矿井自然火灾的突变研究
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摘要
本文首先指出了矿井自然火灾的严重危害以及防治的必要性。随后讨论了煤炭自燃的过程以及自燃理论，着重分析了影响煤炭自燃的各种内外在因素，即煤的自燃倾向性、煤层地质赋存条件、开拓开采条件以及通风条件等，提出了煤炭自燃的非线性本质。然后从非线性科学分支理论——突变理论入手，论述了突变理论的理论基础以及其产生、发展的过程和重大意义，并详细介绍了几种初等突变的基本理论、几何性态以及典型性质等；重点运用尖点突变的理论知识对矿井自然火灾发生发展的非线性机制进行了分析，建立了矿井自然火灾的突变模型，并应用此模型对西山煤电集团西铭矿的煤炭自燃过程进行了分析。最后得出了关于矿井自然火灾防治方面具有重要意义的结论，用以促进我国煤矿的安全生产，消除或降低由自然火灾所造成的严重危害。
First, the serious hazards induced by mine spontaneous fire and necessity to be prevented and controlled are pointed. Then the process of coal spontaneous fire and theory of spontaneous combustion are discussed, various inside and outside factors which influence the coal spontaneous combustion ,viz.coal spontaneous combustion tendency, geological deposit conditions of coal seam, conditions of development and mining and condition of ventilation are stressly analysed, nonlinear nature of coal spontaneous combustion is presented. Then the theory basis of catastrophe theory and its process and significance of accurrence and development are stated: and basic theory, geometric property and typical characters of several elementary catastrophe are particularly introduced using catastrophe theory which is a branch theory of nonlinear science; and the nonlinear mechanism of accurrence and development of mine spontaneous fire is analysed emphatically using the theory of cusp catastrophe,and the catastrophe model of min
e spontaneous fire is established, and the spontaneous combustion process of Ximing coal mine, Xishan Coal&Electricity Group, is analysed using the model. At last, the important conclusions about preventing and controlling mine spontaneous fire are deduced, which is to promote the safety production of coal mine in our country and to eliminate or lower the serious hazards induced by mine spontaneous fire.
First, the serious hazards induced by mine spontaneous fire and necessity to be prevented and controlled are pointed. Then the process of coal spontaneous fire and theory of spontaneous combustion are discussed, various inside and outside factors which influence the coal spontaneous combustion ,viz.coal spontaneous combustion tendency, geological deposit conditions of coal seam, conditions of development and mining and condition of ventilation are stressly analysed, nonlinear nature of coal spontaneous combustion is presented. Then the theory basis of catastrophe theory and its process and significance of accurrence and development are stated: and basic theory, geometric property and typical characters of several elementary catastrophe are particularly introduced using catastrophe theory which is a branch theory of nonlinear science; and the nonlinear mechanism of accurrence and development of mine spontaneous fire is analysed emphatically using the theory of cusp catastrophe,and the catastrophe model of min
e spontaneous fire is established, and the spontaneous combustion process of Ximing coal mine, Xishan Coal&Electricity Group, is analysed using the model. At last, the important conclusions about preventing and controlling mine spontaneous fire are deduced, which is to promote the safety production of coal mine in our country and to eliminate or lower the serious hazards induced by mine spontaneous fire.
