安全工程学 第章第-节 安全科学的数理基础

第一章

安全科学基础

第四节安全科学的数理基础第五节安全科学的流变—突变规律

一、基本逻辑运算和逻辑函数（一）基本逻辑运算

逻辑代数又称布尔代数，是英国数学家GeorgeBoole在19世纪中叶创立的；是事故（件）逻辑分析方法的理论基础及计算工具。它比普通代数简单，它的变量仅有两个值：1和0；

1或0并不表示两个数值，而是表示两种相对的逻辑状态；如：是与否、真与假、高与低、有与无、开与闭等；在逻辑代数中，最基本的逻辑关系有与﹑或﹑非3种。用逻辑符号表示时也称:与门、或门和非门；可以用一个表来表示Boole代数的基本逻辑运算。表1-1基本逻辑运算名称逻辑符号函数式含义与门z(ab)=ab1×1=11×0=0或门z(ab)=a+b1+1=11+0=10+0=0非门z(a)=a′a=1,a′=0a=0,a′=1与运算—也叫逻辑乘运算，简称逻辑乘。表示输入变量为a、b时，输出为z=a·b。其意义是决定事件z的条件a与b全部具备时，事件z才会发生，否则不会发生。或运算—也叫逻辑加运算，简称逻辑加。表示输入变量为a、b时，输出z=a+b。即决定事件z的条件a和b中只要有一个具备时z就会发生（包括全具备）。仅当a与b都不具备时，z才不会发生。非运算—也叫逻辑求反运算，简称逻辑非。表示输入变量为a时，输出z=a′，读作a非。即决定事件z的条件为a时，z与a相反，a存在z则不会发生，反之亦然。表1-1基本逻辑运算名称逻辑符号函数式含义与门z(ab)=ab1×1=11×0=0或门z(ab)=a+b1+1=11+0=10+0=0非门z(a)=a′a=1,a′=0a=0,a′=1(二)逻辑变量与逻辑函数一般来讲，如果输入变量a,b,c…的取值确定之后，输出变量z的值也就确定了。那么，就称z是abc…的逻辑函数，并写成：

z=F(abc…)不管是变量还是函数，它们都只有两个取值(0与1)。(三)真值表描述逻辑函数，各个变量取值组合和函数值对应关系的表格叫做真值表。每个变量有2个取值，n个变量就有2n个不同的取值组合，以3个变量为例，有23=8个取值组合，对应的也有8个逻辑函数输出值，list如表1-2。0001111100110110010101010111010010010011101100101101000111100000a′b′c′a+b+cabcabc非或与函数变量值

与运算中，只要有一个变量取值为0，则其函数输出值就为0。只有所有变量均取值为1，函数输出值才为1。

或运算中，只要有一个变量取值为1，则其函数输出值就为1。只有所有变量均取值为0，函数输出值才为0。（四）布尔代数的运算法则与化简

1．布尔代数的运算法则2．布尔化简化简的程序是：①代数式如有括号应先去括号将函数展开；②利用幂等法则，归纳相同的项；③充分利用吸收法则直接化简。

二、随机事件与概率计算在安全系统工程分析及可靠性工程中经常遇到对事件或系统的发生概率及故障率的计算，并常以此来评价系统的安全性或可靠性，在此先简要介绍相关的概念。（一）随机事件有三种事件：

1必然事件，用S表示：在一定条件下必然发生的现象。例如，在地球上向上抛一石子必然会下落，太阳每天从东方升起等。2不可能事件，用表示：在一定条件下必然不发生的现象。例如，电场内同性电荷相互吸引是不可能的事件。3随机事件，常用大写的ABC等表示：指是在一定条件下可能发生，也可能不发生的现象。在相同的条件下，进行多次试验或观察，结果可能不止一个，且每次试验或观察之前无法预知确切的结果，呈现出不确定性。例如，气手枪射击，运动员不论怎样控制射击，每次打的环数（弹着点）都不相同，而且在每次射击之前也无法断定弹着点的确切位置，属于随机事件。再以掷骰子为例，分析以下事件各属于什么事件？事件描述发生可能性判断属于何种事件出现点数大于0出现点数为7出现点数是4伤亡事故及其相关因素，在一定条件下可能发生也可能不发生，故也属于随机事件。必然发生的必然事件S不可能发生不可能事件可能但不一定发生随机事件A事件之间的关系与事件的种类

