體腦疲勞交互影響下煤礦工人作業(yè)改善研究

王新平，暢濤濤，孫林輝

(西安科技大學(xué) 管理學(xué)院，陜西 西安 710054)

因煤礦特殊的生產(chǎn)環(huán)境，造成礦工的工作體力和壓力要遠(yuǎn)高于其他行業(yè)工人。礦工體力和壓力過大時，不僅會產(chǎn)生礦工腦疲勞，還會嚴(yán)重影響礦工身體健康和其行為選擇[1]，對煤炭生產(chǎn)安全構(gòu)成極大的威脅。國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局對中國煤炭事故傷亡人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)礦井事故中由于人為因素導(dǎo)致的占到95%以上。煤炭工人行為因素對煤礦作業(yè)安全影響極為重要[2]。郭伏等[3]研究發(fā)現(xiàn)單調(diào)作業(yè)極易引起體力疲勞和精神疲勞。幾十年來，體 疲勞一直是人因工程研究的重要課題，然而，由于設(shè)備信息化以及自動化程度逐漸提高，體腦疲勞研究成為現(xiàn)代學(xué)者關(guān)注的重點。現(xiàn)階段采煤過程中，煤礦工人不僅要完成采掘和機器維修等體力作業(yè)，同時也要進(jìn)行機器控制和文件記錄等腦力工作。體力和腦力的綜合作用增加了煤礦工人的疲勞感，會使其作業(yè)靈活性降低，嚴(yán)重時會引起人因失誤[4]，而且長期體腦疲勞會引發(fā)職業(yè)性疾病。

體腦疲勞研究是安全領(lǐng)域關(guān)注的重要課題，頗受煤炭行業(yè)的重視。體腦疲勞是由于作業(yè)者長時間體力和腦力共同作業(yè)所導(dǎo)致的一種身心疲倦的狀態(tài)，也是降低工作效率、誘發(fā)安全事故的重要原因之一[5]。Lorist等[6]對同時進(jìn)行體力作業(yè)和認(rèn)知任務(wù)的實驗者進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)體疲勞會對大腦認(rèn)知產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。腦疲勞是指在連續(xù)或強烈的腦力勞動過程中，由于腦細(xì)胞的活力被抑制而引起信息流的增加和紊亂，最終形成慢性疲勞綜合征[7]，影響人體新陳代謝系統(tǒng)[8]。Marcora等[9]研究發(fā)現(xiàn)腦疲勞會導(dǎo)致體力作業(yè)持續(xù)時間的下降及體疲勞感覺增強。總之，雖然目前對體腦疲勞交互影響的深入研究較少，但是根據(jù)現(xiàn)有的研究可以認(rèn)定兩者是互相影響的。

通過對現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行梳理，發(fā)現(xiàn)以往的學(xué)者對體腦疲勞交互影響研究較少。但在很多工作場合和實際生活中，尤其煤炭行業(yè)，如果單獨地研究腦疲勞或體疲勞而不關(guān)注體腦疲勞的交互影響，難以準(zhǔn)確揭露疲勞的科學(xué)本質(zhì)，也很難找到減輕體腦疲勞、提高工作效率的科學(xué)方法。因而本文對煤礦工人的體力疲勞情況、腦力疲勞情況和工作內(nèi)容與休息情況進(jìn)行調(diào)研分析，并針對煤礦工人作業(yè)疲勞狀況，提出有效的改進(jìn)措施。這對于緩解體腦疲勞以及預(yù)防意外事故發(fā)生都有極其重要的意義。

1 研究對象及方法

研究對象為陜西某礦業(yè)公司的135名煤礦工人，全部為男性，所涉及的崗位有采煤機司機(46名)、單體支護(hù)工(39名)、采煤打眼工(50名)，均為井下一線作業(yè)工人。調(diào)研對象的年齡在20~50歲之間，工齡為1~10年不等。

測量工人作業(yè)疲勞的主要方法有主觀疲勞評價法、心理學(xué)測試法、生物化學(xué)測試法以及綜合測試方法等[10]。主觀疲勞評價法是常用疲勞評價量表，采用現(xiàn)場問答的方式對被試對象進(jìn)行調(diào)查，并對疲勞等級進(jìn)行劃分，被試者根據(jù)自己主觀感受判斷疲勞程度[11]。主觀疲勞評價法操作便捷，并且能夠準(zhǔn)確反映被試者的生理疲勞和心理疲勞，因此這種方法廣泛應(yīng)用在全身性作業(yè)疲勞、心理作業(yè)疲勞和綜合作業(yè)疲勞的測量方面[12]。該方法與科學(xué)的統(tǒng)計方法相結(jié)合，更加直觀且科學(xué)地反映被試者作業(yè)疲勞情況。

