摘 要：为了应用技术手段预防和控制（预控）作业人员的违章行为，分析研究违章带电作业造成的瓦斯爆炸事故案例，向井下电工调查违章带电作业过程，把违章带电作业过程进行分解成：遵/违章选定过程、违章初始状态、违章过渡过程、“触线”状态、违章危险作业过程、违章停止状态。在违章过渡过程中，违章者拿着工具质点（或徒手）运动 ，还没有越过违章红线，是安全的，并且其运动状态符合牛顿第二定律，可用微分方程描述，该方程就是违章状态方程。违章状态方程可作为大数据分析研究违章行为的定量分析模型之一。
关键词：违章；过渡过程；状态方程；带电作业；瓦斯爆炸
孙继平教授研究指出：“电气火源（花）引爆瓦斯最多，为 48.1%”［1]，典型事故案例如下：2003年5月13 日，安徽淮北矿业集团芦岭煤矿瓦斯爆炸事故［2]（“5.13”事故），造成了86人死亡，9 人重伤，19人轻伤。造成事故的原因为：电钳工拆卸H1048 风巷控制刮板输送机的电磁启动器时，电钳工违反《煤矿安全规程》要求，在检修前没有采取断电措施，带电打开了该设备的接线腔盖板，在检修过程中，煤及矸石落入接线腔内，造成带电端子短路产生火花引发瓦斯爆炸。以事故案例及井下电工违章带电作业 “经验”为资料，分析研究事故案例中没有记录的，但客观存在的“违章过渡过程”，推导出“违章状态方程”，建立定量分析模型，为预控违章带电作业提供理论依据，为应用大数据分析研究违章行为提供新视角［3-5]。
违章过渡过程
01 违章带电作业过程分解
将违章带电作业过程分解为如图 1：k'k0段是遵/违章选定过程 ，k0 点是违章初始状态，k0 k1段是违章过渡过程，k1点是“触线” 状态（触碰违章“红线”，k1k3 段是违章危险作业过程，k3点是违章停止状态。
02 违章过渡过程的特征
遵／违章选定过程
作业人员在完成某项作业开始前，选定采用遵章方法还是违章方法进行作业的决策过程。
违章初始状态
将要违章还没有违章的违章起始状态。上述“5.13”事故中，电工拿着工具准备违章带电作业的开始状态。
图 1 违章过程示意图
违章过渡过程
动态电路转变工作状态的过程提出的概念，动态电路的一个特征是当电路的结构或元件的参数发生变化时，可能使电路改变原来的工作状态，转变到另一个工作状态，这种转变往往需要经历一个过程，在工程上称为过渡过程。从违章初始状态过渡到“触线”状态，其特征是：违章己开始，将要开始违章危险作业，但还未开始危险 作业，还在安全状态，在进入危险作业的运动过程中。作业人员违章松动螺栓的初始状态（将进入违章过渡过程）如图 2。“5.13”事故中，从违章作业人员拿着电工工具（钳子或扳于等）向第1条螺栓移动开始，直到触碰螺栓（但没有拧螺栓）为止，就是违章过渡过程，其特征是还没有违章带电拧螺栓。
图 2 作业人员违章松动螺栓的初始状态（将进入违章过 渡过程）示意图
“触线”状态
触碰违章“红线”状态如图中的k1 点及图 2 中的虚线所示。“5.13”事故中，违章作业人员拿着电工工具违章带电拧动第1条螺栓的开始状态，其特征：是己开始违章危险作业（注意：触碰违章“红线”前还未开始违章危险作业）。
危险作业
己打开盖板开始危险违章作业，表示为图 1 中的 k1k3 段。
停止状态
产生电火花引发瓦斯爆炸，表示为图 1 中的 k3 点。“5.13”事故中，仅有 k1k3危险违章作业过程或k3点违章停止状态，没有分析研究违章过渡过程等。
郭春平与楼阳生省长亲切握手
违章状态方程
01 简化违章运动过程
根据物理学知识可知，整个违章带电作业运动过程都可以用牛顿力学描述，并分析研究如下：违章作业都由作业者、 违章对象、 作业环境构成，简化违章带电作业如图 3。违章者拿着工具，以初速度开始运动，进入违章过渡过程，违章者是产生违章动力f1的动力源，把违章者拿的工具（如钳子）看作一个质量为m的运动质点M，把违章对象（带电体）D1看作运动目标点，运动质点 M 在违章动力 f1 和违章阻力 f2 的合力作用下，沿运动轨迹是变速曲线运动 ，直到接触违章“红线 ”，违章过渡过程结束。根据牛顿第二定律及运动学，就可写出质点 M 的运动微分方程， 以描述违章者的工具（质点），在违章过渡过程中的运动状态。
02 导出违章状态方程
在违章过渡过程中，违章动力 f1 减去违章阻力 f2， 等于违章者所用工具质点的质量 m 乘以它的运动速度 v 对时间 t的导（函）数。其数学表达式就是违章过渡过程状态方程，简称违章状态方程：
式中：f1为违章者的等效动力，称作违章动力；f2为运动过程中的等效阻力，称作违章阻力；m 为“工具质点”的质量，为了分析研究方便，可把作业人员的电工工具看作工具质点，也可把作业人员的“于” 看作一个质点，由于工具质点质量一般很小，不作过多分析；v 为质点在 t 时刻运动速度；t 为时间。
