李芳瑋

(應(yīng)急管理部信息研究院，北京市朝陽區(qū)，100029)

1 水害事故基本情況

近年來，我國煤礦安全工作取得顯著成效，全國煤礦事故起數(shù)、百萬噸死亡率和重特大事故起數(shù)呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，生產(chǎn)安全水平實現(xiàn)由事故多發(fā)、傷亡慘重向持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)的歷史性跨越。但總的來說，我國煤炭生產(chǎn)安全事故仍然時有發(fā)生，特別是近3年來水害事故呈現(xiàn)抬頭趨勢，煤礦安全生產(chǎn)形勢不容樂觀[1]。根據(jù)國家礦山安全監(jiān)察局官方網(wǎng)站以及煤礦安全網(wǎng)公布的數(shù)據(jù)資料，近3年煤礦共發(fā)生水害事故15起，死亡85人，發(fā)生涉險事故12起，特別是2021年發(fā)生的煤礦重大事故都是水害事故。為深入研究透水事故發(fā)生的共性原因，有效遏制煤礦透水事故發(fā)生，以湖南省衡陽市源江山煤礦透水事故為例，運用功能共振(FRAM)分析，從技術(shù)和管理兩個角度研究煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)功能之間的相互作用和耦合關(guān)系，解釋復(fù)雜煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中的事故發(fā)生機理，研究避免失效功能鏈接的屏障措施，為預(yù)防同類事故發(fā)生提供依據(jù)和借鑒。

2020年11月29日，湖南省衡陽市源江山煤礦發(fā)生重大透水事故，造成13人死亡，直接經(jīng)濟損失3 484.03萬元。事故調(diào)查報告顯示，事故直接原因是該礦非法組織開采，隱瞞超深越界行為，在-500 m水平老空水淹區(qū)域下，采用上山巷道式開采急傾斜煤層，沒有按探測報告要求對“異常區(qū)”進行探放水，作業(yè)人員僥幸頂水作業(yè)，在礦壓和上部水壓共同作用下發(fā)生抽冒，導(dǎo)通導(dǎo)子二礦采空區(qū)積水，同時出現(xiàn)透水征兆后未及時組織撤人，老空積水迅速潰入該礦-500 m水平，致使該水平井巷全部被淹，造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。

2 功能共振分析(FRAM)方法概述

在安全科學(xué)發(fā)展的過程中，事故致因模型對事故原因的分析起到重要的作用，傳統(tǒng)的事故致因模型大都基于事故統(tǒng)計分析，應(yīng)用于線性分析比較有優(yōu)勢，但對于復(fù)雜社會-技術(shù)系統(tǒng)中事故原因之間的耦合關(guān)系分析則有明顯的不足，無法對事故進行全面分析[2]，而系統(tǒng)模型從功能角度出發(fā)，不限于結(jié)構(gòu)、事件和場景，正好能夠解決復(fù)雜的系統(tǒng)及系統(tǒng)中各元素的相互耦合等問題。針對簡單線性及復(fù)雜線性事故致因理論無法解決的系統(tǒng)問題， HOLLNAGELE在2012年提出一種基于系統(tǒng)安全的非線性事故致因模型——功能共振分析方法(Function Resonance Analysis Method，以下簡稱FRAM)[2]，分析系統(tǒng)的主要功能，從系統(tǒng)功能正常運行的全新角度，分析功能薄弱環(huán)節(jié)，查找功能失效的原因，深化對導(dǎo)致事故的原理和機制的認識，構(gòu)建屏障措施，對系統(tǒng)中同類事故進行預(yù)測與控制，避免同類事故重復(fù)發(fā)生。近十年，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對此方法進行了研究和探索，將此方法應(yīng)用于事故分析中，從系統(tǒng)功能變化的角度分析事故，填補了傳統(tǒng)理論的不足。FRAM來源于物理系統(tǒng)中的共振現(xiàn)象，通過識別系統(tǒng)正常運行的基本功能，分析功能的6個單元要素，構(gòu)建功能網(wǎng)絡(luò)圖，建立各要素之間的聯(lián)系，研究各功能之間的相互關(guān)系，綜合考慮組織、技術(shù)和人員三要素的行為變化，從來源、時間和精確度輸出變化來分析功能的耦合變化及產(chǎn)生功能共振的因素，找出各個功能之間的失效鏈接，分析事故的原因[3]。

利用FRAM模型對事故進行分析主要包括以下4個步驟。

(1)識別系統(tǒng)功能，并通過輸入(I)、輸出(O)、控制(C)、前提(P)、時間(T)和資源(R)等6個功能要素來描述系統(tǒng)構(gòu)成。

(2)通過分析行為變化的特征，識別功能輸出的變化，研究功能性能變化的來源，了解行為變化的時間和精度表述。

(3)研究變化的聚合，確定功能共振。在分析出功能模塊的變化特征后，進一步研究自身變化與功能上下游耦合變化，將存在潛在變化的功能要素互相鏈接，進行一致性檢驗后構(gòu)建系統(tǒng)功能網(wǎng)絡(luò)圖。

