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；提出了應對煤礦的“安全熵”的辦法。對預防和遏制非常見類型的或非常見因素造成的生產安全事故的發生，具有積極的現實意義。

關鍵詞：煤礦；安全熵；特點；辦法

今年以來，我國發生了多起煤礦較大及發上事故，其中一些事故是“非常見類型”的或“非常見因素造成”的生產安全事故。這些“非常見”的安全生產事故有什么特點？遵循什么科學規律？值得思考和探討。

一、問題的提出

2017年1月17日，中煤擔水溝煤業有限公司發生頂板事故，造成10人死亡。該有限公司生產布局集中、接替順序不合理、超能力生產、巷道壓力明顯增大時未采取有效措施，致使采動應力疊加誘發沖擊地壓是造成本次事故的直接原因。“沖擊地壓”在山西省采煤史上比較少見，在擔水溝煤礦所在的寧武煤田的平朔、軒崗、嵐縣和朔南等四個礦區上百座煤礦的開采史上更是罕見。

2017年2月14日，婁底市漣源市祖保煤礦發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，串車提煤至上車場變坡點時，材料車下部碰頭插銷孔上部斷裂，插銷竄出，造成跑車；跑車過程中礦車內煤炭拋出，導致井筒中煤塵飛揚達到爆炸濃度；脫軌的礦車擊中供電電纜，引起短路起火，導致煤塵爆炸。由機械事故引發運輸事故，引發火災事故，進而引發煤塵爆炸事故，也不多見。

2017年3月9日，黑龍江省龍煤集團雙鴨山礦業公司東榮二礦發生墜罐事故，造成17人死亡。該礦副立井采用多繩磨擦輪絞車罐籠提升，沒有安設防墜器，立井電纜著火后，鋼絲繩斷裂引發墜罐，是造成本次事故的直接原因。立井內電纜著火導致鋼絲繩斷裂，進而發生墜罐事故，也不多見。

仔細分析，上述三起事故是典型的由于煤礦的“安全熵”的增加由量變到質變最終導致嚴重后果的惡性事故。

二、煤礦的“安全熵”

（一）“熵”的概念

熵的概念最早起源于物理學，用于度量一個熱力學系統微觀粒子的無序程度。“熵”表示系統無序性的大小。“熵”的變化反映孤立系統自發過程的方向性。

（二）“安全熵”的概念

“安全熵”是指生產過程中孤立的生產作業場所由于環境條件變化和人類開采活動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”是指煤炭生產過程中孤立的煤礦生產作業場所由于環境條件變化和人類開采活動所造成的混亂程度。

（四）熵增定律

熱力學第二定律，又稱“熵增定律”，表明雖然能量可以轉化，但是無法100%的利用。對于孤立系統的某一過程，如果過程是可逆的，則熵不變；過程不可逆，熵增加。在自然過程中，一個孤立系統的總混亂度，即“熵”，不會減小只會增加。

三、煤礦的“安全熵”的特點

（1）具有普遍性。煤炭開采破壞地殼內部原有的力學平衡狀態，導致頂板冒落的趨勢；必然破壞含水層，導致積水潰透的趨勢；煤炭的揮發份和可燃顆粒，導致爆炸發生的趨勢；煤炭的硫份暴露在空氣中，導致自然發火的趨勢；開采留下的采空區會演變成積水積氣災變區的趨勢。煤礦“安全熵”的普遍性說明煤礦比其它礦山更具有危險性。

（2）具有地域性。世界煤炭資源分布很廣；在地質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7000萬年—約1萬年。成煤的遼闊地域，成煤的漫長時間，在煤炭開采之前已經決定開采環境的巨大差異。煤礦“安全熵”的地域性說明煤炭開采必須尊重大自然的客觀規律。

（3）具有時代性。煤炭的開采技術水平不同，煤炭的回收率和殘留率不同，煤礦的“安全熵”也會不同。比如，煤礦窄軌運輸存在礦車“三條腿”著地的問題，是由于礦車車箱和輪對的剛性連接、輪對單邊定位造成的。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險，但由于成本過高，其專利推廣難度很大。這也是煤炭開采普遍認知的“技術上可行，經濟上合理”造成煤礦的“安全熵”增加的時代性的具體體現。也許再過幾年，幾十年，隨著生產技術水平的提高，窄軌運輸中礦車“三條腿”著地的問題才會得到解決。煤礦“安全熵”的時代性說明對煤礦事故的遏制受現階段生產力水平的嚴重制約。

（4）具有主觀性。煤礦的“安全熵”是因為開采活動的開始而產生，并隨著開采活動的進行變得越來越嚴重。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才能保障安全。煤礦的“安全熵”的主觀性說明對煤礦事故的遏制人類投入的成本會越來越大。

