掘進(jìn)面環(huán)境因素與事故數(shù)的關(guān)聯(lián)度分析*

夏 潤，王素云，符 飛

(華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，北京 101601)

0 引言

煤炭作為我國工業(yè)發(fā)展的一部分，在確保我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用。隨著煤礦井下機(jī)械化程度加深，對掘進(jìn)設(shè)備操作者的安全意識要求越來越高。而井下生產(chǎn)設(shè)備的安全狀態(tài)和作業(yè)環(huán)境的安全狀況直接關(guān)系到安全生產(chǎn)事故的發(fā)生率。煤礦井下工作環(huán)境比較惡劣，對職工的身心健康和工作效率有很大的影響，通常是事故發(fā)生的最深原因，但卻很容易被人忽視[1]。目前，雖然煤礦工人和專家們已經(jīng)對井下工作環(huán)境及人員效率的影響給予了很大的關(guān)注，但至今還沒有得到實(shí)際的、普遍的數(shù)據(jù)，礦井工作人員的安全問題仍然是國家發(fā)展高度重視的問題。

景國勛等[2]學(xué)者應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)理論對礦井中的人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度進(jìn)行了相關(guān)研究，并得出礦井人員工作效率的高低受到環(huán)境因素的影響。周剛等[3]學(xué)者對人的不安全行為及人因失誤的相關(guān)原理進(jìn)行了系統(tǒng)分析，研究表明礦井工作人員的不安全行為是造成危險(xiǎn)事故的直接原因。

但是人作為獨(dú)立的個(gè)體，其本身的主觀能動(dòng)性就導(dǎo)致人是難以控制并且復(fù)雜的系統(tǒng)，人為造成的失誤也是事故預(yù)防中最難的部分，而在煤礦中，煤礦本身環(huán)境又是封閉且復(fù)雜的，在這種高強(qiáng)度密閉空間下工作，導(dǎo)致人的行為更是不易操作和掌握的。因此，研究掘進(jìn)工作面復(fù)雜環(huán)境條件對人工作效率的影響具有很強(qiáng)的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 灰色關(guān)聯(lián)分析原理和計(jì)算方法

1.1 灰色關(guān)聯(lián)分析原理

灰色關(guān)聯(lián)分析是通過確定灰色相關(guān)程度來識別影響目標(biāo)值主要因素的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)度計(jì)算法，是事物或系統(tǒng)因素之間的不確定相關(guān)性和主要行為之間的不確定相關(guān)性辨別方法[4]。

影響礦井掘進(jìn)面安全的環(huán)境因素有很多，熱、溫度、照明及噪聲因素等都會(huì)直接或間接導(dǎo)致煤礦事故的發(fā)生。各個(gè)因素由于其本身的不可控制性及發(fā)生的特點(diǎn)呈現(xiàn)出灰色特征并構(gòu)成灰色關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)理論分析掘進(jìn)面人因事故與環(huán)境因素之間的關(guān)聯(lián)度，對改善工作環(huán)境、降低掘進(jìn)面人因事故發(fā)生的頻率起到不可或缺的作用[5]。

1.2 灰色關(guān)聯(lián)分析計(jì)算方法

1.2.1 無量綱化計(jì)算

無量綱化處理方法通常有數(shù)據(jù)初值化、數(shù)據(jù)均值化、數(shù)據(jù)極值法和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化法等。無量綱化處理分析采用數(shù)據(jù)極值法。無量綱處理是將序列中的所有數(shù)據(jù)按其首位分割得到一個(gè)新數(shù)列的過程。新數(shù)列具有共同的起點(diǎn)、無量綱、數(shù)據(jù)值大于0[6]。設(shè)有原始數(shù)列x0

x0=(x0(1)，x0(2)，x0(3)，…,x0(n))

(1)

對x0進(jìn)行初始化處理得到

y0={y0(1)，y0(2)，y0(3)，…，y0(n)}

(2)

1.2.2 絕對差計(jì)算

對每個(gè)級數(shù)進(jìn)行無量綱處理后，得到參考級數(shù)與比較級數(shù)的絕對差δ0i(k)

(3)

1.2.3 關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算

關(guān)聯(lián)系數(shù)是考慮數(shù)列曲線間幾何形狀的差別，用曲線間的差值作為測量灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)的依據(jù)，即

