cators 煤炭作为化石能源具有不可再生性,煤炭资源的常年开采导致大量煤矿因资源枯竭而关停。中国工程院重点咨询项目“我国煤炭资源高效回收及节能战略研究”研究结果表明,预计到 2030 年,我国关闭/废弃矿井数量将达到 15 000 处1。河南省人民政府报告显示,20062021 年河南省累计关闭煤矿 487 座。煤矿废弃和关闭后会遗留的大量地下空间资源以及地下空间可能赋存的煤炭(保留)、煤层气、矿井水、地热等矿产资源2-3,将这些资源合理利用、变废为宝,不仅能够提高社会经济效益,而且能够避免遗留资源引发的后续安全问题和社会损失。地下空间在煤矿开采过程中发挥了重要作用,在煤矿关闭后也是最为稳定且易开发的资源,具有开发成本低、回报高、易实现的优势4-5。随着城市地质调查的开展,国内外学者对城市地下空间的开发适宜性从评价指标到综合评价方法开展了大量研究工作6-8。王红杰等9建立了以空间资源量、稳定性、安全性、空间环境、经济性 5 大类以及相应的容积、地质构造、围岩性质、巷道支护形式、埋深、地面沉降、瓦斯、煤尘爆炸性、水文地质类型、巷道完好状况、风速、基本费用等 20 小项的评价指标体系,利用层次分析和模糊数学理论对萍乡市白源煤矿地下空间开发适宜性进行评价。韩运等10考虑资源、技术、安全和社会 4 个层面以及可利用空间容量、井下开采深度、巷道支护修复难度、煤层稳定程度、矿井瓦斯状况、水文地质类型、煤的自燃倾向性、地区发展水平等 13 个指标,运用层次分析法和专家打分法对山西省白家庄煤矿地下空间资源开发适应性开展评价。但这些研究主要针对具体煤矿,而城市煤矿众多、条件各异,因此需要对以城市为单位的煤矿地下空间开展适宜性评价,筛选有利的城市开展典型煤矿城市地下空间示范应用,确定有效的评价指标和评价方法。结合河南省典型城市的不同特征,对城市的煤矿地下空间适宜性进行综合评价。将煤矿废弃和关闭后形成的井筒、巷道、硐室和采空区等大量地下空间归为井巷地下空间和采空区地下空间两类。根据相关设计院、科研院所、生产煤矿处调研和搜集的典型煤矿数据,河南省登记各类煤矿 263 个,其中具有采矿规模的煤矿 148 个,采用井巷地下空间量估算方法11,统计得出河南省煤矿井巷可利用地下空间(井筒、井底车场、大巷、主要硐室等)总计 5 265.97 万 m3,采用采空区地下空间量估算方法得出河南省煤矿采空区可利用地下空间为123 060.83 万 m3,地下空间可利用资源总量共计128 326.80 万 m3。其中可利用空间 10 000 万 m3以上的城市有郑州、平顶山、三门峡和洛阳 4 个城市。基于已确定的煤矿城市地下空间资源量,采用层次分析法和专家打分法,结合安全、稳定、经济、环境等因素,形成一套有效的煤矿城市地下空间开发适宜性评价体系,对该 4 个城市的煤矿地下空间开发适宜度进行评价。1 评价因素煤矿地下空间开发利用的适宜性评价涉及水文地质、构造地质、煤层稳定性、煤层温度、区位等诸多因素,根据调研资料与实际情况,确定安全性、稳定性、空间资源量、空间环境和经济性为评价因素9。(1)安全性。在所有评价因素中,安全性因素是最重要的,具有一票否定权。煤矿开采过程中存在瓦斯爆炸和突水两大主要灾害,瓦斯等级、煤尘爆炸性和最大涌水量是评判矿井安全性的重要指标,水文地质条件是简单、中等还是复杂,也密切关系煤矿的安全性。此外,煤矿在开采完后通常形成大量的采空区,部分采空区可以改建为地下污水处理场,但大多数采空区因为矿柱压入底板和底鼓、矿柱破坏、顶板坍塌等造成塌陷,形成大面积的沉陷区,因此沉陷区面积也是评价安全性因素的一个十分重要的条件9。(2)稳定性。稳定性和安全性一样,在煤矿城市的开发利用中占有十分重要的位置,煤层稳定性、煤层倾角、沉降系数大小、构造地质条件和工程地质条件等都对煤矿稳定性有较大的影响。稳定性较高的煤矿地下空间开发适宜性较高。因此,稳定性因素在评价开发利用适宜度时占有相对重要的地位。(3)空间资源量。估算煤矿地下空间资源量(井巷和采空区可利用空间量),对河南省各城市煤矿地下空间进行初步统计,根据空间资源保有储715第 5 期石贝凝等:河南省煤矿城市地下空间开发适宜性评价量来分析可利用的适宜性,也是评价不可或缺的一项。