【正文】 樣本的聚類檢驗分析為檢驗模糊聚類分析方法在煤炭自燃危險性識別方面的正確性、適用性和可靠性，通過對荊各莊礦主要開采的三個煤層（三個煤層的具體條件及標準化值如表310所示，其分類與數(shù)據(jù)標準化值如表311所示）進行聚類，利用（17）式進行計算，計算結果見表312所示。為了管理方便，滿足預測要求和生產(chǎn)實際需要，考慮實際影響情況和通常的分類原則，擬定將煤層樣本分成三類：1類——極易自燃；2類——容易自燃；3類——可能自燃煤層。關于分類矩陣元素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：。模糊分類矩陣A代表了樣本集X的一個軟劃分。為了把這些數(shù)據(jù)標準化，變成[0，1]之間的數(shù)，為此需要采用極值標準化公式，其計算公式為： （13）其中 ；。25 ~ 45176。影響煤層自燃發(fā)火危險程度評價指標難以定量描述，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的差異。 預防措施評價指標體系的建立以下三種措施對預防自燃火災均有重要影響：（1）預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。漏風就是向這些地點供氧，促進煤的氧化自燃。（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)結構面產(chǎn)生大量裂隙，裂隙充滿煤粉與碎屑，也是空氣供給的通道。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。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。（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。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)不易封閉嚴密，漏風較大。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。表34 荊各莊礦自然發(fā)火紀錄按發(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%100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。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。平均數(shù)16186。121煤層頂板包括直接頂板和老頂。直接頂板為泥巖，塊狀，致密細膩，含菱鐵質(zhì)透鏡狀結核及黃鐵礦聚集體；老頂為細砂巖，塊狀，鈣質(zhì)基底式膠結，成分以石英為主，易風化，厚度不穩(wěn)定。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，偶見淺褐色結核，厚度變化較大，極不穩(wěn)定。荊各莊礦水文地質(zhì)條件屬復雜類型，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。煤系地層含煤量情況表見表32。解決這一問題的過程就是將模糊劃分清晰化地過程。一個 c模糊劃分矩陣給出樣本集的一個模糊劃分。用a ij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。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。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。因此，對系統(tǒng)精確的數(shù)學刻劃是十分困難的。其預防對策簡述如下：① x2的控制見其它點有關敘述；② 報廢巷道、停工停風獨頭巷道應及時密閉；③ 密閉墻的質(zhì)量要符合要求。報廢巷道與停工停風獨頭巷道煤炭自燃事故分析（1）事故樹示意圖從圖27事故樹分析圖可分割出其事故樹示意圖如圖212所示。在各事件中，xxx74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。⑤ 保證礦井通風系統(tǒng)完善良好。對鉆孔及灌漿孔要及時封閉，不能出現(xiàn)有漏風及封閉不嚴實的現(xiàn)象。但從生產(chǎn)現(xiàn)場的情況看，光控制一個x2的可靠性尚不能達到100%，所以，在考慮制定預防措施時，除了重點控制x2外，還需考慮控制其它事件。在煤的氧化生熱過程中，若無及時發(fā)現(xiàn)預兆，或發(fā)現(xiàn)預兆后無及時處理，熱量聚集到著火溫度，則自燃發(fā)生。預防對策簡述如下：① 認真做好群防工作，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，以能對自燃預兆及時識別和判斷，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，就及時匯報處理。 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行討論。當事故樹規(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，便可用轉入和轉出符號。禁門，表示僅當條件事件發(fā)生時，輸入事件的發(fā)生方導致輸出事件的發(fā)生。與門符號如圖24b所示。開關事件，又稱正常事件。（2）底事件底事件是導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。 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。最上是頂上事件，下部是引起頂上事件發(fā)生的中間關聯(lián)事件，這些關聯(lián)事件是由一些基本事件組合的結果。（6）定性分析依據(jù)事故樹列出邏輯表達式，求得構成事故的最小割集，防止事故發(fā)生的最小徑集，確定出各基本事件的結構重要度排序。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出的。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)生有關的原因，從而采取有效的防范措施，防止事故發(fā)生。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。