煤矿的“安全熵”

摘要：本文从事故分析入手，提出了煤矿的“安全熵”的概念；论述了煤矿的“安全熵”的特点；提出了应对煤矿的“安全熵”的办法。对预防和遏制非常见类型的或非常见因素造成的生产安全事故的发生，具有积极的现实意义。

关键词：煤矿；安全熵；特点；办法

今年以来，我国发生了多起煤矿较大及发上事故，其中一些事故是“非常见类型”的或“非常见因素造成”的生产安全事故。这些“非常见”的安全生产事故有什么特点？遵循什么科学规律？值得思考和探讨。

一、问题的提出

2017年1月17日，中煤担水沟煤业有限公司发生顶板事故，造成10人死亡。该有限公司生产布局集中、接替顺序不合理、超能力生产、巷道压力明显增大时未采取有效措施，致使采动应力叠加诱发冲击地压是造成本次事故的直接原因。“冲击地压”在山西省采煤史上比较少见，在担水沟煤矿所在的宁武煤田的平朔、轩岗、岚县和朔南等四个矿区上百座煤矿的开采史上更是罕见。

2017年2月14日，娄底市涟源市祖保煤矿发生一起煤尘爆炸事故，造成9人死亡、3人受伤。该矿暗主斜井超挂矿车，串车提煤至上车场变坡点时，材料车下部碰头插销孔上部断裂，插销窜出，造成跑车；跑车过程中矿车内煤炭抛出，导致井筒中煤尘飞扬达到爆炸浓度；脱轨的矿车击中供电电缆，引起短路起火，导致煤尘爆炸。由机械事故引发运输事故，引发火灾事故，进而引发煤尘爆炸事故，也不多见。

2017年3月9日，黑龙江省龙煤集团双鸭山矿业公司东荣二矿发生坠罐事故，造成17人死亡。该矿副立井采用多绳磨擦轮绞车罐笼提升，没有安设防坠器，立井电缆着火后，钢丝绳断裂引发坠罐，是造成本次事故的直接原因。立井内电缆着火导致钢丝绳断裂，进而发生坠罐事故，也不多见。

仔细分析，上述三起事故是典型的由于煤矿的“安全熵”的增加由量变到质变最终导致严重后果的恶性事故。

二、煤矿的“安全熵”

（一）“熵”的概念

熵的概念最早起源于物理学，用于度量一个热力学系统微观粒子的无序程度。“熵”表示系统无序性的大小。“熵”的变化反映孤立系统自发过程的方向性。

（二）“安全熵”的概念

“安全熵”是指生产过程中孤立的生产作业场所由于环境条件变化和人类开采活动共同造成的混乱程度。

（三）煤矿的“安全熵”的概念

煤矿的“安全熵”是指煤炭生产过程中孤立的煤矿生产作业场所由于环境条件变化和人类开采活动所造成的混乱程度。

（四）熵增定律

热力学第二定律，又称“熵增定律”，表明虽然能量可以转化，但是无法100%的利用。对于孤立系统的某一过程，如果过程是可逆的，则熵不变；过程不可逆，熵增加。在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度，即“熵”，不会减小只会增加。

三、煤矿的“安全熵”的特点

（1）具有普遍性。煤炭开采破坏地壳内部原有的力学平衡状态，导致顶板冒落的趋势；必然破坏含水层，导致积水溃透的趋势；煤炭的挥发份和可燃颗粒，导致爆炸发生的趋势；煤炭的硫份暴露在空气中，导致自然发火的趋势；开采留下的采空区会演变成积水积气灾变区的趋势。煤矿“安全熵”的普遍性说明煤矿比其它矿山更具有危险性。

（2）具有地域性。世界煤炭资源分布很广；在地质年代中的三大成煤期，古生代、中生代和新生代分别距今约6亿年—约2.3亿年、约2.25亿年—约0.7亿年、约7000萬年—约1万年。成煤的辽阔地域，成煤的漫长时间，在煤炭开采之前已经决定开采环境的巨大差异。煤矿“安全熵”的地域性说明煤炭开采必须尊重大自然的客观规律。

（3）具有时代性。煤炭的开采技术水平不同，煤炭的回收率和残留率不同，煤矿的“安全熵”也会不同。比如，煤矿窄轨运输存在矿车“三条腿”着地的问题，是由于矿车车箱和轮对的刚性连接、轮对单边定位造成的。有人提出矿车加装减震装置的专利，可以降低矿车落道的风险，但由于成本过高，其专利推广难度很大。这也是煤炭开采普遍认知的“技术上可行，经济上合理”造成煤矿的“安全熵”增加的时代性的具体体现。也许再过几年，几十年，随着生产技术水平的提高，窄轨运输中矿车“三条腿”着地的问题才会得到解决。煤矿“安全熵”的时代性说明对煤矿事故的遏制受现阶段生产力水平的严重制约。

（4）具有主观性。煤矿的“安全熵”是因为开采活动的开始而产生，并随着开采活动的进行变得越来越严重。煤矿的“安全熵”必须由外部力量的介入才能得到控制，由人类付出更大的代价才能保障安全。煤矿的“安全熵”的主观性说明对煤矿事故的遏制人类投入的成本会越来越大。

