煤礦重大瓦斯事故復雜性機理及管控研究 第一節(jié)問題的提出及研究意義 1第二節(jié)事故致因理論文獻述評 3第三節(jié)研究的主要內(nèi)容、目標及路徑 9第二章事故致因復雜性理論基礎 第一節(jié)傳統(tǒng)系統(tǒng)科學理論 第二節(jié)復雜性與復雜系統(tǒng)理論 第三節(jié)安全管理基本理論 21第四節(jié)突變理論 25本章小結 28第三章中國煤礦事故分析及瓦斯爆炸事故機理 第一節(jié)中國煤礦安全生產(chǎn)歷史及現(xiàn)狀 第二節(jié)中國煤礦重大瓦斯事故特征及原因 第三節(jié)煤礦瓦斯爆炸事故物理機理 本章小結 47第四章煤礦社會技術系統(tǒng)模型及事故致因復雜性 第一節(jié)煤礦社會技術系統(tǒng)的復雜性 第二節(jié)煤礦系統(tǒng)等級全息模型 第三節(jié)事故的致因過程及方式 第四節(jié)煤礦事故的致因復雜性 本章小結 第五章煤礦重大瓦斯事故復雜脆性致因 70第一節(jié)復雜系統(tǒng)脆性定義、特點及風險熵 第二節(jié)脆性聯(lián)系、脆性結構與脆性過程 第三節(jié)基于故障樹的重大瓦斯事故系統(tǒng)脆性分析 第四節(jié)煤礦內(nèi)部子系統(tǒng)脆性關聯(lián)實證分析 第五節(jié)降低煤礦系統(tǒng)脆性風險的方法 本章小結 第六章煤礦重大瓦斯事故反饋動態(tài)復雜性 第一節(jié)系統(tǒng)動力學建模技術簡介 第二節(jié)煤礦系統(tǒng)動態(tài)反饋與延遲 第三節(jié)煤礦重大瓦斯事故系統(tǒng)動力學模型 第四節(jié)煤礦重大瓦斯事故仿真實證研究 第五節(jié)煤礦系統(tǒng)安全管理與控制 第六節(jié)反饋動態(tài)復雜性視角下的煤礦安全管理 本章小結 第七章煤礦生產(chǎn)重大瓦斯事故的控制與管理 第一節(jié)基于脆性理論的煤礦安全管控途徑 第二節(jié)基于反饋動態(tài)復雜性的煤礦事故管控途徑 第三節(jié)基于復雜性的夾河煤礦瓦斯事故管控建議 本章小結 隨著社會的發(fā)展和技術的進步，現(xiàn)代煤礦系統(tǒng)越來越趨向于大型化和復雜化，系統(tǒng)、各級子(分)系統(tǒng)以及基本元素自身及其相互雜化的特點。在這種狀況下，系統(tǒng)的安全性及系統(tǒng)安全管理由于關系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和正常運行，逐漸成為人們關注的焦點產(chǎn)形勢嚴峻，特別重大瓦斯事故時有發(fā)生，造成了人民生和社會福利的重大損失。雖然導致事故的直接原因是人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)和作業(yè)環(huán)境等因素，但從深層次看，對或不足是導致“事故多米諾骨牌鏈”倒塌的內(nèi)在原因管理的致因復雜性進行深入研究和分析，以助于煤礦系統(tǒng)各層次和各部門對安全管理系統(tǒng)全面的認識，對系統(tǒng)存在重大事故風險進行及業(yè)的安全生產(chǎn)?，F(xiàn)在多數(shù)的對事故致因模型的研究將事故認為是一系列事件的線性因果鏈。這種模型對于簡單系統(tǒng)的個體因素導致的事故產(chǎn)生損失的情況處理得比較好。而從20世紀四五十年代以來，人們生產(chǎn)和生活中所接觸的社會技術系統(tǒng)變化非常巨大。這些變化使得運用簡單的事件因果模型來解釋復雜系統(tǒng)的事故致(1)技術的進步隨著技術的進步產(chǎn)生對原有系統(tǒng)的替代與更新，更多的不確定因素被引入到安全系統(tǒng)中去。使得系統(tǒng)內(nèi)部各個要素之間的關系變得更加復雜。同時，社會進步與技術的革新速度的加快使得從個體事件角度去研究事故顯得力不(2)事故特性的改變由于先進技術和管理信息系統(tǒng)應用的生產(chǎn)系統(tǒng)中，人們的行為在影響技術系統(tǒng)的同時，也受到技術系統(tǒng)的影響。某一事件的發(fā)生很難說是屬于人的行為失誤引起或者是機器的缺陷造成。(3)新類型危險源的出現(xiàn)社會進步帶來技術的不斷進步，同時對系統(tǒng)的各個要素都帶來影響或更新。新技術的應用帶來新的危險源，原有的事故致因模型在解釋新系統(tǒng)事故機理時需要進行改進。(4)系統(tǒng)復雜性的增加技術的進步使得系統(tǒng)變得越來越復雜，尤其是系統(tǒng)內(nèi)部要素之間的交互復雜性。人們對系統(tǒng)的需求使得系統(tǒng)內(nèi)各個子系統(tǒng)之間按照設計的要求進行交互，但同時這種交互作用又受到更多因素的干擾，研究方法和解決問題的方法是通過分析系統(tǒng)的事故發(fā)生的因果鏈，尋找誘發(fā)事故的根源因素。然而，隨著系統(tǒng)復雜性的增加，運果分析變得越來越難。尋找新的從系統(tǒng)角度去解決問題的方法成為當前研究的(5)人與自動控制系統(tǒng)之間的復雜性智能系統(tǒng)的發(fā)展使得系統(tǒng)的使用者和開發(fā)者在對系統(tǒng)的認識上的誤差越來越大，由此導致系統(tǒng)在使用過程中產(chǎn)生人誤的概率也大大增加。這些改變都對傳統(tǒng)的事故致因模型提出了挑戰(zhàn)。煤礦生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境與其他行業(yè)相比，井下深處有限的空間，環(huán)境條件惡劣、多變。隨著巷道掘進尺度的不斷增加，工作環(huán)境中的危險因素也越來越多。在員的安全。礦井環(huán)境條件惡劣、多變的固有屬性是引起煤礦事故多發(fā)的潛在危險因素。在中國的國有重點煤礦當中，存在煤塵爆炸危險的礦井占89.5%,存在高瓦斯、煤與瓦斯突出危險的礦井占49.2%,容易自然發(fā)火的礦井占57.5%,存在水害威脅的礦井占43%。有些礦井還有沖擊地壓、巖爆和高溫危害等不安理失誤和企業(yè)外部監(jiān)察的缺失也是導致中國煤礦重大事故頻發(fā)的原因。國家已經(jīng)在煤礦安全生產(chǎn)管理工作中取得了巨大的成功，實現(xiàn)了對煤礦事故的產(chǎn)安全管理工作成效不甚理想，煤礦安全生產(chǎn)狀況尤為嚴峻，煤礦事故時有發(fā)生，尤其是重大事故造成的影響極大。雖然中國煤炭的百萬噸死亡率雖然已經(jīng)于2008年降低到1以下，之后2012年降到0.5以下(0.374),但是與發(fā)達國家差距很大。要扭轉中國煤礦安全管理在世界上的不利局面，依然任重道遠。人為中心的組織，軟件、硬件設施所組成的系統(tǒng)。當前因素的研究都有了一定的成果，不同的理論形成了不同的事故預防和控制方法。但在當前的研究中，從系統(tǒng)致因復雜性的角度研究各個因素之間交互作用以及整個復雜系統(tǒng)結構及狀態(tài)變化引起事故的還比較少。對煤礦重大事故進行有效預防和控制，更需要在當前安全管理的基礎上雜性，運用系統(tǒng)的安全管理方法實現(xiàn)整個煤礦系統(tǒng)的最大安全。在理論上，本研究在傳統(tǒng)煤礦致因事故模型的基礎上，素耦合模型中因素間復雜關系的分析，揭示中國煤礦生產(chǎn)重大瓦斯事故中復雜性致因機理，豐富重大事故的致因模型。本研究旨在明確對煤礦重大瓦斯事故的控制不僅僅要注重對人、機器設備、環(huán)境等要素的管理，還應該注重要素之間在實踐上，本研究有助于提高煤礦管理者對系統(tǒng)致因復雜性引起事故的認識，使人們更加重視分析和控制其可能帶來的系統(tǒng)安全問題。通過系統(tǒng)仿真揭示事故致因模型中多因素之間相互作用導致發(fā)生事故的復雜性機理，以制訂有效的管理控制措施，從系統(tǒng)角度和復雜性角度消除導致煤礦重大瓦斯事故頻發(fā)事故致因理論(AccidentCausingTheory)是從大量的典型事故的本質(zhì)原因的分析、總結中所提煉出來的事故機理以及事故模型。這些機理以及模型反映安全管理工作的改進，從思路上和方法上提供科科學技術的發(fā)展，人們對事故致因的認識也在不斷深入，豐富。下面論述國內(nèi)外事故致因理論的研究現(xiàn)狀。(一)事故頻發(fā)傾向理論格林伍德(M.Greenwood,1919)和伍德(H.Woods,1919)對英國許多工廠里的傷亡事故數(shù)據(jù)中的事故發(fā)生次數(shù)按不同的統(tǒng)計分布進行統(tǒng)計分析，研究結果發(fā)現(xiàn)，工廠中存在某些工人較其他工人更容的人。從這種現(xiàn)象出發(fā)，錢姆勃(Chamber,1939)和法默(Farmer,1939)對此進行了進一步的補充，并明確提出了“事故頻發(fā)傾向論”(AccidentPronenessTheory)。該理論認為，在從事同樣的工作和在同樣的工作環(huán)境下，企業(yè)里的某些人比其他人更容易發(fā)生事故，這些人被稱作事故故發(fā)生的主要原因；如果通過人的性格特點區(qū)分出這部分人而不予雇傭或予以解聘，則可以減少工業(yè)生產(chǎn)中的事故，該理論把工業(yè)事故致的天性。(二)事故因果連鎖理論1.海因里希事故因果連鎖理論海因里希(W.H.Heinrich,1936)對當時美國工業(yè)安全實際經(jīng)驗進行總結Theory),用以闡明導致傷亡事故的各種因素之間以及這些因素與事故、傷害之系列原因事件相繼發(fā)生的結果，即傷害與各原因相互之間具有連鎖關系。2.