煤礦井下人-環(huán)境系統(tǒng)模型構(gòu)建及工效影響研究

劉樹倫，齊 帥，李蔬宏，李青柳，李春峰

(1.邯鄲礦業(yè)集團(tuán)技術(shù)部，河北 邯鄲 056300；2.中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

煤礦井下作業(yè)人員處于生產(chǎn)一線，他們的工作既要保障設(shè)備的正常運(yùn)行，又要及時發(fā)現(xiàn)存在的隱患，直接關(guān)系著煤炭企業(yè)的安全高效生產(chǎn)。煤礦井下的作業(yè)環(huán)境較為惡劣，對作業(yè)人員的身心健康和工作效率有著很大的影響，通常是引發(fā)事故最深層次卻又很容易被忽視的原因[1]。它既可以直接導(dǎo)致事故的發(fā)生，又能作用于人或者機(jī)器間接引發(fā)生產(chǎn)事故。目前，我國煤礦井下作業(yè)環(huán)境對人員工效的影響雖已引起煤礦工作者和專家的重視，但至今還未獲得實(shí)用且具有普遍意義的數(shù)據(jù)。

鑒于煤炭企業(yè)的實(shí)際情況，從根本上治理較為惡劣的作業(yè)環(huán)境是相當(dāng)困難的。除采取一些有效的工程技術(shù)改善措施外，還應(yīng)該利用人類工效學(xué)理論，對影響人員工效的作業(yè)環(huán)境因素進(jìn)行因果分析與評價，為煤炭企業(yè)安全高效生產(chǎn)決策提供服務(wù)。人類工效學(xué)研究的目的，就是達(dá)到在生產(chǎn)中提高效率，保證人員的安全、健康和舒適[2]。也就是說，以整個生產(chǎn)系統(tǒng)中的人為著眼點(diǎn)來提高作業(yè)人員的工作效率與安全生產(chǎn)。因此，通過研究煤礦井下人-環(huán)境系統(tǒng)及工效的影響，實(shí)現(xiàn)人與作業(yè)環(huán)境的最佳匹配，最大限度發(fā)揮人的潛能和可靠性，對如何改善煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)條件，促進(jìn)煤礦安全高效生產(chǎn)具有理論意義和實(shí)踐參考價值。

1 煤礦井下人-環(huán)境系統(tǒng)模型的構(gòu)建

采煤作業(yè)的生產(chǎn)過程都是在一定的環(huán)境中進(jìn)行的，而作業(yè)環(huán)境的質(zhì)量影響著生產(chǎn)系統(tǒng)的效率和人員的安全、健康、舒適。煤礦井下工作面環(huán)境，可以分為地質(zhì)環(huán)境和作業(yè)環(huán)境兩部分，其中作業(yè)環(huán)境更具有不確定性[3]。廣義的作業(yè)環(huán)境，是勞動者進(jìn)行生產(chǎn)活動時所在環(huán)境空間的總稱，是勞動者所在勞動場所的外部環(huán)境條件[4],由煤層的自然條件、作業(yè)空間及通道和作業(yè)環(huán)境舒適度等組成。本文選擇可測量、易獲取的井下環(huán)境參數(shù)為研究對象，將煤礦井下作業(yè)環(huán)境定義為：在煤礦井下工作面的受限空間范圍內(nèi)，由于掘進(jìn)、采煤、運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)過程而形成的對作業(yè)人員的舒適、健康、安全和工作效率以及作業(yè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)有一定影響的綜合環(huán)境，包括溫度、濕度、粉塵濃度、照明強(qiáng)度、噪聲強(qiáng)度和氣流速度等。

按照人類工效學(xué)觀點(diǎn)，生產(chǎn)系統(tǒng)中的作業(yè)環(huán)境首先對作業(yè)人員的生理和心理產(chǎn)生影響，而這種影響又被作業(yè)人員帶入生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)而影響整個系統(tǒng)的安全、健康和高效。徐州三河尖礦多年的調(diào)查統(tǒng)計資料顯示，在更為惡劣的作業(yè)環(huán)境下，作業(yè)人員因疲勞導(dǎo)致的出勤率下降17%，采掘工作面勞動效率下降20%～30%，最高達(dá)40%～50%[5]。作業(yè)人員對作業(yè)環(huán)境的滿意度進(jìn)一步加重了作業(yè)的難度和強(qiáng)度，采面環(huán)境質(zhì)量和作業(yè)負(fù)荷的變化都影響著作業(yè)人員的工作效率[6]?？梢?，作業(yè)環(huán)境對作業(yè)人員的疲勞程度、環(huán)境滿意度和作業(yè)負(fù)荷產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響了作業(yè)人員的工作效率?；谝陨戏治觯疚臉?gòu)建煤礦井下人-環(huán)境系統(tǒng)模型如圖1所示。