本文選擇主觀疲勞評價法研究作業(yè)疲勞，將北歐肌肉骨骼調(diào)查問卷和疲勞評定量表(FAI)相結(jié)合，設(shè)計出一款體腦疲勞評價量表問卷，分析煤礦工人在作業(yè)過程中的體疲勞與腦疲勞情況。體疲勞從被試者頭部、頸部、肩部、前臂、后臂、手(腕)、腰部、腳(踝)和全身進(jìn)行測量，腦疲勞從被試者視疲勞、噪聲疲勞、記憶力疲勞、注意力疲勞、頭腦昏沉、思考困難、工作失誤率、對工作厭倦、容易犯困進(jìn)行測量。同時，本研究使用的方法還包括訪談法和現(xiàn)場觀察法，調(diào)查了工人的作業(yè)負(fù)荷、作業(yè)內(nèi)容、作業(yè)時長和操作時的基本動作等。最后采用SPSS 24.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 調(diào)查結(jié)果與分析

2.1 礦工作業(yè)分析

為深入了解采煤工人作業(yè)基本情況和休息情況，本研究對采煤機操控、單體支護(hù)和采煤打眼3個典型煤炭生產(chǎn)崗位的數(shù)名礦工進(jìn)行了調(diào)研。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，采煤機司機的崗位一般不會輕易換崗；單體支護(hù)崗位的工作內(nèi)容為檢查頂板支護(hù)、管路和各種用具，最終掛梁和打點柱；采煤機操控崗位的工作內(nèi)容為檢查采煤機以及周邊環(huán)境，啟動采煤機和采煤作業(yè)；采煤打眼崗位的工作內(nèi)容為備齊注液槍、锨、鎬、側(cè)式供水鉆桿、鉆頭等工具，然后用手鎬刨點定位，用電鉆打眼，如圖1所示。

圖 1 煤礦工人作業(yè)圖Figure 1 Pictures of coal miners working

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，每個工種根據(jù)崗位安全操作規(guī)程進(jìn)行規(guī)范化操作，但是操作中體力勞動占的部分比較多，多為掛梁、打點柱和打眼，小型設(shè)備較重，對采煤工人的體力透支較高。煤礦井下環(huán)境復(fù)雜，具有粉塵多、燈光暗、溫度低、噪音大、作業(yè)面狹窄等特點，更易增加采煤工人腦力負(fù)荷[13]。煤礦工人每天工作8 h，偶爾會有加班情況，中午休息時間根據(jù)季節(jié)平均為2 h，上午和下午有簡短的休息時間。當(dāng)工人感到身心疲憊時會用手部按摩或者小范圍活動進(jìn)行舒緩，在下班之后會通過體育活動、打游戲和聽音樂等休閑活動緩解疲勞。

2.2 信效度檢驗及相關(guān)性分析

在預(yù)測試中，信度檢驗結(jié)果顯示整體的克隆巴赫系數(shù)(Cronbach α系數(shù))是0.951，但其個別變量的系數(shù)低于0.7，對問卷進(jìn)行二次修正并獲得足夠樣本后，本文繼續(xù)采用克隆巴赫系數(shù)作為調(diào)查問卷的信度指標(biāo)。SPSS分析結(jié)果如表1顯示，所有題項的整體克隆巴赫系數(shù)高達(dá)0.913，大于0.8，表示整體信度非常好。

表 1 信度分析Table 1 Reliability analysis

為了檢測使用者所設(shè)計的心理或行為特質(zhì)達(dá)到的滿意程度，可以用效度(Validity)作為評判標(biāo)準(zhǔn)。首先對所有變量和測量指標(biāo)進(jìn)行檢驗，表2顯示KMO值為0.891，說明設(shè)計變量間的關(guān)系是比較好的。巴特利特球形度檢驗在0.000的水平上顯著。檢驗結(jié)果說明變量間的關(guān)系比較好。