博德事故因果連鎖理論博德(FrankBird)在海因里希事故因果連鎖理論的基礎上，提出反映現(xiàn)代安全管理理念的事故因果連鎖理論。博德認為事故的本質(zhì)原因在于管理的缺陷。博德的事故因果連鎖過程包括5個因素：本質(zhì)原因(安全管理)、基本原因3.亞當斯事故因果連鎖理論故因果連鎖理論相類似的因果連鎖模型。亞當斯連鎖理論的核心在于對造成現(xiàn)場失誤的管理原因進行了深入的研究。他指出操作者的不安全行為及生產(chǎn)作業(yè)過程中的不安全狀態(tài)等現(xiàn)場失誤，是由于企業(yè)領導者和安全技術人員的管理失誤造成的，管理失誤又是由企業(yè)管理制度中存在的問的根源是企業(yè)中制度和規(guī)定的缺陷。4.北川徹三的事故因果連鎖理論日本學者北川徹三在對海因里希的理論進行了一定的修正的基礎上，提出了另一種事故因果連鎖理論。他從技術原因、教育原因、身體原因、精神原因4個方面探討事故發(fā)生的間接原因，并且認為事故的基本原因應該包括管理、學校教育、社會或歷史等3個方面的原因。這里提到的基本原因中有些因素已經(jīng)超出了煤礦生產(chǎn)安全管理工作的范圍，但是，充分認識這些基本原因因素，對綜合利用可能的技術、管理手段、法律法規(guī)、教育改革、安全文化建設等措施來間接調(diào)控這些因素，實現(xiàn)預防和避免事故發(fā)生的目的，是非常必要的。(三)能量意外釋放理論吉布森提出了解釋事故發(fā)生物理本質(zhì)的能量意外釋放理論。他認為，事故是一種不正常的或不希望的能量釋放，各種形式的能量是構成傷害的直接原因。因此，應該通過控制能量或控制能量載體來預防傷害事故。1966年由哈登(W.Hadden)在此基礎上引申出的“能量意外釋放論”(EnergyTransferTheo-ry),是事故致因理論發(fā)展過程中的重要一步。該理論認為，事故是一種不正常(四)瑟利事故模型瑟利(J.Surry,1969)提出瑟利事故模型，該模型以人對信息的處理過程為基分為危險出現(xiàn)和危險釋放兩個階段，這兩個階段各自(五)動態(tài)變化理論本尼爾(L.Benner,1972)提出了在處于動態(tài)平衡的生產(chǎn)系統(tǒng)中由于“擾動”導致事故的理論，即事故P理論(PTheoryofAccident),進而提出了“多線事件連鎖法”(MultilinearEventsSequencingMethods)事故調(diào)查方法。此后，約翰遜(W.Johnson)于1975年發(fā)表了“變化一失誤”模型，1981年佐藤吉信提出了本尼爾(L.Benner,1972)認為事故過程包含著一組相繼發(fā)生的事件，可以將事故看作由事件鏈中的擾動(Perturbation)開始，以傷害或損害為結束的過2.變化—失誤理論約翰遜(W.Johnson)將變化看作是一種潛在的事故致因。他認為：事故是由不希望的或意外的能量釋放引起的，這種能量釋放的發(fā)生是由于管理者或操作者沒有適應生產(chǎn)過程中物的或人的因素的變化，產(chǎn)生了計劃錯誤或行為失誤，從而導致人的不安全行為或物的不安全狀態(tài)，破壞了生了事故，由事故造成生產(chǎn)過程中的人員傷亡或財產(chǎn)損失。(六)軌跡交叉理論軌跡交叉理論認為，事故的發(fā)生是人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)兩大因素同時相互作用的結果。人的因素和物的因素在事故致因中占有同樣重要的地位，且可以相互關聯(lián)、互為因果和相互轉化，并說明在人間設置安全裝置作為屏障，可提高機械設備的可靠性，又可大大降低概率。當人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)在各自發(fā)展過程(軌跡),在一定時間、空間發(fā)生了接觸(交叉),事故就會發(fā)生。軌跡交叉論的重點是說明人為因素(七)Reason的復雜系統(tǒng)事故因果模型JamesReason針對復雜系統(tǒng)并以醫(yī)療事故為研究對象分別于1990年和2000年提出著名的縱深防御模型和SwissCheese模型。JamesReason的SwissCheese模型從系統(tǒng)防御體系存在的缺陷形象刻畫了復雜系統(tǒng)失效時的發(fā)生過程，提出主動失誤和潛在條件的共同作用是導致復雜系統(tǒng)防御層存在漏洞的原因，雖然該模型對復雜系統(tǒng)事故形成機制給出了一個形象解釋，但并沒有論及復雜系統(tǒng)事故控制模式。此外，Reason在SwissCheese模型中不再強調(diào)對具體的事故因果路徑分析，而只考慮預防系統(tǒng)的可靠沒有說明這些漏洞是如何形成的，以及復雜系統(tǒng)所需要的防御層數(shù)。必要條件而非充分條件，它們只是事故的觸發(fā)器，系統(tǒng)的能限及管理的缺陷機會重合時，才會發(fā)生事故。Reaso管理錯誤ManagementFailures)。當沒有發(fā)生其他技術失效或人誤時，這些管理錯誤似乎并未對系統(tǒng)的安全構成威脅，因而往往不是錯誤。當事后追查事故的原因時，由于那些作為事故觸發(fā)器的技術失效或人往被忽略。(八)系統(tǒng)理論事故模型(STAMP)萊文森(N.G.Leveson,2004)建立了基于系統(tǒng)理論的系統(tǒng)理論事故模型STAMP(SystemsTheoreticAccidentModelandProces角度出發(fā)，把安全看作是在一定環(huán)境下系統(tǒng)元素相互作用而產(chǎn)生的涌現(xiàn)(Emergent)特性，而涌現(xiàn)特性受到與系統(tǒng)元素行為相關的約束(Constraint)的第一章緒論控制或強制。相應地，事故致因中除了故障和人失誤之外，還有元素之間非功能性的相互作用(DysfunctionalInteractions)。系統(tǒng)元素之間非功能性的相互作用引起的事故稱為系統(tǒng)事故(SystemAccident),系統(tǒng)事故的發(fā)生是由于缺乏適當?shù)目刂苼砑s束元素之間的相互作用。相應的安全理念是，防止事故需要辨識和消除或者減輕系統(tǒng)元素之間的不安全的相互作用，在系統(tǒng)開發(fā)、設計和運行過程中控制和強化有關的安全約束。此外，國外還有很多學者運用系統(tǒng)建模方法研究了復雜系統(tǒng)的風險控制，系統(tǒng)運行的可靠性等及員工健康安全管理等問題，這些研究的思路和方法都值得借鑒。二、國內(nèi)研究現(xiàn)狀中國安全管理專家在國外事故致因理論的發(fā)展基礎上，提出由人、機、環(huán)境構成的復雜系統(tǒng)是事故致因理論研究的主要對象，而人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)始終是事故致因理論研究的兩個基本方面。事故的直接原因是人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)，但是造成人失誤和物的故障的直接原因常常是管理上的缺陷，管理系統(tǒng)中存在“潛在失誤”。管理上的缺陷雖然是間接原因，但它卻是背景因素，又常是發(fā)生事故的本質(zhì)原因。(一)三類危險源理論陳寶智(1995)在對系統(tǒng)安全理論進行系統(tǒng)研究的基礎上，提出了事故致因的兩類危險源理論。該理論認為：一起傷亡事故的發(fā)生往往是兩類危險源共同作用的結果。第一類危險源是傷亡事故發(fā)生的能量主體，是第二類危險源出現(xiàn)的前提，并決定事故后果的嚴重程度；第二類危險源是第一類危險源造成事故的必要條件，決定事故發(fā)生的可能性。兩類危險源相互關聯(lián)、相互依存。田水承(2007)提出組織失誤是第三類危險源，認為第三類危險源是事故發(fā)生的根本原因。(二)“流變—突變”理論何學秋(1998)針對事物發(fā)展變化的流變一突變規(guī)律，提出了安全科學的“流變—突變”(“R—M”)理論。“安全流變與突變”就是事物在發(fā)展過程中安全與危險的矛盾的運動過程，這一矛盾隨時間的運動過程就決定了事物發(fā)展各個階段的安全狀態(tài)，要把影響安全的物質(zhì)劃分出流變和突變的界限是很困難的，因為事物的發(fā)展總保持自身的連續(xù)性，總在一切對立概念所反映的客觀內(nèi)容之間存在中間過渡環(huán)節(jié)。(三)內(nèi)外因事故致因理論國漢君(2005)提出了內(nèi)外因事故致因理論。他根據(jù)事故致因的性質(zhì)和作用，從人員、機器設備和環(huán)境的角度，將系統(tǒng)中不安定因素分為危險源和觸發(fā)因子兩種。煤礦事故發(fā)生需具備3個條件：客觀存在著危險源和足夠的破壞能量；煤礦重大瓦斯事故復雜性機理及管控研究煤礦危險源監(jiān)測監(jiān)控管理體系不完善；存在導致事故的各種不安全因素綜合作用，危險源被偶然事件觸發(fā)所造成的結果。(四)人的不安全行為與管理失誤陳紅(2005,2006)研究了中國煤礦中各類重大事故中的不安全行為，對中國煤礦生產(chǎn)六大系統(tǒng)重大事故的特征和規(guī)律進行了研究。從煤礦員工不安全行為不安全行為分為故意違章行為和管理失誤行為，并建立了基于柵欄思想的重大事故控制對策。曹慶仁(2006)通過將煤礦員工不安全行為看作是員工內(nèi)在影響因素和外在影響因素綜合作用的結果，分析了煤礦生產(chǎn)過程中管理者的不盡職行為的產(chǎn)生原因、影響因素，以及其對員工不安全行為的復雜性、群體行為和組織行為的復雜性，論證別制定了針對員工不安全行為、管理者的不安全行為(織錯誤的控制策略，并給出了行為安全控制的政策建議。