基于扎根理論的瓦斯爆炸風(fēng)險累積效應(yīng)研究*

成連華，左敏昊

(1.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)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(jīng)濟發(fā)展息息相關(guān)，但伴隨著煤炭開采向深部轉(zhuǎn)移，煤礦瓦斯爆炸風(fēng)險威脅著煤炭行業(yè)的安全健康發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)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(fēng)險嚴重威脅工人生命安全。因此，研究瓦斯爆炸風(fēng)險產(chǎn)生過程對預(yù)防瓦斯爆炸事故發(fā)生、促進煤炭行業(yè)安全發(fā)展具有重要意義。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者圍繞瓦斯爆炸風(fēng)險展開了大量研究。Weerheijm等[1]結(jié)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(guān)風(fēng)險和后果；文獻[2-3]基于改進層次分析法、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等方法，評估了煤礦瓦斯爆炸風(fēng)險大?。籘ong等[4]運用概率風(fēng)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(fēng)險；文獻[5-6]基于IAHP方法、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法分析了瓦斯爆炸事故風(fēng)險中的關(guān)鍵風(fēng)險單元；謝國民等[7]圍繞瓦斯爆炸風(fēng)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(jié)合建立了瓦斯爆炸風(fēng)險評價模型；孫光裕等[9]構(gòu)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(fēng)險耦合機理，構(gòu)建了瓦斯爆炸事故風(fēng)險耦合層次網(wǎng)絡(luò)模型。綜上，學(xué)者們圍繞瓦斯爆炸風(fēng)險因素的識別、評價及耦合進行了相關(guān)研究，但對瓦斯爆炸風(fēng)險產(chǎn)生的累積效應(yīng)尚關(guān)注不足，風(fēng)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(fēng)險累積發(fā)展角度研究風(fēng)險產(chǎn)生的累積效應(yīng)，揭示瓦斯爆炸事故的風(fēng)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(yè)的事故預(yù)防和風(fēng)險管控具有重要意義。

1 風(fēng)險累積過程及分析框架

1.1 風(fēng)險累積過程

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

風(fēng)險累積效應(yīng)由系統(tǒng)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(fēng)險累積過程。在擾動累積過程中，系統(tǒng)的正常活動，主要依靠系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力和外界管理手段干預(yù)，以減少活動對系統(tǒng)的影響，使系統(tǒng)部分能力恢復(fù)繼續(xù)運行。當2次連續(xù)擾動的時間(空間)間隔小于受影響的系統(tǒng)恢復(fù)所需的時間(空間)，則產(chǎn)生風(fēng)險累積。風(fēng)險累積產(chǎn)生的影響會反饋給風(fēng)險累積源和管理過程，影響整個風(fēng)險累積進程。風(fēng)險累積過程如圖1所示。

圖1 風(fēng)險累積過程Fig.1 Risk accumulation process

1.2 風(fēng)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(tài)環(huán)境的累積影響；孫金玉等[18]從累積源、累積途徑、累積結(jié)果角度分析活動對煤礦區(qū)生態(tài)累積效應(yīng)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(fēng)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(fēng)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(jù)編碼結(jié)果探索風(fēng)險累積方式，分析風(fēng)險累積源對整個系統(tǒng)產(chǎn)生的累積影響。

圖2 風(fēng)險累積分析框架Fig.2 Risk accumulation analysis framework

2 瓦斯爆炸風(fēng)險累積分析

2.1 瓦斯爆炸風(fēng)險累積源分析

累積源是指產(chǎn)生累積影響的單獨的或多個性質(zhì)相似或不同活動，各種活動是產(chǎn)生環(huán)境累積影響的主要根源。依據(jù)煤礦系統(tǒng)主要存在的作業(yè)活動，將可能產(chǎn)生風(fēng)險的活動主體分為人、物、環(huán)境及管理?；顒又黧w產(chǎn)生的風(fēng)險作為整個系統(tǒng)風(fēng)險累積過程的源頭，影響整個風(fēng)險累積過程。依據(jù)博德事故因果連鎖理論[19]，將瓦斯爆炸風(fēng)險累積源分為人、物、環(huán)類與管理類，并得到2類累積源間的關(guān)系：管理類風(fēng)險累積源間接影響事故發(fā)生，人、物、環(huán)類風(fēng)險累積源直接影響事故發(fā)生，如圖3所示。該關(guān)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(yōu)先于人、物、環(huán)累積過程。

圖3 風(fēng)險累積源關(guān)系分析Fig.3 Analysis of the relationship between risk accumulation sources

