非煤礦山安全管理的生態(tài)系統(tǒng)理論研究

郭進平 張 星 李世倫

(西安建筑科技大學(xué)材料與礦資學(xué)院，陜西 西安 710055)

非煤礦山在我國經(jīng)濟發(fā)展中占有重要的地位，非煤礦山生產(chǎn)活動具有復(fù)雜性、動態(tài)性等特點，給其安全生產(chǎn)管理帶來了很多不便之處。有文獻指出非煤礦山行業(yè)每年事故的死亡人數(shù)位居第三，僅位于煤礦事故和交通事故之后[1]，因此我國的非煤礦山的安全生產(chǎn)依然面臨嚴(yán)重的考驗。朱龍杰[2]從儒、道、法、兵4家傳統(tǒng)思想入手，結(jié)合我國非煤礦山安全管理的特點，形成了基于傳統(tǒng)思想的非煤礦山安全管理模式。劉好等[3]從系統(tǒng)理論出發(fā)，將安全生產(chǎn)管理分解為5個因子，建立安全生產(chǎn)管理體系。貝塔朗菲[4]的《現(xiàn)代發(fā)展理論》等著作的發(fā)表為生態(tài)系統(tǒng)在管理科學(xué)中的應(yīng)用提供了很好的思路，生物整體與環(huán)境因素關(guān)系可以通過數(shù)學(xué)模型進行研究，認(rèn)為生命現(xiàn)象存在自組織性和有序性。隨著社會發(fā)展程度的不斷提高，生態(tài)系統(tǒng)理論已在工商業(yè)金融和知識管理中得到了一定的運用。胡斌[5]將耗散結(jié)構(gòu)理論與企業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)相結(jié)合，企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)發(fā)展的根本原因就是系統(tǒng)自組織性和環(huán)境選擇。黃國平[6]基于金融生態(tài)系統(tǒng)理論，對我國金融生態(tài)環(huán)境進行了評價。王興元、張鵬[7]在品牌建設(shè)中引入生態(tài)系統(tǒng)理論，為品牌建設(shè)提供了新的思維模式、方法和角度。筆者查閱生態(tài)系統(tǒng)理論應(yīng)用的文獻，發(fā)現(xiàn)將生態(tài)系統(tǒng)理論運用到非煤礦山安全管理中的研究并不多，多數(shù)是以系統(tǒng)理論為指導(dǎo)思想，研究非煤礦山安全管理體系的演化機理，因此筆者嘗試性地將生態(tài)系統(tǒng)基本理論運用到非煤礦山安全管理系統(tǒng)中，希望可以起到豐富非煤礦山安全管理工作思路的作用。

1 非煤礦山安全管理生態(tài)系統(tǒng)

1.1 非煤礦山安全管理生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)涵

英國的生物學(xué)家Arthur Roy Clapham最早提出“生態(tài)系統(tǒng)”，是指自然界中生物與環(huán)境構(gòu)成的統(tǒng)一整體，生態(tài)系統(tǒng)中生物與環(huán)境相互影響、相互制約的過程中存在大量的物質(zhì)循環(huán)和能量流動[8]。安全管理體系具有跟生態(tài)系統(tǒng)類似的特性，因此可以將生態(tài)系統(tǒng)理論運用到安全管理體系中。

基于自然生態(tài)系統(tǒng)理論，非煤礦山生產(chǎn)活動的直接參與者與生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者對應(yīng)，前者作為生產(chǎn)系統(tǒng)中的主要組成部分；企業(yè)各級管理人員與生態(tài)系統(tǒng)中的消費者對應(yīng)，管理人員對企業(yè)的生產(chǎn)活動承擔(dān)直接責(zé)任；政府安全生產(chǎn)監(jiān)督部門與生態(tài)系統(tǒng)中的分解者對應(yīng)，對企業(yè)安全生產(chǎn)工作進行有效的監(jiān)督，并解決生產(chǎn)活動中遇到的問題；安全文化、安全制度、安全投入與生態(tài)系統(tǒng)中非生物的物質(zhì)和能量對應(yīng)，對安全生產(chǎn)管理體系的復(fù)雜度、健康度和穩(wěn)定性有重要的作用。