盧建軍(2007)認為，管理失誤是導致礦山事故發(fā)啟國(1998)認為：事故發(fā)生的機理，就是由管理成，管理原因隨時隨地地制約著人為、物質(zhì)和環(huán)境3種原因，管理原因或管理原亂，就會導致人的不安全行為或物的不安全狀態(tài)或環(huán)境事故的發(fā)生。(五)信息缺陷許名標、彭德紅(2006)引入信息缺陷的概念。他們程中信息的缺陷。而煤礦事故的直接原因來自：煤礦工人的備和設施的不安全狀態(tài)以及不安全的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境。(六)系統(tǒng)論許正權(2004)提出交互式安全管理理論，該理論對事故成因機理做出了論述，認為系統(tǒng)的安全性決定于系統(tǒng)的和諧性，社會技術系外部交互作用的不和諧性，即事故成因的整體交了不同復雜程度系統(tǒng)的事故控制模式及系統(tǒng)和諧實現(xiàn)方式。系統(tǒng)的安全性最終是通過微觀層面的和諧交互以達到系統(tǒng)整體的和諧所實現(xiàn)的。翁翼飛，劉鐵民(2008)都指出系統(tǒng)安全管管理的復雜性和系統(tǒng)安全的動力學特征。此外，突變理論應用到系統(tǒng)安全中，主要應用尖點直觀明了。錢新明等(1995)提出事故致因的突變模型，認為事故的發(fā)生是由于結果。把人的因素和物的因素作為兩個控制變量，把生產(chǎn)能力或系統(tǒng)功能作為狀態(tài)參數(shù)突變理論應用到系統(tǒng)安全中，主要應用尖點突變化過程中系統(tǒng)狀態(tài)出現(xiàn)的突變。金鴻章，吳紅梅等人提出復雜系統(tǒng)脆性理論的煤礦系統(tǒng)的脆性，分析了鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦、地方煤礦和國有煤煤礦系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)的脆性變化規(guī)律進行研究。在大多數(shù)研究當中，事故致因模型基于共同成因假設(CommonCauseHypothesis),即疏忽、小事故或大事故具有相同的成因，遵循共同的成因路徑(CommonCausalPathway),復雜系統(tǒng)和簡單系統(tǒng)都遵循同樣的事故致因理論。這些研究強調(diào)對產(chǎn)生事故比較重要的因素(如人因和管理失誤)的研究和控制，這類研究一方面取得了明顯的研究和應用效果，另一方面也造成企業(yè)的安全管理決策過分注重對某些重要因素的控制管理和安全投入，無形中增加了安全管理成本。多數(shù)研究都沒有系統(tǒng)分析導致事故發(fā)生的因素之間的相互作用所帶來的復雜性對事故致因的影響。近年來，越來越多的學者開始注重對系統(tǒng)的事故致因復對事故的發(fā)生進行路徑分析外，很多學者還從整個系統(tǒng)角度文森的系統(tǒng)理論事故模型(STAMP)等，這些理論提出分析系統(tǒng)元素之間的相互作用或事故成因的整體交互機制，并試圖進行控變理論進行事故致因分析。煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)是一個復雜的社會技術系統(tǒng)，其中關于重大瓦斯事故的致因因素和機理更具有復雜性。針對煤礦系統(tǒng)重大瓦斯事故中的致因復雜性機理進行研究，通過對事故致因復雜性的認知尋找控制煤礦重大瓦斯事故的管理方法。首先，通過對國內(nèi)外相關領域研究文獻的分析，學習本研究領域的已有成雜性和安全事故致因理論基礎。接著對中國的煤礦事故的歷史、構成進行資料的歸納和統(tǒng)計，分析中國煤礦重大瓦斯事故的特征及主要原因。運用系統(tǒng)復雜性理論分析煤礦這一社會技術系統(tǒng)的狀態(tài)變化復雜性特征，指出事故致因復雜性的來源和特點。對該系統(tǒng)的要素功能進行分析，研究影響系統(tǒng)安全這一功能的各種約束條件。在初步分析煤礦這一復雜社會技術系統(tǒng)的基礎之上，運用系統(tǒng)層次全息模型分析方法分析煤礦系統(tǒng)的結構和子系統(tǒng)的要素及其之間的關系，為之后的研究確定對象和范圍。通過煤礦系統(tǒng)及子系統(tǒng)的脆性分析，對煤礦事故致因系統(tǒng)源、安全子系統(tǒng)在內(nèi)的煤礦系統(tǒng)仿真分析反饋復雜性在煤礦重大瓦斯事故模型故為案例，進行實證分析煤礦反饋動態(tài)復雜性致因機理。根據(jù)上述系統(tǒng)仿真的結果，從基于系統(tǒng)脆性致因機理的關聯(lián)的角度提出控制煤礦重大瓦斯事故脆性風險的方法；從基于反饋動態(tài)煤礦各個子系統(tǒng)事故預防與安全管理方法。(1)統(tǒng)計分析中國歷年來煤礦重大事故的發(fā)生發(fā)展趨勢、特征和主要原因。(2)從靜態(tài)和動態(tài)角度深入研究煤礦重大瓦斯事故的系統(tǒng)內(nèi)部綜合復雜性致因，揭示中國煤礦重大瓦斯事故系統(tǒng)的致因復雜性機理。(3)針對中國煤礦重大瓦斯事故的致因復雜性機理，提出在煤礦生產(chǎn)過程中預防煤礦重大瓦斯事故管理控制途徑。(1)煤礦系統(tǒng)重大瓦斯事故致因復雜性的來源問題，影響煤礦重大瓦斯事故的煤礦系統(tǒng)中各個層次、各個系統(tǒng)的致因有哪些?(2)在煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)運行的過程中，各種致因因素如何相互作用導致煤礦重大瓦斯事故，煤礦中的人員、機器設備、環(huán)境和管理雜性致因機理中起到怎樣的作用?煤礦重大事故的風險的發(fā)展演化過程是怎樣的?(3)針對以上煤礦重大瓦斯事故致因復雜性研究的結果，從復雜性致因機理出發(fā)研究煤礦重大瓦斯事故控制問題以及管理問題。給出管理控制煤礦系統(tǒng)(1)一般與特殊相結合例研究煤礦重大瓦斯事故的機理以及管理控制。(2)靜態(tài)研究與動態(tài)研究相結合統(tǒng)動力學方法研究煤礦系統(tǒng)動態(tài)變化下的事故致因過程、反饋動態(tài)復雜性致因機理。(3)定性分析方法①運用層次等級全息建模方法識別煤礦系統(tǒng)中層次要素、子系統(tǒng)以及全系統(tǒng)中導致煤礦重大瓦斯事故的致因因素的來源、性質(zhì)，在事故致因過程中的作用。②以基于事故樹的方法分析煤礦系統(tǒng)中導致瓦斯事故發(fā)生的直接原因和割集與最小徑集，分析導致事故發(fā)生的可能性事件集合。(4)定量仿真方法運用復雜系統(tǒng)脆性理論中的脆性風險熵度量煤礦及其子系統(tǒng)的脆性度，運用集對分析來定量研究煤礦系統(tǒng)內(nèi)部各個子系統(tǒng)之間的脆性聯(lián)系。研究煤礦各個子系統(tǒng)在導致煤礦重大瓦斯事故中的不同作用。運用系統(tǒng)動力學方法建立模型，定量仿真包含生產(chǎn)子系統(tǒng)、人力資源子系各個致因因素和相關因素的演變過程以及相互之間的因果反饋關系。(5)實證研究方法以某一個存在重大瓦斯事故風險的具體煤礦系統(tǒng)為例，采用專家問卷調(diào)查統(tǒng)之間的脆性關聯(lián)度以及整個煤礦系統(tǒng)的脆性風險。運用建立包括生產(chǎn)子系用的主要統(tǒng)計軟件是SPSS13.0,仿真軟件是VensimPLE5.4。四、研究的技術路線(見圖1-1)研究背景研究背景文獻研究選題研究方法理論基礎煤礦重大瓦斯事故現(xiàn)狀瓦斯爆炸事故的發(fā)生機理煤礦社會技術系統(tǒng)的復雜性控制與管理途徑在煤礦安全管理中應用建議研究結論要素與結構層次等級建模脆性風險建模系統(tǒng)動力學建模反饋動態(tài)復雜性致因反饋復雜脆性致因系統(tǒng)論、控制論和信息論是20世紀40年代先后創(chuàng)立并獲得迅猛發(fā)展的三門系統(tǒng)理論的分支學科。雖然它們僅有半個世紀，但在系統(tǒng)科學領域中已是資它們稱之為SCI論。系統(tǒng)論的創(chuàng)始人是美籍奧地利生物學家貝塔朗菲。系統(tǒng)論要求把自然界和社會系統(tǒng)中的事物當作一個整體或系統(tǒng)來研究，并用數(shù)學模型去描述和分析這些系統(tǒng)的結構和行為。所謂系統(tǒng)，即由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合在一起形成的具有特定功能的有機整體；而每個系統(tǒng)本身又是它所從屬的一個更大系統(tǒng)的組成部分(子系統(tǒng))。貝塔朗菲旗幟鮮明地提出了系統(tǒng)觀點、動態(tài)觀點和等級(層次)觀點。指出復雜事物功能遠大于其組成因果鏈中各環(huán)節(jié)部分般系統(tǒng)結構理論。一般系統(tǒng)結構理論從數(shù)學上提出了一個新的一般系統(tǒng)概念體統(tǒng)行為之間存在固有的關系及規(guī)律，在給定的層次上的系統(tǒng)結構決定和支配。這一結論為系統(tǒng)研究提供了精確的理論基礎。在這一結論的基礎上，一般系統(tǒng)結構理論從理論上揭示了一系列的一般系統(tǒng)原理與規(guī)律，解決了一系列的一般系統(tǒng)問題，如系統(tǒng)基層次的存在性及特性問題，是否存在從簡單到復雜的自然法則的問題，以及什而把系統(tǒng)論發(fā)展到了具有精確的理論內(nèi)容并且能夠有效解決實際系統(tǒng)問題的控制論是美國著名數(shù)學家維納(N.Wiener)同他的合作者自覺地適應近代科學技術中不同門類相互滲透與相互融合的發(fā)展趨勢而創(chuàng)始的。