煤矿本质安全管理研究成果

1.3　本质安全管理理论

1.3.1　本质安全概述

1.3.1.1　本质安全概念的由来与发展

本质安全（intrinsic safety/inherent safety）概念提出距今已过半个世纪，该概念源于20世纪50年代世界宇航技术界，主要是指电气系统具备防止可能导致可燃物质燃烧所需能量释放的安全性（赵朝义，2002；李瑞敬，2005；Makai，2006；刘海滨等，2007；王俭，2008；等）。但是，在本质安全概念明确提出之前，就有与此概念非常接近的概念，也就是所谓“可靠性”。可靠性工程最主要的理论基础——概率论早在17世纪初由伽利略、高斯等人建立，后来马尔科夫创立了随机概率论，这是可修复系统最重要的理论基础。可靠性工程另一门主要的理论基础——数理统计在20世纪30年代形成（Roland，1990；Muhlbaucer，1992）。因此，本质安全概念的演变有着深厚的历史渊源。

近年来国外对本质安全理论的研究在各个领域有了较大的发展。1993年美国化工安全中心（CCPS）出版了《生产安全工程设计导则》（Guidelines for Engineering Design for Process Safety）。该书介绍了本质安全设计方法，强调了实现生产安全的最佳方法是在设计初始阶段考虑安全因素。1994年CCPS成立了本质安全生产分委员会（The International Conference and Workshop on Process Safety Management and Inherently Safe Processes），将本质安全作为重要议题进行了讨论。1996年米歇根科技大学的Dan Crowl教授出版了《本质安全的化工生产：生命周期方法》（Inherently Safer Chemical Process：A Life Cycle Approach）。该书重点阐述了如何在整个化工生产过程的生命周期中使用本质安全设计的基本原理CCPS还与美国废物减少技术中心（The Center for Waste Reduc－tion Technologies，CWRT）共同出版了《安全健康环境应是生产设计不可缺少的组成部分》（Making EHS an Integral Part of Process Design），强调本质安全应与预防、绿色化学等一起综合考虑。此外，CCPS还开展了安全与化学工程教育项目（Safety and Chemical En－gineering Education，SAChE）。SAChE项目的主要内容包括：化工专业学生开发生产安全和本质安全方面的教材，资助本质安全研究。2001年10月，美国107个、加拿大10个、其他国家6个研究机构或大学作为会员加入了SAChE项目。

除CCPS外，美国化学工程师协会（American Institute of Chemical Engineers）、国家安全委员会（National Safety Council）、美国化工协会（American Chemical Socirty，ACS）、环境保护署（Envi－ronmental Protection Agency，EPA）等机构都积极促进本质安全理论的研究与应用。美国陶氏化学公司、埃克森化学公司、联合碳化物公司等也积极发展本质安全的工艺、产品和评价方法。

加拿大化工学会（Canadian Society for Chemical Engineering，CSChE）、加拿大化工生产商联合会（Canadian Chemical Producers’Association，CCPA）及许多公司和组织也积极促进本质安全理论的研究、推广和应用。

欧盟为促进本质安全理论在化工工艺开发和设备设计中的应用，进一步改进化工企业在安全、健康、环境保护方面的绩效，于1994—1997年间组织有关研究机构和企业，开展了化工工厂本质安全设计方法研究（Inherent Safety Approaches to the Design of Chemical Process Plant，InSIDE）项目。该项目的主要目的是提高欧盟各成员国化工企业的本质安全、健康和环境保护绩效，通过开发一套化工生产本质安全环境保护绩效评价指标体系和化工工艺本质安全评价方法，促进本质安全方法的推广应用。

国内学者也早在20世纪50年代就开展了关于电子产品的可靠性研究，但在学术上明确提出本质安全概念应该是在20世纪90年代，此后关于本质安全研究如雨后春笋，发表了大量的学术论文，几乎研究本质安全的行业都有自己对本质安全含义的界定。

