目錄1簡(jiǎn)介……………11.1簡(jiǎn)介......................11.2提出的問(wèn)題……………41.3煤自然點(diǎn)火機(jī)理研究現(xiàn)狀………51.4國(guó)外研究現(xiàn)狀………82礦井火災(zāi)事故樹(shù)分析………102.1事故樹(shù)分析概述....................................102.2事故樹(shù)分析與編制………112.2.1事故樹(shù)分析流程........................112.2.2事故樹(shù)的編譯過(guò)程………132.3事故樹(shù)的符號(hào)及其含義142.3.1事件和事件符號(hào)....................................152.3.2邏輯門及其符號(hào)………162.3.3過(guò)渡符號(hào)....................................182.4煤炭自燃事故樹(shù)的定性分析………182.4.1描述和事故樹(shù)的準(zhǔn)備.....................................182.4.2事故樹(shù)的定性分析………212.5結(jié)論...................................303煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)......................313.1簡(jiǎn)介............................313.2應(yīng)用模糊聚類分析的基本理論基礎(chǔ)……………313.3煤層自燃模型概述363.3.1井各莊礦煤層地質(zhì)概況…363.3.2井各莊煤礦煤層自燃…413.4煤層自燃危險(xiǎn)度指標(biāo)體系的建立.........................443.4.1煤炭自燃傾向指標(biāo)體系的建立………443.4.2煤層地質(zhì)賦存條件評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立………443.4.3采礦技術(shù)因素評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立………463.4.4通風(fēng)因素評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立……………483.4.5預(yù)防措施評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立…493.5模糊聚類分析.....................533.5.1數(shù)據(jù)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樣本聚類檢驗(yàn)分析……………613.7總結(jié)...................................634結(jié)論...................................64致……………66參考文獻(xiàn)..................................671簡(jiǎn)介1.1簡(jiǎn)介能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的主要支撐條件。在世界一次能源消費(fèi)中，化石能源（煤、石油、天然氣）占90%以上。在全球已探明的石化能源可采儲(chǔ)量中，煤炭約占2/3，石油和天然氣分別占1/6。眾所周知，我國(guó)是世界上少數(shù)幾個(gè)以一次能源為主的國(guó)家之一。煤炭是我國(guó)的第一能源和重要的工業(yè)原料。目前，全國(guó)約75%的工業(yè)原料、76%的電力、80%的民用商品和60%的化工原料依賴煤炭。在預(yù)測(cè)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源的需求時(shí)，有關(guān)專家認(rèn)為，到2050年，化石能源仍將是我國(guó)的主要能源，其中煤炭至少應(yīng)占50%。因此，煤炭工業(yè)是支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保障人民生活的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。我國(guó)煤炭探明儲(chǔ)量9000億噸，占一次能源探明儲(chǔ)量的90%。過(guò)去十年，煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的優(yōu)勢(shì)不斷增強(qiáng)。原煤產(chǎn)量年均增長(zhǎng)5.7%。12億噸，未來(lái)還會(huì)增加。然而，隨著煤炭產(chǎn)量的不斷增加和可采面積的不斷減少，也出現(xiàn)了許多安全問(wèn)題。氣體、火災(zāi)、粉塵、噪音、高溫等困擾著企業(yè)的正常發(fā)展。礦井火災(zāi)是煤礦的主要自然災(zāi)害之一。礦井火災(zāi)不僅會(huì)給礦井造成巨大的物質(zhì)損失，也是井下工人傷亡的重要來(lái)源。礦井火災(zāi)按著火熱源可分為外部火災(zāi)和火災(zāi)（又稱自燃）。外部火災(zāi)通常會(huì)突然而迅速地發(fā)生。如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和控制，往往會(huì)引發(fā)重大事故。但外火的火焰一般都在燃燒物體的表面，若能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并撲滅，則很容易撲滅。與外源性火災(zāi)相比，火災(zāi)的發(fā)生往往伴隨著一個(gè)孕育過(guò)程，可以根據(jù)征兆及早發(fā)現(xiàn)。但由于火源比較隱蔽，常發(fā)生在人難進(jìn)入的采空區(qū)或煤柱中。準(zhǔn)確找到火源并不容易。因此難以撲滅，火災(zāi)可持續(xù)數(shù)月、數(shù)年甚至數(shù)十年至數(shù)百年，長(zhǎng)期威脅礦山安全生產(chǎn)。有時(shí)燃燒圈逐漸擴(kuò)大和擴(kuò)大，大量燃燒煤炭，凍結(jié)大量資源，造成自然資源的極大浪費(fèi)。例如，煤田露頭煤的燃燒已經(jīng)進(jìn)行了300多年，至今仍未完全熄滅。因此，火的研究一直是眾多專家學(xué)者的重要課題。眾所周知，火災(zāi)的成因極為復(fù)雜，單一學(xué)科理想的研究方法已不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)和科研的需要。因此，本文試圖對(duì)其進(jìn)行定性和定量的分析和評(píng)價(jià)。首先介紹了國(guó)外礦井火災(zāi)情況，客觀評(píng)價(jià)了自燃預(yù)測(cè)方法，提出了用事故樹(shù)定性分析和模糊數(shù)學(xué)方法定量分析評(píng)價(jià)的必要性。其次，對(duì)礦井火災(zāi)進(jìn)行了事故樹(shù)的定性分析，介紹了事故樹(shù)分析的基本理論和定性分析，發(fā)現(xiàn)了危險(xiǎn)因素，得出了相應(yīng)的預(yù)防措施。然后，利用模糊數(shù)學(xué)對(duì)煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。首先深入介紹了模糊數(shù)學(xué)的模糊聚類分析方法，然后建立樣本進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。1.2提問(wèn)我國(guó)56%的礦山開(kāi)采易自燃煤層。雖然近年來(lái)百萬(wàn)噸自燃率有所下降，但仍處于高位，達(dá)到1%以上。礦井火災(zāi)是一個(gè)重大危險(xiǎn)。特別是近年來(lái)，重大火災(zāi)事故時(shí)有發(fā)生，給煤炭企業(yè)帶來(lái)了難以估量的負(fù)面影響，不僅損害了煤炭行業(yè)的社會(huì)形象，也嚴(yán)重制約了煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。益處。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在礦山火災(zāi)事故中，自燃占總數(shù)的94%以上，其中60%發(fā)生在采空區(qū)。火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展不僅影響安全生產(chǎn)和周邊環(huán)境，還容易引起煤塵和瓦斯爆炸。隨著開(kāi)采深度的不斷增加，煤炭的自燃期逐漸縮短，開(kāi)采時(shí)間不斷增加。留在采空區(qū)的煤的氧化程度加深，煤的自燃期縮短。因此，火災(zāi)防控仍然是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者一項(xiàng)不懈的、重要而艱巨的任務(wù)。許多國(guó)外專家學(xué)者也致力于煤炭自然燃燒的研究。1.3煤自然點(diǎn)火機(jī)理研究現(xiàn)狀煤能自燃是煤的共同特點(diǎn)之一，但不同煤種有不同的表現(xiàn)，不同的條件有不同的反映。煤的自燃是一個(gè)極其復(fù)雜的物理化學(xué)變化過(guò)程。關(guān)于該過(guò)程的早期階段如何開(kāi)始以及如何將溫度提高到發(fā)生氧化反應(yīng)所需的溫度-60°C，存在爭(zhēng)議。早在本世紀(jì)上半葉，普洛特博士就提出了黃鐵礦作用理論。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氣發(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)境中可能會(huì)被氧化成硫酸鐵：硫酸鐵作為氧化劑在潮濕的環(huán)境中與黃鐵礦發(fā)生反應(yīng)：上述反應(yīng)均為放熱反應(yīng)。此外，黃鐵礦在潮濕環(huán)境中氧化成SO2、CO2、CO和H2S氣體時(shí)，也是放熱反應(yīng)。但它的反對(duì)者也列舉了無(wú)硫煤自燃的例子。1950年代，波蘭學(xué)者Olpinsk.W對(duì)波蘭煙煤的調(diào)查表明，只有當(dāng)煤中黃鐵礦含量較高（大于1.5%）時(shí)，才有自燃傾向。穆克認(rèn)為，白鐵礦是一種屬于正交晶系的硫化鐵的變質(zhì)物，在煤的自燃中起主導(dǎo)作用。1927年英國(guó)Potter.MC提出煤自燃細(xì)菌作用理論。他認(rèn)為，在細(xì)菌的作用下，煤在發(fā)酵過(guò)程中釋放出一定的熱量，對(duì)煤的自燃起決定性作用。但后來(lái)在人們的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：細(xì)菌沒(méi)有任何作用。1940年，前BBTponB提出酚作用理論。他認(rèn)為，煤的自燃是由于煤體內(nèi)的不飽和酚類化合物強(qiáng)烈吸附空氣中的氧氣，同時(shí)放出一定的熱量而引起的。該理論的建立是基于對(duì)各種煤中有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)酚類基團(tuán)最容易被氧化。它不僅可以在純氧中被氧化，而且還可以與其他氧化劑接觸。上述理論的建立是建立在特定條件下得出的結(jié)論之上，具有一定的局限性。