1.2 非煤礦山安全管理生態(tài)系統(tǒng)的特征

(1)整體性。非煤礦山安全生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)都具有專有的功能，非煤礦山安全管理生態(tài)系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間要做到相互配合，共同發(fā)揮系統(tǒng)整體的功能。

(2)動態(tài)性。每個參與安全生產(chǎn)過程的安全主體對各類信息的掌握情況不一樣，會導(dǎo)致管理相關(guān)信息在傳輸?shù)倪^程中出現(xiàn)信息缺失、信息錯誤等情況，使得安全生產(chǎn)管理出現(xiàn)混亂。因此各參與主體要對安全管理信息進行不斷的更新和協(xié)調(diào)，在信息運動的基礎(chǔ)上運用先進的安全管理知識，使非煤礦山安全管理生態(tài)系統(tǒng)處于最佳的狀態(tài)。

(3)耗散結(jié)構(gòu)特性。系統(tǒng)內(nèi)各因素的改變與系統(tǒng)運行結(jié)果無線性關(guān)系，比如安全投入并不能直觀體現(xiàn)出系統(tǒng)正處于有序穩(wěn)定的狀態(tài)。礦山生產(chǎn)技術(shù)和安全管理的不斷進步，人們對影響非煤礦山安全生產(chǎn)的因素進行有效控制，降低系統(tǒng)內(nèi)熵的大小，從而維持系統(tǒng)處于一種動態(tài)平衡狀態(tài)。

2 非煤礦山安全管理生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成

類比自然生態(tài)系統(tǒng)的組成可以構(gòu)建非煤礦山安全生產(chǎn)管理生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，該模型由2大部分組成，分別為非煤礦山企業(yè)安全管理主體生態(tài)系統(tǒng)和安全自然生態(tài)系統(tǒng)，這2部分可以視為自然生態(tài)系統(tǒng)中的生物要素和非生物要素。非煤礦山安全管理中存在大量安全管理信息資源的傳遞，包括流動的人力、技術(shù)、物力、法規(guī)制度、資金等資源的流動。安監(jiān)局會將關(guān)于非煤礦山安全生產(chǎn)的有關(guān)法規(guī)、通知和批文等信息傳達給每個非煤礦山企業(yè)，在此過程中，非煤礦山生產(chǎn)的主體也承擔(dān)著信息的消費和傳遞的作用；非煤礦山安全管理工作涉及到的專業(yè)內(nèi)容，安全管理主體在獲取非煤礦山生產(chǎn)各方面的信息后，進行信息分析處理，通過安全管理鏈傳達給其他的主體；安全生產(chǎn)管理人員對接收到的上級信息可以進行有效的反饋，他們可以結(jié)合非煤礦山的生產(chǎn)情況，針對相關(guān)的安全管理信息提出需要完善的方案。安全主體對信息的吸收與反饋共同組成了非煤礦山安全生產(chǎn)信息傳遞的生態(tài)鏈[9-10]。

系統(tǒng)中生物主體有企業(yè)監(jiān)管人員、生產(chǎn)活動直接參與者、政府安全生產(chǎn)監(jiān)督部門和企業(yè)管理組織，其將非生物資源通過一定的途徑在系統(tǒng)中加工、配置、傳遞，主體間相互吸收有效資源，系統(tǒng)的資源傳遞結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 非煤礦山安全管理資源傳遞結(jié)構(gòu)

