基于扎根理論的瓦斯爆炸風險累積效應研究*

成連華，左敏昊

(1.西安科技大學 安全科學與工程學院，陜西 西安 710054；2.西部礦井瓦斯智能抽采工程研究中心，陜西 西安 710054)

0 引言

煤炭資源是我國主要能源之一，與國民經濟發展息息相關，但伴隨著煤炭開采向深部轉移，煤礦瓦斯爆炸風險威脅著煤炭行業的安全健康發展。據不完全統計，2009—2019年煤礦事故死亡12 578人，因瓦斯爆炸事故死亡3 544人，約占1/3，煤礦瓦斯爆炸風險嚴重威脅工人生命安全。因此，研究瓦斯爆炸風險產生過程對預防瓦斯爆炸事故發生、促進煤炭行業安全發展具有重要意義。

近年來，國內外學者圍繞瓦斯爆炸風險展開了大量研究。Weerheijm等[1]結合爆炸效果和后果模型概率評估，量化分析了隧道瓦斯爆炸事件有關風險和后果；文獻[2-3]基于改進層次分析法、貝葉斯網絡等方法，評估了煤礦瓦斯爆炸風險大小；Tong等[4]運用概率風險評估模型、蒙特卡羅方法分析了煤礦瓦斯爆炸事故中礦工不安全行為所造成的風險；文獻[5-6]基于IAHP方法、貝葉斯網絡方法分析了瓦斯爆炸事故風險中的關鍵風險單元；謝國民等[7]圍繞瓦斯爆炸風險模式提出了14個具體識別指標；劉慧玲等[8]將層次分析法和未確知測度理論結合建立了瓦斯爆炸風險評價模型；孫光裕等[9]構建了煤礦瓦斯爆炸危險性評價指標體系，并基于FOWA模糊綜合評價法評估煤礦瓦斯爆炸危險性；張津嘉等[10-11]研究了瓦斯爆炸事故的風險耦合機理，構建了瓦斯爆炸事故風險耦合層次網絡模型。綜上，學者們圍繞瓦斯爆炸風險因素的識別、評價及耦合進行了相關研究，但對瓦斯爆炸風險產生的累積效應尚關注不足，風險的累積過程有待進一步研究。

鑒于此，本文擬運用扎根理論方法，從風險累積發展角度研究風險產生的累積效應，揭示瓦斯爆炸事故的風險累積源頭、途徑、方式以及影響，提供1種瓦斯爆炸事故原因分析的新方法，同時也對煤礦企業的事故預防和風險管控具有重要意義。

1 風險累積過程及分析框架

1.1 風險累積過程

累積效應概念首先在美國提出[12]，是指單項或多項活動與過去、現在及將來活動疊加所產生對生態環境的累積影響[13]。朱國宏等[14]基于開采沉陷學和巖石力學理論分析礦區地表裂縫的采動累積效應；成連華等[15]通過研究發現失誤累積會影響事故發生進程，失誤導致風險產生，風險在長時間和較大空間范圍內對系統活動過程的影響具有潛在性和顯著性，因此，風險存在累積過程。本文將風險累積過程定義為單項或多項活動產生具有累積性的風險累積源在時間或空間上激發或促使風險以一定的累積方式進行疊加的過程。累積過程持續時間越長，引發風險事件的可能性越大，故風險累積產生的影響不可忽視。

風險累積效應由系統主體的活動引起，活動過程中干擾的類型、強度及頻率等影響風險累積過程。在擾動累積過程中，系統的正常活動，主要依靠系統調節能力和外界管理手段干預，以減少活動對系統的影響，使系統部分能力恢復繼續運行。當2次連續擾動的時間(空間)間隔小于受影響的系統恢復所需的時間(空間)，則產生風險累積。風險累積產生的影響會反饋給風險累積源和管理過程，影響整個風險累積進程。風險累積過程如圖1所示。

圖1 風險累積過程Fig.1 Risk accumulation process

1.2 風險累積分析框架

Pradhanp,Menegon等[16-17]提出了累積效果評估框架來分析生態環境的累積影響；孫金玉等[18]從累積源、累積途徑、累積結果角度分析活動對煤礦區生態累積效應評價。基于以上研究，本文提出由累積來源、累積途徑、累積過程、累積方式及累積影響組成的風險累積分析框架，如圖2所示。該分析框架從尋找累積過程源頭開始，判別風險累積源的累積途徑，運用扎根理論編碼分析累積過程，依據編碼結果探索風險累積方式，分析風險累積源對整個系統產生的累積影響。

圖2 風險累積分析框架Fig.2 Risk accumulation analysis framework

2 瓦斯爆炸風險累積分析

2.1 瓦斯爆炸風險累積源分析

累積源是指產生累積影響的單獨的或多個性質相似或不同活動，各種活動是產生環境累積影響的主要根源。依據煤礦系統主要存在的作業活動，將可能產生風險的活動主體分為人、物、環境及管理。活動主體產生的風險作為整個系統風險累積過程的源頭，影響整個風險累積過程。依據博德事故因果連鎖理論[19]，將瓦斯爆炸風險累積源分為人、物、環類與管理類，并得到2類累積源間的關系：管理類風險累積源間接影響事故發生，人、物、環類風險累積源直接影響事故發生，如圖3所示。該關系說明2類累積源在累積過程中存在先后順序，即管理累積過程優先于人、物、環累積過程。

