能量流意外釋放思維模式和事故預防

文/吳超，黃浪

【本文摘改自：黃浪, 吳超, 楊冕, 王秉. 基于能量流系統(tǒng)的事故致因與預防模型構建[J]. 中國安全生產(chǎn)科學技術, 2016,12(7): 55-59.】

能量是表述物質(zhì)狀態(tài)的物理量，是物理學中刻畫做功的一個量，在安全物質(zhì)學中同樣占有重要地位。在正常生產(chǎn)過程中，能量受到種種限制，按照人們規(guī)定的流通渠道流通。如果由于某種原因?qū)е履芰渴タ刂?，超越人們設置的約束而意外釋放，則可能導致事故發(fā)生。因此，研究與探討能量在事故中的聚集、轉(zhuǎn)換等致災機理和規(guī)律對事故預防至關重要。

從能量的角度對事故致因進行了相關研究，提出能量意外釋放論等事故致因模型，國內(nèi)外許多學者都做了不少研究。下面從系統(tǒng)中能量的“流”的特征進行深入分析，以補充能量流的視角分析事故致因的相關研究的欠缺。

1.能量流系統(tǒng)

能量是物質(zhì)本質(zhì)屬性的體現(xiàn)，是一切物質(zhì)運動與轉(zhuǎn)換的源動力。無論物質(zhì)是簡單的物理性移動（如高處墜落、物體打擊、機械傷害、車輛傷害等），還是發(fā)生物理化學變化（如燃燒、化學爆炸等），其流動過程都伴隨著各種能量之間的轉(zhuǎn)換和利用，進而形成能量流。

根據(jù)能量系統(tǒng)、能量流及安全物質(zhì)學理論，可知能量流系統(tǒng)是指通過避災系統(tǒng)預防、減少和消除致災系統(tǒng)異常能量釋放對承災系統(tǒng)造成的損害所形成的，以能量作為狀態(tài)衡量統(tǒng)一標準的系統(tǒng)。

能量流系統(tǒng)內(nèi)涵解析：①其研究目的是減少能量異常釋放所造成的損失，能量既是造成傷害的原因，也是避免和減少災害損失的手段；②能量在致災物、避災物、承災物之間以及人和環(huán)境之間的相互轉(zhuǎn)換規(guī)律是事故能量系統(tǒng)作為獨立系統(tǒng)類型的劃分依據(jù)，并且能量流是表征事故能量系統(tǒng)行為的基本方式；③在一定條件下，致災物能量、避災物能量和承災物能量可以相互轉(zhuǎn)換，這也是事故演變復雜性的本質(zhì)原因之一；④能量流系統(tǒng)是安全系統(tǒng)的子系統(tǒng)，具有很強的層次結構和功能結構，是一個具有動態(tài)性、開放性的復雜系統(tǒng)。

2.能量流系統(tǒng)模型構建及其典型形式

能量守恒定律認為能量不能消滅，也不能創(chuàng)生，只能由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。在結構與形式復雜的生產(chǎn)活動中，存在著各種形式的能量貯存與轉(zhuǎn)化。事故能量系統(tǒng)的錯綜復雜性表現(xiàn)為能量在致災物、承災物和避災物之間以及這三種物質(zhì)與人、環(huán)境之間的異常流動、轉(zhuǎn)化和重新分配，可以用能量流向圖來揭示其復雜性本質(zhì)（如圖1所示）。從能量流入手把握事故的發(fā)生、發(fā)展機理，通過分析能量流系統(tǒng)各因素之間能量的轉(zhuǎn)換及流動過程，建立幾種能量流系統(tǒng)模型：如能量串發(fā)型、能量發(fā)散型、能量集中型、能量穿梭型等。

1）事故能量串發(fā)模型。串發(fā)型是單災種（能量源）在演變過程中形成同類型災種延續(xù)的單向演化形態(tài)，這種類型是最簡單的也是最好預防能量意外釋放和控制的能量流系統(tǒng)，如物體打擊、高處墜落、機械傷害等形式的能量系統(tǒng)。

2）事故能量發(fā)散模型。發(fā)散型是由一個能量源向若干分支擴展，分裂成多種災害能量，此類能量系統(tǒng)具有樹枝葉脈鏈式反應特征，各能量發(fā)散分支存在時空上的連續(xù)性。此類事故能量系統(tǒng)具有面積大、范圍廣、影響深遠等特征。如深井煤礦冒頂或沖擊地壓事故，由于開采過程破壞了地層原有的平衡狀態(tài)，當作用于巷道頂板的地壓能量超過巷道頂板的支撐力，頂板能量系統(tǒng)處于失衡狀態(tài)，導致冒頂事故發(fā)生，并且頂板儲存的能量進一步釋放，伴隨產(chǎn)生高壓有毒有害氣體、沖擊波（有時還有高溫、涌水）等能量。