从图中可以看出，有三种情况均能使和事件发生：

1.只有A发生而B不发生的情况；

2.只有B发生而A不发生的情况；

3.A和B均发生的情况；在A与B相交的区域。4.互斥斥事事件件设A、、B是是两两个个互互斥斥事事件件，，若若事事件件A与与事事件件B不不能能同同时时发发生生，，亦亦即即（（A与与B的的积积事事件件为为不不可可能能事事件件））。。则称称事事件件A与与事事件件B是是互互斥斥（（不不相相容容））事事件件。。例如如掷掷一一个个骰骰子子，，““出出现现1点点””和和““出出现现2、、3、、4、、5、、6””不能能同同时时发发生生，，则则它它们们是是互互斥斥的的。。两个个互互斥斥事事件件可可用用图图1-6表表示示。。从图图1-6中中可可见见：：AB没没有有交交集集。。5．．事事件件的的逆逆事事件件对于事件件A、B，如果果有：①，，即A、B不不能同时时出现；；②，，即A、B一一定有一一个要出出现。则称A、、B为互互逆（对对立）事事件，B称为事事件A的的逆事件件，同样样A也称称为B的的逆事件件。一个事件件A的逆逆事件常常用表表示。。若把A看看作是一一个集合合时，就就是A的补集。。对立事件件可用图图1-7表示。。注意：A、B互互逆，则则一定互互斥；但但A、B互斥不不一定互互逆。例如掷一一个骰子子，“出出现偶数数点”和和“出现现奇数点点”不能能同时发发生，且且非此即即彼。这这两事件件互逆，，而且互互斥。但但出现1点与出出现2点点虽然也也是互斥斥，但可可以都不不出现，，故不为为互逆事事件。6．差事事件有A、B两事件件，如果果C发生生就是事事件A发发生且事事件B不不发生的的一个事事件，我我们则称称事件C为事件件A与事事件B的的差，记记作。。两事件的的差事件件如图1-8所所示：

差事件是图中的隐影区域，可是看成是B以外的矩形区域与A的交集。故有：（二）频频率与概概率由于，所以随机事件的频率值介于0与1之间，即：0≤≤1。必然事件的频率恒等于1，即W(S)=1；不可能事件的频率恒等于0，即W（）=0；（1-1）1、频率

若随机事件A在n次试验中发生了m次，则比值m／n称为随机事件A的频率（或相对频率），记作W（A），用公式表示如下：需注意的的是：频频率大小小与试验验的条件件及试验验的次数数相关。。在一组试试验条件件下，随随着试验验的次数数n不断增加加，比值值m／n将趋于一一恒定的的值q，则称q为事件A在这组条条件下发发生的概概率。记记作：同样0≤≤≤1随机事件件的频率率与进行行试验的的次数有有关，而而随机事事件的概概率却是是客观存存在的。。虽然进行行一次试试验并不不能断定定该事件件是否一一定发生生，但是是如果进进行大量量重复试试验，随随机事件件的发生生就会呈呈现出一一定的规规律性，，这种规规律称为为随机事件件的统计计规律。2．概率率的统计计定义定义：在在同一条条件下进进行n次重复试试验，其其中事件件A出现m次，事件件A的频率m／n随试验次次数的变变化稳定定在某一一个数值值P，则定义义事件A的概率为为P，记为一般，数数值P很难得得到准准确值值，因因此，，实际际上当当n充分大大时，，可以以用事事件A的频率率作为为事件件A的概率率的近近似值值，即即：由定义义可以以看出出事件件的概概率与与频率率一样样，同同样有有下列列几个个性质质：3．概率的的古典定义义定义：一个个随机试验验，若：①只有有限限个可能的的结果（基基本事件））；②每个结果果的出现都都是等可能能的。则称这样的的随机现象象模型为古古典概率。。在古典概率率中，如果果基本事件件的总数是是n，而且事件件A包含了其中中的m个，则事件件A的概率定义义为：抛掷一枚硬硬币，求出出现正面的的概率，就就属于古典典概率模型型，古典概概率不需要通过做试验验来统计求求算。抛掷一枚质质地均匀的的骰子，由由骰子的点点数为奇数数还是偶数数来决定球球赛的发球球权，公平平吗？同时抛掷两两枚质地均均匀的骰子子，由两枚枚骰子的点点数之和为为奇数还是是偶数来决决定球赛的的发球权，，公平吗？？均匀的骰子子有6面，分别是是1、2、3、4、5、6，故“抛掷掷一枚质地地均匀的骰骰子的基本本事件总数数是6个。“抛掷一枚枚骰子出现现奇数”这这一事件A含了3个个基本事件件，即出现现1、3、、5点，故故：出现奇数的的概率为：：3/6；；出现偶数的的概率也是是3/6。。所以抛掷一一枚骰子以以奇/偶数数决定发球球权是公平平的。公平性决定定于出现奇奇数还是偶偶数的概率率：掷两枚质地地均匀的骰骰子出现奇奇数或偶数数这两个事事件的概率率又是多少少呢？先看基本事事件数，两两颗骰子有有以下这些些组合：（1，1））（1，2）（1，，3）（1，4）（（1，5））（1，6）（2，2））（2，3）（2，，4）（2，5）（（2，6））（3，3））（3，4）（3，，5）（3，6）（4，4））（4，5）（4，，6）（5，5））（5，6）（6，6））共有基本事事件总数：：21个出现奇数的的组合有：：9个，概概率为9/21;出现偶数的的组合有：：12个，，概率为12/21;显然抛掷两两枚骰子以以奇/偶数数决定发球球权是不公公平的！4．独立事事件的概率率计算在一组随机机事件中，，按事件的的影响关系系，又可分分为独立事事件与排斥斥事件。若A事件的发生生与否，并并不影响B事件的概率率，反之亦亦然，则称称两事件相相互独立。。即独立事事件是一组组概率互不不影响的事事件。设事件A,B,C,…,N发生的概率依次为：它们的逻辑积概率（独立事件是与门连接的）4．独立事事件的概率率计算在一组随机机事件中，，按事件的的影响关系系，又可分分为独立事事件与排斥斥事件。若A事件的发生生与否，并并不影响B事件的概率率，反之亦亦然，则称称两事件相相互独立。。即独立事事件是一组组概率互不不影响的事事件。设事件A,B,C,…,N发生的概率依次为：它们的逻辑和概率(独立事件是或门连接的)

