文/郭春平
任何违章作业都由违章者、违章对象、作业环境构成。在违章过渡过程中,预控违章行为,使违章者与违章对象不能有效接触而进行危险作业,被称作预控违章,或违章预控。
要实现“有效接触”,必须接近到一定距离,并相互作用达到一定时间,才能产生违章作业效应。因此,只要通过隔离措施,限制两者之间的距离,就能预控违章。当然,这是理论上的观点,实际过程中还需很多具体措施配合才能实现违章预控。
越过违章“红线”后的违章作业就是“危险作业”,在图1中,如果松动螺栓、打开盖板,就是危险作业。
在违章过渡过程中移动工具或徒手移动,由于没有越过违章“红线”,所以是安全的(图1所示),这是违章过渡过程的一个非常重要的特点。
图1 作业人员违章松动螺栓的初始状态(将进入违章过渡过程)示意图
违章不能跃变定则:违章时必须经过占用一定时间和空间的违章过渡过程,才能从安全状态转变到越过违章“红线”后的危险作业状态,而不能“跃变”到危险作业状态。
由于存在“违章不能跃变”现象,违章预控的可行性才具有了事实根据和理论依据。
违章预控的可行性论证如下:根据违章不能跃变定则可知,违章者要违章必须经过违章过渡过程(见图1),要经过违章过渡过程,必须占用一定时间,必须通过一段路程,违章过渡过程占用的时间和空间,为在违章过渡过程中预控违章行为提供了时空条件;
违章过渡过程处在没有越过违章 “红线”的安全状态,还没有进入危险状态,也没有产生违章作业效应的“有效接触”,为在违章过渡过程预控违章提供了安全条件;
违章过渡过程是由安全的时间和空间构成的,根据工程技术知识可知,在违章过渡过程中预防和控制违章者行为,使违章者“想违章违不成,即使违章也造不成事故”,具有可行性。
例如银行的防范手段就是预控技术的具体应用,在进入预警范围,还没有盗保险柜前就报警并闭锁;而供电系统中的短路保护、漏电保护等保护技术都是在故障发生后才断电跳闸实现保护,都不是预控技术保护。抗违章保护就是预控技术保护,在违章过渡过程中,就预控违章行为实现“想违章违不成,即使违章也造不成事故”。
由于人有随动系统特点,因此安全员对违章者进行安全监督,就像“警察抓小偷”一样困难;对作业环境采用监视等手段预防 (不是本文的“预控”)违章,可靠性也远不如抗违章保护;在技术装备上加装抗违章保护,使违章者“想违章违不成,即使违章也造不成事故”,与“锁上门防小偷,小偷撬锁前报警捉拿”相似,能可靠地预控违章作业。
根据以上分析研究,提出违章可预控性定则:任何违章作业都是可以预控的。
据“违章不能跃变”定则可知,任何违章作业都存在违章过渡过程,而在过渡过程中移动工具或徒手移动,由于没有越过违章“红线”,所以是安全的。只有在违章过渡过程中,使违章者与违章对象不能有效接触而进行危险作业,才能实现预防和控制违章的目的。因此,只要分析证明了在违章过渡过程中能够预控违章运动,就证明了违章可以预控。
第一种分析证明方法如下:
据违章状态方程可知,在违章过渡过程中,有关运动状态变量都符合微分方程,即:
其中:
f1是作业人员用电工常用工具违章作业时的违章动力;
f2是违章阻力;
m是工具质点(电工常用工具)的质量,在违章过渡过程中,假设是一个定值;
a是质点的加速度,即违章过渡过程中电工常用工具的移动加速度,简称“违章过渡加速度”。
从运动学角度看,如果违章阻力f2可以使违章过渡加速度a小于零,就是违章作业移动动作被控制。
下面分析f2与a的关系。
人的力量是有限的,假设人的最大违章动力值是给定值Fr,如果具有最大违章动力的违章者进行违章作业,其违章状态方程式①变为:
把式②在平面直角坐标系中表示,如图2所示。
图2 违章阻力与违章过渡加速度关系图
在图 2中,f2=0 时,a=Fr/m;a=0 时,f2=Fr;
当 f2<Fr时,a>0,随着违章阻力 f2增加,违章过渡加速度a逐渐减小;
当f2达到f1的最大值 Fr时,即f2=f1=Fr时,a=0;
当 f2>Fr时,a<0; 根据运动学理论可知,a<0的运动是减速运动,减速到v=0时,运动状态转变为静止,即违章过渡过程中电工常用工具停止移动,就是停止违章,表示预控违章成功;如果减速到v<0,说明运动方向改变,表示违章过渡过程中电工常用工具向离开带电体的方向移动,也是停止违章,也表示预控违章成功。
根据违章不能跃变定则,违章过渡过程要占用一定时间,要通过一段空间,因此,总能在这一段时间和空间中增加某种违章阻力达到上述目的。
图3 违章预控过程示意图
例如,可加装隔离阻挡物Z,如图3(a)所示,当质点 (电工常用工具)接触到隔离阻挡物Z后,隔离阻挡物Z的最大摩擦阻力或弹力等阻力,可使f2大大提高,根据工程力学原理可知,通过变换不同的隔离阻挡物Z,改变f2的大小,要达到是较容易实现的。同时,Fr是最大违章动力值,还是给定值。因此,违章阻力f2大于任何一个人的违章动力是能够实现的,任何违章者违章带电作业都能够被成功预控。第一种分析证毕。
第二种分析证明方法如下:
设:在图3(b)中,违章者用违章动力f1作用于质量为m的M工具质点 (电工常用工具),从k0时刻开始进入违章过渡过程,把质点M移动一段时间后,于t1时刻受到违章阻力f2的作用,这时的速度为vt1。
求证:违章阻力f2作用后,质点M于t2时刻停止运动(即vt2=0)的充分必要条件。
分析证明:
质点M(电工常用工具)于t2时停止运动时,其运动速度vt2=0,也就是违章作业动作停止,违章预控成功。
由于mvt2=0,
动量增量=mvt2-mvt1=-mvt1,
因此,式③符合动量定理:物体所受合外力的冲量等于它的动量的增量(末动量减初动量)。
据工程力学可知,使违章阻力f2的冲量满足违章预控充要条件式是容易实现的,因此,违章是可预控的。第二种方法证毕。
1.根据违章不能跃变定则及违章可预控性定则可知,应用技术手段预控违章带电作业是可行的。推理可知,任何违章作业都是可以预控的。该结论为防治违章带电作业及预防瓦斯爆炸提供了新方法,为煤矿治理“第六大灾害”(违章作业),为贯彻落实“预防为主”方针,指出新依据。
2.本文分析证明高度抽象、概括和简化,实际中的违章作业要复杂得多,预控技术装置也远不是一块简单的阻挡物,而是需要发明创造多种新技术才能实现;同时,只有通过技术手段才能可靠地预控违章作业,其他手段都无法达到理想的预控效果。抗违章技术将是违章预控的有效方法。