2.2 瓦斯爆炸風(fēng)險累積途徑分析

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

2.3 基于扎根理論的瓦斯爆炸風(fēng)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(fēng)險累積過程，以清晰表示風(fēng)險產(chǎn)生的累積效應(yīng)，但編碼結(jié)果不同。

首先，通過開放式編碼，本文基于2009—2019年期間發(fā)布的60份較大以上瓦斯爆炸事故調(diào)查報告提取瓦斯爆炸風(fēng)險因素。其次，從瓦斯爆炸風(fēng)險可能產(chǎn)生的累積結(jié)果角度出發(fā)，通過主軸編碼和選擇性編碼，研究風(fēng)險的累積過程，依次形成主累積結(jié)果和核心累積結(jié)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(nèi)容進行抽象化命名，在反復(fù)比較的基礎(chǔ)上，形成管理風(fēng)險因素29個、人的風(fēng)險因素16個、物的風(fēng)險因素18個、環(huán)境風(fēng)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(jù)累積源兩者間的關(guān)系，依次對管理風(fēng)險和人、物、環(huán)風(fēng)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(fēng)險依次進行2次編碼分析，得到3個主累積結(jié)果、41個核心累積結(jié)果。核心累積結(jié)果包括16個人的風(fēng)險、18個物的風(fēng)險、7個環(huán)境風(fēng)險。為清晰表示整個瓦斯爆炸風(fēng)險的累積過程，將16個人的風(fēng)險、18個物的風(fēng)險、7個環(huán)境風(fēng)險分別統(tǒng)稱為AA1人的風(fēng)險、AA2物的風(fēng)險、AA3環(huán)境風(fēng)險。編碼過程見表2～3。其次，對41個人、物、環(huán)風(fēng)險依次進行2次編碼分析，得到5個主累積結(jié)果、2個核心累積結(jié)果。編碼過程見表4～5。

2.4 瓦斯爆炸風(fēng)險累積方式分析

累積效應(yīng)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(guān)系、擴大關(guān)系累積，多途徑以加和關(guān)系、協(xié)同關(guān)系累積[22]?；谠碚搶ν咚贡L(fēng)險累積過程進行分析發(fā)現(xiàn)，不同風(fēng)險發(fā)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(fēng)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(fēng)險在時間或空間維度累積結(jié)束后會使原本單一風(fēng)險引發(fā)多個新風(fēng)險產(chǎn)生，促使整個系統(tǒng)的風(fēng)險性成倍放大地累積過程。

29個管理風(fēng)險因素作為第1次累積過程的起始點，其中17個管理風(fēng)險因素發(fā)生加和累積過程，如a1違規(guī)處理超限瓦斯、a3違規(guī)轉(zhuǎn)移防爆破用品等；同時12個管理風(fēng)險因素發(fā)生放大累積過程，如a2違規(guī)組織生產(chǎn)、a8未編制補充安全技術(shù)措施等，見表2。對3個主累積結(jié)果分別都產(chǎn)生1個核心累積結(jié)果，即進一步發(fā)生加和累積過程，見表3。

表2 管理風(fēng)險主軸編碼過程及關(guān)系Table 2 Manage risk spindle coding process and relationships

表3 管理風(fēng)險選擇性編碼過程及關(guān)系Table 3 Manage risk selective coding process and relationships

表4 人、物、環(huán)風(fēng)險主軸編碼過程及關(guān)系Table 4 Human,machine and environment risk spindle coding process and relationships

41個人、物、環(huán)風(fēng)險因素作為第2次累積過程的起始點，都發(fā)生加和累積過程，見表4；對5個主累積結(jié)果分別都產(chǎn)生1個核心累積結(jié)果，說明繼續(xù)以加和累積方式進行，見表5。

表5 人、物、環(huán)風(fēng)險選擇性編碼過程及關(guān)系Table 5 Human,machine and environment risk selective coding process and relationship

