基于灰色关联分析的露天矿风险耦合机理模型研究

孟爱国

（呼伦贝尔学院 内蒙古东部煤矿安全培训中心，内蒙古 海拉尔 021008）

当前在露天矿现场风险管理与控制中，比较大的、明显的风险容易被发现并有效控制，而对于生产当中微弱、不明显的风险则不易被发现和控制，在现场这种情况为无痕风险[1-2]。许多建模综合评价露天矿安全状况等级结果都在0.75到0.85之间，而另外这0.25与0.15差距其实就是存在于生产当中微弱、不明显的不易控制的风险[3-4]。事故数据样本分析表明，这些生产当中微弱、不明显的风险相互作用经常成为诱发露天矿事故的主流。露天矿作业现场是一特殊的工业生产场地，其开采的生产系统环境、条件参数、还有设备状态是经常变化的，存在着偏离正常的或预期的标准变化趋势。根据威格里斯沃思的扰动起源事故理论，称这种变化为“扰动”。在生产过程中，当“扰动”出现时，往往会呈现某种形式的信息，向人们发出警告。各种各样的信息不断地作用于操作者的感官，给操作者以“刺激”，操作者如果错误或不恰当地行为响应了一个刺激，就有可能诱导出现事故[5]。通过实际事故通报诱发过程分析，可以将露天矿事故看作由事件链中的“扰动”开始，以诱导行为产生伤害或损害为结束的相互影响相互作用的过程。风险耦合是指在多个风险系统相遇过程中不同风险因素之间的相互影响和相互作用，最后引发突发事件或导致更加严重事件的现象[6]。当前的安全管理系统存在滞后性，而露天矿生产系统本身是时变系统，现场的环境、条件参数或设备状态是随时间变化的。那些微弱、不明显的风险因素在动态生产系统参数变化过程又会不断堆积、经常是以产生一连串的障碍、缺陷等的扰动风险因素源形式出现，如果与人不安全行为或失误行为风险因素耦合极有可能产生事故，这说明形成的扰动与人的行为存在着交互耦合关系。

1 2种风险系统评价因素体系的构建

在对内蒙古东部某超大型露天煤矿2010—2013年108例事故通报分析后梳理出事故过程：作业流动中局部现场首先出现的是扰动源然后遇到或诱导作业人员产生误动、盲动或违章行为最后耦合诱发成事故，或作业人员的“晕轮”行为首先制造出扰动源然后遇到或诱导误动、盲动或违章行为最后耦合突发事故，这种发生模式是当前露天矿事故发生的主流。这样就可以得出露天矿事故发生的机理模式，即现场2种偶发风险系统因素相遇耦合后能够增强突破阈值而爆发事故。这2种风险因素系统具体区分一个是作业现场流动中偶发的扰动源系统，另一个是由扰动源诱导出的作业人员违章或误动行为系统。从能量角度看，风险耦合使意外蓄积的能量增加达到事故突破的临界值，最终释放会导致事故发生产生破坏。露天矿现场存在扰动-诱导失误风险耦合事故模型如图1。

图1 扰动-诱导失误风险耦合事故模型

1.1 生产扰动源

产生的扰动源是现场局部生产要素短时间内达不到的安全标准、是对危险源的进一步具体细化、动态化的体现。这108起事故类型主要集中在作业设备自身捣缸、着火、爆胎、异动、电缆放炮；作业设备之间的擦撞、追尾、碾压；工作装置的断、裂、变形；作业场的积雪滑动、片帮、托底、掉废井等；作业设备的倾覆、倒塌等。对108例事故通报提供的直接原因作进一步划分典型的扰动源系统风险因素：现场运行方式短时改变；作业空间受限；极端天气影响；工具工艺设备缺陷；新作业场地有障碍；物料处理复杂；进入疲劳期；操作失误引发设备异常。

由于人的认知能力从来都是有限的，加上企业制度管理的滞后，所以很难形成理想的人的组织行为，那么有关作业人员在一定的扰动条件下会被诱导出认知能力的差错。从108例事故通报数据里进一步梳理出责任人的典型的行为失误或明显违章风险系统因素：因信息歪曲和遗漏失误；因遗忘和记忆错误失误；因选择和操作失误；因疲劳状态下失误；因应激过渡操作。这些失误行为主要发生在误动、盲动和习惯行为上。