它擺脫了牛頓經(jīng)典力學和拉普拉斯機械決定論的束縛，使用新的統(tǒng)計理論研究系統(tǒng)運動狀態(tài)、規(guī)律去對系統(tǒng)進行干擾和控制，使系統(tǒng)依照預定目標運行的理論和方法?？刂普摰幕驹恚瑫r也是管理控制職能最基本的原理，即反饋的機理。者的偏差進行控制的過程。如果輸出信息的作用是抵消輸入信息，則稱為負反類社會中普遍存在的一種現(xiàn)象。統(tǒng)是一種典型的控制系統(tǒng)。管理系統(tǒng)中的控制過程在本質(zhì)上與工程的、生物的系統(tǒng)是一樣的，都是通過信息反饋來揭示目標與標準之間的差，并采取糾正措控制論的理論與方法，也適合于分析和說明管理控制問題。技術，使我們有效地研究一般的控制和通訊問題，同時控制論為其他領域的科學研究提供了一套思想和技術，在維發(fā)表后的幾十年中，各種冠以控制論名稱的交叉學科如雨后春筍般生長出來。管理更是控制論應用的一個重要領域。也可以這樣認為，人們對控制論原理最早的認識和最初的運用是在管理方面。從這個意義上說，控制論之于管理恰似青出于藍。用控制論的概念和法分析管理控制過程，更便于揭示和描述其內(nèi)在信息論是由美國數(shù)學家香農(nóng)(C.E.Shannon,1916)創(chuàng)立的，它使用概率論制。信息就是指傳遞的消息中所包含的新內(nèi)容與新知識，是用來減少和消除人們對于事物認識的不確定性。系統(tǒng)的信息是一切系統(tǒng)保持一定結構、實現(xiàn)其功能的基礎，也是改變一個系統(tǒng)結構和功能所必需的。狹義信息論是研究在通訊系統(tǒng)中普遍存在著的信息傳遞的共同規(guī)律，以及如何提高各信息傳輸系統(tǒng)的有效性和可靠性的一門理論和方法。廣義信息論被理解為運用狹義信息論的觀點來研究一切問題的理論。信息論認為，系統(tǒng)正是通過獲取、傳遞、加工與處理信息而實現(xiàn)其有目的的運動的。信息論能夠揭示人類認識活動產(chǎn)生飛躍的實質(zhì)，有助于探索與研究人們的思維規(guī)律和推動與進化人們的思維活動。香農(nóng)給出了信息的量度與它所代表的事件的隨機性或事件發(fā)生的概率有關，事件發(fā)生的概率大，事先容易判斷，有關此事件的消息排隊事件發(fā)生的不確定程度小，則包含的信息量就??；反之則大。從這一點出發(fā)，信息論利用統(tǒng)計熱力學中熵的概念，建立了對信息的量度方法。在統(tǒng)計熱力學中，熵是系統(tǒng)的無序狀態(tài)的量度，即系統(tǒng)的不確定性的量度。信息量所表示的是體系的有序度、組織結構程度、復雜性、特異性或進化發(fā)展程度。這是熵(無序度、不定度、混亂度)的矛盾對立面，即負熵。第二節(jié)復雜性與復雜系統(tǒng)理論一、系統(tǒng)復雜性的概念與分類“復雜性”的提出起源于20世紀初對理論生物學的研究。1928年，奧地利生物學家貝塔朗菲(L.V.Bertalanffy)在其《生物有機體》論文中首次提出了“復雜性”的概念。20世紀后半葉，在自然科學和工程技術和社會科學研究的各個領域，“復雜性”作為一個重要詞匯涌現(xiàn)出來，并且迅速成為一種研究的新概念范式。在關于復雜性概念的界定上，麻省理工學院物理學家塞思·勞埃德通過電子郵件向美國記者約翰·霍根提供的關于復雜性定義的清單中，復雜性的定義包括信息、參數(shù)個數(shù)或自由度或維度、規(guī)則復雜性、復雜適應系統(tǒng)、混沌邊緣等45種之多。圣菲研究所的關于經(jīng)濟學領域的復雜性研究提出：復雜性概念主要包括復雜自適應系統(tǒng)、涌現(xiàn)、混沌邊緣、報酬遞增和路徑依賴等。關于復雜性的定義主要包括：自組織、復雜適應系統(tǒng)、路徑依賴、涌現(xiàn)、混沌邊緣、奇怪吸引子等。而美國匹茲堡大學的雷謝爾教授，從哲學觀上總結了復雜性概念，并對復雜性進行了分類(見表2-1),在一般意義上復雜性不僅是純粹本體論的或純粹認識論的，而是包括了這兩個方面。描述復雜性：為了給系統(tǒng)提供一個恰當描述生成復雜性：提供產(chǎn)生系統(tǒng)的一個途徑而必須類別復雜性：構成要素的多樣性，物理構造中組織復雜性：相互關系的不同模式中組分排吳彤在分析國外關于復雜性的定義時，將國外現(xiàn)有研究歸為八類三十八種，第九類則是隱喻型描述復雜性(15種)。具體包括：(1)信息類10種，包括信息、費希爾信息、Chernoff信息、共有信息或通道信息、算法信息含量；(2)熵類3種，即熵、Renyi熵、計量熵；(3)描述長度或距離類8種，包括自描述代碼長度、糾錯代碼長度、最小描(4)容量類1種，拓撲機器容量；(5)深度類2種，邏輯深度和熱力學深度；(6)復雜性類10種，包括Lempel-Ziv復雜性、隨機復雜性、有效或理想復雜性、層級復雜性、同源復雜性、時間計算復雜性、空間計算復雜性、基于信息的(7)多樣性，樹形多樣性和區(qū)別性2種；(8)獨立參數(shù)個數(shù)或維數(shù)，參數(shù)個數(shù)或自由度或維數(shù)、分形2種；(9)綜合(隱喻)類有15種，包含混合、相關性、分辨力、自組織、自組織臨界混沌理論對于復雜性研究能夠做的貢獻比較有限。在進行復雜系統(tǒng)分析的時候，對于初始條件的敏感性并不是如此重要的話題，而且，正是復雜系統(tǒng)的魯棒(Robust)性，即在不同條件下以同樣的方式發(fā)生作用的能力，保證了系統(tǒng)的生存。對于復雜性的量化問題，他提出了熵，但僅僅用香農(nóng)的信息熵卻是不合適中國著名哲學家苗東升教授認為，復雜性是現(xiàn)代科學中最復雜的概念之一，至今無法給出統(tǒng)一的定義是正常的，也許根本就不存在統(tǒng)一的復雜性定義。但低層次的復雜性代替高層次的復雜性，也不可以拿高層次的復雜性否定低層次(一)源于系統(tǒng)規(guī)模的復雜性造成現(xiàn)有方法無法處理的復雜性。復雜性的形成需要足夠的系統(tǒng)規(guī)模，規(guī)模巨大就會帶來描述和處理的困難，小系統(tǒng)或大系統(tǒng)的方法無濟于事。簡單系統(tǒng)不存在源于規(guī)模的復雜性，具有足夠規(guī)模(圣塔菲要求系統(tǒng)有中等規(guī)模，錢學森要求達到巨系統(tǒng)規(guī)模)是產(chǎn)生復雜性的必要條件，但不是充分條件，即使巨系統(tǒng)也不一定是復雜系統(tǒng)。(二)源于系統(tǒng)結構的復雜性組成成分的多樣性和差異性造成組分之間相互關系的多樣性和差異性，是雜性的主要根源之一，復雜性研究者幾乎都強調(diào)這一點。只有要素和整體兩個合任務，需要經(jīng)過不同層次逐級整合才能最終形成系統(tǒng)整體。因而在要素與系統(tǒng)整體之間還有中間層次的系統(tǒng)，才是等級層次結構。復雜性只可能出現(xiàn)于等(三)源于開放性即外部環(huán)境的復雜性封閉系統(tǒng)沒有復雜性，復雜性必定出現(xiàn)于開放系統(tǒng)。自適應系統(tǒng)被當作復性。但對外部環(huán)境開放也不是產(chǎn)生復雜性的充分條件。即使外部環(huán)境對系統(tǒng)的加擾動的方法或者黑箱方法，足以有效地處理。只有當外部環(huán)境對系統(tǒng)的作用不再被當作干擾，而是系統(tǒng)自身特性的有機組成部黑箱方法都失效，這種系統(tǒng)必然呈現(xiàn)某種復雜性。開放性也是復雜性的重要根源，系統(tǒng)與環(huán)境相互關系的復雜性是系統(tǒng)復雜性的重要表現(xiàn)。(四)源于動力學特性的復雜性動態(tài)因素變化可以忽略不計的系統(tǒng)，或者動態(tài)因素變化可以作為靜態(tài)模型的干擾因素來對待的系統(tǒng)，可以當簡單系統(tǒng)來處理。動力學過程可能產(chǎn)生無窮雜性的重要機制，復雜性只能出現(xiàn)于動態(tài)系統(tǒng)，復雜性一定是某種動力學特性。動力學因素是產(chǎn)生復雜性最重要的物理學根源。(五)源于非平衡態(tài)的復雜性平衡態(tài)不可能產(chǎn)生復雜性，處于平衡態(tài)的系統(tǒng)都是簡單的。非平衡態(tài)也不以小的修正。復雜性只能出現(xiàn)于遠離平衡態(tài)，在這種條件下系統(tǒng)通過自組織形成耗散結構，即自組織地產(chǎn)生出復雜性。復雜系統(tǒng)必定是處于非平衡態(tài)的系統(tǒng)，耗散結構才具有最小的復雜性。物理化學層次的耗散結構還不可能具有生物復(六)源于非線性的復雜性統(tǒng)產(chǎn)生復雜性的根本內(nèi)在機制，復雜性只能出現(xiàn)于非線性系統(tǒng)。但非線性自身(七)源于不確定性的復雜性確定性連通簡單性，不確定性連通復雜性。首先是源于隨機性的復雜性。但隨機性也不是產(chǎn)生復雜性的充分條件，平穩(wěn)隨機過程屬于簡程才可能出現(xiàn)復雜性。隨機性與復雜性是截然不同的。物理系統(tǒng)隨機性的規(guī)律一般只服從大數(shù)定律，仍屬于簡單性范圍，可以用會系統(tǒng)、意識系統(tǒng)的組分具有智能，組分之間具有復雜的相律不能揭示其本質(zhì)特征，宏觀整體特性不能僅僅看作是大量微觀組分相互碰撞的結果，現(xiàn)在的概率統(tǒng)計方法不足以處理這類系統(tǒng)中的隨機過程。