3）事故能量聚集模型。聚集型由若干分支能量在演化過程中集成綜合型的事故能量，形成巨大的破壞作用。此類事故能量系統(tǒng)在時間或空間上存在兩條或兩條以上的并列、獨立的能量源分支，能量呈現(xiàn)方向上的傳遞和聚集趨勢，在事故能量系統(tǒng)中表現(xiàn)為至少存在一個聚合能量，其破壞強度逐級增強或破壞范圍逐級增大。如礦山的突水事故，就是由自然降水、含水層的巖溶水、老窯積水、巷道積水等形成分支能量源在勢能、動能等能量作用下，經(jīng)過一定的時空演化過程，向巷道、采空區(qū)等空間聚集，形成具有一定破壞強度的能量系統(tǒng)，當聚集的能量達到或超出突水點的臨界失穩(wěn)強度時，破壞作用放大，使儲存的載體能量全部釋放，即事故發(fā)生。

4）事故能量穿梭模型。穿梭型是串發(fā)型、聚集型和發(fā)散型三種形式混合而成的鏈式網(wǎng)狀關系，即能量傳播關系不只是以鏈條狀出現(xiàn)，還有鏈與鏈之間進行的互相交叉滲透和相互影響關系。該模型中能量產(chǎn)生、傳播與轉(zhuǎn)換需具備擴展蔓延的啟動條件、具有性態(tài)相同或相近且逐漸同化的連續(xù)蔓延載體擴展條件。此類模型最典型的例子就是火災事故，系統(tǒng)存在的可燃物本身不存在破壞力，但是當可燃物達到一定的濃度，并且具備助燃能量條件和引燃能量條件時，在一定的時空內(nèi)就會發(fā)生火災或爆炸事故，燃燒能量以沖擊波、高溫、高壓、有毒有害氣體、煙霧等能量形式釋放，造成人員傷亡與財產(chǎn)損失。

3.基于能量流系統(tǒng)的事故預防策略

根據(jù)基于能量流系統(tǒng)模型的事故致因機理模型，可提煉防止或減少承災物受損嚴重程度的措施：

1）減少致災系統(tǒng)潛在能量：①采用本質(zhì)安全化物質(zhì)，如選用安全能源代替危險性較大的能源質(zhì)、使用低毒物質(zhì)取代高毒物質(zhì)等；②限制潛在能量，防止?jié)撛谀芰烤奂?，如利用安全電壓設備、控制旋轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)速、控制爆炸性氣體濃度等。

2）減少致災系統(tǒng)向外部環(huán)境意外輸出的能量：①防止能量蓄積，如通過良好接地消除靜電蓄積；②控制能量釋放，采用可靠性強的設備設施，如耐壓氣瓶、盛裝輻射性物質(zhì)的專用容器等；②設置能量過載自動報警、連鎖控制裝置，如超壓報警器、超溫報警器、超速報警器等。

3）降低致災系統(tǒng)向外部環(huán)境輸出能量的釋放速率：①可采用延緩和限制能量釋放裝置，開辟能量意外釋放新通道，如安全良好接地、采用減震裝置吸收沖擊能量，使用安全閥、溢出閥、密閉門、防水閘、泄爆口等。

4）采取意外釋放能量的屏蔽措施，切斷能量傳播路徑，提高屏蔽效能，如機械運動部件加裝防護罩、電器的絕緣層、消聲器等；在致災物與承災物之間采取工程控制措施提高對能量的削減作用，如采用安全圍欄、防火門、防爆墻等；對承災物采取防護措施，提高個體防護效能，如安全帽、手套、防塵口罩、防噪耳塞等；做好能量意外釋放事故的最后一道防線，采取正確的應急救援措施，使用正確的應急物質(zhì)等，如根據(jù)不同的火災類型選用不同的消防器材；降低能量作用集中程度系數(shù)、作用時間系數(shù)，增大抗災系數(shù)。

   更詳細內(nèi)容可閱讀下面文章：

黃浪, 吳超, 楊冕, 王秉. 基于能量流系統(tǒng)的事故致因與預防模型構建[J]. 中國安全生產(chǎn)科學技術, 2016,12(7): 55-59.

HUANG Lang ,WU Chao, YANG Mian, WANG Bing. Modeling of accidentcausing and prevention based on energy flow system[J]. Journal of Safety Scienceand Technology, 2016, 12(7): 55-59.

轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系原作者獲取授權，同時請注明本文來自吳超科學網(wǎng)博客。
鏈接地址：https://blog.sciencenet.cn/blog-532981-1034244.html

上一篇：新春也說幾句回顧與展望
下一篇：構建安全理論模型之竅門

相關知識

嬰兒意外事故預防措施
如何預防和應對環(huán)境污染事故.docx
家庭防范意外事故指南與應對策略.docx
預防醫(yī)學名詞解釋
胎教，也能釋放孕期焦慮
【胎教故事】胎教故事大全，胎教童話故事，胎教小故事
互聯(lián)網(wǎng)+思維模式下的健康產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)研究
國學經(jīng)典胎教故事
科學網(wǎng)—博士生做好心理疾病預防五部曲
預防流產(chǎn)注意事項

網(wǎng)址: 科學網(wǎng)—能量流意外釋放思維模式和事故預防 http://www.u1s5d6.cn/newsview320755.html