目前全国矿井水排放量超过60×108t，其中相当一部分是由化石含水层中导出的。矿井水一般经过以除浊为主要目的的传统工艺处理后可以满足煤炭工业生产用水要求，可以作为煤矿生产的主要水源。本文主要是采用层次分析法对煤矿矿井水处理及回用工艺方案进行分析探讨。
1层次分析法概述
层次分析法是一种适用于多目标决策的实用的多准则决策方法，它把一个复杂的决策问题表示为一个有序的递阶层次结构，并通过人们的主观判断和科学计算给出备选方案的优劣顺序。
层次分析法的基本步骤是，先将问题分解成不同层次的组成因素，并按照层次间的隶属关系以及因素间的优劣关系，形成一个多层分析结构模型，最终归结为方案层对目标层的相对重要程度的权重或相对优劣次序的问题。
2建立评价基准
利用层次分析法，分析影响矿井水处理方案的各相关因素，划分目标层、基准层、方案层（其中，基准层分为准则层和指标层），建立递阶层次结构模型。目标层：矿井水处理最优方案。基准层主要有：处理效果：SS去除率、COD去除率、油类去除率、抗冲击负荷能力、技术先进性；基本建设：土地占用、基本建设投资、建设期安全性、建设工期、人员培养；运行管理：运行费用、设备折旧、对井下排水系统的影响、设备可靠性、整体安全性。方案层：方案1、方案2、…方案n。
为了便于研究，将目标层记作A；准则层记作B，其各项记作B1、B2、B3；指标层记作C，其各项记作C1、C2、C3、…C15。
3计算指标权重
3.1评价尺度
建立递阶层次结构后，采用9级比例标尺（9标度法）作为评价尺度。
3.2构造判断矩阵
根据建立的递阶层次结构模型，对各目标层的亲要素与因素层的各个子要素以9标度法为评价尺度进行成对比较，根据比较结果，构造判断矩阵。
3.3重要度计算
层次分析法构造的判断矩阵均为正互反矩阵，其最大特征值所对应的特征向量经归一化处理后所得向量即为该层次元素的重要性权重值。利用Matlab软件可计算判断矩阵的最大特征值，同时可得相应的特征向量归一化处理后所得权重向量。
3.4一致性检验
3.4.1次序一致性
次序一致性是一种逻辑判断规律，在判断过程中必须遵守。通过判断各目标层的亲要素与因素层的各个子要素之间的次序关系，确定判断矩阵的次序是否一致。经检验，判断矩阵A、B1、B2、B3均满足次序一致性。
3.4.2基本一致性
判断矩阵的基本一致性检验允许矩阵在一定程度上不满足判断一致性。但判断矩阵偏离一致性条件不能超过一个度，一旦超出，则判断矩阵不能真实反映比较对象间的关系，即判断矩阵不成立。判断矩阵的基本一致性检验指标为一致性比例。可得到各个判断矩阵的基本一致性检验结果，经检验，判断矩阵A、B1、B2、B3的C.R.值均小于0.1，满足基本一致性。
3.5Matlab脚本
利用Maflab软件，编制重要度计算和一致性检验综合计算程序。虽然本文中所构造判断矩阵不高于15阶，但为了提高程序适应性，加入了高阶随机一致性指标计算程序。
4矿井水处理工艺与布置方案分析
4.1基本概况
山西某煤矿，正常涌水量870m3/h，最大用水量1305m3/h，井下主排水系统排水高度约1000m，矿井水处理站设计总处理规模35000m3/h。
原水水质参照GB50810―2012《煤炭工业给水排水设计规范》定为：SS=600～3000mg/L，CODCr=100～400mg/L，油=1.0～20.0mg/L。出水水质1综合考虑GB50810--2012《煤炭工业给水排水设计规范》、GB50215-2005《煤炭工业矿井设计规范》、GB50359-2005《煤炭洗选工程设计规范》、GB50383--2006《煤矿井下消防、洒水设计规范》、GB／T18920―2002《城市污水再生利用城市杂用水水质》等规范相关要求确定。
由于原水水质资料不完整，在出水水质标准中未包含铁、锰、硬度、溶解性总固体等指标；由于一般矿井水所受人类活动影响较小，BOD5、NH3-N、溶解氧、阴离子表面活性剂等生化指标未列入；方案比较时不考虑上述指标对方案的影响。另外，由于各方案出水均需进行消毒处理，消毒对各方案的影响相同，出水水质中未包含消毒相关指标。处理合格的矿井水复用于地面生产系统、井下消防洒水、浇洒道路及绿化等用水。有更高用水要求的用水项，分别单独考虑深度处理措施。结合实际情况，按照处理工艺和布置形式的不同区分，提出5种矿井水处理站方案。
4.2方案分析
方案1：矿井水处理站采用“混凝-沉淀-过滤”工艺，一体化设备，整个水处理站全部布置在地面。这种方案整体安全性高、技术可靠性高，但占地面积大、施工周期长。
方案2：矿井水处理站采用“混凝-沉淀-过滤”工艺．分散式单体设备，整个水处理站全部布置在井下。这种方案技术可靠，运行成本低，但整体安全性低、管理不方便、施工难度大。
方案3：矿井水处理站采用“加载混凝磁分离”工艺，分散式单体设备，整个水处理站全部布置在地面。这种方案整体安全性高、技术先进、占地面积小。但初期投资较高、运行成本较高。
方案4：矿井水处理站采用“加载混凝磁分离”工艺，分散式单体设备，整个水处理站全部布置在井下。这种方案技术先进，基本不占用土地，能有效减少井下排水系统的运行维护费用，但整体安全性低、运行成本较高、施工难度大。
方案5：矿井水处理站采用“加载混凝磁分离”工艺，分散式单体设备，水处理站地面布置规模32000m3/h、井下布置规模3000m3/h。这种方案技术先进、整体安全性较高、土地占用较小、施工周期短、运行成本整体较低，但初期投资较大、运行管理较烦琐、施工难度较大。
5技术经济综合比较与优选
5.1计算评价指标向量
将各评价指标根据其特性选用不同评价数的最值对评价指标进行无量纲化处理，建立规范化评价指标矩阵。根据指标层对目标层的权重向量与规范化评价指标矩阵D，对5种方案进行技术经济综合比较，得到评价指标向量，通过比较上述评价指标向量的各个元素，可得各方案排序并确定最优方案。
5.2Matlab脚本
利用Madab软件，编制计算程序，规范化评价指标并计算评价指标向量。先建立评价指标矩阵，再利用规范化向量建立规范化评价矩阵，然后引入权重向量得到评价指标向量。
6结论
矿井水处理工艺与布置方案受到很多因素制约，针对不同条件，最优化决策有着不同的结果，需要针对具体问题具体分析，不能一概而论。针对某一具体矿井水处理工艺与布置方案应运用层次分析法建立综合评价体系，最终选定适合用于具体条件的最优方案。
参考文献
[1]王锦,彭年,徐燕飞,陶鹏飞,陈永春.煤矿矿井水井下深度处理与回用技术[J].陕西煤炭,2022,41(03):42-48.
[2]杨宝贵,王俊涛,何添华,朱正刚.层次分析法在矿井水处理工艺优选中的应用[J].煤矿安全,2012,43(10):217-220.