目前，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)同的理論是煤氧復(fù)合作用理論。煤氧復(fù)合理論認(rèn)為，煤的自燃是氧化過(guò)程自加速的最后階段，不是任何一種煤的氧化都能導(dǎo)致自燃。引起自燃。低溫氧化工藝的不斷發(fā)展，增加了反應(yīng)過(guò)程的自加速效應(yīng)。最后，如果產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散去，就會(huì)導(dǎo)致自熱階段的開(kāi)始。因此，煤自燃的必要條件是：1）煤粉或低溫下易氧化的煤粉堆積；2）有適宜的通風(fēng)和供氧條件；3）有蓄熱環(huán)境條件。一般認(rèn)為，煤暴露在空氣中后，由于其吸附氧的能力強(qiáng)，會(huì)在煤的表面形成一層氧吸附層。表面形成中間產(chǎn)物，科學(xué)上稱為氧化物基團(tuán)或過(guò)氧絡(luò)合物。在此期間，煤的氧化處于緩慢狀態(tài)，產(chǎn)生的熱量和煤溫的變化很小，一般極難檢測(cè)；由于空氣中氧氣的吸附，煤的重量略有增加，此時(shí)的活化能在煤的整個(gè)自熱中。據(jù)研究，該過(guò)程中最小的約為14.23T/mol，這個(gè)階段通常稱為煤自燃潛伏期。潛伏期煤的結(jié)構(gòu)沒(méi)有變化，唯一的表現(xiàn)是化學(xué)活性的增強(qiáng)；化學(xué)活性增強(qiáng)程度主要受煤本身理化性質(zhì)的影響；潛伏期過(guò)后，煤的氧化速度加快，表面中間體開(kāi)始分解成一氧化碳。、二氧化碳、水等產(chǎn)物，同時(shí)釋放更多熱量，煤溫開(kāi)始升高，煤重下降。此時(shí)煤的自燃過(guò)程進(jìn)入一個(gè)稱為自燃期的階段，煤溫在此階段結(jié)束時(shí)達(dá)到自燃臨界溫度。，煤溫急劇上升，失重加速，同時(shí)釋放出部分芳烴氣體，顯示出煤自燃期的種種跡象。當(dāng)煤自燃過(guò)程處于這一階段時(shí)，如果不能抑制（由其性質(zhì)決定，受外界環(huán)境條件限制），進(jìn)一步發(fā)展將導(dǎo)致煤溫上升到著火溫度，進(jìn)入最后煤自燃階段——明火燃燒階段。可見(jiàn)，煤的自燃是由于煤在常溫下首先與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)（物理吸附、化學(xué)吸附、氧化）并自動(dòng)加速。導(dǎo)致自燃。同時(shí)，這種氧化反應(yīng)主要是煤中的含碳物質(zhì)與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。煤中黃鐵礦的氧化和水分也會(huì)產(chǎn)生熱量，而黃鐵礦氧化產(chǎn)生體積大的產(chǎn)物，使煤更易破碎，暴露出更大的表面積空間。但這些只會(huì)促進(jìn)煤炭自熱。只有硫化物礦物含量超過(guò)5%～10%，且顆粒分布較小時(shí)，才會(huì)成為煤自熱的主要因素之一。事實(shí)上，煤自燃是一種放熱反應(yīng)和散熱反應(yīng)過(guò)程相互矛盾、并存的物理化學(xué)現(xiàn)象。圖1.1顯示了這個(gè)過(guò)程。圖1-1煤自燃發(fā)展過(guò)程曲線1.4國(guó)外研究現(xiàn)狀能否在煤層開(kāi)采前對(duì)煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合預(yù)測(cè)，對(duì)于擬開(kāi)采煤層的開(kāi)發(fā)布局、開(kāi)采技術(shù)的選擇及相應(yīng)的防止自燃措施等具有重要的指導(dǎo)意義。目前，國(guó)內(nèi)一直在采用組合方式И。Г.Д評(píng)價(jià)煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)，即自燃傾向的識(shí)別方法，但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，該方法不能全面反映煤層自燃和著火風(fēng)險(xiǎn)。單一指標(biāo)作為識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，在生產(chǎn)上有一定的局限性。國(guó)外學(xué)者在煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方面做了大量的研究工作。波蘭Olpinski[1]列出了影響自燃的各種因素，并根據(jù)各因素對(duì)自燃的影響程度，得出了煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)分類的Olpinski指數(shù)。N.Singh和S.Demirbirek[2]在研究實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)記錄，提出了絕熱升溫速率（℃/h）指標(biāo)；英峰、Chakravarty和Cochrance[3]根據(jù)煤炭存在的因素、煤炭損失、破碎程度和通風(fēng)壓力差等環(huán)境指標(biāo)，提出了一個(gè)綜合指標(biāo)。聯(lián)合學(xué)者獲得了預(yù)測(cè)生產(chǎn)系統(tǒng)煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)的線性方程。上述方法均試圖定量、準(zhǔn)確地提出煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)分類指標(biāo)，以達(dá)到預(yù)測(cè)的目的。但可以準(zhǔn)確確定各類自燃風(fēng)險(xiǎn)之間的臨界值，這些方法僅適用于生產(chǎn)煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)。在井場(chǎng)精細(xì)勘探勘探階段，通過(guò)鉆井取樣識(shí)別煤層自燃傾向等級(jí)，分析煤中硫含量。煤層厚度和傾角已得到證實(shí)。對(duì)采前自燃風(fēng)險(xiǎn)的綜合預(yù)測(cè)將比單一的自燃傾向指標(biāo)更加可靠和現(xiàn)實(shí)。為解決煤層自燃影響因素復(fù)雜性與預(yù)測(cè)指標(biāo)準(zhǔn)確性之間的矛盾，使預(yù)測(cè)方法具有適用性，能夠真實(shí)反映煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)，本文采用模糊聚類分析法綜合煤層自燃傾向。、地質(zhì)賦存條件、開(kāi)采技術(shù)因素和預(yù)防措施，這五個(gè)指標(biāo)參數(shù)用于綜合評(píng)價(jià)煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)。2礦井火災(zāi)事故樹(shù)分析2.1故障樹(shù)分析概述故障樹(shù)分析（FTA）是安全系統(tǒng)工程中常用的分析方法。1961年，美國(guó)貝爾研究所的HAWatson首創(chuàng)FTA并將其應(yīng)用于民兵導(dǎo)彈發(fā)射控制系統(tǒng)的安全性評(píng)估，并用它來(lái)預(yù)測(cè)導(dǎo)彈發(fā)射的隨機(jī)失效概率。隨后，美國(guó)波音飛機(jī)公司的哈斯勒（Hassle）對(duì)該方法進(jìn)行了重大改進(jìn)，并使用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助分析計(jì)算。1974年，美國(guó)原子能委員會(huì)利用FTA對(duì)商業(yè)核電站進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并發(fā)表了拉斯穆森報(bào)告，引起了世界各國(guó)的關(guān)注。目前，事故樹(shù)分析法已從航空航天、核工業(yè)進(jìn)入通用電子、化工、機(jī)械、交通等領(lǐng)域。可進(jìn)行故障診斷，分析系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)，指導(dǎo)系統(tǒng)安全運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。故障樹(shù)分析（FTA）是一種演繹推理方法，它用稱為故障樹(shù)的樹(shù)形圖來(lái)表達(dá)系統(tǒng)中可能發(fā)生的某種事故與事故的各種原因之間的邏輯關(guān)系。通過(guò)對(duì)事故樹(shù)的定性和定量分析，找出事故發(fā)生的主要原因，為確定安全對(duì)策提供可靠依據(jù)，從而達(dá)到預(yù)測(cè)和預(yù)防事故發(fā)生的目的。FTA方法具有以下特點(diǎn)：(1)事故樹(shù)分析是一種圖形推演方法，是在一定條件下對(duì)事故事件進(jìn)行邏輯推理的方法?？梢試@具體事故進(jìn)行深入分析，在清晰的事故樹(shù)形圖下，表達(dá)系統(tǒng)部門事件之間的關(guān)系，指出機(jī)組故障與系統(tǒng)事故的邏輯關(guān)系，方便尋找系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)。(2)FTA具有很大的靈活性。它不僅可以分析某些單元故障對(duì)系統(tǒng)的影響，還可以分析人為因素和環(huán)境影響等系統(tǒng)事故的特殊原因。（3）FTA的過(guò)程是對(duì)制度更深入了解的過(guò)程。它要求分析人員掌握系統(tǒng)各要素之間的關(guān)系，明確各種潛在因素對(duì)事故發(fā)生的影響方式和程度。因此，分析了很多問(wèn)題。在此過(guò)程中發(fā)現(xiàn)并解決，從而提高系統(tǒng)的安全性。(4)事故樹(shù)模型可用于定量計(jì)算復(fù)雜系統(tǒng)發(fā)生事故的概率，為提高和評(píng)價(jià)系統(tǒng)安全性提供定量依據(jù)。事故樹(shù)還存在很多不足，主要是：FTA需要大量的人力、物力和時(shí)間；FTA難度大，搭建過(guò)程復(fù)雜，需要有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員參與。即便如此，遺漏和錯(cuò)誤也難免出現(xiàn)。;FTA只考慮(0,1)狀態(tài)的事件，大多數(shù)系統(tǒng)都有部分正常和部分故障的狀態(tài)，所以在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，會(huì)有很大的誤差；FTA可以考慮人為因素，但人為錯(cuò)誤很難量化。事故樹(shù)分析仍在發(fā)展和完善中。目前，事故樹(shù)分析需要在自動(dòng)編譯、多態(tài)系統(tǒng)FTA、依賴事件FTA、FTA組合爆炸、數(shù)據(jù)庫(kù)建立和FTA技術(shù)實(shí)際應(yīng)用等方面進(jìn)一步分析研究，以謀求新的發(fā)展。和突破。2.2事故樹(shù)分析與編制事故樹(shù)分析是根據(jù)系統(tǒng)提供的可能的事故或信息，找出與事故發(fā)生相關(guān)的原因，從而采取有效的預(yù)防措施，防止事故的發(fā)生。其分析過(guò)程和制備過(guò)程如下。2.2.1事故樹(shù)分析流程事故樹(shù)分析的目的是防止類似事故的再次發(fā)生。