礦山災害學的研究模式、特征與方法

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1 引 言
     當前礦山災害及其防治理論的研究現(xiàn)狀決定了礦山災害學的形成。據(jù)國家安全科學技術研究中心統(tǒng)計:全國工礦企業(yè)2002年1—9月份共發(fā)生各類傷亡事故9781起,死亡1 525人,其中煤礦企業(yè)2 745起,死亡4661人,死亡10人以上特大事故50起,死亡1 050人;非煤礦山企業(yè)1173起,死亡1 495人,死亡10人以上特大事故2起,死亡49人。另據(jù)文獻[4]顯示:我國井下開采的煤礦,百萬噸死亡率是先進國家的幾倍到十幾倍;我國煤礦平均每小時死亡1.05人,平均每天發(fā)生一起死亡3人以上的事故;每年死亡人數(shù)是世界各國煤礦死亡人數(shù)的4倍,每年因工傷事故和礦山塵肺病的直接經(jīng)濟損失就達85億元,遠遠超出了自然災害所造成的經(jīng)濟損失。因此,積極致力于礦山災害學的研究,意義十分重大。
     2 礦山災害學的研究模式
     礦山災害學的研究對象就是礦山災害。礦山按礦產(chǎn)種類可分為:煤礦,冶金礦(含鐵礦、錳礦、螢石礦),黃金礦,有色金屬礦(銅礦、鉛鋅礦、錫礦、鎢礦、鉬礦和鋁鎂礦),化工原料礦(硫礦、磷礦),核工業(yè)礦(鈾、釷核能源礦)以及建材礦(采石場、石棉礦)和輕工礦(巖鹽礦、高嶺士礦、粘士等陶瓷原料礦)等。
     根據(jù)災害學原理并參照國家標準GB/丁13745—1992《學科分類與代碼》,礦山災害學的研究應是多層次和綜合性的,它包括:礦山災害成因動力學、礦山災害運動學、礦山災害預測學及礦山災害防治對策學等4個方面的內(nèi)容。其中,礦山災害成因動力學主要研究礦山災害形成過程、動力來源、作用機理、破壞方式等。礦山災害運動學則側(cè)重研究礦山災害發(fā)生后的各種表現(xiàn)形式,它的研究有助于提高對各種礦山災害的破壞與擴散程度的認識,并為礦山災害現(xiàn)象的具體研究提供依據(jù)。如對礦井瓦斯爆炸事故,就必須要研究煤與瓦斯突出、爆炸的機理以及事故后的污染方式、途徑以及傳播速度等,這將有助于制訂合理的防治對策。如果對礦山災害的運動過程缺乏認識,就難以對礦山災害發(fā)生后各種次生災害(如煤與瓦斯突出后,引起瓦斯、煤塵爆炸等)作出準確估計,以至于形成決策上的失誤,從而使礦一災害危害擴大化。礦山災害預測學和防治對策學則主要是針對不同的礦山災害類型,依據(jù)其特點進行預測及對策研究。
     根據(jù)科學學原理,礦山災害學的工程技術研究模式主要有礦山安全學,礦山災害防治工程學,如煤與瓦斯突出防治、礦塵防治、礦井火災防治、礦山通風工程及礦山壓力支護與頂板管理等。礦山災害學的技術科學研究模式主要有礦山災害教育學、礦山災害心理學、礦山災害法學、礦山災害經(jīng)濟學及礦山災害管理學等。礦山災害學的基礎理論科學則是礦山災害數(shù)學、礦山災害物理、礦山災害化學、礦山災害毒理學及礦山災害哲學。
     3 礦山災害學的研究特征
     3.1 學科交叉與綜合研究特征
     礦山災害主要包括礦震、礦塵、地面沉陷、地裂縫、礦井冒頂、突水、底鼓、煤層自燃、瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出等種類。每一種災害理論及防治技術都需要眾多自然科學和社會科學的支持,跨學科的交叉與綜合性特征十分明顯。每一種礦山災害防治技術都受到至少10門以上其他學科的理論和技術的支撐。如煤與瓦斯突出防治理論和技術的研究,就涉及數(shù)學、物理學、工程物理學、采礦學、地質(zhì)學、水文地質(zhì)學、工程地質(zhì)學、氣體動力學、熱力學、工程材料學、管理工程學和法學等學科。
     此外,近代科學技術和理論的迅速發(fā)展,諸如電子計算機技術、系統(tǒng)論、控制論、信息論、模糊數(shù)學、耗散結(jié)構(gòu)論,協(xié)同學、突變理論,以及模擬實驗和仿真手段等,也為礦山災害學的研究,提供了極為重要的支撐條件。
     3.2 生態(tài)環(huán)境研究特征