引文
1．赵益芳，“中国煤矿氮气防灭火技术的新进展”，《国际采矿、冶金、勘探学会年刊》，1997年Vol 302；
2．张建民等，“中国北方地区煤层自燃环境影响及治理对策研究”，《中国减灾》，1998年第2期；
3．惠振德等，“煤矿灾害及防御对策”，《灾害学》，1995年6月；
4．田水乘等，“煤自燃环境及其影响因素”，《西安矿业学院学报》，1994年第2期；
5．张淑兰等，“我国煤矿防灭火工作的动态与展望”，《煤矿安全》，1991年第4期；
6．周心权等，《矿井火灾救灾理论与实践》，煤炭工业出版社，1996年11月；
7．谢之康等，“矿井灾害现象的非线性动力学”，《煤炭学报》，1999年第4期；
8．张国枢等，“煤炭自燃指标气体实验优选与应用”，《淮南矿业学院学报》，1995年第3期；
9．戚颖敏，“矿井火灾防治技术的现代发展与应用”，《煤矿安全》，1991年第4期；
10．尉茂河，“关于煤层自燃的内外因分析及其预防对策”，《煤矿安全》，1998年第2期；
11．秦廷武，“煤炭自燃机理的研究及防范措施”，《中国煤炭科学基金科研成果论文集(1986-1990)》，煤炭工业出版社，1992年9月；
12．王省身，《矿井灾害防治理论与技术》，中国矿业大学出版社，1991年5月；
13．杨梅农等，“中国煤矿灾害现状与减灾对策分析”，《灾害学》，1997年9月；
14．秦书玉等，《煤矿井下内因火灾防治技术》，东北大学出版社，1993年6月；
15．国家煤矿安全监察局，《煤矿安全规程》煤炭工业出版社，2001年10月；
16．夏邵玮等，《系统工程概沦》，清华大学出版社，1995年1月；
17．戚颖敏，“矿井防灭火”，《煤矿安全手册》，煤炭工业出版社，1991年3月；
18．钱新明等，“事故致因的突变模型”，《中国安全科学学报》，1995年第4期；
19．尹光志等，“煤岩体失稳的突变理论模型”，《重庆大学学报》，1994年第1期；
20．钟茂华等，“矿井内因火灾的突变分析”，《东北大学学报(自然科学版)》，1999年第2期；
21．王省身等，《矿井火灾防治》，中国矿业大学出版社，1990年6月；
22．谢之康等，“热灾害过程的非线性动力学理论”，《中国安全科学学报》，1998年第5期；
23．钱新明等，“危险源辨识与安全分析”，《劳动保护科学技术》，1994年第6期；
24．项希勇等，“突变理论及其在油气检测中的应用”，《石油地球物理勘探》，1999年第6期；
25．吴大奎，《分形、混沌及突变》，成都理工学院硕士论文，1996年；
26．钟茂华等，“突变理论在矿山安全中的应用”，《中国安全科学学报》，1998年第2期；
27．[美]R．吉尔莫雷著，湛垦华等译，《科学与工程中的基本突变理论》，西安交通大学出版社，1989年2月；
28．[苏]阿诺尔德著，陈军译，《突变理论》，商务印书馆，1992年；
29．[英]桑博德著，凌复华译，《突变理论入门》，上海科学技术文献出版社，1983年；
30．谭跃进等，《系统工程原理》，国防科技大学出版社，1999年11月；
31．J．米尔诺著，江嘉禾译，《莫尔斯理论》，科学出版社，1988年5月；
32．谢之康，“火灾现象与非线性——非线性火灾学(1)”，《中国矿业大学学报》，199年5月；
33．[法] 勒内．汤姆，《突变论：思想及应用》，上海译文出版社，1989年3月；
34．徐森林，《流形和STOKES定理》，人民教育出版社，1983年6月；
35．王身立，《耗散结构理论向何处去——广义进化与负熵》，人民出版社，1989年6月；
36．辛厚文，《分形理论及其应用》，中国科学技术大学出版社，1993年10月；
37．[西德]H．哈肯著，徐膝申等译，《协同学》，原子能出版社，1984年2月；
38．[西德]H．哈肯著，郭治安译，《高等协同学》，科学出版社，1989年3月；
39．谷超豪等，《孤立子理论与应用》，浙江科学技术出版社，1990年8月；
40．钱新明等，“重大危险源的辨识与控制”《中国安全科学学报》，1994年8月；
41．蒋军成，“突变理论及其在安全工程中的应用”，《南京化工大学学报》，1999年第1期；
42．[日]野口宏，《拓扑学的基础和方法》，科学出版社，1986年7月；
43．柳崇健，《大气耗散结构理论》，气象出版社，1988年12月；
44．凌复华，《突变理论及其应用》，上海交通大学出版社，1987年；
45．杨万年，《微分流形及其应用》，重庆大学出版社，1992年11月；
46．陆启韶，《分岔与奇异性》，上海科技教育出版社，1995年9月；
47．魏宏森，《系统理论及其哲学思考》，清华大学出版社，1988年11月；
48．焦明起等，“突变理论的哲学分析”，《洛阳大学学报》，1998年6月；
49．王俊峰，“煤炭自燃时灾变气体的动态预测研究”[硕士论文]，2001年6月；
50. Thom R. ,Structural Stability and Morphogenesis. New York: Addison Wesley,1975;