另一種重要模糊集理論就是為處理復雜性而提出來的。他的不相容性原理認為，系統(tǒng)的復雜性超過一定閾值，描述的精確同描述的有意義互不相前的復雜性科學尚未涉足模糊性問題。(八)源于主動性、能動性的復雜性統(tǒng)與環(huán)境之間互為因果，互動互應(所有組分都既是被作用者，又是主動作用分有一定的自適應能力時，在不斷適應環(huán)境的行為過程中必然產(chǎn)生出整體的復雜性。圣塔菲的一個基本信念是適應性產(chǎn)生復雜性，所謂復雜適應系統(tǒng)(CAS),就是在不斷適應環(huán)境的過程中通過演進產(chǎn)生出復雜性的系統(tǒng)。(九)源于系統(tǒng)要素智能的復雜性由于智能組成部分構成的系統(tǒng)(如耗散結構理論和協(xié)同學理論研究的貝納級。組分智能是復雜性的重要根源之一。(十)源于人類理性與非理性的復雜性以人作為構成要素的系統(tǒng)，其行為必須考慮人的理性因素的作用。尤其公可能產(chǎn)生復雜性。述的行為特征，包括國內(nèi)研究者所說的人理，這也是復雜前的科學發(fā)展還極少涉及這類復雜性來源。西蒙所謂的“人工性和復雜性這兩個論題不可解脫地交織在一起”,其中的人工性同時包含人的理性和非理性上述論述可以表明的確存在本質(zhì)上屬于復雜性的對象領域，簡單性與復雜性有根本上的區(qū)別。諸多復雜性成因中的每一種都難以單獨造成真正的復雜性，現(xiàn)實存在的復雜性是由多種因素交織在一起而造成的。復雜系統(tǒng)是相對牛頓時代以來構成科學事業(yè)焦點的簡單系統(tǒng)相比而言的，兩者具有根本性的不同。簡單系統(tǒng)通常具有少量個體對象，它們之間的相互作于我們能夠應用簡單的統(tǒng)計平均的方法來研究它們的行為。而復雜并不一定與系統(tǒng)中的個體一般來講具有一定的智能性，例如組織中的細胞、股市中的股民、的部分環(huán)境通過自己的規(guī)則進行智能的判斷或決策。全相同。在1999年4月出版的《Science》雜志上，列出了以下幾種定義：(1)N.Goldenfeld和Kadanoff認為復雜系統(tǒng)是一種高度結構化的系統(tǒng)，它表現(xiàn)出多種多樣的結構屬性。(2)Whitesides和Ismagilov認為復雜系統(tǒng)是一種在演化過程中對于初始路徑的系統(tǒng)。(3)Weng,Bhalla和Iyengar則認為復雜系統(tǒng)是一種在設計、功能或兩者都很難去理解或確認的系統(tǒng)。(4)D.Rind認為復雜系統(tǒng)是系統(tǒng)的許多構成部分之間存在多元交互關系(5)W.BrianArthur認為復雜系統(tǒng)是其過程隨時間不斷進化并且顯現(xiàn)的中國學者宋學鋒認為，雖然目前國內(nèi)外關于復雜系統(tǒng)的認識與定義尚未統(tǒng)一，但是對復雜系統(tǒng)的基本特征的認識卻比較一致。一般認為復雜系統(tǒng)具有以(1)非線性與動態(tài)性：普遍認為非線性是產(chǎn)生復雜性的必要條件，沒有非線性就沒有復雜性。復雜系統(tǒng)都是非線性的動態(tài)系統(tǒng)。非線性說明了系統(tǒng)的整體大于各組成部分之和，即每個組成部分不能代替整體(2)非周期性與開放性：復雜系統(tǒng)的行為一般是沒有周期的。非周期性展現(xiàn)了系統(tǒng)演化的不規(guī)則性和無序性，系統(tǒng)的演化不具有明顯的規(guī)律。系統(tǒng)在運動過程中不會重復原來的軌跡，時間路徑也不可能回歸到它們以前所經(jīng)歷的任何一點，它們總是在一個有界的區(qū)域內(nèi)展示出一種通常是極其“無序”的振蕩存和發(fā)展是不可能的。任何一種復雜系統(tǒng)，只有在開放的條有在開放的條件下才能維持和生存。開放系統(tǒng)還具有自組織能力，能通過反饋進行自控和自調(diào)，已達到適應外界變化的目的；具有穩(wěn)定性能力，保證系統(tǒng)結構穩(wěn)定和功能穩(wěn)定，具有一定的抗干擾性；在同環(huán)境的相互作用中，具有不斷的演化能力；受到自身結構功能和環(huán)境的種種參數(shù)的約束。(3)(積累效應)初值敏感性：初值敏感性，即所謂的“蝴蝶效應”或積累效應，是指在混沌系統(tǒng)的運動過程中，如果起始狀態(tài)稍微有一點改變，那么隨著系統(tǒng)的演化，這種變化就會被迅速積累和放大，最終導致系統(tǒng)行為發(fā)生巨大的變化。這種敏感性使得我們不可能對系統(tǒng)做出精確的長期預測。(4)奇怪吸引性：復雜系統(tǒng)在相空間里的演化一般會形成奇怪吸引子。吸引子是指一個系統(tǒng)的時間運行軌道漸進地收斂到的一系列點集。換句話說，吸引子是一個系統(tǒng)在不受外界干擾的情況下最終趨向的一種穩(wěn)定行為形式。而奇怪吸引子既不同于穩(wěn)定吸引子，它使系統(tǒng)的運行軌道趨向于單點集(點吸引子)或者一些周期圓環(huán)(極限環(huán));也不同于不穩(wěn)定吸引子，它使系統(tǒng)趨向于一些完全隨機的行為形式。(5)結構自相似性(分形性):所謂自相似是指系統(tǒng)部分以某種方式與整體相似。分形的兩個基本特征是沒有特征尺度和具有自相似性。對于經(jīng)濟系統(tǒng)，這種自相似性不僅體現(xiàn)在空間結構上(結構自相似性),而且還體現(xiàn)在時間序列的自相似性中。一般來說，復雜系統(tǒng)的結構往往具有自相似性，或其幾何表征具有分數(shù)維。在現(xiàn)代科學的發(fā)展過程中，復雜性的種類很多，從不同的角度可以進行不同的分類。如可以分為物理(自然系統(tǒng))復雜性、生物復雜性、社會復雜性；從認識論角度可以分為主觀復雜性與客觀復雜性。美國安全工程師Heinrich在1931出版的著作《安全事故預防：一個科學的方法》中，闡述了根據(jù)當時的工業(yè)安全實踐總結出來的工業(yè)安全理論，這個理論的主要內(nèi)容是：(1)工業(yè)生產(chǎn)過程中人員傷亡的發(fā)生往往是由于一系列因果連鎖之末端事故的結果，而事故常常起因于人的不安全行為和機械、物質(zhì)(統(tǒng)稱物)的不安全狀態(tài)。(2)不安全行為是大多數(shù)工業(yè)事故的原因。(3)因為不安全行為而受到了傷害的人，幾乎重復了300次以上沒有造成(4)在工業(yè)事故中，人員受到傷害的嚴重程度具有隨機性。大多數(shù)情況下，人員在事故發(fā)生時可以免遭傷害。(5)防止事故的方法與企業(yè)生產(chǎn)管理、成本管理及質(zhì)量管理的方法類似。海因里希的工業(yè)安全理論主要闡述了工業(yè)事故發(fā)生的因果連鎖論、人與物中最基本的問題，該理論曾被稱作“工業(yè)安全公理”(AxiomsofIndustrialSafety),受到世界上許多國家安全研究學者的贊同。但是海因里希工業(yè)安全理論也與事故頻發(fā)傾向理論一樣，把大多數(shù)工業(yè)事故的責任都歸因于人的不安全行為，表現(xiàn)出時代的局限性。則，如圖2-1所示。它是通過分析55萬起工傷事故的發(fā)生概率，為保險公司的經(jīng)營提出的。該法則認為，在1個死亡重傷、害事故背后，有29起輕傷害事故，29起輕傷害事故背后，有300起無傷害虛驚事件，以及大量的不安全行為和不安全狀態(tài)存在。從海因里希“安全金字塔”塔底向上分析可以看出，若不對不安全行為和不安全狀態(tài)進行有效控制，可能形成300起無傷害的虛驚事件，而這300起無傷害虛驚事件的控11不安全行為100……0不安全狀態(tài)無傷害事故，必須消除日常不安全行為和不安全狀態(tài)；是作為預防死亡重傷害事故的最重要的基礎工作?，F(xiàn)實中我們就是要從細節(jié)管全狀態(tài)，從而實現(xiàn)企業(yè)當初設定的總體方針，預防重大事故的出現(xiàn)，實現(xiàn)全員安全。20世紀50年代以來，科學技術進步使設備、工藝及產(chǎn)品越來越復雜，這也使工業(yè)系統(tǒng)的安全問題面臨著新的挑戰(zhàn)。戰(zhàn)略武器研制、宇宙開發(fā)及核電站建設等使得作為現(xiàn)代科學技術標志的大規(guī)模復雜系統(tǒng)相繼問世，這些復雜的系統(tǒng)系統(tǒng)的過程中，逐漸萌發(fā)了系統(tǒng)安全的基本思想。于是，美國在20世紀50年代到60年代研制洲際導彈的過程中，系統(tǒng)安全理論應運而生。行為的結果偏離了預定的標準，人的不安全行為可被看作是人失誤的特例。人失誤可能直接破壞對物理系統(tǒng)的控制，造成能量或危險物質(zhì)的意外釋放。例如，錯合了開關使檢修中的線路帶電；誤開閥門使有害氣體泄放等。人失誤也可能造成物的故障，物的故障進而導致事故。例如，超載起吊重物造成鋼絲繩斷裂，發(fā)生重物墜落事故。物的因素問題可以概括為物的故障。故障是指由于性能低下不能實現(xiàn)預定功能的現(xiàn)象，物的不安全狀態(tài)也可以看作是一種故障狀態(tài)。物的故障可能直接漏電；管路破裂使其中的有毒有害介質(zhì)泄漏等。有時一種物的故障可能導致另聲和振動等物理環(huán)境，以及企業(yè)和社會的軟環(huán)境。不良的物理環(huán)境會引起物的作場所強烈的噪聲影響人的情緒，分散人的注意力而發(fā)生人失誤。