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行綜合預測，這將比自燃傾向性單項指標更可靠、更符合實際。事實上，煤自然發(fā)火是一個放熱反應和散熱反應過程相互矛盾而又統(tǒng)一共存的物理化學現(xiàn)象。一般認為，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，學科上稱為氧化基或過氧絡合物。 TponB于1940年提出酚基作用學說。他認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)生熱反應引起的。礦井火災是一大突出危害，尤其是近年來，重大火災事故還時有發(fā)生，給煤炭企業(yè)帶來難以估量的負面影響，不僅有損于煤炭行業(yè)的社會形象，也嚴重制約著煤炭企業(yè)的經(jīng)濟效益。因此，致力于火的研究一直是眾多專家和學者的重要課題。礦井火災根據(jù)引火的熱源不同分為外因火災和內(nèi)因火災（也稱自燃火災）。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。預測我國社會經(jīng)濟發(fā)展對能源的需求時，有關專家認為，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%。外因火災一般發(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。眾所周知，發(fā)生火災的原因是極為復雜的，單一學科、理想的研究方法已經(jīng)不能適應現(xiàn)代化生產(chǎn)及科研的需要。據(jù)統(tǒng)計，在礦井火災事故中，自燃火災占總數(shù)的94%以上，其中60%發(fā)生在采空區(qū)。其反應式為：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：以上的反應都是放熱反應，再者，黃鐵礦在潮濕的環(huán)境中被氧化成SOCOCO、H2S氣體時，也都是放熱反應。他認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。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，這一階段通常被稱為煤自燃潛伏期。圖11 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行綜合預測，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的預防自燃措施具有重要的指導意義。為了解決影響煤層自燃因素的復雜性與預測指標精確性之間的矛盾，使預測方法具有適用性，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、開采技術因素和預防措施這五個指標參數(shù)對煤層自然發(fā)火危險程度進行綜合評價。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)事故之間的邏輯關系，便于找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。其分析程序及編制過程如下。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。（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。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。事故樹中的每一個節(jié)點都表示一個事件。底事件又分為基本原因事件和省略事件。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。（3）非門非門表示輸出事件是輸入事件的對立事件。禁門符號如圖25c所示。圖26 轉移符號2．4 煤炭自燃事故樹定性分析礦井火災是煤礦生產(chǎn)的主要災害之一。砌碹巷道煤炭自燃（1）事故樹分析圖（示意圖）從圖27中可分割出該事故的事故樹示意圖如圖28所示。 ② 提高通風安全專業(yè)人員的技術素質(zhì)和工作責任心，加強對煤炭自燃的預測預報工作；及時發(fā)現(xiàn)和處理。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）；漏風量足（P1）；無及時發(fā)現(xiàn)預兆處理（P3）；煤炭具有自燃傾向性（P1）。從結構重要度而言，P2中的各基本事件結構度較大于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。減少漏風通道。做好井巷的維護工作，以降低井巷風阻。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。圖212 報廢巷道與停工停風獨頭巷道煤炭自燃事故樹示意圖（2）最小徑集求解做出圖211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)。2．5 結論對井下煤炭自燃，就其預防措施的分類而言，基本分為三大類：加強對預兆的預測預報和處理；減少采空區(qū)的遺煤；減少遺煤點的漏風。鑒于煤礦的情況極為復雜，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。聚類分析是按照一定的標準對事物進行分類的數(shù)學方法。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。確定aij的方法有多種，如數(shù)量積法、夾角余弦法、相關系數(shù)法、馬氏距離法等。它將X分成c個模糊子集A1, …,Ac 。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。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 31石炭紀上統(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大紅峪黃崖關組450太古界前震旦五臺群表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，中隔鳳山~缸窯背斜自成一盆狀向斜。表32 煤系地層含煤量情況表地層關系地層厚度（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，~。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