煤矿地下空间保有资源储量越大,其利用潜力越大。(4)空间环境。温度高低、潮湿程度、水质好坏等空间环境因素对煤矿地下空间的再利用都有影响。煤矿地下空间具有基本无辐射、恒温恒湿、受外界影响小、冬暖夏凉等优点,可用于建设地下农场。此外,一些矿井靠近国家重点保护资源区域、文化遗产保护区,需要考虑在二次开发利用时避开这些重点保护区。(5)经济性。煤矿一般位于距离城市较远的郊区地带,废弃矿井在二次利用时要考虑交通的便利性和与人的交互性。人流量和区位便捷在衡量废弃矿井利用的经济效益中占有重要比重。煤层空间埋深表示矿井开采的最大深度,也是矿井地下空间再利用时的最大程度,距离地面越深,利用难度系数越大,所需成本更多。充足和优质的水源为矿井二次利用提供了较大的优势,煤矿的开发利用适宜性越高,提供的经济价值也更大。2 评价方法2.1 层次分析法层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)是一种对较为复杂和模糊的问题做出决策的简易方法12。它将与决策有关的定性与定量因素合理地结合起来,按照递阶层次结构将各因素指标从低到高依次分解为指标方案层、准则层和目标层,并确定各指标相对于上一层的权重系数13,最终得出有关决策,其适用于一些难以完全定量分析的问题。2.1.1 建立层次分析结构模型建立模型就是对需要解决的问题建立一个合理的层次结构。通常情况下,将针对问题分解的不同因素按照它们之间的关系分为目标层(A层)、准则层(B 层)和方案层(C 层)(图 1),其中目标层是指决策的目的、要解决的问题;准则层是考虑的因素、决策的准则;方案层是决策时的备选方案。2.1.2 构造比较判断矩阵首先选取一个上层的因素,其次对其有影响的下层因素两两作对比,以判断各个下层因素的重要程度,最后以比较结果构成判断矩阵,这是层次分析法运用过程中的关键步骤。根据相关学者研究结果14-15,1 9 标度法更适用于不需要较精确权图 1 层次结构示意图Fig.1 Hierarchy diagram值计算但需要对各比较因素进行排序计算的问题。其利用 1 9 之间的 9 个数(还有倒数)作为评价元素,来标度各因素之间的相对重要性,即比较某一层的 n 个因素 a1,a2,an。针对上一层的同一个因素 A 的影响力,可以从 a1,a2,an中取任意 ai和 aj,并对它们对于 A的重要性进行比较,详见表 1。最后比较的结果形成判断矩阵。表 1 1 9 标度法中的标度值含义Table 1 1 9 Definition of scale values in scale method标度含义1 两个元素相比,同样重要3 两个元素相比,前者比后者稍重要5 两个元素相比,前者比后者明显重要7 两个元素相比,前者比后者强烈重要9 两个元素相比,前者比后者极端重要2,4,6,8 表示上述相邻判断的中间值倒数 若元素 ai与元素 aj的重要性之比为 aij,那么元素 aj与 ai元素的重要性之比为 aji=1/aij2.1.3 计算权重值并检验一致性用来计算权重的方法有多种,其中,运用方根法求权重值是 AHP 中较为简便且被广为应用的一种方法。该方法涉及一致性检验。一致性检验是尽可能地以客观描述来代替人们利用 AHP 的主观性,这要求客观成分必须足够合理。一致性检验有以下 3 个步骤:(1)计算一致性指标(CI):CI=(max-n)/(n-1)(1)式中,max为最大特征根;n 为备选方案个数(矩阵的阶数)。(2)找出相应的平均随机一致性指标(RI)。RI 值往往要通过查表获得,本文采用 1 阶 15 阶平均随机一致性指标(表 2)。716矿 业 科 学 学 报第 8 卷表 2 1 15 阶平均随机一致性指标Table 2 Average random consistency index of order 1 15n123456789101112131415RI 值000.520.891.121.261.361.411.461.491.521.541.561.581.59 (3)计算一致性比例(CR):CR=CI/RI(2)在一般情况下,如果 CR0.1,就认为判断矩阵符合一致性;若 CR0.1 时,就认为判断矩阵不符合一致性,需要进行调整和修正。