圖3 風險累積源關系分析Fig.3 Analysis of the relationship between risk accumulation sources

2.2 瓦斯爆炸風險累積途徑分析

累積過程具有時空特征[20]。當2個風險產生的干擾時間間隔大于系統從每個干擾中恢復過來所需的時間時，在時間上累積的現象稱為時間維度累積；當2個風險產生的干擾間空間間距大于系統疏散每個干擾所需的距離時，在空間上的累積現象稱為空間維度累積。在復雜的系統中，2種累積途徑間會產生聯系和作用。但瓦斯爆炸風險累積過程更多突出時間維度特征，風險在時間維度上的累積過程具有連續性、周期性或不規則性，因此，本文從時間維度研究瓦斯爆炸風險的累積過程。

2.3 基于扎根理論的瓦斯爆炸風險累積過程分析

2.3.1 扎根理論

扎根理論(Grounded Theory)最早是在20世紀60年代由Glaser和Strauss提出[21]。本文借鑒Strauss的編碼方法來研究風險累積過程，以清晰表示風險產生的累積效應，但編碼結果不同。

首先，通過開放式編碼，本文基于2009—2019年期間發布的60份較大以上瓦斯爆炸事故調查報告提取瓦斯爆炸風險因素。其次，從瓦斯爆炸風險可能產生的累積結果角度出發，通過主軸編碼和選擇性編碼，研究風險的累積過程，依次形成主累積結果和核心累積結果。

2.3.2 編碼分析

1)開放式編碼

通過對事故案例資料的分析，將共性內容進行抽象化命名，在反復比較的基礎上，形成管理風險因素29個、人的風險因素16個、物的風險因素18個、環境風險因素7個，共計70個。編碼過程見表1。

表1 開放式編碼過程Table 1 Open coding process

2)主軸編碼與選擇性編碼

根據累積源兩者間的關系，依次對管理風險和人、物、環風險的累積過程進行主軸編碼與選擇性編碼分析。

首先，對29個管理風險依次進行2次編碼分析，得到3個主累積結果、41個核心累積結果。核心累積結果包括16個人的風險、18個物的風險、7個環境風險。為清晰表示整個瓦斯爆炸風險的累積過程，將16個人的風險、18個物的風險、7個環境風險分別統稱為AA1人的風險、AA2物的風險、AA3環境風險。編碼過程見表2～3。其次，對41個人、物、環風險依次進行2次編碼分析，得到5個主累積結果、2個核心累積結果。編碼過程見表4～5。

2.4 瓦斯爆炸風險累積方式分析

累積效應認為累積基本途徑主要分為單途徑和多途徑，其中單途徑以加和關系、擴大關系累積，多途徑以加和關系、協同關系累積[22]。基于扎根理論對瓦斯爆炸風險累積過程進行分析發現，不同風險發生累積過程的方式不同，主要分為加和累積與放大累積2種方式。加和累積方式指風險在時間或空間維度進行簡單加和的累積過程；放大累積指風險在時間或空間維度累積結束后會使原本單一風險引發多個新風險產生，促使整個系統的風險性成倍放大地累積過程。

29個管理風險因素作為第1次累積過程的起始點，其中17個管理風險因素發生加和累積過程，如a1違規處理超限瓦斯、a3違規轉移防爆破用品等；同時12個管理風險因素發生放大累積過程，如a2違規組織生產、a8未編制補充安全技術措施等，見表2。對3個主累積結果分別都產生1個核心累積結果，即進一步發生加和累積過程，見表3。

表2 管理風險主軸編碼過程及關系Table 2 Manage risk spindle coding process and relationships

表3 管理風險選擇性編碼過程及關系Table 3 Manage risk selective coding process and relationships

表4 人、物、環風險主軸編碼過程及關系Table 4 Human,machine and environment risk spindle coding process and relationships

41個人、物、環風險因素作為第2次累積過程的起始點，都發生加和累積過程，見表4；對5個主累積結果分別都產生1個核心累積結果，說明繼續以加和累積方式進行，見表5。

表5 人、物、環風險選擇性編碼過程及關系Table 5 Human,machine and environment risk selective coding process and relationship