圖1 煤礦井下人-環(huán)境系統(tǒng)模型

2 作業(yè)環(huán)境參數(shù)的現(xiàn)場測定及其對作業(yè)人員影響的分析

2.1 井下作業(yè)環(huán)境參數(shù)的現(xiàn)場測定

選擇煤礦井下可測量、易獲取的作業(yè)環(huán)境參數(shù)對其進(jìn)行測定，包括溫度、濕度、氣流速度、粉塵濃度、噪聲強(qiáng)度和照度等。經(jīng)現(xiàn)場測定，徐礦集團(tuán)A煤礦和京煤集團(tuán)B煤礦井下作業(yè)環(huán)境參數(shù)，除溫度和相對濕度有較大差異外，其他環(huán)境參數(shù)相差不大，如表1所示。

表1 A、B礦作業(yè)環(huán)境參數(shù)測定結(jié)果

2.2 煤礦井下作業(yè)環(huán)境對作業(yè)人員影響的分析

在大量文獻(xiàn)資料研究和對煤礦企業(yè)各部門的工作人員深入訪談的基礎(chǔ)上設(shè)計問卷，經(jīng)多次交流并修改達(dá)到信度、效度等方面的要求，包括疲勞主觀反映、作業(yè)環(huán)境滿意度和主觀勞動負(fù)荷指數(shù)3部分內(nèi)容組成。調(diào)查對象為上述兩礦井具有代表性的掘進(jìn)和采煤兩個工種的作業(yè)人員，采用現(xiàn)場集中解釋后當(dāng)場完成并收回的方式，在作業(yè)人員上井后1個小時內(nèi)集中有序完成。

1) 作業(yè)人員的疲勞主觀反映，包括身體、精神和感覺3個方面的30項(xiàng)內(nèi)容。對所獲取的數(shù)據(jù)用SPSS19.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行F值和P值檢驗(yàn)。F值是方差分析的一個指標(biāo)，P值為結(jié)果可信度的一個遞減指標(biāo)，是將觀察結(jié)果認(rèn)為有效即具有總體代表性的犯錯概率。F值越大，P值越小，表示結(jié)果越可靠。一般地，0.05通常被認(rèn)為是P值可接受錯誤的邊界水平。

2) 作業(yè)環(huán)境滿意度包括作業(yè)人員對溫度E1、濕度E2、氣流速度E3、粉塵濃度E4、噪聲強(qiáng)度E5和照度E6等6個環(huán)境參數(shù)的滿意度，按滿意度從低到高依次分為以下5個等級：0為極度不滿意，1為很不滿意，2為不滿意，3為基本滿意，4為滿意，5為非常滿意。環(huán)境滿意度指數(shù)(ESI)計算方法為

其中i=1,2…6；M=6。

3) 主觀勞動負(fù)荷指數(shù)調(diào)查包括6個負(fù)荷因素(疲勞F1、危險度評估F2、工作復(fù)雜程度F3、必要的注意力F4、工作節(jié)奏F5、可靠性F6)和2個非負(fù)荷因素(工作興趣H1、工作的獨(dú)立性H2)。疲勞指數(shù)(SFI)計算方法見式(1)。

其中i=1,2,…,6；j=1,2；N=8。按照個人的反應(yīng)程度判定為6 級，具體如表2所示。

表2 主觀疲勞指數(shù)(SFI)判定等級

3 數(shù)據(jù)處理結(jié)果

研究對象為上述兩礦井具有代表性的掘進(jìn)和采煤兩個工種的作業(yè)人員，共計112名，均為男性。其中，A煤礦井下作業(yè)人員48名，平均年齡為33.15±7.24歲，平均工齡為11.23±5.86年；B煤礦井下作業(yè)人員64名，平均年齡為32.57±6.36歲，平均工齡為10.83±5.18年。共發(fā)放問卷106份，經(jīng)篩選整理后收回有效問卷99份，并以此為原始數(shù)據(jù)借助SPSS19.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行處理，計算結(jié)果見表3～5。

表3 A、B礦作業(yè)人員疲勞主觀癥狀出現(xiàn)率

表4 A、B礦作業(yè)人員環(huán)境滿意度指數(shù)(ESI)

