煤矿安全事故发生机理研究

摘 要：煤矿事故发生机理研究是提高安全技术水平、安全装备研制及制定人的安全行为规范等的前提。事故致因理论、人机理论、心理动力理论等都从不同的角度揭示了煤矿事故多发的根源，物质的平衡态、非平衡激发态及其转化理论的研究，打开了煤矿安全事故研究的新角视。根据人、机、物、环境构成的大系统安全协同稳态平衡原理科学制定安全管理措施。

关键词：煤矿事故发生机理 平衡稳态 非平衡激发态 平衡态理论

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1．煤矿安全事故发生机理概念及其研究的意义

所谓煤矿安全事故机理是指煤矿安全事故发生的内在的、互相联系的非稳态物质结构要理。爱因斯坦认为，除物体之间互相作用能量外，物质自有能量E=MC²，所以凡是物质系统均具有超凡的能量，这些能量在非稳定状态下都能变成具有很强破坏力的危险源，构成威胁人类生命财产安全的隐患。安全事故发生的严重程度与非稳态的失控能量多少有关。

“要想走在前，理论应当先”（大哲学家培根语），煤矿事故之所以频繁发生，根本的原因在于，目前人们尚未真正弄清楚煤矿事故发生的机理。虽然我国煤矿事故研究技术已经处在世界先进水平，但在对"一通三防"、防水治水、矿井深度地压、高温灾害等研究方面仍然存在许多技术难题，这些难题影响了煤矿安全水平的提高。同时，对煤与瓦斯突出的机理研究仍停留在假说阶段,尚没有成熟的理论来指导煤与瓦斯突出防治技术的开发和研究。随着煤矿开采深度的增加，延期突出、地热灾害、高地应力、矿震等灾害的防治技术难度增大，对这些问题的研究都还处在模糊阶段。需要提出的是，这些涉及行业技术发展的基础性和前瞻性重大理论课题，国家支持力度大大减弱，难以开展技术攻关，基础理论研究严重滞后于煤矿安全的需要。对安全事故发生机理研究的忽视，必然造成对安全事故防范措施的忙乱，导致安全生产装备的制造技术失当，致使阻隔事故的保证力得不到保障。

如何提高安全技术水平，如何提高煤矿安全装备运行的安全保障系数，如何增强人的安全行为能力等问题的研究均要建立在对煤矿安全事故机理规律认识清楚的前提下，只有弄清楚了煤矿各类事故发生的机理，才能实施有效的安全保障措施，杜绝煤矿事故发生。

煤矿安全事故发生机理研究的经济成本意义在于，完全清楚了诸如煤与瓦斯突出的机理、瓦斯爆炸极限机理、地温机理、冲击地压机理等理论问题，就会找出极其简单的解决危险源引发事故的办法，甚至无需用风力排放瓦斯，无需喷水降尘，无需使用打钻探水等极其粗陋原始庞大的设备就能排除事故隐患。假若研制出一种“化学喷剂”，一种“遥感窥视”法，一种“低冷化学剂”等，通过喷洒“中和瓦斯气体”、遥感窥视水源、降低地下高温等这些极其简单的办法，就可以低成本地解决煤矿灾害问题。

2．国内外煤矿安全事故机理研究综述

国外关于安全机理的理论研究远远超前于我国。远在1919年英国的格林伍德（Greenwood M.）和伍兹（Wood H.H.）对伤亡事故进行了统计分析，开创了事故致因理论研究，创造了事故倾向性理论、心理动力理论等；美国的海里因（1881-1962）对事故研究建立在大量统计数据基础上，得出了人、机、物不安全因素模型，一方面强调了人的不安全行为在事故发生中的重要作用，同时也强调物或机械的不安全状态也是事故发生的直接原因。20世纪二三十年代，国外关于伤亡事故研究的理论还有，因果链理论、多重因素－流行病学理论、系统理论、轨迹交叉理论、扰动理论、自我调控模型、能量意外释放理论等，这些理论对国家管理煤矿、推出管理法律法规起到了重要积极的作用。

其中，系统理论认为，研究事故发生的原因，要利用系统论、信息论、控制论的系统分析方法，从人－机－物－环境组成的大系统出发，探究人－机－物－环境之间的相互作用、反馈和调整，辨识事故将要发生时的系统状态和特征，辨识危险源存在的位置和机理。特别是与人的感觉、记忆、理解和行为响应等过程特征，从而分清事故的主次原因，使预防事故更有效。在系统理论的框架下，日本劳务省提出了“轨迹交叉模型”。该理论认为，事故的发生是人的运动轨迹与物的运动轨迹异常接触所致，是物直接接触于人，或是人暴露于有害环境之中。人与物两种运动轨迹的交叉点（即异常接触点）就是事故发生的时空。在此模型中，物的原因被表示为“不安全状态”，人的原因被表述为“不安全行为”。人的不安全行为和物的不安全状态是造成事故的直接原因。安全系统原理还认为，人与物的关系取决于人与人的关系。所以，政府对煤矿安全的管理行为是安全事故增与减的直接动因。这就要求政府要重新审视过去和现行的法律法规和制度安排，创造一个好的环境，使我国煤矿生产中，达到“人、机、物、环境、社会”大系统的充分协同，以极大限度的减少人因所造成的煤矿事故。