企業(yè)的管理系統(tǒng)安全理論包括很多區(qū)別于傳統(tǒng)安全理論的創(chuàng)新概念，具體如下：(1)在事故歸因理論方面，改變了人們只注重操作人員的不安全行為而忽略硬件的故障在事故歸因中作用的傳統(tǒng)觀念，開始考慮如何通過改善物的系統(tǒng)(2)沒有任何一種事物是絕對安全的，任何事物中都潛伏著危險因素。通常所說的安全或危險只不過是一種主觀的判斷。能夠造成事故的潛在危險因素稱作危險源，來自某種危險源的造成人員傷害或物質(zhì)損失的可能性叫做危險。危險源是一些可能出問題的事物或環(huán)境因素，而危險表征潛在的危險源可能造(3)不可能根除一切危險源和危害，但可以減少來自現(xiàn)有危險源的危險性，寧可減少總的危險性而不是僅僅徹底去消除幾種固定的危險。(4)由于人的認識能力有限，有時不能完全認識危險源和危險，即使認識了危險源也不可能完全根除。由于不能全部根除危險源，只能把危險降低到可接工程的基礎之一。研究可靠性時，涉及物的因素時，使用故障(Failure,Fault)復雜作用的結果。因此.在預防事故時必須在弄清事故因素相互關系的基礎上防御漏洞理論的基礎是曼徹斯特大學教授JamesReason在其著名的心理統(tǒng)致因，并以一個邏輯統(tǒng)一的事故反應鏈將所有相關因素進行了理論串聯(lián)。該如圖2-2所示，該理論認為：事故的發(fā)生不僅有一個事件本身的反應鏈，還同時存在一個被穿透的組織缺陷集，觸發(fā)事故的因素和組織各層次的缺陷(或安全風險)是長期存在并不斷自行演化的，但是這些事故促因和組織缺陷并不一定造成不安全事件，當多個層次的組織缺陷在一定條件下同時或次第出現(xiàn)缺陷時，不安全事件就會失去多層次的阻斷屏障而發(fā)生。既然安全事件的發(fā)生是由于安全保障各個環(huán)節(jié)的缺陷處于貫通狀態(tài)，那么二是要避免各個環(huán)節(jié)上所存在的缺陷具有關聯(lián)性(即要防止上一環(huán)節(jié)缺陷的發(fā)生導致下一環(huán)節(jié)產(chǎn)生貫通位置的缺陷)。對復雜系統(tǒng)事故形成機制給出了一個形象獨到的解釋，模型中不再強調(diào)對在條件”造成的系統(tǒng)防御層上的漏洞是事故成因。但并沒有論及復雜系統(tǒng)事故控制模式。但越來越多的學者認同運用系統(tǒng)的、復雜的觀點來看待系統(tǒng)事故致因理論并進行事故的預防與控制。思。突變論的主要特點是用形象而精確的數(shù)學模型來描述和預測事物的連續(xù)性突變論的創(chuàng)始人是法國數(shù)學家雷內(nèi)托姆，他于1972年出版的《結構穩(wěn)定性突變論方法正是試圖用數(shù)學方程描述這種過程。突變論的研究內(nèi)容簡單地說，是研究從一種穩(wěn)定組態(tài)躍遷到另一種穩(wěn)定組態(tài)的現(xiàn)象和規(guī)律。突變論認為，某個函數(shù)會取得唯一的值。當參數(shù)在某個范圍內(nèi)變化，該函數(shù)值有不止一個極就在這一剎那間發(fā)生了突變。突變論給出了系統(tǒng)狀態(tài)的參數(shù)變化區(qū)域。突變論提出，高度優(yōu)化的設計很可能有許多不理想的性質(zhì)，因為結構上最優(yōu)，常常聯(lián)系著對缺陷的高度敏感性，就會產(chǎn)生特別難于對付的破壞性，以致發(fā)生真正的“災變”。在工程建造中，高度優(yōu)化的設計常常具有不穩(wěn)定性，當出現(xiàn)不可避免的制造缺陷時，由于結構高度敏感，其承載能力將會突然變小，而出現(xiàn)突然的全面的塌陷。突變論不僅能夠應用于許多不同的領域，而且也能夠以許多不同的方式來應用。突變論對哲學上量變和質(zhì)變規(guī)律的深化，具有重要意義。很長時間以來，關于質(zhì)變是通過飛躍還是通過漸變，在哲學上引起重大爭論，歷史上形成三大派觀下，如果質(zhì)變中經(jīng)歷的中間過渡態(tài)是穩(wěn)定的，那么它就是一個漸變過程。質(zhì)態(tài)的轉化，既可通過飛躍來實現(xiàn)，也可通過漸變來實現(xiàn)，關鍵在于控制條件。應用突變論還可以設計多種解釋模型。例如經(jīng)濟危機模型，它表現(xiàn)經(jīng)濟危機在爆發(fā)時是一種突變，并且具有折迭型突變的特征，而在經(jīng)濟危機后的復蘇則是緩慢的，它是經(jīng)濟行為沿著“折疊曲面”緩慢滑升的漸變。此外，還有“社會輿論模型”、二、突變論的兩類模型(一)基于流形的突變突變論應用于系統(tǒng)安全分析的早期，人們主要采用尖點突變模型，即在其流形(Manifold)上對所研究系統(tǒng)的安全狀況進行分析和描述。尖點突變流形由上、中、下三葉組成，如圖2-3所示。上、下兩葉分別表示兩個吸引子(Attractor),中葉是不穩(wěn)定的。系統(tǒng)安全分析中尖點突變流形常見的形式為：p(x—xo)3+q(u—uo)(x—x式中，x為系統(tǒng)的安全狀態(tài)值，u,v為系統(tǒng)安全狀態(tài)的控制變量，p,q均為系數(shù)，xo,uo,v。為系統(tǒng)固有的特征系數(shù)。與式(2.2)相對應的尖點突變流形在u,v平面的投影為下式：式中，a,b均為常數(shù)。系統(tǒng)的安全狀態(tài)x受控制變量的約束，x隨著控制因素u,v的變化而變化。有些學者認為u,v分別是影響系統(tǒng)安全的人的因素和物的因素的數(shù)量值，或者是一類危險源和二類危險源的數(shù)量值。一般認為流形的上葉表示系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。下葉表示系統(tǒng)功能極差，且已發(fā)生事故，中葉為不可達區(qū)域。若系統(tǒng)運行不經(jīng)過分叉集如路徑a?→b?,則控制因素的不斷惡化不能引起系統(tǒng)功能狀況的突變。若控制因素變化越過分叉集時，即系統(tǒng)功能狀態(tài)沿路徑a?→C?→d?→b?變化時，系統(tǒng)不可避免地發(fā)生事故。當控制因素的值愈大時，則系統(tǒng)功能惡化程度愈大，反映到突變流形上是安全狀態(tài)的變化量△r(△x=x?一xa?)也變大。顯然，安全工作的任務就是保障系統(tǒng)運行時不跨越分叉集，從而防止事故發(fā)生。(二)基于勢函數(shù)的突變基于勢函數(shù)的突變分析應用了突變理論原始的數(shù)學定義。在事故致因中常用于分析因為能量的意外或不正常的釋放而導致人員傷亡的事故過程，如建筑結構的坍塌破壞，礦井煤與瓦斯突出，巖爆等事故。折疊突變：尖點突變：燕尾突變：V(x:u,v,w)=x?+ux3+ux橢圓臍點突變：雙曲臍點突變：蝴蝶突變：V(x,t:w,u,v)=x?+tx?+ux3+ux2+wx拋物臍點突變：V(x,y:t,w,u,v)=y?+x2y+wx2+ty2-ux-vy式(2.4)～式(2.10)中，勢函數(shù)V冒號左邊變量為系統(tǒng)的狀態(tài)變量，其變量個數(shù)表示系統(tǒng)安全狀況的空間維數(shù)，反映系統(tǒng)的安全狀況；冒號右邊的變量為系統(tǒng)安全狀況的控制變量，其變量個數(shù)表示系統(tǒng)運行時控制因素集的空間維數(shù)，控制變量的變化決定了系統(tǒng)的可能狀態(tài)。本章小結統(tǒng)復雜性的概念與分類、系統(tǒng)復雜性產(chǎn)生的根源以及復雜系統(tǒng)的定義。系統(tǒng)研也是后續(xù)章節(jié)中研究思路和研究方法的基礎。其次，對安全管理的基本理論進行了闡述，為后續(xù)的模型分析與事故管理控制方法的研究提供了支持。煤礦系展以及突變論中的兩種模型做了深入介紹，這些理論都是接下來要研究內(nèi)容的基礎和方法指導。第三章中國煤礦事故分析及瓦斯爆炸一、中國改革開放前煤礦安全生產(chǎn)形勢從人們對能源的開發(fā)和利用的歷史來看，煤炭在所有的礦產(chǎn)資源中無論是儲量、產(chǎn)量還是消費量都占有相當重要的地位。自19世紀下半葉以來，煤炭一直是人類社會賴以發(fā)展的主要能源。煤炭既是動力燃料(發(fā)電用煤占煤炭消費的50%以上),又是化工和制焦煉鐵的原料，素有“工業(yè)糧食”之稱。自從工業(yè)化占據(jù)不可替代的地位。而煤礦行業(yè)卻是一個高危行業(yè)，安全生產(chǎn)是煤炭生產(chǎn)高速發(fā)展的有力保證，是關系到煤炭工業(yè)健康發(fā)展的頭等大事。中國是世界上主要的產(chǎn)煤大國之一，煤炭資源95%屬于地下開采，煤礦地大事故時有發(fā)生。中國的能源結構決定了在相當長的歷史時期里仍然以煤炭為重要的能源和燃料。由于煤炭工業(yè)的基礎地位，實現(xiàn)煤炭工業(yè)安全、實現(xiàn)經(jīng)濟重大戰(zhàn)略目標的可靠保證，對中國現(xiàn)在以及未來的國民經(jīng)濟發(fā)展起著決定性的作用。而要確保煤炭這一基礎產(chǎn)業(yè)健康有序的發(fā)展，煤礦企業(yè)的安全必須得到保障。因此政府歷來都很重視煤炭工業(yè)的健康良性發(fā)展，采取了諸多措施，包括設立法律法規(guī)、設置專門機構、配備專職隊伍生產(chǎn)管理。在政府不懈的努力下，中國煤礦安全生產(chǎn)狀況總體上呈現(xiàn)出相對穩(wěn)沒有得到根本的改善。這些不僅嚴重影響了煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，而且影響到了中國的國際聲譽。