煤礦的“安全熵”

摘要：本文從事故分析入手，提出了煤礦的“安全熵”的概念；論述了煤礦的“安全熵”的特點(diǎn)；提出了應(yīng)對(duì)煤礦的“安全熵”的辦法。對(duì)預(yù)防和遏制非常見(jiàn)類型的或非常見(jiàn)因素造成的生產(chǎn)安全事故的發(fā)生，具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：煤礦；安全熵；特點(diǎn)；辦法

今年以來(lái)，我國(guó)發(fā)生了多起煤礦較大及發(fā)上事故，其中一些事故是“非常見(jiàn)類型”的或“非常見(jiàn)因素造成”的生產(chǎn)安全事故。這些“非常見(jiàn)”的安全生產(chǎn)事故有什么特點(diǎn)？遵循什么科學(xué)規(guī)律？值得思考和探討。

一、問(wèn)題的提出

2017年1月17日，中煤擔(dān)水溝煤業(yè)有限公司發(fā)生頂板事故，造成10人死亡。該有限公司生產(chǎn)布局集中、接替順序不合理、超能力生產(chǎn)、巷道壓力明顯增大時(shí)未采取有效措施，致使采動(dòng)應(yīng)力疊加誘發(fā)沖擊地壓是造成本次事故的直接原因?！皼_擊地壓”在山西省采煤史上比較少見(jiàn)，在擔(dān)水溝煤礦所在的寧武煤田的平朔、軒崗、嵐縣和朔南等四個(gè)礦區(qū)上百座煤礦的開(kāi)采史上更是罕見(jiàn)。

2017年2月14日，婁底市漣源市祖保煤礦發(fā)生一起煤塵爆炸事故，造成9人死亡、3人受傷。該礦暗主斜井超掛礦車，串車提煤至上車場(chǎng)變坡點(diǎn)時(shí)，材料車下部碰頭插銷孔上部斷裂，插銷竄出，造成跑車；跑車過(guò)程中礦車內(nèi)煤炭拋出，導(dǎo)致井筒中煤塵飛揚(yáng)達(dá)到爆炸濃度；脫軌的礦車擊中供電電纜，引起短路起火，導(dǎo)致煤塵爆炸。由機(jī)械事故引發(fā)運(yùn)輸事故，引發(fā)火災(zāi)事故，進(jìn)而引發(fā)煤塵爆炸事故，也不多見(jiàn)。

2017年3月9日，黑龍江省龍煤集團(tuán)雙鴨山礦業(yè)公司東榮二礦發(fā)生墜罐事故，造成17人死亡。該礦副立井采用多繩磨擦輪絞車罐籠提升，沒(méi)有安設(shè)防墜器，立井電纜著火后，鋼絲繩斷裂引發(fā)墜罐，是造成本次事故的直接原因。立井內(nèi)電纜著火導(dǎo)致鋼絲繩斷裂，進(jìn)而發(fā)生墜罐事故，也不多見(jiàn)。

仔細(xì)分析，上述三起事故是典型的由于煤礦的“安全熵”的增加由量變到質(zhì)變最終導(dǎo)致嚴(yán)重后果的惡性事故。

二、煤礦的“安全熵”

（一）“熵”的概念

熵的概念最早起源于物理學(xué)，用于度量一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)微觀粒子的無(wú)序程度?！办亍北硎鞠到y(tǒng)無(wú)序性的大小?！办亍钡淖兓从彻铝⑾到y(tǒng)自發(fā)過(guò)程的方向性。

（二）“安全熵”的概念

“安全熵”是指生產(chǎn)過(guò)程中孤立的生產(chǎn)作業(yè)場(chǎng)所由于環(huán)境條件變化和人類開(kāi)采活動(dòng)共同造成的混亂程度。

（三）煤礦的“安全熵”的概念

煤礦的“安全熵”是指煤炭生產(chǎn)過(guò)程中孤立的煤礦生產(chǎn)作業(yè)場(chǎng)所由于環(huán)境條件變化和人類開(kāi)采活動(dòng)所造成的混亂程度。

（四）熵增定律

熱力學(xué)第二定律，又稱“熵增定律”，表明雖然能量可以轉(zhuǎn)化，但是無(wú)法100%的利用。對(duì)于孤立系統(tǒng)的某一過(guò)程，如果過(guò)程是可逆的，則熵不變；過(guò)程不可逆，熵增加。在自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總混亂度，即“熵”，不會(huì)減小只會(huì)增加。

三、煤礦的“安全熵”的特點(diǎn)

