我国煤矿安全形势的系统动力学模型分析.pdf

2 0 0 8 年2 月 矿业安全与妹保 第3 5 卷第1 期 我国煤矿安全形势的系统动力学模型分析 林晓飞’ ， 曹 庆贵， ， 张 鹏1 ,2 0. 山东 科技大学矿山灾害预防与妆制实 验室， 山东青岛2 6 6 5 1 0 ; 2 . 马鞍山犷山研究院 工程劫察设计院， 安徽 马鞍山2 4 3 0 0 4 摘 要 对比国 外发达国家煤矿安全生 产的管理经验， 结合目 前我国 煤矿安全生产的现状， 分析、 总 结我国煤矿事故多 发的原因， 以我国煤矿事故每年的死亡人数为出 发点， 根据影响煤矿安全的主要因 素， 建立了 我国煤矿安全体系的系统动力学模型， 包括因 果图、 流位图 和速率方程， 然后用动态建模工具 V e n s i m通过调节安全投入反复进行仿真、 模拟， 并对模拟结果进行分析， 找出我国 煤矿安全现阶段存在 的主要问 题与矛盾， 同时对将来的 发展趋势进行预测， 以 便于制订相应的改 进措施。 关键词 煤矿安全; 系 统动力学 模型; V e n s im 中图分类号 X 9 1 5 . 2文献标识码 A文章编号 1 0 0 8 一 4 4 9 5 2 0 0 8 0 1 一 0 0 8 3 一 0 2 长期以来， 我国煤矿通过坚持“ 安全第一， 预防 为主” 的方针， 依靠科技进步， 推进安全综合治理， 重 视安全教育， 强化安全技术培训和开展各种形式的 安全宣传活动等， 促进了全国煤矿安全生产状况的 好转。 但受诸多因素的制约与限制， 全国煤矿事故 多、 伤亡重、 损失大的状况尚未得到根本扭转， 每年 煤矿事故死亡人数一直徘徊在五六千人[ I t ， 居各行 业之首。 作者拟用系统动力学的思想为我国煤矿安 全体系建立模型， 并用V e n s i m软件对模型进行仿真 模拟， 对煤矿安全状况进行分析。 1 系统动力学建模 1 . 1 系统动力学的基本原理 系 统动 力学 2 ] S y s te m D y n a m ic s ， 简 称S D 是一 门分析研究信息反馈系统的学科， 是系统科学和管 理科学中的一个分支， 也是一门认识和解决系统问 题的综合性交叉学科。系统动力学研究处理复杂系 统问题的方法是定性与定量结合、 系统综合推理的 方法。按照系统动力学的理论与方法建立模型， 借 助计算机进行模拟， 则可以定性与定量地研究系统 间题。 模型的主要功能在于向人们提供一个进行学 习与政策分析的工具， 并使决策群体或整个组织逐 步成为一种学习型和创造型的组织。 利用系统动力学分析研究系统是在确定系统的 状态变量的基础上进行的。首先， 对系统的结构进 收稿日 期二 2 0 0 7 - 0 6 - 2 0 ; 2 0 0 7 - 0 9 - 0 6 修回 作者简介 林晓飞 1 9 8 2 - ， 女， 山东青岛人， 在读硕士研 究生， 研究方向为安全监测与信息技术。E - m a il b d - 3 6 C 1 6 3 . c o i n . 行因 果关系分析， 确定因 果关系反馈环， 建立系统流 位图、 速率一状态变量关系图等， 然后用状态方程、 速率、 辅助方程以及其他一些变量方程、 函数和常数 来描述各类系统的变化， 并借助系统动力学的仿真 语言“ V e n s i m ” 进行模拟。使用一切手段发现系统的 结构， 通过结构模型描述系统内部机制， 是S D的建 模要点。 1 . 2 因果关系分析图 根据国 家统计局和煤炭工业经济运行中心的统 计数据， 收集自2 0 0 3 年以来中国煤炭行业的相关资 料， 如表1 所示。 这些资料涵盖煤炭行业每年的从业 者 数量、 死亡者数量、 煤炭平均售价、 原煤产量、 国家 对 煤矿安全的投入[3 ， 以及煤矿经济效益等各个方 面， 通过对这些资料的调查研究， 并与国外一些发达 国 家的 煤炭行业进行比 较， 认为除了 我国 煤矿开采条 件复杂外， 煤矿事故多发的主要原因有 ①煤矿安全 管理薄弱， 主要有煤矿安全监察管理机构的建设有待 完善、 煤矿安全法规可操作性不强、 非法小煤矿猖撅、 安全管理信息网 络化建设缓慢等; ②煤矿安全技术存 在缺口， 如安全技术投人不足、 开采技术不高等。 由于管理方面的因素很难定量化， 因此只考虑 安全投人、 煤炭产量等可定量化的因素。具体以煤 矿安全事故中的死亡人数 即死亡率 来观察煤矿安 全体系的内在关系。 其因果环图如图1 所示。 1 . 3 模型格式化 由于因果环图只是定性地表示影响煤矿安全的 各因素之间的关系， 并不能从量的方面对煤矿安全 形势进行描述， 因此应将其转换成流位图， 实现定量 化， 如图2 所示。 . 8 3 . 万方数据 2 0 0 8 年2 月 矿皿安全与妹保 表 1 我国煤矿相关统计数据 第3 5 卷第1 期 年份 煤炭消费量/ 亿 t 原煤产蚤/ 亿 t 死亡人数 就业人数i 万人 从业人数/ 万人 煤矿利润1 亿元 吨煤安全 费用/ 元 国家投人1 亿元 煤炭平均 售价1 元i t I 6. 9 2 1 9 . 3 6 2 1 . 肠 1 7 . 刀 1 9 . 9 2 2 2 . 0 5 6 4 3 4 62 7 0 59 肠 礴 朋 . 3 引 X . 