礦井火災(zāi)進(jìn)行分析評價畢業(yè)論文

遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)論文PAGEPAGE68目錄1緒論……11.1引言……11.2問題的提出……41.3煤炭的自然發(fā)火機理研究現(xiàn)狀……51.4國內(nèi)外研究現(xiàn)狀……82礦井火災(zāi)事故樹分析……102．1事故樹分析概述……102.2事故樹分析與編制……112.2.1事故樹的分析程序……112.2.2事故樹的編制過程……132．3事故樹的符號及其意義……142.3.1事件及事件符號……152.3.2邏輯門及其符號……162.3.3轉(zhuǎn)移符號……182．4煤炭自燃事故樹定性分析……182.4.1編制說明及事故樹圖……182.4.2事故樹定性分析……212．5結(jié)論……303煤層自然發(fā)火危險程度的綜合評價……313．1引言……313．2應(yīng)用模糊聚類分析的基本理論基礎(chǔ)……313．3煤層自然發(fā)火模型概況……363.3.1荊各莊礦煤層地質(zhì)概況……363.3.2荊各莊礦煤層自然發(fā)火情況……413．4煤層自然發(fā)火危險程度指標(biāo)體系的建立……443.4.1煤的自燃傾向性指標(biāo)體系的建立……443.4.2煤層地質(zhì)賦存條件評價指標(biāo)體系的建立……443.4.3開采技術(shù)因素評價指標(biāo)體系的建立……463.4.4通風(fēng)因素評價指標(biāo)體系的建立……483.4.5預(yù)防措施評價指標(biāo)體系的建立……493．5模糊聚類分析……533.5.1數(shù)據(jù)的處理……563.5.2逐步聚類分析法的基本思想……573.5.3標(biāo)定（建立模糊相似關(guān)系）……593.5.4聚類……593.6樣本的聚類檢驗分析……613．7總結(jié)……634結(jié)論……64致謝……66參考文獻(xiàn)……671緒論1．1引言能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步的主要支撐條件，在世界一次能源消費中，化石能源（煤炭、石油、天然氣）占90%以上。而在世界石化能源探明可采儲量中，煤炭約占2/3，石油、天然氣分別占1/6。眾所周知，我國是世界上少數(shù)幾個一次能源為主的國家，煤炭是我國的第一能源，也是重要的工業(yè)原料。目前，全國約有75%的工業(yè)原料，76%的電能，80%的民用商品以及60%的化工原料依靠煤炭。預(yù)測我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源的需求時，有關(guān)專家認(rèn)為，到2050年化石能源仍是我國的主要能源，其中煤炭至少要占到50%。因此，煤炭工業(yè)是支持經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保障人民生活的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。我國已探明的煤炭儲量9000億噸，占一次能源探明儲量的90%，煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的優(yōu)勢近十年來不斷上升，原煤產(chǎn)量以平均每年5.7%的速度增長，目前年產(chǎn)煤炭達(dá)12億噸，以后還會增長。然而，伴隨著煤炭產(chǎn)量的不斷增加，可采范圍的不斷縮小，許多安全問題也隨之產(chǎn)生。瓦斯、火災(zāi)、粉塵、噪聲、高溫正在困擾著企業(yè)的正常發(fā)展。礦井火災(zāi)是煤礦的重大自然災(zāi)害之一。礦井火災(zāi)不僅能使礦井遭受巨大的物質(zhì)損失，同時它也是導(dǎo)致井下職工傷亡的重要根源。礦井火災(zāi)根據(jù)引火的熱源不同分為外因火災(zāi)和內(nèi)因火災(zāi)（也稱自燃火災(zāi)）。外因火災(zāi)一般發(fā)生突然、來勢迅猛，如果不能及時發(fā)現(xiàn)和控制，往往會釀成重大事故。但是外因火災(zāi)的火焰一般是在燃燒物的表面，如果能及時發(fā)現(xiàn)和撲救，是容易熄滅的。與外因火災(zāi)相比，內(nèi)因火災(zāi)的發(fā)生，往往伴有一個蘊育的過程，根據(jù)預(yù)兆能夠早期予以發(fā)現(xiàn)。但是內(nèi)因火災(zāi)火源比較隱蔽，經(jīng)常發(fā)生在人們難以進(jìn)入的采空區(qū)或煤柱內(nèi)，要想精確找到火源并非易事。因此難以撲滅，以至火災(zāi)可以持續(xù)數(shù)月，數(shù)年甚至幾十年至上百年之久，長期威脅著礦井的安全生產(chǎn)。有時燃燒的范圍逐漸蔓延擴大，燒毀大量煤炭，凍結(jié)大量資源，使自然資源造成極大的浪費。如山西大同煤田露頭煤的燃燒已持續(xù)300多年，至今尚未完全熄滅。因此，致力于火的研究一直是眾多專家和學(xué)者的重要課題。眾所周知，發(fā)生火災(zāi)的原因是極為復(fù)雜的，單一學(xué)科、理想的研究方法已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)及科研的需要。因此本文嘗試著對其進(jìn)行定性和定量分析評價。首先對礦井火災(zāi)的國內(nèi)外情況做了一般介紹，同時對預(yù)測自然發(fā)火的方法作了客觀評價，提出應(yīng)用事故樹進(jìn)行定性分析和應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)方法進(jìn)行定量分析評價的必要性。其次對礦井火災(zāi)進(jìn)行事故樹定性分析，介紹了事故樹分析的基本理論和定性分析，發(fā)現(xiàn)危險因素，得出相應(yīng)的預(yù)防措施。然后應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)對煤層自然發(fā)火危險程度進(jìn)行定量評價。先對模糊數(shù)學(xué)的模糊聚類分析方法作了深入的介紹，進(jìn)而建立樣本進(jìn)行定量評價。1．2問題的提出我國56%的礦井開采易自燃煤層，百萬噸自然發(fā)火率近年來雖然有所下降，但仍高居不下，達(dá)1%強。礦井火災(zāi)是一大突出危害，尤其是近年來，重大火災(zāi)事故還時有發(fā)生，給煤炭企業(yè)帶來難以估量的負(fù)面影響，不僅有損于煤炭行業(yè)的社會形象，也嚴(yán)重制約著煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)統(tǒng)計，在礦井火災(zāi)事故中，自燃火災(zāi)占總數(shù)的94%以上，其中60%發(fā)生在采空區(qū)。火災(zāi)的發(fā)生與發(fā)展不僅影響安全生產(chǎn)和周圍環(huán)境，而且極易引起煤塵、瓦斯爆炸，而且隨著采深的不斷增加，煤的自燃發(fā)火期逐漸縮短，開采時間的不斷增加，使煤柱、采空區(qū)遺煤的氧化程度不斷加深，更縮短了煤的自燃發(fā)火期。因此，火災(zāi)防治工作仍然是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的一項常抓不懈、重要而艱巨的任務(wù)，國內(nèi)外許多專家和學(xué)者也都致力于煤炭自然發(fā)火規(guī)律的研究。1．3煤炭的自然發(fā)火機理研究現(xiàn)狀煤炭能夠自然發(fā)火是煤所具有的共性之一，只是不同的煤種具有不同的呈現(xiàn)，不同的條件具有不同的反映。煤炭自然發(fā)火是一個極為復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程。對于這個過程的前期是如何開始的，溫度是怎樣提高到發(fā)生氧化反應(yīng)必不可少的溫度——60的兩個問題還存在爭論。早在本世紀(jì)前半時期DrPlot提出了黃鐵礦作用學(xué)說。他認(rèn)為煤的自燃是由于煤層中的黃鐵礦（FeS2）與空氣中的水分和氧相互作用、發(fā)生熱反應(yīng)引起的。其反應(yīng)式為：而硫酸亞鐵在潮濕的環(huán)境中可能被氧化成硫酸鐵：硫酸鐵在潮濕的環(huán)境中作為氧化劑又和黃鐵礦反應(yīng)：以上的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，再者，黃鐵礦在潮濕的環(huán)境中被氧化成SO2、CO2、CO、H2S氣體時，也都是放熱反應(yīng)。但其反對者也列舉了不含硫的煤也發(fā)生自燃的實例。五十年代波蘭學(xué)者Olpinsk.W對波蘭煙煤的考察表明：只有當(dāng)煤中硫鐵礦含量較高時（大于1.5%），才具有自燃傾向性。Muck認(rèn)為屬于斜方晶系的硫化鐵變態(tài)——白鐵礦在煤的自燃過程中起著主導(dǎo)作用。1927年英國人Potter.M.C提出了煤自燃的細(xì)菌作用學(xué)說。他認(rèn)為在細(xì)菌的作用下，煤在發(fā)酵過程放出一定熱量對煤的自燃起了決定的作用。但在后來人們的實驗中認(rèn)為：細(xì)菌不起任何作用。前蘇聯(lián)的B.BTponB于1940年提出酚基作用學(xué)說。他認(rèn)為煤的自燃是由于煤體內(nèi)不飽和酚基化合物強烈吸附空氣中的氧，同時放出一定量的熱量造成的。該學(xué)說的建立是基于對各種煤體中的有機物進(jìn)行實驗后，發(fā)現(xiàn)酚基類是最易氧化的。不僅在純氧中可以氧化，而且與其它氧化劑接觸也可以發(fā)生作用。以上各種學(xué)說的建立是基于某一特定條件下而得出的結(jié)論，均有其局限性，目前絕大多數(shù)學(xué)者都贊同的一種學(xué)說為煤氧復(fù)合作用學(xué)說。