Application of the Analytic Hierarchy Process to Assessment of Water Inrush: A Case Study for the No. 17 Coal Seam in the Sanhejian Coal Mine, China

Abstract

Disasters caused by water inrush affect many coal mines in China. In order to predict and prevent water inrushes during mining of the no. 17 coal seam in the Sanhejian coal mine, the factors that affect water inrush from the underlying Ordovician limestone were studied using the analytic hierarchy process (AHP). The AHP method is based on the geographic information system, through which the sub-thematic layer and the overlying layers of each dominating factor were constructed. An expert system was used to calculate weighting for each factor. Integration of the controlling factors through the AHP allowed us to develop a vulnerability index map in which the mining area was divided into different zones according to the risk level for water inrush during mining. Furthermore, water control measures were recommended in response to each risk level.

Kurzfassung

Zahlreiche Steinkohlengruben in China sind von Grubenunglücken infolge Wassereinbruch betroffen. Mit dem Ziel, Wassereinbrüche während des Abbaus des Flözes Nr. 17 in der Grube Sanhejian vorherzusagen und zu verhindern, wurden die für das Auftreten von Wassereinbrüchen aus dem liegenden ordovizischen Kalkstein maßgeblichen Faktoren mittels eines analytischen Hierarchieprozesses (AHP) untersucht. Die AHP Methode basiert auf der Anwendung eines Geographischen Informationssystems (GIS), mit dem thematische Karten aller dominierenden Faktoren konstruiert wurden. Mit Hilfe eines Expertensystems wurden Wichtungen für jeden Faktor ermittelt. Die mit Hilfe des AHP vorgenommene Zusammenführung der Einflussfaktoren erlaubte den Autoren die Erstellung einer Gefährdungsindexkarte, in der das Bergbaugebiet in verschiedene Risikozonen für Wassereinbrüche während der bergmännischen Arbeiten eingeteilt wird. Schließlich werden für jede Risikostufe Maßnahmen zur Grundwasserbeherrschung vorgeschlagen.

Resumen

Los desastres causados por la irrupción de agua afectan la construcción y la producción en muchas minas de carbón de China. En función de predecir y prevenir tales irrupciones durante la explotación minera de la veta de carbón N° 17 en la mina de carbón Sanhejian, China, se estudiaron los factores que afectan la irrupción de agua desde la capa subterránea de caliza ordiviciano utilizando el proceso analítico jerárquico (AHP). El método AHP está basado en información geográfica (GIS), a través de la cual se construyeron la capa sub-temática y la capa solapada de cada factor dominante. Un sistema experto fue usado en el AHP para calcular el peso de cada factor. La integración de los factores de control a través de AHP permitió obtener un mapa con índices de vulnerabilidad en el cual el área minera fue dividida en diferentes zonas de acuerdo al nivel de riesgo de irrupción de agua durante la explotación minera del carbón. Además, las mediciones de control de agua fueron recomendadas en respuesta a cada nivel de riesgo.

摘要

突水灾害影响着许多中国煤矿的建设与生产。为预防三河间煤矿(中国)第17#煤底板奥灰突水,应用层次分析法(AHP)研究了影响底板奥灰突水的影响因子。基于GIS技术,AHP方法实现了各影响因子的空间分析与叠加。同时,专家系统引入AHP分析法以计算每个影响因子的权重。通过各主控因子的AHP复合与叠加,建立脆弱性指数图,实现开采区的突水危险等级分区。最终,针对不同突水危险程度提出相应的防治水技术措施。