【導(dǎo)讀】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。因此，煤炭工業(yè)是支持經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保障人民生。瓦斯、火災(zāi)、粉塵、噪聲、高溫正在困擾著企。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。果不能及時發(fā)現(xiàn)和控制，往往會釀成重大事故。與外因火災(zāi)相比，內(nèi)因火災(zāi)的。威脅著礦井的安全生產(chǎn)。有時燃燒的范圍逐漸蔓延擴(kuò)大，燒毀大量煤炭，凍結(jié)大量。至今尚未完全熄滅。析，發(fā)現(xiàn)危險因素，得出相應(yīng)的預(yù)防措施。仍高居不下，達(dá)1%強(qiáng)。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。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)。因此，火災(zāi)防治工作仍然是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)常抓不懈、重要。早在本世紀(jì)前半時期DrPlot提出了黃鐵礦作用學(xué)說。煤層中的黃鐵礦與空氣中的水分和氧相互作用、發(fā)生熱反應(yīng)引起的。

　　

【正文】 (1) ?? ?ci ija1 1 j=1,2 ,? ,n (2) 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)論文 34 ?? ?nj ija1 0 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? 10 ?? ija (4) ?? ?ci ija1 1 j=1,2 ,? ,n (5) ?? ?? nj ij na10 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) ???nj iji an 1， Ai中樣本向量和為 ??nj jijxa1，因此聚類中心 ?? ??? nj ijnj ijiji axav 11 (7) 記 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)論文 35 ??????????????????????????????cmccmmc vvvvvvvvvvvvv????????21222211121121 若 ij Ax? ，則 xj到聚類中心的距離為 ??nj ijij da 2( ） (8) Ai中全體樣本到中心距離平方和為 ?? ???? mk ikjkijij vxvxd 1 2)( 在整個劃分中，所有樣本到其所在類中心距離平方和為 ? ?? ?? ci nj ijij daVAJ 1 1 2)()( ， (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： ?? ??? nj rijnj jriji axav 11 )()( (10) ??nj ijrij da1 2)()( (11) ? ?? ? ?? ci nj ijrij vxaVAJ 1 1 2)()( ， (12) 其中 ? 是 nR 空間中的任一種范數(shù)， 1?r 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，可遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)論文 36 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 xxk?? ，若 ikjk vxvx ??? m in 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 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 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，含煤系數(shù)為 ，其中可采煤層共四層，即煤 12煤 12煤 1煤 9，平均總厚度 ，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 31。煤系地層含煤量情況表見表 32。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)論文 37 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 Q 0—— 890 22p 2800 上 古 生 界 二 疊 系 古冶組 12p 346 下統(tǒng) 唐家莊組 21p 180 大廟莊組 11p 79 續(xù)表 31 石 炭 紀(jì) 上統(tǒng) 趙各莊組 23C 74 開平組 13C 70 中統(tǒng) 唐山組 —— 平行不整合 —— 馬家溝組 2C 65 下 古 生 界 奧 陶 系 中統(tǒng) 2O 345 下統(tǒng) 亮甲山組 21O 115 冶里組 11O 203 寒 武 系 上 統(tǒng) 風(fēng)山組 33? 68 長山組 23? 48 崮山組 13? 82 中統(tǒng) 2? 120 下統(tǒng) 饅頭組 21? 150 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)論文 38 景兒峪組 11? 263 元 古 界 震 旦 系 上統(tǒng) 迷霧山組 WZ2 1200 楊莊組 YZ2 400 下統(tǒng) 高于莊組 KZ1 600 大紅峪黃崖關(guān)組 HTZ?1 450 太古界 前 震 旦 五臺群 rA 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。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 5~6176。 。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，遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)論文 39 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 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 8 5,6,7,8,9（ 1）， 9（ 2） ,10 9（ 2） 石 炭 系 下 統(tǒng) 趙各莊組 5 11,煤線 ,121, 122,121/2 11,121,122 開平組 3 14,15,16 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，厚度從 ~ 不等，平均厚度。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，局部遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)論文 40 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 ，煤層含硫量為 %，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)訝罘植迹倭恐参锔? 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 3~68186。，平均 14186。，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 121煤層為復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，屬較穩(wěn)定煤層。煤層厚度為 ~，平均 。遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)論文 41 煤層傾角 0~65186。，平均 15186。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 ~，平均 ，下分層煤厚為 ~，平均 ，夾矸厚度平均為 。 121 煤層容重為 ，含硫量為平均 %，屬低硫煤。 121 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 122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。 122煤層厚度為~。平均 5m。煤層傾角為 0~69186。，平均數(shù) 16186。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。 122煤層的容重為 t/m3 ，煤層含硫量為 %，屬低硫煤。 122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。 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 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)論文 42 荊各莊礦共有四個可采煤層，即煤 煤 1煤 121 和煤 122，其中煤 9 和煤 122 為主采煤層。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、 122 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 33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 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 次數(shù) 38 28 6 72 所占比重 % 100 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)論文 43 （ 2）按發(fā)火地點(diǎn)分，如表 34所示。 表 34 荊各莊礦自然發(fā)火紀(jì)錄按發(fā)火地點(diǎn)分類表 位