為此，首先要了解事故發(fā)生的主要宏觀趨勢(shì)和規(guī)律。另一方面，通過(guò)對(duì)已經(jīng)發(fā)生和過(guò)去發(fā)生的事故進(jìn)行調(diào)查，追查原因，達(dá)到直接參考的目的。通常故障樹(shù)分析的重要內(nèi)容和流程如圖2-1所示。圖2-1事故樹(shù)分析流程(1)確定頂事件頂級(jí)事件是作為分析對(duì)象的不希望發(fā)生的事件（事故或故障）。最高事故是根據(jù)事故調(diào)查和事故統(tǒng)計(jì)確定的。事故調(diào)查的目的主要是查明事實(shí)，因?yàn)樵蚴歉鶕?jù)事實(shí)推導(dǎo)出來(lái)的。通過(guò)事故統(tǒng)計(jì)，從眾多事故中篩選出主要分析對(duì)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(duì)象（或事故）的存在條件，需要對(duì)系統(tǒng)的四個(gè)組成部分，包括人、物、管理和環(huán)境有一個(gè)詳細(xì)的了解。(3)調(diào)查事故原因從系統(tǒng)中的人、物、管理、環(huán)境的缺陷找出事故原因。在構(gòu)成事故的各種因素中，不僅要注意具有因果關(guān)系的因素，還要注意相互關(guān)聯(lián)的因素。(4)確定控制目標(biāo)基于事故統(tǒng)計(jì)的事故概率和嚴(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(shù)在仔細(xì)分析頂層事件、中間關(guān)聯(lián)事件和基本事件之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，按照演繹（推理）分析的方法，逐級(jí)查明原因，并將各種事件用邏輯符號(hào)聯(lián)系起來(lái)，形成一個(gè)完整的事故樹(shù)。(6)定性分析根據(jù)事故樹(shù)列出邏輯表達(dá)式，得到構(gòu)成事故的最小割集和防止事故發(fā)生的最小路徑集，確定每個(gè)基本事件的結(jié)構(gòu)重要性順序。(7)定量分析根據(jù)每個(gè)基本事件發(fā)生的概率，計(jì)算出頂事件發(fā)生的概率。如果計(jì)算的概率與實(shí)際的統(tǒng)計(jì)概率不匹配，則應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步檢查。在輸出頂事件的概率的基礎(chǔ)上，計(jì)算每個(gè)基礎(chǔ)事件的概率重要性和臨界重要性。（八）完善制度根據(jù)上述分析結(jié)果和安全投資的可能性，尋求降低事故概率的最佳方案，以達(dá)到預(yù)定概率目標(biāo)的要求。2.2.2事故樹(shù)的編譯過(guò)程編譯事故樹(shù)的過(guò)程基本上是分析人員繼續(xù)調(diào)查事故（或故障）原因的結(jié)果。事故的發(fā)生往往是許多危險(xiǎn)事件相繼發(fā)生的結(jié)果。通常故障樹(shù)的構(gòu)建過(guò)程如圖2-2所示。頂部是頂部事件，底部是導(dǎo)致頂部事件發(fā)生的中間相關(guān)事件。這些相關(guān)事件是一些基本事件組合的結(jié)果。例如，兩輛汽車的碰撞不僅取決于駕駛員的行為，還取決于與交通擁堵情況相關(guān)的同事和機(jī)器的操作。汽車相撞時(shí)的頭號(hào)事件。操作錯(cuò)誤、剎車失靈、交通擁堵等是相關(guān)事件，往往由更基本的事件引起。事故樹(shù)的編譯過(guò)程是從最頂層的事件開(kāi)始，通過(guò)關(guān)聯(lián)事件到基礎(chǔ)事件一個(gè)一個(gè)完成。每個(gè)較低事件都是較高事件的原因；上事件是下事件的結(jié)果。形式上，它是一個(gè)塔因果鏈，所以稱為事故樹(shù)。圖2-2事故樹(shù)組成示意圖2.3事故樹(shù)的符號(hào)和含義事故樹(shù)中使用的符號(hào)包括事件符號(hào)、邏輯門符號(hào)和轉(zhuǎn)移符號(hào)。2.3.1事件和事件符號(hào)在故障樹(shù)分析中，各種異常狀態(tài)或異常情況稱為事故事件，各種完好狀態(tài)或正常情況稱為成功事件，兩者都稱為事件。事故樹(shù)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)事件。(1)結(jié)果事件結(jié)果事件是由其他事件或事件組合引起的事件，它始終位于邏輯門的輸出端。產(chǎn)生的事件用矩形符號(hào)表示，如圖2-3a所示。產(chǎn)生的事件分為頂級(jí)事件和中間事件。圖2-3事件符號(hào)頂部事件是故障樹(shù)分析中關(guān)注的結(jié)果事件，位于故障樹(shù)的頂部。它始終是故障樹(shù)中邏輯門的輸出事件而不是輸入事件，即系統(tǒng)中可能已經(jīng)發(fā)生或?qū)嶋H發(fā)生的事故結(jié)果。中間事件是位于事件樹(shù)頂部和底部事件之間的結(jié)果事件。它既是一個(gè)邏輯門的輸出事件，又是其他邏輯門的輸入事件。(2)底部事件底部事件是導(dǎo)致其他事件的因果事件，位于故障樹(shù)的底部，它始終是邏輯門的輸入事件而不是輸出事件。底部事件又分為基本原因事件和遺漏事件?；驹蚴录硎緦?dǎo)致頂層事件發(fā)生或無(wú)法再進(jìn)一步向下分析的最基本或原因或缺陷事件。由圖2-3b中的圓形符號(hào)表示。省略的事件表示不需要進(jìn)一步向下分析或原因不清楚的因果事件。另外，遺漏事件也代表次要事件，即不是系統(tǒng)的因果事件，而是來(lái)自系統(tǒng)外部的因果事件，用2-3c中菱形的巧合表示。(3)特別活動(dòng)特殊事件是在事故樹(shù)分析中需要被指示為特殊或需要注意的事件。特殊事件分為切換事件和條件事件。切換事件，也稱為正常事件。這是在正常操作條件下必須或不得發(fā)生的事件。它由圖2-3d中的房間形符號(hào)表示。條件事件，即限制邏輯門打開(kāi)的事件，由圖2-3e中的橢圓符號(hào)表示。2.3.2邏輯門及其符號(hào)邏輯門是連接事件并表達(dá)其邏輯關(guān)系的符號(hào)。(1)與門與門可以連接多個(gè)輸入事件E1、E2、...與門符號(hào)如圖2-4a所示。圖2-4邏輯門符號(hào)(2)或門或門可以連接幾個(gè)輸入事件E1、E2、...,En和一個(gè)輸出事件E，表示輸出事件E在至少一個(gè)輸入事件發(fā)生時(shí)發(fā)生。與門符號(hào)如圖2-4b所示。(3)非門非門表示輸出事件與輸入事件相反。非門符號(hào)如圖2-4c所示。(4)特殊門投票門，這意味著只有當(dāng)輸入事件中同時(shí)發(fā)生m()個(gè)或更多事件時(shí)，才會(huì)發(fā)生輸出事件。投票門符號(hào)如圖2-5a所示。顯然，或門和與門是投票門的特例。當(dāng)m=1時(shí)，OR門是投票門；當(dāng)m=n時(shí)，與門是投票門。圖2-5特殊門符號(hào)異或門，表示輸出事件僅在單個(gè)輸入事件發(fā)生時(shí)發(fā)生。異或門符號(hào)如圖2-5b所示。禁止，意思是輸入事件的產(chǎn)生者只有在條件事件發(fā)生時(shí)才導(dǎo)致輸出事件發(fā)生。禁門符號(hào)如圖2-5c所示。條件與門，即輸入事件不僅同時(shí)發(fā)生，而且在輸出事件發(fā)生之前必須滿足條件A。條件與門符號(hào)如圖2-5d所示。條件或門，這意味著至少有一個(gè)輸入事件發(fā)生，只有當(dāng)條件A滿足時(shí)才發(fā)生輸出事件。條件或門符號(hào)如圖2-5e所示。2.3.3過(guò)渡符號(hào)轉(zhuǎn)換符號(hào)如圖2-6所示。轉(zhuǎn)移符號(hào)的作用是指示事故樹(shù)部分的進(jìn)出轉(zhuǎn)移。當(dāng)故障樹(shù)較大或多處包含相同的局部樹(shù)圖時(shí)，為了簡(jiǎn)化整個(gè)樹(shù)圖，可以使用傳入和傳出符號(hào)。圖2-6過(guò)渡符號(hào)2.4煤自燃事故樹(shù)的定性分析礦井火災(zāi)是煤礦生產(chǎn)中的重大災(zāi)害之一。火災(zāi)產(chǎn)生的大量有害氣體會(huì)嚴(yán)重危害井下工作人員的生命安全；火會(huì)燒毀地下的設(shè)備和材料；煤炭的燃燒和耐火煤柱的損失造成資源的嚴(yán)重?fù)p失；采煤量長(zhǎng)期封閉在防火隔離區(qū)內(nèi)如果礦井不能在礦井內(nèi)開(kāi)采，不僅破壞了正常的生產(chǎn)秩序，也破壞了煤炭資源；如果在有瓦斯和煤塵突出危險(xiǎn)的礦井發(fā)生火災(zāi)，往往會(huì)引燃瓦斯爆炸，擴(kuò)大災(zāi)區(qū)，造成更大的損失。;此外，礦井火災(zāi)的滅火費(fèi)用、巷道的維修費(fèi)用、火災(zāi)后停礦造成的礦山減產(chǎn)、對(duì)火災(zāi)的心理恐懼導(dǎo)致工人生產(chǎn)效率降低。因此，在煤礦生產(chǎn)中，必須嚴(yán)防火災(zāi)的發(fā)生。2.4.1編譯說(shuō)明及事故樹(shù)圖煤自燃，主要是由于煤的氧化性；供氣條件；煤與周圍物質(zhì)的熱交換三個(gè)因素的綜合結(jié)果。它的形成必須滿足三個(gè)基本條件：有煤容易自燃，呈碎片狀堆積；有一定的供氧條件來(lái)維持煤的氧化過(guò)程；煤在氧化過(guò)程中不易產(chǎn)生積熱。隨著時(shí)間的推移傳播。因此，我們?cè)诜治龅臅r(shí)候，應(yīng)該從以上三個(gè)方面入手。煤自燃事故樹(shù)分析見(jiàn)圖2-7。2.4.2事故樹(shù)的定性分析為分析討論方便，本節(jié)將將自燃事故的事故樹(shù)圖分解為多個(gè)子樹(shù)進(jìn)行討論。砌體巷道煤自燃（一）事故樹(shù)分析圖（示意圖）從圖2-7可以看出事故的事故樹(shù)可以被分割意圖如圖2-8所示。(2)求解最小切割（直徑）集①最小割集解因此，子樹(shù)的三個(gè)最小割集如下：②最小直徑集的解決方案首先制作圖2-8的對(duì)偶樹(shù)——成功樹(shù)（如圖2-9所示），然后找到成功樹(shù)的最小割集，它們是故障樹(shù)的最小割集。圖2-9圖2-8的雙樹(shù)圖因此，子樹(shù)的最小路徑集為3：(3)結(jié)構(gòu)重要性分析經(jīng)過(guò)計(jì)算，每個(gè)基本事件結(jié)構(gòu)的重要性順序如下：;;;;.(4)結(jié)果分析6初始原因事件導(dǎo)致事件的發(fā)生。其中，x1、x2、x3對(duì)開(kāi)銷事件的影響較大，應(yīng)作為重點(diǎn)預(yù)防。有一個(gè)事件，作為控制事件不好。x2（未預(yù)警未發(fā)現(xiàn)和處理）事件，只要人為努力就可以控制，因此可以作為重點(diǎn)預(yù)防。為提高預(yù)防的可靠性，除以x2（即P2）為重點(diǎn)預(yù)防外，還應(yīng)采取措施控制x4、x5、x6的發(fā)生。預(yù)防措施簡(jiǎn)述如下：①認(rèn)真做好群防工作，加強(qiáng)對(duì)員工的安全教育，讓廣大員工了解和掌握煤炭自燃的初步征兆，從而能夠識(shí)別和判斷自燃征兆時(shí)間，一旦發(fā)現(xiàn)就向時(shí)間報(bào)告。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(qiáng)煤自燃預(yù)報(bào)預(yù)報(bào)；及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理。