煤氧復(fù)合作用學(xué)說認(rèn)為煤的自燃是氧化過程自身加速的最后階段，并非任何一種煤的氧化都能導(dǎo)致自燃，只有在穩(wěn)定的條件下，在低溫、絕熱條件下，氧化過程的自身加速才能導(dǎo)致自燃。低溫氧化過程的持續(xù)發(fā)展使反應(yīng)過程的自身加速作用增大，最后如果生成的熱量不能及時放散，從而就會引起自熱階段的開始。因而煤發(fā)生自燃的必要條件是：1)以易于低溫氧化的粉煤或碎煤的堆積；2)存在著適宜的通風(fēng)供氧條件；3）存在著蓄熱的環(huán)境條件。一般認(rèn)為，煤暴露于空氣中后，由于其表面具有較強的吸附氧的能力，會在煤的表面形成氧氣吸附層，在吸附動力平衡的過程中，煤的表面與氧相互作用而在煤表面形成一種中間產(chǎn)物，學(xué)科上稱為氧化基或過氧絡(luò)合物。此期間煤的氧化處于緩慢狀態(tài)，生成的熱量及煤溫的變化都微乎其微，一般極難檢測出；由于吸附空氣中的氧，煤重略有增加，此階段的活化能在煤的整個自熱過程中最小，據(jù)研究為14.23T/mol左右，這一階段通常被稱為煤自燃潛伏期。潛伏期煤的結(jié)構(gòu)沒有變化，唯一的表現(xiàn)是化學(xué)活性增強；這種化學(xué)活性增強的程度主要受煤自身的物理化學(xué)性質(zhì)的影響；經(jīng)過潛伏期后，煤的氧化速度加快，表面中間產(chǎn)物開始分解成一氧化碳、二氧化碳及水等產(chǎn)物，同時釋放出較多的熱量，煤溫開始上升，煤重有所下降，此時煤的自燃過程進(jìn)入被稱為自燃期的階段，此階段末期煤溫達(dá)到自燃臨界溫度，煤溫急劇上升，失重加速，同時釋放出某些芳香族的碳?xì)浠衔餁怏w，顯現(xiàn)出煤自燃自熱期的全部征兆。煤自燃過程處于本階段時，如果得不到抑制（其本身內(nèi)在屬性所定和外在環(huán)境條件的制約），進(jìn)一步發(fā)展即會導(dǎo)致煤溫上升帶到著火溫度點，進(jìn)入煤自燃的最終階段——明火燃燒階段。由此可見，煤的自燃乃是由于煤在常溫下首先與空氣中的氧相互作用（物理吸附、化學(xué)吸附、氧化）并自動加速，當(dāng)其氧化速度加快到氧化產(chǎn)生的熱量積聚起來不能散發(fā)時就導(dǎo)致自燃。同時，這種氧化反應(yīng)主要是煤中含碳物質(zhì)與空氣中氧的反應(yīng)，煤中黃鐵礦的氧化和水分也產(chǎn)生熱量，黃鐵礦氧化產(chǎn)生了體積很大的產(chǎn)物，使煤體更為破碎，暴露出更大的表面積空間。但這些都僅是促進(jìn)了煤自熱。只有當(dāng)硫化礦物含量超過5%~10%，且分布顆粒較小時才會成為煤自熱的主要因素之一。事實上，煤自然發(fā)火是一個放熱反應(yīng)和散熱反應(yīng)過程相互矛盾而又統(tǒng)一共存的物理化學(xué)現(xiàn)象。圖1.1顯示了這一過程。圖1-1煤自燃發(fā)展過程曲線1．4國內(nèi)外研究現(xiàn)狀煤層開采之前能否對煤層的自燃危險性程度進(jìn)行綜合預(yù)測，這對即將開采煤層的開拓布置、開采工藝的選擇及采取相應(yīng)的預(yù)防自燃措施具有重要的指導(dǎo)意義。目前國內(nèi)對煤層自燃危險性的評價一直沿用蘇聯(lián)的И.Г.Д方法，即自燃傾向性鑒定法，但現(xiàn)場實踐證明該方法不能全面反映煤層自燃發(fā)火危險性程度，僅用煤層自燃傾向性這一單項指標(biāo)作為鑒別標(biāo)準(zhǔn)在生產(chǎn)中存在一定局限性。國外學(xué)者在煤層自燃危險性預(yù)測方面做了大量的研究工作。波蘭Olpinski[1]羅列出影響自燃的諸因素，根據(jù)各因素對自燃的影響程度人為評分，得出了用于煤層自燃危險性分類的Olpinski指標(biāo)；R．N．Singh和S．Demirbirek[2]根據(jù)實測數(shù)據(jù)的研究，結(jié)合現(xiàn)場發(fā)火記錄，提出了絕熱升溫率(℃／h)指標(biāo)；英國Feng，Chakravarty和Cochrance[3]根據(jù)煤的內(nèi)在因素和煤損、破碎程度以及通風(fēng)壓差等環(huán)境指標(biāo)，提出了一個綜合指標(biāo)。蘇聯(lián)學(xué)者對生產(chǎn)系統(tǒng)煤層得出了自燃危險性預(yù)測的線性方程。上述提及的方法都力圖定量精確地對煤層的自燃危險性提出分類指標(biāo)，從而達(dá)到預(yù)測目的。但各類自燃危險性之間的臨界值準(zhǔn)以精確地確定，而且這些方法只適用于已生產(chǎn)煤層的自燃危險性評價。在井田精查勘探階段，通過鉆孔取樣，鑒別出煤層的自燃傾向等級、分析出煤中的含硫量，煤厚和傾角均已探明，根據(jù)這些已探明的賦存因素，在煤層開采之前對自燃危險性進(jìn)行綜合預(yù)測，這將比自燃傾向性單項指標(biāo)更可靠、更符合實際。為了解決影響煤層自燃因素的復(fù)雜性與預(yù)測指標(biāo)精確性之間的矛盾，使預(yù)測方法具有適用性，且能真正反映煤層的自燃危險性，本文運用了模糊聚類分析法，綜合煤層自燃傾向性、地質(zhì)賦存條件、開采技術(shù)因素和預(yù)防措施這五個指標(biāo)參數(shù)對煤層自然發(fā)火危險程度進(jìn)行綜合評價。2礦井火災(zāi)事故樹分析2．1事故樹分析概述事故樹分析（FaultTreeAnalysis，簡稱FTA）是安全系統(tǒng)工程中常用的一種分析方法。1961年，美國貝爾電話研究所的維森（H.A.Watson）首創(chuàng)了FTA并應(yīng)用于研究民兵式導(dǎo)彈發(fā)射控制系統(tǒng)的安全評價中，用它來預(yù)測導(dǎo)彈發(fā)射的隨機故障概率。接著，美國波音飛機公司的哈斯?fàn)枺℉assle）等人對這個方法有做了重大的改進(jìn)，并采用電子計算機進(jìn)行輔助分析和計算。1974年，美國原子能委員會應(yīng)用FTA對商用核電站進(jìn)行了風(fēng)險評估，發(fā)表了拉斯姆遜報告（RasmussenReport），引起世界各國的關(guān)注。目前事故樹分析法已從宇航、核工業(yè)進(jìn)入一般電子、化工、機械、交通等領(lǐng)域，它可以進(jìn)行故障診斷、分析系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，指導(dǎo)系統(tǒng)的安全運行和維修，實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。事故樹分析（FTA）是一種演繹推理法，這種方法把系統(tǒng)可能發(fā)生的某種事故與導(dǎo)致事故發(fā)生的各種原因之間的邏輯關(guān)系用一種稱為事故樹的樹形圖表示，通過對事故樹的定性與定量分析，找出事故發(fā)生的主要原因，為確定安全對策提供可靠依據(jù)，以達(dá)到預(yù)測預(yù)防事故發(fā)生的目的。FTA法具有以下特點：（1）事故樹分析是一種圖形演繹方法，是事故事件在一定條件下的邏輯推理方法。它可以圍繞某特定的事故作層層深入的分析，因而在清晰的事故樹圖形下，表達(dá)了系統(tǒng)內(nèi)部事件間的內(nèi)在聯(lián)系，并指出單元故障與系統(tǒng)事故之間的邏輯關(guān)系，便于找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。（2）FTA具有很大的靈活性，不僅可以分析某些單元故障對系統(tǒng)的影響，還可以對導(dǎo)致系統(tǒng)事故的特殊原因如人為因素、環(huán)境影響進(jìn)行分析。（3）進(jìn)行FTA的過程，是一個對系統(tǒng)更深入認(rèn)識的過程，它要求分析人員把握系統(tǒng)各要素間的內(nèi)在聯(lián)系，弄清各種潛在因素對事故發(fā)生影響的途徑和程度，因而許多問題分析的過程中就被發(fā)現(xiàn)和解決了，從而提高了系統(tǒng)的安全性。（4）利用事故樹模型可以定量計算復(fù)雜系統(tǒng)發(fā)生事故的概率，為改善和評價系統(tǒng)安全性提供了定量依據(jù)。事故樹還存在很多不足之處，主要是：FTA需要花費大量的人力、物力和時間；FTA的難度較大，建樹過程復(fù)雜，需要經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員參加，即使這樣，也難免發(fā)生遺漏和錯誤；FTA只考慮（0，1）狀態(tài)的事件，而大部分系統(tǒng)存在局部正常、局部故障的狀態(tài)，因而建立數(shù)學(xué)模型時，會產(chǎn)生較大誤差；FTA雖然可以考慮人的因素，但人的失誤很難量化。事故樹分析仍處在發(fā)展和完善中。目前，事故樹分析在自動編制、多狀態(tài)系統(tǒng)FTA、相依事件的FTA、FTA的組合爆炸、數(shù)據(jù)庫的建立及FTA技術(shù)的實際應(yīng)用等方面待進(jìn)一步分析研究，以求新的發(fā)展和突破。2.2事故樹分析與編制事故樹分析是根據(jù)系統(tǒng)可能發(fā)生的事故或以及發(fā)生的事故所提供的信息，去尋找同事故發(fā)生有關(guān)的原因，從而采取有效的防范措施，防止事故發(fā)生。其分析程序及編制過程如下。2.2.1事故樹的分析程序事故樹的分析目的，是為了防止同類事故的重演。要做到這一點，必須首先要了解事故發(fā)生的主要宏觀趨勢和規(guī)律。另一方面，要通過調(diào)查現(xiàn)有的及以往發(fā)生的事故，追查其原因，達(dá)到直接借鑒的目的。通常一個事故樹分析的重要內(nèi)容及程序，如圖2-1所示。圖2-1事故樹的分析程序（1）確定頂上事件頂上事件是不希望有的事件（事故或故障），它是分析的對象。頂上事件的確定是以事故調(diào)查及事故統(tǒng)計為基礎(chǔ)的。事故調(diào)查的目的主要是查清事實，因為原因是基于事實而導(dǎo)出的。