(4)

其中，ρ為分辨系數(shù)，取ρ=0.5；ρ∈(0,1)。

(5)

(6)

1.2.4 關(guān)聯(lián)度計(jì)算

因?yàn)樵诓煌臅r(shí)刻，關(guān)聯(lián)系數(shù)的大小不同，數(shù)據(jù)比較起來往往很不方便，為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及其合理性，計(jì)算各個(gè)不同時(shí)刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)的平均值，在平均值中讀取各個(gè)因素之間的關(guān)聯(lián)度的大小。即

(7)

式中，γi為第i個(gè)子序列與母序列的關(guān)聯(lián)度；n為2個(gè)比較序列的長度。

2 掘進(jìn)工作面環(huán)境因素與人因事故數(shù)的關(guān)聯(lián)度

煤礦環(huán)境的特點(diǎn)決定了煤礦事故發(fā)生具有不確定性和偶然性。而人作為生命的主體，其發(fā)生事故的因素又是潛在并且不可逆轉(zhuǎn)的，這也就導(dǎo)致人因間的相互影響因素很難去決斷清晰[7]。在對中煤塔山煤礦進(jìn)行考察時(shí)發(fā)現(xiàn)，心理因素和生理因素是造成人因事故必不可少的條件。首先是操作者的心理因素，礦井操作人員長期工作在單調(diào)乏味的地下工作場所，易引起內(nèi)心上對工作怠慢，工作過程中往往存在僥幸心理從而對待工作疏忽大意等；然后是操作者的生理因素，掘進(jìn)面操作環(huán)境復(fù)雜操作工工作單調(diào)，導(dǎo)致操作者身體機(jī)能如心率、血壓、血流量等生理特征轉(zhuǎn)變。種種不確定人因方面變化行為成了事故發(fā)生的導(dǎo)火線，而復(fù)雜的掘進(jìn)工作面環(huán)境是影響操作者心理和生理因素發(fā)生改變的主要原因[8]。因此，對塔山煤礦具有針對性的4個(gè)掘進(jìn)工作面進(jìn)行了人因數(shù)據(jù)的測定，并獲得了此4個(gè)工作面的照度、溫度、噪聲、濕度數(shù)據(jù)。在測定數(shù)值的基礎(chǔ)上，對塔山煤礦發(fā)生的煤礦安全事故數(shù)采取統(tǒng)計(jì)分析調(diào)查方法，利用灰色關(guān)聯(lián)分析理論對掘進(jìn)工作面人因事故導(dǎo)致的事故數(shù)的關(guān)系進(jìn)行分析，找出影響事故程度的重要因素。

2.1 數(shù)據(jù)均值化無量綱化處理數(shù)據(jù)

為了表述方便，對煤礦4個(gè)掘進(jìn)工作面進(jìn)行了基本定義，分別定義為A、B、C、D。針對塔山煤礦4個(gè)礦井工作面(A、B、C、D)的照度、溫度、噪聲、濕度測定，原始數(shù)據(jù)見表1。

表1 中煤塔山煤礦A、B、C、D的4個(gè)掘進(jìn)工作面的人因傷亡事故統(tǒng)計(jì)原始數(shù)據(jù)Table 1 Statistics of human accidents at four heading faces A，B，C and D of Tashan Coal Mine

將事故數(shù)作為參考數(shù)列x0(k)，其中k=1，2，3，4；此外，將其他因素照度、溫度、噪聲、濕度作為比較數(shù)列xi(k)，其中k=1，2，3，4；i=1，2，3，4；然后對各個(gè)因素進(jìn)行初值化處理，得到的各標(biāo)準(zhǔn)化序列yi(k)，其中k=1，2，3，4；i=1，2，3，4。因此，可以得到無量綱數(shù)列表，見表2。

表2 無量綱化數(shù)據(jù)Table 2 Dimensionless data

2.2 絕對差處理數(shù)據(jù)

δ01=(0，0.34，0.68，1.31)

δ02=(0，0.38，0.60，1.31)

δ03=(0，0.31，0.71，1.44)

δ04=(0，0.35，0.64，1.34)

由以上數(shù)列可得出δmin=0，δmax=1.44。

2.3 關(guān)聯(lián)系數(shù)處理數(shù)據(jù)