③墻體要筑牢、密實(shí)，保證質(zhì)量;④砌體墻要填緊；⑤定期檢查，及時(shí)修復(fù)損壞的砌體墻體。采區(qū)（廢礦區(qū)）余煤自燃引燃事故分析(1)事故樹(shù)分析示意圖從圖2-7可以看出，其事故樹(shù)的示意圖可以劃分為如圖2-10所示。圖2-10采空區(qū)（廢棄礦區(qū)）余煤自燃事故樹(shù)示意圖(2)求解最小切割（直徑）集使用最小割（直徑）集確定公式，可以得到子樹(shù)的最小割集數(shù)為289，最小路徑集為4，因此使用最小路徑集分析更為方便。求解最小路徑集時(shí)，先求出圖2-10中事故樹(shù)的成功次數(shù)（略），并用布爾代數(shù)化簡(jiǎn)，則：將上式分解代入，可得到四個(gè)最小直徑集：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)重要性解決方案經(jīng)過(guò)計(jì)算，得到每個(gè)基本事件結(jié)構(gòu)的重要性順序：(4)結(jié)果分析從子事故樹(shù)的結(jié)構(gòu)中，我們可以直觀地觀察到基本事件與采空區(qū)剩余煤（已報(bào)廢）引起的自然點(diǎn)火之間的邏輯關(guān)系。從圖中可以看出，如果采空區(qū)留煤較多，且漏風(fēng)（供氣）充足，則采空區(qū)殘留煤具備氧化發(fā)熱的條件。煤在氧化發(fā)熱過(guò)程中，如果沒(méi)有征兆，或者沒(méi)有發(fā)現(xiàn)征兆，熱量積累到著火溫度，就會(huì)發(fā)生自燃。因此，為了使該系統(tǒng)的開(kāi)銷事件發(fā)生，必須同時(shí)滿足四個(gè)條件：大量剩余煤（P2）；充分漏氣（P1）；無(wú)預(yù)警處理（P3）；煤有自燃傾向（P1）。顯然，如果違反以上四個(gè)條件中的任何一個(gè)，事故就不會(huì)發(fā)生。因此，它們對(duì)應(yīng)的預(yù)防途徑是P1、P2、P3和P4。從結(jié)構(gòu)重要性上看，x1和x2結(jié)構(gòu)重要性最大，對(duì)頂事件的發(fā)生影響最大，是關(guān)鍵的基礎(chǔ)事件；其次是P2中的基本事件；基本事件。顯然，如果x1(P4)和x2(P3)能夠得到控制，事故就可以避免。但是x1（煤有自燃傾向）是客觀事件（因?yàn)槿绻簺](méi)有自燃傾向，就不會(huì)自燃），所以不能作為控制事件；對(duì)于x2，它可以通過(guò)人力來(lái)控制，因此，它應(yīng)該被視為關(guān)鍵控制路徑集（P3）。即只要及時(shí)發(fā)現(xiàn)前兆和處理，將煤的氧化控制在自燃期之前，就可以避免事故的發(fā)生。但從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)來(lái)看，ax2的光控可靠性無(wú)法達(dá)到100%。因此，在考慮制定預(yù)防措施時(shí)，除了重點(diǎn)控制x2外，還要考慮控制其他事件。從結(jié)構(gòu)重要性上看，P2中每個(gè)基本事件的結(jié)構(gòu)程度大于P1中每個(gè)基本事件的結(jié)構(gòu)度，因此可以選擇P2作為控制集，但是從每個(gè)基本事件的分布來(lái)看，P2（即控制遺留問(wèn)題是煤炭過(guò)剩難以控制的基本事件）。由于導(dǎo)致采空區(qū)余煤足夠的基本事件是采空區(qū)開(kāi)采遺留下來(lái)的，系統(tǒng)P2中的基本事件難以控制，因此出現(xiàn)了“廢棄礦區(qū)煤自燃”現(xiàn)象。很難控制。事故預(yù)防，第二個(gè)措施應(yīng)該放在P1組的控制上。基于以上分析，本次事故的預(yù)防措施簡(jiǎn)述如下：①認(rèn)真做好群防工作，加強(qiáng)對(duì)員工的安全教育，讓廣大員工了解和掌握煤炭自燃的初步征兆，從而能夠識(shí)別和判斷自燃征兆時(shí)間，一旦發(fā)現(xiàn)就向時(shí)間報(bào)告。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(qiáng)煤自燃預(yù)報(bào)預(yù)報(bào)；及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理。③廢棄采空區(qū)必須及時(shí)封閉，封閉采空區(qū)的氣密墻必須符合質(zhì)量要求。氣密墻要嚴(yán)密，經(jīng)常檢查，發(fā)現(xiàn)有裂縫等不滿意現(xiàn)象時(shí)，要及時(shí)修補(bǔ)。必要時(shí)進(jìn)行預(yù)防性灌漿，漿料配制合理；保證灌漿質(zhì)量，保證有足夠的漿液進(jìn)入采空區(qū)包裹介質(zhì)。鉆孔和灌漿孔要及時(shí)密封密閉，不應(yīng)有漏氣和密封不全的現(xiàn)象。減少漏氣通道。④盡量減少采空區(qū)（廢棄礦區(qū)）進(jìn)、回程的風(fēng)壓差。對(duì)于壓差較大的采空區(qū)，可采用“調(diào)壓法”等技術(shù)措施進(jìn)行處理，以減小采空區(qū)進(jìn)、回風(fēng)側(cè)的氣壓差。風(fēng)門、調(diào)節(jié)風(fēng)窗等通風(fēng)結(jié)構(gòu)的安裝位置必須選擇合理、正確的位置，保證通風(fēng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。通風(fēng)結(jié)構(gòu)的使用要經(jīng)常檢查，不符合質(zhì)量要求的要及時(shí)修復(fù)。工人不能隨意改變通風(fēng)結(jié)構(gòu)的位置。要加強(qiáng)日常管理，確保風(fēng)門關(guān)閉。⑤確保礦井通風(fēng)系統(tǒng)完善。做好井的維護(hù)工作，降低井的風(fēng)阻。在可能的情況下，盡量減少礦井通風(fēng)的能源消耗。礦區(qū)（礦區(qū)）煤自燃事故分析(1)事故樹(shù)示意圖從圖2-7可以看出，事故的子事故樹(shù)可以分割成如圖2-11所示。圖2-11礦區(qū)煤自燃事故事故樹(shù)示意圖（礦區(qū)）(2)最小直徑集的解可以通過(guò)最小割（路徑）集數(shù)的確定公式得到，子樹(shù)的最小割集數(shù)為260，最小路徑集為5，因此使用最小路徑集更方便來(lái)分析。系統(tǒng)的五個(gè)最小直徑組得到如下：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)重要性解決方案經(jīng)過(guò)計(jì)算，可以得到每個(gè)基本事件結(jié)構(gòu)的重要性順序：.(4)結(jié)果分析5種方法預(yù)防。事件中，x1、x2、x74對(duì)top事件的影響最大，其次是P4中的基本事件；然后是P5中的基本事件。根據(jù)最小路徑集的定義，如果Pi中的任何一個(gè)被完全控制并阻止其發(fā)生，頂事件就不會(huì)發(fā)生。但考慮到預(yù)防的可能性、可靠性和結(jié)構(gòu)重要性，本次事故應(yīng)同時(shí)采取三種預(yù)防方法，即選擇P2、P3和P4作為制定預(yù)防措施的依據(jù)。預(yù)防措施簡(jiǎn)述如下：①認(rèn)真做好群防工作，加強(qiáng)對(duì)員工的安全教育，讓廣大員工了解和掌握煤炭自燃的初步征兆，從而能夠識(shí)別和判斷自燃征兆時(shí)間，一旦發(fā)現(xiàn)就向時(shí)間報(bào)告。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(qiáng)煤自燃預(yù)報(bào)預(yù)報(bào)；及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理。③對(duì)x74的控制，合理布置礦區(qū)。在有自燃傾向的煤層布置采區(qū)時(shí)，應(yīng)根據(jù)煤層自然著火期的長(zhǎng)短和采煤速度確定采區(qū)的大小。加快開(kāi)采速度，確保煤層在煤層自燃前得到充分回收和封存。避免在礦區(qū)布局中不考慮煤層自然著火期而盲目擴(kuò)大礦區(qū)面積的現(xiàn)象。④P4控制___采區(qū)若從頂板掉下，應(yīng)盡量清理余煤；主巷道不宜布置在煤層內(nèi)；合理保留斷面和斷層煤柱，在技術(shù)可行的前提下，盡量少保留區(qū)域內(nèi)的煤柱；對(duì)開(kāi)采條件復(fù)雜的煤層，應(yīng)采取一定措施，盡量做到潔凈開(kāi)采；對(duì)于浮煤，清理，清理；提高工人技術(shù)水平，保證盡量少拋煤；采煤方式的選擇應(yīng)充分考慮煤層的自燃，應(yīng)選擇采收率高、開(kāi)采速度快、采空區(qū)易封閉的采煤方式；應(yīng)堅(jiān)持定期循環(huán)工作。廢棄巷道煤自燃事故及單頭巷道停工停風(fēng)事故分析(1)事故樹(shù)示意圖故障樹(shù)圖可以從圖2-7的故障樹(shù)分析圖中分割出來(lái)，如圖2-12所示。圖2-12廢棄巷道和單頭巷道停工風(fēng)自燃事故樹(shù)示意圖(2)最小直徑設(shè)定方案圖2-11中的成功樹(shù)（略）并通過(guò)布爾代數(shù)化簡(jiǎn)求解，我們得到：分解后，我們可以得到：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)重要性解決方案每個(gè)結(jié)構(gòu)的重要性順序：.(4)結(jié)果分析從以上Pi和結(jié)構(gòu)重要性的排名來(lái)看，每個(gè)基本事件在P1和P2中的結(jié)構(gòu)重要性是最大的。在選擇預(yù)防路徑集時(shí)，應(yīng)選擇P1和P2作為重點(diǎn)預(yù)防對(duì)象。由于x1在上述幾點(diǎn)中有所描述，因此不應(yīng)將其用作控制對(duì)象。因此，仍應(yīng)選擇P1的x2作為主要控制對(duì)象。在P3、P4、P5和P6中，P3的每個(gè)基本事件結(jié)構(gòu)都比較重要，但是由于x9和x13難以控制，所以應(yīng)該選擇P5作為預(yù)防對(duì)象，所以控制最小直徑組為P1和P5。預(yù)防措施簡(jiǎn)述如下：①x2的控制見(jiàn)其他相關(guān)說(shuō)明；②廢棄巷道和單向巷道要及時(shí)封堵；③封閉墻的質(zhì)量應(yīng)符合要求。2.5結(jié)論對(duì)于煤礦井下自燃，在預(yù)防措施的分類上，基本上分為三類：加強(qiáng)預(yù)兆的預(yù)測(cè)和處理；減少采空區(qū)的煤炭剩余物；減少余煤點(diǎn)漏風(fēng)。選擇哪一類作為主要防御對(duì)象，可以根據(jù)位置來(lái)確定。除重點(diǎn)預(yù)防外，其他可能導(dǎo)致架空事件發(fā)生的基因事件可按《煤礦安全規(guī)程》的要求進(jìn)行控制。只要預(yù)防有重點(diǎn)，兼顧主次考慮，就可以避免地下煤自燃。3煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)3.1簡(jiǎn)介礦區(qū)煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)的目的是揭示煤自燃規(guī)律，從而做出相應(yīng)的技術(shù)決策，控制煤自燃，減少損失，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。.為制定相應(yīng)的防止煤礦煤層自燃的措施，希望對(duì)已知有自燃危險(xiǎn)的礦區(qū)煤層進(jìn)行一定范圍的分類。但是，影響礦區(qū)煤層自燃的因素難以定量描述，分類不明確，難以客觀地對(duì)礦區(qū)煤層自燃進(jìn)行分類。