2.1.4 总体的一致性检验层次总排序随机一致性比率为CR=b1CI1+b2CI2+bnCInb1RI1+b2RI2+bnRIn(3)式中,b 为准则层各因素的权重。若 CR0.1,就认为判断矩阵通过总排序一致性检验。2.2 专家打分法专家打分法是指通过匿名方式征询有关专家的意见,对专家意见进行统计、处理、分析和归纳,客观地综合多数专家经验与主观判断,对大量难以进行定量分析的因素做出合理估算,经过多轮意见征询、反馈和调整后得出最终结果的方法。该方法具有简洁便利、直观性强、计算方法简单等优点16-18。不同煤矿有不同的条件类型,如地质构造条件存在简单、中等和复杂之分,不同条件参数对整体评价的贡献不同,其所得评价结果也有所不同。评价过程中,从勘察单位、煤矿、政府管理部门以及高校邀请专家共7 名,通过专家打分获得典型煤矿城市的二级指标分值,即按照有利于空间利用的条件划分出3、5、7、10 得分,具体专家打分法中的得分值含义见表3。表 3 1 10 专家打分法中的得分值含义Table 3 1 10 Definition of score values inexpert scoring method得分含义3极不适宜于地下空间开发利用5不适宜于地下空间开发利用7较适宜于地下空间开发利用10适宜于地下空间开发利用本文利用层次分析法对影响河南省煤矿二次开发利用适宜性的主要因素建立递阶层次指标体系,求得低层各指标相对高层指标重要程度的权值,根据各指标的评判等级标准,通过专家打分法对其进行赋值,结合调研的实际情况进行加权计算,将定性问题定量化、抽象问题具体化、复杂问题简单化,最终得出河南省典型煤矿城市的适宜开发度。3 评价过程3.1 建立评价指标体系利用层次分析法建立的煤矿城市地下空间开发适宜性评价层次结构模型如图 2 所示。该评价体系中,方案层(二级指标)为准则层(一级指标)影响因素,准则层(一级指标)为目标层的影响因素;下一层指标影响上一层指标,上一层指标又反过来约束下一层指标;各指标间存在独立性的同时,也具有一定的联系。A目标层;B准则层;C方案层图 2 煤矿城市地下空间开发适宜性评价层次结构模型Fig.2 Hierarchy model for evaluating suitability of underground space development in coal mining cities 评价指标体系的建立要以评判目标的特征为依据,在符合客观事实的前提下,遵循准确性、系统性和普遍适用性等原则。基于大量参考资料以及河南省现有关停煤矿各项指标调查结果,建立了以717第 5 期石贝凝等:河南省煤矿城市地下空间开发适宜性评价安全性、稳定性、空间资源量、空间环境和经济性 5大项为主要评价因素,以采空区空间、井巷空间、保有资源储量、构造地质条件、煤层稳定程度、工程地质条件、煤层倾角、下沉系数、瓦斯等级、煤尘爆炸危险性、水文地质条件、最大涌水量、沉陷区面积、年均地温、年均降雨量、水质、保护区、煤矿区位、煤层空间埋深、正常涌水量 20 个小项为主要评价指标的河南省煤矿城市地下空间开发适宜性评价指标体系,并制定各指标分级标准(表 4)。表 4 煤矿城市地下空间开发适宜性评价指标及分级标准Table 4 Evaluation indicators and grading rubric for the suitability of undergroundspace development in coal mining cities影响因素评价指标指 标 分 级适宜较适宜不适宜极不适宜安全性瓦斯等级煤尘爆炸危险性水文地质条件最大涌水量/(m3d-1)沉陷区面积/亩低瓦斯矿井,CH4体积分数小于 0.05%高瓦斯矿井,CH4体积分数小于 0.5%煤与瓦斯突出矿井,CH4体积分数小于 1%无爆炸性、煤尘浓度不超标有爆炸性、未发生过煤尘爆炸、煤尘浓度不超标简单中等复杂72 