事故交叉理论认为，多数情况下，在直接事故原因的背后，往往存在着企业经营者、管理监督者在安全管理上交叉存在的缺陷，这是造成事故的本质原因。因为发生事故，问题毕竟是发生事故的人或管理者、监督者不知道、不会做或知而不做。发达国家矿难事故之所以能够得到有效控制，与其行之有效的理论研究、技术装备、法律法规和科学管理分不开。

我国对事故发生机理的理论研究起步较晚，1987年，陈昌祺出版了《安全生产与心理学》研究了心理动力论等，1995年陈宝智在对交叉系统安全理论研究的基础上，提出了两类危险源理论；2000年，李晋平、李海中出版了《煤矿安全管理方法新编》，提出了安全大系统管理法应用理论。比国外理论研究晚上近百年。

需要指出的是，煤矿安全事故机理研究除对物的不安全状态机理研究外，还应当包括人文安全制度机理。美国安全工程师海因里希经过大量研究，认为事故的发生存在着“88：10：2”规律，即在100起事故中，有88起事故纯属人为的因素，有10起事故是人为和物的不安全状态综合造成的，只有2起事故是人难以预防的。而中国矿业大学副教授陈红对我国煤矿1980－2000年发生的重大事故案例的全面统计数据分析显示，在所有导致我国煤矿重大事故的直接原因中，人因所占的比例实际上高达97.67％以上，远远高于一般人们认识的结果。

1980-2000年中国煤矿重大事故中的人因比率

注：数据来源：陈红主编的《中国煤矿重大事故中的不安全行为研究》，科学出版社，2006.9。

我国政府在安全管理方面，尤其是煤矿安全管理方面，相继推出了一系列政策，《安全法》、《矿山安全法》、《煤炭法》、《煤矿安全监察条例》等，成立了国家安全生产监督总局、煤炭安全生产监督局等监察部门，实施对煤矿的安全生产监察工作。但由于我国煤矿存在环境的特殊性，在社会、人、机、物、环境生产劳动的交互系统中，这些管理条例和部门设置多存在有交叉轨迹和制度设计缺陷，存在诸多的“管理不时症”，致使煤矿事故不能很好地得到遏制。

3．煤矿安全事故发生机理的平衡态理论

平衡态理论认为，自然界中的每一事物都存在两种状态：平衡稳态和非平衡激发态。平衡稳态即是物质长期在大自然中形成的自然存在状态，由于这种状态与周围其它物质共处一定空间的稳定系统中，所以，处在平衡稳态物质没有能量转化，不构成事故的危险源。非平衡激发态即是由于处于平衡稳态的物质被外力所位移，或在位移过程中，破坏了系统空间物质的稳定结构，促使了物质的能量转化（如势能、化学能、压力能等）或能量释放，造成安全事故的发生。

按照平衡稳态理论，安全事故发生的机理可解释为，人们的生产斗争活动，要利用自然造福人类，就要对不利于人们生存环境的处在稳定状态的物态进行修正和改造。于是，处于平衡稳态的事物就会被打破平衡，变为非平衡激发态，处在非平衡激发态的事物就产生能量转化或意外能量释放，构成破坏其它事物的危险源，如果防护不当就会酿成事故。对于煤矿来讲，事故的发生就是在采煤过程中，对本来深埋在地下数百米处于平衡稳态的煤层地质结构进行了破坏，由平衡稳态的复杂煤层变为非平衡激发态的结构，于是，地压冲击、煤和瓦斯突出、高压水冒喷、煤层塌陷等不安全状态的物质意外释放出极大的能量，造成摧毁采煤巷道和人员伤亡的矿难事故。

大量的理论和实践都证明，任何处于两种状态的事物在对其修正和改造过程中，能量转化或意外能量释放都是可以得到有效控制和利用的，核电站的出现就是对核裂变非平衡激发态控制利用的很好例子。