因此，系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)表征非常困難。鑒于煤礦的情況極其復(fù)雜，很難考慮盡可能多的影響煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)的因素。此外，由于存在許多不可預(yù)測(cè)的因素，在實(shí)踐中很難有效、準(zhǔn)確、完全地控制某一條件。同時(shí)，受煤層賦存條件和開(kāi)采技術(shù)等因素的影響，國(guó)外仍難以用經(jīng)典數(shù)學(xué)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行量化。因此，本章根據(jù)前人長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)影響煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)的外部因素，采用打分的方法，表達(dá)各評(píng)價(jià)因素的差異。同時(shí)，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)逐步聚類分析的思想，建立標(biāo)準(zhǔn)模型，采用模式識(shí)別的方法進(jìn)行分類，從而判斷煤層自燃的危險(xiǎn)性。在礦區(qū)。3.2應(yīng)用模糊聚類分析的基本理論基礎(chǔ)任何學(xué)科都必須通過(guò)分類建立概念，也通過(guò)分類發(fā)現(xiàn)和總結(jié)規(guī)律。分類是建立和識(shí)別模型的重要依據(jù)和手段。所謂分類，就是將事物的整體劃分為若干類（子集），使整體中的每一個(gè)事物都屬于一個(gè)類。聚類分析是一種根據(jù)一定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)事物進(jìn)行分類的數(shù)學(xué)方法。具體來(lái)說(shuō)，有n個(gè)事物的種群X={x1,x2,...,xn}每個(gè)事物提取m個(gè)特征：Xj={xj1,xj2,...,xjm}Xjk是第j個(gè)事物的第k個(gè)特征的觀測(cè)值。聚類分析的問(wèn)題是根據(jù)實(shí)際情況，按照一定的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)識(shí)別事物之間的接近程度，將彼此接近的事物歸為一類。但是，由于現(xiàn)實(shí)的分類往往伴隨著歧義，所以在大多數(shù)情況下，一組事物是否形成一個(gè)組或一個(gè)事物是否屬于一個(gè)子類別，并不是一個(gè)明確的區(qū)分，而是程度的問(wèn)題。因此，用模糊數(shù)學(xué)的語(yǔ)言和方法來(lái)描述和解決聚類問(wèn)題更加自然和方便。通過(guò)建立模糊的熟人關(guān)系對(duì)事物進(jìn)行分類的方法稱為模糊聚類分析。模糊聚類分析已廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)過(guò)程中，如天氣的模糊劃分、河流的分類、生態(tài)系統(tǒng)的污染等。本章研究的煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題是一個(gè)典型的模糊聚類分析問(wèn)題。我們知道，影響煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)的因素很多，包括內(nèi)部因素和外部因素。在外部因素中，不同煤層所含的元素也不同。同時(shí)，難以量化劃分各因素對(duì)煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)的影響程度，即無(wú)法量化樣本集中每個(gè)樣本的特征值。因此，應(yīng)用模糊聚類分析可以解決煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。模糊聚類分析步驟如下：第一步，標(biāo)定（建立模糊相似關(guān)系）所謂校準(zhǔn)，就是根據(jù)實(shí)際情況，按照一個(gè)準(zhǔn)則或者一定的方法，給樣本集X中的每個(gè)元素分配一個(gè)數(shù)[0,1]，稱為相似系數(shù)，它的大小代表這兩個(gè)元素。彼此接近或相似。令X={x1,x2,...,xn}是待分類的總體（從不同位置采集的煤層樣本的總體）。設(shè)每個(gè)分類對(duì)象（煤樣）xi由一組數(shù)據(jù)組成xi1,xi2,...,xim來(lái)代表。用aij表示xi和xj的相似系數(shù)，其中xi=(xi1,xi2,...,xim)xj=(xj1,xj2,...,xjm)我,j=1,2,...,naij=0，表示xi和xj完全不同，沒(méi)有相似之處；aij=1，表示它們完全相似或相同。確定aij的方法有很多種，如量積法、角余弦法、相關(guān)系數(shù)法、馬氏距離法等。在某些場(chǎng)合，甚至連事物特征的選擇都困難。這時(shí)候可以要求實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)使用打分法，即主觀評(píng)價(jià)法。由此可以構(gòu)造模糊關(guān)系矩陣第二步，聚類如果將樣本集X中的樣本分為c(·)類，對(duì)應(yīng)每一種劃分方式，可以用c行n列的一個(gè)元素來(lái)表示，其中的元素都是0或者1，這樣就形成了一個(gè)共同的c-除法矩陣。A中的元素滿足：(1)j=1,2,...,n(2)j=1,2,...,c(3)如果矩陣A中第i行第j列元素為1，其余均為0，則表示樣本xi屬于第j類。有些樣本的分類往往是模棱兩可的，所以在分類的過(guò)程中，可以認(rèn)為一個(gè)樣本屬于某一類，具有一定的從屬度，而屬于另一類，具有另一個(gè)從屬度。這樣樣本就不能清楚地屬于某個(gè)類別。這時(shí)候就可以推廣常見(jiàn)的c-partition概念了，公式(1)(2)(3)可以改成如下：(4)j=1,2,...,n(5)j=1,2,...,c(6)這樣就得到了一個(gè)c-模糊劃分矩陣（也叫軟劃分）。c-模糊劃分矩陣給出了樣本集的模糊劃分。它將X劃分為c個(gè)模糊子集A1,...,Ac。在每種類型的Ai中，對(duì)樣本的每個(gè)特征進(jìn)行平均，得到的向量vi稱為Ai的聚類中心。在普通的c-partition中，由于Ai中的樣本數(shù)，Ai中的樣本向量之和為，所以聚類中心(7)記住如果，則xj到聚類中心的距離為(8)i中所有樣本到中心的距離平方和為在整個(gè)劃分中，所有樣本到其類中心的距離平方和為(9)最理想的c-partition顯然是讓泛函J(A,V)取一個(gè)非常小的A。在模糊c-partition中，由于降低了對(duì)樣本集X中樣本元素之間相似系數(shù)的要求，對(duì)式(7)、(8)、(9)進(jìn)行相應(yīng)修改如下：(10)(11)(12)其中?是空間中的任意數(shù)，是參數(shù)，理想的c-fuzzy除法是使J(A,V)取最小值。（參數(shù)r是為了靈活地改變xj到Ai的隸屬度）。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題的求解，可以采用Bezdek方法求解相對(duì)于分類c和參數(shù)r的最優(yōu)解（即逐步聚類法）。第三步，明確模糊劃分得到劃分后的c個(gè)類的聚類中心后，就是要解決如何使待分類的對(duì)象屬于某個(gè)類并屬于某個(gè)類的問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)題的過(guò)程就是明確模糊劃分的過(guò)程。明確模糊劃分有兩種方法：最接近中心原則和最大隸屬度原則。本章在評(píng)價(jià)煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)的過(guò)程中，采用最接近中心的原則，即如果然后將xk分配給第i個(gè)類。也就是說(shuō)，對(duì)于某個(gè)樣本xk，它最接近哪個(gè)聚類中心，會(huì)被分類到哪個(gè)類別。3.3煤層自燃模型概述3.3.1井各莊礦煤層地質(zhì)概況景各莊礦位于省市東約12公里，南距馬家溝礦6公里，距原京山鐵路開(kāi)平站10公里，東距斗河電廠4.5公里。行政區(qū)域由市開(kāi)平區(qū)管轄。井各莊礦區(qū)為平坦的沖積平原，東南沿斗河?xùn)|岸是由奧吉石灰?guī)r構(gòu)成的東北-西南向連綿起伏的低山丘陵。礦區(qū)整個(gè)煤系地層的形成時(shí)代屬于石炭紀(jì)和二疊紀(jì)。煤系基底為中奧系馬家溝組石炭系。井各莊礦區(qū)主要由上石炭系和下二疊系組成。地層總厚度約450m，包括大小層19層，煤層總厚度25.3m，含煤系數(shù)5.7。可采煤層有煤12-2、煤12-1、煤11、煤94個(gè)，平均總厚度16.22m，可采煤層集中在大廟莊組和各莊組。各煤層具體分布見(jiàn)下表，井各莊礦區(qū)地層表見(jiàn)表3-1。煤系地層含煤量見(jiàn)表3-2。邊界領(lǐng)帶系統(tǒng)團(tuán)體代碼厚度（米）新世界第四個(gè)系列優(yōu)越的--未集成--瓦里組問(wèn)0——8902800優(yōu)越的古代懷孕邊界二堆領(lǐng)帶古冶組346下線唐家莊集團(tuán)180大廟莊集團(tuán)79接表3-1結(jié)石碳紀(jì)律優(yōu)越的每組74開(kāi)平集團(tuán)70中通團(tuán)體——并行非集成——馬家溝組65下古代懷孕邊界哦領(lǐng)帶中通345下線梁家山組115野力集團(tuán)203寒冷的吳領(lǐng)帶優(yōu)越的系統(tǒng)鳳山組68常山組48鼓山組82中通120下線饅頭組150凈耳峪組263元古代邊界震驚黎明領(lǐng)帶優(yōu)越的迷霧山脈1200壯組400下線高于組600大紅峪黃崖關(guān)組450太古世界向前震驚黎明五臺(tái)集團(tuán)表3-1井各莊礦區(qū)域地層表井各莊礦田位于開(kāi)平向斜西北側(cè)，與鳳山-康耀背斜以盆狀向斜隔開(kāi)。向斜軸線在西側(cè)，近南北延伸，中部稍向西彎曲，向東南傾斜，傾角5~6°。向斜軸線西側(cè)地層產(chǎn)狀陡峭，東側(cè)地層產(chǎn)狀較為平緩。同時(shí)，向斜邊緣的產(chǎn)狀較中地層陡峭。這一構(gòu)造特征直接影響井場(chǎng)不同區(qū)域斷層構(gòu)造的性質(zhì)和發(fā)育。斷層構(gòu)造是礦區(qū)最重要的構(gòu)造形式，它不僅構(gòu)成了礦區(qū)的邊界，而且直接影響到礦區(qū)的劃分。由于雷場(chǎng)向斜呈西陡東緩、邊陡中緩的不對(duì)稱性，礦場(chǎng)周邊構(gòu)造的性質(zhì)、分布和發(fā)育程度差異較大。一般而言，向斜軸以西地區(qū)以逆沖斷層為主，多為構(gòu)造復(fù)雜的沖積層；而向斜軸線以東地區(qū)則以性斷層為主，逆沖斷層水平極為罕見(jiàn)。也比較簡(jiǎn)單。井各莊礦的水文地質(zhì)條件復(fù)雜。含水層有8個(gè)，其中奧地利石灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層、K2~K6砂巖裂隙承壓含水層、K6~Coal12砂巖與礦山生產(chǎn)關(guān)系密切。