违章动力 f1分析
违章动力根据违章过程中遇到的具体情况不断跟踪变化，违章者不断将违章受益与违章代价进行对比，当受益大于代价时，就加大 f1，把违章作业进行下去，否则，减小或不付出 f1，减慢违章或停止违章。分析如下：
人是一个随动控制系统，根据主观预期受益、代价（难度）、风险等变量来调节自己的行为，达到“趋利避害”目的。某人“失控”（失误），实际也是一种自我调节方式，是一种有意或无意的自我保护。 尽管别人认为某人“失控”，甚至他本人也认为是自己“失控”，实际上是一种特殊形式的“趋利避害”行为。人自己承认的某些“失控”行为，如果“失控”行为是真实的事实， 那是他本人无意识的趋利避害本能或趋利避害习惯所致，如火焰烫手，手会迅速离开，这就是一种趋利避害本能所致。没有违章的旁观者认为某人违章是“失控”，是因为该违章者的行为 “出人意料”、“太离谱”，离旁观者预期的目标太远。
违章阻力 f2 分析
违章阻力是违章作业时受到的摩擦力、重力等多个分力的合力，与摩擦阻力相似。在违章过程中，人会时时刻刻比较受益和代价， 并根据比较结果， 调节违章运动状态。 如根据违章阻力 f2 的变化而改变 f1 的大小。主要研究没有越过违章“红线”前的违章过渡过程的运动状态变量。实际上，根据物理知识并结合本节的违章运动速度状态分析，通过推理可知，越过违章“红线”后，违章松动螺栓，违章移动并打开开关盖板等与违章作业有关的运动状态变量，都可以用微分方程表示，不过注意：由于工具、螺栓 、盖板质量不同，微分方程中的质量 m 就不是一个常量 了。分析如下：
所有的违章带电作业过程， 都是由3种运动组成的， 一是拿着工具或徒于在空中作曲线运动，如于拿着扳于向设备盖板螺栓移动的过渡过程； 二是拿着工具或徒于作旋转运动， 如拧螺丝； 三是用力平移物体，如开盖或开门。 都能简化为图3过程，都是作业人员用违章动力 f1，克服违章阻力f2，推动物体M（包括用力移动 于，徒于操作），向带电体运动的过程，都符合牛顿力学及运动学定律。所以，类推出如下违章定则： 在违章过渡过程及危险作业的全过程中， 任何违章者所用工具质点的质量乘以它的运动速度对时间的导（函）数，等于该时刻质点所受合外力的和。其定量分析模型是：
式中：mt 为“工具质点”在 t 时刻的质量；Ft 是t时刻的合外力，也可以等效简化为违章动力 f1 及违章阻力 f2 的合力。
全国工商联副主席黄荣带领由全国知名企业家组成的第五联系调研工作组合影（郭春平右6）
违章过渡过程分析研究的意义
分析发现违章带电作业过程中，客观存在“违 章过渡过程”及“违章红线”，在违章过渡过程中，作业人员的动作行为还没有触碰“违章红线”，其动作行为是安全的。“违章过渡过程”的发现，为预控违章带电作业提供了可以利用的安全条件。
研究表明在违章过渡过程中，违章者所用工 具质点运动时，可以用微分方程表示其运动状态，表述为：违章动力减去违章阻力，等于违章者所用工具质点的质量乘以它的运动速度对时间的导（函）数。 这就说明违章带电作业是有规律可循的，有规律可循，就一定能被预控。违章状态方程为预控违章带电作业提供了定量分析模型，对于应用大数据分析 研究安全生产意义重大。
据推理可知违章带电作业以外的其它任何违章作业都存在“违章过渡过程”及“违章状态方程”，也就是说都是可以预控的。不过限于篇幅， 没有具体分析其它违章作业。
结语
通过分析违章带电作业造成的事故案例， 将违章带电作业过程抽象并分解成： 遵／违章选定过程、 违章过渡过程、“触线” 状态等 6 个分过程。重点研究了违章过渡过程，该过程是：违章作业已经开始， 并按一定的运动规律运动， 将要过渡到危险的“触线”状态，其运动过程要占据一定的时间和空间，根据牛顿力学写出了其运动状态方程， 即“违章状态方程”。“违章过渡过程”的发现，为应用技术于段预 控违章带电作业提供了可以利用的、安全的时空条件，为“抗违章技术”研究提供了理论支撑。
作者简介：
郭春平 1959年9月 男 山西平遥人 教授级高工 国务院特贴专家 北大EMBA 山西全安新技术开发有限公司董事长
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参考文献
1 孙继平.煤矿安全生产与信息化[M]. 北京：煤炭工业 出版社，2011.
2 山西煤矿安全检查局. 山西省煤矿事故案例选编.前车之鉴[M]. 北京：法律出版社，2003.
3 国家安全生产监督管理总局.中国安全生产年鉴[M]. 北京：煤炭工业出版社，2005.
4 郭春平.违章行为分析及抗违章对策[D]. 北京：北京大学，2017.
5 郭春平.抗违章技术创新方法研究[J]. 煤矿安全，2010，41（5）：153-155.