（1）具有普遍性。煤炭開(kāi)采破壞地殼內(nèi)部原有的力學(xué)平衡狀態(tài)，導(dǎo)致頂板冒落的趨勢(shì)；必然破壞含水層，導(dǎo)致積水潰透的趨勢(shì)；煤炭的揮發(fā)份和可燃顆粒，導(dǎo)致爆炸發(fā)生的趨勢(shì)；煤炭的硫份暴露在空氣中，導(dǎo)致自然發(fā)火的趨勢(shì)；開(kāi)采留下的采空區(qū)會(huì)演變成積水積氣災(zāi)變區(qū)的趨勢(shì)。煤礦“安全熵”的普遍性說(shuō)明煤礦比其它礦山更具有危險(xiǎn)性。

（2）具有地域性。世界煤炭資源分布很廣；在地質(zhì)年代中的三大成煤期，古生代、中生代和新生代分別距今約6億年—約2.3億年、約2.25億年—約0.7億年、約7000萬(wàn)年—約1萬(wàn)年。成煤的遼闊地域，成煤的漫長(zhǎng)時(shí)間，在煤炭開(kāi)采之前已經(jīng)決定開(kāi)采環(huán)境的巨大差異。煤礦“安全熵”的地域性說(shuō)明煤炭開(kāi)采必須尊重大自然的客觀規(guī)律。

（3）具有時(shí)代性。煤炭的開(kāi)采技術(shù)水平不同，煤炭的回收率和殘留率不同，煤礦的“安全熵”也會(huì)不同。比如，煤礦窄軌運(yùn)輸存在礦車“三條腿”著地的問(wèn)題，是由于礦車車箱和輪對(duì)的剛性連接、輪對(duì)單邊定位造成的。有人提出礦車加裝減震裝置的專利，可以降低礦車落道的風(fēng)險(xiǎn)，但由于成本過(guò)高，其專利推廣難度很大。這也是煤炭開(kāi)采普遍認(rèn)知的“技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理”造成煤礦的“安全熵”增加的時(shí)代性的具體體現(xiàn)。也許再過(guò)幾年，幾十年，隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，窄軌運(yùn)輸中礦車“三條腿”著地的問(wèn)題才會(huì)得到解決。煤礦“安全熵”的時(shí)代性說(shuō)明對(duì)煤礦事故的遏制受現(xiàn)階段生產(chǎn)力水平的嚴(yán)重制約。

（4）具有主觀性。煤礦的“安全熵”是因?yàn)殚_(kāi)采活動(dòng)的開(kāi)始而產(chǎn)生，并隨著開(kāi)采活動(dòng)的進(jìn)行變得越來(lái)越嚴(yán)重。煤礦的“安全熵”必須由外部力量的介入才能得到控制，由人類付出更大的代價(jià)才能保障安全。煤礦的“安全熵”的主觀性說(shuō)明對(duì)煤礦事故的遏制人類投入的成本會(huì)越來(lái)越大。

（5）具有偶發(fā)性?！鞍踩亍庇辛孔兊劫|(zhì)變的發(fā)展方向，任其自然發(fā)展，“熵增”到一定程度可能會(huì)演變?yōu)槭鹿剩簧约涌刂?，有可能僥幸不會(huì)演變?yōu)槭鹿?；?yán)格控制，完全不會(huì)演變?yōu)槭鹿?。煤礦瓦斯等級(jí)由瓦斯升級(jí)為高瓦斯，高瓦斯升級(jí)為煤與瓦斯突出；水文地質(zhì)類型劃分由簡(jiǎn)單變?yōu)橹械?，中等變?yōu)閺?fù)雜，復(fù)雜變?yōu)闃O復(fù)雜，是人為技術(shù)劃分的結(jié)果。實(shí)際上“安全熵”由量變到質(zhì)變的時(shí)間節(jié)點(diǎn)最顯著的特點(diǎn)就是安全事故尤其是死亡事故的發(fā)生。至于發(fā)生一般、較大、重大或者特別重大事故是“安全熵”的質(zhì)變程度。“安全熵”的質(zhì)變有一定的偶發(fā)性。瓦斯達(dá)到爆炸濃度并不一定會(huì)發(fā)生爆炸，盡管要求控制的瓦斯超限濃度遠(yuǎn)低于爆炸濃度，但依然有爆炸事故發(fā)生。

（6）具有疊加性。湖南省婁底市漣源市祖保煤礦“2·14”重大煤塵爆炸事故是串車運(yùn)輸?shù)幕靵y程度和煤塵堆積的混亂程度的疊加，即典型的煤礦“安全熵”的疊加，并由“熵增”發(fā)生質(zhì)變而引發(fā)的。

（7）具有懲罰性。接連報(bào)出的煤礦安全生產(chǎn)事故足以說(shuō)明煤礦的“安全熵”，即開(kāi)采區(qū)間的混亂程度，由于量變到質(zhì)變?cè)斐蓪?duì)開(kāi)采本身的懲罰。

四、應(yīng)對(duì)煤礦的“安全熵”的辦法

煤礦“安全熵”的普遍性要求對(duì)煤礦開(kāi)采的安全必須引起足夠的重視。相對(duì)于重視環(huán)境條件和人類開(kāi)采活動(dòng)的有序，重視煤礦的“安全熵”對(duì)于安全工作更重要。因?yàn)槊旱V的“安全熵”及“熵增”才是導(dǎo)致事故發(fā)生的直接原因。