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煤系地層含煤量地層關(guān)系地層厚度(男)含煤層可采摘煤層領(lǐng)帶系統(tǒng)團(tuán)體層數(shù)縫名二堆領(lǐng)帶下系統(tǒng)唐家莊集團(tuán)145.41-2小煤線沒(méi)有任何大廟莊集團(tuán)90.3685,6,7,8,9(1),9(2),109(2)結(jié)石碳領(lǐng)帶下系統(tǒng)每組60.00511，煤線，12-1，12-2,12-1/211,12-1,12-2開(kāi)平集團(tuán)76.59314,15,16沒(méi)有任何中通團(tuán)體75.001煤線沒(méi)有任何出現(xiàn)九個(gè)煤層九個(gè)煤層賦存條件穩(wěn)定，但由于礦場(chǎng)內(nèi)礦區(qū)地質(zhì)條件不同，煤層的穩(wěn)定性也不同，各礦區(qū)煤層厚度穩(wěn)定性為也不同。.煤層為黑色，條狀結(jié)構(gòu)，玻璃光澤，以亮煤為主，暗條狀穿插，部分含絲碳，偶有黃鐵礦膜，半亮至亮型。九個(gè)煤層一般含2～3層夾脈矸石，多為碳質(zhì)頁(yè)巖。矸石變厚的煤層厚度明顯變薄，上層常被頂出煤層頂板，因此九個(gè)煤層為復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層。9個(gè)煤層的產(chǎn)能為1.44t/m3，煤層含硫量為0.5%，屬于低硫煤。煤層頂板分為三層，即頂板、直頂板和老頂板。假頂為泥巖或粉砂巖，隨開(kāi)采而落，大部分地區(qū)已失落。直接頂部為粉砂巖，具有明顯的水平層理或波浪狀紋理，塊狀，富含植物葉片化石，偶見(jiàn)淺褐色結(jié)核，厚度變化大，極不穩(wěn)定。老丁為中砂巖，粉砂巖，層厚；巖石成分為石英和泥質(zhì)巖屑，其次為燧石，含有紫紅色礦物細(xì)粒。水膨脹。底板為泥巖，致密塊狀，含菱鐵礦結(jié)核和黃鐵礦散晶，結(jié)核大小不一，扁平球形或?qū)訝罘植?，含少量植物根系化石。十一煤層的產(chǎn)狀第十一煤層為單一結(jié)構(gòu)煤層，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。煤層傾角3~68°，平均14°，黑色塊狀至條狀結(jié)構(gòu)，光澤異常，以光亮煤、鏡煤和光亮煤條為主，含黃鐵礦結(jié)核、光亮型煤、含水量中含有一層脈石，但巖石的分布極不穩(wěn)定。十一煤層頂板有兩層，即直接頂板和老頂板。直接頂板為泥巖，塊狀、致密、細(xì)膩，含有菱鐵礦透鏡狀結(jié)核和黃鐵礦聚集體；舊頂板為細(xì)砂巖、塊狀、鈣質(zhì)基型膠結(jié)，主要成分為石英，易風(fēng)化，厚且不穩(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）煤層的出現(xiàn)12-1煤層是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的煤層，屬于較為穩(wěn)定的煤層。煤層厚度0.53~4.05m，平均2.17m。煤層傾角0～65°，平均15°。煤層厚度變化穩(wěn)定。煤層呈黑色塊狀條紋結(jié)構(gòu)，有玻璃光澤，主要為亮煤。下部也有帶絲狀碳膜的暗煤，呈亮至半暗。煤層中部有一層穩(wěn)定的碳質(zhì)泥巖。，上層煤厚0.19~1.95m，平均0.85m，下層煤厚0.20~2.06m，平均0.75m，平均矸石厚度0.698m。12-1煤層容重1.35t/m，平均含硫量0.48%，屬低硫煤。12-1縫屋面包括直接屋面和舊屋面。直接頂板為帶狀粉砂巖，巖石致密堅(jiān)硬，局部夾有細(xì)砂巖帶，厚度不穩(wěn)定。老丁砂巖為中細(xì)砂巖，層厚，高嶺土基底膠結(jié)，易風(fēng)化，膨脹成泥。直接頂板為硅質(zhì)膠結(jié)粉砂巖或細(xì)砂巖，巖性致密堅(jiān)硬。十二（2）煤層的出現(xiàn)12-2煤層為復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，主要含有兩層矸石，為穩(wěn)定煤層。12-2煤層厚度為1.27~11.58m。平均5m。煤層傾角0～69°，平均16°。煤層呈黑色，塊狀結(jié)構(gòu)，下部為條狀結(jié)構(gòu)，質(zhì)地堅(jiān)硬，玻璃質(zhì)至無(wú)光澤，半亮至半暗，夾有4-5層夾石，可達(dá)11層。12-2煤層容重1.53t/m，煤層含硫量0.40%，屬低硫煤。12-2煤層頂板分為偽頂板和直接頂板兩層。假頂為腐泥質(zhì)泥巖，塊狀、細(xì)膩、重量輕，厚度不穩(wěn)定，有時(shí)會(huì)被夾出。直接頂板為粉砂巖，由鈣泥膠結(jié)，質(zhì)地致密。碳絲膜沿表面夾入，光滑易脫落。直接頂板為粉砂巖或細(xì)砂巖，塊狀，較硬，以鈣泥膠結(jié)，含泥量高，含菱鐵礦結(jié)核和黃鐵礦薄膜。3.3.2井各莊煤礦煤層自燃?xì)v年自然火簡(jiǎn)介井各莊礦可開(kāi)采煤層有煤9、煤11、煤12-1和煤12-2，其中煤9和煤12-2為主要煤層。4個(gè)可開(kāi)采煤層中，除9個(gè)煤層發(fā)生自燃外，其他煤層均未發(fā)生自燃。截至目前，煤層共發(fā)生自燃火災(zāi)事故72起。雖然沒(méi)有發(fā)生人員傷亡，但給礦山造成了巨大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失，給礦山生產(chǎn)安全和工人生命安全帶來(lái)了巨大隱患。.9個(gè)煤層分層開(kāi)采的最短自燃期為15天，識(shí)別出的自燃期為2個(gè)月（11個(gè)煤層和12-2個(gè)煤層的自燃期為8～12個(gè)月），自燃百萬(wàn)噸煤層的著火率是2倍。.井各莊礦自1979年投產(chǎn)以來(lái)，發(fā)生的9個(gè)煤層自燃火災(zāi)事故多發(fā)生在西翼礦區(qū)，東翼礦區(qū)次之，南翼礦區(qū)最輕。九個(gè)煤層采用恒定底層分層開(kāi)采方式，因此自燃火災(zāi)呈現(xiàn)出一個(gè)特殊的方面，即火災(zāi)多發(fā)生在一層、二層開(kāi)采中，第三層未發(fā)生自燃事故。自燃的統(tǒng)計(jì)分類72起自發(fā)火災(zāi)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下：(1)按著火區(qū)劃分，如表3-3所示。從表中統(tǒng)計(jì)可以看出，井各莊礦煤層自燃火災(zāi)多發(fā)生在西翼，其次是東翼，南翼最少。表3-3按火區(qū)劃分的井各莊礦自燃記錄區(qū)域頻率西廂房東翼南翼全部的頻率3828672%52.7838.898.33100(2)按著火點(diǎn)，如表3-4所示。表3-4井各莊礦按火災(zāi)部位分類的自燃記錄地點(diǎn)頻率巷道密閉(老塘)工作面其他全部的頻率47146572%65.2819.448.336.95100從表中可以看出，大部分火災(zāi)發(fā)生在道路上，其次是封閉或舊池塘。(3)按點(diǎn)火周期，如表3-5所示。表3-5按著火期分類的井各莊礦自燃記錄時(shí)期頻率79-84歲85-90歲91-9697-98全部的頻率二十二3612272%30.565016.670.33100從表中可以看出，井各莊礦煤層自燃火災(zāi)多發(fā)生在生產(chǎn)初期，與當(dāng)時(shí)缺乏滅火設(shè)備和管理經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。（4）從歷次火災(zāi)原始記錄來(lái)看，當(dāng)時(shí)火點(diǎn)附近斷層等地質(zhì)破碎31例，巷道高處火點(diǎn)35例，通風(fēng)不良40例，由此可見(jiàn)，井各莊礦煤層自燃的發(fā)生，外部因素起到了很大的作用。3.4煤層自燃危險(xiǎn)度指標(biāo)體系的建立為了對(duì)煤層樣品進(jìn)行合理分類，保證預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，需要對(duì)反映煤層自燃的各種特征進(jìn)行量化，這種量化性質(zhì)稱為樣品的指標(biāo)。煤炭的自燃和發(fā)展是多種因素共同作用、相互作用的結(jié)果。包括內(nèi)部因素和外部因素，在某些情況下，外部因素甚至起關(guān)鍵作用，在很大程度上可以由人來(lái)控制。煤的自燃傾向是煤的自然屬性。它取決于煤在常溫下的氧化能力，以及煤層自燃的基本條件。在實(shí)際生產(chǎn)中，煤層、礦井或采區(qū)在開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生自燃的風(fēng)險(xiǎn)，并不完全取決于煤的自燃傾向，而是在一定程度上取決于煤層的地質(zhì)條件、開(kāi)采技術(shù)因素。,和通風(fēng)條件。影響。這里選取煤自燃傾向、地質(zhì)賦存條件、開(kāi)采技術(shù)因素、通風(fēng)因素和防治措施五個(gè)方面作為煤層樣品的指標(biāo)。3.4.1煤自燃傾向指標(biāo)體系的建立煤炭自燃傾向的識(shí)別對(duì)于掌握自燃火災(zāi)的發(fā)生規(guī)律、有針對(duì)性地采取防火措施、保障礦山安全生產(chǎn)具有重要意義。因此，我國(guó)《煤礦安全規(guī)程》要求對(duì)所有煤層進(jìn)行自燃傾向的識(shí)別。大多數(shù)國(guó)家將煤炭自燃傾向的識(shí)別作為預(yù)測(cè)煤礦自燃風(fēng)險(xiǎn)的重要方法。煤的自燃傾向主要反映煤的變質(zhì)程度、煤的水分、煤巖成分、煤的硫含量、煤的粒度、煤的瓦斯含量、煤的孔隙度、熱導(dǎo)率等的影響。3.4.2煤層地質(zhì)賦存條件評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立地質(zhì)因素對(duì)自燃的影響主要增加了煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)，在開(kāi)采過(guò)程中有自燃傾向。影響自燃的地質(zhì)因素有：(1)煤層厚度煤層的厚度越大，自燃的風(fēng)險(xiǎn)就越大。原因是：難以充分開(kāi)采，留下大量浮煤和殘柱，煤炭回收率低；壓力高，煤壁受壓易破碎，采空區(qū)不易封嚴(yán)，漏風(fēng)量大。(2)煤層傾角煤層傾角越大，自燃風(fēng)險(xiǎn)越大。這主要是傾斜煤層頂板管理難度大，采空區(qū)不易充填，煤柱留存困難，漏風(fēng)量大。(3)地質(zhì)構(gòu)造在煤層地質(zhì)變化較大的地區(qū)，煤層自燃自燃的可能性也很大。地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜程度不同，影響也不同。但對(duì)于復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，還應(yīng)考慮其綜合影響。(4)煤層埋深煤層太淺或太深都會(huì)增加火災(zāi)危險(xiǎn)。開(kāi)采深度小，頂板升起后形成的裂縫易與地表相通，形成漏氣通道，有利于煤層自然引燃。隨著開(kāi)采深度的增加，通風(fēng)壓力增加，采空區(qū)和煤柱的漏風(fēng)量也增加；地壓升高，煤體原溫升高，降低巷道穩(wěn)定性，加快氧化反應(yīng)速度；煤的天然水分含量增加。煤炭的減少增加了煤炭自燃的風(fēng)險(xiǎn)。(5)煤層距離短距離煤層聯(lián)采不僅受距離和時(shí)間錯(cuò)開(kāi)的影響，還受頂板方向煤夾層的影響，一層采空區(qū)的煤層或浮煤與采空區(qū)的浮煤這一層的采空區(qū)。(6)屋頂?shù)奶匦杂裁簩禹敯宀灰酌撀洌褐钜资軌浩屏?