（1）我国石油行业对本质安全的界定。所谓本质安全是指通过追求人－机－环－管的和谐统一，实现系统无缺陷、管理无漏洞、设备无故障。实现本质安全的企业要求职工素质、劳动组织、装置设备、工艺技术、标准规范、监督管理、原材料供应等企业经营管理的各个方面和每一个环节都要为安全生产提供保障。

（2）我国交通行业对本质安全的界定。由于受生活环境、作业环境和社会环境的影响，人的自由度增大，可靠性比机械差，因此，要实现交通安全，必须有某种即使存在人为失误的情况下也能确保人身及财产安全的机制和物质条件，使之达到“本质的安全”。

（3）我国电力行业对本质安全的界定。本质安全可以分解为两大目标，即“零工时损失，零责任事故，零安全违章”长远目标；“人、设备、环境和谐统一”终极目标。

（4）我国煤炭行业对本质安全的界定。“煤矿本质安全”是电气领域“本质安全”概念在煤矿生产系统的进一步延伸，很多学者对其内涵进行了阐述。

2001年，徐矿集团率先在煤炭行业提出创建煤矿本质安全的目标，总结凝练了本质安全的核心理念是力求通过“人、物、系统和制度”四大要素的高度和谐统一，实现“在任何时间、任何地点不因人的不安全行为或物的不安全状态而发生事故”的目标。即人按规程操作，杜绝违章，物或设备在动态或静态状态下始终安全运行，系统实现“人机互补、人机制约”，制度不断规范，最终实现生产过程的管理零缺陷、零事故的本质安全目标。

2002年，同济大学赵朝义博士运用人的行为理论、人机工程学及可靠性理论，对煤矿本质安全进行了系统分析和研究，提出了煤矿本质安全定义与煤矿本质安全措施和方法他认为煤矿本质安全是指将本质安全的内涵加以扩大，已不是单纯指设备构造的本质安全设计，而是指在一定的技术经济条件下，煤矿具有相当的安全可靠性，具有完善的预防和保护功能，具有良好的安全文化和安全氛围以及科学的安全管理体制，使事故、灾害降低到规定的目标或可以接受的程度。

2007年，刘海滨、李光荣等人在分析了国内煤矿本质安全管理研究现状及存在问题、综述了煤矿本质安全的几种定义后，将本质安全煤矿界定为：一种“不断追求系统安全极限”的管理理念，在相对可靠的技术、设备及环境下，通过有效的管理机制与方法，消除导致煤矿系统不安全的主要因素即人的不安全行为，从而使影响煤矿安全的各因素处于被约束与控制状态，最大化提升系统的可靠性，使煤矿灾害与事故发生率降至极低的、可接受的限度，等等。

1.3.1.2　本质安全与本质安全化

总的来看，关于本质安全概念主要有两种观点。

一种是狭义的本质安全，仅适用于物的方面的本质安全，不包括人的安全性。具体是指机器、设备能依靠自身的安全设计，防止因人出现违章操作或误动作等错误而发生的事故，并且设备本身可以防止人的操作失误。当设备的个别部件发生故障或运行参数发生不正常突变时，也会由于完善的安全装置而避免工伤事故的发生。

另一种就是广义的本质安全，具体是指“人－机－环－管”的生产系统表现出的整体安全性能，包括人的安全可靠性、物的安全可靠性、环境系统的安全可靠性以及管理规范和持续改进。可见，广义的本质安全概念在内涵上已经超越了狭义的本质安全概念，是本质安全理念的进一步延伸和拓展，并逐渐被越来越多的人所接受。从广义本质安全概念的内涵来看，主要强调3点：第一，本质安全重视从根源上着手保证安全；第二，本质安全是系统中各要素最佳匹配的一种状态；第三，本质安全是不断追求的系统安全极限。以上3个方面叠加在一起就是系统的本质安全。