51. Tim Poston and Tan Stewarl, Catastrophe Theory and its Applications, Pitman,1978;
52． Acha-Daza T. A. and Mall F. L. .Graphical Comparison of Predictions for Speed Given by Catastrophe Theory and Some Classic Models, Transp Res Rec.n1398:119-124;
53． Sauam A. A. .Power System Transient Stability Assessment Using Catastrophe Theory ,IEE Proc.136-C(2) 1989:108-114;
54． Clark J. J. Singularity Theory and Phantom Edges in Scale Space .IEEE Trans. Pattern Anal Mach Intell ,10(5) .1989:720-727;
55． Pratl S. J. Catastrophe theory : its application in operating system design ,Oper. Syst. Rev.(ACM),21(2) . 1987:23-32;
56． Zeeman E. C. Catastrophe theory: Selected papers( 1972-1977) ,London, Addison-Wesley Publishing Company. 1977;
57． Poston T. Stewart I. Catastrophe theory and its applications. London: Pitmon Publishing Limited.1978:60-122;
58． Germanovich L. N. and Cherepanov G. P. Fracture criteria for materials with defects. Appl Math Mech,1987． 51(2) :250-268:
59． Guastell S. J. Catastrophe modeling of the accident process: evaluation of an accident reduction using the occupational hazards survey. Accident Anal Prev.1989． 21(1) :50-77．
2．张建民等，“中国北方地区煤层自燃环境影响及治理对策研究”，《中国减灾》，1998年第2期；
3．惠振德等，“煤矿灾害及防御对策”，《灾害学》，1995年6月；
4．田水乘等，“煤自燃环境及其影响因素”，《西安矿业学院学报》，1994年第2期；
5．张淑兰等，“我国煤矿防灭火工作的动态与展望”，《煤矿安全》，1991年第4期；
6．周心权等，《矿井火灾救灾理论与实践》，煤炭工业出版社，1996年11月；
7．谢之康等，“矿井灾害现象的非线性动力学”，《煤炭学报》，1999年第4期；
8．张国枢等，“煤炭自燃指标气体实验优选与应用”，《淮南矿业学院学报》，1995年第3期；
9．戚颖敏，“矿井火灾防治技术的现代发展与应用”，《煤矿安全》，1991年第4期；
10．尉茂河，“关于煤层自燃的内外因分析及其预防对策”，《煤矿安全》，1998年第2期；
11．秦廷武，“煤炭自燃机理的研究及防范措施”，《中国煤炭科学基金科研成果论文集(1986-1990)》，煤炭工业出版社，1992年9月；
12．王省身，《矿井灾害防治理论与技术》，中国矿业大学出版社，1991年5月；
13．杨梅农等，“中国煤矿灾害现状与减灾对策分析”，《灾害学》，1997年9月；
14．秦书玉等，《煤矿井下内因火灾防治技术》，东北大学出版社，1993年6月；
15．国家煤矿安全监察局，《煤矿安全规程》煤炭工业出版社，2001年10月；
16．夏邵玮等，《系统工程概沦》，清华大学出版社，1995年1月；
17．戚颖敏，“矿井防灭火”，《煤矿安全手册》，煤炭工业出版社，1991年3月；
18．钱新明等，“事故致因的突变模型”，《中国安全科学学报》，1995年第4期；
19．尹光志等，“煤岩体失稳的突变理论模型”，《重庆大学学报》，1994年第1期；
20．钟茂华等，“矿井内因火灾的突变分析”，《东北大学学报(自然科学版)》，1999年第2期；
21．王省身等，《矿井火灾防治》，中国矿业大学出版社，1990年6月；
22．谢之康等，“热灾害过程的非线性动力学理论”，《中国安全科学学报》，1998年第5期；
23．钱新明等，“危险源辨识与安全分析”，《劳动保护科学技术》，1994年第6期；
24．项希勇等，“突变理论及其在油气检测中的应用”，《石油地球物理勘探》，1999年第6期；
25．吴大奎，《分形、混沌及突变》，成都理工学院硕士论文，1996年；
26．钟茂华等，“突变理论在矿山安全中的应用”，《中国安全科学学报》，1998年第2期；
