煤矿安全通风系统脆性风险分析及管控研究

作者:李新春;刘全龙;乔万冠;石甜; 刊名:科技管理研究 上传者:胡鑫

【摘要】结合煤矿通风系统中出现的安全问题,基于复杂系统脆性理论,从人、设备、环境和管理4个方面研究煤矿通风系统中“参与者子系统”“设备子系统”“环境子系统”和“管理子系统”间的因果影响关系,并构建煤矿通风系统脆性风险仿真模型;利用煤矿统计数据,对其演化过程和脆性风险的变化过程进行实证分析,进而设计系统动力学干涉实验,探究煤矿生产量变化与系统脆性风险水平变化的关系.研究表明:管理子系统的脆性演化最快,更容易导致整个系统的崩溃;超能生产提高比例越高、系统脆性增长的速率越快,崩溃的时间越早.最后,提出煤矿安全通风系统脆性风险因素以及因素之间脆性关联性的管控措施.

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1问题的提出煤矿生产系统主要包含采煤、综掘、通风、地测防治水、机电、运输等六大系统,其中通风系统是煤矿安全生产的血管和心脏,是导致煤矿瓦斯事故爆炸、火灾发生、煤尘发生的直接或间接的诱因,因此,煤矿企业为了保证安全生产,提出“以风定产”的管理制度。在时间上,煤矿安全通风系统发展是动态的,在空间上分布是立体的,事故呈现出模糊性、不确定性和动态性,在时空上灾害之间具有一定的关联性。煤矿通风系统脆性研究就是在这样一个背景下提出的。在复杂系统的产生和开发的过程中,脆性是其固有的一个特性,且是不明显的,不容易被人们所察觉的[1-2],是指“物体受到拉力或者冲击时,没有显著形变而突然破碎的性质”,即一个存在一部分子系统对环境改变非常敏感的复杂系统,一旦受到内外环境因素(例如信息、物质流等等)的影响发生瘫痪时,导致部分子系统瘫痪,进而使整个复杂系统瘫痪。即使国内外还未明确提出且研究“脆性”,但近几年在国内外的各个领域,在随机性的环境下对其动态表现的研究有所增多,这些研究已经涉及国防、通信、环境保护、财政与金融、工业生产、航天、电力、道路交通领域等。冉圣宏等[3-4]在评价生态环境的脆弱性时指出,生态内部结构的动态性和对外界干扰灵敏的反应是生态环境脆弱性的主要表现。Fouad等[5]指出,系统的安全性级别和系统参数变化这两类信息直接影响电力系统脆弱性。刘明等[6]从内外部研究指出脆性源对电力系统的影响。刘海燕等[7]通过分析数据包,查看目标反应,判定这些目标之间是否具有相同的脆弱点。我们可以得出脆性系统的定义即:存在某个子系统或可以导致整个系统瘫痪的子系统。因此,复杂系统脆性是研究系统在不确定环境中,针对外界环境施加的干扰所反映的安全性问题[8-10]。工业系统脆性的主要表现是:一方面是系统自带的软硬件的缺陷;另一方面就是外部环境的影响会使其部分子系统崩溃以致不可修复,进一步导致整个系统的崩溃。通过对煤矿事故和复杂系统脆性之间特点的比较,总结出煤矿事故也有复杂系统脆性的特点[11]:事故的隐藏性、事故的连锁性、巨大的破坏性、事故的伴随性、事故的作用结果和表现形式多样性等。对于煤矿通风系统这一个风险性非常高的复杂的社会技术系统来说,系统的脆弱性表现得更加明显[12],在煤矿生产过程中系统脆性会触发各种事故的发生,例如顶板事故、风流短路事故等[13]。因此,本文结合煤矿通风系统中出现的安全问题,综合考虑煤矿内部和外部因素对煤矿通风系统造成的影响,在借鉴国内外已有研究成果的基础上,基于复杂系统脆性理论,从管理因素、人为因素、设备因素和环境因素4个方面进行考虑,深入分析煤矿通风系统内部之间的相互作用。通过研究煤矿通风系统内部子系统而研究建立内部脆性模型,同时分析煤矿通风系统应对外界干扰的反应,并对其脆性风险进行仿真,找出事故根源,提出煤矿通风系统脆性风险因素以及因素之间脆性关联性的管控措施。2煤矿通风系统脆性分析煤矿通风系统是整个煤炭企业生产大系统的命脉,其目的是为作业区提供好的环境及空气条件,供应充足的风量,并对有害气体和灰尘起到一定的稀释作用。煤矿通风系统主要是由通风系统(包括风网中各条巷道及其风流、通风构筑物和各类用风场所)和通风机系统组成的大型复杂管理系统。煤矿通风系统的主要影响因素包括:主通风机、矿井巷道老化、通风构筑物、通风系统设计技术参数和矿井自然条件等,其中,主通风机是整个通风系统的“心脏”,矿井自然条件包括有毒有害气体、煤尘、温度及湿度因素的影响,另外矿井如在高原地区,煤矿通风系统风流受自然风压变化的影响。煤矿通风系统脆性指标用来描述和揭示系统脆性风险属

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