基于灰色關(guān)聯(lián)分析的露天礦風(fēng)險(xiǎn)耦合機(jī)理模型研究

孟愛國

（呼倫貝爾學(xué)院 內(nèi)蒙古東部煤礦安全培訓(xùn)中心，內(nèi)蒙古 海拉爾 021008）

當(dāng)前在露天礦現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)管理與控制中，比較大的、明顯的風(fēng)險(xiǎn)容易被發(fā)現(xiàn)并有效控制，而對(duì)于生產(chǎn)當(dāng)中微弱、不明顯的風(fēng)險(xiǎn)則不易被發(fā)現(xiàn)和控制，在現(xiàn)場(chǎng)這種情況為無痕風(fēng)險(xiǎn)[1-2]。許多建模綜合評(píng)價(jià)露天礦安全狀況等級(jí)結(jié)果都在0.75到0.85之間，而另外這0.25與0.15差距其實(shí)就是存在于生產(chǎn)當(dāng)中微弱、不明顯的不易控制的風(fēng)險(xiǎn)[3-4]。事故數(shù)據(jù)樣本分析表明，這些生產(chǎn)當(dāng)中微弱、不明顯的風(fēng)險(xiǎn)相互作用經(jīng)常成為誘發(fā)露天礦事故的主流。露天礦作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)是一特殊的工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)地，其開采的生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)境、條件參數(shù)、還有設(shè)備狀態(tài)是經(jīng)常變化的，存在著偏離正常的或預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)變化趨勢(shì)。根據(jù)威格里斯沃思的擾動(dòng)起源事故理論，稱這種變化為“擾動(dòng)”。在生產(chǎn)過程中，當(dāng)“擾動(dòng)”出現(xiàn)時(shí)，往往會(huì)呈現(xiàn)某種形式的信息，向人們發(fā)出警告。各種各樣的信息不斷地作用于操作者的感官，給操作者以“刺激”，操作者如果錯(cuò)誤或不恰當(dāng)?shù)匦袨轫憫?yīng)了一個(gè)刺激，就有可能誘導(dǎo)出現(xiàn)事故[5]。通過實(shí)際事故通報(bào)誘發(fā)過程分析，可以將露天礦事故看作由事件鏈中的“擾動(dòng)”開始，以誘導(dǎo)行為產(chǎn)生傷害或損害為結(jié)束的相互影響相互作用的過程。風(fēng)險(xiǎn)耦合是指在多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)相遇過程中不同風(fēng)險(xiǎn)因素之間的相互影響和相互作用，最后引發(fā)突發(fā)事件或?qū)е赂訃?yán)重事件的現(xiàn)象[6]。當(dāng)前的安全管理系統(tǒng)存在滯后性，而露天礦生產(chǎn)系統(tǒng)本身是時(shí)變系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、條件參數(shù)或設(shè)備狀態(tài)是隨時(shí)間變化的。那些微弱、不明顯的風(fēng)險(xiǎn)因素在動(dòng)態(tài)生產(chǎn)系統(tǒng)參數(shù)變化過程又會(huì)不斷堆積、經(jīng)常是以產(chǎn)生一連串的障礙、缺陷等的擾動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)因素源形式出現(xiàn)，如果與人不安全行為或失誤行為風(fēng)險(xiǎn)因素耦合極有可能產(chǎn)生事故，這說明形成的擾動(dòng)與人的行為存在著交互耦合關(guān)系。

1 2種風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)評(píng)價(jià)因素體系的構(gòu)建

在對(duì)內(nèi)蒙古東部某超大型露天煤礦2010—2013年108例事故通報(bào)分析后梳理出事故過程：作業(yè)流動(dòng)中局部現(xiàn)場(chǎng)首先出現(xiàn)的是擾動(dòng)源然后遇到或誘導(dǎo)作業(yè)人員產(chǎn)生誤動(dòng)、盲動(dòng)或違章行為最后耦合誘發(fā)成事故，或作業(yè)人員的“暈輪”行為首先制造出擾動(dòng)源然后遇到或誘導(dǎo)誤動(dòng)、盲動(dòng)或違章行為最后耦合突發(fā)事故，這種發(fā)生模式是當(dāng)前露天礦事故發(fā)生的主流。這樣就可以得出露天礦事故發(fā)生的機(jī)理模式，即現(xiàn)場(chǎng)2種偶發(fā)風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)因素相遇耦合后能夠增強(qiáng)突破閾值而爆發(fā)事故。這2種風(fēng)險(xiǎn)因素系統(tǒng)具體區(qū)分一個(gè)是作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)流動(dòng)中偶發(fā)的擾動(dòng)源系統(tǒng)，另一個(gè)是由擾動(dòng)源誘導(dǎo)出的作業(yè)人員違章或誤動(dòng)行為系統(tǒng)。從能量角度看，風(fēng)險(xiǎn)耦合使意外蓄積的能量增加達(dá)到事故突破的臨界值，最終釋放會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生產(chǎn)生破壞。露天礦現(xiàn)場(chǎng)存在擾動(dòng)-誘導(dǎo)失誤風(fēng)險(xiǎn)耦合事故模型如圖1。

