基于扎根理论的瓦斯爆炸风险累积效应研究*

成连华，左敏昊

(1.西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西 西安 710054；2.西部矿井瓦斯智能抽采工程研究中心，陕西 西安 710054)

0 引言

煤炭资源是我国主要能源之一，与国民经济发展息息相关，但伴随着煤炭开采向深部转移，煤矿瓦斯爆炸风险威胁着煤炭行业的安全健康发展。据不完全统计，2009—2019年煤矿事故死亡12 578人，因瓦斯爆炸事故死亡3 544人，约占1/3，煤矿瓦斯爆炸风险严重威胁工人生命安全。因此，研究瓦斯爆炸风险产生过程对预防瓦斯爆炸事故发生、促进煤炭行业安全发展具有重要意义。

近年来，国内外学者围绕瓦斯爆炸风险展开了大量研究。Weerheijm等[1]结合爆炸效果和后果模型概率评估，量化分析了隧道瓦斯爆炸事件有关风险和后果；文献[2-3]基于改进层次分析法、贝叶斯网络等方法，评估了煤矿瓦斯爆炸风险大小；Tong等[4]运用概率风险评估模型、蒙特卡罗方法分析了煤矿瓦斯爆炸事故中矿工不安全行为所造成的风险；文献[5-6]基于IAHP方法、贝叶斯网络方法分析了瓦斯爆炸事故风险中的关键风险单元；谢国民等[7]围绕瓦斯爆炸风险模式提出了14个具体识别指标；刘慧玲等[8]将层次分析法和未确知测度理论结合建立了瓦斯爆炸风险评价模型；孙光裕等[9]构建了煤矿瓦斯爆炸危险性评价指标体系，并基于FOWA模糊综合评价法评估煤矿瓦斯爆炸危险性；张津嘉等[10-11]研究了瓦斯爆炸事故的风险耦合机理，构建了瓦斯爆炸事故风险耦合层次网络模型。综上，学者们围绕瓦斯爆炸风险因素的识别、评价及耦合进行了相关研究，但对瓦斯爆炸风险产生的累积效应尚关注不足，风险的累积过程有待进一步研究。

鉴于此，本文拟运用扎根理论方法，从风险累积发展角度研究风险产生的累积效应，揭示瓦斯爆炸事故的风险累积源头、途径、方式以及影响，提供1种瓦斯爆炸事故原因分析的新方法，同时也对煤矿企业的事故预防和风险管控具有重要意义。

1 风险累积过程及分析框架

1.1 风险累积过程

累积效应概念首先在美国提出[12]，是指单项或多项活动与过去、现在及将来活动叠加所产生对生态环境的累积影响[13]。朱国宏等[14]基于开采沉陷学和岩石力学理论分析矿区地表裂缝的采动累积效应；成连华等[15]通过研究发现失误累积会影响事故发生进程，失误导致风险产生，风险在长时间和较大空间范围内对系统活动过程的影响具有潜在性和显著性，因此，风险存在累积过程。本文将风险累积过程定义为单项或多项活动产生具有累积性的风险累积源在时间或空间上激发或促使风险以一定的累积方式进行叠加的过程。累积过程持续时间越长，引发风险事件的可能性越大，故风险累积产生的影响不可忽视。

风险累积效应由系统主体的活动引起，活动过程中干扰的类型、强度及频率等影响风险累积过程。在扰动累积过程中，系统的正常活动，主要依靠系统调节能力和外界管理手段干预，以减少活动对系统的影响，使系统部分能力恢复继续运行。当2次连续扰动的时间(空间)间隔小于受影响的系统恢复所需的时间(空间)，则产生风险累积。风险累积产生的影响会反馈给风险累积源和管理过程，影响整个风险累积进程。风险累积过程如图1所示。

图1 风险累积过程Fig.1 Risk accumulation process

1.2 风险累积分析框架

Pradhanp,Menegon等[16-17]提出了累积效果评估框架来分析生态环境的累积影响；孙金玉等[18]从累积源、累积途径、累积结果角度分析活动对煤矿区生态累积效应评价。基于以上研究，本文提出由累积来源、累积途径、累积过程、累积方式及累积影响组成的风险累积分析框架，如图2所示。该分析框架从寻找累积过程源头开始，判别风险累积源的累积途径，运用扎根理论编码分析累积过程，依据编码结果探索风险累积方式，分析风险累积源对整个系统产生的累积影响。

图2 风险累积分析框架Fig.2 Risk accumulation analysis framework

2 瓦斯爆炸风险累积分析

2.1 瓦斯爆炸风险累积源分析

累积源是指产生累积影响的单独的或多个性质相似或不同活动，各种活动是产生环境累积影响的主要根源。依据煤矿系统主要存在的作业活动，将可能产生风险的活动主体分为人、物、环境及管理。活动主体产生的风险作为整个系统风险累积过程的源头，影响整个风险累积过程。依据博德事故因果连锁理论[19]，将瓦斯爆炸风险累积源分为人、物、环类与管理类，并得到2类累积源间的关系：管理类风险累积源间接影响事故发生，人、物、环类风险累积源直接影响事故发生，如图3所示。该关系说明2类累积源在累积过程中存在先后顺序，即管理累积过程优先于人、物、环累积过程。