4 分析討論

從兩礦井作業(yè)環(huán)境參數(shù)的現(xiàn)場測定數(shù)據(jù)來看，其溫度參數(shù)存在顯著差異，A煤礦井下作業(yè)溫度在28～30℃，B煤礦井下作業(yè)環(huán)境溫度在19～23℃。《煤礦安全規(guī)程》第一百零二條規(guī)定：生產(chǎn)礦井采掘工作面空氣溫度不得超過26℃[7]，當(dāng)空氣溫度超過時，必須縮短超溫地點(diǎn)工作人員的工作時間，并給予高溫保健待遇。由此可判定，徐礦集團(tuán)A煤礦為高溫礦井，京煤集團(tuán)B煤礦為非高溫礦井。目前，我國共有62處高溫礦井，從業(yè)人員339 231人，其中接觸高溫的有43 031人，占12.7%[8]?？梢?，對高溫礦井作業(yè)環(huán)境的改善是十分必要和迫切的。

1) 高溫礦井和非高溫礦井作業(yè)人員疲勞主觀癥狀，在身體、精神和感覺3個方面的出現(xiàn)率均存在顯著差異，其中精神和感覺癥狀差異更為明顯，尤以采煤工種更為突出。這與其溫度相對更高，勞動負(fù)荷更大有關(guān)。研究表明：在非高溫礦井，作業(yè)人員皮膚溫度升高，出汗、體力下降、心血管和消化系統(tǒng)發(fā)生了變化；在高溫礦井，作業(yè)人員心理狀態(tài)進(jìn)一步惡化，出現(xiàn)了煩悶、心慌意亂等癥狀。

2) 在高溫礦井中，溫度是影響作業(yè)人員環(huán)境滿意度的最主要因素，而在非高溫礦井中，照明和粉塵成為主要影響因素。對于高溫礦井，為了保障作業(yè)人員的安全、舒適、健康和高效，首要工作就是采取降溫措施：加大通風(fēng)量；研究和設(shè)計新型的工作服和安全帽，既要蒸發(fā)散熱率高，又要透濕性能好；提供足夠的飲用水來恢復(fù)身體散失的水分，盡量創(chuàng)造出比較舒適的熱環(huán)境。對于非高溫礦井，應(yīng)該把注意力集中在照明和防治粉塵工作上來，其措施和方法很多，這里就不再贅述。這樣有的放矢地來改善井下作業(yè)環(huán)境，既可以有效地提高作業(yè)環(huán)境質(zhì)量，又可以為煤炭企業(yè)管理人員節(jié)省精力和成本。

3) 煤礦井下掘進(jìn)和采煤兩工種勞動負(fù)荷很大，在較為惡劣的作業(yè)環(huán)境下，就近一步加重了其工作的難度和強(qiáng)度，采面環(huán)境質(zhì)量和作業(yè)負(fù)荷的變化都影響著作業(yè)人員的工作效率。根據(jù)疲勞指數(shù)(SFI)等級準(zhǔn)則判定A礦井作業(yè)人員的疲勞指數(shù)在3～4范圍內(nèi)，表明導(dǎo)致問題因素必須在短期內(nèi)改進(jìn)或立即采取改進(jìn)措施；B礦井作業(yè)人員的疲勞指數(shù)在1～2范圍內(nèi)，表明基本不需要采取措施。在調(diào)查中我們還發(fā)現(xiàn)，由于煤礦井下生產(chǎn)的特殊條件，即使在作業(yè)人員休息時也不能脫離較為惡劣的環(huán)境，這在一定程度上阻礙了作業(yè)人員體能和精神上的恢復(fù)。

機(jī)械化程度的提高和作業(yè)環(huán)境的改善，可以大幅度降低作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度。

5 結(jié)論

1) 在大量文獻(xiàn)資料研究的基礎(chǔ)上，從人類工效學(xué)的角度定義了煤礦井下作業(yè)環(huán)境的概念。選擇可測量、易獲取的作業(yè)環(huán)境參數(shù)和影響作業(yè)人員工效的因素，構(gòu)建了煤礦井下作業(yè)的人-環(huán)境系統(tǒng)模型。

2) 經(jīng)對不同礦井不同崗位作業(yè)人員的調(diào)查和現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)的測定，分析得出：高溫礦井和非高溫礦井作業(yè)人員疲勞主觀癥狀，在身體、精神和感覺3個方面的出現(xiàn)率均存在顯著差異，其中采煤工種精神和感覺癥狀差異尤為突出；溫度是影響煤礦井下作業(yè)人員生理和心理的最主要因素，其次是照度和粉塵濃度；采煤作業(yè)人員受作業(yè)環(huán)境影響的程度最高，須盡快對其作業(yè)環(huán)境采取改進(jìn)措施。

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