000定量指标,以单位城市沉陷区面积与总体沉陷区面积比值确定相应等级稳定性构造地质条件简单中等复杂煤层稳定程度稳定较稳定不稳定极不稳定工程地质条件简单中等较差复杂煤层倾角/()45下沉系数0.90空间资源量采空区空间/万 m3井巷空间/万 m3保有资源储量/万 t定量指标,以单位城市资源量与总体资源量比值确定相应等级空间环境年均地温/15 202 15,20 3030年均降雨量/mm800400 800200 400200水质 pH 值中性,6.5 8.0偏酸/碱性,5.5 6.5 或 8.0 9.0酸性,5.5保护区无生态保护区、无文物保护区附近有生态保护区、文物保护区生态敏感区、文物保护区经济性煤矿区位距市中心不超过50 km 且空间资源量大于 25 万 m3距市中心不超过50 km 且空间资源量 4 25 万 m3距市中心超过50 km 或空间资源量小于 4 万 m3煤层空间埋深/m800正常涌水量/(m3d-1)28 8003.2 评价权值确立3.2.1 构造比较判断矩阵根据所建立的层次结构模型并结合专家的经验评判,首先相对于 A 层因素由 B 层因素两两比较得到判断矩阵(表 5);相对于 B 层各指标 Bi,由C 层元素两两比较得到判断矩阵(表 6 表 10)。3.2.2 计算权重值并检验一致性计算权重值并检验一致性过程见表 11。718矿 业 科 学 学 报第 8 卷表 5 B 层对 A 层的判断矩阵Table 5 Judgment matrix of layer B for layer AA(煤矿城市地下空间适宜性开发评价)B1(安全性因素)B2(稳定性因素)B3(空间资源量)B4(空间环境因素)B5(经济性因素)权重B1(安全性因素)133450.456B2(稳定性因素)1/311230.185B3(空间资源量)1/311230.185B4(空间环境因素)1/41/21/2120.108B5(经济性因素)1/51/31/31/210.067表 6 C 层对 B1 因素判断矩阵Table 6 Judgment matrix of layer C for B1 factorB1(安全性因素)C11(瓦斯等级)C12(煤尘爆炸性)C13(水文地质条件)C14(最大涌水量)C15(沉陷区面积)权重C11(瓦斯等级)123240.381C12(煤尘爆炸危险性)1/212120.202C13(水文地质条件)1/31/211/220.126C14(最大涌水量)1/212120.202C15(沉陷区面积)1/41/21/21/210.089表 7 C 层对 B2 因素判断矩阵Table 7 Judgment matrix of layer C for B2 factorB2(稳定性因素)C21(地质构造条件)C22(煤层稳定程度)C23(工程地质条件)C24(煤层倾角)C25(下沉系数)权重C21(地质构造条件)132430.402C22(煤层稳定程度)1/312210.191C23(工程地质条件)1/21/21220.181C24(煤层倾角)1/41/21/211/20.086C25(下沉系数)1/311/2210.141表 8 C 层对 B3 因素判断矩阵Table 8 Judgment matrix of layer C for B3 factorB3(空间资源量)C31(采空区空间)C32(井巷空间)C33(保有资源储量)权重C31(采空区空间)11/220.297C32(井巷空间)2130.539C33(保有资源储量)1/21/310.164表 9 C 层对 B4 因素判断矩阵Table 9 Judgment matrix of layer C for B4 factorB4(空间环境因素)C41(年均地温)C42(年均降雨量)C43(水质)C44(保护区)权重C41(年均地温)1241/20.267C42(年均降雨量)1/2121/40.133C43(水质)1/41/211/80.067C44(保护区)24810.533表 10 C 层对 B5 因素判断矩阵Table 10 Judgment matrix of layer C for B5 