由于煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)狀況和煤炭行業(yè)的整體發(fā)展狀況是緊密相連的，而且煤礦安全生產(chǎn)中所反映出來的一些深層次原因也與煤炭生產(chǎn)的發(fā)展歷史有不可割舍的聯(lián)系，因此本部分首先簡單介紹中國煤炭生產(chǎn)情況以及中國煤炭的安全生產(chǎn)歷史，然后引入統(tǒng)計資料分析中國煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的現(xiàn)狀，最后分析導致中國煤礦重大瓦斯事故頻發(fā)的主要原因。自1949年新中國成立之后，中央政府在強調(diào)大規(guī)?；謴兔旱V生產(chǎn)的同時，護用品保障方面，也獲得了較大的改善，從而使煤礦安全生產(chǎn)有了初步的保障。在這個時期，全國煤礦百萬噸死亡率為由1949年的22.54下降到1979年的7.72(如圖3-1所示)。50年份基層管理干部和技術人員進行輪流培訓，使煤礦從業(yè)人員的技術和管理水平有了很大的提高。同時全國煤礦設立了三級技術安全監(jiān)察機構并加大了對煤礦的資金投入，到1957年全國煤礦百萬噸死亡率下降到5.65。從1958年開始，受致使中國煤礦事故高發(fā)，傷亡巨大，造成新中國成立后煤炭事故的第二個高發(fā)期。全國煤礦百萬噸死亡率由“一五”時期的7.11上升到13.43。此段時間一次死亡百人以上的事故發(fā)生5起，其中山西大同礦務局老白洞煤礦一次煤塵爆炸事故死亡684人，為新中國成立以來最大的一起煤礦事故。1961年國家重申產(chǎn)的恢復與提高，百萬噸死亡率下降至4.43。1966年，由于煤礦生產(chǎn)受到?jīng)_擊，二、中國改革開放以來煤礦安全生產(chǎn)形勢從1978年開始，煤炭工業(yè)部重新提出“生產(chǎn)必須恢復，安全形勢也開始好轉。到1982年，煤炭工業(yè)部制定了《煤礦安全監(jiān)察條例》,煤礦安全形勢趨于穩(wěn)定，并且煤礦百萬噸死亡率開始下降(如圖3-2所示)。人/百萬噸人/百萬噸年份86420數(shù)據(jù)來源：《中國煤炭工業(yè)統(tǒng)計資料匯編1949～2004》、《中國煤炭工業(yè)年鑒》(2005～2010年)煤炭百萬噸死亡率為7.0,比“六五”時期下降7.3%。其中國有重點煤礦百萬噸死亡率平均為2.44,比“六五”時期下降44.04%。如圖3-2所示，進入20世紀90年代后，全國煤礦在堅持“安全第一，預防為化水平和安全管理水平。其中1995年煤礦采掘機械化率由1985年的44.9%提高到71.6%,大大減少了生產(chǎn)過程中的人員傷亡?！鞍宋濉睍r期的百萬噸死亡率比“七五”時期下降21%,其中國有煤礦百萬噸死亡率下降到1.31。在“九五”則，加大瓦斯災害治理力度，這一時期的全國煤礦百萬噸死亡率為5.1。從2000煤礦安全形勢有所惡化。之后隨著煤炭價格的提高，煤炭企業(yè)效益的轉好以及圖3-3描述了中國從1980年至2010年煤礦事故死亡人數(shù)具體數(shù)量。從圖中可以看出，1986年開始至2005年的二十年間，中國煤礦每年死亡人數(shù)基本都在6000人以上，煤礦事故總共奪去了十幾萬人的生命。社會經(jīng)濟的發(fā)展不能亡人數(shù)持續(xù)逐年下降，在2010年煤炭產(chǎn)量再創(chuàng)歷史新高的情形下，煤礦死亡人數(shù)較以前有了明顯的下降，煤礦死亡人數(shù)比2002年下降了50%多。研究顯示，數(shù)也曾創(chuàng)下一年3242人的紀錄。美國、英國走出事故易發(fā)期用了60年和70安全事故易發(fā)期。相信隨著國家和社會的努力，中國的煤炭安全生產(chǎn)形勢也將年年份數(shù)據(jù)來源：《中國煤炭工業(yè)統(tǒng)計資料匯編1949～2004》、《中國煤炭工業(yè)年鑒》(2005～2010年)三、中國近年來煤礦傷亡事故構成特點從中國煤礦的所有制和煤礦規(guī)模來看，中國煤礦存在多種所有制煤礦企業(yè)對全國煤礦生產(chǎn)能力的核定結果，截至2006年年底，全國共有煤礦16465處。小型煤礦占煤礦數(shù)量的將近一半的比例。中國的小型煤礦基本都是鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦。障能力低等不利因素。設備設施的落后以及管理的低下、粗放導致小煤礦事故由圖3-4可以看出，根據(jù)煤礦所有制劃分的中國煤礦死亡人數(shù)中，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦占絕大部分比例，是煤礦事故高發(fā)的主體。鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦的安全投入普遍欠賬嚴重，是其煤礦事故發(fā)生率高的原因。由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦事故發(fā)生的頻繁性，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦的關閉乃是生產(chǎn)發(fā)展的趨勢。但是近幾年來，由于中國經(jīng)濟發(fā)展對煤炭需求量日些地方經(jīng)濟發(fā)展也依靠鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦來拉動。因此，國家對于鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦的關閉與復工甚至進入了一個不良的反饋循環(huán)(如圖3-5所示)。現(xiàn)在，國家和地方政府采取的是允許有條件、符合安全生產(chǎn)要求的鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦繼產(chǎn)條件的煤礦進行堅決關停?！鯂兄攸c年份0數(shù)據(jù)來源：《中國煤炭工業(yè)統(tǒng)計資料匯編1949～2004》、《中國煤炭工業(yè)年鑒》(2005～2012年)關閉小煤礦十小煤礦事故率升高煤炭市場供在產(chǎn)煤礦產(chǎn)量上升煤炭市場供十應不足，出十十現(xiàn)電荒十十在產(chǎn)煤礦安全形勢變差，事故率升高十小煤礦復工從以上分析可以看出，由于國有大礦產(chǎn)能有限，在需求上升的情況下，煤炭價格升高，就會存在小煤礦數(shù)量的增加。但圖3-5所示的循環(huán)不會持續(xù)很長時間，隨著大煤礦產(chǎn)能的擴大和小煤礦的關閉，當大煤礦的煤炭產(chǎn)量足以支撐整個煤炭市場的需求時，整個問題循環(huán)的反饋作用將會降低。尤其是近兩年來，山西、內(nèi)蒙古、河南等產(chǎn)煤大省(自治區(qū))快速推進煤礦企業(yè)整合，創(chuàng)建大型礦井和大型煤炭企業(yè)，小煤礦數(shù)量也快速下降?？梢灶A見，圖3-4所示的結構未來幾年內(nèi)將會發(fā)生改變，同時，中國對煤礦事故的監(jiān)管也將轉向大中型煤礦?？偟膩碚f，當前中國煤炭行業(yè)的事故率和死亡人數(shù)已經(jīng)有了明顯的下降，但與發(fā)達國家以及政府和人民的期望相比，仍然需要更大的努力，實現(xiàn)煤炭安全形勢的明顯改觀。如此的形勢也對國家煤炭安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門以及煤炭企業(yè)乃至整個社會提出了更高的要求。四、中國煤礦事故的分類統(tǒng)計分析根據(jù)事故的誘發(fā)因素，事故發(fā)生所造成的傷害后果大小、事故的類型等，可以將煤礦事故按照以下方式進行分類：(1)按誘發(fā)因素的不同，將事故分為責任事故和非責任事故兩種類型。非責任事故主要包括：自然災害事故和因人們對某種事物的規(guī)律性尚未認識，目前的科學技術水平尚無法預防和避免的事故等。責任事故是指人們在進行有目的的活動中，由于人為的因素，如違章操作、良等原因造成的事故。這類事故是可以預防的。(3)根據(jù)事故造成的人員傷亡或者直接經(jīng)濟損失，煤礦事故分為以下等級：①特別重大事故，是指造成30人以上死亡，或者100人以上重傷(包括急性工業(yè)中毒，下同),或者1億元以上直接經(jīng)濟損失的事故；②重大事故，是指造成10人以上30人以下死亡，或者50人以上100人以下重傷，或者5000萬元以上1億元以下直接經(jīng)濟損失的事故；③較大事故，是指造成3人以上10人以下死亡，或者10人以上50人以下重傷，或者1000萬元以上5000萬元以下直接經(jīng)濟損失的事故；④一般事故，是指造成3人以下死亡，或者10人以下重傷，或者1000萬元以下直接經(jīng)濟損失的事故。他8類事故。依照煤安字〔1995〕第50號文件《煤炭工業(yè)企業(yè)職工傷亡事故報告故分為以下8類：②瓦斯事故。指瓦斯(煤塵)爆炸(燃燒),煤(巖)與瓦斯突出，瓦斯中毒、窒③機電事故。指機電設備(設施)導致的事故。包括運輸設備在安裝、檢④運輸事故。指運輸設備(設施)在運行過程發(fā)生的事故。⑤爆破事故。指爆破崩人、觸響瞎炮造成的事故。⑥火災事故。指煤與矸石自然發(fā)火和外因火災造成的事故(煤層自燃未見⑦水害事故。指地表水、采空區(qū)水、地質(zhì)水、工業(yè)用水造成的事故及透黃第三章中國煤礦事故分析及瓦斯爆炸事故機理⑧其他事故。以上7類以外的事故。從圖3-6中可以看出，在1993～2011年的各個年份的煤礦各類事故當中，人數(shù)占煤礦事故總死亡人數(shù)的30%～40%,其中采煤工作面頂板事故約占70%～75%。