本质安全是系统的一种安全状态，本质安全化是为使生产装置、设备、系统以及安全措施等达到本质安全而进行的研究、设计、改造和强化实施与管理的过程。简言之，本质安全化就是不断实现本质安全的过程，其目的是用科学技术尤其是安全科学技术的一切成就，使生产现场所形成的事故条件（或因素）从根本上得以消除；若暂时达不到这种要求，则可采取多种、多重的安全技术措施，形成最佳组合安全保障系统，以最大限度地实现安全生产（张友亭等，1998）。本质安全化一般是针对某一个系统而言，是表明该系统的安全技术与安全管理水平已达到了部门安全的基本要求，系统可以较为可靠地运行，但不表明该系统绝对不会发生事故。也就是说，本质安全化的程度是相对的，不同的技术经济条件有不同的本质安全水平，而不是绝对的本质安全。由于技术、经济等原因，系统的许多方面尚未实现本质安全，事故隐患仍然存在，事故发生的可能性并未彻底消除，仅仅是将事故的损失控制在一定程度上。譬如，受安全科学技术发展的限制，煤矿井下的设备、设施等物的因素并非完全是本质安全的，但随着技术研发的不断完善，可以用本质安全的机器设备逐步替代不安全的机器设备，从而实现本质安全化；其他因素如人、环境等也是如此。因此，本质安全化是一个动态的概念，强调了接近本质安全即安全极限的过程，物的方面是这样，人的方面也是如此。

系统安全理论认为，绝对的安全是不存在的。因为任何装置（物）都存在着某些危险性或某些潜在的危险物因素，人的认识能力、判断能力和控制能力总是有限的。所以，多数人认为或能接受的危险性就成了当代社会可接受的安全水平。是安全还是危险，是由当代的科技进步、经济基础、人们的安全心理素质和公众承受的事故和危害的水平来判断和决定的。这一相对安全的目标值，在一定条件下是可望实现的，尤其是对物而言本质安全化有可能实现，而作为人或系统也可以离理想安全状态越来越近，最大限度地实现本质安全化因此人与机器设备环境等因素一样也有一个不断趋向本质安全的过程，即人的本质安全化问题，从而把本质安全概念推广到整个煤矿生产系统，即系统的本质安全化。系统的本质安全化是在一定的经济、技术设备条件下，使得人－机－环－管系统在本质上具有最佳安全匹配的过程。这种最佳的安全匹配体现在系统具有相当的安全可靠性，具有完善的预防和保护功能，通过全面的安全管理，使得事故降低到规定的目标或者可以接受的程度，从而使经济效益最大化。

1.3.2　本质安全原理

1.3.2.1　基本原理

本质安全强调从根源上对系统中存在的危险因素进行消除或减少，其基本原理如下。

（1）最小化原理。减少危险物质库存量，不使用或使用最少量的危险物质；在必须使用危险物质的情况下，应尽可能减少危险物质的数量。强化工艺设备，减小设备尺寸，使其更有效、更经济、更安全。系统内存在的危险物质的量越少，发生事故所造成的后果越小。

（2）替代原理。用安全的或危险性小的物质或工艺替代或置换危险的物质或工艺。例如：用不可燃物质替代可燃性物质，用不使用危险材料的方法替代使用危险材料的方法，使用危险性小的物质或不用危险物质的工艺替代使用危险物质的工艺，也包括设备的替代。该措施可以减少附加的安全防护装置，减少设备的复杂性和成本。

（3）缓和原理。采用危险物质的最小危害形态或最小危险的工艺条件（如在室温、常压、液相条件下）；在进行危险作业时，采用相对更加安全的工艺条件，或者用相对更加安全的方式（溶解、稀释、液化等）存储或运输危险物质。

（4）简化原理。通过设计，简化操作，减少使用安全防护装置，以减少人为失误的机会。简单的工艺、设备比复杂的更加安全，其所包含的部件较少，可以减少失误，节约成本。

从对危险进行消除或减小的角度讲，本质安全的4个基本原理从最小化、替代到稀释简化，呈现出依次减弱的趋势（图1.13）。这些原理不仅适用于物的本质安全化，而且适用于人的本质安全化。

在研究中，Kletz对上述本质安全（原则）进行了补充，增添了友好型工艺设备应当遵循的原则，包括避免碰撞效应、避免组装错误、状态清楚、容错能力、易于控制以及管理控制或程序等。