如何科学、准确、有效地控制在采煤过程中地下煤层由平衡稳态到非平衡激发态意外能量释放产生的破坏性，是矿难事故得到遏制的安全生产机理所在。影响煤层物质两种状态转化的要素由人、机（各种支护与采掘设备、工具等）、物（煤层及其地下的自然物等）及人与机、物构成的环境等要素构成。这些要素构成一个协同交互的大系统，在这个大系统中，人处于支配核心地位，其它三元素处在能被人了知其规律并可被协同掌控的状态。理论上讲，人对事物和自然的认识能力是无限的，任何事物或事件也同样是可以被掌控的。所以，任何矿难事故都是可以避免的。这就是行业专家研究出的结论：煤矿事故的发生97.67％是人为因素引发的原因。历史上，矿难事故之所以不断发生，是由于人们在对煤层被采掘移动过程中，使其从一种平衡稳态经过非平衡激发态再到另一种新的平衡稳态时，意外释放能量的机理和规律尚为搞清楚，或者是对已经认识和掌控的事故致因，由于人的不安全心理及其行为导致了物的不安全状态，或者是人未能正确使用机器等工具，造成矿难事故。通常人们所讲的自然不可抗拒的“天灾”力量而引起的巨大煤尘和瓦斯突出事故，只是人们尚未制造出抵御这种矿难发生的机械装备而已。所以，用科学的观点解释，任何矿难都可以避免，完全能够实现煤炭开采的百万吨零死亡。

4．基于安全事故平衡态理论的系统环境安全管理

安全事故发生机理的平衡态理论还可以演化为人的安全心理和安全行为的平衡态理论。系统论告诉我们，煤矿生产是一个人、机、物、环境相互交互的动态系统，在这个系统中，人力活动行为的正确与错误是导致机、物、环境三因素是否协调运动的根本，所以，人的安全因素居于主动地位。人的心理处于平衡态时，即处于心情舒畅、神志平和状态时，他的活动就会有条不紊，严格按照设定的流程工作；相反，如果人的心理处于非平衡态甚是激发态时，即当一个人受到领导的不公正的批评和挫折时，他的活动就会产生紧张慌乱情绪，导致非流程性工作，甚至故意产生破坏力。这就要求我们，在员工安全培训、安全管理方面，要始终使矿工在工作时保持平衡态心理，不要让任何处在非平衡激发态心理的矿工上岗。如果发现某矿工有非平衡态的心理表现，要即时教育开导，使其转化为平衡心态。所以，煤矿企业要营造关怀文化、勤政文化、服务文化、公平文化、矿工为本等一系列的安全文化氛围。让矿工沉浸在平和的工作和生活环境当中，从而使矿工达到长效的平衡心理状态。

根据安全事故的人因平衡态理论，结合经济管理学的观点看，目前关于煤矿事故死亡人员的赔偿问题，一种观点认为，只要提高矿工死亡的赔偿金额就会做到使煤矿经营者加大安全投入，避免事故发生。可是如果对死亡人员的赔偿金高到某个程度（如超出目前出现的几十万元的死亡赔偿金额），死亡的超高额赔偿可能会诱发某些矿工转化为非平衡激发态的心理，产生故意制造事故的可能。目的是，如果在事故中死亡，就会获得几十万元的赔偿，这个数字对那些本来就有生命赌性而且极度贫困的矿工充满了相当有诱惑力的，于是就进一步加大了这个矿工轻视自我生命，从而铤而走险的概率。经济管理学认为，人的生命有时是可以定价的，譬如，做一种高危险性事件，拿二十万元、二百万元等就可以促使一些人愿意冒着生命的危险获得这些赌金。所以，搞好煤矿安全生产一定要全面的考虑矿工人安全平衡态心理因素，在制定人员安全管理政策时，要认真研究从业人员的心理生命价值效度，做到从制度和文化上杜绝任何人因不安全行为的发生。

从安全事故发生机理的平衡态理论可以看出，人的平衡心理，物的平衡状态是构成安全生产的两大平衡砝码。这两大平衡砝码处在机器、环境因素中，寻求总体的动态平衡。另外还有人、机器、物、环境四因素伴随着煤矿的动态生产过程相互作用。人的平衡心理导致人的安全行为，物的安全状态避免能量转化或意外能量释放，机器及技术水平预知和抵挡避免事故后果。人、机、物在环境时空中形成煤矿安全生产的动态活动过程。 煤矿安全管理系统设计就是要从人、机、物协同环境构成的大系统中寻求整体平衡稳态，在煤炭开采的动态过程中，时刻保持系统从一个协同的平衡稳态到另一个新的协同平衡稳态。个人的安全心理平衡、人与人之间协同安全平衡、人与机器协同运行的安全平衡、机器与物运行的安全平衡、物与运行环境的协同安全平衡等，每一个平衡稳态都要通过系统管理制度发挥作用，从而到达煤矿安全生产的效果。

控制事件的非平衡状态转化，有序的控制意外事故发生。人、机、物、环境形成一个协同的煤矿安全生产动态的五维空间。