表 2 KMO和巴特利特檢驗Table 2 KMO and Bartlett tests

表 3 相關(guān)性分析(Pearson相關(guān)系數(shù))Table 3 Relevance analysis (Pearson correlation coefficient)

相關(guān)性分析研究各變量之間是否存在某種相互依存關(guān)系，以及相關(guān)的程度和相關(guān)方向。本文對體疲勞指標(biāo)和腦疲勞指標(biāo)之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，分析體腦疲勞交互影響，當(dāng)絕對值小于0.4時為低相關(guān)，0.4~0.7為顯著性相關(guān)，大于0.7為強相關(guān)。從表3可以看到，體腦疲勞中的各個指標(biāo)之間均存在相關(guān)性，體腦疲勞大部分存在顯著的相關(guān)關(guān)系(顯著水平0.01和0.05)，其中，頭部疲勞和腦疲勞中部分指標(biāo)存在強相關(guān)。

2.3 體疲勞分析

表4為分析得到的煤礦工人體疲勞主觀疲勞評價表，采用李克特7級量表，分?jǐn)?shù)1~7表示疲勞最低到疲勞最高。分析煤礦工人各個身體部位的疲勞值和全身疲勞值，統(tǒng)計各工種的疲勞情況和所有工人的綜合疲勞情況。從圖2可以直觀看出，3個綜合采煤隊數(shù)據(jù)雖然有略微差別，但大體上的疲勞趨勢趨于一致。煤礦工人的疲勞主要集中在腰部、肩膀、前臂、后臂、手(腕)，而膝部、腳(踝)的疲勞也不容忽視。工人的全身疲勞均處在量表的中間位置，說明煤礦工人的勞動會產(chǎn)生相應(yīng)的體疲勞。

表 4 煤礦工人體疲勞主觀疲勞評價Table 4 Physical fatigue subjective fatigue evalution of coal mine workers

圖 2 煤礦工人體疲勞主觀疲勞評價圖Figure 2 Human fatigue subjective fatigue evaluation of coal mine workers

產(chǎn)生疲勞的原因是工人與機器配合不佳和生產(chǎn)方法的非規(guī)范化使用。在進(jìn)行單體支護(hù)作業(yè)時，工人的發(fā)力點主要集中在臂部和肩部，如打梁作業(yè)中，工人需要對頂部面板進(jìn)行固定和安裝，期間需要多次舉起設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，因而臂部和肩部都承受重大的下壓力，工人普遍反映腰部、臂部和肩部是易疲勞部位。打眼工一天的工作都需要使用設(shè)備進(jìn)行體力勞動，腰部、手(腕)承受的力累積下來就會形成體疲勞。采煤機司機相對于體力勞動較少，需要集中精力進(jìn)行采煤機操控，腦力勞動較強。

表 5 煤礦工人腦疲勞主觀疲勞評價Table 5 Mental fatigue subjective fatigue evaluation of coal mine workers

2.4 腦疲勞分析

表5和圖3為統(tǒng)計分析得到的采煤工人腦疲勞主觀疲勞評價指標(biāo)值。從圖3可以直觀看出，工人的腦疲勞值除了噪聲疲勞數(shù)值較高其余均不明顯，記憶力、大腦思考等方面不會產(chǎn)生疲勞。調(diào)查表明，噪聲疲勞和視疲勞是煤礦工人腦疲勞的主要影響因素。因為礦井下采煤機和其他儀器操作聲音較大，作業(yè)環(huán)境較差，尤其是掘進(jìn)和傳輸過程中，機器產(chǎn)生高分貝的噪音，煤礦工人與機器設(shè)備近距離接觸，勢必會影響身心健康。但也有工人表示工作久了會習(xí)慣井下環(huán)境和噪音，對其疲勞影響逐漸減小。此外，由于長時間工作，工人對工作厭倦也比較突出，因為工作環(huán)境相對較差，環(huán)境對心理和生理影響較大，每天的工作內(nèi)容重復(fù)，經(jīng)年累月工人會對工作內(nèi)容產(chǎn)生厭倦。

煤礦工人操作規(guī)程固定，工人在熟練操作規(guī)程之后，表示操作流程較為簡單且易懂，不會有辨別不清或者記憶方面的困擾。煤礦工人的平均年齡在40歲左右，身體機能不差，且長期從事同種工作，適應(yīng)能力強。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過夜間睡眠后疲勞就會消除，暫時未發(fā)現(xiàn)因長期從事煤炭開采工作而導(dǎo)致的腦力損傷或職業(yè)性疾病。

