綜放工作面作業(yè)人員可靠性分析

張 驎，程 琛，徐明偉

(華北科技學(xué)院，北京東燕郊 101601)

0 引言

煤礦綜采放頂煤生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜，工作面不斷處于動態(tài)發(fā)展過程中，人員自身素質(zhì)、機械設(shè)備、環(huán)境因素三者都影響著作業(yè)人員的可靠性，生產(chǎn)過程中人的任何操作失誤都可能引起事故的發(fā)生。盡管生產(chǎn)系統(tǒng)本質(zhì)可靠性、安全性很高，但由于人自身生理、心理特點和行為特性，不可避免會發(fā)生誤操作，人是生產(chǎn)的主體，是最活躍的因素，同時人的失誤也是人—機—環(huán)境系統(tǒng)中重要的潛在事故源[1－3]。因此研究系統(tǒng)中人的可靠性，進而提高整個系統(tǒng)的可靠性就顯得非常重要。

綜放工作面事故即可能是設(shè)備故障引起，也可能由操作者操作失誤引起，而環(huán)境對人的失誤操作也會造成很大影響，因此在研究作業(yè)人員的可靠性時，應(yīng)將人、機器、環(huán)境三大因素進行綜合考慮，隨著機械設(shè)備性能的不斷提高，人和環(huán)境因素是研究的重點。

1 綜放工作面中人的作用

在綜放工作面生產(chǎn)系統(tǒng)中，盡管機械化操作能解決許多人不能解決的難題，但實踐也表明:人員可以進行各種類型的工作，處理意外事故，發(fā)揮機器的最大效能，具有很強的靈活性和主動性[4－5]。即:(1)當機械設(shè)備部分出現(xiàn)故障時，人員能進行修理，使生產(chǎn)系統(tǒng)恢復(fù)正常工作，從而提高其安全性和可靠性;(2)能組織協(xié)調(diào)各工種的工作，使工作面的生產(chǎn)工序連貫，避免因局部人員操作不當使整個系統(tǒng)停止工作;(3)對工作面各類儀表顯示的信息，工作面生產(chǎn)過程中存在的部分安全隱患能及時做出判斷和決策，并快速做出反應(yīng);(4)生產(chǎn)過程中遇到的煤壁片幫、斷層、及放煤過程控制放煤量等問題都需要發(fā)揮人的主觀能動性，進行觀察處理。表1是綜放工作面人員在安全生產(chǎn)過程中所起的作用。

表1 綜放工作面生產(chǎn)中人員在隱患排除中的作用

然而，在綜放工作面這種特殊的環(huán)境條件下，人員又會受到如高溫高濕、噪聲、粉塵、低光照度、作業(yè)空間狹小以及作業(yè)危險性等因素的影響，人員生理和心理上都發(fā)生了相應(yīng)變化[6]。因此人員在作業(yè)過程中時常會出現(xiàn)疲勞、注意力分散、動作的準確性與協(xié)調(diào)性降低等現(xiàn)象。此外，人的操作往往具有非線性、時變性和隨機性等特點，因而由于作業(yè)人員自身的生理和心理上的障礙，可能出現(xiàn)對操作上的誤判斷、誤操作和誤安裝，導(dǎo)致不良的后果。表2是近10年綜采工作面部分與人的失誤有關(guān)的事故實例。

表2 綜采工作面人因事故實例

從上述表中可以看出，各類人因事故的產(chǎn)生，都離不開違章作業(yè)、盲目指揮、監(jiān)管力度不夠等，人員操作的可靠性對生產(chǎn)系統(tǒng)的影響不可忽視。即在綜放工作面人—機—環(huán)境系統(tǒng)中，可以因人的有效參與而使得系統(tǒng)的安全可靠性增加，也可以因人的某些機能障礙產(chǎn)生人的失誤，導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)可靠性降低造成人員傷亡。