：5.非独立立事件的概概率计算独立事件的的概率计算算举例例1：某人人有4把钥钥匙，其中中2把能打打开门。现现随机地取取1把钥匙匙试着开门门，不能开开门的就扔扔掉，问第第二次才能能打开门的的概率是多多少？若试试过的钥匙匙不扔掉，，这个概率率又是多少少？解：第一次次未打开门门（事件A）的概率率是2/4；第第二次打打开门（事事件B）的的概率为2/3（扔扔掉一把后后）

故““第二次开开门并打开开这一事件件”，是事事件A与事事件B与门门连接的。。故故可以看成成是AB两两个独立事事件的逻辑辑积。第第二次次才能打开开门的概率率=(2/4)×(2/3)=1/3。同同理，，钥匙不扔扔掉时的概概率=(2/4)××(2/4)=1/44．独立事事件的概率率计算例2甲甲、乙2人人各进行一一次射击，，如果2人人击中目标标的概率都都是0.6，计算：：

（1））2人都击击中目标的的概率；（（2）其其中恰有一一人击中目目标的概率率；

（3）至少有有1人击中中目标的概概率；（（4）至多多有1人击击中目标的的概率。解：三、、可可靠靠性性及及基基本本事事件件发发生生概概率率计计算算（一一））可可靠靠性性的的基基本本概概念念1.可可靠靠性性可靠靠性性是是指指研研究究对对象象在在规规定定条条件件下下、、规规定定时时间间内内完完成成规规定定功功能能的的能能力力。①规规定定的的时时间间，一一般般指指通通常常的的时时间间概概念念，，也也有有因因对对象象不不同同而而使使用用诸诸如如次次数数、、周周期期、、距距离离等等相相当当于于时时间间指指标标的的量量。。在人机系统统中，由于于目的和功功能不同，，对系统正正常工作时时间的要求求也就不同同，若没有有时间的要要求，就无无法对系统统在要求正正常工作的的时间内能能否正常工工作作出合合理判断。。因此，时间是可靠靠性指标的的核心。②规定的的条件：系统所处处条件包括括使用条件件、维护条条件、环境境条件和操操作条件。。系统能否否正常工作作与上述各各种条件密密切相关。。条件的改改变，会直直接改变系系统的寿命命，又时相相差几倍甚甚至几十倍倍。③规定功功能：系统的规规定功能常常用各种性性能指标或或技术指标标来描述，，人机系统统在规定时时间、规定定条件下各各项指标都都能达到，，则称系统统完成了规规定功能，，否则称为为“故障””或“失效效”。因此此对失效的的判据是重重要的，否否则无据可可依，使可可靠性的判判断失去依依据。④能力：在可靠性性定义中的的“能力””具有统计计意义，如如：“平均均无故障时时间”长，，可靠性就就越高。由由于人机系系统相当广广泛，且各各有不同，，因此，度度量系统可可靠性“能能力”的指指标也很多多，如“可可靠度”、、“平均寿寿命”等。。2．可靠度度与不可靠度可靠度是可可靠性的概概率度量，，通常记为为R。是指研究究对象在规规定条件下下、规定时时间内完成成规定功能能的概率。不可靠度是是指研究对对象在规定定的条件下下和规定的的时间内丧丧失规定功功能的概率率，又叫失失效概率。。通常记为为F。可靠度和不不可靠度是是一完备事事件组，所所以有或只要求出不不可靠度就就可确定可可靠度，反反之亦然。。不可靠度可可以通过大大量的统计计实验得出出：假设：共有有N0个研究对象象，在规定定条件下工工作到某规规定时间tm时，有Nfm个研究对象象失效。把工作时间间按Δt切分为：t1,t2,….,tm(0<t1<t2<….<tm)对应于第i个Δti,失效的的研究对象象数为ΔNfi,则在tm时间内发生生失效的对对象总数是是每一个Δti内失效数的的总和，即即：若取Δt0时，在时间tm时，失效概率为Fm：随着规定时时间不断延延长，最终终所有对象象都将失效效，其结果果如下图所所示：左上图所有有的小矩形形之和应该该等于研究究的对象总总数N0；右上图为累累积失效直直方图，到到t足够大大时，累积积总和为N0。将上图中的的纵坐标除除以研究对对象总数N0，并取Δt趋于0，，则左上的的直方图将将变成光滑滑的山峰状状曲线，称称为失效密密度函数f(t)，，右上的直直方图变成成一单边增增长并最终终趋于水平平的一条光光滑曲线，，称为累积积失效分布布函数F(t)，又又称为不可可靠度函数数。失效密度函函数f(t)与不可靠度函函数F(t)的关系为：：不可靠度函函数F(t)具有以下特特征：即：f(t)峰形曲线下下的面积恒恒等于1。。由于不不可靠靠度F(t)与可可靠度度R(t)是一一完备备事件件组，，故：：R(t)、F(t)和f(t)三者的的关系系如图图1-11所示。。3.故故障率率与维维修度度是评价价研究究对象象可靠靠性常常用的的两个个特征征量。。（1））故障障率研究对对象在在某时时刻t时的单单位时时间内内发生生故障障的概概率，，用下下式定定义：：某时间间微区区间(t,t+dt)内的的故障障次数数。到t时刻刻为止止未发发生故故障的的次数数。表示单单位时时间故此式式表示示的为为瞬时时故障障率。。可导出出瞬时时故障障率与与可靠靠度R(t)的的关系系为：：P19，1-23式对1-23式进进行积积分；；结合边界界条件：：当t=0时，，R(0)=1，可得得以下结结果：再结合1-20式，失效密度函数