(www.xing528.com)

图1.13　本质安全基本原理优先顺序等级

1.3.2.2　本质安全方法与传统安全方法的比较

从事故风险管理战略的角度看，生产过程安全防护方法或风险管理方法主要包括：无源安全、有源安全、程序管理安全、本质安全等。其中，无源安全方法是指在设计生产过程或设备时自身就具有安全防护的功能，安全防护系统不需要通过人工启动或没有运动部件，不需要有源安全装置；有源安全方法是指采用附加的安全装置，如控制器、安全连锁系统、紧急停车系统等，通过检测可能的危险状况，从而采取纠正措施，该类措施需启动附加安全防护系统或装置才能发挥作用；程序安全管理方法是指采用管理方法，如作业程序、安全检查、应急响应等措施，通过监测初始的不正常事件、执行程序或通过操作人员启动设备才能阻止事故的发生和发展；本质安全是从根源上消除或减少危险，而不是通过附加的安全防护措施来控制危险。通过采用没有危险或危险性小的材料和工艺条件，将风险减小到忽略不计的安全水平生产过程对人财产或环境没有危害威胁不需要附加或程序安全措施，其本质安全功能已融入生产过程或系统的基本功能。本质安全方法与传统安全方法的区别如图1.14所示。

图1.14　本质安全方法与传统安全方法比较

1.3.3　煤矿本质安全管理及要素

煤矿的本质安全管理是系统的本质安全化管理理念的推广应用。根据业界普遍的认识，煤矿本质安全管理是在一定经济技术条件下，在煤矿全生命周期过程中对系统中已知规律的危险源进行预先辨识、评价、分级，进而对其消除、减小、控制，实现煤矿人－机－环－管系统的最佳匹配，使事故降低到人们期望值和社会可接受水平的风险管理过程。

从以上内涵的界定可以看出，煤矿本质安全管理就是通过以预控为核心的、持续的、全面的、全过程的、全员参与的、闭环式的安全管理活动，在生产过程中做到人员无失误、设备无故障、系统无缺陷、管理无漏洞，进而实现人员、机器设备、环境、管理的本质安全，切断安全事故发生的因果链，最终实现杜绝已知规律的、酿成重大人员伤亡的煤矿生产事故发生的本质安全目标。

对煤矿本质安全管理内涵的探讨，有的研究不仅包括企业的本质安全管理，而且拓展到宏观的层面，认为煤矿本质安全管理的内涵应包括宏观本质安全管理和微观本质安全管理，其中，宏观本质安全管理包括法制、监察、保险、监管信息4个方面，微观本质安全管理包括企业安全文化、人－机－环－管理和企业安全信息6个方面。本书将研究范围界定在企业内部，即只分析微观的本质安全管理。

基于以上分析，煤矿本质安全管理就是紧紧围绕煤矿安全系统中的危险源开展的风险管理，目标是实现人－机－环－管系统的最佳匹配，途径是由危险源辨识、评价、控制等环节构成的管理流程。这里的“危险源”是特指能量物质或能量载体，它与人－机－环－管等要素一起共同构成了煤矿安全系统。

根据安全系统科学原理，安全系统论包括两个研究对象：一是事故系统，二是安全系统。人（man）的不安全行为、物（machine）的不安全状态、环境（medium）不良和管理（management）欠缺（简称“4M”）共同构成了事故系统，使我们对防范事故有了基本目标和对象。但要提高事故防范水平，必须研究安全系统。安全系统的要素包括人的安全素质、设备与环境的安全可靠性、能量的有效控制、充分可靠的安全信息流（罗云，2010）。可见，事故系统与安全系统是分析安全问题的两个视角，从事故系统角度的分析带有事后型的色彩，是被动的、滞后的；而从安全系统角度的分析具有超前和预防的意义。