2.5 瓦斯爆炸風(fēng)險累積影響分析

累積影響的結(jié)果是指活動對系統(tǒng)造成的累積效應(yīng)。根據(jù)風(fēng)險累積影響的特征，分為時間擁擠、時間滯后、協(xié)同效應(yīng)、間接效應(yīng)及觸發(fā)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(jié)構(gòu)、規(guī)范人的行為、保障物的運行為目標，是企業(yè)活動的主要組成部分。管理過程伴隨風(fēng)險產(chǎn)生，管理風(fēng)險對人、物、環(huán)境進行持續(xù)、重復(fù)擾動，使人、物、環(huán)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(tài)發(fā)展，人、物、環(huán)風(fēng)險逐漸顯現(xiàn)?；谝陨戏治觯玫?9個管理風(fēng)險在累積過程中共引發(fā)了41個人、物、環(huán)風(fēng)險。人、物、環(huán)風(fēng)險通過加和累積方式對煤礦系統(tǒng)進行持續(xù)和重復(fù)擾動，達到風(fēng)險閾值，使系統(tǒng)受該風(fēng)險影響轉(zhuǎn)變?yōu)槲ｋU狀態(tài)，系統(tǒng)功能下降，甚至人、物、環(huán)的初次活動產(chǎn)生二次效應(yīng)導(dǎo)致二次爆炸事故發(fā)生。

3 瓦斯爆炸風(fēng)險累積路徑分析

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

3.1 管理風(fēng)險累積路徑分析

圖4反映管理風(fēng)險累積路徑。該圖共包含35個節(jié)點，其中三級累積節(jié)點(ai)29個，如a1違規(guī)處理超限瓦斯、a2違規(guī)組織生產(chǎn)等；二級累積節(jié)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(jié)點(AAi)3個，如AA1人的風(fēng)險、AA2物的風(fēng)險、AA3環(huán)境風(fēng)險等，分別包含16個、18個、7個風(fēng)險因素。由圖4可得，以29個管理風(fēng)險作為累積源即三級累積節(jié)點，共產(chǎn)生29條加和累積路徑指向3個二級累積節(jié)點，如“a1違規(guī)處理超限瓦斯→A1操作能力下降”、“a2違規(guī)組織生產(chǎn)→A2與逆行能力下降”；二級累積節(jié)點共產(chǎn)生3條加和累積路徑指向3個一級累積節(jié)點，如“A1操作能力下降→AA1人的風(fēng)險”、“A2運行能力下降→AA2物的風(fēng)險”。3級節(jié)點連接形成完整的1條累積路徑，如“a1違規(guī)處理超限瓦斯→A1操作能力下降→AA1人的風(fēng)險”。在35個節(jié)點中，12個三級累積節(jié)點產(chǎn)生放大累積過程，如a2違規(guī)組織生產(chǎn)、a8未編制補充安全技術(shù)措施等，這些節(jié)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(fēng)險累積路徑Fig.4 Management risk accumulation path diagram

3.2 人、物、環(huán)風(fēng)險累積路徑分析

圖5反映人、物、環(huán)風(fēng)險累積路徑。該圖共包含48個節(jié)點，其中三級累積節(jié)點(bi)41個即16個人的風(fēng)險因素、18個機的風(fēng)險因素、7個環(huán)境風(fēng)險因素，如b1違規(guī)操作甲烷傳感器、b2未進行瓦斯?jié)舛葯z測等；二級累積節(jié)點(Bi)5個，如B1監(jiān)測系統(tǒng)失效、B2通風(fēng)系統(tǒng)失效等；一級累積節(jié)點(BBi)2個，如BB1瓦斯積聚、BB2火花產(chǎn)生等。由圖5可得，41個人、物、環(huán)風(fēng)險作為三級累積節(jié)點，共產(chǎn)生41條加和累積路徑指向5個二級累積節(jié)點，如“b1違規(guī)操作甲烷傳感器→B1監(jiān)測系統(tǒng)失效”、“b2未進行瓦斯?jié)舛葯z測→B3瓦斯局部積存”；二級累積節(jié)點共產(chǎn)生6條加和累積路徑指向2個一級累積節(jié)點，如“B1監(jiān)測系統(tǒng)失效→BB1瓦斯積聚”、“B2通風(fēng)系統(tǒng)失效→BB1瓦斯積聚”。3級節(jié)點連接形成完整的1條累積路徑，如“b1違規(guī)操作甲烷傳感器→B1監(jiān)測系統(tǒng)失效→BB1瓦斯積聚”。

圖5 人、物、環(huán)風(fēng)險累積路徑Fig.5 Path of accumulation of human-material-circle risk

4 結(jié)論

1)將累積效應(yīng)引入風(fēng)險因素致因分析中，對風(fēng)險累積概念進行界定，通過分析瓦斯爆炸事故風(fēng)險累積機理，揭示風(fēng)險累積作用是發(fā)生瓦斯爆炸事故的深層次原因，提出風(fēng)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(yè)進行風(fēng)險管控提供理論基礎(chǔ)。

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

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