通過事故統(tǒng)計，在眾多的事故中篩分出主要分析對象及其發(fā)生概率。（2）充分了解系統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)是分析對象（或事故）的存在條件，要對系統(tǒng)中人、物、管理及環(huán)境四大組成因素進(jìn)行詳細(xì)的了解。（3）調(diào)查事故原因從系統(tǒng)中的人、物、管理及環(huán)境缺陷中，尋求構(gòu)成事故的原因。在構(gòu)成事故的各種因素中，既要重視具有因果關(guān)系的因素，也要重視相關(guān)關(guān)系的因素。（4）確定控制目標(biāo)依據(jù)事故統(tǒng)計所得出的事故發(fā)生概率及事故的嚴(yán)重程度。確定控制事故發(fā)生的概率目標(biāo)值。（5）構(gòu)成事故樹在認(rèn)真分析頂上事件、中間關(guān)聯(lián)事件及基本事件關(guān)系的基礎(chǔ)上，按照演繹（推理）分析的方法逐級追究原因，將各種事件用邏輯符號予以連接，構(gòu)成完整的事故樹。（6）定性分析依據(jù)事故樹列出邏輯表達(dá)式，求得構(gòu)成事故的最小割集，防止事故發(fā)生的最小徑集，確定出各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度排序。（7）定量分析依據(jù)各基本事件的發(fā)生概率，求解頂上事件的發(fā)生概率。若計算的概率與實際統(tǒng)計概率不符時，應(yīng)作進(jìn)一步的檢查。在輸出頂上事件概率的基礎(chǔ)上，求解各基本事件的概率重要度及臨界重要度。（8）改善系統(tǒng)依據(jù)上述分析結(jié)果及安全投入的可能，尋求降低事故概率的最佳方案，以便達(dá)到預(yù)定概率目標(biāo)的要求。2.2.2事故樹的編制過程一個事故樹的編制過程，從根本上講，是分析者不斷追究一個事故（或故障）的成因是什么結(jié)果。一個事故的發(fā)生往往是由許多危險事件連續(xù)發(fā)生的結(jié)果。通常一個事故樹的構(gòu)成過程如圖2-2所示。最上是頂上事件，下部是引起頂上事件發(fā)生的中間關(guān)聯(lián)事件，這些關(guān)聯(lián)事件是由一些基本事件組合的結(jié)果。例如，兩輛汽車相撞，不僅僅取決于駕駛者的操作，同事和機械運行及交通擁擠情況有關(guān)。汽車相撞時頂上事件。操作失誤、剎車失靈、交通擁擠等是關(guān)聯(lián)事件，而這些事件往往是由更多的基本事件引起的。一個事故樹的編制過程，是從頂上事件開始，經(jīng)關(guān)聯(lián)事件到基本事件逐個完成的。每個下部事件是上部事件形成的原因；上部事件是下部事件發(fā)生的結(jié)果。從形式上看，它是一個塔式因果鏈，故稱事故樹。圖2-2事故樹的構(gòu)成示意圖2．3事故樹的符號及其意義事故樹采用的符號包括事件符號、邏輯門符號和轉(zhuǎn)移符號三大類。2.3.1事件及事件符號在事故樹分析中各種非正常狀態(tài)或不正常情況皆稱事故事件，各種完好狀態(tài)或正常狀況皆稱成功事件，兩者均皆稱為事件。事故樹中的每一個節(jié)點都表示一個事件。（1）結(jié)果事件結(jié)果事件是由其他事件或事件組合所導(dǎo)致的事件，它總是位于某個邏輯門的輸出端。用矩形符號表示結(jié)果事件，如圖2-3a所示。結(jié)果事件分為頂事件和中間事件。圖2-3事件符號頂事件是事故樹分析中所關(guān)心的結(jié)果事件，位于事故樹的頂端，它總是所討論事故樹中邏輯門的輸出事件而不是輸入事件，即系統(tǒng)可能發(fā)生的或?qū)嶋H已發(fā)生的事故結(jié)果。中間事件是位于事故樹頂事件和底事件之間的結(jié)果事件。它既是某個邏輯門的輸出事件，又是其他邏輯門的輸入事件。（2）底事件底事件是導(dǎo)致其他事件的原因事件，位于事故樹的底部，它總是某個邏輯門的輸入事件而不是輸出事件。底事件又分為基本原因事件和省略事件。基本原因事件表示導(dǎo)致頂事件發(fā)生的最基本的或不能再向下分析的原因或缺陷事件。用圖2-3b中的圓形符號表示。省略事件表示沒有必要進(jìn)一步向下分析或其原因不明確的原因事件。另外，省略事件還表示二次事件，即不是本系統(tǒng)的原因事件，而是來自系統(tǒng)之外的原因事件，用2-3c中的菱形符合表示。（3）特殊事件特殊事件是指在事故樹分析中需要表明其特殊性或引起注意的事件。特殊事件有分為開關(guān)事件和條件事件。開關(guān)事件，又稱正常事件。它是在正常工作條件下必然發(fā)生或必然不發(fā)生的事件。用圖2-3d中房形符號表示。條件事件，是限制邏輯門開啟的事件，用圖2-3e中的橢圓形符號表示。2.3.2邏輯門及其符號邏輯門是連接各事件并表示其邏輯關(guān)系的符號。（1）與門與門可以連接數(shù)個輸入事件E1、E2，…，En和一個輸出事件E，來表示僅當(dāng)所有輸入事件都發(fā)生時，輸出事件E才發(fā)生的邏輯關(guān)系。與門符號如圖2-4a所示。圖2-4邏輯門符號（2）或門或門可以連接數(shù)個輸入事件E1、E2，…，En和一個輸出事件E，表示至少一個輸入事件發(fā)生時，輸出事件E就發(fā)生。與門符號如圖2-4b所示。（3）非門非門表示輸出事件是輸入事件的對立事件。非門符號如圖2-4c所示。（4）特殊門表決門，表示僅當(dāng)輸入事件有m（）個或m個以上事件同時發(fā)生時，輸出事件才發(fā)生。表決門符號如圖2-5a所示。顯然，或門和與門都是表決門的特例?；蜷T是m=1時的表決門；與門是m=n時的表決門。圖2-5特殊門符號異或門，表示僅當(dāng)單個輸入事件發(fā)生時，輸出事件才發(fā)生，異或門符號如圖2-5b所示。禁門，表示僅當(dāng)條件事件發(fā)生時，輸入事件的發(fā)生方導(dǎo)致輸出事件的發(fā)生。禁門符號如圖2-5c所示。條件與門，表示輸入事件不僅同時發(fā)生，而且還必須滿足條件A，才會有輸出事件發(fā)生。條件與門符號如圖2-5d所示。條件或門，表示輸入事件中至少有一個發(fā)生，在滿足條件A情況下，輸出事件才發(fā)生。條件或門符號如圖2-5e所示。2.3.3轉(zhuǎn)移符號轉(zhuǎn)移符號如圖2-6所示。轉(zhuǎn)移符號的作用是表示部分事故樹的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出。當(dāng)事故樹規(guī)模很大或整個事故樹中多處包含有相同的部分樹圖時，為了簡化整個樹圖，便可用轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出符號。圖2-6轉(zhuǎn)移符號2．4煤炭自燃事故樹定性分析礦井火災(zāi)是煤礦生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一?；馂?zāi)發(fā)生的大量有害氣體能嚴(yán)重危及井下工人的生命安全；大火能燒毀井下的設(shè)備、材料；煤炭的燃燒及防火煤柱的損失使資源受到嚴(yán)重?fù)p失；回采煤量長期封閉在火災(zāi)隔絕區(qū)中不能開采，不僅破壞了正常的生產(chǎn)秩序，而且使煤炭資源受到破壞；在有瓦斯、煤塵突出危險的礦井中發(fā)生火災(zāi)，往往會引燃瓦斯爆炸、擴大災(zāi)害范圍，引起更為慘重的損失；另外，礦井火災(zāi)的滅火費用、巷道的修復(fù)費用，火災(zāi)后采掘停產(chǎn)而造成礦井減產(chǎn)以及火災(zāi)引起工人心理恐懼導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低。因此，在煤礦生產(chǎn)中，一定要嚴(yán)防火災(zāi)的發(fā)生。2.4.1編制說明及事故樹圖煤炭自燃，主要是有煤的氧化性能；空氣的供給條件；煤與周圍物質(zhì)熱交換三因素的綜合結(jié)果。它的形成必須滿足3個基本條件：存在有具備自燃傾向性的、呈碎裂狀態(tài)堆積的煤炭；有一定的供氧條件以維持煤的氧化過程；在煤的氧化過程中生成積蓄的熱量難以及時散發(fā)。因此，我們在分析時，應(yīng)從上述三方面入手。煤炭自燃事故樹分析如圖2-7所示。2.4.2事故樹定性分析為方便分析與討論，本節(jié)將對煤炭自燃事故的事故樹圖分解成多個子樹進(jìn)行討論。砌碹巷道煤炭自燃（1）事故樹分析圖（示意圖）從圖2-7中可分割出該事故的事故樹示意圖如圖2-8所示。（2）求解最小割（徑）集①最小割集求解圖2-8砌碹巷道煤炭自燃事故樹示意圖故得該子樹的3個最小割集如下：