图3 风险累积源关系分析Fig.3 Analysis of the relationship between risk accumulation sources

2.2 瓦斯爆炸风险累积途径分析

累积过程具有时空特征[20]。当2个风险产生的干扰时间间隔大于系统从每个干扰中恢复过来所需的时间时，在时间上累积的现象称为时间维度累积；当2个风险产生的干扰间空间间距大于系统疏散每个干扰所需的距离时，在空间上的累积现象称为空间维度累积。在复杂的系统中，2种累积途径间会产生联系和作用。但瓦斯爆炸风险累积过程更多突出时间维度特征，风险在时间维度上的累积过程具有连续性、周期性或不规则性，因此，本文从时间维度研究瓦斯爆炸风险的累积过程。

2.3 基于扎根理论的瓦斯爆炸风险累积过程分析

2.3.1 扎根理论

扎根理论(Grounded Theory)最早是在20世纪60年代由Glaser和Strauss提出[21]。本文借鉴Strauss的编码方法来研究风险累积过程，以清晰表示风险产生的累积效应，但编码结果不同。

首先，通过开放式编码，本文基于2009—2019年期间发布的60份较大以上瓦斯爆炸事故调查报告提取瓦斯爆炸风险因素。其次，从瓦斯爆炸风险可能产生的累积结果角度出发，通过主轴编码和选择性编码，研究风险的累积过程，依次形成主累积结果和核心累积结果。

2.3.2 编码分析

1)开放式编码

通过对事故案例资料的分析，将共性内容进行抽象化命名，在反复比较的基础上，形成管理风险因素29个、人的风险因素16个、物的风险因素18个、环境风险因素7个，共计70个。编码过程见表1。

表1 开放式编码过程Table 1 Open coding process

2)主轴编码与选择性编码

根据累积源两者间的关系，依次对管理风险和人、物、环风险的累积过程进行主轴编码与选择性编码分析。

首先，对29个管理风险依次进行2次编码分析，得到3个主累积结果、41个核心累积结果。核心累积结果包括16个人的风险、18个物的风险、7个环境风险。为清晰表示整个瓦斯爆炸风险的累积过程，将16个人的风险、18个物的风险、7个环境风险分别统称为AA1人的风险、AA2物的风险、AA3环境风险。编码过程见表2～3。其次，对41个人、物、环风险依次进行2次编码分析，得到5个主累积结果、2个核心累积结果。编码过程见表4～5。

2.4 瓦斯爆炸风险累积方式分析

累积效应认为累积基本途径主要分为单途径和多途径，其中单途径以加和关系、扩大关系累积，多途径以加和关系、协同关系累积[22]。基于扎根理论对瓦斯爆炸风险累积过程进行分析发现，不同风险发生累积过程的方式不同，主要分为加和累积与放大累积2种方式。加和累积方式指风险在时间或空间维度进行简单加和的累积过程；放大累积指风险在时间或空间维度累积结束后会使原本单一风险引发多个新风险产生，促使整个系统的风险性成倍放大地累积过程。

29个管理风险因素作为第1次累积过程的起始点，其中17个管理风险因素发生加和累积过程，如a1违规处理超限瓦斯、a3违规转移防爆破用品等；同时12个管理风险因素发生放大累积过程，如a2违规组织生产、a8未编制补充安全技术措施等，见表2。对3个主累积结果分别都产生1个核心累积结果，即进一步发生加和累积过程，见表3。

表2 管理风险主轴编码过程及关系Table 2 Manage risk spindle coding process and relationships

表3 管理风险选择性编码过程及关系Table 3 Manage risk selective coding process and relationships

表4 人、物、环风险主轴编码过程及关系Table 4 Human,machine and environment risk spindle coding process and relationships

41个人、物、环风险因素作为第2次累积过程的起始点，都发生加和累积过程，见表4；对5个主累积结果分别都产生1个核心累积结果，说明继续以加和累积方式进行，见表5。

表5 人、物、环风险选择性编码过程及关系Table 5 Human,machine and environment risk selective coding process and relationship