（5）具有偶發性。“安全熵”有量變到質變的發展方向，任其自然發展，“熵增”到一定程度可能會演變為事故；稍加控制，有可能僥幸不會演變為事故；嚴格控制，完全不會演變為事故。煤礦瓦斯等級由瓦斯升級為高瓦斯，高瓦斯升級為煤與瓦斯突出；水文地質類型劃分由簡單變為中等，中等變為復雜，復雜變為極復雜，是人為技術劃分的結果。實際上“安全熵”由量變到質變的時間節點最顯著的特點就是安全事故尤其是死亡事故的發生。至于發生一般、較大、重大或者特別重大事故是“安全熵”的質變程度。“安全熵”的質變有一定的偶發性。瓦斯達到爆炸濃度并不一定會發生爆炸，盡管要求控制的瓦斯超限濃度遠低于爆炸濃度，但依然有爆炸事故發生。

（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輸的混亂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”發生質變而引發的。

（7）具有懲罰性。接連報出的煤礦安全生產事故足以說明煤礦的“安全熵”，即開采區間的混亂程度，由于量變到質變造成對開采本身的懲罰。

四、應對煤礦的“安全熵”的辦法

煤礦“安全熵”的普遍性要求對煤礦開采的安全必須引起足夠的重視。相對于重視環境條件和人類開采活動的有序，重視煤礦的“安全熵”對于安全工作更重要。因為煤礦的“安全熵”及“熵增”才是導致事故發生的直接原因。

煤礦“安全熵”的地域性要求保障不同煤

礦開采的安全必須采取不同的措施。中煤擔水溝煤業有限公司作為井工礦井，承受地壓的“安全熵”是必然的，只不過該“安全熵”沒有引起足夠重視，還沒有發生質變。致使采動應力疊加誘發沖擊地壓，并造成人員傷亡，是該“安全熵”發生了“熵增”并發生了質變。

煤礦“安全熵”的時代性要求煤礦開采的安全必須有科技創新進行支撐。礦車車箱和輪對剛性連接、輪對單邊定位造成的“安全熵”的表象是礦車落道。控制該“安全熵”的新技術遲遲得不到應用，是因為該“安全熵”量變甚至質變造成的結果不那么嚴重或者不為人們所共同認知。但不能說該“安全熵”不存在或不會因“熵增”發生質變造成極為嚴重的后果。

煤礦“安全熵”的主觀性要求提高開采者的素質和加大監管監察的力度。煤礦的“安全熵”由環境條件變化和人類開采活動兩個因素決定的；而人類開采活動會直接引起環境條件變化，因此人類開采活動是造成煤礦的“安全熵”以及“熵增”的主觀因素，也是最主要的因素。規范人類的開采活動，對于控制煤礦事故，即“安全熵”的“熵增”是極其重要的。

煤礦“安全熵”的偶發性、疊加性和懲罰性要求遏制煤礦事故要綜合地分析、系統地治理。所有的煤炭開采行為都是不可逆的過程，煤礦的“安全熵”必然會增加。煤礦的“安全熵”的增加都有量變到質變最后發展為發生事故的嚴重后果的趨勢。不要有低瓦斯礦井不會發生瓦斯爆炸事故的想法，發生瓦斯爆炸事故的往往是低瓦斯礦井；不要有缺水地區的煤礦不會發生透水事故的想法，發生透水事故的往往是缺水地區的煤礦。

人類在評價安全工作時，只評價所做的工作、所采取的措施是遠遠不夠的，因為這只能說明在一段時間內對“熵增”進行了控制，而沒有量化其控制的程度，即控制“熵增”的程度；也沒有量化其控制的結果，即“安全熵”的量級。真正的安全程度只有“安全熵”的量級和控制“熵增”的程度才能反映出來。人類在評價安全工作時，只有引入“安全熵”量級的概念和控制“熵增”程度的概念，才能換了一個角度，大大降低遺漏某些不常見的不安全因素的風險，對于遏制煤礦非常見類型的或非常見因素造成的生產安全事故的發生，才能起到積極推動作用。

五、結語

本文從分析今年發生的三起“非常見類型”的或“非常見因素造成”的事故入手，提出了煤礦的“安全熵”的概念；詳細論述了煤礦的“安全熵”的特點；進而提出了應對煤礦的“安全熵”的辦法。只有掌握了煤礦“安全熵”的特點，采用非常規或非傳統的方法，嚴格控制煤礦的“安全熵”發生熵增并發生質變，才能預防和遏制非常見類型的或非常見因素造成的生產安全事故的發生。

作者簡介：樊鐵山（1968-），男，漢族，山西河曲人，采礦工程大學本科，礦業工程領域工程碩士學位，現任山西煤礦安全監察局呂梁監察分局副局長。