（5）具有偶发性。“安全熵”有量变到质变的发展方向，任其自然发展，“熵增”到一定程度可能会演变为事故；稍加控制，有可能侥幸不会演变为事故；严格控制，完全不会演变为事故。煤矿瓦斯等级由瓦斯升级为高瓦斯，高瓦斯升级为煤与瓦斯突出；水文地质类型划分由简单变为中等，中等变为复杂，复杂变为极复杂，是人为技术划分的结果。实际上“安全熵”由量变到质变的时间节点最显著的特点就是安全事故尤其是死亡事故的发生。至于发生一般、较大、重大或者特别重大事故是“安全熵”的质变程度。“安全熵”的质变有一定的偶发性。瓦斯达到爆炸浓度并不一定会发生爆炸，尽管要求控制的瓦斯超限浓度远低于爆炸浓度，但依然有爆炸事故发生。

（6）具有叠加性。湖南省娄底市涟源市祖保煤矿“2·14”重大煤尘爆炸事故是串车运输的混乱程度和煤尘堆积的混乱程度的叠加，即典型的煤矿“安全熵”的疊加，并由“熵增”发生质变而引发的。

（7）具有惩罚性。接连报出的煤矿安全生产事故足以说明煤矿的“安全熵”，即开采区间的混乱程度，由于量变到质变造成对开采本身的惩罚。

四、应对煤矿的“安全熵”的办法

煤矿“安全熵”的普遍性要求对煤矿开采的安全必须引起足够的重视。相对于重视环境条件和人类开采活动的有序，重视煤矿的“安全熵”对于安全工作更重要。因为煤矿的“安全熵”及“熵增”才是导致事故发生的直接原因。

煤矿“安全熵”的地域性要求保障不同煤

矿开采的安全必须采取不同的措施。中煤担水沟煤业有限公司作为井工矿井，承受地压的“安全熵”是必然的，只不过该“安全熵”没有引起足够重视，还没有发生质变。致使采动应力叠加诱发冲击地压，并造成人员伤亡，是该“安全熵”发生了“熵增”并发生了质变。

煤矿“安全熵”的时代性要求煤矿开采的安全必须有科技创新进行支撑。矿车车箱和轮对剛性连接、轮对单边定位造成的“安全熵”的表象是矿车落道。控制该“安全熵”的新技术迟迟得不到应用，是因为该“安全熵”量变甚至质变造成的结果不那么严重或者不为人们所共同认知。但不能说该“安全熵”不存在或不会因“熵增”发生质变造成极为严重的后果。

煤矿“安全熵”的主观性要求提高开采者的素质和加大监管监察的力度。煤矿的“安全熵”由环境条件变化和人类开采活动两个因素决定的；而人类开采活动会直接引起环境条件变化，因此人类开采活动是造成煤矿的“安全熵”以及“熵增”的主观因素，也是最主要的因素。规范人类的开采活动，对于控制煤矿事故，即“安全熵”的“熵增”是极其重要的。

煤矿“安全熵”的偶发性、叠加性和惩罚性要求遏制煤矿事故要综合地分析、系统地治理。所有的煤炭开采行为都是不可逆的过程，煤矿的“安全熵”必然会增加。煤矿的“安全熵”的增加都有量变到质变最后发展为发生事故的严重后果的趋势。不要有低瓦斯矿井不会发生瓦斯爆炸事故的想法，发生瓦斯爆炸事故的往往是低瓦斯矿井；不要有缺水地区的煤矿不会发生透水事故的想法，发生透水事故的往往是缺水地区的煤矿。

人类在评价安全工作時，只评价所做的工作、所采取的措施是远远不够的，因为这只能说明在一段时间内对“熵增”进行了控制，而没有量化其控制的程度，即控制“熵增”的程度；也没有量化其控制的结果，即“安全熵”的量级。真正的安全程度只有“安全熵”的量级和控制“熵增”的程度才能反映出来。人类在评价安全工作时，只有引入“安全熵”量级的概念和控制“熵增”程度的概念，才能换了一个角度，大大降低遗漏某些不常见的不安全因素的风险，对于遏制煤矿非常见类型的或非常见因素造成的生产安全事故的发生，才能起到积极推动作用。

五、结语

本文从分析今年发生的三起“非常见类型”的或“非常见因素造成”的事故入手，提出了煤矿的“安全熵”的概念；详细论述了煤矿的“安全熵”的特点；进而提出了应对煤矿的“安全熵”的办法。只有掌握了煤矿“安全熵”的特点，采用非常规或非传统的方法，严格控制煤矿的“安全熵”发生熵增并发生质变，才能预防和遏制非常见类型的或非常见因素造成的生产安全事故的发生。

作者简介：樊铁山（1968-），男，汉族，山西河曲人，采矿工程大学本科，矿业工程领域工程硕士学位，现任山西煤矿安全监察局吕梁监察分局副局长。