通过对比两个系统可以发现，两个系统的要素之间是相互对应的（图1.15）。其中，人的不安全行为对应着人的安全素质，物的不安全状态对应着设备的安全可靠性，环境不良对应着环境安全可靠与能量的有效控制，管理欠缺（失误）对应着充分可靠的安全信息（流），意味着充分可靠的信息是管理效能充分发挥的前提，是安全的基础保障。

图1.15　煤矿事故系统与安全系统的关系图

从事故系统和安全系统之间的关系可以看出，煤矿本质安全管理的目标是人－机－环－管的本质安全化，从而把事故控制在社会可以承受或能够接受的程度和水平。要实现这一目标，不能单纯从事故系统入手，因为这样是被动的、滞后的，而要从安全系统的角度出发，才能做到超前预防，才能抓住煤矿事故系统的根源。因此，煤矿本质安全管理应建立在安全系统的基础上，从构成系统的要素出发，不仅要实现各要素的本质安全，还要实现各要素之间的最佳匹配，才能保证煤矿系统整体的本质安全。

从煤矿安全系统的构成来看，系统的构成要素包括人、物、能量和信息4个方面，其中物包括了设备和环境，信息要素是指充分可靠的信息意味着管理效能的充分发挥。由于能量对应着事故系统中的固有危险源，而其他要素对应着事故系统中的触发型危险源，是引发固有型危险源能量失控的触发因子，只有当许多触发型危险源同时具备的情况下才可能诱发事故。因此，煤矿本质安全管理不仅要从事故系统着手，而且要从安全系统着眼，实现两大系统的融合统一。其中，人－机－环3要素在两大系统中是一一对应的关系，安全系统中的信息与事故系统中的管理相对应。

根据煤矿事故致因分析，信息的缺陷是管理失误的直接表现，是煤矿事故的间接致因。根据煤矿安全系统的分析，信息是安全系统的构成要素之一，信息充分可靠是发挥管理效能的前提。安全信息是安全管理的依据，具有间接预防事故和间接控制事故的功能，安全信息是否充分可靠反映了管理是否存在缺陷。因此，信息是管理的必备要件，安全系统中的信息要素与事故系统中的管理要素相对应，管理就是基于安全信息作出决策，管理的内涵包括一切与安全有关的管理活动，而不仅仅是管理制度本身。

因此，煤矿本质安全管理不仅要对固有危险源进行管控，还要对其他危险源加强管控。要在对固有型危险源管控的前提下，把管控的重点放在触发型危险源方面，不仅要分析人－机－环－管各要素的本质安全，还要从系统整体出发研究本质安全管理过程。因此，煤矿本质安全管理是建立在安全系统和事故系统基础上的，其基本要素包括人－机－环－管4个方面，煤矿本质安全管理的内容包括人的本质安全、机的本质安全、环境的本质安全和管理的本质安全。

1.3.3.1　人的本质安全

煤矿企业职工既是安全生产的主体，又是安全管理的对象。人的不安全行为是事故最主要的原因。据资料统计，在我国煤矿事故构成中，有90%以上是由人的违章行为导致的。人的本质安全相对于其他方面的本质安全而言，处于先决性、引导性、基础性地位。人的本质安全包括两方面基础性含义。一是人在本质上有着对安全的需要；二是人通过教育引导和制度约束，可以实现系统及个人岗位的安全生产无事故。人的本质安全是一个可以不断趋近的目标，同时又是由具体小目标组成的过程。人的本质安全既是过程中的目标，也是诸多目标构成的过程。本质安全的职工可通俗地解释为：想安全、会安全、能安全，即具备自主安全的理念，具备充分的安全技能，在可靠的安全环境系统保障下，具有安全结果的生产管理者和作业者（杨金廷，2008）。

因此尽管人在生理机能上不可能像物质环境一样实现本质安全，但是，作为煤矿生产系统中的构成要素，人既是安全管理主体，又是安全管理的对象，必须符合“想安全、会安全、能安全”的要求才能保证安全生产。也就是要求职工具备较强的安全意识（想安全），必备安全知识和安全技能（会安全），具有良好的安全素质，不论在何时、何地、何种作业环境和条件下，都能按规程操作，杜绝“三违”现象（能安全），杜绝人为失误。