故障率还可表示为：维修度用用以表征征可维修修的难易易程度。。可定义义为：可可维修系系统在规规定条件件下和规规定时间间内，完完成维修修的概率率。在在时间间t内完成维维修的概概率记为为。。越越容容易维修修的系统统，在同同样时间间内，它它的就就越大。。维修度度是是停停工时间间TD的分布函函数。式中为为维修率率，当其为常常数时，，即时时，，则得到到1-31式的的结果：：（2）维维修度度4．系统统的寿命命过程寿命指的的是正常常工作状状态的终终止时间间。对于于随机变变量，可可通过分分布函数数的期望望值来求求取，也也称平均均寿命。。对一个不不可修复复的系统统而言，，平均寿寿命就是是平均无故故障时间间，记作MTTF。对一个可可修复系系统而言言，平均均寿命可可以看成成是平均故障障间隔时时间，记作MTBF。MTTF或MTBF，，可以用用下式来来定义求求算：MTTF或MTBF=式中f(t)为为失效密密度函数数，发生生故障的的时间即即为寿命命。上式经过过变换，，当瞬时时故障率率为常数数时，可可得下结结果：MTTF或或MTBF=还有一个时时间概念：：系统平均维维修时间，也称平均修理更更换时间，记作MTTR。当=常常数时，可可得到：MTTR=5.可维修修系统的有有效度有效度是可可靠度和维维修度合起起来的尺度度。其定义义为系统在在规定条件件下，在任任意时刻正正常的概率率，称为有有效度，用用A(t)表示。当系统的可可靠度与维维修度均服服从指数分分布时，则则系统的有有效度为；；二、基本事件发发生概率计计算第五节安安全科科学的流流变—突突变规律律本节主要要学习内内容1.流流变-突突变理论论产生背背景及其其基本观观点流变、突突变定义义及特性性，流变变-突变变理论实实质流变-突突变理论论的基本本观点：：物质观观、时空空观、运运动观2.安安全流变变-突变变的基本本特征（（定性描描述）表现在矿矿山灾害害（自燃燃、冒顶顶）、机机械事故故、社会会变革和和改革、、人的衰衰亡过程程（生命命/伤亡亡）等方方面的基基本特征征。安全全流流变变-突突变变全全过过程程分分析析3.安安全全流流变变-突突变变的的基基本本理理论论（（定定量量分分析析））基本本概概念念/物物理理模模型型/数数学学模模型型及及其其举举例例。。4.安安全全流流变变-突突变变理理论论的的应应用用研研究究（（简简介介））人的的生生理理与与心心理理功功能能特特征征参参数数随随时时间间的的流流变变过过程程。。第五五节节安安全全科科学学的的流流变变——突突变变规规律律一、、流流变变——突突变变理理论论的的背背景景知知识识“流流变变””一一词词来来源源于于古古希希腊腊，，意意即即万万物物皆皆流流，，万万物物皆皆变变。。任何何事事物物都都处处于于运运动动变变化化之之中中，，处处于于““流流变变””过过程程的的事事物物的的本本质质不不变变，，表表明明了了事事物物本本身身具具有有修修复复（（保保护护））和和损损伤伤（（流流变变））的的性性质质。。“突突变变””一一词词最最初初提提出出是是在在1968年年Thom的的《《结结构构稳稳定定性性和和形形态态发发生生学学》》著著作作中中。。突变变是是事事物物本本质质发发生生根根本本变变化化的的一一种种运运动动形形式式，，突突变变具具有有质质的的彻彻底底改改变变的的意意义义，，事事物物已已不不具具有有其其原原来来的的性性质质或或特特征征了了。。流变变和和突突变变综综合合起起来来形形成成流流变变一一突突变变理理论论，，它它描描述述了了事事物物从从诞诞生生-发发展展-消消亡亡的的全全部部过过程程。。事物的的运动动变化化，总总是先先从事事物的的诞生生起进进行流流变，，一种种光滑滑的、、连续续不断断的变变化。。在整整个变变化过过程中中，可可以感感觉到到事物物状态态、性性质的的统一一、相相持和和平衡衡，事事物的的本质质属性性没有有发生生变化化。当事物物流变变到某某一阈阈限值值时，，事物物状态态、性性质突突然发发生变变化，，导致致新质质的产产生或或功能能和特特征的的完全全丧失失。对流变变—突突变理理论的的认识识有三三个基基本观观点：：（一）流流-突变变理论的的物质观物质世界界是互相相联系并并发展变变化的客客观存在在，流变变-突变变理论就就是对客客观物质质世界的的反映。。认识到到在质中中不仅包包含定性性的质，，而且包包含定量量的质。。物质世世界在不不断流变变中突变变。（二）流流-突变变理论的的时空观时空是一一定物质质关系的的表现，，是从物物质的运运动来认认识时空空的属性性。