【正文】 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(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)影響煤層自然發(fā)火危險(xiǎn)程度評(píng)價(jià)因素為U，它包括22個(gè)因素：等級(jí)、煤厚、傾角、構(gòu)造、深度、間距、頂性、開(kāi)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(xiǎn)程度評(píng)價(jià)指標(biāo)難以定量描述，而且這種定量評(píng)價(jià)仍很模糊，加之涉及多因素綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題，為便于分析，考慮用主觀評(píng)分的方法來(lái)表述影響煤層自燃發(fā)火危險(xiǎn)程度評(píng)價(jià)指標(biāo)的差異。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。分?jǐn)?shù)越大則說(shuō)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(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。為簡(jiǎn)化計(jì)算，用單一數(shù)值表示評(píng)分指標(biāo)。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。表36 煤層自燃危險(xiǎn)程度評(píng)價(jià)指標(biāo)及其分?jǐn)?shù)值表因素序號(hào)分類abcd自燃傾向性1等級(jí)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 m ~ m ~5 m 5 m得分+5+10+15+203傾角 10176。10 ~ 25176。25 ~ 45176。 45176。得分+5+10+15+204構(gòu)造簡(jiǎn) 單較 簡(jiǎn) 單較 復(fù) 雜復(fù) 雜得分+5+10+15+155深度300 ~ 500 m500 ~ 800 m300m；800m得分+5 +10+206間距基本不受采動(dòng)影響受采動(dòng)影響受采動(dòng)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(jiān) 硬得分+5+10+15+20續(xù)表 36開(kāi)采技術(shù)因素8開(kāi)拓開(kāi)拓巷道布置在巖石中開(kāi)拓巷道布置在半煤巖中開(kāi)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(cuò)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(zhǎng)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(wú)煤柱開(kāi)采有煤柱開(kāi)采得分+5+2014采向后退是開(kāi)采前進(jìn)式開(kāi)采得分+5+2015采序符合正常開(kāi)采順序違反正常開(kāi)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(shí)際，提高預(yù)測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確性，我對(duì)采自河北開(kāi)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。表37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。表37 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(hào)123456等 級(jí)ccbbbc煤 厚bddddd傾 角bbbbab構(gòu) 造ccdbcd深 度aacacc間 距aaaaaa頂 性cccccc開(kāi) 拓cccccc區(qū) 巷bbbbba區(qū) 掘bbbbbb采 法bbbbbb采 速aaaaaa煤 柱bbbbbb采 向bbbbbb采 序aaaaaa頂 管bbbbbb煤 碎bbbbbb通 管aababb通 系bbbbbb灌 漿bbbbbb阻 化aaaaaa均 壓bbbbbb 數(shù)據(jù)的處理由于在實(shí)際問(wèn)題中得到的數(shù)據(jù)比較復(fù)雜，必須先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，變成[0，1]閉區(qū)間里的書(shū)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(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。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(jì)算公式為： （13）其中 ；。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 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)值表標(biāo) 因素準(zhǔn) 化元素 值序號(hào)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XH5239412395214933209941490512976 逐步聚類分析法的基本思想對(duì)于煤層自然發(fā)火危險(xiǎn)程度的分類問(wèn)題，一個(gè)樣本（煤層）是否屬于某個(gè)類是不很明顯的。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。借助于模糊集合理論，可以認(rèn)為一個(gè)樣本（煤層）可以同屬于幾個(gè)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(gè)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(duì)應(yīng)的分類矩陣A是一個(gè)模糊關(guān)系矩陣。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。模糊分類矩陣A代表了樣本集X的一個(gè)軟劃分。顯然，對(duì)一個(gè)樣本集合X作一個(gè)c類劃分有無(wú)限多種分法。為了在X上做一個(gè)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(shuō)來(lái)，這個(gè)問(wèn)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(wèn)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(jì)算公式為： （15） （16）具體計(jì)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(jì)算步中心矩陣③ 按（15）式修正。④ 用一個(gè)矩陣范數(shù)*比較與，對(duì)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(gè)很小的數(shù)，如：。越小，結(jié)果計(jì)算越精確，但是計(jì)算量也越大。參數(shù)r一般取2。 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(xiǎn)程度的主要因素：煤的自燃傾向性、地質(zhì)因素、開(kāi)采技術(shù)因素、通風(fēng)因素和預(yù)防措施等分別歸結(jié)簡(jiǎn)化為各自的總得分，從而獲得自然客觀規(guī)律的評(píng)價(jià)煤層自然發(fā)火危險(xiǎn)程度指標(biāo)。 聚類={x1，x2，…，x6}按自燃危險(xiǎn)性的程度分類。為了管理方便，滿足預(yù)測(cè)要求和生產(chǎn)實(shí)際需要，考慮實(shí)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。 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。即樣本：=() (k=1,2,3,…,6)其中為第k個(gè)采區(qū)煤層對(duì)應(yīng)的第j個(gè)分量。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。各采區(qū)煤層自燃危險(xiǎn)程度聚類中心如表39所示。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(kāi)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） 。對(duì)于待分類采區(qū)煤層，采用模式識(shí)別方法進(jìn)行分類。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。 樣本的聚類檢驗(yàn)分析為檢驗(yàn)?zāi)：垲惙治龇椒ㄔ诿禾孔匀嘉ｋU(xiǎn)性識(shí)別方面的正確性、適用性和可靠性，通過(guò)對(duì)荊各莊礦主要開(kāi)采的三個(gè)煤層（三個(gè)煤層的具體條件及標(biāo)準(zhǔn)化值如表310所示，其分類與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化值如表311所示）進(jìn)行聚類，利用（17）式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表312所示。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(kāi)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)。根據(jù)（18）式的判斷準(zhǔn)則可知，九煤層屬于極易自燃煤層，十二煤層屬于可能自燃煤層。根據(jù)礦井在開(kāi)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(lái)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（二）分類元素及因素標(biāo)準(zhǔn)化值序號(hào)采速煤柱采向采序頂管煤碎通管通系灌漿阻化均壓9煤層1abbabbbbbab121煤層2abbabbabbab122煤層3abbabbabbab 表311 煤層分類與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化值標(biāo) 因素準(zhǔn) 化元素 值