②最小徑集的求解首先做出圖2-8的對偶樹——成功樹（如圖2-9），然后求出成功樹的最小割集，它們就是事故樹的最小割集。圖2-9圖2-8的對偶樹示意圖故得該子樹的最小徑集為3個：（3）結(jié)構(gòu)重要度分析經(jīng)解算，得各基本事件結(jié)構(gòu)重要度排序如下：；；；；。（4）結(jié)果分析該子事故樹直觀給出導(dǎo)致事件發(fā)生發(fā)生的初始原因事件有6個。其中，x1，x2，x3對頂上事件的影響較大，理應(yīng)把它們作為重點預(yù)防，然而，由于x1（煤炭具有自燃傾向性）和x3（煤壁煤體破碎）是客觀存在事件，不好做為控制事件。x2（早期預(yù)兆得不到發(fā)現(xiàn)及處理）事件，如果人們經(jīng)過努力是可以對其實行控制的，所以可以作為重點預(yù)防。為增大預(yù)防的可靠性，除把x2（即P2）做為重點預(yù)防外，尚應(yīng)采取措施，控制住x4，x5，x6的發(fā)生。預(yù)防對策簡述如下：①認(rèn)真做好群防工作，加強對職工的安全教育，使廣大職工能了解和掌握煤炭自燃的初期征兆，以能對自燃預(yù)兆及時識別和判斷，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，就及時匯報處理。②提高通風(fēng)安全專業(yè)人員的技術(shù)素質(zhì)和工作責(zé)任心，加強對煤炭自燃的預(yù)測預(yù)報工作；及時發(fā)現(xiàn)和處理。③砌墻要砌實砌密，保證質(zhì)量；④砌碹內(nèi)壁要充填嚴(yán)實；⑤經(jīng)常性檢查，對損壞的砌壁應(yīng)及時修補。采空區(qū)（報廢采區(qū)）遺煤引起的煤炭自燃發(fā)火事故分析（1）事故樹分析示意圖從圖2-7中可分割出其事故樹示意圖如圖2-10所示。圖2-10采空區(qū)（報廢采區(qū)）遺煤引起的煤炭自燃事故樹示意圖（2）最小割（徑）集的求解利用最小割（徑）集判定式可得，該子樹的最小割集數(shù)為289個，最小徑集為4個，故采用最小徑集分析較方便。求解最小徑集時，先作出圖2-10事故樹的成功數(shù)（從略），利用布爾代數(shù)化簡化，則：分解代換上式，可求得4個最小徑集如下：P1=（x14，x15，x16，x17，x18，x19，x20，x21，x22，x23，x24，x25，x26，x27，x28，x29，x30，x31，x32，x33，x34，x35，x36，x37，x38，x39，x40)；P2=（x41，x42，x43，x44，x45，x46，x47，x48，x49，x50，x51)；P3=（x2)；P4=（x1)。（3）結(jié)構(gòu)重要度求解經(jīng)計算，得各基本事件結(jié)構(gòu)重要度排序:（4）結(jié)果分析從該子事故樹的結(jié)構(gòu)上可直觀地觀察到由采空區(qū)（已報廢）遺煤引起自然發(fā)火的各基本事件及其之間的邏輯關(guān)系。從圖上可見，如果采空區(qū)內(nèi)的遺煤多，且漏風(fēng)（供風(fēng)）充足，則采空區(qū)內(nèi)的遺煤就具備了氧化生熱條件。在煤的氧化生熱過程中，若無及時發(fā)現(xiàn)預(yù)兆，或發(fā)現(xiàn)預(yù)兆后無及時處理，熱量聚集到著火溫度，則自燃發(fā)生。因而，該系統(tǒng)頂上事件要發(fā)生，則需同時滿足4個條件：遺煤多（P2）；漏風(fēng)量足（P1）；無及時發(fā)現(xiàn)預(yù)兆處理（P3）；煤炭具有自燃傾向性（P1）。顯然，若上述4個條件中任一條件被破壞，則事故就不會發(fā)生。所以說，它們所對應(yīng)的，可供預(yù)防的途徑分別為P1、P2、P3、P4。從結(jié)構(gòu)重要度而言，x1、x2的結(jié)構(gòu)重要度最大，對頂上事件發(fā)生影響最重要，是關(guān)鍵的基本事件；其次是P2中的各基本事件；再著是P1中的各基本事件。顯然，若x1（P4）和x2（P3）能控制，則事故可以避免。但x1（煤炭具有自燃傾向性）是客觀存在事件（因若煤炭不具有自燃傾向性，則不會自燃），所以不能作為控制事件；對x2而言，它是人為努力可以控制的，故應(yīng)把它（P3）做為重點控制徑集。即只要及時發(fā)現(xiàn)預(yù)兆和處理，把煤炭氧化控制于自燃期之前，則事故可以避免。但從生產(chǎn)現(xiàn)場的情況看，光控制一個x2的可靠性尚不能達(dá)到100%，所以，在考慮制定預(yù)防措施時，除了重點控制x2外，還需考慮控制其它事件。從結(jié)構(gòu)重要度而言，P2中的各基本事件結(jié)構(gòu)度較大于P1中的各基本事件，本可選擇P2作為控制集，但從各基本事件的分布看，P2（即控制遺煤多）中的各基本事件難于控制。因造成采空區(qū)內(nèi)有足夠的遺煤的基本事件是在采空區(qū)開采時遺留下來的，所以，對于該系統(tǒng)的P2中的各基本事件難以控制，因而對“已報廢采區(qū)煤炭自燃”事故的預(yù)防，第二個措施應(yīng)放在對P1集的控制上。根據(jù)上述分析，本事故的預(yù)防對策簡述如下：①認(rèn)真做好群防工作，加強對職工的安全教育，使廣大職工能了解和掌握煤炭自燃的初期征兆，以能對自燃預(yù)兆及時識別和判斷，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，就及時匯報處理。②提高通風(fēng)安全專業(yè)人員的技術(shù)素質(zhì)和工作責(zé)任心，加強對煤炭自燃的預(yù)測預(yù)報工作；及時發(fā)現(xiàn)和處理。③對報廢采空區(qū)一定要及時封閉，封閉采空區(qū)的密閉墻，一定要達(dá)到質(zhì)量要求。密閉墻要嚴(yán)實，并經(jīng)常檢查，發(fā)現(xiàn)有裂縫等不合要求現(xiàn)象時要及時修補。必要時要進(jìn)行預(yù)防性灌漿，漿料的配制要合理；保證灌漿質(zhì)量，保證有足夠的漿料進(jìn)入采空區(qū)包裹媒體。對鉆孔及灌漿孔要及時封閉，不能出現(xiàn)有漏風(fēng)及封閉不嚴(yán)實的現(xiàn)象。減少漏風(fēng)通道。④盡量降低采空區(qū)（報廢采區(qū)）進(jìn)回風(fēng)側(cè)的風(fēng)壓差。對于壓差大的采空區(qū)，可采用“調(diào)壓法”等技術(shù)措施進(jìn)行處理，達(dá)到減少采空區(qū)進(jìn)回風(fēng)側(cè)風(fēng)壓差的目的。風(fēng)門、調(diào)節(jié)風(fēng)窗等通風(fēng)構(gòu)筑物安設(shè)位置一定要選擇在合理正確位置，并要求通風(fēng)構(gòu)筑物的質(zhì)量要保證。要經(jīng)常檢查通風(fēng)構(gòu)筑物的使用情況，有不符合質(zhì)量要求者，應(yīng)及時修好。工人對通風(fēng)構(gòu)筑物的位置不能隨意改變。要加強日常管理，保證風(fēng)門均處于關(guān)閉狀態(tài)。⑤保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)完善良好。做好井巷的維護(hù)工作，以降低井巷風(fēng)阻。在有可能情況下，盡量減少礦井通風(fēng)能耗。采區(qū)（正在開采）煤炭自燃事故分析（1）事故樹示意圖從圖2-7中可分割出該事故的子事故樹如圖2-11所示。圖2-11采區(qū)（正在開采）煤炭自燃事故的事故樹示意圖（2）最小徑集的求解用最小割（徑）集個數(shù)判定式可得，該子樹最小割集數(shù)為260個，最小徑集為5個，故利用最小徑集分析較為方便。該系統(tǒng)的5個最小徑集求得如下示：P1=（x1)；P2=（x2)；P3=（x74)；P4=（x41，x42，x43，x44，x45，x46，x47，x48，x49，x50，x51，x71，x72)；P5=（x18，x19，x20，x21，x36，x37，x38，x39，x40，x52，x53，x54，x55，x56，x57，x58，x59，x60，x61，x62，x63，x64，x65，x66，x67，x68)。（3）結(jié)構(gòu)重要度求解經(jīng)計算，可得各基本事件結(jié)構(gòu)重要度排序：。（4）結(jié)果分析從上述結(jié)果可見，可供預(yù)防的途徑有5條。在各事件中，x1、x2、x74對頂上事件的影響最大，其次是P4中的各基本事件；再者是P5中的各基本事件。由最小徑集的定義可知，若徹底控制Pi中的任一個，不讓其發(fā)生，則頂上事件不發(fā)生。但從預(yù)防的可能性、可靠性和結(jié)構(gòu)重要度綜合考慮，本事故宜同時采取三條預(yù)防途徑，即選取P2、P3、P4做為制定預(yù)防措施的依據(jù)，其預(yù)防對策簡述如下：①認(rèn)真做好群防工作，加強對職工的安全教育，使廣大職工能了解和掌握煤炭自燃的初期征兆，以能對自燃預(yù)兆及時識別和判斷，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，就及時匯報處理。②提高通風(fēng)安全專業(yè)人員的技術(shù)素質(zhì)和工作責(zé)任心，加強對煤炭自燃的預(yù)測預(yù)報工作；及時發(fā)現(xiàn)和處理。③對x74的控制，應(yīng)合理布置采區(qū)，在具有自燃傾向性煤層中布置采區(qū)時，要根據(jù)煤層自然發(fā)火期的長短和回采速度來確定采區(qū)的大小。加快回采速度，保證煤層自然發(fā)火之前回采完并進(jìn)行封閉。杜絕采區(qū)布置時不考慮煤層自然發(fā)火期而盲目加大采區(qū)尺寸的現(xiàn)象。④對P4的控制若采區(qū)冒頂，對其遺煤要盡可能清理干凈；主要巷道不應(yīng)布置在煤層中；對于區(qū)段煤柱、斷層煤柱要留得合理，區(qū)內(nèi)的煤柱在技術(shù)可行的前提下盡量少留；對于開采條件復(fù)雜的煤層，要采取一定的措施，盡量把煤采干凈、出干凈；對于浮煤，要清理，而且應(yīng)清理干凈；提高工人的技術(shù)水平，保證盡量少丟煤；采煤方法選擇要充分考慮煤層自燃性，要選用回采率高、回采速度快、采空區(qū)容易封閉的采煤法；應(yīng)堅持正規(guī)循環(huán)作業(yè)。報廢巷道與停工停風(fēng)獨頭巷道煤炭自燃事故分析（1）事故樹示意圖從圖2-7事故樹分析圖可分割出其事故樹示意圖如圖2-12所示。圖2-12報廢巷道與停工停風(fēng)獨頭巷道煤炭自燃事故樹示意圖（2）最小徑集求解做出圖2-11的成功樹（從略），用布爾代數(shù)化簡法求解，得：分解后可得：P1=（x2)；P2=（x1)；P3=（x9，x10，x13)；P4=（x9，x10，x11，x12)；P5=（x7，x8，x11，x12)；P6=（x7，x8，x10，x13)。（3）結(jié)構(gòu)重要度求解各結(jié)構(gòu)重要度排序：。（4）結(jié)果分析從上述的Pi及結(jié)構(gòu)重要度排序看，P1、P2中各基本事件結(jié)構(gòu)重要度最大。在選擇預(yù)防徑集，理應(yīng)選P1、P2為重點預(yù)防對象。自x1如上面幾點中所述，不宜做為控制對象。所以仍應(yīng)選擇P1的x2為主要控制對象。