一切切流变——突变现现象离不不开空间间内物质质的相互互作用，，并一定定是在时时空中表表现出这这些作用用的共性性。（三）流流-突变变理论的的运动观流变突变变是物质质的一种种运动形形式，事事物的属属性是在在流变——突变中中显示出出来。流流变—突突变是一一事物向向另一事事物转变变的流程程。变化化原因为为广义的的力，如如温差、、环境变变化等。。二、安全流变变—突变变的基本本特征根据流变变-突变变的基本本理论，，一个事事物从诞诞生到消消亡是一一个“安安全流变变与突变变”的过过程。所谓“安安全流变与与突变”------就是是事物在发发展过程中中安全与危危险的矛盾盾的运动过过程。这一一矛盾随时时间的运动动过程就决决定了事物物发展各个个阶段的安安全状态。。“安全流变变与突变””的基本特特征表现在事物物在发展过过程中安全全与危险的的矛盾的运运动过程都都具有以下下四个阶段段：如左图图所示：第一一阶阶段段：：OA第二二阶阶段段：：AB第三三阶阶段段：：BC第四四阶阶段段：：CDOA阶阶段段：：表示示为为某某一一新新事事物物诞诞生生后后的的初初期期，，系系统统内内部部的的不不协协调调性性较较大大，，矛矛盾盾重重重重，，系系统统处处于于进进行行快快速速调调整整与与自自我我平平衡衡过过程程，，稳稳定定的的，，协协调调的的新新秩秩序序在在此此期期间间逐逐渐渐形形成成和和完完善善，，这这一一阶阶段段表表现现在在其其损损伤伤量量随随时时间间呈呈减减速速递递增增特特点点。。AB阶阶段段：：表示示事事物物在在相相对对平平衡衡、、稳稳定定、、有有序序的的新新秩秩序序下下逐逐渐渐向向成成熟熟阶阶段段的的发发展展。。此阶阶段段系系统统内内部部将将会会逐逐渐渐出出现现一一些些新新的的问问题题与与矛矛盾盾，，但但并并不不影影响响新新秩秩序序的的稳稳定定性性，，这这一一阶阶段段表表现现在在损损伤伤量量匀匀速速缓缓慢慢地地逐逐渐渐增增加加。。BC阶阶段段随着着发发展展过过程程中中新新问问题题与与新新矛矛盾盾的的不不断断积积累累、、激激化化、、原原秩秩序序下下的的稳稳定定与与平平衡衡被被逐逐渐渐打打破破，，表表现现在在损损伤伤量量值值开开始始加加速速增增大大，，但但损损伤伤量量仍仍在在系系统统固固有有的的承承受受能能力力或或界界限限之之内内。。此阶阶段段系系统统开开始始向向无无序序方方向向发发展展，，但但仍仍能能维维持持其其基基本本的的特特征征与与属属性性。。CD阶段段当损伤量量超出事事物的最最大承受受能力或或界限（（C点，，临界损损伤量））时，事事物开始始进行突突变，到到达D点点时，原原秩序被被彻底打打破，原原事物的的本质发发生了根根本变化化。突变之后后另一个个崭新的的事物诞诞生了，，又开始始回归到到一个新新的安全全状态起起点（O点），，物质世世界就是是在安全全到危险险的无限限循环中中存在和和发展。。下面结合合“安全全流变--突变变”图，，对矿山山灾害现现象、机机械事故故、社会会变革或或改革及及人的衰衰亡过程程等进行行定性分分析，来来进一步步理解安安全流变变--突突变的基基本特征征。（一）矿矿山灾害害在地下采采矿过程程中，常常见的灾灾害现象象主要有有自燃火火灾、煤煤与瓦斯斯突出、、冒顶等等。1．自燃燃火灾P24OA段：：煤暴露露与氧气气接触，，开始氧氧化阶段段。AB段：：氧化速速度减慢慢，氧化化程度加加深，温温度缓慢慢上升BD段：：温度达达到B点点后，氧氧化速度度加快，，产热多多，温升升更高D点：发发生自燃燃火灾，，完成了了煤的自自燃突变变。C点：人人为设置置的报警警点点B是个个关键状状态点，，可对应应一系列列反映发发火危险险程度的的参数：：如t≥≥70℃℃，CO的浓度度，煤的的干熘产产物量。。C点是人人为设置置的报警警点，BC段是是处理火火灾措施施段，时时间可能能很短，，但是是是处理火火灾的关关键时期期，如果果处理适适当，氧氧化速度度可能下下降，氧氧化程度度不变，，不能进进一步形形成自燃燃火灾。。下面结合合“安全全流变--突变变”图，，对矿山山灾害现现象、机机械事故故、社会会变革或或改革及及人的衰衰亡过程程等进行行定性分分析，来来进一步步理解安安全流变变--突突变的基基本特征征。（一）矿矿山灾害害2.冒顶顶在采矿挖挖掘巷道道作业中中，由于于破坏了了挖掘前前周围岩岩石应力力的平衡衡状态，，引起巷巷道围岩岩压力重重新分布布，造成成新挖巷巷道的顶顶壁下沉沉，为了了避免下下沉常用用顶板支支柱来稳稳固巷道道。