豫西是指河南省西部，包括三门峡市、洛阳市和南阳市。区域地质背景复杂，成矿地质条件良好。是我国重要的钼、钨、铝、金、银、铜、铅、锌多金属矿集区。该矿具有建设项目分散、地质环境条件相对复杂、各功能区地质环境要求和破坏程度差异大的特点。根据这些特点，开展矿山地质灾害风险评估对指导矿山地质灾害防治具有现实意义。崩塌是河南省七大地质灾害之一，具有发生突然、剧烈的特点。其主要危害是交通中断、房屋毁坏、耕地破坏和矿山破坏。
近年来，GIS空技术在地质灾害风险评估中的应用取得了很大进展。将层次分析法和模糊综合评价法应用于地质灾害风险评价、采矿和地下水质量评价。目前，国内外对滑坡灾害区划进行了深入研究，但对矿山塌陷灾害评价的研究较少。开展矿山塌陷风险评估，对我国矿山开发导致的塌陷防患于未然，保护矿山职工和矿山附近居民的生命财产安全以及矿山企业的可持续发展具有重要意义。基于GIS技术，采用层次分析法和模糊综合评价法对豫西枣乡峪乱石沟煤矿塌陷危险性进行分类。
一、乱石沟地质调查
秦岭金矿区枣乡峪乱石沟是灵宝黄金投资有限公司济南分公司的二矿区，位于灵宝市古县镇正南枣乡峪河右岸，面积2.58km2，陇海铁路、连霍高速公路、310国道均从矿区北部穿过，交通便利(见图1)。
属于矿区黄河流域枣乡峪水系。枣乡峪河发源于小秦岭老鸦岔脑至娘娘山之间，自北向南，河道狭窄，底部坡度5% ~ 10%，局部可达15%。矿区内冲沟发育。矿区内沟渠多为季节性水沟，季节性水沿山谷流入枣乡峪河形成常年流水，年平均流量0.3m3/s，经古贤镇向北流入黄河。
枣乡峪河流域矿区栾沟位于小秦岭流域北坡。地势南高北低。最高海拔1950m，最低海拔1075m，相对高差880m。地势险峻，切割激烈，沟深坡陡，山坡坡度高达40 ~ 60°。地貌类型属于侵蚀剥蚀中低山。
二。崩塌地质灾害
石质冲沟切割较深，冲沟两侧山体坡度较陡，第四系覆盖层厚度较小，大部分基岩出露于冲沟内。在节理切割等地质作用、挖坑爆破等人类工程活动以及降雨等外部诱发因素的影响下，崩塌体已成为乱石沟较为严重的地质灾害之一。
在岩石冲沟中节理密集发育的区域，岩体被切割成块状。当节理面开阔，条件较好时，可见岩体松散破碎，成为岩石冲沟落石形成的隐患点，如图2所示。
枣乡峪乱石沟金矿区经过多年的地下开采，地下采矿巷道纵横贯通。随着开采活动的深入，开采规模逐渐增大，特别是董浩、中浩、西浩三个分公司，矿坑分布密集。竖井和巷道的开挖必然引起上部岩体的应力平衡发生变化，可能导致开挖巷道上覆岩体中的岩体开裂。当裂缝继续扩展时，会形成上覆岩体拉张破碎带，进而诱发地表塌陷等灾害现象。实地考察发现，乱石沟西沟以东、中沟以西的山脊上发育有大规模的崩塌岩体。
三。乱石沟滑坡风险区划
(1)基础图的编制和预测单元的划分
1.基本地图的制作
根据枣乡峪乱石沟滑坡的形态特征、分布特征、地质环境背景及其诱发因素，选取具有宏观规律的主控因素作为分析基础，对现有因素图进行分类整理，在GIS平台上生成基础图(1: 10000)，为后续空预测做好准备。每个基础图包括研究区域的网格图、节理发育密度和开度分布图、坡度分布图、临时空条件分布图等。
2.预测单元划分
预测单元划分是否恰当，影响着划分结果的合理性和划分过程中各参数的获取难度。我们采用规则单元划分的方法研究崩塌风险区划，采用lmm×lmm(实际网格尺寸为10m×10m)进行网格划分。
