【正文】 (6)這樣就得到一個(gè) c模糊劃分矩陣（也稱軟劃分）。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(gè)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。第三步，將模糊劃分清晰化在求得了劃分的c個(gè)類聚類中心后，就是解決如何使將要被分類的對(duì)象歸屬在且在某一類中的問題了。也就是說，對(duì)于某一樣本xk，它與哪一個(gè)聚類中心最接近，就將它歸到哪一類。各煤層具體分布見下表，荊各莊礦區(qū)域地層表見表31。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(shí)向斜邊緣較之中部地層產(chǎn)狀陡?？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(duì)簡單。九煤層一般含2~3層夾矸，多為炭質(zhì)頁巖。偽頂板為泥巖或粉砂巖，隨采隨落，區(qū)內(nèi)大部分缺失。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。十一煤層頂板有二層，即直接頂板和老頂。~。，%，屬低硫煤。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(jiān)硬。煤層傾角為0~69186。122煤層頂板分偽頂板、直接頂板兩層。 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(gè)可采煤層，即煤煤1煤121和煤122，其中煤9和煤122為主采煤層。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。表33 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(jì)次數(shù)3828672所占比重%100（2）按發(fā)火地點(diǎn)分，如表34所示。（4）從歷次的發(fā)火原始記錄看，發(fā)火點(diǎn)附近遇斷層等地質(zhì)碎裂的有31起，火點(diǎn)在巷道冒高點(diǎn)的有35起，當(dāng)時(shí)通風(fēng)狀況不良的有40起，因而可以看出外界因素對(duì)荊各莊礦煤層自燃火災(zāi)的發(fā)生起著很大的作用。煤炭的自燃傾向性是煤的一種自然屬性。 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(duì)于掌握其自燃火災(zāi)的發(fā)生規(guī)律，有針對(duì)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。 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(xiǎn)程度。（3）地質(zhì)構(gòu)造 煤層地質(zhì)變動(dòng)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(duì)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，還應(yīng)考慮其綜合影響。（5）煤層距離 近距離煤層同時(shí)開采，不但受到錯(cuò)距和時(shí)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。生產(chǎn)實(shí)踐表明，合理的開拓系統(tǒng)與開采方法對(duì)于防止自燃火災(zāi)起著決定性的作用。所以。（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(yùn)輸巷和下區(qū)段回風(fēng)巷同時(shí)掘進(jìn)，而且兩巷之間還要開一些聯(lián)絡(luò)眼。（4）采煤方法合理的采煤方法能夠提高礦井的抗自燃能力。（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。（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(dòng)力特點(diǎn)，縮小自燃帶或漏風(fēng)帶寬度，減少采空區(qū)漏風(fēng)量。絲煤的自燃性最強(qiáng)，黃鐵礦也是自燃的積極發(fā)動(dòng)者。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)。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）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。即U={u1，u2，…，u22}。由于構(gòu)成各因素評(píng)分依據(jù)的模糊性，這種評(píng)分不能精確和唯一，即對(duì)應(yīng)一個(gè)范圍。10 ~ 25176。為保證聚類分析結(jié)果符合實(shí)際，提高預(yù)測的可靠性和準(zhǔn)確性，我對(duì)采自河北開灤荊各莊礦九煤層各采區(qū)煤樣作為樣本，運(yùn)用逐步聚類分析法進(jìn)行分析。從統(tǒng)計(jì)表中可知，分類的對(duì)象有k（k=1,2,…,6）個(gè)，對(duì)這些對(duì)象的主要影響因素，一共可以取得k個(gè)綜合原始數(shù)據(jù)xk。有時(shí)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。A中的元素aij（各影響因素對(duì)樣本自燃危險(xiǎn)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(duì)一個(gè)樣本而言，它對(duì)各類的隸屬度之和等于1，表示每個(gè)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(gè)樣本。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。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。在本章中，選取的矩陣范數(shù)為，這里是預(yù)先指定的一個(gè)很小的數(shù)，如：。 聚類={x1，x2，…，x6}按自燃危險(xiǎn)性的程度分類。利用公式（15）和（16）進(jìn)行迭代計(jì)算，取最終得到一個(gè)最佳分類。這里： v1=（，）v2=（，）v3=（，）對(duì)于給定的采區(qū)煤層=()，取定和的距離函數(shù)為 （17） （18）則將歸入類。根據(jù)礦井在開采中出現(xiàn)的自燃情況分析，所得結(jié)論與實(shí)際情況相符，表明用模糊聚類的方法來識(shí)別煤層的自燃危險(xiǎn)程度是可行的。表310 煤層分類元素及因素標(biāo)準(zhǔn)化值表（一）分類元素及因素標(biāo)準(zhǔn)化值序號(hào)等級(jí)煤厚傾角構(gòu)造深度間距頂性開拓區(qū)巷區(qū)掘采法9煤層1ddbdcaccbbb121煤層2cbbbaaccabb122煤層3bcbcaaccabb 由表312中所計(jì)算得的數(shù)據(jù)。表39 各采區(qū)煤層自燃危險(xiǎn)程度聚類中心類分 類自燃傾向性標(biāo)準(zhǔn)化值地質(zhì)因素標(biāo)準(zhǔn)化值開采技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化值通風(fēng)因素標(biāo)準(zhǔn)化值預(yù)防措施標(biāo)準(zhǔn)化值極易自燃（1）容易自燃（2）可能自燃（3） 。 在限定將收集的煤層樣本作最初分類，即使初始軟劃分矩陣（模糊相似矩陣）為 ，其指標(biāo)為各分類總得分。參數(shù)r一般取2。