圖1 擾動(dòng)-誘導(dǎo)失誤風(fēng)險(xiǎn)耦合事故模型

1.1 生產(chǎn)擾動(dòng)源

產(chǎn)生的擾動(dòng)源是現(xiàn)場(chǎng)局部生產(chǎn)要素短時(shí)間內(nèi)達(dá)不到的安全標(biāo)準(zhǔn)、是對(duì)危險(xiǎn)源的進(jìn)一步具體細(xì)化、動(dòng)態(tài)化的體現(xiàn)。這108起事故類型主要集中在作業(yè)設(shè)備自身搗缸、著火、爆胎、異動(dòng)、電纜放炮；作業(yè)設(shè)備之間的擦撞、追尾、碾壓；工作裝置的斷、裂、變形；作業(yè)場(chǎng)的積雪滑動(dòng)、片幫、托底、掉廢井等；作業(yè)設(shè)備的傾覆、倒塌等。對(duì)108例事故通報(bào)提供的直接原因作進(jìn)一步劃分典型的擾動(dòng)源系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)因素：現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行方式短時(shí)改變；作業(yè)空間受限；極端天氣影響；工具工藝設(shè)備缺陷；新作業(yè)場(chǎng)地有障礙；物料處理復(fù)雜；進(jìn)入疲勞期；操作失誤引發(fā)設(shè)備異常。

由于人的認(rèn)知能力從來都是有限的，加上企業(yè)制度管理的滯后，所以很難形成理想的人的組織行為，那么有關(guān)作業(yè)人員在一定的擾動(dòng)條件下會(huì)被誘導(dǎo)出認(rèn)知能力的差錯(cuò)。從108例事故通報(bào)數(shù)據(jù)里進(jìn)一步梳理出責(zé)任人的典型的行為失誤或明顯違章風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)因素：因信息歪曲和遺漏失誤；因遺忘和記憶錯(cuò)誤失誤；因選擇和操作失誤；因疲勞狀態(tài)下失誤；因應(yīng)激過渡操作。這些失誤行為主要發(fā)生在誤動(dòng)、盲動(dòng)和習(xí)慣行為上。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)擾動(dòng)源

現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)擾動(dòng)源可能是一種也可能是多種類型因素呈現(xiàn)，同時(shí)被誘導(dǎo)出的行為也可能是一種或多種響應(yīng)。這些擾動(dòng)、誘導(dǎo)行為一般發(fā)生在生產(chǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡上、作業(yè)流程上、運(yùn)行設(shè)備上和作業(yè)場(chǎng)環(huán)境中，擾動(dòng)不一定是所謂的現(xiàn)場(chǎng)不安全狀態(tài)，多數(shù)是生產(chǎn)要素轉(zhuǎn)換流動(dòng)中出現(xiàn)的不同程度的異常狀態(tài)，如果經(jīng)后續(xù)與人的失誤、違章行為相遇耦合則會(huì)生成加速、加重、轉(zhuǎn)化成事故；擾動(dòng)源屬于現(xiàn)場(chǎng)偶發(fā)異常、重復(fù)率低,是一種反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況的小概率事件，如果不與人的行為失誤相遇不會(huì)產(chǎn)生事故，會(huì)自動(dòng)回復(fù)正?；蛟谌斯じ深A(yù)下回復(fù)正常。人的誤動(dòng)如果不與擾動(dòng)相遇就是違章而不會(huì)觸發(fā)事故。通過構(gòu)建評(píng)價(jià)二者耦合度的指標(biāo)體系,運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析的基本思想,提出測(cè)度二者耦合度的模型，通過計(jì)算模型的耦合度證明這種露天礦事故模型的存在，從而揭示露天礦小概率事件誘導(dǎo)事故的機(jī)理，為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全管理建立一種有效的預(yù)防事故發(fā)生的模式，也為量化分析事故找到一種方法。

2 灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)與耦合度計(jì)算

2.1 極差標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理

關(guān)聯(lián)系數(shù)是計(jì)算耦合度的基礎(chǔ),誘導(dǎo)行為系統(tǒng)與擾動(dòng)源系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算模型如式（1）。樣本可分為2類:截面數(shù)據(jù)樣本,用來分析變量間的空間作用關(guān)系；時(shí)間序列樣本,用來分析變量間的時(shí)序變化規(guī)律[7-9]。根據(jù)數(shù)據(jù)的可獲得性和便捷性,取空間變量,即礦山現(xiàn)場(chǎng)同一時(shí)期的數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向分析。式（1）的全部指標(biāo)是在利用極差標(biāo)準(zhǔn)化的方法對(duì)原始數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果。同一時(shí)期系統(tǒng)樣本數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后利用式（1）計(jì)算結(jié)果得出關(guān)聯(lián)數(shù)矩陣。

式中:ξij（t）為t時(shí)期誘導(dǎo)行為的關(guān)聯(lián)系數(shù)；為擾動(dòng)源系統(tǒng)Y第i個(gè)指標(biāo)；擾動(dòng)源系統(tǒng) X 第j個(gè)指標(biāo)；ρ為分辨系數(shù)，取 0.5；i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)擾動(dòng)與誘導(dǎo)行為的耦合度模型

