复杂科学在煤矿可持续发展中的应用
复杂科学在煤矿可持续发展中的应用
刘启龙1，刘小龙2，杨 飞3
1淮北矿业集团芦岭煤矿，安徽宿州，234113； 2.中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京，100083;
3. 南华大学核资源工程学院，湖南衡阳，421001
摘 要：基于复杂科学的原理分析了煤矿的可持续发展，论证了复杂科学的基本原理、分析方法可适用于煤矿的可持续发展。为煤矿摆脱当前发展困境提供了科学依据，使煤矿真正走向可持续发展。
关键词：煤矿，可持续发展，复杂科学
The Application of Complexity Science in Sustainable
Development of Coal Mine
Liu-Qilong 1,Liu-xiaolong 2，Yang Fei3
1 Luling Coal Mine, Huaibei Coal Mining Grop Corporation, Suzhou of Anhui Prov, 234113,China;2.School of Resources and Safety Engineering, China University of Mining and Technology(Beijing), Beijing, 100083,China;3.School of Nuclear Resources and Nuclear Fuel Engineering, University of South China,Heyang of Hunan Prov. 421001,China
Abstract: The sustainable development of coal mine is analyzed by complex science theory, and which has been proved that its basic principles and analysis methods are applied to sustainable development of coal mine. Not only do the study give scientific support to help coal mine out of current troubles, but also it can make coal mine to persist in taking the real road of sustainable development.
Key words: coal mine，sustainable development, complexity science
前 言：煤炭资源是我国重要的能源，在面对经济发展对煤炭的需求、环境对煤矿的要求、国家对国有煤矿的改革等复杂问题，煤矿未来如何发展成了当前亟需解决的问题。随着可持续发展内容的不断丰富和完善，成了煤矿未来发展的必然选择。煤矿可持续发展是一个复杂问题，需要“破”和“立”。“破”即打破原有的管理和发展模式，去粗存精；“立”即运用新的理论，在原有基础上建立新的观念、制度，即所谓的“不破不立”。但是在这个过程中不仅有来自内部的阻碍，而且也会受到外部社会、经济、环境等的影响与制约。面对这种多因素相互交错的复杂问题，复杂科学的新颖观点为我们提供了新的视角和方法，从整体出发，全面综合考虑各种因素，对研究煤矿可持续发展有着重要的意义。
1. 复杂科学
1984年，美国圣菲研究所三位诺贝尔奖获得者，夸克理论创建者盖尔曼（M.Gell-mann ）、凝聚态物理学家安德逊（P.W.Anderson ）和数理经济学家阿诺（K.J.Arrow ）带领聚集在这里的一批不同领域的青年科学家，以整体化的方法解决现实中的复杂问题，所开展跨学科、跨领域的研究，被称为复杂性研究。之后，复杂性研究在世界范围内兴起，它的系统性、整体性、定量化分析对象的优点，使其在管理和经济领域取得了非凡的成就[1]。我国相关的研究起步较晚，90年代钱学森教授提出了开放的复杂巨系统的概念，之后历经几十年的研究，形成了“从定性到定量的综合集成法”和“从定性到定量综合集成研讨厅体系”，为大系统