顶板受力力后，使使巷道围围岩应力力重新趋趋于一平平衡态，，巷道顶顶壁下沉沉与围岩岩变形速速率也趋趋于稳定定。但由于煤煤岩一般般都具有有流变性性质，围围岩变形形随着时时间的延延长而不不断增加加，当围围岩变形形所产生生的压力力高于顶顶板支柱柱所能承承担的极极限时，，支柱断断裂顶板板下沉，，即发生生冒顶事事故。OA段：：刚掘出出新巷道道的变形形(顶板板下沉)速度递递减段，，围岩应应力逐渐渐达到一一相对平平衡点。。AB段段：：稳稳定定段段，围岩岩以以一一较较小小的的速速度度变变形形；；BD段段：：围围岩岩压压力力等等条条件件变变化化，，变变形形速速度度加加快快，，发发生生冒冒顶顶；；B点点：：是是个个屈屈服服状状态态临临界界点点，，由由下下列列参参数数决决定定：：顶顶板板最最大大下下沉沉量量、、顶顶板板的的脆脆性性程程度度、、支支柱柱的的支支撑撑力力和和伸伸缩缩量量，，周周期期来来压压应应力力等等。。通通过过实实验验或或实实测测一一量量掌掌握握B点点参参数数的的规规律律，，就就可可以以对对冒冒顶顶事事故故进进行行预预测测和和控控制制。下面面结结合合““安安全全流流变变--突突变变””图图，，对对矿矿山山灾灾害害现现象象、、机机械械事事故故、、社社会会变变革革或或改改革革及及人人的的衰衰亡亡过过程程等等进进行行定定性性分分析析，，来来进进一一步步理理解解安安全全流流变变--突突变变的的基基本本特特征征。。（二））机机械事事故机械事事故是是由构构成机机械设设备的的部分分元件件的破破坏磨磨损等等机械械因素素造成成的故故障现现象。。每一一种或或每一一台新新机器器的投投入使使用就就孕育育着新新的故故障或或事故故的发发生。。纵轴表表示机机器的的磨损损老化化程度度（损损伤量量轴））。OA段段----为新新机器器使用用初期期的零零部件件跑合合磨损损段，，具有有减速增加加磨损损的特特征；；AB段段-----为为机器器的恒恒速磨磨损老老化段段，机机器运运行平平稳，，故障障率较低低；BC段段-----是是与元元器件件寿命命相关关的加加速磨磨损老老化段段，磨磨损老老化量剧剧增，，机器器的故故障率率增高高；C点----为为机器器的临临界磨磨损老老化量量。D点-----机器器事故故，无无法运运行，，即突突变发发生。。下面结结合““安全全流变变--突变变”图图，对对矿山山灾害害现象象、机机械事事故、、社会会变革革或改改革及及人的的衰亡亡过程程等进进行定定性分分析，，来进进一步步理解解安全全流变变--突变变的基基本特特征。。（三））社社会变变革或或改革革纵观人人类社社会的的发展展史，，每一一次变变革或或改革革都是是从前前一次次变革革或改改革后后就开开始孕孕育和和逐渐渐发展展起来来的。。每一一次变变革或或改革革都是是上层层建筑筑与经经济基基础之之间矛矛盾逐逐渐激激化的的结果果。每每一次次变革革或改改革都都是对对原社社会某某些秩秩序的的更新新。因此，，社会会的发发展和和变革革过程程即是是社会会从一一种安安全状状态向向另一一种安安全状状态的的转变变过程程，该该过程程也同同样具具有图图l－－12所示示的基基本特特征。。纵轴表表示矛矛盾的的激化化程度度OA段段：一一个新新的社社会形形态或或管理理体制制诞生生后，，在新新秩序序建立立过程程中矛矛盾的的逐渐渐缓和和阶段段；AB段段：新新秩序序建立立后矛矛盾的的稳定定发展展阶段段；BC段段：管管理体体制跟跟不上上生产产力的的发展展并阻阻碍生生产力力发展展，新新的矛矛盾加加剧。。C点为为矛盾盾激化化程度度的临临界值值，即即安全全突变变点。。（C、D点分分别为为安全全突变变的实实际和和理想想突变变点。。）（四））人的的衰亡亡过程程人的整整个生生命过过程也也是一一个““安全全流变变与突突变””过程程。从从生命命诞生生的时时刻起起就孕孕育着着衰老老和死死亡的的发生生。纵轴代代表人人体的的衰老老度（（或损损伤量量轴））。OA段段----为新新生命命诞生生到青青春期期结束束这一一生命命阶段段，该该阶段段是人人体的的发育育速度度逐渐渐减缓缓（生生命衰衰老的的减速速增加加）阶阶段；；AB段段----青春春期结结束到到老年年期开开始，，人体体稳定定衰老老阶段段；BC段段----人体体进入入到老老年期期后的的加速速衰老老阶段段；C点------为为生命命衰亡亡的临临界点点（死死亡））1.人人的生生命过过程可见在在人的的生命命衰亡亡过程程同样样具有有4个个阶段段：1.