(2)预测指标的选择和指标状态的划分
崩塌形成的最基本条件是边坡L有不稳定的土体或岩体，其稳定性受土体和岩体的物理特性及空附近边坡的状态控制。前者主要取决于地质因素，后者主要取决于地形因素。
根据影响乱石沟崩塌的地形地貌因素、地质背景因素和诱发因素，选取以下指标进行风险预测空。
1.联合开发。崩塌主要受节理裂隙和结构面的组合控制，其活跃程度取决于卸荷裂隙的扩张和扩大。层状岩体的岩面和构造裂隙面一般对崩塌的形成起控制作用。根据现场工程地质调查资料，选取节理线密度和优势节理张开度作为研究区崩塌风险的评价指标，如图3和图4所示。
2.地形坡度。坡度对崩塌地质灾害的发生具有明显的控制作用。危岩体多发育在陡崖地区，缓坡地段多被堆积层覆盖，一般不会发生崩塌灾害。此外，外表面的坡度在一定程度上影响着崩塌体内沿已有或潜在滑坡面的滑动力。枣乡峪乱石沟地形坡度分布特征见图5。
3.临时空条件。临界空条件是岩体变形开裂并最终坍塌的必要条件。岩体相邻空面无侧向约束，可为岩体破坏提供变形空。因此，选取邻空条件作为研究区崩塌风险评价的评价指标。山脊处的岩体有三个面空，有大变形迹象的危岩体都分布在山脊处。谷内地形条件只有一面空，最不利于危岩体的形成。使用Arc-GIS水文工具中提取流域和集水区线的方法，获得地形山脊、山谷和过渡段，如图6所示。
4.采矿挖掘的影响。为了考虑采动对塌陷灾害发生的影响，将采动巷道顶板覆岩厚度与巷道顶板下沉引起的表面张力变形高度进行了对比。如果前者大于后者，开采不会引起地表张力变形，相反会有一定的影响，而且相差越大，影响越大。
其中，回采巷道顶板覆岩厚度主要由回采巷道网格图和研究区等高线图确定。考虑到基坑开挖入山初始段为水平开挖，巷道延伸轨迹上每个网格的地表标高与对应的基坑标高之差即为上覆岩层厚度。
顶板拉断带高度(ht)与本区采空高度、顶板上覆岩层厚度及物理力学性质、采空区上方地形坡度密切相关。根据经验公式:
式中，Ht为拉伸裂缝(塌陷)区的影响高度(从隧道顶板计算)；h为巷道高度(采高)，m；Rt为顶板上覆岩层的平均抗压强度，MPa；γ为顶板上覆地层的平均重力，kn/m3；α为矿区空区域上方地形的平均坡度，()；β为地层(煤层)的平均倾角，()；k是安全储备系数；η是与顶板岩石破碎程度有关的系数(在2和4之间，岩石破碎和断层发育，取较大值；否则，取小值；破损程度取中间值)。
屋面受拉区高度计算参数见表1。
根据上述经验公式计算各巷道的Ht值。然后根据地形图计算出待找巷道顶板覆岩的厚度h，并将两个值进行比较。如果上覆岩层的厚度远大于巷道顶板下沉引起的表面张力和裂缝变形的影响高度，则说明巷道是稳定的，不会引起坍塌的地质灾害。本文以巷道顶板覆岩厚度h与张裂(垮)带影响高度Ht之差作为采动影响指标。
根据各预测指标的具体分布特征，将其划分为不同的状态变量(见表2)。
(3)预测模型的建立和风险评估
1.预测模型的建立
枣乡峪乱石沟崩塌地质灾害风险评估模型主要考虑五个预测指标。首先，利用层次分析法建立了滑坡危险性评价的指标体系，确定了各指标的权重。然后，通过模糊综合评价法得出研究区各滑坡的综合评价得分，建立了基于AHP-模糊综合评价的滑坡危险性评价数学模型。
从表3可以看出，崩塌风险评价指标体系的指标因素总权重向量为