2.5 瓦斯爆炸风险累积影响分析

累积影响的结果是指活动对系统造成的累积效应。根据风险累积影响的特征，分为时间拥挤、时间滞后、协同效应、间接效应及触发点和阈值5种[18]，见表6。

表6 累积影响Table 6 Cumulative effects

安全管理以组织、人和物为对象，以完善组织结构、规范人的行为、保障物的运行为目标，是企业活动的主要组成部分。管理过程伴随风险产生，管理风险对人、物、环境进行持续、重复扰动，使人、物、环短时间或长时间因失去管理约束而受扰动影响，逐渐向危险状态发展，人、物、环风险逐渐显现。基于以上分析，得到29个管理风险在累积过程中共引发了41个人、物、环风险。人、物、环风险通过加和累积方式对煤矿系统进行持续和重复扰动，达到风险阈值，使系统受该风险影响转变为危险状态，系统功能下降，甚至人、物、环的初次活动产生二次效应导致二次爆炸事故发生。

3 瓦斯爆炸风险累积路径分析

基于以上分析，运用系统动力学方法绘制瓦斯爆炸风险累积路径图，将风险累积过程可视化。该图由节点、路径及方向组成，节点表示累积风险，箭头表示累积方向，曲线表示累积路径。节点发出单一路径表示风险的加和累积过程，而发出多路径表示风险的放大累积过程。某节点连接的路径数目越多则该节点越重要，越易引起新风险，依据风险累积过程，依次将风险因素、主累积结果、核心累积结果称为三级节点、二级节点、一级节点，3级节点间连接形成完整累积路径。

3.1 管理风险累积路径分析

图4反映管理风险累积路径。该图共包含35个节点，其中三级累积节点(ai)29个，如a1违规处理超限瓦斯、a2违规组织生产等；二级累积节点(Ai)3个，如A1操作能力下降、A2运行能力下降等；一级累积节点(AAi)3个，如AA1人的风险、AA2物的风险、AA3环境风险等，分别包含16个、18个、7个风险因素。由图4可得，以29个管理风险作为累积源即三级累积节点，共产生29条加和累积路径指向3个二级累积节点，如“a1违规处理超限瓦斯→A1操作能力下降”、“a2违规组织生产→A2与逆行能力下降”；二级累积节点共产生3条加和累积路径指向3个一级累积节点，如“A1操作能力下降→AA1人的风险”、“A2运行能力下降→AA2物的风险”。3级节点连接形成完整的1条累积路径，如“a1违规处理超限瓦斯→A1操作能力下降→AA1人的风险”。在35个节点中，12个三级累积节点产生放大累积过程，如a2违规组织生产、a8未编制补充安全技术措施等，这些节点不仅进行加和累积过程且同时进行放大累积过程。

图4 管理风险累积路径Fig.4 Management risk accumulation path diagram

3.2 人、物、环风险累积路径分析

图5反映人、物、环风险累积路径。该图共包含48个节点，其中三级累积节点(bi)41个即16个人的风险因素、18个机的风险因素、7个环境风险因素，如b1违规操作甲烷传感器、b2未进行瓦斯浓度检测等；二级累积节点(Bi)5个，如B1监测系统失效、B2通风系统失效等；一级累积节点(BBi)2个，如BB1瓦斯积聚、BB2火花产生等。由图5可得，41个人、物、环风险作为三级累积节点，共产生41条加和累积路径指向5个二级累积节点，如“b1违规操作甲烷传感器→B1监测系统失效”、“b2未进行瓦斯浓度检测→B3瓦斯局部积存”；二级累积节点共产生6条加和累积路径指向2个一级累积节点，如“B1监测系统失效→BB1瓦斯积聚”、“B2通风系统失效→BB1瓦斯积聚”。3级节点连接形成完整的1条累积路径，如“b1违规操作甲烷传感器→B1监测系统失效→BB1瓦斯积聚”。

图5 人、物、环风险累积路径Fig.5 Path of accumulation of human-material-circle risk

4 结论

1)将累积效应引入风险因素致因分析中，对风险累积概念进行界定，通过分析瓦斯爆炸事故风险累积机理，揭示风险累积作用是发生瓦斯爆炸事故的深层次原因，提出风险累积分析框架，不仅为今后研究提供1种瓦斯爆炸事故原因分析的新方法，也为煤矿企业进行风险管控提供理论基础。

2)研究发现影响系统安全运行的人、物、环、管4大因素作为风险累积源，在时间维度上产生了累积效应。探究风险源间的累积关系，借鉴扎根理论编码方法，从风险累积可能产生的影响角度，依次分别从管理风险源、人、物、环风险源分析了瓦斯爆炸风险累积过程及累积方式，得到了瓦斯爆炸风险因素70个，该70个风险共产生8个主累积结果及5个核心累积结果。

3)通过分析形成瓦斯爆炸风险累积路径图，共得出三级累积节点70个，二级累积节点8个，一级累积节点5个，其中78个节点发生加和累积过程，形成78条加和累积路径，并且78个节点内12个节点同时发生放大累积过程。基于以上研究发现，管理风险累积主要影响人、物、环的状态，而人、物、环风险累积过程直接影响瓦斯爆炸事故发生进程，因此，管理因素是引发事故的最根本原因。