生生命命的安安全流流变阶阶段---从诞诞生到到衰老老；2.生生命命的安安全突突变阶阶段----疾疾病在在人体体内的的扩散散和暴暴发；；3.结结束束阶段段----知觉觉的丧丧失和和血液液的停停止流流动；；4.后后效效阶段段----尸体体的僵僵化和和腐烂烂（四））人的的衰亡亡过程程工作环环境和和工作作对象象也能能造成成人身身的危危险状状态。。人一一开始始进入入工作作状态态就孕孕育着着新的的危险险状态态的发发生。。纵轴表表示人人体伤伤亡事事故发发生的的概率率（危危险度度）。。OA段段----人刚刚开始始工作作时对对工作作环境境和工工作对对象的的认识识过程程，在在该阶阶段中中事故故发生生的概概率减减速增增加；；AB段段----对工工作环环境和和对象象熟悉悉后的的伤亡亡事故故发生生概率率的稳稳定增增加段段，该该阶段段中人人的精精力充充沛并并易于于集中中；BC段----随工作作时间增增长，人人的精力力开始分分散，反反应速度度下降，，身体疲疲劳，感感觉阈限限增大而而导致的的危险度度加速增增长段。。C为危险险度的临临界值。。1.人人的伤亡亡过程----工伤事事故死亡亡正确地确确定工作作时间，，使其在在人体的的适当承承受能力力之内对对安全生生产是非非常重要要的。（五）安全流变变—突变变论安全流变变-突变变的基本本特征提提示我们们：从一个事事物诞生生的那一一刻起就就孕育着着危险状状态的出出现，危危险状态态随事物物在时间间和空间间中的发发展而发发展。安安全与危危险这一一矛盾贯贯穿事物物存在的的始终，，安全状状态是相相对的，，危险状状态是绝绝对的。。事物安全全与危险险的矛盾盾运动受受两方面面因素的的影响：：1.事物物的内在在因素，，例如人人体细胞胞的衰亡亡，社会会生产力力的发展展，煤岩岩的物理理化学性性质等都都属于内内在危险险因素；；2.事事物的外外部环境境因素，，如环境境对人，，机器对对人都属属于外部部危险因因素，且且往往是是极其复复杂而又又千变万万化的。。内在因素素决定事事物“安安全流变变与突变变”的性性质和程程序；外外部环境境因素决决定事物物“安全全流变与与突变””的速度度和形式式。事物“安安全流变变与突变变”的全全过程可可概述如如下：当某一新新事物诞诞生后的的初期（（OA阶阶段），，其损伤伤量随时时间呈减减速递增增，新秩秩序在此此期间逐逐渐形成成和完善善。当新秩序序发展到到成熟阶阶段时（（AB阶阶段），，完善的的新秩序序使损伤伤量匀速速缓慢增增加。经过一个个稳定增增加的时时期后，，原秩序序将再次次向无序序方向发发展，进进而使损损伤量值值开始加加速增大大（BC段）。。任何事物物都具有有其固有有的损伤伤量承受受能力界界限，超超出此限限后，事事物将发发生安全全突变（（CD段段）。。当原秩序序破坏后后，事物物又开始始回归到到一个新新的安全全状态（（O点））。物质世界界在安全全到危险险的无限限循环中中存在和和发展。安全流变与与突变的基基本特征可可以用全过过程来描述述三、安全流流变—突变变的基本理理论（一）安全全流变—突突变的基本本概念（二）安全全流变—突突变的理论论模型是在对事物物安全流变变-突变特特征的定性性认识基础础上，通过过建立事物物安全流变变-突变的的物理模型型，并进行行数学描述述。安全流变-突变物理理模型是通通过建立一一组基本的的拟力学元元件，将不不同特性的的安全形变变用基本元元件进行组组合，并用用力学原理理加以解析析，从而给给出安全流流变-突变变理论模型型的数学解解析----数学模模型。2）安全流流变-突变变模型的五五个层次如图1－13、图1－14所示。模型型由四组元元件组成，，整个系系统可分为为五个层次次，每层功功能和机理理各不相同同。从外向向内依次分分为：（1）外界界广义损伤伤力区（2）可立立即恢复损损伤区（3）可缓缓慢恢复损损伤区（4）安全全本质损伤伤区（5）安全全本质损伤伤加速区。。1）基本元元件特征-----有四个：：（1）安全全可逆元件件；（2）安全全阻尼元件件（3）安全全摩擦件（4）安全全质量体安全可逆元件：类似于弹簧，在外界广义力作用下，安全损伤变形遵循胡克定律。胡克定律是力学基本定律之一，适用于一切固体材料弹性形变定律：在弹性限度内，物体的形变跟引起形变的外力成正比。当取消作用力时，物体恢复到原样，形变消失。故用此元件用一弹簧来表示：表示此时的安全损伤形变是可完全恢复的，借用胡克定律来表示作用力与形变的关系为：式中SH为可修复损伤的广义作用力；