，采空區(qū)不易落填、壓實(shí)，放頂后形成可與鄰接的裂隙將形成采空區(qū)甚至地面，提供天然點(diǎn)火源。充分條件。反之，如果屋頂容易倒塌，則采空區(qū)可以迅速填滿壓實(shí)，不易起火；即使發(fā)生，規(guī)模也不會(huì)很大。3.4.3采礦技術(shù)因素評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立煤層自燃的風(fēng)險(xiǎn)取決于現(xiàn)有的促進(jìn)煤自燃的因素——自燃傾向的強(qiáng)弱，在很大程度上受制于煤層自燃的外部因素，包括地質(zhì)因素和采礦技術(shù)因素。生產(chǎn)實(shí)踐表明，合理的開(kāi)發(fā)制度和開(kāi)采方法對(duì)預(yù)防自燃火災(zāi)具有決定性的作用。因此，可以說(shuō)，采礦技術(shù)因素是影響煤層自燃的直接或主要因素。對(duì)于自燃傾向強(qiáng)、自燃火災(zāi)嚴(yán)重的煤層，從防治自燃火災(zāi)的角度，開(kāi)發(fā)開(kāi)采的要求是：最小暴露面；最大的煤炭回收率；最快的挖礦速度；易于隔離的采空區(qū)。影響自燃的采礦技術(shù)因素有：(1)發(fā)展道路布局對(duì)于自燃煤層，特別是厚煤層或自燃嚴(yán)重的緊密煤層群，如果在煤層內(nèi)布置巷道，會(huì)留下大量護(hù)路煤柱，嚴(yán)重切割煤層。，煤柱在開(kāi)采后會(huì)在壓力下被壓碎。，煤層與空氣的接觸面積大，肯定會(huì)增加自燃的概率。所以。采挖多少煤層，在巷道中留下多少煤柱，會(huì)影響礦壓的作用和對(duì)煤層的破壞程度，影響自燃風(fēng)險(xiǎn)。(2)斷面巷道布置在近水平或緩傾斜特厚煤層的分層開(kāi)采中，斷面巷道的布置過(guò)去有兩種基本形式：錯(cuò)開(kāi)和外錯(cuò)開(kāi)。這兩種布置對(duì)防止采空區(qū)浮煤自燃存在一些不利因素。(3)分段巷道開(kāi)挖在易自燃的傾斜煤層和陡傾斜煤層中，一般同時(shí)開(kāi)挖運(yùn)輸巷道上段和回風(fēng)巷道下段，并在兩者之間開(kāi)一些接觸孔。道路。隨著工作面的推進(jìn)，這些接觸孔與斷面煤柱一起留在采空區(qū)。在這種情況下，接觸眼難以密封嚴(yán)密，煤柱在壓力下很容易被壓碎，導(dǎo)致老采空區(qū)自燃。傾斜易燃煤層單長(zhǎng)壁工作面與自燃煤層斷面巷道分采、分采布置時(shí)，為避免運(yùn)輸工具同時(shí)開(kāi)挖上段巷道和下段回風(fēng)道，開(kāi)采時(shí)開(kāi)挖兩條巷道之間的連接巷道。由于密封困難，空氣區(qū)也會(huì)引起自燃。(4)采煤法合理的采煤方式可以提高礦山的抗自燃能力。采煤方式對(duì)自燃的影響主要表現(xiàn)在采煤率的高低、采煤時(shí)間的長(zhǎng)短和集中度、采煤速度、頂板管理方式、煤層切割條件、煤柱破壞程度、封井難度等方面。空地。(5)恢復(fù)速度工作面推進(jìn)速度是采空區(qū)自燃的關(guān)鍵。工作面正常推進(jìn)時(shí)間可以減少工作面新鮮空氣流向采空區(qū)的泄漏，避免連續(xù)定點(diǎn)供氧條件導(dǎo)致采空區(qū)浮煤自燃。(6)有無(wú)煤柱使用無(wú)柱方法開(kāi)采煤炭消除了自燃源。(7)恢復(fù)方法采用前向開(kāi)采法開(kāi)采礦區(qū)比采用后向開(kāi)采法開(kāi)采漏氣量大（沿空留巷法和路邊充填帶無(wú)柱開(kāi)采法除外）。恢復(fù)方法。后退開(kāi)采法的其他一些優(yōu)點(diǎn)是它對(duì)上下煤柱的壓力較小，留在采空區(qū)的煤受礦井空氣影響的時(shí)間短，易于隔離采空區(qū)。(8)揀選順序堅(jiān)持正常的開(kāi)采順序可以提高采空區(qū)或煤柱兩端的最小壓差，從而減少漏風(fēng)。(9)屋頂管理科學(xué)的頂板管理方法可以改善采空區(qū)漏風(fēng)區(qū)的空氣動(dòng)力特性，減小自燃區(qū)或漏風(fēng)區(qū)的寬度，減少采空區(qū)漏風(fēng)。(10)煤炭的脆弱性煤斷裂與自燃的第一個(gè)聯(lián)系在于地質(zhì)構(gòu)造表面大量裂隙的形成。裂縫充滿煤粉和碎屑，也是空氣供應(yīng)的通道。裂隙網(wǎng)絡(luò)相互連通，泄漏風(fēng)量通過(guò)，但風(fēng)量太小，無(wú)法帶走氧化產(chǎn)生的熱量。因此，會(huì)出現(xiàn)熱量聚集、煤氧化過(guò)程加速和溫度升高的現(xiàn)象。煤沿地質(zhì)構(gòu)造面破碎成塊狀體最有利于自燃，因?yàn)檫@些表面上本來(lái)就存在大量細(xì)碎的煤（如絲煤）或黃鐵礦填充物。絲煤自燃最強(qiáng)，黃鐵礦也是自燃的活性引發(fā)劑。破碎的煤塊在置換過(guò)程中相互摩擦，產(chǎn)生大量煤粉和黃鐵礦粉，特別是空氣潮濕時(shí)，更容易發(fā)生自燃。3.4.4通風(fēng)因素評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立(1)通風(fēng)管理良好的通風(fēng)可以帶走煤炭產(chǎn)生的熱量，堵住空氣泄漏會(huì)導(dǎo)致煤炭缺氧，抑制熱量的產(chǎn)生。自燃只能在一定的通風(fēng)條件下發(fā)生。通風(fēng)因素的影響主要表現(xiàn)在采空區(qū)漏風(fēng)、煤柱漏風(fēng)和煤壁裂隙。漏風(fēng)就是向這些位置供氧，促進(jìn)煤的氧化自燃。采空區(qū)面積大，漏風(fēng)量大，但風(fēng)速有限，散熱效果低。工作面兩條巷道（采工作面運(yùn)輸巷道和回風(fēng)巷道）、一線（停采線）、斷裂帶、處有大量浮煤堆積煤層變薄和跳躍，最容易發(fā)生自燃的地方。選擇合理的工作面通風(fēng)系統(tǒng)，減少兩側(cè)壓力差。合理調(diào)整礦井的通風(fēng)阻力，可以大大減少礦井的自燃。在改變礦用風(fēng)機(jī)的工作系統(tǒng)和調(diào)整風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)時(shí)，必須充分考慮與自燃的關(guān)系。(2)通風(fēng)系統(tǒng)在開(kāi)采自燃煤層時(shí)，合理的通風(fēng)系統(tǒng)可以大大減少或消除自燃和點(diǎn)火的供氧條件。沒(méi)有供氧和儲(chǔ)熱條件的煤不會(huì)自燃。合理的通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)為：礦井通風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，風(fēng)網(wǎng)阻力適中（3Mpa以下），主風(fēng)機(jī)與風(fēng)網(wǎng)匹配，通風(fēng)設(shè)施布置合理，通風(fēng)壓力分布適當(dāng)。3.4.5預(yù)防措施評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立以下三項(xiàng)措施對(duì)預(yù)防自燃火災(zāi)有重要影響：(1)預(yù)防性灌漿這時(shí)，防止自燃的傳統(tǒng)措施也是最有效、最穩(wěn)定、最可靠的措施。它的作用是，一是隔離，二是保溫。(2)阻火劑將一些能抑制煤氧化的藥劑噴在煤壁、采空區(qū)或注入煤層體內(nèi)，以抑制或延緩煤的氧化，從而防止自燃和著火。(3)等壓防火這是為了平衡漏風(fēng)通道進(jìn)出口兩端的風(fēng)壓，以消除或減少漏風(fēng)的措施。減少或消除煤層區(qū)域的空氣泄漏，既能防火又能滅火。均壓效果的好壞對(duì)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)影響煤層自燃危險(xiǎn)程度的評(píng)價(jià)因子為U，包括22個(gè)因素：品位、煤層厚度、傾角、構(gòu)造、深度、間距、頂物性、發(fā)育程度、帶巷道、帶開(kāi)挖、開(kāi)采方式、開(kāi)采速度、煤柱、開(kāi)采方向、開(kāi)采順序、頂管、碎煤、管道通道、通道系統(tǒng)、注漿、阻力和壓力平衡。也就是說(shuō)，U={u1,u2,...,u22}。影響煤層自燃和著火風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)很難定量描述，而且這種定量評(píng)價(jià)還很模糊。此外，它還涉及到一個(gè)多因素綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題。為分析方便，考慮采用主觀評(píng)分的方法來(lái)表達(dá)影響煤層自燃和著火風(fēng)險(xiǎn)程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。區(qū)別。設(shè)分?jǐn)?shù)集X=[0,20]為連續(xù)實(shí)數(shù)空間，設(shè)x屬于X為U中某個(gè)因子的分?jǐn)?shù)，分?jǐn)?shù)的大小只反映差異程度。分?jǐn)?shù)越大，越有利于自燃，反之亦然。由于每個(gè)因素打分的依據(jù)不明確，這個(gè)打分不能精確唯一，即對(duì)應(yīng)一個(gè)圓圈。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，使用單個(gè)數(shù)值來(lái)表示評(píng)分指標(biāo)。根據(jù)上述綜合評(píng)價(jià)方法和通常的分類方法，影響煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)及其分值見(jiàn)表3-6。表3-6煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)及分值表因?yàn)榘咨男蛄刑?hào)分類一個(gè)bCd自從燒傷倒向性別1年級(jí)不自燃（Ⅲ）可能自燃（Ⅱ）自燃（Ⅱ）易自燃（Ⅰ）分?jǐn)?shù)+5+10+15+20土地質(zhì)量因?yàn)榘咨碾娪敖渲?煤厚<1.3米1.3~3.5m3.5~5米>5米分?jǐn)?shù)+5+10+15+203傾角<10°10～25°25～45°>45°分?jǐn)?shù)+5+10+15+204結(jié)構(gòu)體簡(jiǎn)單的更簡(jiǎn)單更復(fù)雜復(fù)雜的分?jǐn)?shù)+5+10+15+155深度300～500米500～800米<300m;>800m分?jǐn)?shù)+5+10+206間距基本沒(méi)有采礦影響受采礦影響受采礦影響，煤炭落入分?jǐn)?shù)+5+10+207頂級(jí)性愛(ài)不穩(wěn)定中度穩(wěn)定穩(wěn)定難的分?jǐn)?shù)+5+10+15+20接表3-6打開(kāi)摘要技術(shù)技術(shù)因?yàn)榘咨?