煤礦“安全熵”的地域性要求保障不同煤

礦開(kāi)采的安全必須采取不同的措施。中煤擔(dān)水溝煤業(yè)有限公司作為井工礦井，承受地壓的“安全熵”是必然的，只不過(guò)該“安全熵”沒(méi)有引起足夠重視，還沒(méi)有發(fā)生質(zhì)變。致使采動(dòng)應(yīng)力疊加誘發(fā)沖擊地壓，并造成人員傷亡，是該“安全熵”發(fā)生了“熵增”并發(fā)生了質(zhì)變。

煤礦“安全熵”的時(shí)代性要求煤礦開(kāi)采的安全必須有科技創(chuàng)新進(jìn)行支撐。礦車車箱和輪對(duì)剛性連接、輪對(duì)單邊定位造成的“安全熵”的表象是礦車落道。控制該“安全熵”的新技術(shù)遲遲得不到應(yīng)用，是因?yàn)樵摗鞍踩亍绷孔兩踔临|(zhì)變?cè)斐傻慕Y(jié)果不那么嚴(yán)重或者不為人們所共同認(rèn)知。但不能說(shuō)該“安全熵”不存在或不會(huì)因“熵增”發(fā)生質(zhì)變?cè)斐蓸O為嚴(yán)重的后果。

煤礦“安全熵”的主觀性要求提高開(kāi)采者的素質(zhì)和加大監(jiān)管監(jiān)察的力度。煤礦的“安全熵”由環(huán)境條件變化和人類開(kāi)采活動(dòng)兩個(gè)因素決定的；而人類開(kāi)采活動(dòng)會(huì)直接引起環(huán)境條件變化，因此人類開(kāi)采活動(dòng)是造成煤礦的“安全熵”以及“熵增”的主觀因素，也是最主要的因素。規(guī)范人類的開(kāi)采活動(dòng)，對(duì)于控制煤礦事故，即“安全熵”的“熵增”是極其重要的。

煤礦“安全熵”的偶發(fā)性、疊加性和懲罰性要求遏制煤礦事故要綜合地分析、系統(tǒng)地治理。所有的煤炭開(kāi)采行為都是不可逆的過(guò)程，煤礦的“安全熵”必然會(huì)增加。煤礦的“安全熵”的增加都有量變到質(zhì)變最后發(fā)展為發(fā)生事故的嚴(yán)重后果的趨勢(shì)。不要有低瓦斯礦井不會(huì)發(fā)生瓦斯爆炸事故的想法，發(fā)生瓦斯爆炸事故的往往是低瓦斯礦井；不要有缺水地區(qū)的煤礦不會(huì)發(fā)生透水事故的想法，發(fā)生透水事故的往往是缺水地區(qū)的煤礦。

人類在評(píng)價(jià)安全工作時(shí)，只評(píng)價(jià)所做的工作、所采取的措施是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)檫@只能說(shuō)明在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)“熵增”進(jìn)行了控制，而沒(méi)有量化其控制的程度，即控制“熵增”的程度；也沒(méi)有量化其控制的結(jié)果，即“安全熵”的量級(jí)。真正的安全程度只有“安全熵”的量級(jí)和控制“熵增”的程度才能反映出來(lái)。人類在評(píng)價(jià)安全工作時(shí)，只有引入“安全熵”量級(jí)的概念和控制“熵增”程度的概念，才能換了一個(gè)角度，大大降低遺漏某些不常見(jiàn)的不安全因素的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于遏制煤礦非常見(jiàn)類型的或非常見(jiàn)因素造成的生產(chǎn)安全事故的發(fā)生，才能起到積極推動(dòng)作用。

五、結(jié)語(yǔ)

本文從分析今年發(fā)生的三起“非常見(jiàn)類型”的或“非常見(jiàn)因素造成”的事故入手，提出了煤礦的“安全熵”的概念；詳細(xì)論述了煤礦的“安全熵”的特點(diǎn)；進(jìn)而提出了應(yīng)對(duì)煤礦的“安全熵”的辦法。只有掌握了煤礦“安全熵”的特點(diǎn)，采用非常規(guī)或非傳統(tǒng)的方法，嚴(yán)格控制煤礦的“安全熵”發(fā)生熵增并發(fā)生質(zhì)變，才能預(yù)防和遏制非常見(jiàn)類型的或非常見(jiàn)因素造成的生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。

作者簡(jiǎn)介：樊鐵山（1968-），男，漢族，山西河曲人，采礦工程大學(xué)本科，礦業(yè)工程領(lǐng)域工程碩士學(xué)位，現(xiàn)任山西煤礦安全監(jiān)察局呂梁監(jiān)察分局副局長(zhǎng)。