圖 3 煤礦工人腦疲勞主觀疲勞評價Figure 3 Mental fatigue subjective fatigue evaluation of coal mine workers

3 建議與討論

在傳統(tǒng)意義上，體腦疲勞交互是指作業(yè)者在工作過程中由于長時間作業(yè)不斷消耗能量，導(dǎo)致機體內(nèi)生理、心理和腦細(xì)胞的變化而導(dǎo)致工作能力的下降。在現(xiàn)代社會的快速發(fā)展下，來自工作的壓力越來越大，以復(fù)雜多變?yōu)樘攸c的現(xiàn)代作業(yè)疲勞已經(jīng)取代了以長期單一為特點的傳統(tǒng)作業(yè)疲勞。現(xiàn)代作業(yè)疲勞是指在傳統(tǒng)疲勞的基礎(chǔ)上，加入了現(xiàn)代化元素，不論是體力疲勞還是腦力疲勞都會通過相應(yīng)的形式表現(xiàn)出來，最終展現(xiàn)在人的行為和工作狀態(tài)中[14]。長時間的打眼作業(yè)會導(dǎo)致上肢酸痛，長時間注視采煤機能引起眼睛干澀、大腦恍惚。體腦疲勞交互狀態(tài)下工人的工作效率和工作質(zhì)量都會低于正常狀態(tài)，體腦疲勞交互時反應(yīng)相對緩慢，作業(yè)遲鈍，失誤率提升。因此，本文針對調(diào)查和研究所發(fā)現(xiàn)的體腦疲勞交互影響問題，提出以下建議。

3.1 礦工作業(yè)動作優(yōu)化

從表3相關(guān)性分析可知，煤礦工人體疲勞和腦疲勞是一種共生存在的關(guān)系，體腦疲勞交互影響著煤炭工人正常作業(yè)。調(diào)研結(jié)果顯示，煤礦工人長期工作體疲勞較為嚴(yán)重，操作規(guī)程誤解和不恰當(dāng)?shù)墓ぷ髯藙?，都會帶來工人的體疲勞，煤礦工人在打眼作業(yè)和支護(hù)作業(yè)時需要多次使用臂力支撐和下腰動作，腰部、手腕和小臂是極易疲勞的部位。采煤機司機主要動作是操控采煤機，由于設(shè)備龐大且難以控制方向，所以工人應(yīng)時刻關(guān)注采煤機的動態(tài)，容易形成體腦疲勞。通過配備先進(jìn)的探測儀器將數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)秸{(diào)度室，采煤機司機可以減少自己移動距離，相對減少體疲勞和腦疲勞。單體支護(hù)工在工作中身體轉(zhuǎn)動幅度大，手持小型設(shè)備，極易引起體疲勞，因此，支護(hù)工間斷性地更換角色，工人在掛梁工作1 h后可以進(jìn)行打點柱工作，在工作的更換中可以減少工人的體疲勞，改變礦工換崗頻次，提高工作效率[15]。爆破作業(yè)是煤炭開采的一種主要方式，工人打眼是爆破作業(yè)重要的環(huán)節(jié)，打眼工對爆破點的選擇應(yīng)遵循人因工程學(xué)理論，打眼過程中盡量采用站立打眼，不能隨意更改作業(yè)姿勢。在煤炭生產(chǎn)過程中，工人極易產(chǎn)生疲勞，所以正確的作業(yè)動作對于煤礦工人減緩體腦疲勞交互影響起到了決定性作用。

3.2 作業(yè)環(huán)境優(yōu)化

煤礦作業(yè)場所大多數(shù)為井下作業(yè)，作業(yè)條件比較艱苦。調(diào)查顯示，我國95%以上的煤礦是井工煤礦，礦井深度平均在400 m以上，作業(yè)環(huán)境特殊性明顯。根據(jù)實地調(diào)研以及研究發(fā)現(xiàn)礦井作業(yè)環(huán)境存在以下問題。

1) 礦井作業(yè)場所空間狹小。采煤作業(yè)面積根據(jù)煤層厚度而確定，中厚煤層作業(yè)面積相對較大，薄煤層作業(yè)空間比較窄小，給作業(yè)人員和運輸人員造成不便，采掘作業(yè)面經(jīng)常處在銜接交替之處，綜采作業(yè)的條件較為惡劣。