27．[美]R．吉尔莫雷著，湛垦华等译，《科学与工程中的基本突变理论》，西安交通大学出版社，1989年2月；
28．[苏]阿诺尔德著，陈军译，《突变理论》，商务印书馆，1992年；
29．[英]桑博德著，凌复华译，《突变理论入门》，上海科学技术文献出版社，1983年；
30．谭跃进等，《系统工程原理》，国防科技大学出版社，1999年11月；
31．J．米尔诺著，江嘉禾译，《莫尔斯理论》，科学出版社，1988年5月；
32．谢之康，“火灾现象与非线性——非线性火灾学(1)”，《中国矿业大学学报》，199年5月；
33．[法] 勒内．汤姆，《突变论：思想及应用》，上海译文出版社，1989年3月；
34．徐森林，《流形和STOKES定理》，人民教育出版社，1983年6月；
35．王身立，《耗散结构理论向何处去——广义进化与负熵》，人民出版社，1989年6月；
36．辛厚文，《分形理论及其应用》，中国科学技术大学出版社，1993年10月；
37．[西德]H．哈肯著，徐膝申等译，《协同学》，原子能出版社，1984年2月；
38．[西德]H．哈肯著，郭治安译，《高等协同学》，科学出版社，1989年3月；
39．谷超豪等，《孤立子理论与应用》，浙江科学技术出版社，1990年8月；
40．钱新明等，“重大危险源的辨识与控制”《中国安全科学学报》，1994年8月；
41．蒋军成，“突变理论及其在安全工程中的应用”，《南京化工大学学报》，1999年第1期；
42．[日]野口宏，《拓扑学的基础和方法》，科学出版社，1986年7月；
43．柳崇健，《大气耗散结构理论》，气象出版社，1988年12月；
44．凌复华，《突变理论及其应用》，上海交通大学出版社，1987年；
45．杨万年，《微分流形及其应用》，重庆大学出版社，1992年11月；
46．陆启韶，《分岔与奇异性》，上海科技教育出版社，1995年9月；
47．魏宏森，《系统理论及其哲学思考》，清华大学出版社，1988年11月；
48．焦明起等，“突变理论的哲学分析”，《洛阳大学学报》，1998年6月；
49．王俊峰，“煤炭自燃时灾变气体的动态预测研究”[硕士论文]，2001年6月；
50. Thom R. ,Structural Stability and Morphogenesis. New York: Addison Wesley,1975;
51. Tim Poston and Tan Stewarl, Catastrophe Theory and its Applications, Pitman,1978;
52． Acha-Daza T. A. and Mall F. L. .Graphical Comparison of Predictions for Speed Given by Catastrophe Theory and Some Classic Models, Transp Res Rec.n1398:119-124;
53． Sauam A. A. .Power System Transient Stability Assessment Using Catastrophe Theory ,IEE Proc.136-C(2) 1989:108-114;
54． Clark J. J. Singularity Theory and Phantom Edges in Scale Space .IEEE Trans. Pattern Anal Mach Intell ,10(5) .1989:720-727;
55． Pratl S. J. Catastrophe theory : its application in operating system design ,Oper. Syst. Rev.(ACM),21(2) . 1987:23-32;
56． Zeeman E. C. Catastrophe theory: Selected papers( 1972-1977) ,London, Addison-Wesley Publishing Company. 1977;
57． Poston T. Stewart I. Catastrophe theory and its applications. London: Pitmon Publishing Limited.1978:60-122;
58． Germanovich L. N. and Cherepanov G. P. Fracture criteria for materials with defects. Appl Math Mech,1987． 51(2) :250-268:
59． Guastell S. J. Catastrophe modeling of the accident process: evaluation of an accident reduction using the occupational hazards survey. Accident Anal Prev.1989． 21(1) :50-77．