factorB5(经济性因素)C51(煤矿区位)C52(煤层空间埋深)C53(正常涌水量)权重C51(煤矿区位)1350.633C52(煤层空间埋深)1/3130.260C53(正常涌水量)1/51/310.106719第 5 期石贝凝等:河南省煤矿城市地下空间开发适宜性评价表 11 计算权重值并检验一致性过程Table 11 Procedure of calculating weight value andchecking consistency层对应因素最大特征值 maxCI 值RI 值CR 值B 层对 A 层5.1090.0271.120.024C 层对 B15.0520.0131.120.012C 层对 B25.2230.0561.120.050C 层对 B33.0080.0040.580.007C 层对 B44.0000.0000.90.000C 层对 B53.0710.0360.580.062 根据表 11,各项权重赋值过程符合逻辑,结果可用于进一步计算中。对于总排序一致性的检验,将数值代入公式(3)可得 CR=0.0200.1,因此,整个层次的判断比较矩阵通过总一致性检验。煤矿城市地下空间开发适宜性评价指标权重值见表 12。3.3 典型煤矿城市适宜性评判利用现有调研数据结合层次分析法与专家打分法,对郑州市、平顶山市、三门峡市和洛阳市 4 个煤矿城市的地下空间开发适宜性进行评价。表 12 煤矿城市地下空间开发适宜性评价指标权重Table 12 Weight of evaluation indicators for suitability of underground space development in coal mining cities准则层名称权重指标层名称权重对目标权重排序安全性0.456瓦斯等级0.3810.173 71煤尘爆炸危险性0.2020.092 14水文地质条件0.1260.057 57最大涌水量0.2020.092 13沉陷区面积0.0890.040 610稳定性0.185地质构造条件0.4020.074 45煤层稳定程度0.1910.035 311工程地质条件0.1810.033 512煤层倾角0.0860.015 917下沉系数0.1410.026 115空间资源量0.185采空区空间0.2970.054 98井巷空间0.5390.099 72保有资源储量0.1640.030 313空间环境0.108年均地温0.2670.028 814年均降雨量0.1330.014 418水质0.0670.007 219保护区0.5330.057 66经济性0.067煤矿区位0.6330.042 49煤层空间埋深0.2600.017 416正常涌水量0.1060.007 120 对评价过程中涉及下级指标对上级指标的影响呈负相关的情况,计算过程中要对其相应数值做减法。在同一个城市里存在不同条件类型的二级指标层参数时,为了获得统一的指标得分,二级指标参数采用归一化权值计算该指标得分,即对该二级指标参数里不同分类等级下的煤矿数量除以该城市煤矿总数量获得对应分类等级下的归一化权值,将归一化的权值乘以不同分类等级专家得分得到各二级指标加权得分。二级指标总得分是对各因素下二级指标加权得分求和的结果。计算过程中需要注意的是,沉陷区面积与安全性因素呈负相关,沉陷区面积越大,该煤矿关闭后安全性越低,因此计算时应减去其得分。以郑州市为例,煤矿城市开发适宜度评价见表 13。720矿 业 科 学 学 报第 8 卷表 13 河南省典型煤矿城市(郑州)开发适宜性评价Table 13 Evaluation on the development suitability of typical coal Mining Cities in Zhengzhou,Henan province一级指标名称权重二级指标名称权重二级指标评级得分等级分类/指标单位原始数据总数量归一化权值专家打分加权得分合计二级指标加权得分二级指标总得分安全性0.456瓦斯等级0.381煤尘爆炸危险性0.202水文地质条件0.126单日最大涌水量0.202沉陷区面积0.089低瓦斯18高瓦斯17瓦斯突出9无爆炸危险18有爆炸危险24简单4中等19复杂572 