k为表征事物可修复损伤过程的系数；

eH为可修复损伤。事物在外界力作用下发生了不可恢复的安全损伤----永久损伤，此时可用安全阻尼元件来表示这一状况。安全阻尼元件用表示，安全损伤速度与力成正比，即1-44式所示：

式中：SN为引起永久损伤的广义力；为反映永久损伤过程的系数，表征事物永久损伤形成程度的系数；为永久损伤量；为损伤速度，是损伤量的一阶导数。安全摩擦件：用表示。事物具备一定的抗外界影响的能力，当外界影响较小时，这种能力对系统起一个保护作用，使事物内部的系统不损伤，摩擦件作用相当于保护层；但当外界影响较大，超出本身的抗外力能力时，摩擦件则将开始运动产生永久损伤。事物抗外力能力通常是一个定常量，用f3(=常数)表示，反映了事物抵抗外界影响的容度。安全质量体：用表示元件。将安全想象成一个可变质量的物体，它的质量随损伤的增大而不断衰减，当到达事物寿命时，安全质量变为0。当外界作用力大于初始摩擦力时，质量体开始运动，服从牛顿运动定律，但由于质量不断减小，即使外界作用力不变，质量体的运动也将呈现加速趋势。质量体在安全科学中的意义是安全的边界密度，当外界或内部作用小时，质量体不运动，其他元件工作，系统只形成可恢复损伤和小部分永久损伤，系统本质特征不会受影响；当外界或内部作用大时，质量体开始滑动，形成稳定的不可恢复的损伤，经过一段时间或一定的永久损伤后，安全边界密度值降低，内部永久损伤形成加速之势。2）安全流流变-突变变模型的五五个层次如图1－13、图1－14所示。模型型由四组元元件组成，，整个系系统可分为为五个层次次，每层功功能和机理理各不相同同。从外向向内依次分分为：（1）外界界广义损伤伤力区（2）可立立即恢复损损伤区（3）可缓缓慢恢复损损伤区（4）安全全本质损伤伤区（5）安全全本质损伤伤加速区。。1）基本元元件特征-----有四个：：（1）安全全可逆元件件；（2）安全全阻尼元件件（3）安全全摩擦件（4）安全全质量体（l）外界界广义力区区S有些事物或或系统，一一经诞生，，外部环境境就会对事事物产生各各式各样有有形或无形形的影响，，如辐射和和磁场等。。影响力为为0的现象象是不存在在的。不同事物所所受的力不不可能相同同，有时是是数量级的的差别。对同一事物物而言，当当外界环境境变化不大大时，可以以按定常力力作用来分分析，如研研究人的寿寿命规律时时，外部环环境较稳定定，生理、、心理变化化不大，可可以认为作作用力是恒恒定的。。（2）可立即恢复损伤区第一保护区，它由一个安全可逆元件构成，能对外界作用立即形成反应，把作用能以可恢复损伤的形式存储起来，一旦外界作用消失，对事物的危险势也立即消失。