3 非煤礦山安全管理生態(tài)系統(tǒng)熵變含義

非煤礦山安全管理生態(tài)系統(tǒng)中任何一個因素偏向于消極的方向發(fā)展，均會對該系統(tǒng)造成不利的負面影響，甚至?xí)l(fā)安全事故，因此研究該系統(tǒng)的演化機理對在面臨系統(tǒng)處于不同的狀態(tài)時所采取的措施有重要的意義。馬金山[11]從礦山安全系統(tǒng)的特征入手，應(yīng)用熵理論對礦山安全系統(tǒng)演化機理進行探討，并建立了相應(yīng)的安全熵理論。非煤礦山安全生產(chǎn)管理生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)外無時無刻不在進行著能量交換，隨著與外界環(huán)境的能量交換，系統(tǒng)又會處在新的平衡狀態(tài)。

3.1 非煤礦山安全生產(chǎn)管理生態(tài)系統(tǒng)熵變數(shù)學(xué)模型

根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)基本原理，得出非煤礦山安全生產(chǎn)管理生態(tài)系統(tǒng)熵的定義為：系統(tǒng)內(nèi)部各種不可逆過程伴隨著熵的增加，其物理意義是系統(tǒng)混亂程度的度量。

非煤礦山安全生產(chǎn)管理生態(tài)系統(tǒng)正熵流是導(dǎo)致系統(tǒng)處于無序狀態(tài)的一個度量，其數(shù)學(xué)表達式為

Si=-Ka∑P(xj)lgP(xj) (j=1,2,…,n) ，

(1)

式中，Si為系統(tǒng)總正熵；Ka為待定系數(shù)，為安全系統(tǒng)所處的行業(yè)、階段時對系統(tǒng)產(chǎn)生正熵值時各因素的權(quán)重值；j為非煤礦山安全生產(chǎn)系統(tǒng)中產(chǎn)生正熵的安全因素；P(xj)為子因素影響系統(tǒng)產(chǎn)生正熵值變化的概率。

非煤礦山安全生產(chǎn)管理生態(tài)系統(tǒng)負熵流是導(dǎo)致系統(tǒng)處于有序狀態(tài)的一個度量，其數(shù)學(xué)表達式為

Se=Kb∑P(xj)lgP(xj) (j=1,2,…,n) ，

(2)

式中，Se為系統(tǒng)總負熵；Kb為待定系數(shù)，為系統(tǒng)所處的行業(yè)、階段時對系統(tǒng)產(chǎn)生負熵值時各因素的權(quán)重值；j為系統(tǒng)中產(chǎn)生負熵的安全因素；P(xj)為子因素影響系統(tǒng)產(chǎn)生負熵值變化的概率。

系統(tǒng)總熵ST表達式為

ST=Si+Se=-Ka∑P(xj)lgP(xj)+

Kb∑P(xj)lgP(xj)，

(3)

式中，當(dāng)Se>Si,即ST>0時，系統(tǒng)處于無序狀態(tài)；當(dāng)Se

3.2 非煤礦山安全管理生態(tài)系統(tǒng)熵變分析

通過調(diào)研非煤礦山安全管理的資料文案，并征求相關(guān)專家意見，得出影響非煤礦山安全生產(chǎn)的指標(biāo)要素，如表1所示。

對指標(biāo)體系中一級指標(biāo)的重要性進行分析，確定每個指標(biāo)相應(yīng)的權(quán)重；請專家對每個指標(biāo)產(chǎn)生的熵流影響進行打分為S，并對指標(biāo)因素在企業(yè)中施行的實際情況進行打分為E，將每個因素的2個分值相乘得出子因素影響系統(tǒng)產(chǎn)生熵流變化的概率P(xj)；確定待定系數(shù)Ka、Kb；由式(1)和式(2)分別計算系統(tǒng)的正熵值和負熵值，最后由式(3)計算系統(tǒng)的總熵值，由總熵值的大小確定系統(tǒng)所處的狀態(tài)。

4 實證分析

本次選取陜西省某非煤礦山為研究對象，選取該非煤礦山近10 a的安全管理生態(tài)系統(tǒng)熵變指標(biāo)要素評分為研究數(shù)據(jù)，以2016年安全管理生態(tài)系統(tǒng)熵變指標(biāo)要素評分為例，對該模型的有效性和實用性進行了驗證；然后對該礦山近10 a來安全管理生態(tài)系統(tǒng)的運行熵進行分析，計算并繪出了系統(tǒng)運行熵的變化圖， 通過行業(yè)和安全專家打分得出安全管理生態(tài)系統(tǒng)熵變指標(biāo)評分表，如表2所示。