在P3、P4、P5、P6中，P3的各基本事件結(jié)構(gòu)重要度較大，但由于x9，x13難于控制，故宜選P5做為預(yù)防對象，故控制最小徑集為P1和P5。其預(yù)防對策簡述如下：①x2的控制見其它點有關(guān)敘述；②報廢巷道、停工停風(fēng)獨頭巷道應(yīng)及時密閉；③密閉墻的質(zhì)量要符合要求。2．5結(jié)論對井下煤炭自燃，就其預(yù)防措施的分類而言，基本分為三大類：加強對預(yù)兆的預(yù)測預(yù)報和處理；減少采空區(qū)的遺煤；減少遺煤點的漏風(fēng)。選擇那一類做為主要防范對象，可依據(jù)地點來決定。除重點預(yù)防外，其它可能導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的基本原因事件，可按《煤礦安全規(guī)程》的要求予以控制。只要有重點地加以預(yù)防，主次兼顧，井下煤炭自燃事故一定可以避免。3煤層自然發(fā)火危險程度的綜合評價3．1引言采區(qū)煤層自然發(fā)火危險程度的綜合評價預(yù)測的目的是揭示煤炭自燃的規(guī)律，以采取相應(yīng)的技術(shù)決策，控制煤炭自燃，減少損失，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。為便于對開采煤層制定相應(yīng)的防治煤炭自燃的措施，人們希望能在一定的范圍內(nèi)，把自燃危險程度相識的采區(qū)煤層歸類。但由于影響采區(qū)煤層自燃的因素難以定量描述，而且這類分類有具有模糊性，要客觀地對采區(qū)煤層自燃進(jìn)行分類并不容易。因此，對系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)刻劃是十分困難的。鑒于煤礦的情況極為復(fù)雜，難于把影響煤層自燃危險程度的各種因素盡可能多地加以兼顧。再者，由于存在許多不可預(yù)測的因素，因而在實際中，要對某一條件作有效、準(zhǔn)確、完全的控制是困難的。同時由于煤層賦存條件和開采技術(shù)因素的影響，國內(nèi)外至今還難以用經(jīng)典數(shù)學(xué)的方法將各種指標(biāo)定量化。為此，本章根據(jù)前人長期積累的經(jīng)驗，對影響煤層自然發(fā)火危險程度的內(nèi)外因素，用評分的方法表達(dá)各評價因素的差異。同時根據(jù)模糊數(shù)學(xué)逐步聚類分析的思想，建立標(biāo)準(zhǔn)模式，采用模式識別方法進(jìn)行分類，以判定采區(qū)煤層自然發(fā)火的危險程度。3．2應(yīng)用模糊聚類分析的基本理論基礎(chǔ)任何一門學(xué)科都要通過分類來建立概念，也要通過分類來發(fā)現(xiàn)和總結(jié)規(guī)律。分類是建立和識別模型的重要基礎(chǔ)和手段。所謂分類，就是將事物的總體分成若干類（子集），使總體中的每一事物在且在一個類中。聚類分析是按照一定的標(biāo)準(zhǔn)對事物進(jìn)行分類的數(shù)學(xué)方法。具體地說，設(shè)有n個事物的總體X={x1，x2，…，xn}每一個事物抽取m個特征：Xj={xj1，xj2，…，xjm}Xjk是第j個事物第k個特征的觀測值。聚類分析問題就是根據(jù)實際情況，按某一個標(biāo)準(zhǔn)鑒別事物之間的接近程度，并把彼此接近的事物歸為一類。但由于現(xiàn)實的分類往往伴隨著模糊性，在多數(shù)場合，一組事物是否形成一個類群、一個事物是否屬于某一個子類，都不是涇渭分明的，而是一個程度的問題。因此，用模糊數(shù)學(xué)的語言和方法來描述和解決聚類問題更為自然和方便。通過建立模糊相識關(guān)系而后將事物進(jìn)行分類的方法叫做模糊聚類分析。模糊聚類分析已被廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)過程，如天氣的模糊劃分、河流分類、生態(tài)系統(tǒng)污染狀況等。本章所要研究的煤層自燃危險性的綜合評價問題即是一個典型的模糊聚類分析問題。我們知道，影響煤層自燃危險性的因素很多，包括內(nèi)在因素和外在因素。而在外在因素中不同煤層所包含的元素也各有差異。同時由于很難對各因素對煤層自燃危險性的影響性的影響程度進(jìn)行定量地劃分，即不可能對樣本集中各樣本的特征值進(jìn)行定量化。所以對于煤層自燃危險性問題可采取應(yīng)用模糊聚類分析的方法解決。模糊聚類分析的步驟如下：第一步，標(biāo)定（建立模糊相似關(guān)系）所謂標(biāo)定，就是根據(jù)實際情況，按一個準(zhǔn)則或某一種方法，給樣本集X中的元素兩兩之間都賦予[0，1]內(nèi)的一個數(shù)，叫做相似系數(shù)，它的大小表征兩個元素彼此接近或相似的程度。設(shè)X={x1，x2，…，xn}為待分類的全體（取自不同地點的煤層樣本的全體）。設(shè)每一個被分類的對象（煤樣）xi是由一組數(shù)據(jù)xi1，xi2，…，xim來表征的。用aij表示xi與xj的相似系數(shù)，其中xi=(xi1，xi2，…，xim)xj=(xj1，xj2，…，xjm)i，j=1，2，…，naij=0，表示xi與xj截然不同，毫無相似之處；aij=1，表示它們完全相似或相同。確定aij的方法有多種，如數(shù)量積法、夾角余弦法、相關(guān)系數(shù)法、馬氏距離法等。在有些場合，甚至連事物特征的選擇都有困難，此時可請實際經(jīng)驗者用打分方法，即主觀評定法。由此可以構(gòu)造模糊關(guān)系矩陣第二步，聚類如果把樣本集X中的樣本分成c（）類，則對應(yīng)每一種分法，可用一個c行n列，內(nèi)中均為0或1的元素來表示，由此組成一個普通c-劃分矩陣。A中的元素滿足：(1)j=1,2,…,n(2)j=1,2,…,c(3)如果矩陣A中的第i行中的第j列元素為1，其余皆為0，則表示樣本xi屬于第j類。有些樣本的分類常常也是模糊的，因此在分類的過程中，可以認(rèn)為某個樣本以某一從屬程度從屬于某一類，而又以另一個從屬程度從屬于另一類。這樣樣本就不能明確地屬于某一類。此時可以將普通c–劃分概念加以推廣，將公式（1）（2）（3）改變?nèi)缦拢?4)j=1,2,…,n(5)j=1,2,…,c(6)這樣就得到一個c-模糊劃分矩陣（也稱軟劃分）。一個c-模糊劃分矩陣給出樣本集的一個模糊劃分。它將X分成c個模糊子集A1,…,Ac。在每類Ai中，將樣本各特征分別取平均值，所得向量vi稱為Ai的聚類中心。在普通c-劃分中，由于Ai中樣本數(shù)，Ai中樣本向量和為，因此聚類中心(7)記若，則xj到聚類中心的距離為(8)Ai中全體樣本到中心距離平方和為在整個劃分中，所有樣本到其所在類中心距離平方和為(9)最理想的c-劃分顯然是使泛函J(A，V)取極小的A。在模糊c-劃分中，由于降低了對樣本集X中的樣本元素間的相似系數(shù)的要求，因此，此時（7）、（8）、（9）式要做相應(yīng)修正如下：(10)(11)(12)其中?是空間中的任一種范數(shù)，是參數(shù)，最理想的c-模糊劃分是使J(A，V)取得極小值。（參數(shù)r是為了靈活變動xj對Ai的隸屬度）。對于該問題的求解，可采用Bezdek法求解相對于分類c及參數(shù)r的最優(yōu)解（即逐步聚類法）。第三步，將模糊劃分清晰化在求得了劃分的c個類聚類中心后，就是解決如何使將要被分類的對象歸屬在且在某一類中的問題了。解決這一問題的過程就是將模糊劃分清晰化地過程。將模糊劃分清晰化的方法有兩種：與中心最近原則和最大隸屬度原則。在本章對煤層自燃危險性評價的過程中采用與中心最近的原則進(jìn)行，即，若則將xk歸于第i類。也就是說，對于某一樣本xk，它與哪一個聚類中心最接近，就將它歸到哪一類。3．3煤層自然發(fā)火模型概況3.3.1荊各莊礦煤層地質(zhì)概況荊各莊礦位于河北省唐山市偏東約12公里處，南距馬家溝礦6公里，距原京山鐵路開平車站10公里，東距陡河發(fā)電廠4.5公里，行政區(qū)域?qū)偬粕绞虚_平區(qū)管轄。荊各莊礦區(qū)為一平坦的沖積平原，東南面沿陡河?xùn)|岸是奧陶紀(jì)石灰?guī)r構(gòu)成的東北——西南方向起伏伸展的低山丘陵。礦區(qū)內(nèi)整個煤系地層的形成時代屬于石炭紀(jì)和二疊紀(jì)，煤系基底地層為中奧陶統(tǒng)馬家溝組石炭巖，荊各莊礦井田主要由石炭系上統(tǒng)合二疊系下統(tǒng)組成，煤系地層總厚度約450m，共含大小19層，煤層總厚度25.3m，含煤系數(shù)為5.7，其中可采煤層共四層，即煤12-2、煤12-1、煤11、煤9，平均總厚度16.22m，可采煤層集中在大廟莊組和趙各莊組。各煤層具體分布見下表，荊各莊礦區(qū)域地層表見表3-1。煤系地層含煤量情況表見表3-2。界系統(tǒng)組代號厚度（m）新生界第四系上統(tǒng)——不整合——洼里組Q0——8902800上古生界二疊系古冶組346下統(tǒng)唐家莊組180大廟莊組79續(xù)表3-1石炭紀(jì)上統(tǒng)趙各莊組74開平組70中統(tǒng)唐山組——平行不整合——馬家溝組65下古生界奧陶系中統(tǒng)345下統(tǒng)亮甲山組115冶里組203寒武系上統(tǒng)風(fēng)山組68長山組48崮山組82中統(tǒng)120下統(tǒng)饅頭組150景兒峪組263元古界震旦系上統(tǒng)迷霧山組1200楊莊組400下統(tǒng)高于莊組600大紅峪黃崖關(guān)組450太古界前震旦五臺群表3-1荊各莊礦區(qū)域地層表荊各莊礦井田位于開平向斜的西北側(cè)，中隔鳳山~缸窯背斜自成一盆狀向斜。向斜軸線偏居西側(cè)，近南北延伸，中部略向西呈弧形彎曲，并向南偏東傾伏，傾伏角5~6°。向斜軸線西側(cè)地層產(chǎn)狀急陡，而東側(cè)則較為舒緩，同時向斜邊緣較之中部地層產(chǎn)狀陡。這種構(gòu)造特征直接影響了井田不同區(qū)域斷裂構(gòu)造的性質(zhì)和發(fā)育程度。