[2]复杂性研究提供了新的思路。虽然在理论上、实际上复杂科学还需要进一步探索和开发，
但它在管理、经济领域[3]、混沌学[4]、系统论[5]中所取得的成效已经证明其未来发展的巨大潜力，而且国内外的研究者一致认为复杂科学是科学史上一个崭新的阶段。
目前的研究结果，一般认为复杂性科学的基本理论主要有[6]：
1）整体性原理。传统的研究方法是把系统机械地分为若干小系统，然后运用叠加的原理研究，不能从整体上把握系统。复杂科学克服了这类问题，以非线性为研究对象，从整体上考虑问题。
2）动态性原理。复杂系统的动态性指其必然与时间变量有关，随着时间的变化，系统在不断地演化，才会出现复杂性规律。
3）开放性原理。复杂系统的开放性是指与外界有密切关系，能与社会、经济、生态环境等外界环境相互作用，并且可以不断演化，朝着更加适应环境的方向发展。
4）宏观与微观统一原理。复杂性科学认为，系统中一些微小的变化可以引起宏观变量的大波动。所以，研究宏观变量的变化规律就必须分析其微观机制，但是由于整体性原理，不能分解系统，因此说宏观与微观相统一。
5）确定性与非确定性统一原理。复杂性科学认为，一个稳定的系统中可以出现“内在”的随机性，但它与具有外在随机项的非线性系统的不规则表现有根本区别的。稳定的结构内，短期行为可以准确预测，但是长期行为则难以预测。
2. 煤矿的可持续发展
我国煤炭资源储量虽然很大，但是不足世界人均的一半。“富煤贫油少气”的能源格局，以及在其他新型能源发展成熟之前，煤炭依然是我国经济发展的主要支柱。但是我国煤矿存在相当严重的问题：回采率低（约为40%），浪费严重；资源管理混乱，综合利用率低；消耗量大，污染严重；管理落后，机构臃肿，社会负担重等。同时作为不可再生资源，从长远考虑，走可持续发展道路是煤矿未来发展的必然趋势。
可持续发展的概念创造之初是以保护生态环境的目的，旨在“既满足当代人的需求，又保证满足后代人的发展需要”。随着专家学者的研究，可持续发展的内涵不断地丰富，已经逐渐引申到了各个领域。1992年联合国环境与发展大会上提出的《21世纪议程》中就指出可持续发展是以人的发展为中心，生态、社会、经济为同一整体的发展道路。许多专家学者也将可持续发展的概念引申到煤矿的发展中：王贵成、王孟州[7]以河南平顶山市为例研究矿区与煤型城市之间的发展，陈文化等[8]从创新的角度研究了矿山的可持续发展，吴彤[9]、屠蕴雯[10]从系统工程的优化、经济、合理的角度研究了煤矿的可持续发展。这些研究也证实了煤矿可持续发展的可行性，争取实现对煤矿可持续发展的高效控制。
3. 煤矿的可持续发展的复杂性
由于我国的历史原因，煤矿的管理以高度分工为基础，在长期发展中只注重分工，不从整体考虑，导致煤矿系统不协调，安全问题频繁出现，生产与经营出现问题，生产与生态不协调，煤与非煤产生矛盾等。这些问题不仅制约了矿区自身的健康发展，而且也加剧了煤矿与外界环境的矛盾，这些问题用传统的理论、思维方式已经很难解决，所以必须转换观念，找寻其他的理论和实践来解决问题。复杂科学作为一种新兴的科学，以其新颖的理论观点为解决煤矿的可持续发展问题带来了希望。
1）煤矿可持续发展的整体性
以往煤矿的发展，各子系统、单位各自为政，管理者的主要工作就是统筹各部门，使其正常工作。这种简单的管理方式在市场经济和国际市场的冲击下，弊端尽漏。生产系统内的各单位只注重自身利益，应付生产，不为后期生产考虑，前后工作不能连贯，造成人、物、
力的极大浪费。甚至片面追求产量而忽视安全，忽视对环境的污染，忽视对非煤产业的开发和利用。复杂科学虽然也可以将系统分解，但是其整体不再是各系统的简单叠加，而是矿山各系统在关联力的耦合作用下的结果。因此从整体上考虑煤矿的可持续发展，使其不仅满足当代人的发展需求，同时保证矿区的后续发展；不仅协调矿山内部的发展，同时也协调矿区与社会、环境的发展。
2）煤矿可持续发展的动态性