     礦業(yè)作為基礎產(chǎn)業(yè),在我國國民經(jīng)濟與社會發(fā)展中具有極其重要的地位。但長期以來,由于在礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用中忽視環(huán)境保護,我國礦山企業(yè)在生產(chǎn)、建設、經(jīng)營活動中,因其產(chǎn)生的環(huán)境侵害行為而導致的環(huán)境污染和破壞問題也日益突出。例如:①粗放式的資源開發(fā)導致資源的巨大浪費;②資源的無序開發(fā)造成植被、生態(tài)破壞,導致水土流失;③采、選、冶技術的相對落后,造成環(huán)境污染;④外部環(huán)境經(jīng)濟效益未能納入企業(yè)內(nèi)部成本核算體系,因而缺少資金投入進行礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的修復再造。因此,在礦山災害學的研究體系中,其顯著特征之一就是研究如何有效遏制礦業(yè)環(huán)境侵害,以實現(xiàn)礦區(qū)環(huán)境擾動小化和礦產(chǎn)資源開發(fā)優(yōu)化。
     3.3 社會參與研究特征
     礦山災害及其生態(tài)環(huán)境的破壞與社會的發(fā)展有著千絲萬縷的聯(lián)系。災害是不依人的意志為轉(zhuǎn)移的,“不期而至”是災害為顯著的特征。礦山災害與其他災害一樣,都會對社會的進步和發(fā)展產(chǎn)生直接影響,不斷地對社會的安全和秩序進行持續(xù)的侵害和搔擾,終迫使社會公眾及管理者不得不參與或干預。具體來說,礦山災害防治的社會參與特征表現(xiàn)為積極主動地采取應變對策,成立相應的組織機構(gòu)進行管理,包括行政管理和政策、立法、宣傳、協(xié)同研究、社會保險和投資保障等。
     3.4 安全教育研究特征
     礦山災害學的安全教育特征主要表現(xiàn)在災害認識觀、經(jīng)濟觀、倫理觀、礦山安全法制觀和行為觀以及應急救援和自護逃生技能等礦山災害防治意識和減災避難方法上。其中:災害認識觀是對礦山生產(chǎn)與礦山安全和諧關系的基本認知;災害經(jīng)濟觀是對礦山災害的理性思考和對礦山安全價值的理性判斷;災害倫理觀是建立一種新的倫理道德規(guī)范來調(diào)節(jié)礦山生產(chǎn)作業(yè)者與礦山安全之間的矛盾;安全法制觀是以社會法律規(guī)范的強制形式來調(diào)節(jié)人們在發(fā)展礦山經(jīng)濟和保障礦山生產(chǎn)安全作業(yè)過程中的種種具體矛盾;安全行為觀是礦山安全保障中具能動性的意識;應急救援和自護逃生是災后使災區(qū)及社會的生命和財產(chǎn)損失減少到低程度的有效方法。無論在礦區(qū)或者對公眾社會,上述內(nèi)容都應進行普及教育和廣泛宣傳,組織機構(gòu)、經(jīng)費支持和教育培訓制度化是礦山安全教育落實的重要環(huán)節(jié)。
     3.5 工程科學研究特征
     礦山災害學理論研究在于實踐和應用,其終目的是減少礦山災害的發(fā)生,降低礦山災害事故的危害。理論只有與礦山災害防治工程緊密結(jié)合,礦山災害學的研究才會有生命力。實際上,對于各類礦山災害的認識和防治,首先是從礦山工程概念開始,而對礦山災害的有效防治,也終表現(xiàn)為礦山工程技術的實際發(fā)展水平。在一定經(jīng)濟條件下,礦山工程的技術水平也充分代表了礦山災害學的研究水平。
     就目前研究而言,礦山災害學是一門綜合性強并需不斷擴充的礦山安全減災科學。因為任何一門學科從發(fā)展到成熟,都必須經(jīng)歷一個強大的理論基礎和技術經(jīng)驗的積累升華過程。尤其涉及到礦山災害內(nèi)在機理、預測預報和綜合防治技術等領域,從理論到實踐,存在著相當多的難題。因此,足夠龐大的礦山災害學工程理論的研究,仍然在相當長時間內(nèi),是礦山災害學科學建設的重要任務。
     4 礦山災害學的研究方法
     4.1 災害理論研究與其防治技術緊密結(jié)合