斷裂構(gòu)造是井田最為重要的構(gòu)造形式，它不但構(gòu)成了井田邊界，而且直接影響采區(qū)的劃分。由于井田向斜西陡東緩，邊緣陡、中部緩的不對稱性，造成了井田范圍內(nèi)構(gòu)造的性質(zhì)、分布、發(fā)育程度具有較大的差異?？傮w上講，向斜軸線以西區(qū)域內(nèi)以逆斷層為主，且多為沖積層，構(gòu)造復(fù)雜；而向斜軸線以東則以張性斷層為主，逆掩斷層次之，沖斷層極為少見，構(gòu)造條件亦相對簡單。荊各莊礦水文地質(zhì)條件屬復(fù)雜類型，有八個含水層，其中與礦井生產(chǎn)較為密切的有奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層、K2~K6砂巖裂隙承壓含水層，K6~煤12砂巖裂隙承壓含水層、煤5以上砂巖裂隙承壓含水層、第四系底部卵石空隙承壓含水層。表3-2煤系地層含煤量情況表地層關(guān)系地層厚度（m）所含煤層可采煤層系統(tǒng)組層數(shù)煤層名稱二疊系下統(tǒng)唐家莊組145.41-2小煤線無大廟莊組90.3685,6,7,8,9（1），9（2）,109（2）石炭系下統(tǒng)趙各莊組60.00511,煤線,12-1,12-2,12-1/211,12-1,12-2開平組76.59314,15,16無中統(tǒng)唐山組75.001煤線無九煤層的賦存情況九煤層賦存條件穩(wěn)定，但由于井田內(nèi)各采區(qū)地質(zhì)條件不同，煤層的穩(wěn)定性也不盡相同，各采區(qū)煤層厚度穩(wěn)定性也不一樣，厚度從0.00~17.67m不等，平均厚度7.43m。煤層為黑色、條帶狀構(gòu)造，玻璃光澤，以亮煤為主，間夾暗色條帶，局部含絲炭，偶含黃鐵礦膜，半亮~光亮型。九煤層一般含2~3層夾矸，多為炭質(zhì)頁巖。夾矸變厚處煤層厚度明顯變薄，且上分層往往尖滅于煤層頂板，因而九煤層為復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層。九煤層的容量為1.44t/m3，煤層含硫量為0.5%，屬低硫煤。煤層頂板分三層，即為頂板、直接頂板和老頂。偽頂板為泥巖或粉砂巖，隨采隨落，區(qū)內(nèi)大部分缺失。直接頂班為粉砂巖，有明顯的水平層理或波狀文理，塊狀，含有豐富的植物葉片化石，偶見淺褐色結(jié)核，厚度變化較大，極不穩(wěn)定。老頂為中砂巖，夾粉砂巖，厚層狀；巖石成分為石英及泥質(zhì)巖屑，次為燧石，并含有紫紅色的礦物細(xì)粒；膠結(jié)物為高嶺土基底示膠結(jié)，極易風(fēng)化，遇水膨脹。底板為泥巖，致密塊狀，含菱鐵質(zhì)結(jié)核及黃鐵礦散晶體，結(jié)核大小不一，扁平球狀或?qū)訝罘植?，含少量植物根化石。十一煤層的賦存情況十一煤層為單一結(jié)構(gòu)煤層，結(jié)構(gòu)比較簡單。煤層傾角為3~68o，平均14o，黑色塊狀~條帶狀構(gòu)造，破例光澤，以亮煤為主，夾鏡煤及亮煤條帶，含黃鐵礦結(jié)核，光亮型煤，含水量夾矸一層，但夾石分布極不穩(wěn)定。十一煤層頂板有二層，即直接頂板和老頂。直接頂板為泥巖，塊狀，致密細(xì)膩，含菱鐵質(zhì)透鏡狀結(jié)核及黃鐵礦聚集體；老頂為細(xì)砂巖，塊狀，鈣質(zhì)基底式膠結(jié)，成分以石英為主，易風(fēng)化，厚度不穩(wěn)定。直接底板為泥巖或粘土質(zhì)粉砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，塊狀構(gòu)造。十二（一）煤層的賦存情況12-1煤層為復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，屬較穩(wěn)定煤層。煤層厚度為0.53~4.05m，平均2.17m。煤層傾角0~65o，平均15o。煤層厚度變化穩(wěn)定，煤層為黑色塊狀~條帶狀構(gòu)造，玻璃光澤，以亮煤為主，下部也有暗煤夾絲炭膜，光亮~半暗型，煤層中間夾一層穩(wěn)定的炭質(zhì)泥巖，上分層煤厚為0.19~1.95m，平均0.85m，下分層煤厚為0.20~2.06m，平均0.75m，夾矸厚度平均為0.698m。12-1煤層容重為1.35t/m，含硫量為平均0.48%，屬低硫煤。12-1煤層頂板包括直接頂板和老頂。直接頂板為條帶狀粉砂巖，巖石致密堅硬，局部夾細(xì)砂巖條帶，厚度不穩(wěn)定。老頂為中~細(xì)砂巖，厚層狀，高嶺土基底式膠結(jié)，易風(fēng)化膨脹呈泥狀。直接頂板為矽質(zhì)膠結(jié)的粉砂巖或細(xì)砂巖，巖性致密堅硬。十二（二）煤層的賦存情況12-2煤層為復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，主要含有兩層夾矸，為穩(wěn)定煤層。12-2煤層厚度為1.27~11.58m。平均5m。煤層傾角為0~69o，平均數(shù)16o。煤層為黑色，塊狀構(gòu)造，下部為條帶狀構(gòu)造，質(zhì)硬，玻璃光澤~暗淡光澤，半亮~半暗型，含夾石4~5層，最多達(dá)11層。12-2煤層的容重為1.53t/m，煤層含硫量為0.40%，屬低硫煤。12-2煤層頂板分偽頂板、直接頂板兩層。偽頂板為腐泥質(zhì)泥巖，塊狀，細(xì)膩質(zhì)輕，厚度不穩(wěn)定，時有尖滅。直接頂板為粉砂巖，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，質(zhì)地較為致密，沿層面夾炭質(zhì)絲膜，平整光滑，易脫落。直接頂板為粉砂巖或細(xì)砂巖，塊狀，較堅硬，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，泥質(zhì)含量較高，含菱鐵質(zhì)結(jié)核及黃鐵礦膜。3.3.2荊各莊礦煤層自然發(fā)火情況歷年來自然發(fā)火情況簡介荊各莊礦共有四個可采煤層，即煤9、煤11、煤12-1和煤12-2，其中煤9和煤12-2為主采煤層。四個可采煤層中，除九煤層發(fā)生過自燃現(xiàn)象以外，其它煤層均未出現(xiàn)自燃現(xiàn)象。迄今為止，煤層共發(fā)生自燃火災(zāi)事故72起，雖未發(fā)生人員傷亡事件，但是給礦山造成了巨大的直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失，并且給礦井的安全生產(chǎn)和工人的生命安全帶來極大的隱患。九煤層分層開采的最短自然發(fā)火期為15天，鑒定自然發(fā)火期為2個月（11煤層、12-2煤層自然發(fā)火期為8~12個月），百萬噸自燃發(fā)火率為2次。荊各莊礦九煤層自1979年投產(chǎn)以來發(fā)生的自燃火災(zāi)事故中，多發(fā)生于西翼采區(qū)，東翼僅次之，南翼最輕。九煤層采用恒底分層采煤法，因而其自燃火災(zāi)呈現(xiàn)出一個特殊的方面，即火災(zāi)多發(fā)生于一分層開采，二分層次之，三分層未發(fā)生過自燃事故。自然發(fā)火情況統(tǒng)計分類對所統(tǒng)計的72次自然發(fā)火情況作統(tǒng)計如下：（1）按發(fā)火區(qū)域分，如表3-3所示。由表統(tǒng)計可以看出，荊各莊礦煤層自燃火災(zāi)多發(fā)生在西翼，東翼次之，南翼發(fā)火次數(shù)最小。表3-3荊各莊礦自然發(fā)火紀(jì)錄按發(fā)火區(qū)域分類表區(qū)域次數(shù)西翼東翼南翼合計次數(shù)3828672所占比重%52.7838.898.33100（2）按發(fā)火地點分，如表3-4所示。表3-4荊各莊礦自然發(fā)火紀(jì)錄按發(fā)火地點分類表位置次數(shù)巷道密閉（老塘）回采面其它合計次數(shù)47146572所占比重%65.2819.448.336.95100從表中可以看出，發(fā)火地點多發(fā)生于巷道內(nèi)，其次為密閉或老塘邊。（3）按發(fā)火時期分如表3-5所示。表3-5荊各莊礦自然發(fā)火紀(jì)錄按發(fā)火時期分類表時期次數(shù)79-84年85-90年91-96年97-98年合計次數(shù)223612272所占比重%30.565016.670.33100從表中可以看出，荊各莊礦煤層自燃火災(zāi)多發(fā)生于生產(chǎn)初期，這與當(dāng)時的防滅火設(shè)備、管理經(jīng)驗不足有關(guān)。（4）從歷次的發(fā)火原始記錄看，發(fā)火點附近遇斷層等地質(zhì)碎裂的有31起，火點在巷道冒高點的有35起，當(dāng)時通風(fēng)狀況不良的有40起，因而可以看出外界因素對荊各莊礦煤層自燃火災(zāi)的發(fā)生起著很大的作用。3．4煤層自然發(fā)火危險程度指標(biāo)體系的建立為了對煤層樣本進(jìn)行合理分類，保證預(yù)測的精確性，應(yīng)將反映煤層自燃的種種特性數(shù)量化，這種數(shù)量化的性質(zhì)稱為樣本的指標(biāo)。煤炭自燃的和發(fā)展，使很多因素共同影響，相互作用的結(jié)果。包括內(nèi)在因素和外在因素，而且在某些情況下，外在因素甚至起著關(guān)鍵性作用，它在很大程度上是可以由人來控制的。煤炭的自燃傾向性是煤的一種自然屬性。它取決于煤在常溫下氧化能力，使煤層發(fā)生自燃的基本條件。在現(xiàn)實生產(chǎn)中，一個煤層、礦井或開采區(qū)段在回采期間自然發(fā)火的危險程度并不完全取決于煤的自燃傾向性，在一定程度上還受煤層的地質(zhì)條件、開采技術(shù)因素、通風(fēng)條件的影響。這里選取煤的自燃傾向性、地質(zhì)賦存條件、開采技術(shù)因素、通風(fēng)因素和預(yù)防措施等五個方面作為煤層樣本的指標(biāo)。3.4.1煤的自燃傾向性指標(biāo)體系的建立煤的自燃傾向性的鑒定，對于掌握其自燃火災(zāi)的發(fā)生規(guī)律，有針對性地采取防火措施和保證礦井安全生產(chǎn)具有重要的意義。