2 人員失誤及可靠性影響因素分析

2.1 人員失誤的特點

一般情況下，綜放工作面人員失誤可以理解為人員在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各項失誤，按照工種進行分類有:(1)放煤失誤:放煤過快過載而造成的停機、放煤過量而漏研、造成的卡溜、斷鏈等;(2)割煤失誤:搖臂調(diào)高系統(tǒng)控制失誤、割煤打壞截齒、采煤機操作失誤等;(3)移架推溜失誤:操作順序紊亂，咬架、傾斜、漏研等;(4)端頭支架失誤:支護質(zhì)量不高或沒有及時支護等;(5)設(shè)備維護失誤:配件更新不合理，修理不及時、不徹底等;(6)管理組織失誤:交接班不及時、人員冗余度太大、決策失誤等[7－9]。在實際生產(chǎn)過程中，盡管有許多差錯，由于人又是能迅速改變其思想、看法與行為的一種特殊系統(tǒng)，因此，有時即使想錯了或者做錯了，但能及時地加以迅速糾正而沒有造成絲毫后果，這樣的差錯就不能視為人的操作失誤。所以，人員的失誤可以定義為:在正常的條件下，規(guī)定時間內(nèi)，人的行為的結(jié)果偏離了系統(tǒng)規(guī)定的目標，并產(chǎn)生了不良后果[10]。綜放工作面人的失誤一方面影響系統(tǒng)的安全性，另一方面影響系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。在綜放工作面這種惡劣的作業(yè)環(huán)境下，人員的失誤具有如下特點。

2.1.1 必然性

綜采放頂煤生產(chǎn)實踐證明:通過定期的安全教育與技能培訓(xùn)，設(shè)計良好的人機界面，改善作業(yè)環(huán)境等方法能夠顯著地減少人員操作差錯率。但根據(jù)墨非定律:如果一臺機器存在操作錯誤的可能性，那么一定會有人錯誤地操作它[11]。加之，在綜放工作面中，噪聲、粉塵、低光照度等因素對人員的生理、心理和工作能力都造成了一定的影響，同時，長時間單調(diào)的勞動也容易使人產(chǎn)生疲勞。因此，人的失誤就具有必然性的特征。

2.1.2 隨機性

在綜放工作面人—機—環(huán)境系統(tǒng)中，綜放工作面生產(chǎn)系統(tǒng)在空間上是立體分布的，而且還隨著時間的變化動態(tài)的發(fā)展，其運行過程及其狀態(tài)有獨特的特性。人是系統(tǒng)的主體，是操作失誤得以發(fā)生的主要因素，而人本身又是個極其復(fù)雜的系統(tǒng)，具有明顯的時變特性[12]。因此，每個人的失誤發(fā)生的時間、部位、場合以及發(fā)生在誰身上都是隨機的，不肯定的，很難用確切的數(shù)學(xué)模型來表達，隨機失誤往往是不可預(yù)測的。

2.1.3 突然性

人的失誤不像機器性能衰減或構(gòu)件強度降低那樣，有一個漸變的過程。它造成的事故往往會突然爆發(fā)出來，使操作者立即處于措手不及的境地而造成生產(chǎn)系統(tǒng)的失效。事故往往是突然發(fā)生的，而導(dǎo)致事故的潛在隱患是早就存在的，只是未被發(fā)現(xiàn)。一旦條件成熟，潛在的危險就會釀成事故[13]。

2.1.4 隱蔽性

人員的失誤往往是在操作者誤認為正確的情況下發(fā)生的，由于人的習(xí)慣性和遲滯性，對自己的差錯糾正能力比較低，例如工人在一次違章作業(yè)或沒有按照作業(yè)標準工作時可能沒有產(chǎn)生事故，便產(chǎn)生偷懶、僥幸的心理，如不矯正，久而久之必產(chǎn)生事故。因此，必須有嚴厲的規(guī)章制度和監(jiān)管體制，才能有效和及時發(fā)現(xiàn)人員的不安全行為。

2.2 人員可靠性分析

綜放工作面作業(yè)人的失誤不僅與其自身素質(zhì)、專業(yè)知識水平、安全意識、工作態(tài)度等有關(guān)，而且還與機械設(shè)備是否存在設(shè)計缺陷、是否符合人機工程學(xué)、是否保養(yǎng)維護良好等有很大關(guān)系。同時，作業(yè)人員長期處于高溫、高濕、粉塵濃度大、照度環(huán)境差、噪聲嚴重等的環(huán)境中工作，這些都影響人的操作，下面就從人機環(huán)的角度對人員可靠性進行分析。