(4)分析結(jié)果并建立屏障措施。屏障措施可以從消除功能變化的產(chǎn)生到預(yù)防變化的聚合來阻止事故的發(fā)生或減輕事故后果。

FRAM模型的原理和步驟在一些相關(guān)文獻中都有詳細的描述[4-8]，功能共振分析方法在航空航天領(lǐng)域和道路交通領(lǐng)域應(yīng)用較多，主要是分析事故和風險隱患，但在煤礦領(lǐng)域應(yīng)用較少。本文應(yīng)用功能共振分析方法，結(jié)合源江山煤礦重大透水事故案例進行研究。針對煤礦水害事故的特殊性，結(jié)合事故調(diào)查報告，從技術(shù)和管理兩個角度進行功能共振分析，探索功能共振分析在煤礦安全及事故調(diào)查研究領(lǐng)域的適用性，為FRAM的應(yīng)用和發(fā)展做出一點貢獻。

3 從技術(shù)角度進行功能共振分析

3.1 識別系統(tǒng)基本功能

通過分析事故調(diào)查報告，針對水害事故結(jié)合《煤礦防治水細則》和《煤礦安全規(guī)程》對生產(chǎn)系統(tǒng)進行研究，了解該社會-技術(shù)系統(tǒng)中的事件和隨時間發(fā)展的正常生產(chǎn)活動系統(tǒng)S1。構(gòu)成S1系統(tǒng)的基本功能包括：下達生產(chǎn)任務(wù)(F1)、檢查生產(chǎn)設(shè)備(F2)、探放水(F3)、掘進巷道(F4)、開采煤炭(F5)、運輸煤炭(F6)。針對每個環(huán)節(jié)的工藝技術(shù)流程，分析其6個功能要素，利用FMV軟件識別功能模塊之間的關(guān)系，繪制功能網(wǎng)絡(luò)圖，建立功能共振模型，如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)系統(tǒng)S1功能模型

3.2 識別耦合變化，確定功能共振

為了從技術(shù)上對煤礦水害事故進行功能共振分析，本文以源江山煤礦透水事故為例，采用功能共振模型對于系統(tǒng)中各項功能的實際功能類型、功能發(fā)生變化的內(nèi)外部來源、精確度相關(guān)輸出變化、時機相關(guān)輸出變化等4項指標進行綜合評估，得出事故系統(tǒng)中功能輸出的變化性，為更具體表現(xiàn)功能發(fā)生的實際變化，對于精確度及時機變化指標采用更詳細的敘述，參考事故調(diào)查報告內(nèi)容對事故中實際發(fā)生的變化進行提煉總結(jié)。源江山煤礦事故的功能輸出變化見表1。

表1 源江山煤礦事故S1系統(tǒng)功能輸出變化

根據(jù)表1對系統(tǒng)功能共振圖中的失效鏈接進行標注，分析功能間的失效鏈接以及功能共振可能的情況。源江山煤礦事故S1系統(tǒng)失效功能鏈接見表2。

由表2可以看出，有6個環(huán)節(jié)存在功能共振，F(xiàn)1對F5的輸出存在非法組織生產(chǎn)行為，F(xiàn)2對F1又沒有很好地反饋，同時，該礦未嚴格執(zhí)行“三專兩探一撤”措施，導(dǎo)致F3的輸出對掘進和采煤均失效，導(dǎo)致的失效鏈接就是事故發(fā)生的主要原因。通過事故調(diào)查報告發(fā)現(xiàn)非法組織生產(chǎn)、未嚴格執(zhí)行探放水措施、安全管理混亂、發(fā)現(xiàn)征兆后未及時撤出作業(yè)人員等是導(dǎo)致事故發(fā)生的主要原因；同時不同環(huán)節(jié)的違法行為、政府監(jiān)管缺失等共同作用導(dǎo)致事故發(fā)生。不過從技術(shù)角度分析尚不夠全面，從管理角度再進行功能共振分析，可以使事故分析更加全面和準確。

表2 源江山煤礦事故S1系統(tǒng)失效功能鏈接

4 從管理角度進行功能共振分析

4.1 識別系統(tǒng)基本功能

從事故的生產(chǎn)安全責任角度出發(fā)，依據(jù)《安全生產(chǎn)法》，得到生產(chǎn)系統(tǒng)正常運行所需基本功能要素并辨識其功能[9-10]，建立正常生產(chǎn)活動系統(tǒng)S2。構(gòu)成S2系統(tǒng)的基本功能包括：煤礦企業(yè)(F21)，設(shè)備、工藝(F22)，委托機構(gòu)(F23)，安全監(jiān)管機構(gòu)及監(jiān)察人員(F24)，施工作業(yè)人員(F25)，安全監(jiān)管部門(F26)，法規(guī)、標準(F27)。 生產(chǎn)系統(tǒng)S2功能模型如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)系統(tǒng)S2功能模型