2) 井下作業(yè)空間沒有自然光照，作業(yè)工人須頭戴礦燈照明，采掘儀器和一些運輸設(shè)備運轉(zhuǎn)時分貝較高，經(jīng)常造成噪聲超標(biāo)。

3) 井下作業(yè)空間和巷道容易產(chǎn)生淋水現(xiàn)象，或者巷道內(nèi)存有少量積水，導(dǎo)致礦井地面潮濕。

4) 在煤炭采掘進(jìn)程中，伴隨著煤炭粉塵和有害氣體的產(chǎn)生，采煤深度較大的礦井伴有地?zé)岈F(xiàn)象，礦井溫度較高。作業(yè)場所井深巷遠(yuǎn)，加上輔助時間，煤礦工人在礦井時間較長，勞動強度較大。

因此，煤礦企業(yè)應(yīng)對礦井環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化。煤礦工人在掘進(jìn)作業(yè)時，確保地質(zhì)安全和生產(chǎn)安全的情況下應(yīng)盡可能擴大井下空間，應(yīng)配備先進(jìn)的探測設(shè)備，改善礦井下的視覺環(huán)境，優(yōu)化作業(yè)環(huán)境，減少作業(yè)工人移動距離[16]。井下作業(yè)環(huán)境必須遵循《中華人民共和國安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—煤礦井下安全標(biāo)志》(AQ1017)相關(guān)規(guī)定，每個工人必須配備獨立信號電源變壓器和獨立燈光。采用排水設(shè)備排出作業(yè)區(qū)間的積水，工人服裝采用防水設(shè)備，對于淋水現(xiàn)象及時處理。按照國家規(guī)定對生產(chǎn)性粉塵和粉塵中游離SiO2含量、生產(chǎn)性毒物、噪聲、放射線及其他有害物理因素等進(jìn)行定期監(jiān)測[17]。發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時處理，改善工作環(huán)境，減少煤礦工人體腦疲勞交互影響。

3.3 管理優(yōu)化

通過對煤礦企業(yè)調(diào)研和觀察發(fā)現(xiàn)，此煤礦的管理分為行政部門和安全生產(chǎn)調(diào)度指揮中心，調(diào)度指揮中心管理下級科室和區(qū)隊，科室和區(qū)隊的配合形成了整個生產(chǎn)系統(tǒng)。根據(jù)綜采隊的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)內(nèi)容，建議設(shè)置崗位定時輪換制度，對工人進(jìn)行培訓(xùn)使其熟悉多個工作崗位，采煤工人可以在崗位內(nèi)部進(jìn)行人員調(diào)動，也可以在崗位之間進(jìn)行崗位調(diào)動，這有利于減少工人體腦疲勞和提高工人的積極性。另外企業(yè)需要對休息制度進(jìn)行優(yōu)化，以往方式是工人固定時間才可以休息，休息方式也只是工人之間相互閑聊或者小范圍活動，應(yīng)適當(dāng)增加工人的休息時間，工人可以走出礦井，到室外進(jìn)行有氧呼吸，增設(shè)員工休息室等減緩工人的疲勞。煤礦企業(yè)也可通過優(yōu)化績效考核制度，關(guān)注礦工生理健康和心理健康問題等措施來提升煤礦工人的工作積極性。

4 結(jié)束語

我國的煤炭開采逐步向自動化時代轉(zhuǎn)變，但仍需大量的一線礦工，煤礦工人在生產(chǎn)作業(yè)中既要進(jìn)行體力勞動，也要進(jìn)行腦力勞動，容易受到體腦疲勞交互的影響，導(dǎo)致嚴(yán)重的人因失誤。預(yù)防和控制煤礦工人的人因失誤是遏制煤礦重特大事故的根本途徑。

本文研究得知，煤礦工人的體疲勞主要發(fā)生在腰部、肩膀、前臂和后臂等部位，噪聲疲勞、視疲勞是影響工人腦疲勞的主要因素，因此建議對礦工的作業(yè)動作和作業(yè)規(guī)程進(jìn)行優(yōu)化。對于腦疲勞的緩解，煤礦企業(yè)應(yīng)盡可能地改善工人工作環(huán)境，優(yōu)化生產(chǎn)流程和管理制度，以充分保護(hù)勞動者健康，減少煤礦工人體腦疲勞交互影響，預(yù)防職業(yè)性疾病。