式中：m、n分別為誘導(dǎo)行為系統(tǒng)與擾動(dòng)源系統(tǒng)因素的指標(biāo)數(shù)；C（t）為同一時(shí)期的耦合度。

C（t）值越大，耦合性越強(qiáng)；當(dāng) 0＜C（t）≤0.35 時(shí)，兩系統(tǒng)指標(biāo)作用弱；當(dāng) 0.35＜C（t）≤0.65時(shí)，兩系統(tǒng)指標(biāo)耦合作用中等；當(dāng) 0.65＜C（t）≤0.85時(shí)，兩系統(tǒng)指標(biāo)耦合作用較強(qiáng)；當(dāng)0.85＜C（t）≤1時(shí)，兩系統(tǒng)指標(biāo)耦合作用極強(qiáng)。

2.3 實(shí)例計(jì)算

將內(nèi)蒙古東部某露天煤礦2010—2013年108起事故通報(bào)提供的直接誘發(fā)因素按照現(xiàn)場(chǎng)擾動(dòng)系統(tǒng)因素與誘導(dǎo)出人的行為系統(tǒng)因素分類梳理情況（表1）。2013年2種系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)因素關(guān)聯(lián)數(shù)矩陣見表2。根據(jù)表1樣本數(shù)據(jù)計(jì)算模型，得出2013年現(xiàn)場(chǎng)擾動(dòng)與誘導(dǎo)行為的耦合度。

C（2013）＝0.70，同理可得 C（2010）＝0.69、C（2011）＝0.77、C（2012）＝0.68。

表1 2010—2013年108起事故直接擾動(dòng)因素和擾動(dòng)誘導(dǎo)行為失誤因素表 頻次

表2 2013年2種系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)因素關(guān)聯(lián)數(shù)矩陣

2.4 結(jié)果分析

1）通過計(jì)算，這4年的風(fēng)險(xiǎn)誘發(fā)因素構(gòu)成的耦合結(jié)果都在0.6

2）認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為“外界信號(hào)刺激-感覺過濾-記憶判斷-反應(yīng)行為”構(gòu)成了人體的信息加工行為系統(tǒng)。人要產(chǎn)生行為，必須通過外界投射的信號(hào)與記憶中的已存的信息概念匹配來支配人的行為選擇，這就形成外界信號(hào)與人的行為耦合模式。所謂不安全行為或誤動(dòng)就是基于當(dāng)前的擾動(dòng)信息輸入要么被直接過濾掉、要么輸入后與原有記憶不能匹配沒有被辨別出來而產(chǎn)生的誤動(dòng)、盲動(dòng)甚至習(xí)慣行為[10]。標(biāo)準(zhǔn)制定是普遍的、集體的，但是出事故往往是偶發(fā)的、個(gè)人的。所以班組長在班前風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí)應(yīng)該有在總的安全標(biāo)準(zhǔn)下針對(duì)具體行為人、設(shè)備與作業(yè)環(huán)境條件的癥候群一段時(shí)間內(nèi)制定專門的“私人定制”安全措施，足以對(duì)擾動(dòng)正確響應(yīng)，這是貫徹安全文化的具體行動(dòng)，也是降低事故發(fā)生的措施之一。

3）按照露天礦安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控標(biāo)準(zhǔn)化管理體系，發(fā)生在擾動(dòng)是一小概率事件。由于露天礦作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的特殊性，這一小概率事件往往會(huì)誘導(dǎo)小概率事故，有時(shí)會(huì)很嚴(yán)重?；诨疑P(guān)聯(lián)度分析這種事故發(fā)生的機(jī)理模型，顯示出危險(xiǎn)釋放時(shí)發(fā)生各種因素的耦合過程，是對(duì)軌跡交叉論的進(jìn)一步闡述。模型還揭示要消除這種交叉事故最好提高人的安全教育。

3 結(jié)語

通過對(duì)某露天煤礦108例事故通報(bào)的誘發(fā)過程分析，歸納出誘發(fā)事故的擾動(dòng)體系和被誘導(dǎo)出人的行為體系的2大系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的擾動(dòng)與被誘導(dǎo)出人的行為存在著交互耦合關(guān)系，這種耦合一旦形成極易激活生產(chǎn)事故。進(jìn)一步將事故中的直接誘發(fā)因素梳理構(gòu)建了評(píng)價(jià)二者耦合度的指標(biāo)體系，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析的基本思想，提出了測(cè)度二者風(fēng)險(xiǎn)耦合度的模型并計(jì)算出耦合度。計(jì)算結(jié)果顯示：現(xiàn)場(chǎng)的擾動(dòng)與被誘導(dǎo)出人的錯(cuò)誤行為耦合關(guān)系是緊密關(guān)聯(lián)的，該模型也進(jìn)一步揭示露天礦事故的機(jī)理。加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化管理或強(qiáng)化人的主動(dòng)安全認(rèn)知能力是避免露天礦生產(chǎn)事故的重要途徑。