2.5 瓦斯爆炸風險累積影響分析

累積影響的結果是指活動對系統造成的累積效應。根據風險累積影響的特征，分為時間擁擠、時間滯后、協同效應、間接效應及觸發點和閾值5種[18]，見表6。

表6 累積影響Table 6 Cumulative effects

安全管理以組織、人和物為對象，以完善組織結構、規范人的行為、保障物的運行為目標，是企業活動的主要組成部分。管理過程伴隨風險產生，管理風險對人、物、環境進行持續、重復擾動，使人、物、環短時間或長時間因失去管理約束而受擾動影響，逐漸向危險狀態發展，人、物、環風險逐漸顯現。基于以上分析，得到29個管理風險在累積過程中共引發了41個人、物、環風險。人、物、環風險通過加和累積方式對煤礦系統進行持續和重復擾動，達到風險閾值，使系統受該風險影響轉變為危險狀態，系統功能下降，甚至人、物、環的初次活動產生二次效應導致二次爆炸事故發生。

3 瓦斯爆炸風險累積路徑分析

基于以上分析，運用系統動力學方法繪制瓦斯爆炸風險累積路徑圖，將風險累積過程可視化。該圖由節點、路徑及方向組成，節點表示累積風險，箭頭表示累積方向，曲線表示累積路徑。節點發出單一路徑表示風險的加和累積過程，而發出多路徑表示風險的放大累積過程。某節點連接的路徑數目越多則該節點越重要，越易引起新風險，依據風險累積過程，依次將風險因素、主累積結果、核心累積結果稱為三級節點、二級節點、一級節點，3級節點間連接形成完整累積路徑。

3.1 管理風險累積路徑分析

圖4反映管理風險累積路徑。該圖共包含35個節點，其中三級累積節點(ai)29個，如a1違規處理超限瓦斯、a2違規組織生產等；二級累積節點(Ai)3個，如A1操作能力下降、A2運行能力下降等；一級累積節點(AAi)3個，如AA1人的風險、AA2物的風險、AA3環境風險等，分別包含16個、18個、7個風險因素。由圖4可得，以29個管理風險作為累積源即三級累積節點，共產生29條加和累積路徑指向3個二級累積節點，如“a1違規處理超限瓦斯→A1操作能力下降”、“a2違規組織生產→A2與逆行能力下降”；二級累積節點共產生3條加和累積路徑指向3個一級累積節點，如“A1操作能力下降→AA1人的風險”、“A2運行能力下降→AA2物的風險”。3級節點連接形成完整的1條累積路徑，如“a1違規處理超限瓦斯→A1操作能力下降→AA1人的風險”。在35個節點中，12個三級累積節點產生放大累積過程，如a2違規組織生產、a8未編制補充安全技術措施等，這些節點不僅進行加和累積過程且同時進行放大累積過程。

圖4 管理風險累積路徑Fig.4 Management risk accumulation path diagram

3.2 人、物、環風險累積路徑分析

圖5反映人、物、環風險累積路徑。該圖共包含48個節點，其中三級累積節點(bi)41個即16個人的風險因素、18個機的風險因素、7個環境風險因素，如b1違規操作甲烷傳感器、b2未進行瓦斯濃度檢測等；二級累積節點(Bi)5個，如B1監測系統失效、B2通風系統失效等；一級累積節點(BBi)2個，如BB1瓦斯積聚、BB2火花產生等。由圖5可得，41個人、物、環風險作為三級累積節點，共產生41條加和累積路徑指向5個二級累積節點，如“b1違規操作甲烷傳感器→B1監測系統失效”、“b2未進行瓦斯濃度檢測→B3瓦斯局部積存”；二級累積節點共產生6條加和累積路徑指向2個一級累積節點，如“B1監測系統失效→BB1瓦斯積聚”、“B2通風系統失效→BB1瓦斯積聚”。3級節點連接形成完整的1條累積路徑，如“b1違規操作甲烷傳感器→B1監測系統失效→BB1瓦斯積聚”。

圖5 人、物、環風險累積路徑Fig.5 Path of accumulation of human-material-circle risk

4 結論

1)將累積效應引入風險因素致因分析中，對風險累積概念進行界定，通過分析瓦斯爆炸事故風險累積機理，揭示風險累積作用是發生瓦斯爆炸事故的深層次原因，提出風險累積分析框架，不僅為今后研究提供1種瓦斯爆炸事故原因分析的新方法，也為煤礦企業進行風險管控提供理論基礎。

2)研究發現影響系統安全運行的人、物、環、管4大因素作為風險累積源，在時間維度上產生了累積效應。探究風險源間的累積關系，借鑒扎根理論編碼方法，從風險累積可能產生的影響角度，依次分別從管理風險源、人、物、環風險源分析了瓦斯爆炸風險累積過程及累積方式，得到了瓦斯爆炸風險因素70個，該70個風險共產生8個主累積結果及5個核心累積結果。

3)通過分析形成瓦斯爆炸風險累積路徑圖，共得出三級累積節點70個，二級累積節點8個，一級累積節點5個，其中78個節點發生加和累積過程，形成78條加和累積路徑，并且78個節點內12個節點同時發生放大累積過程。基于以上研究發現，管理風險累積主要影響人、物、環的狀態，而人、物、環風險累積過程直接影響瓦斯爆炸事故發生進程，因此，管理因素是引發事故的最根本原因。