000 m30亩140 444.784442287283 763.090.40910.04.0910.3867.02.7050.2055.01.0230.42910.04.2860.5717.04.0000.14310.01.4290.6797.04.7500.1795.00.8930.71410.07.1430.2867.02.0000.0005.00.0000.0003.00.0000.49510.04.9497.8182.988.2861.677.0710.899.1431.854.9490.446.95稳定性0.185煤层稳定性0.191构造地质条件0.402工程地质条件0.181煤层倾角0.086下沉系数0.141稳定0较稳定47不稳定0极不稳定1简单9中等36复杂3简单4中等31较差3复杂24500.9484840150.00010.00.0000.9797.06.8540.0005.00.0000.0213.00.0630.18810.01.8750.7507.05.2500.0635.00.3130.10010.01.0000.7757.05.4250.7755.00.3750.0503.00.1050.20010.02.0000.4677.03.2670.3335.01.6670.0003.00.00010.07.05.06.9171.327.4382.996.9501.266.9330.6010.0001.417.58空间资源量0.185井巷空间0.539万 m31 631.843 681.540.44310.04.4324.4322.39采空区空间0.297万 m322 851.2886 444.860.26410.02.6432.6430.79保有资源储量0.164万 t823 112.05 2 075 663.53 0.39710.03.9663.9660.653.82721第 5 期石贝凝等:河南省煤矿城市地下空间开发适宜性评价(续表 13)一级指标名称权重二级指标名称权重二级指标评级得分等级分类/指标单位原始数据总数量归一化权值专家打分加权得分合计二级指标加权得分二级指标总得分年均地温/0.26715 202 15,20 -3020.693010.07.05.07.0001.878.80空间环境 0.108年均降水量0.133水质 pH 值0.067保护区0.533800 mm400 800 mm625.7200 400 mm200 mm6.5 8.06.855.5 6.5,8.0 9.05.510.07.05.03.010.07.05.010.07.00010.00010.0000.930.675.338.80经济性0.067煤矿区位0.633煤层空间埋深0.26日涌水量0.106适宜(距市中心不超过 50 km 且空间资源量大于25 万 m3)22较适宜(距市中心不超过 50 km 且空间资源量4 25 万 m3)0不适宜(距市中心超过 50 km 或空间资源量小于 4 万 m3)31800 m3028 800 m305251180.4230.0000.5960.0980.3140.5880.1670.2780.4440.11110.07.05.010.07.05.010.07.05.03.04.2310.0002.9810.9802.1962.9411.6671.9442.2220.3337.1156.1186.1674.501.590.657.11 总得分是指以一级指标为单位,对所包含的所有二级指标得分与其对应权重乘积求和。平顶山市、三门峡市和洛阳市的适宜开发度总得分计算过程与郑州市一致,不再赘述。在该评价模型中,空间资源量所占权重为0.185,重要程度不及安全性与稳定因素,但根据实际情况,地下空间资源量是本文研究煤矿城市地下开发利用的主要因素,空间资源量越大,二次开发可利用空间就大,其现实意义更大。因此,计算出总得分后,再对各典型煤矿城市空间资源量所对应的权重得分进行加权,最终得出 4 个煤矿城市的开发适宜度及排名(表 14)。