從表2的計算結(jié)果可知，根據(jù)式(1)～式(3)計算系統(tǒng)總正熵Si=0.352 9，系統(tǒng)總負熵Se= -0.515 5，系統(tǒng)總熵ST=-0.162 6<0，可以判斷出，該非煤礦山安全管理生態(tài)處于不斷健康發(fā)展的趨勢，從安全管理視角來看系統(tǒng)處于積極穩(wěn)定的狀態(tài)。同理可以求解出2007—2016年的信息熵累計數(shù)值，通過以上的計算求得該礦山生態(tài)安全總熵ST自2014年起開始由正到負。根據(jù)前文對信息熵概念的闡述，說明該礦山的安全狀況自2014年起開始好轉(zhuǎn)。2007—2013其累計信息熵是正的，分別為 0.427 853、0.338 659、0.218 359、0.118 359、0.128 359、0.068 359、0.048 359，說明該礦山的生態(tài)環(huán)境并未達到安全水平。利用Matlab多項式擬合對趨勢線進行二階、三階、四階多項式擬合并后推得其年份—熵累計函數(shù)關(guān)系為

y=0.002 45x2-9.994x+10 117,

y=-0.000 46x3+2.788x2-5 613.5x+3.767 3,

y=0.000 46x4-3.665x3+11 060x2-1.483 3x+7.96，

表2 非煤礦山安全管理生態(tài)系統(tǒng)耗散結(jié)構(gòu)分析指標(biāo)評分

式中，x為年份數(shù)，以2005年為“1”起點；y為熵累值。趨勢圖如圖2所示。

圖2 安全管理生態(tài)系統(tǒng)累計信息熵變趨勢

殘差分析如圖3所示，可以分析出四階的殘差系數(shù)擬合數(shù)=0.110 98，說明函數(shù)擬合良好。

從圖3可以看出:該礦山安全管理生態(tài)系統(tǒng)總熵從2011年開始系統(tǒng)總熵值為正值但趨于穩(wěn)定，但系統(tǒng)仍處于不可接受的安全水平；從2014年開始系統(tǒng)總熵值變?yōu)樨撝?，可以理解為新《安全生產(chǎn)法》頒布后起到了積極有效的作用；隨著新《安全生產(chǎn)法》施行力度的不斷加大，當(dāng)?shù)卣跋嚓P(guān)部門采取了更加有效的調(diào)節(jié)和相應(yīng)措施，共同推動礦山安全管理生態(tài)系統(tǒng)向穩(wěn)定有序的方向發(fā)展，結(jié)果與企業(yè)的安全生產(chǎn)

圖3 安全管理生態(tài)系統(tǒng)累計信息熵變趨勢殘差

5 結(jié) 論

(1)由生態(tài)系統(tǒng)理論啟發(fā)，提出了非煤礦山安全管理生態(tài)系統(tǒng)的概念，并建立了非煤礦山安全管理生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，基于耗散結(jié)構(gòu)基本理論，分析非煤礦山安全管理生態(tài)系統(tǒng)中的熵變機理，得出系統(tǒng)的3個狀態(tài)：有序狀態(tài)、無序狀態(tài)和臨界狀態(tài)。

(2)通過熵權(quán)法賦權(quán)模型獲得的評價結(jié)果相對合理,為有關(guān)部門的監(jiān)測和有針對性的治理提供了重要依據(jù)。

(3)以陜西省某礦山2007—2016年評價指標(biāo)評分為基礎(chǔ)，并計算出了系統(tǒng)歷年的總熵值，對結(jié)果進行可視化分析，結(jié)果與企業(yè)安全管理實際情況相符合。

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