頂板事故的高傷亡是中國煤礦死亡率居高不下的主要原因之一。而瓦斯事故發(fā)生的頻率較低，一旦發(fā)生則會造成較大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。瓦斯事故死亡人數(shù)占煤礦事故死亡人數(shù)約30%～50%。據(jù)統(tǒng)計，中國2000~2008年發(fā)生的重大和特別重大瓦斯爆炸事故154起，其中死亡10人以上30人以下的重大瓦斯爆炸事故117起，死亡30人以上的特別重大瓦斯爆炸事故37起，7起死亡百人以上的特別重大瓦斯爆炸事故都是發(fā)生在低瓦斯礦井，這對安全管理認為高瓦斯礦井的瓦斯爆炸風險大，低瓦斯礦井的瓦斯爆炸風險小的傳 一火災圖3-6中國1993～2011年按事故類型統(tǒng)計的煤礦事故死亡人數(shù)本書所研究的煤礦重大瓦斯事故是指煤礦中造成重大傷亡及以上的瓦斯事故。從事故傷亡程度上看，煤礦重大瓦斯事故的死亡人數(shù)都在3人以上。事故煤礦重大事故一旦發(fā)生，將會給煤礦造成多種多樣的重大損失。首先是人員生命的損失，這也是煤礦事故給社會造成的最大影響，也是社會對發(fā)生的煤礦事故尤其關注的地方?？梢哉f，煤礦安全關系著眾多家庭的幸福。其次是設備的關閉。分析起來，中國煤礦重大瓦斯事故具有如下特點。(1)重大瓦斯事故多發(fā)，損失嚴重。瓦斯、煤塵爆炸事故是當前煤礦安全生產(chǎn)中威脅最大、最突出的一個問題。瓦斯事故具有破壞性大，事故傷亡損失嚴重，社會影響惡劣的特點。根據(jù)統(tǒng)計，中國2000～2008年發(fā)生的重大和特別重大瓦斯爆炸事故154起，其中死亡10人以上30人以下的重大瓦斯爆炸事故117起，死亡30人以上的特別重大瓦斯爆炸事故37起。(2)低瓦斯礦井和高瓦斯礦井的低瓦斯區(qū)域成為事故的多發(fā)點?？赡芘c人們的認識不同的是，在2000～2008年間，中國發(fā)生的重大瓦斯爆炸事故中，低瓦斯煤礦占41%,高瓦斯煤礦占44%(其中發(fā)生在高瓦斯煤礦的低瓦斯區(qū)域的事故占到了66.7%);特別重大瓦斯爆炸事故中，低瓦斯礦井占42%,高瓦斯礦井占43%(其中發(fā)生在其低瓦斯區(qū)域的事故占到了92.3%);特別地，發(fā)生重大瓦斯爆炸事故的鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦中，低瓦斯礦井占45%,高瓦斯礦井占50%(其中發(fā)生在其低瓦斯區(qū)域的事故占到了36.4%);發(fā)生特別重大瓦斯爆炸事故的鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦中，低瓦斯礦井占64%,高瓦斯礦井占36%(其中發(fā)生在其低瓦斯區(qū)域的事故占到了60%),這說明中國低瓦斯礦井(低瓦斯區(qū)域),特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦的低瓦斯礦井的瓦斯防治工作值得特別關注。(3)導致環(huán)境變化的突發(fā)事件是瓦斯事故的重要原因。突發(fā)事件引起的重大和特別重大瓦斯爆炸事故和正常條件下的重大隱患引積聚瓦斯，與小礦巷道連通導致積聚瓦斯涌入，放頂煤采不安全區(qū)域。此外，加上員工對低瓦斯礦井的瓦斯災害認識不足，重視程度不夠，放松了對瓦斯的治理，甚至還存在認為有低瓦斯礦井就是無瓦斯的錯誤觀點。同時，由于突發(fā)事件出現(xiàn)概率小，令人們忽視因突發(fā)事件改變正常生產(chǎn)程井和高瓦斯礦井發(fā)生重大和特別重大爆炸事故的比例相當、低瓦斯礦井的高瓦斯區(qū)域和低瓦斯礦井常發(fā)生重大和特別重大瓦斯爆炸事故的新特點。(4)非正規(guī)采煤方法是鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦發(fā)生重大和特別重大瓦斯爆炸事故的重要原因。2000～2008年間，發(fā)生重大瓦斯爆炸事故的采煤工作面有86%使用的是非正規(guī)采煤方法，可見非正規(guī)采煤方法對中國煤礦特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦采煤工作面瓦仍然是今后煤礦工作的重點。總的來說，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦安全生產(chǎn)水平低，重大隱患多且應對突發(fā)事件能力差，容易發(fā)生重大瓦斯爆炸事故。國有煤礦對正常生產(chǎn)條件下的重大隱患整治較生多起重特大瓦斯爆炸事故的主要原因之一。導致中國煤礦重大瓦斯事故頻發(fā)的原因是多方面的。從對中國煤礦生產(chǎn)歷史上事故案例的分析來看，中國煤礦重大瓦斯事故頻發(fā)主要以下幾個方面的(1)在自然條件與環(huán)境方面，中國大部分煤炭資源賦存條件相對較差。雖然中國煤炭資源總體儲量豐富，但是煤層埋藏深，地質(zhì)95%的煤礦都是井工礦，露天礦很少。而美國，澳大利亞等國家以露天礦為主。礦井瓦斯等級分為低瓦斯礦井、高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井。中國高瓦斯和瓦斯突出礦井占46%,煤層容易自燃的占一半?？陀^來說，中國大部分地區(qū)的煤炭開采條件是非常不利的。(2)在投入與機器設備方面，雖然許多國有礦井和新建礦井的機械化水平礦，長期投入不足，存在安全欠賬嚴重的問題。中國煤礦2004年機械化程度為82.52%,明顯低于發(fā)達國家。另外，仍然存在大多數(shù)小型煤礦由于自然條件差，不適宜使用大型機械設備，靠部分機械或人工來采入的規(guī)模成本也使得私營和地方煤礦經(jīng)濟上不會選擇提高采煤的機械化水平。故的必然條件。例如，煤礦井下照明和機械設備的電源、電氣裝置不符合規(guī)定；花引爆瓦斯。(3)在人的因素方面，瓦斯檢查制度執(zhí)行不嚴，有的煤礦瓦斯檢查工人數(shù)不其應有的作用。夠或用多母線爆破，進行裸露爆破或放連環(huán)炮。有的工作面雖然分上、下段爆職工的違章行為，有的職工違章在井下使用明火，違章拆卸設備，擅自動用電焊等。(4)在煤礦管理方面，通風管理不善。有的礦井局部通風機隨意開停；有的不按需要配風，巷道冒落堵塞，風流短路；有的風筒脫節(jié)、漏風、被壓，不及時處理；有的風筒口距離掘進工作面太遠，使得風量過小、風速較低，導致掘進工作面微風作業(yè)或無風作業(yè)，導致瓦斯積聚。引火引發(fā)。采空區(qū)和舊巷不及時封閉或封閉不嚴，殘煤自然發(fā)火或火區(qū)復燃；還有的是膠帶著火引發(fā)瓦斯爆炸。瓦斯抽放不到位。有的礦井雖然建有瓦斯抽放系統(tǒng)，但抽放效果不佳，抽放時間不夠，致使開采時瓦斯超限。部分有煤與瓦斯突出危險的礦井，沒有采取預抽卸壓、開采解放層等措施，導致煤與瓦斯突出。此外，從大的方面來講，中國法律法規(guī)不健全，監(jiān)督執(zhí)行效果不佳。當前，中國煤礦行業(yè)尚未形成一套綜合、系統(tǒng)、嚴密、持續(xù)改進的煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)察體系。國家和地方監(jiān)管部門無法對煤礦生產(chǎn)形成有效監(jiān)管。中國煤礦監(jiān)管面臨著行政規(guī)制力量不足、地方保護主義嚴重以及執(zhí)法腐敗等問題。在許多地方，違背技術政策和法律法規(guī)開采的情況在已發(fā)生事故礦井中比較常見。一、瓦斯與瓦斯爆炸事故的條件(一)瓦斯的概念與組成1.瓦斯的概念瓦斯是在煤礦生產(chǎn)過程中形成的一個概念。狹義的瓦斯，指甲烷(CH?),是一種無色、無味、無臭的氣體，在標準狀態(tài)(溫度為0℃、大氣壓為101325Pa)下，瓦斯密度為0.7168kg/m3,相對密度為0.554。由于瓦斯較輕，故常積聚在巷道的頂部、上山掘進面及頂板冒落空洞中。廣義的瓦斯，是指在煤炭開采過程中，從煤巖層中涌出的以甲烷為主的各種有毒有害氣體的統(tǒng)稱，在地質(zhì)學上稱為煤層氣。礦井瓦斯成分很復雜，主要成分是甲烷(CH?,俗稱沼氣),其次是二次碳(CO?)和氮氣(N?),另外還有少量或微量的氫氣(H?)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO?),硫酸氫(H?S)和重烴類氣體(乙烷C?H?、丁烷C?H??、戊烷C?H?2)等。2.瓦斯的性質(zhì)瓦斯的性質(zhì)是瓦斯所含各個成分性質(zhì)的總和。不同地區(qū)、不同煤層、不同深度，瓦斯成分不盡相同。在此，擇其主要和有害成分加以說明。(1)甲烷(CH?)下[1atm(101325Pa),溫度為0℃]其密度為0.716kg/m3,比空氣輕；具有很強的擴散性。在1個標準大氣壓和溫度20℃時，溶解度為3.5%,微溶于水。甲烷雖無毒，當空氣中CH?的濃度大于50%時，能使人缺氧而窒息死亡?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定：礦井總回風巷或一翼回風巷中瓦斯?jié)舛炔坏贸^0.75%;采區(qū)回風巷、采掘工作面回風巷風流中瓦斯?jié)舛炔坏贸^1%。國內(nèi)外對煤層瓦斯組分的大量實測表明，煤層中的瓦斯有約20種組分，但煤層中瓦斯的主要成分是甲烷，一般占到煤層瓦斯組分的80%以上。(2)一氧化碳(CO)一氧化碳(CO)是一種無色、無味、無臭的氣體。與空氣的相對密度為0.97,微溶于水(約溶3%),能與空氣均勻的混合。常溫常壓