表 14 典型煤矿城市最终得分排名Table 14 Ranking of final scores oftypical coal mining cities所在市总得分空间资源量权重得分最终得分排名郑州6.703.8225.591平顶山6.653.4923.212三门峡6.611.348.863洛阳6.391.348.564722矿 业 科 学 学 报第 8 卷 河南省郑州市、平顶山市、三门峡市和洛阳市相较于省内其他城市,可利用空间开发潜力更大,利用价值更高,在全省煤矿城市开发利用中具有先导性和代表性。因此,应先考虑这 4 个煤矿城市的开发利用适宜情况,再以此为参照在河南全省内进一步展开研究。4 结 论(1)针对煤矿城市的特点,综合安全性、稳定性、空间资源量、空间环境和经济性 5 个方面,以及采空区空间、井巷空间、保有资源储量等 20 个具体指标,采用层次分析法建立了煤矿城市地下空间开发适宜性评价指标体系。(2)利用所建立的评价体系开展了煤矿城市地下空间开发适宜性评价。采用层次分析法确定评价体系中的一级指标和二级指标权重,采用专家打分法对不同评价指标的等级进行赋值,在综合评价煤矿城市地下空间适宜性的过程中,可重点考虑空间资源量对其开发利用的影响。(3)综合评价河南省可利用空间超过 10 000万 m3的 4 个煤矿城市,开发适宜度由高到低分别为郑州市 25.59、平顶山市 23.21、三门峡市 8.86和洛阳市 8.56,其结果为河南省煤矿城市地下空间的开发利用提供依据。参考文献1 袁亮,姜耀东,王凯,等.我国关闭/废弃矿井资源精准开发利用的科学思考J.煤炭学报,2018,43(1):14-20.Yuan Liang,Jiang Yaodong,Wang Kai,et al.Precisionexploitation and utilization of closed/abandoned mine re-sources in ChinaJ.Journal of China Coal Society,2018,43(1):14-20.2 翟晋忠.废弃煤矿资源及赋存特征探讨J.中国煤炭地质,2021,33(5):16-19.Zhai Jinzhong.Probe into abandoned coalmine resourcesand hosting featuresJ.Coal Geology of China,2021,33(5):16-19.3 王行军.我国关闭煤矿资源综合利用存在问题研究J.中国煤炭地质,2020,32(9):128-132.Wang Xingjun.Study on closed coalmine resources inte-grated utilization issues in ChinaJ.Coal Geology ofChina,2020,32(9):128-132.4 郝宪杰,陈泽宇,张通,等.中国关闭/废弃矿井地下空间储物环境稳定性保障:现状、评价及改造J.科技导报,2021,39(13):29-35.HaoXianjie,ChenZeyu,ZhangTong,etal.Environmental stability guarantee of underground storagein closed/abandoned mines in China:current situation,evaluationandtransformation J.Science&Technology Review,2021,39(13):29-35.5 刘钦节,王金江,杨科,等.关闭/废弃矿井地下空间资源精准开发利用模式研究J.煤田地质与勘探,2021,49(4):71-78.Liu Qinjie,Wang Jinjiang,Yang Ke,et al.Research onthe model of accurate exploitation and utilization of un-derground space resources in closed/abandoned minesJ.Coal Geology&Exploration,2021,49(4):71-78.6 苏栋,黄茂隆,韩文龙,等.考虑