取初值A(chǔ)(0)（c模糊劃分矩陣），逐步迭代，l=0,1,2,…② 計(jì)算步中心矩陣③ 按（15）式修正。?是空間中任一種范數(shù)。顯然，對(duì)一個(gè)樣本集合X作一個(gè)c類劃分有無限多種分法。則樣本（煤層）可以視為類的集合上一個(gè)模糊子集，而類又可以視為樣本集X上的模糊集合。故 （14）按（14）式逐一求得各個(gè)[0，1]之間的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)x ki的值，列于表38中。表38是該礦九煤層各采區(qū)煤層自燃危險(xiǎn)程度分類及其數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值。 45176。按上述的綜合評(píng)價(jià)方法和通常的分類的方法，將影響煤層自燃危險(xiǎn)程度評(píng)價(jià)指標(biāo)及其分?jǐn)?shù)值列于表36。設(shè)評(píng)分集X=[0，20]為一連續(xù)的實(shí)數(shù)空間，并設(shè)x屬于X為對(duì)U中的某因素的評(píng)分，分?jǐn)?shù)的大小只反映程度的不同。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。其作用是，一是隔離，二是隔熱。改變礦井扇風(fēng)機(jī)的工作制度，調(diào)整扇風(fēng)機(jī)的工況時(shí)，必須充分考慮與自燃的關(guān)系。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。 通風(fēng)因素評(píng)價(jià)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(huì)使煤炭缺氧而抑制發(fā)熱。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。后退式回采方法的另外一些優(yōu)點(diǎn)是它對(duì)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(shí)間較短，而且也易于隔離采空區(qū)。（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。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。（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(cuò)和外錯(cuò)式兩種基本形式。對(duì)于自燃傾向性強(qiáng)、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(duì)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)。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(shí)，火災(zāi)即不易形成；即使發(fā)生，規(guī)模也不會(huì)很大。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。（2）煤層傾角 煤層傾角越大，自燃危險(xiǎn)性越大。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(xiǎn)程度的重要方法。在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，一個(gè)煤層、礦井或開采區(qū)段在回采期間自然發(fā)火的危險(xiǎn)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。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。（3）按發(fā)火時(shí)期分如表35所示。自然發(fā)火情況統(tǒng)計(jì)分類對(duì)所統(tǒng)計(jì)的72次自然發(fā)火情況作統(tǒng)計(jì)如下：（1）按發(fā)火區(qū)域分，如表33所示。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。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。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。~。直接頂板為條帶狀粉砂巖，巖石致密堅(jiān)硬，局部夾細(xì)砂巖條帶，厚度不穩(wěn)定。平均15186。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。平均14186。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。，%，屬低硫煤。表32 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12小煤線無大廟莊組85,6,7,8,9（1），9（2）,109（2）石炭系下統(tǒng)趙各莊組511,煤線,121,122,121/211,121,122開平組314,15,16無中統(tǒng)唐山組1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，~。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。界系統(tǒng)組代號(hào)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 31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(tái)群表31 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。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。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。（參數(shù)r是為了靈活變動(dòng)xj對(duì)Ai的隸屬度）。它將X分成c個(gè)模糊子集A1, …,Ac 。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(gè)樣本以某一從屬程度從屬于某一類，而又以另一個(gè)從屬程度從屬于另一類。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。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(shí)際情況，按一個(gè)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(gè)數(shù)，叫做相似系數(shù)，它的大小表征兩個(gè)元素彼此接近或相似的程度。我們知道，影響煤層自燃危險(xiǎn)性的因素很多，包括內(nèi)在因素和外在因素。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。聚類分析是按照一定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)事物進(jìn)行分類的數(shù)學(xué)方法。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)模式，采用模式識(shí)別方法進(jìn)行分類，以判定采區(qū)煤層自然發(fā)火的危險(xiǎn)程度。鑒于煤礦的情況極為復(fù)雜，難于把影響煤層自燃危險(xiǎn)程度的各種因素盡可能多地加以兼顧。3 煤層自然發(fā)火危險(xiǎn)程度的