因此，我國《煤礦安全規(guī)程》要求對所有煤層均應(yīng)進(jìn)行自燃傾向性鑒定。大多數(shù)國家都把鑒定煤的自燃傾向性作為預(yù)測礦井煤炭自然發(fā)火危險程度的重要方法。煤的自燃傾向性集中反映了煤的變質(zhì)程度、煤的水分、煤巖成分、煤的含硫量、煤的粒度、煤的瓦斯含量、煤的孔隙度、導(dǎo)熱性等對煤的自燃傾向性的影響。3.4.2煤層地質(zhì)賦存條件評價指標(biāo)體系的建立地質(zhì)因素對自然發(fā)火的影響主要使有自燃傾向性的煤層在開采過程中增加發(fā)火危險程度。對自然發(fā)火產(chǎn)生影響的地質(zhì)因素有：（1）煤層厚度煤層厚度越大，自燃危險性越大，其原因是：難以全部采出，遺留大量浮煤與殘柱，煤炭回收率低；采區(qū)回采時間過大，大大超過了煤層的自燃發(fā)火期；開采壓力大，煤壁受壓容易破裂，采空區(qū)不易封閉嚴(yán)密，漏風(fēng)較大。（2）煤層傾角煤層傾角越大，自燃危險性越大。這主要是因為傾斜煤層頂板管理困難，采空區(qū)不易充嚴(yán)，煤柱也難留住，造成漏風(fēng)大。（3）地質(zhì)構(gòu)造煤層地質(zhì)變動較大的地區(qū)，煤層自燃發(fā)火的可能性也較大，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度不同，影響也不同，但對復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，還應(yīng)考慮其綜合影響。（4）煤層埋藏深度煤層賦存太淺或太深都會增加火災(zāi)危險性。開采深度小，頂板冒落后形成裂隙容易與地表相通，構(gòu)成漏風(fēng)通道，有利于煤層自然發(fā)火。隨著開采深度增加，通風(fēng)壓力增加，采空區(qū)和煤柱的漏風(fēng)量也隨著增加；地壓和煤體的原始溫度增加，降低了巷道的穩(wěn)定性，加快了氧化反應(yīng)速度；煤內(nèi)自然水分的減少，增加了煤的自燃危險性。（5）煤層距離近距離煤層同時開采，不但受到錯距和時間的影響，而且還受到頂板方向的煤夾層、煤層或一層采空區(qū)中浮煤和本層采空區(qū)浮煤的迭加影響。（6）頂板性質(zhì)堅硬的煤層頂板不易冒落，煤柱最易受壓破裂，而且采空區(qū)難以冒落充填密實，冒落后還會形成和相鄰采空區(qū)甚至地面能連通的裂隙，這就為自然發(fā)火提供了充分的條件。相反，如果頂板易于跨落，能夠嚴(yán)密地充填采空區(qū)并很快地被壓實，火災(zāi)即不易形成；即使發(fā)生，規(guī)模也不會很大。3.4.3開采技術(shù)因素評價指標(biāo)體系的建立煤層自燃危險程度取決于促使煤炭自燃的內(nèi)在因素——自燃傾向性的強弱，又在很大程度上受煤層自燃外在因素的制約，包括地質(zhì)因素和開采技術(shù)因素的影響。生產(chǎn)實踐表明，合理的開拓系統(tǒng)與開采方法對于防止自燃火災(zāi)起著決定性的作用。因此可以說，開采技術(shù)因素是影響煤層自燃發(fā)火直接的或主要的因素。對于自燃傾向性強、自燃火災(zāi)嚴(yán)重的煤層，從防止自燃火災(zāi)角度出發(fā)，對開拓、開采的要求是：最小的暴露面；最大的煤炭回收率；最快的回采速度；易于隔絕的采空區(qū)。影響自然發(fā)火的開采技術(shù)因素有：（1）開拓巷道布置對于自燃煤層，特別是自然發(fā)火嚴(yán)重的厚煤層或近距離煤層群，開拓巷道如果布置在煤層中，由于要留下大量的護(hù)巷煤柱，而且煤層受到嚴(yán)重切割，開采后煤柱受壓破裂，煤層與空氣接觸面積大，必定會增加自燃發(fā)火的幾率。所以。開拓巷道切割煤層和留煤柱多少，影響礦壓得作用和煤層的破壞程度，影響自然發(fā)火的危險性。（2）區(qū)段巷道布置近水平或緩傾斜特厚煤層分層開采，區(qū)段巷道的布置過去有內(nèi)錯和外錯式兩種基本形式。這兩種布置方式對防止采空區(qū)浮煤自燃都有一些不利的因素。（3）區(qū)段巷道掘進(jìn)在易于自燃的傾斜煤層和急傾斜煤層，一般都是上區(qū)段運輸巷和下區(qū)段回風(fēng)巷同時掘進(jìn)，而且兩巷之間還要開一些聯(lián)絡(luò)眼。隨著工作面的推進(jìn)，這些聯(lián)絡(luò)眼連同區(qū)段煤柱遺留在采空區(qū)內(nèi)。在這種情況下聯(lián)絡(luò)眼很難嚴(yán)密封閉，煤柱極易受壓破碎，從而形成老采空區(qū)自燃。在傾斜易自燃煤層單一長壁工作面和自燃煤層的區(qū)段巷道采用分采分掘布置時，為避免上區(qū)段運輸巷和下區(qū)段回風(fēng)巷同時掘進(jìn)，兩巷之間聯(lián)絡(luò)巷在采空區(qū)中由于難于嚴(yán)密封閉也可引起自燃。（4）采煤方法合理的采煤方法能夠提高礦井的抗自燃能力。采煤方法對自燃的影響主要表現(xiàn)在煤炭回收率的高低、回采時間的長短及其集中程度、回采速度、頂板管理方法、煤層切割情況、煤柱破壞程度、采空區(qū)封閉的難易等。（5）回采速度工作面推進(jìn)速度是影響采空區(qū)自燃的關(guān)鍵?；夭晒ぷ髅嬲Ｍ七M(jìn)時間可以減少回采工作面的新鮮風(fēng)流漏入采空區(qū)，避免造成連續(xù)定點供氧條件，引起采空區(qū)的浮煤自燃。（6）有無煤柱采用無煤柱的方法采煤，可消除自然發(fā)火的根源。（7）回采方法采用前進(jìn)式回采方法開采一個采區(qū)比用后退式回采程序的漏風(fēng)大（采用巷旁充填帶的沿空留巷無煤柱開采法除外），因此，開采自燃煤層的采區(qū)，一般都采用后退式回采方法。后退式回采方法的另外一些優(yōu)點是它對上下順槽煤柱的壓力較小，遺留在采空區(qū)的煤炭受到礦井空氣的作用時間較短，而且也易于隔離采空區(qū)。（8）回采順序堅持正常的回采順序，可以改善采空區(qū)或煤柱兩端壓差最小，從而降低漏風(fēng)量。（9）頂板管理科學(xué)的頂板管理方法，可以改善采空區(qū)漏風(fēng)帶的空氣動力特點，縮小自燃帶或漏風(fēng)帶寬度，減少采空區(qū)漏風(fēng)量。（10）煤的易碎性煤體破裂與自燃之間的聯(lián)系首先在于地質(zhì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生大量裂隙，裂隙充滿煤粉與碎屑，也是空氣供給的通道。裂隙網(wǎng)互相連接，漏風(fēng)風(fēng)量通過，但風(fēng)量過小不足以將氧化生成的熱量帶走，為此便出現(xiàn)熱量積蓄、煤的氧化過程加速、溫度上升的現(xiàn)象。煤體沿地質(zhì)結(jié)構(gòu)面碎裂成塊狀體對自燃的發(fā)生最為有利，因為這些面上原來存在著大量細(xì)碎的煤體（如絲煤）或者黃鐵礦充填物。絲煤的自燃性最強，黃鐵礦也是自燃的積極發(fā)動者。破碎的煤塊在位移中相互摩擦而產(chǎn)生大量的煤粉與黃鐵礦粉末，尤其是在空氣潮濕時，自燃發(fā)生的可能性更大。3.4.4通風(fēng)因素評價指標(biāo)體系的建立（1）通風(fēng)管理通風(fēng)良好可以帶走煤炭生成的熱量，堵塞漏風(fēng)則會使煤炭缺氧而抑制發(fā)熱。只在一定的通風(fēng)狀況下，才能發(fā)生自燃。通風(fēng)因素的影響主要表現(xiàn)在采空區(qū)、煤柱和煤壁裂隙的漏風(fēng)。漏風(fēng)就是向這些地點供氧，促進(jìn)煤的氧化自燃。采空區(qū)面積大，漏風(fēng)量相當(dāng)可觀，但風(fēng)速有限，散熱作用低。在工作面兩巷（回采工作面的運輸巷和回風(fēng)巷）一線（停采線）、過斷層地帶、煤層變薄跳面的地方有大量浮煤堆積，最易發(fā)生自燃。選擇合理的工作面通風(fēng)系統(tǒng)，減少其兩側(cè)的壓差。合理地調(diào)節(jié)礦井的通風(fēng)阻力，可以大大減少礦井自燃。改變礦井扇風(fēng)機的工作制度，調(diào)整扇風(fēng)機的工況時，必須充分考慮與自燃的關(guān)系。（2）通風(fēng)系統(tǒng)開采自燃煤層時，合理的通風(fēng)系統(tǒng)可以大大減少或消除自燃發(fā)火的供氧條件，無供氧蓄熱條件的煤是不會發(fā)生自燃的。合理的通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)該是：礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、風(fēng)網(wǎng)阻力適中（3Mpa以下）、主扇與風(fēng)網(wǎng)匹配、通風(fēng)設(shè)施布置合理、通風(fēng)壓力分布適宜。3.4.5預(yù)防措施評價指標(biāo)體系的建立以下三種措施對預(yù)防自燃火災(zāi)均有重要影響：（1）預(yù)防性灌漿這時防止自燃發(fā)火的傳統(tǒng)措施，也是最有成效、穩(wěn)定可靠的措施。其作用是，一是隔離，二是隔熱。（2）阻化劑防火利用某些能夠抑制煤炭氧化的藥劑噴灑于煤壁、采空區(qū)或注入煤層體內(nèi)以抑制或延緩煤炭氧化，達(dá)到防止自燃發(fā)火的目的。（3）均壓防火這是均衡漏風(fēng)通道進(jìn)出口兩端的風(fēng)壓，以杜絕或減少漏風(fēng)的措施。減少或杜絕通往有遺煤堆積區(qū)域的漏風(fēng)，既可以防火也可以滅火。均壓效果的好壞，對防止自燃火災(zāi)的發(fā)生也有重要影響。根據(jù)以上分析，設(shè)影響煤層自然發(fā)火危險程度評價因素為U，它包括22個因素：等級、煤厚、傾角、構(gòu)造、深度、間距、頂性、開拓、區(qū)巷、區(qū)掘、采法、采速、煤柱、采向、采序、頂管、煤碎、通管、通系、灌漿、阻化、均壓。即U={u1，u2，…，u22}。