WBk=(WB1，WB2，WB3，WB4，WB5，WB6)=(0.4084，0.1799，0.0616，0.0805，0.2696)。
指标权重表示每个因素对倒塌稳定性的重要性。从上式可以看出，节理密度影响最大，山体坡度影响最小。
用层次分析法得到各预测指标的权重后，将权重向量引入模糊综合评价，计算出各崩塌的综合评价得分，从而对研究区的崩塌风险进行分级，得到崩塌风险区划图。具体步骤如下:
(1)建立因素集和评价集。因素U是由影响评价对象的各种因素组成的集合，即U={u1，u2，…，un}。评价集U是由评委对评价对象可能做出的各种总体评价结果组成的集合。为了更准确地评估崩溃风险，这里选择了四个评估级别，以形成一个评估集(表4)。
表4倒塌风险评估
其中，ux是隶属函数，X是某个影响因素根据评价集给出的分数，一般由专家打分。
(3)建立模糊判断矩阵。根据(2)中建立的隶属函数和专家打分，可以建立如下判断矩阵:
判断矩阵r中的元素rij是j对象在因子I上的评价集上的特征指标，称为隶属度。
(4)AHP-模糊综合评价法。将上述层次分析法得到的影响因素的权重向量引入模糊综合评价体系，建立了AHP-模糊综合评价体系。具体计算步骤如下:①目标评价向量B=W1×R，Wi为影响因素的权重向量。②求最终评价总分K=B×ST，其中s = [90，70，50，30]。
综合评价得分和倒塌次数分布见图7。
2.危险等级分类
根据各网格的模糊综合评价得分，采用频数统计法确定风险分级临界值，对乱石沟金矿区崩塌地质灾害风险进行区划。
从图7可以看出，在60、70、75分钟左右有明显的突变。根据综合评价得分的临界分界点，崩塌风险分为高风险、中风险、低风险和低风险四个等级。
3.分区映射和结果分析。
枣乡峪乱石沟崩塌危险区划图如图8所示。
图8的分析如下。
(l)高风险区:主要分布在西槽和中槽之间，处于开采影响范围内，占研究区崩塌总数的4.35%。该区崩塌体节理密度多在2块/m以上，张开度多在2cm以上，地形坡度多在40°以上。它位于山脊和过渡带，滑坡的条件是有利的。
(2)中等危险区:主要分布在西濠，采动影响区内，占整个研究区塌陷总数的30.34%。本区崩滑体节理密度2 ~ 3.5个/m，张开度0.2 ~ 4 cm，地形坡度多为25° ~ 65°，多位于山脊地带，因此空的条件很好。
(3)低风险区:分布广泛，占研究区崩塌总数的43.87%。区内崩塌体节理密度L ~ 2条/m，张开度0.2 ~ 2 cm，地形坡度多为25° ~ 65°，基本不受开采影响，多处于过渡带，临时空条件一般。
(4)低危区:主要分布在枣乡峪河以北，占整个研究区崩塌总数的21.44%。该区崩塌体节理密度小于2块/m，张开度小于4cm，地形坡度大多小于50°，基本不受开采影响。地处山谷和过渡地带，临时空条件较差。
四。结论和建议
枣乡峪乱石沟煤矿塌陷高风险区和中风险区主要分布在西壕和中壕，与调查结果一致，表明基于AHP-模糊综合评价的塌陷风险评价能够客观反映区域塌陷风险程度。
节理发育和开采对崩塌风险影响最大，地形坡度和临时空条件也有一定影响。在采矿选址过程中，必须综合考虑这些因素的影响，并尽可能避开塌陷的高风险区。
此外，应充分调查研究各类节理裂隙，加强重点区域节理裂隙变形监测，分析塌陷形成机理和扩展趋势，结合具体加固目的采取有效防治措施，具体设计防治加固工程。
