煤矿事故中“安全流变突变论”的研究1序言在煤矿生产系统中，存在许多不安全的因素。由于地质条件复杂，机电设备繁多，功率大小悬殊，性能要求甚高，往往引起了多种事故发生的可能性。即使在高科技的今天，重、特大煤矿事故仍屡见不鲜。长期以来，人们对事故的认识只停留在分散的、统计的和彼此缺乏联系的水平上，其后果总是事故前提心吊胆，事故后归纳整理。这种状况远远不能适应煤矿生产现代化的发展要求，必须以一种全新的概念和方法来研究煤矿生产中的安全问题，对某一事故中安全与危险矛盾运动规律进行抽象和综合，提出一套完整的理论体系。何学秋教授提出了灾害过程的安全流变-突变论，并初步建立了可以进一步量化的数学模型。这一理论对煤矿事故的定性分析、定量研究和对事故机理的认识具有重要意义，并为事故的进一步分析提供了新的途径。2安全流变-突变论的基本规律从辨证唯物主义的观点看，安全与危险这一矛盾存在于一切单位、一切系统、一切领域的全过程中，安全是相对的，不安全（危险）是绝对的。任何事物的发生、发展到消亡是一个安全流变-突变过程。某一事物一旦产生，在内、外因素的影响下，损伤就会出现，损伤速度梯度小于0，即如图1所示的oa段，oa段也可叫作适应段（成型段）。随着时间的推移，经过关键点a后，损伤速度恒定，损伤速度梯度近似等于0，ab段为恒速破损段（成熟段）。经过b点后，由于内、外因的作用，损伤出现加速。损伤速度越来越快，损伤速度梯度大于0，损伤程度随时间也在不断聚变，当损伤量达到某个屈服点d后（承压界），事物发生安全突变，结果发生事故。这样，就完成了事物从流变到突变的循环。通过以上分析可以看出，a、b、d是三个关键点，在a点之前即oa段是事物由自身规律与外界条件相作用的适应阶段，速度梯度逐渐减小最终趋于0，损伤速度达到一稳定值。人们在此段内，应尽量掌握速度规律，缩短适应期（成型期），尽早进入稳定工作阶段。b点是第1页共5页损伤速度加速的转折点，通过改变影响它的因素，使b点前移或后置，使事物向有利于人类的方向发展，按常规考虑应延长ab段的有效长段，使事物发生安全突变前完成生产任务。bd段是安全突变段，危险势快速增加，一旦到达d点，事故就会发生。因此，可以在bd段再设置一c点，c点为报警点，c点一定要达到预测目的，不可太迟，超过c点来不及采取任何措施就会发生事故。下面就煤矿冒顶、自燃火灾和煤岩突出等三大主要灾害的典型过程，叙述其安全流变与突变的基本特征。2.1自燃火灾矿井火灾是煤矿的主要灾害之一。在矿井火灾事故中，自燃火灾约占70%，故研究煤炭自燃发火规律，及时采取预防措施，对保证煤矿安全生产，保护煤炭资源有重要意义。煤炭自燃是煤与氧气两相组分在空间发生激烈化学反应的过程，常常放热、发光、生成新物质。按安全流变论，oa段是煤与氧气接触开始氧化阶段，煤刚一暴露在空气中，氧化速度特别快，但随着热量的放出和煤氧复合物的产生，消耗掉周围空间的大量氧气，再由于复合物对深层煤样的包裹，对煤的氧化过程有一个阻滞作用，所以氧化速度减慢，但氧化程度在不断增加。煤的氧化产热量和散发热量大抵相同，氧化速度在a点后几乎为一恒值，热量略有所聚积，温度有所上升。这可能持续一段时间，当温升达到某一值时（b点后），煤的氧化速度突然又要加快，产热多，温升更高，导致煤的氧化速度越来越快，一旦到达d点就自燃发火，形成自燃火灾，完成了煤的自燃突变。突变点b是个关键点，也是一个状态点，可能对应一系列反映发火危险程度的参数。如t≥70°，co的浓度，煤的干熘产物量。c点是人为设置的报警点，bc段是处理火灾措施段，时间可能很短，却是处理火灾的关键时期，如果处理适当，氧化速度可能下降，氧化程度不变，不能形成自燃火灾。2.2冒顶冒顶也是煤矿常见事故之一。在开巷过程中，破坏了掘巷前围岩应力的平衡状态，巷道围岩压力重新分布，出现应力集中和巷道周围的极限平衡区，新掘出的巷道顶板下沉速度最大，顶底板日相对接近速度几毫米至几十毫米不等，但很快掘巷引第2页共5页起的围岩应力趋于稳定后，巷道表面围岩顶板的变形速率也趋于稳定。由于煤岩一般都具有流...