計(jì)算出參考數(shù)列和比較數(shù)列之間的絕對差之后，可以根據(jù)式(8)計(jì)算出它們的關(guān)聯(lián)系數(shù)

(8)

由此得出關(guān)聯(lián)系數(shù)數(shù)列如下所示

ε01=(1，0.65，0.55，0.75)

ε02=(1，0.68，0.51，0.35)

ε03=(1，0.62，0.48，0.35)

ε04=(1，0.57，0.43，0.33)

2.4 關(guān)聯(lián)度處理數(shù)據(jù)

由上述關(guān)聯(lián)系數(shù)可看出，數(shù)據(jù)很多并且不統(tǒng)一，這樣對于比較數(shù)據(jù)就較為困難。為此，在計(jì)算得出了關(guān)聯(lián)系數(shù)的基礎(chǔ)上再對其進(jìn)行平均值的選取，不僅方便對數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并且可以很清晰明確地看出各個(gè)因素的關(guān)聯(lián)程度，從而保證判斷的準(zhǔn)確性。得出的平均值結(jié)果如下所示

2.5 結(jié)果分析

灰色關(guān)聯(lián)度結(jié)果表述了因素之間的關(guān)聯(lián)程度。根據(jù)所得數(shù)據(jù)，對此進(jìn)行系統(tǒng)分析，灰色關(guān)聯(lián)度數(shù)值越大表示關(guān)聯(lián)程度越大，反之，灰色關(guān)聯(lián)度數(shù)值越小，表示因素之間的關(guān)聯(lián)程度越小[9-13]。上述研究結(jié)果可以看出4組數(shù)據(jù)的大小關(guān)系排序?yàn)棣?>γ1>γ4>γ3。從此關(guān)聯(lián)程度趨勢可以看出，在礦井綜掘工作面中溫度是影響掘進(jìn)工作面事故數(shù)發(fā)生的關(guān)鍵因素，其次是照度的影響，接下來是濕度的影響，最后是噪聲環(huán)境的影響。

3 結(jié)論

(1)在此環(huán)境下工作根據(jù)測定，15.6～21 ℃是溫?zé)岘h(huán)境的舒適區(qū)段。不僅可以減少體力勞動(dòng)損失，而且能夠提高生產(chǎn)力。根據(jù)上述關(guān)聯(lián)度分析可得溫度是影響礦井掘進(jìn)面事故數(shù)的關(guān)鍵因素，因此有效改善溫度環(huán)境條件是降低事故發(fā)生數(shù)的重要條件。而礦井作業(yè)區(qū)的溫度環(huán)境條件更是決定人的作用效能和健康的重要影響因素。而溫度的改善可以通過對掘進(jìn)面進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐L(fēng)來減緩。

(2)事故的發(fā)生與照度有著密不可分的關(guān)聯(lián)程度。在一定程度上，改善照明可以使得操作者的視野范圍發(fā)生改變。照度需要從2個(gè)方面來改善，一方面是視覺條件的改善，礦井操作人員不僅需要減少眼部疲勞還需要提高注意力；另一方面是環(huán)境條件的改善，礦井管理者在創(chuàng)造價(jià)值的同時(shí)需要對礦井工作環(huán)境進(jìn)行美化處理，從而在根本上改善照度。要盡量避免強(qiáng)光環(huán)境下的眩目也要防止弱光環(huán)境下視力模糊。

(3)濕度是人體熱平衡和溫?zé)岣械闹匾{(diào)節(jié)按鈕，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可得，人體感到的舒適濕度為40%～60%。在礦井掘進(jìn)面操作人員工作過程中要及時(shí)對濕度進(jìn)行處理。避免由于濕度過高造成人體呼吸困難，同時(shí)也避免由于濕度過低造成人體口腔和皮膚的干燥不舒服現(xiàn)象。

(4)由于噪聲會(huì)因人的差異、習(xí)慣、感情和情緒等不同對人的影響難以定量化。

但強(qiáng)噪聲的危害對于人來說確是長期積累的過程。而防止噪聲的根本方法是取消聲源，這對礦井掘進(jìn)面工作環(huán)境來說顯然是不現(xiàn)實(shí)的。但是在工作的過程中可以采用隔音、吸聲等措施減少噪聲傳播。并且對于操作者來說，可以佩戴防護(hù)用具從而減少噪聲污染。