1.3.3.2　机的本质安全

机的本质安全是指物的本质安全，具体包括机器设备、安全设施、机具等，是传统意义上的本质安全。机械设备设施的本质安全化具体指机械设备设施要符合人机工程学的要求，并按规定配备，选型要正确，安装时要符合要求，做到经常性维护保养，保证正常运行，同时还要对操作者实施符合要求的个体防护。

机的本质安全不仅要考虑其机械化、自动化水平，还要考虑其安全可靠性，即设备机具本身就是本质安全的，具有故障检测和安全防护功能，即使出现人的失误，也不会造成事故的发生。同时，机的本质安全还要求在使用过程中要确保机器设备正常运转，不存在安全隐患（如设备老化、年久失修等），才能实现机的本质安全。

1.3.3.3　环境的本质安全

环境的本质安全是指生产场所应确保职工的工作安全，就是要以人为中心，尽可能采取安全技术措施，为职工创造更好的生产、生存、生活环境，保证职工心情舒畅、工作愉快，消除不安全感和后顾之忧，有效遏制作业人员的不安全行为，控制事故的发生。

环境的本质安全包括井下自然环境的本质安全和作业环境的本质安全。一方面，煤矿井下生产环境必须符合安全规程和标准的要求，具备保证生产活动正常开展的基本条件，坚决不能盲目冒险；另一方面是作业环境要确保职工安全，做到作业环境清洁卫生、整洁有序、设备物料定置、通道通畅。

1.3.3.4　管理的本质安全

根据煤矿事故致因理论，管理失误可能引起人的不安全行为、物的不安全状态和不安全的环境。反过来，当人、设备和环境无法实现本质安全的情况下，科学的管理成为控制事故的关键，可以有针对性地弥补其他要素存在的缺陷。现代的安全管理运用系统工程的原理和方法，注重全面、系统、超前的过程控制，从危险源辨识入手，通过系统的分析、预测、评价，采取相应措施，消除或控制危险因素，使系统达到最佳安全程度。

管理的本质安全就是通过建立科学、简捷、完善和高效的管理体系来保证生产安全，包括完备的管理标准体系、管理措施体系以及保障管理标准和管理措施切实落实到位的管理保障体系。可见，管理的本质安全首先要有本质安全的管理制度，其次还要保证制度落实到位，才是管理的本质安全。也有人提出，微观本质安全管理中管理的本质安全即组织机构管理的本质安全。煤矿企业组织机构管理的本质安全主要包括：管理机构、人员，规章制度，安全、操作和作业规程及责任制，安全措施，应急预案体系及演习，安全生产管理人员及注册安全工程师数量，安全检查，安全资金的投入与安全风险抵押金以及事故统计与处理制度等方面的内容。需要指出的是，本质安全的管理仅适用于“已知规律的风险”，而没有包括煤矿生产中的所有风险。由于受安全科学的限制，人们对“未知规律的风险”缺乏认识，无法予以科学控制。因此，本质安全管理并不意味着绝对不发生事故，而是从根本上杜绝责任事故的一种管理方法。

在煤矿本质安全管理的相关研究中，有人还单独提出了信息本质安全的概念，认为信息本质安全是企业自行制订传输协议和接口标准，各子系统之间互通和兼容，信息资源共享，监测系统、控制系统和管理系统实现联动。正如前文指出的，信息作为一种要素在安全管理中居于重要地位，信息的缺陷可能引起人的不安全行为、物的不安全状态不安全的环境和管理失误然而充分可靠的信息是管理效能充分发挥的前提，是安全的基础保障，信息的本质安全化实质就是管理的本质安全化。此外，与煤矿事故系统的4要素相比，信息是联结各要素的桥梁和纽带，是管理决策的依据。信息是否完全、准确取决于管理机制和过程，信息缺陷可以通过改进管理予以消除。因此，信息本质安全包含在管理的本质安全概念中，安全信息系统是构成本质安全管理体系的重要组成部分。