影響煤層自燃發(fā)火危險程度評價指標(biāo)難以定量描述，而且這種定量評價仍很模糊，加之涉及多因素綜合評價問題，為便于分析，考慮用主觀評分的方法來表述影響煤層自燃發(fā)火危險程度評價指標(biāo)的差異。設(shè)評分集X=[0，20]為一連續(xù)的實數(shù)空間，并設(shè)x屬于X為對U中的某因素的評分，分?jǐn)?shù)的大小只反映程度的不同。分?jǐn)?shù)越大則說明該因素越有利于自燃，反之則不利于自燃。由于構(gòu)成各因素評分依據(jù)的模糊性，這種評分不能精確和唯一，即對應(yīng)一個范圍。為簡化計算，用單一數(shù)值表示評分指標(biāo)。按上述的綜合評價方法和通常的分類的方法，將影響煤層自燃危險程度評價指標(biāo)及其分?jǐn)?shù)值列于表3-6。表3-6煤層自燃危險程度評價指標(biāo)及其分?jǐn)?shù)值表因素序號分類abcd自燃傾向性1等級不自燃（Ⅲ）可能自燃（Ⅱ）自燃（Ⅱ）容易自燃（Ⅰ）得分+5+10+15+20地質(zhì)因素影響2煤厚<1.3m1.3~3.5m3.5~5m>5m得分+5+10+15+203傾角<10°10~25°25~45°>45°得分+5+10+15+204構(gòu)造簡單較簡單較復(fù)雜復(fù)雜得分+5+10+15+155深度300~500m500~800m<300m；>800m得分+5+10+206間距基本不受采動影響受采動影響受采動影響大，冒落有煤落入得分+5+10+207頂性不穩(wěn)定中等穩(wěn)定穩(wěn)定堅硬得分+5+10+15+20續(xù)表3-6開采技術(shù)因素8開拓開拓巷道布置在巖石中開拓巷道布置在半煤巖中開拓巷道布置在煤層中得分+5+10+209區(qū)巷單一布置內(nèi)外錯布置重疊布置得分+5+10+2010區(qū)掘單一掘進(jìn)分采分掘分采同掘得分+5+10+2011采法回采快回收率高易封閉采法一般長壁采煤法回采慢回收率低采煤法得分+5+10+2012采速能正規(guī)循環(huán)基本能正規(guī)循環(huán)不能正規(guī)循環(huán)得分+5+10+2013煤柱無煤柱開采有煤柱開采得分+5+2014采向后退是開采前進(jìn)式開采得分+5+2015采序符合正常開采順序違反正常開采順序得分+5+2016頂管全部充填法全部陷落法或局部充填法緩慢下沉法刀柱管理法得分+5+10+15+2017煤碎煤體不易破碎煤體易破碎得分+5通風(fēng)因素18通管效果良好效果一般效果較差得分+5+10+2019通系合理基本合理不合理得分+5+10+20預(yù)防措施20灌漿效果良好效果一般效果較差得分+5+10+2021阻化效果良好效果一般效果較差得分+5+10+2022均壓效果良好效果一般效果較差得分+5+10+203．5模糊聚類分析各煤層樣本以及描述煤層樣本指標(biāo)參數(shù)的收集是進(jìn)行聚類分析的基礎(chǔ)。為保證聚類分析結(jié)果符合實際，提高預(yù)測的可靠性和準(zhǔn)確性，我對采自河北開灤荊各莊礦九煤層各采區(qū)煤樣作為樣本，運用逐步聚類分析法進(jìn)行分析。表3-7是各采區(qū)煤層與自燃可能性有關(guān)的各分類具體情況。表3-8是該礦九煤層各采區(qū)煤層自燃危險程度分類及其數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值。表3-7各采區(qū)煤層自燃因素分類情況表分類因素及因素標(biāo)準(zhǔn)化值東二水平2394東二水平2395西一水平1493南二水平2099西一水平1490西一水平1297序號123456等級c1.00c1.00b0.75b0.75b0.75c1.00煤厚b0.50d1.00d1.00d1.00d1.00d1.00傾角b0.50b0.50b0.50b0.50a0.25b0.50構(gòu)造c0.75c0.75d1.00b0.50c0.75d1.00深度a0.25a0.25c1.00a0.25c1.00c1.00間距a0.25a0.25a0.25a0.25a0.25a0.25頂性c0.25c0.25c0.75c0.25c0.75c0.50開拓c1.00c1.00c1.00c1.00c1.00c1.00區(qū)巷b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50a0.50區(qū)掘b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50采法b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50采速a0.25a0.25a0.25a0.25a0.25a0.25煤柱b1.00b1.00b1.00b1.00b1.00b1.00采向b1.00b1.00b1.00b1.00b1.00b1.00采序a0.25a0.25a0.25a0.25a0.25a0.25頂管b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50煤碎b1.00b1.00b1.00b1.00b1.00b1.00通管a0.25a0.25b0.50a0.25b0.50b0.50通系b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50灌漿b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50阻化a0.25a0.25a0.25a0.25a0.25a0.25均壓b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50b0.503.5.1數(shù)據(jù)的處理由于在實際問題中得到的數(shù)據(jù)比較復(fù)雜，必須先對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，變成[0，1]閉區(qū)間里的書數(shù)，才能構(gòu)成模糊關(guān)系矩陣，為此，首先要把各原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。從統(tǒng)計表中可知，分類的對象有k（k=1,2,…,6）個，對這些對象的主要影響因素，一共可以取得k個綜合原始數(shù)據(jù)xk。為了把這些數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，變成[0，1]之間的數(shù)，為此需要采用極值標(biāo)準(zhǔn)化公式，其計算公式為：（13）其中；。故（14）按（14）式逐一求得各個[0，1]之間的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)xki的值，列于表3-8中。表3-8各采區(qū)煤層自燃危險程度分類及其數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值表標(biāo)因素準(zhǔn)化元素值序號自燃傾向標(biāo)準(zhǔn)化值XH1地質(zhì)因素標(biāo)準(zhǔn)化值XH2技術(shù)因素標(biāo)準(zhǔn)化值XH3通風(fēng)因素標(biāo)準(zhǔn)化值XH4預(yù)防措施標(biāo)準(zhǔn)化值XH5239411.000.420.650.380.42239521.000.500.650.380.42149330.750.750.650.500.42209940.750.460.650.380.42149050.750.670.650.500.42129761.000.710.650.500.423.5.2逐步聚類分析法的基本思想對于煤層自然發(fā)火危險程度的分類問題，一個樣本（煤層）是否屬于某個類是不很明顯的。有時從某些特征考慮應(yīng)屬于這一類，而從另外的一些特征考慮則又好像應(yīng)該屬于另一類。借助于模糊集合理論，可以認(rèn)為一個樣本（煤層）可以同屬于幾個不同的類，以其從屬的可能程度作為隸屬函數(shù)。則樣本（煤層）可以視為類的集合上一個模糊子集，而類又可以視為樣本集X上的模糊集合。于是所對應(yīng)的分類矩陣A是一個模糊關(guān)系矩陣。A中的元素aij（各影響因素對樣本自燃危險程度的特征值）滿足如下條件：（1）；（2），即每列的元素之和為1，對一個樣本而言，它對各類的隸屬度之和等于1，表示每個樣本xi必屬于一類且僅屬于一類；(3)，即保證每一類Ai至少有一個樣本。模糊分類矩陣A代表了樣本集X的一個軟劃分。顯然，對一個樣本集合X作一個c類劃分有無限多種分法。為了在X上做一個最佳分類，采用公式（12）所示的聚類判據(jù)。聚類的準(zhǔn)則是求出分類矩陣A及聚類中心矩陣V，使得式（12）所表示的范函J（A,V）取得極小值。式（12）中的參數(shù)r越大則分布越模糊，一般取。?是空間中任一種范數(shù)。一般說來，這個問題的求解是很困難的。Dunn和Bezdek證明了退化的c-模糊劃分空間中，目標(biāo)函數(shù)J（A,V）的最優(yōu)化問題是可解的，Bezdek給出了當(dāng)且求解最優(yōu)解A的迭代算法。關(guān)于分類矩陣元素aik和各聚類中心vi的計算公式為：（15）（16）具體計算步驟如下：①取定c：。取初值A(chǔ)(0)（c-模糊劃分矩陣），逐步迭代，l=0,1,2,…②計算步中心矩陣③按（15）式修正。④用一個矩陣范數(shù)*比較與，對取定的，若，則停止迭代，否則取為+1，轉(zhuǎn)向第2步。在本章中，選取的矩陣范數(shù)為，這里是預(yù)先指定的一個很小的數(shù)，如：0.01，0.001，0.0001等。越小，結(jié)果計算越精確，但是計算量也越大。參數(shù)r一般取2。3.5.3標(biāo)定（建立模糊相似關(guān)系）為了使分類清晰明了，將影響煤層自燃發(fā)火危險程度的主要因素：煤的自燃傾向性、地質(zhì)因素、開采技術(shù)