4.2 識別耦合變化，確定功能共振

根據(jù)事故調(diào)查報告，繪制功能輸出變化分析表，見表3。綜合變化類型、變化可能來源、精確度相關(guān)輸出變化、時機相關(guān)輸出變化對行業(yè)系統(tǒng)功能輸出變化進行綜合評估，確定事故中變化較大、對事故影響較大的功能失效共振。源江山煤礦事故S2系統(tǒng)失效功能鏈接見表4。

表3 源江山煤礦事故S2系統(tǒng)功能輸出變化

表4 源江山煤礦事故S2系統(tǒng)失效功能鏈接

圖2和表4可以從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度體現(xiàn)上、下游功能之間的耦合關(guān)系，一項功能若在事故中表現(xiàn)出較大變化，則認為在生產(chǎn)系統(tǒng)正常運行中功能出現(xiàn)問題，導(dǎo)致事故發(fā)生。F21“煤炭企業(yè)”超層越界、非法組織開采，其輸出導(dǎo)致F22、F24、F25都發(fā)生失效，這說明煤礦企業(yè)對于生產(chǎn)工藝、設(shè)備、企業(yè)內(nèi)部安全監(jiān)管和從業(yè)人員施工作業(yè)都出現(xiàn)較大問題。F23“委托機構(gòu)”和F24“安全監(jiān)管機構(gòu)及監(jiān)察人員”的失職也導(dǎo)致相關(guān)功能失效。F26“安全監(jiān)管部門”發(fā)生失效較多，反映出安全監(jiān)管部門在日常生產(chǎn)監(jiān)督檢查中對企業(yè)違法行為沒有有效管控，對第三方機構(gòu)監(jiān)管不嚴，在此次事故中輸出鏈接對事故產(chǎn)生巨大影響。

5 制定屏障措施

從技術(shù)和管理兩個角度，識別系統(tǒng)功能并評估各功能的耦合變化，設(shè)置屏障措施來防止功能失效，降低事故發(fā)生的可能性。

我國煤炭賦存特點決定了煤礦生產(chǎn)條件比較復(fù)雜，煤炭企業(yè)作為責任主體，是管理環(huán)節(jié)的源頭，要嚴格依法組織生產(chǎn)，這是生產(chǎn)系統(tǒng)安全運行的前提。要加大對中介機構(gòu)的監(jiān)管力度，很多第三方機構(gòu)對于生產(chǎn)現(xiàn)場的評估檢測敷衍了事，甚至出具虛假報告，導(dǎo)致現(xiàn)場施工情況不明或者違法施工。而煤礦行業(yè)正因為其高危險性，才更應(yīng)重視安全檢查的過程和結(jié)果，加大檢查的力度，因此提高安全檢查人員的職業(yè)道德素養(yǎng)尤為重要。除此之外，還需有政策驅(qū)動，使檢查人員對其檢查結(jié)果負責并進行追蹤。從安全監(jiān)管的角度來看，企業(yè)監(jiān)管部門和政府監(jiān)管機構(gòu)都要充分發(fā)揮作用，落實明察暗訪等專項檢查措施，堅決制止超深越界，嚴格監(jiān)管執(zhí)法，增加企業(yè)違法成本，可有效控制功能失效鏈接。從技術(shù)角度來講，嚴格遵守《安全生產(chǎn)法》《煤礦安全規(guī)程》《煤礦防治水細則》等各項法律法規(guī)和規(guī)章制度，按規(guī)定設(shè)置防治水機構(gòu)、配備專業(yè)技術(shù)人員和專用探放水設(shè)備，按照地質(zhì)勘探和探放水有關(guān)要求，嚴格執(zhí)行“三專兩探一撤”措施，也可有效屏障失效鏈接。

6 結(jié)語

煤礦水害事故原因錯綜復(fù)雜，通過運用功能共振分析方法，可有效對復(fù)雜系統(tǒng)事故原因進行分析。從技術(shù)和管理兩個角度分別構(gòu)建FRAM模型，可以更好地分析影響生產(chǎn)系統(tǒng)正常運行的因素。研究表明，F(xiàn)RAM模型與煤礦透水事故分析契合度較高，分析失效鏈接可以很好地解釋上下游功能之間的耦合關(guān)系，體現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中動態(tài)性和非線性特征。通過分析影響系統(tǒng)正常運行的失效鏈接，有針對性地制定屏障措施，可以有效避免生產(chǎn)系統(tǒng)功能失效共振導(dǎo)致事故發(fā)生，對控制煤礦水害事故具有一定的理論和現(xiàn)實意義。