发展本身就具有动态性，为了适应社会、经济的需要，不断的完善、改变自身的功能，经历一个质变到量变的过程，因此煤矿的可持续发展也是动态的。从时间观上，矿山发展一段时间能够达到暂时的稳定状态，此时的发展受到某种限制，要想继续发展必须打破平衡，在非线性的作用下，逐步达到下一个新的协调状态。同时系统在循环演化中逐步向更高层次、更高水平的方向发展。值得注意的是在打破平衡时，必然有来自系统内部或外部的能量交换，“正能量”使系统向预期目标发展，“负能量”则阻碍系统的发展。因此，在煤矿的可持续发展中必须采取适当的措施，进行宏观调控，引进积极的“正能量”。
3）煤矿可持续发展的开放性
煤矿的可持续发展本身就具有开放性，而且处于变化莫测的社会、经济、生态环境等组成的大系统中，必然与外界保持密切联系，相互作用。不仅使煤矿系统能够进行结构重组，产生新的有序结构，而且不断地吸收新的要素，使煤矿自身不断复杂化以适应环境的变化。煤矿在与外界进行能量、物质、信息的交换的过程中，能够积累经验，不断学习，掌握一定的“预判性”，进而更加主动地完善自身的发展，从而达到真正的可持续发展。
4）煤矿可持续发展的微观与宏观的统一原理
煤矿的可持续发展不仅在内部存在诸多相互作用的因素，而且还受到外界环境的影响，同时这些影响因素并不是相互独立的，而是相互之间存在联系、制约。正是这种非线性作用使得煤矿可持续发展具有复杂性，同时这种非线性作用也使得机械地分解、叠加原理不在适用。煤矿可持续发展的微观波动可以引起宏观的巨大变化，因此要想研究煤矿可持续发展的宏观变化就必须了解其微观机制。同时由于在非线性的作用，微观与宏观必须统一，不能分割开来。
5）煤矿可持续发展的确定性与随机性
复杂科学的理论表明，在非线性的作用下，确定的系统可以出现随机行为，这是因为 随机性是系统内在的本质表现，与外部随机项的作用无关。在煤矿的展中，我们不仅要重视确定性与随机性的存在，还要善于利用这种现象。煤矿可持续发展的复杂性启示我们，发展过程存在内在随机性。以往对此缺乏足够的认识，不仅花费人力、物力、财力来避免内在随机性，甚至有时直接忽视内在随机性的存在，导致如今煤矿的发展出现各种各样的问题。今后，煤矿的可持续发展应该着眼于整体的稳定性，允许局部的随机性，使得发展具有更大的活力。
4. 结论
随着国内外市场的变化、环境的恶化、资源的枯竭，煤炭行业长期发展中积累地矛盾日益严重，走可持续发展的道路是煤矿摆脱当前困境与谋求长期稳定发展的必然选择。煤矿可持续发展作为一个复杂系统，复杂科学的理论可使煤矿从整体上、战略上进行调整，在调整中发展，发展中调整，最终实现煤矿的可持续发展。
参考文献：
[1] 成思危主编. 《复杂性科学探索》[M ].北京：民主与建设出版社，1999,8.
[2] 钱学森，于景元，戴汝为. 一个科学新领域——开放的复杂巨系统及其方法论[J ].自然杂志，1990，（13）.
[3] 黄登仕，李后强. 非线性经济学的理论和方法[M ].成都：四川大学出版社，1993.
[4] 宋学锋. 混沌经济学理论及其应用[M ].徐州：中国矿业大学出版社，1996.
[5] Warfield J N.Twenty Laws of Complexity: Science Applicable in Organizations. Systems Research and
Behavioral Science,1999,16:3-41.
[6] 张润彤，朱晓敏. 服务科学概论[M ].北京：清华大学出版社，2011：:175-176.
[7] 王贵成，王孟州. 平顶山市矿产资源可持续开发及利用的研究[J ].辽宁师专学报，1999，（3）：141-144.
[8] 陈文化，周付生，罗云寿. 技术创新与可持续发展[J ].湘论坛1999，（1）：37-39.
[9] 吴彤. 复杂性研究的若干哲学问题[J ].自然辩证法研究，2000，（1）：23-25.
[10] 屠蕴雯. 论系统工程方法的应用[J ].科技情报开发与经济，2001，（1）：32-33.
作者简介：
刘启龙（1989-），男，汉族，安徽省蚌埠市，本科学历，毕业于华北科技学院。现就业与淮北矿业集团芦岭煤矿，助理工程师，基建二区主管技术员。
电话：[1**********]
邮寄地址：安徽省宿州市埇桥区芦岭镇芦岭煤矿
邮编：234113