打開(kāi)開(kāi)辟道路放入巖石發(fā)展道路布局在半煤巖中開(kāi)辟道路在煤層分?jǐn)?shù)+5+10+209區(qū)巷單排交錯(cuò)排列重疊排列分?jǐn)?shù)+5+10+2010挖掘單次開(kāi)挖采礦和采礦采礦和采礦分?jǐn)?shù)+5+10+2011采礦法恢復(fù)速度快高易封閉開(kāi)采法一般長(zhǎng)壁開(kāi)采方法恢復(fù)緩慢恢復(fù)低速采煤分?jǐn)?shù)+5+10+2012挖礦速度定期循環(huán)基本正常循環(huán)無(wú)法正確循環(huán)分?jǐn)?shù)+5+10+2013煤柱無(wú)柱采礦支柱采礦分?jǐn)?shù)+5+2014采礦方向后面是挖礦正向挖掘分?jǐn)?shù)+5+2015測(cè)序普通的挖礦訂單反常態(tài)挖礦訂單分?jǐn)?shù)+5+2016頂管全填充法全塌陷法或部分填充法緩慢下沉刀柱管理方法分?jǐn)?shù)+5+10+15+2017碎煤煤不是脆弱的易煤破碎的分?jǐn)?shù)+5經(jīng)過(guò)風(fēng)因?yàn)榘咨?8通管效果好一般效果不太有效分?jǐn)?shù)+5+10+2019通用系統(tǒng)合理的基本合理不合理分?jǐn)?shù)+5+10+20預(yù)防守措施石20灌漿效果好一般效果不太有效分?jǐn)?shù)+5+10+20二十一阻塞效果好一般效果不太有效分?jǐn)?shù)+5+10+20二十二均衡效果好一般效果不太有效分?jǐn)?shù)+5+10+203.5模糊聚類分析每個(gè)煤層樣本的采集和描述煤層樣本的指標(biāo)參數(shù)是聚類分析的基礎(chǔ)。為保證聚類分析結(jié)果符合實(shí)際，提高預(yù)測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確性，筆者采用分步聚類分析法對(duì)開(kāi)灤9個(gè)煤層采集的煤樣進(jìn)行分析。井各莊礦作為樣品。表3-7是各礦區(qū)煤層自燃可能性相關(guān)的各分類的具體情況。表3-8是該礦9個(gè)煤層中煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及其數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值。表3-7各礦區(qū)煤層自燃因子分類分類因素和因子歸一化值東二層2394東二層2395西層1493南二層2099西層1490西層1297序列號(hào)123456年級(jí)C1.00C1.00b0.75b0.75b0.75C1.00煤厚b0.50d1.00d1.00d1.00d1.00d1.00傾角b0.50b0.50b0.50b0.50一個(gè)0.25b0.50結(jié)構(gòu)體C0.75C0.75d1.00b0.50C0.75d1.00深度一個(gè)0.25一個(gè)0.25C1.00一個(gè)0.25C1.00C1.00間距一個(gè)0.25一個(gè)0.25一個(gè)0.25一個(gè)0.25一個(gè)0.25一個(gè)0.25頂級(jí)性愛(ài)C0.25C0.25C0.75C0.25C0.75C0.50打開(kāi)C1.00C1.00C1.00C1.00C1.00C1.00區(qū)巷b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50一個(gè)0.50挖掘b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50采礦法b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50挖礦速度一個(gè)0.25一個(gè)0.25一個(gè)0.25一個(gè)0.25一個(gè)0.25一個(gè)0.25煤柱b1.00b1.00b1.00b1.00b1.00b1.00采礦方向b1.00b1.00b1.00b1.00b1.00b1.00測(cè)序一個(gè)0.25一個(gè)0.25一個(gè)0.25一個(gè)0.25一個(gè)0.25一個(gè)0.25頂管b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50碎煤b1.00b1.00b1.00b1.00b1.00b1.00通管一個(gè)0.25一個(gè)0.25b0.50一個(gè)0.25b0.50b0.50通用系統(tǒng)b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50灌漿b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50阻塞一個(gè)0.25一個(gè)0.25一個(gè)0.25一個(gè)0.25一個(gè)0.25一個(gè)0.25均衡b0.50b0.50b0.50b0.50b0.50b0.503.5.1數(shù)據(jù)處理因?yàn)閷?shí)際問(wèn)題中得到的數(shù)據(jù)比較復(fù)雜，所以必須先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，使其成為閉區(qū)間[0,1]內(nèi)的圖書(shū)數(shù)量，形成一個(gè)模糊關(guān)系矩陣。為此，應(yīng)首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。從統(tǒng)計(jì)表中可以看出，待分類對(duì)象有k(k=1,2,...,6)個(gè)，對(duì)于這些對(duì)象的主要影響因素，總共可以得到k個(gè)綜合原始數(shù)據(jù)xk對(duì)象。為了將這些數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化為[0,1]之間的數(shù)字，為此需要使用極值標(biāo)準(zhǔn)化公式。計(jì)算公式為：(13)其中；.因此(14)ki逐一求得，取值見(jiàn)表3-8。表3-8各礦區(qū)煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及其標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)表目標(biāo)因素內(nèi)容改變?cè)刂敌蛄胁蛔匀純A向標(biāo)準(zhǔn)化值XH1地質(zhì)因素的標(biāo)準(zhǔn)化值XH2技術(shù)因素標(biāo)準(zhǔn)化值XH3通風(fēng)系數(shù)的歸一化值XH4預(yù)防措施的標(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逐步聚類分析的基本思想對(duì)于煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)的分類，樣品（煤層）是否屬于某一類并不明顯。有時(shí)一些特征應(yīng)該被認(rèn)為屬于這個(gè)類別，而其他一些特征應(yīng)該被認(rèn)為屬于另一個(gè)類別。借助模糊集理論，可以認(rèn)為一個(gè)樣本（煤層）可以屬于幾個(gè)不同的類別，并將其可能的隸屬度作為隸屬函數(shù)。那么樣本（煤層）可以看成是類集上的一個(gè)模糊子集，類可以看成是樣本集X上的一個(gè)模糊集。所以對(duì)應(yīng)的分類矩陣A就是一個(gè)模糊關(guān)系矩陣。的元素aij（各影響因素對(duì)樣品自燃風(fēng)險(xiǎn)的特征值）滿足以下條件：(1)；(2)，即每列元素之和為1，對(duì)于一個(gè)樣本，其對(duì)各個(gè)類別的隸屬度之和等于1，說(shuō)明每個(gè)樣本xi必須屬于一個(gè)類別且僅一節(jié)課；(3)，即保證每一類Ai至少有一個(gè)樣本。模糊分類矩陣A表示樣本集X的軟劃分。顯然，有無(wú)數(shù)種方法可以對(duì)樣本集X進(jìn)行c類劃分。為了對(duì)X進(jìn)行最優(yōu)分類，等式(12)所示的聚類準(zhǔn)則）用來(lái)。聚類的準(zhǔn)則是得到分類矩陣A和聚類中心矩陣V，使得式(12)表示的函數(shù)J(A,V)得到最小值。式(12)中的參數(shù)r越大，分布越模糊，一般取。?是空格中的任意數(shù)字。一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題的解決是非常困難的。Dunn和Bezdek證明了在退化的c-模糊分區(qū)空間中，目標(biāo)函數(shù)J(A,V)的優(yōu)化問(wèn)題是可解的，Bezdek給出了一種迭代算法來(lái)尋找最優(yōu)解A。分類矩陣的計(jì)算公式元素aik和每個(gè)聚類中心vi是：(15)(16)具體計(jì)算步驟如下：①固定c:.取初值A(chǔ)(0)（c-模糊劃分矩陣），逐步迭代，l=0,1,2,…②計(jì)算步長(zhǎng)中心矩陣③按式（15）改正。④用一個(gè)矩陣數(shù)*比較和，如果確定對(duì)，如果是，則停止迭代，否則取+1，轉(zhuǎn)步驟2。本章選取的矩陣個(gè)數(shù)為，這里是預(yù)先指定的一個(gè)小數(shù)，如：0.01、0.001、0.0001等。數(shù)值越小，結(jié)果計(jì)算越準(zhǔn)確，但計(jì)算量越大。參數(shù)r一般取2。3.5.3標(biāo)定（建立模糊相似關(guān)系）為使分類清晰明了，將影響煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)的主要因素：煤自燃傾向、地質(zhì)因素、開(kāi)采技術(shù)因素、通風(fēng)因素和預(yù)防措施等分別簡(jiǎn)化為各自的總和得分，從而得到自然客觀規(guī)律煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。3.5.4聚類對(duì)表4.3中所有煤層樣本x={x1,x2,...,x6}進(jìn)行聚類分析，按照自燃風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行分類。為便于管理，滿足預(yù)測(cè)要求和實(shí)際生產(chǎn)需要，考慮實(shí)際影響和通常的分類原則，建議將煤層樣品分為三類：第1類-極易自燃；2類——容易自燃；第3類-煤層可能自燃。對(duì)采集的煤層樣本進(jìn)行初步分類，即使初始軟劃分矩陣（模糊相似矩陣）為以表3.8中各礦區(qū)煤層為樣本，指標(biāo)為各分類總分。即樣本：=()(k=1,2,3,…,6)其中是對(duì)應(yīng)于第k個(gè)礦區(qū)煤層的第j個(gè)分量。使用公式（15）和（16）進(jìn)行迭代計(jì)算，最終得到最優(yōu)分類。各礦區(qū)煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)聚集中心如表3-9所示。表3-9各礦區(qū)煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)度聚類中心分類自燃傾向標(biāo)準(zhǔn)化值地質(zhì)因素標(biāo)準(zhǔn)化值采礦技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化值通風(fēng)系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化值預(yù)防標(biāo)準(zhǔn)化值高度易燃(1)0.990.500.650.380.42容易自燃(2)0.850.610.650.450.42可能自燃(3)0.820.630.650.460.42采用表3.9中的行向量作為礦區(qū)煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)分類的標(biāo)準(zhǔn)模型。對(duì)于待分類的礦區(qū)煤層，采用模式識(shí)別方法進(jìn)行分類。這里：v1=(0.99,0.50,0.65,0.38,0.42)v2=(0.85,0.61,0.65,0.45,0.42)v3=(0.82,0.63,0.65,0.46,0.42)對(duì)于給定的礦區(qū)煤層=()，取和的距離函數(shù)如下(17)(18)將被分類。3.6樣本聚類檢