     礦山災害學研究的終目的是減少礦山災害的發(fā)生,降低礦山災害事故的危害。只有與礦山災害防治對策與方法緊密結(jié)合,災害學才會更有生命力。在礦山災害學的研究中,要重視礦山災害對社會經(jīng)濟綜合影響的研究和防災減災效益的研究,只有將礦山災害防治的經(jīng)濟效益研究清楚,才能為礦山災害防治的決策者服務,從而使礦山災害學的研究成果迅速轉(zhuǎn)化和推廣,變?yōu)樯a(chǎn)力,保護大眾及社會的安全,為礦山開采的經(jīng)濟發(fā)展服務。
     4.2 邏輯辯證與歷史唯物相統(tǒng)一
     縱觀礦業(yè)開發(fā)史,也就是一部人類與礦山災害作斗爭的歷史。因此,礦山災害學的研究,應當按照礦山災害防治理論的發(fā)展進程(邏輯)和人類認識礦山災害的歷史過程(歷史)相一致的原則,采用邏輯辯證與歷史唯物相統(tǒng)一法,進行礦山災害學理論體系的研究。礦山災害學不能缺少礦山災害史學及礦山災害哲學。
     4.3 加強國際協(xié)作與學術交流
     災害科學沒有國界,只有進行廣泛的國際協(xié)作與學術交流,才能更好地掌握礦山災害的災變機理及其防治對策。此外,在礦山災害學研究的協(xié)作過程中,Intemet網(wǎng)絡技術也將給研究工作帶來極大的推動和促進作用。
     4.4 堅持系統(tǒng)觀和綜合法
     過去,礦山災害研究多局限于單個礦井、單個災害種類、單個側(cè)面的研究,局限于具體災害事件的研究,即進行孤立的研究,其研究結(jié)果應用有限,很難進行實質(zhì)性的大規(guī)模推廣與應用。因此,礦山災害學的研究,應當運用系統(tǒng)科學的分析觀點,從有限、分散的礦山災害理論研究和實踐中,進行綜合、提練,向綜合化和系統(tǒng)化方面發(fā)展。即大力開展對多礦區(qū)、多礦種、多種礦山災害的總體綜合研究,使之真正做到“安全減災,綜合防治”。
     4.5 推進礦山災害。的非線性研究
     受歷史發(fā)展的局限,過去在定量分析礦井災害系統(tǒng)運動規(guī)律時,通常是將非線性關系簡化為線性關系。由于非線性系統(tǒng)與對應的線性化系統(tǒng)的動力拓撲結(jié)構(gòu)不一定同胚,因此,這種簡化所得的結(jié)果不能充分說明礦山災害系統(tǒng)的真實規(guī)律。實際上,礦山災害現(xiàn)象的孕育、發(fā)生和發(fā)展,與構(gòu)成災害的各要素及其環(huán)境之間的非線性相互作用所產(chǎn)生的分叉、突變、混沌、孤立子、分形、自組織和失穩(wěn)等非線性現(xiàn)象有著密切關系。因此,從非線性科學角度,對礦山災害的運動規(guī)律進行研究,即可比較全面正確地認識礦山災害系統(tǒng)運動的真實規(guī)律。借助于當代計算機技術,可大力推動礦山災害系統(tǒng)的非線性動態(tài)研究并取得成果。
     5 結(jié) 論
     (1)礦山災害學來源于礦山災害防治理論與防治技術研究的長期實踐。它既屬于新型的交叉科學,又屬于工程應用科學,它是一門礦山安全減災的系統(tǒng)科學。礦山災害防治技術水平的提高,有賴于礦山災害學科學理論的指導,取決于在礦山生產(chǎn)系統(tǒng)中對“人一資源一環(huán)境一安全一減災一社會一經(jīng)濟”交叉融合關系的科學系統(tǒng)研究。
     (2)礦山災害學的研究特征遵循安全工程學、減災工程學的研究特征。但是它的研究更側(cè)重于礦山災害成因\災害加劇過程\礦山災害防治管理決策的研究。因此,礦山災害學及其體系內(nèi)涵的研究,不僅僅是社會學家、經(jīng)濟學家、地礦學家、安全科學家、環(huán)境科學家共同協(xié)作,才能系統(tǒng)地、綜合地研究礦山安全減災的難題,而且也是一個全面、正確認識礦山災害及其事故發(fā)生、發(fā)展規(guī)律,提高全民安全意識和素質(zhì)的問題。
     (3)礦山災害學的研究要從整個礦區(qū)大環(huán)境、大安全的角度出發(fā),實行多學科、多理論的交叉研究。在研究過程中,要注意礦山災害非線性動力現(xiàn)象的研究和防災減災效益的研究。與此同時,還必須大力開展多層次、多領域、多方位的國際協(xié)作。只有這樣,才能全面、系統(tǒng)、綜合地發(fā)展礦山災害學理論。