2.2.1 人自身影響因素

人由于具有主觀意識和主觀能動性，所以人本身就是一個復(fù)雜且難控的系統(tǒng)，人的生理和心理因素對人的行為影響較大，但由于這些因素對人的行為的影響是不定的，所以很難確定他們對人的行為是如何影響的，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，人的年齡、工齡及受教育水平對人的生理及心理的形成起著較大作用[14]。為此，通過研究作業(yè)人員的年齡、工齡、受教育水平對其可靠性的影響，可以定量地描述人自身對人可靠性的影響。

根據(jù)現(xiàn)場事故傷亡人員年齡、工齡、受教育水平的調(diào)查分析，建立人的年齡、工齡、受教育水平對人可靠性的影響如下。

人的年齡因素對人可靠性的影響系數(shù)為:

式中，δ1—年齡因素對人可靠性的影響系數(shù);τ1—年齡(年)。

人的工齡因素對人可靠性的影響系數(shù)為:

式中，δ2—工齡因素對人可靠性的影響系數(shù);τ2—工齡(年)。

人的受教育水平因素對人可靠性的影響系數(shù)為:

式中，δ3—受教育水平因素對人可靠性的影響系數(shù);τ3—受教育時間(年)。

2.2.2 機對人可靠性影響

機械設(shè)備對作業(yè)人員可靠性的影響，主要考慮機械設(shè)備的設(shè)計制造是否符合人機工程學(xué)原理，隨著我國科技水平的提高，煤礦機械化程度的推進，機械設(shè)備已達到了人機適宜的水平[15]。為此，機械設(shè)備對作業(yè)工人的可靠性的影響在本文中不再考慮。

2.2.3 環(huán)境因素對人可靠性影響

由于煤礦綜放工作面屬于井下作業(yè)，工作環(huán)境特殊，這就決定了對處在此環(huán)境中的作業(yè)人員可靠性的研究更有意義，找出影響人可靠性的主要因素，為提高作業(yè)人員的可靠性，降低事故傷亡率提供理論依據(jù)。在綜放工作面，影響作業(yè)人員可靠性的因素很多，但研究認為，主要有熱環(huán)境、噪聲、照度、

煤塵濃度等四個因素，而且這四個因素對人員可靠性的影響也最為明顯[16]。通過現(xiàn)場調(diào)研、實驗測試，分析了不同環(huán)境因素對人員可靠性的影響。

1)熱環(huán)境

熱環(huán)境是指工作面上的空氣溫度、濕度、風(fēng)速等。這些因素影響著人體的熱平衡，根據(jù)現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析溫度對綜放生產(chǎn)人員可靠度的影響系數(shù)為:

式中，k1—溫度對綜放生產(chǎn)人員可靠度的影響系數(shù);θ—溫度，℃。

2)噪聲環(huán)境

工作面生產(chǎn)時，采煤機、液壓支架、刮板輸送機、拖車、移支架、泵站、破碎機聲是綜采噪聲的主要來源。強烈的噪聲除了引起人心率加快、肌肉緊張等生理作用外，還將損害人的作業(yè)效能。經(jīng)現(xiàn)場測定，噪聲對綜放生產(chǎn)人員可靠度的影響系數(shù)為:

式中，k2—噪聲對綜放生產(chǎn)人員可靠度的影響系數(shù);L—溫度強度，dB(A)。

3)照明環(huán)境

地下采煤，工人所處的光環(huán)境是人工照明。根據(jù)現(xiàn)場測試，照度對綜放工作面人員可靠度的影響系數(shù)為:

式中，k3—照明對綜放生產(chǎn)人員可靠度的影響系數(shù);E—光照度，Lx。

4)煤塵環(huán)境

在機械化采煤、放煤、運輸、轉(zhuǎn)載過程中，都要產(chǎn)生大量的煤塵，煤塵是生產(chǎn)人員塵肺病的根源;同時大量的煤塵也使操作者看不清周圍的裝置和目標，容易在操作中出現(xiàn)差錯，從而造成事故。由于各種原因，使得一些綜放面煤塵濃度大大超標。經(jīng)現(xiàn)場測定，煤塵對綜放生產(chǎn)人員可靠度的影響系數(shù)k4:

式中，k4—煤塵對綜放生產(chǎn)人員可靠度的影響系數(shù);x—煤塵濃度，mg/m3。

3 綜放工作面人員可靠性分析的數(shù)學(xué)模型

根據(jù)控制論原理可知，人的行為模式為一個閉環(huán)系統(tǒng)，人們在接受刺激后，把接受到的信息傳遞給大腦，經(jīng)大腦分析后通過支配相應(yīng)的身體部位表現(xiàn)出來，變現(xiàn)為對外的反應(yīng)，這個過程就是S－OR行為模式。由于人在接受—處理—輸出等過程都可能產(chǎn)生失誤，對人的可靠性都有影響，所以人的可靠性受人的行為模式的影響[17]。根據(jù)人的行為過程模式，日本東京大學(xué)井口雅一教授提出了一種確定人的操作基本可靠度的計算方法:

式中:α1—信息輸入過程的基本可靠度，考慮感知信號及其意義時有失誤，取0.9999;

α2—判斷決策過程的基本可靠度，考慮進行判斷時有失誤，取0.9995;

α3—操作輸出過程的基本可靠度，考慮輸出信息時，運動器官執(zhí)行失誤，取0.999。

針對綜放工作面熱害、噪聲大、光照度低、煤塵濃度大等環(huán)境因素對人的影響，機械設(shè)備對人操作的影響，以及人自身行為模式，建立影響人的可靠性模式，如圖1所示。

圖1 人的可靠性模式圖

在前面分析人和環(huán)境因素對作業(yè)人員可靠性的影響、人的行為模式的基礎(chǔ)上，建立了綜放工作面?zhèn)€人作業(yè)可靠度的計算模型:

其中:R為綜放工作面?zhèn)€人作業(yè)的可靠度

γ表示人員作業(yè)的基本可靠度;

δ1表示年齡對作業(yè)人員可靠性的影響系數(shù);

δ2表示工齡對作業(yè)人員可靠性的影響系數(shù);

δ3表示受教育水平對作業(yè)人員可靠性的影響系數(shù);

k1表示熱環(huán)境對作業(yè)人員可靠度的影響系數(shù);

k2表示噪聲環(huán)境對作業(yè)人員可靠度的影響系數(shù);

k3表示照明環(huán)境對作業(yè)人員可靠度的影響系數(shù);

k4表示煤塵環(huán)境對作業(yè)人員可靠度的影響系數(shù)。

在實際研究中，關(guān)于δ值可根據(jù)作業(yè)人員自身情況獲得，k值可通過現(xiàn)場測試獲取，因而本模型具有實際價值。

4 結(jié)論

1)在綜放工作面人—機—環(huán)境系統(tǒng)中，人始終是主體，是決定因素。人員可以進行各種類型的工作，處理意外事故，發(fā)揮機器的最大效能，具有很強的靈活性和主動性。事故的發(fā)生是“人、機、環(huán)境”三個因素相互作用與影響的結(jié)果，追尋事故的根源，人的因素也是主要因素。因此，控制人的行為，提高人員的可靠性，是防止傷亡事故的關(guān)鍵問題，也是安全管理的中心內(nèi)容。

2)綜放工作面生產(chǎn)系統(tǒng)是一個多環(huán)節(jié)、動態(tài)的、復(fù)雜的系統(tǒng)，人在作業(yè)過程中會受到各種因素的影響，并可能導(dǎo)致其操作的失誤。通過上訴分析可知，若要提高人員作業(yè)可靠性，需從人、機、環(huán)境三個方面進行改善。①強化對人的的優(yōu)選、培訓(xùn)和教育，建立健全管理制度;②加強對機械設(shè)備的檢修和維護，優(yōu)化設(shè)計各種手柄、顯示和控制裝置，以便更好地適合工人的操作;③針對某些深部高溫礦井，可增設(shè)礦井空調(diào);針對噪聲，可優(yōu)化采煤機結(jié)構(gòu)、必要時佩戴耳塞等;針對照明，可在采煤機和液壓支架上安裝聚光燈等;針對煤塵，改善噴霧裝置，提高采煤機和放煤窗口上的除塵效果。

3)基于可靠性理論，對綜放工作面人員可靠性的影響因素進行了分析，根據(jù)現(xiàn)場測試得到的數(shù)據(jù)，建立了作業(yè)人員可靠性模型，這種用定量計算的方法對作業(yè)人員可靠性進行評估具有實際意義。

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