7 夕 9 . 2 3 8 1 . 9 1 3 9 0以 4 2 8. 4 4 1 4 2 . 9 7 3 4 为. 以 5 5 0 . 2 0 1 . 5 0 1 2 . 盯 1 6 . 0 2 3 0 1 7 3 . 5 3 0洲 刃. 0 3 0 2 7 0. 2 翻洲那 死亡率 国家投入 这里取当国家投人分别为3 0 , 6 0 , 9 0 , 1 2 0 亿元/ a 时 建立数据集， 分别用d 4 , d 3 , d 2 , d 1 表示， 并以模拟 的结果为例进行分析， 如图3 、 图4 所示。 煤炭产贡 / \ IV , A ,d率 原煤价格 煤犷利润 图1 煤矿安全体系因果环图 安全投入 煤犷利润 原煤价格 煤炭产1 国家投入 图3 国家投人变动时煤矿安全系统模拟结果 从业率 从业人数 万 少 价 死亡率 6 0 C 幻 煤犷利润 图2 煤矿安全体系流位图 - - - d l -, “ 煤矿利润1 亿元/ a ” 二 “ 煤炭产量1 亿t / a “ ， “ 原煤价格I 元/ t “ ， R A M P 0 . 0 2 5 ， 2 0 0 1 , 2 0 0 6 ; “ 煤炭产量l 亿 t / a ”二“ R A N D O M U N I F O R M 1 . 3 , 2 . 7 , S M O O T H 3 I “ 从业人数1 万人/ a ‘ 2 0 , 2 0 0 4 , 2 5 ， 1 0 ; “ 安全投人1 亿元/ a ” 二 “ 煤炭产量1 亿t / a “ ， R A M P 0 . 0 6 , 2 0 0 3 , 2 0 0 6 ， 1 0 0 “ 国家投人 亿元/ ‘a “ ‘ 3 0 引 0 0 L - - - 一 - - 一 一 - - - 曰 匕 - 2 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 6 年份 图4 国家投人变动时死亡率模拟结果 3 结果分析 通过对模型中原煤价格和国家投人这两个变量 的多次模拟分析， 当国家投人3 0 亿元用于安全状况 的改善时， 粗略预计2 0 0 7 年死亡人数会控制在4 9 6 1 人左右， 而如果投人6 0 亿元时则会控制在4 7 0 0 人 左右， 同时得到 2 0 0 6 年的死亡人数数据比较， 见 表 2 0 表2 2 0 0 6 年死亡人数 d l 的结果d 2 的结果d 3 的结果d 4 的结果 4 7 4 7 58 4 6 49 4 6 5〕 万 实际值 47 4 6 2 仿真实施 将上述模型进行仿真模拟， 通过调节原煤价格 和国家投人这两个变量， 来影响死亡率的变化情况。 经过上述分析， 可以得到如下结论 1 我国的煤矿安全体系也可以用定量的方式 进行分析。 下转第8 8 页 。8 4 . 万方数据 2 0 0 8 年2 月矿典安全与妹保第3 5 卷第1 期 煤矿危险源的基础预警研究。 ③建立健全煤矿安全管理体制， 形成安全自 我 约束机制。 针对第三类危险源， 首先要构建稳定有 效、 完善的 安全生产长效机制， 从战略的高度理顺企 业安全生产管理的组织机构、 职责和各部门之间的 关系， 使安全工作高效、 规范、 科学; 其次要加大煤矿 安全监察力度， 实事求是、 科学调查事故原因， 严格 执行事故责任追究制度， 建立严格的企业安全生产 责任制和问责制; 构建企业的自我约束机制， 按照 安全生产法 等法律法规， 完善安全作业规程、 岗位 标准， 积极推广现代职业安全健康管理体系的实施， 加快煤矿安全生产标准化进程， 加强事故的应急管 理。 加强职工的安全教育， 消除“ 三违” 现象， 大力推 进煤矿安全文化的建设。要落实“ 安全第一， 预防 为主” 的 方针， 树立“ 以人为本” 的安全理念， 在员工 中强化“ 善待生命， 珍惜健康” 的价值观; 在管理者 和决策层中还应该加强社会责任感， 树立安全管理 的政治风险意识， 安全就是效益的安全经济意识， 更 新管理观念， 抓生产的同时抓好安全。通过对安全 文化体系的建设， 提高企业的安全管理水平， 使安全 工作从被动变主动， 进而转为自 觉， 以形成一个良 好 的安全文化氛围。 类危险源客观上已经存在并且在设计、 建造时已经 采取了必要的控制措施， 因此， 事故预防工作的重点 乃是第二类及第三类危险源的控制问题。欲提高煤 矿的事故预防水平及安全管理水平， 必须重视和研 究第二类及第三类危险源的辨识及控制问题， 特别 是第三类危险源的辨识与控制 因其常被忽视或不 被引起重视 ， 从而全面地对煤矿进行风险评价， 揭 示导致事故发生的三类危险源， 进而得出煤矿事故 的原因所在。 4 结语 煤矿生产系统是 1 个复杂的巨系统， 其危险源 是普遍存在的。为了实现系统安全， 必须对系统存 在的危险源进行辨识和控制。对危险源进行控制不 仅应该从安全技术人手， 而且必须从组织、 管理等多 方面进行考虑。 在煤矿实际事故预防工作中， 第一 参考文献 [ 1 ]陈宝智. 安全原理〔 M l . 北京 冶金工业出 版社， 2 0 0 2 . 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