1.2 现场系统扰动源

现场系统扰动源可能是一种也可能是多种类型因素呈现，同时被诱导出的行为也可能是一种或多种响应。这些扰动、诱导行为一般发生在生产运动轨迹上、作业流程上、运行设备上和作业场环境中，扰动不一定是所谓的现场不安全状态，多数是生产要素转换流动中出现的不同程度的异常状态，如果经后续与人的失误、违章行为相遇耦合则会生成加速、加重、转化成事故；扰动源属于现场偶发异常、重复率低,是一种反映现场实际状况的小概率事件，如果不与人的行为失误相遇不会产生事故，会自动回复正常或在人工干预下回复正常。人的误动如果不与扰动相遇就是违章而不会触发事故。通过构建评价二者耦合度的指标体系,运用灰色关联分析的基本思想,提出测度二者耦合度的模型，通过计算模型的耦合度证明这种露天矿事故模型的存在，从而揭示露天矿小概率事件诱导事故的机理，为现场作业安全管理建立一种有效的预防事故发生的模式，也为量化分析事故找到一种方法。

2 灰色关联系数与耦合度计算

2.1 极差标准化方法对原始数据进行标准化处理

关联系数是计算耦合度的基础,诱导行为系统与扰动源系统的关联系数计算模型如式（1）。样本可分为2类:截面数据样本,用来分析变量间的空间作用关系；时间序列样本,用来分析变量间的时序变化规律[7-9]。根据数据的可获得性和便捷性,取空间变量,即矿山现场同一时期的数据进行横向分析。式（1）的全部指标是在利用极差标准化的方法对原始数据处理后的结果。同一时期系统样本数据标准化后利用式（1）计算结果得出关联数矩阵。

式中:ξij（t）为t时期诱导行为的关联系数；为扰动源系统Y第i个指标；扰动源系统 X 第j个指标；ρ为分辨系数，取 0.5；i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m。

2.2 现场扰动与诱导行为的耦合度模型

式中：m、n分别为诱导行为系统与扰动源系统因素的指标数；C（t）为同一时期的耦合度。

C（t）值越大，耦合性越强；当 0＜C（t）≤0.35 时，两系统指标作用弱；当 0.35＜C（t）≤0.65时，两系统指标耦合作用中等；当 0.65＜C（t）≤0.85时，两系统指标耦合作用较强；当0.85＜C（t）≤1时，两系统指标耦合作用极强。

2.3 实例计算

将内蒙古东部某露天煤矿2010—2013年108起事故通报提供的直接诱发因素按照现场扰动系统因素与诱导出人的行为系统因素分类梳理情况（表1）。2013年2种系统风险因素关联数矩阵见表2。根据表1样本数据计算模型，得出2013年现场扰动与诱导行为的耦合度。

C（2013）＝0.70，同理可得 C（2010）＝0.69、C（2011）＝0.77、C（2012）＝0.68。

表1 2010—2013年108起事故直接扰动因素和扰动诱导行为失误因素表 频次

表2 2013年2种系统风险因素关联数矩阵

2.4 结果分析

1）通过计算，这4年的风险诱发因素构成的耦合结果都在0.6

2）认知心理学认为“外界信号刺激-感觉过滤-记忆判断-反应行为”构成了人体的信息加工行为系统。人要产生行为，必须通过外界投射的信号与记忆中的已存的信息概念匹配来支配人的行为选择，这就形成外界信号与人的行为耦合模式。所谓不安全行为或误动就是基于当前的扰动信息输入要么被直接过滤掉、要么输入后与原有记忆不能匹配没有被辨别出来而产生的误动、盲动甚至习惯行为[10]。标准制定是普遍的、集体的，但是出事故往往是偶发的、个人的。所以班组长在班前风险分析时应该有在总的安全标准下针对具体行为人、设备与作业环境条件的症候群一段时间内制定专门的“私人定制”安全措施，足以对扰动正确响应，这是贯彻安全文化的具体行动，也是降低事故发生的措施之一。

3）按照露天矿安全风险预控标准化管理体系，发生在扰动是一小概率事件。由于露天矿作业现场生产的特殊性，这一小概率事件往往会诱导小概率事故，有时会很严重。基于灰色关联度分析这种事故发生的机理模型，显示出危险释放时发生各种因素的耦合过程，是对轨迹交叉论的进一步阐述。模型还揭示要消除这种交叉事故最好提高人的安全教育。

3 结语

通过对某露天煤矿108例事故通报的诱发过程分析，归纳出诱发事故的扰动体系和被诱导出人的行为体系的2大系统，发现现场出现的扰动与被诱导出人的行为存在着交互耦合关系，这种耦合一旦形成极易激活生产事故。进一步将事故中的直接诱发因素梳理构建了评价二者耦合度的指标体系，运用灰色关联分析的基本思想，提出了测度二者风险耦合度的模型并计算出耦合度。计算结果显示：现场的扰动与被诱导出人的错误行为耦合关系是紧密关联的，该模型也进一步揭示露天矿事故的机理。加强现场生产的标准化管理或强化人的主动安全认知能力是避免露天矿生产事故的重要途径。