基于過程方法的煤礦粉塵綜合防治評價體系構(gòu)建及應(yīng)用

成連華，曹東強(qiáng)，郭慧敏，賀 晨，孟慶顥

（西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054）

煤礦井下主要職業(yè)病危害因素中，由職業(yè)性粉塵引起的塵肺病占比最高[1]。據(jù)統(tǒng)計，自2002年以來，全國每年新發(fā)塵肺病患者超過10 000例[2]，2010—2019年全國共累計報告各類職業(yè)病新病例271 554例，職業(yè)性塵肺病236 584例[3-6]；2016年全國共報告職業(yè)性塵肺病新病例27 992例，其中煤炭開采及洗選業(yè)塵肺病新病例13 070例，占塵肺病新病例的46.69%[7]。綜上所述，目前煤礦粉塵危害形勢尤為嚴(yán)峻。因此，構(gòu)建1套科學(xué)合理的煤礦粉塵綜合防治評價體系對于引導(dǎo)煤礦企業(yè)高效開展各項粉塵綜合防治工作具有重要意義。諸多學(xué)者開展了煤礦粉塵防治評價體系構(gòu)建的相關(guān)研究。Rabeiy RE采用風(fēng)險評估模型，運(yùn)用危害指數(shù)法和簡單修正法對SGM地區(qū)的職業(yè)病危害研究[8]；龐成從人員、設(shè)備、管理和環(huán)境等方面出發(fā)構(gòu)建了煤礦防塵安全綜合評價指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析法和模糊綜合評價法對煤礦防塵工作進(jìn)行安全評價[9]；佟瑞鵬等運(yùn)用蒙特卡羅方法和傳統(tǒng)方法相結(jié)合的健康損害評價方法，通過建立煤塵吸入途徑的概率風(fēng)險評估模型對煤塵定量評估[10-11]；魏勇以某礦的炮掘工作面為研究對象，結(jié)合煤礦粉塵防治相關(guān)資料和調(diào)研數(shù)據(jù)，確定出評價指標(biāo)[12]。以上研究從不同角度構(gòu)建了煤礦粉塵綜合防治評價體系但在現(xiàn)有評價體系中，多側(cè)重于煤礦粉塵綜合防治的評價方法，評價指標(biāo)的提出往往只關(guān)注于管理因素，對防治技術(shù)設(shè)計、防塵技術(shù)應(yīng)用等因素關(guān)注尚且不足，且指標(biāo)依據(jù)不足、定位不明確、缺乏系統(tǒng)性。鑒于此，將ISO9001質(zhì)量管理的過程方法引入煤礦粉塵綜合防治研究，從粉塵“產(chǎn)-降-防-護(hù)”全鏈條出發(fā)，系統(tǒng)地識別出煤礦粉塵綜合防治的影響因素，構(gòu)建煤礦粉塵綜合防治評價體系，以期為提升我國煤礦粉塵防治水平提供決策依據(jù)。

1 煤礦粉塵綜合防治效果評價模型

根據(jù)ISO9001質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)，過程方法是系統(tǒng)地識別和管理組織所使用的過程之間相互作用的方法，要求詳盡地識別過程并進(jìn)行嚴(yán)格的管理、控制，以達(dá)到預(yù)期結(jié)果[13]。通過引入ISO9001質(zhì)量管理的過程方法，分析煤礦粉塵綜合防治工作“輸入-作業(yè)-輸出”的全過程，找出煤礦粉塵綜合防治主要影響因素，以推動煤礦粉塵綜合防治工作的展開。

運(yùn)用過程方法研究煤礦粉塵綜合防治的基本思路是將煤礦粉塵綜合防治工作看作是1個系統(tǒng)，煤礦企業(yè)通過輸入一定的粉塵綜合防治資源，促進(jìn)或抑制煤礦產(chǎn)塵作業(yè)活動粉塵防治措施實施，進(jìn)而影響煤礦粉塵綜合防治的輸出效果。

應(yīng)用過程方法對所有產(chǎn)塵作業(yè)活動的“輸入-作業(yè)-輸出”的全過程展開分析，從煤塵的“產(chǎn)-降-防-護(hù)”全鏈條出發(fā)，建立基于過程方法的煤礦粉塵綜合防治效果評價模型?；谶^程方法的煤礦粉塵綜合防治效果評價模型如圖1。

圖1 基于過程方法的煤礦粉塵綜合防治效果評價模型Fig.1 Assessment model of comprehensive prevention and control effect of coal mine dust based on process method

在煤炭生產(chǎn)過程中，針對輸入環(huán)節(jié)，有原料、人員、設(shè)備、防塵技術(shù)、防塵資金等要素的輸入。在此環(huán)節(jié)中，通過防塵技術(shù)設(shè)計、防塵資金投入等從根本上促進(jìn)防塵技術(shù)應(yīng)用及粉塵管理工作的開展。在產(chǎn)塵作業(yè)活動環(huán)節(jié)，將煤炭開采過程進(jìn)行詳細(xì)分解，分析歸納出煤礦生產(chǎn)中涉及采煤作業(yè)、掘進(jìn)作業(yè)、打鉆作業(yè)、運(yùn)輸作業(yè)、煤炭洗選等多個產(chǎn)塵作業(yè)活動。分析產(chǎn)生煤塵的每個作業(yè)活動，在防塵技術(shù)應(yīng)用下，可有效實現(xiàn)粉塵源頭控制、運(yùn)移過程降塵的目的。同時，通過制定粉塵作業(yè)規(guī)章制度，嚴(yán)格考核防塵職責(zé)落實情況，定期組織開展教育培訓(xùn)，從煤礦內(nèi)外部監(jiān)督粉塵綜合防治工作等措施，實現(xiàn)粉塵防治過程監(jiān)管；人員防護(hù)作為粉塵防護(hù)的最后1道防線，其工作主要包含定期組織作業(yè)人員進(jìn)行職業(yè)健康檢查，向作業(yè)人員提供個體防護(hù)用品配備等。

在輸入和產(chǎn)塵作業(yè)活動2個環(huán)節(jié)中，從煤塵“產(chǎn)-降-防-護(hù)”全鏈條出發(fā)采取綜合防治措施，這些措施的落實程度，決定作業(yè)點粉塵合格率、作業(yè)人員滿意度等煤礦粉塵綜合防治效果的輸出。若煤礦粉塵綜合防治工作的各項措施落實到位，將極大提升煤礦粉塵綜合防治效果，改善作業(yè)人員作業(yè)環(huán)境，符合國家“健康中國2030”戰(zhàn)略需求。

2 煤礦粉塵綜合防治評價體系構(gòu)建

2.1 影響因素

1）防塵技術(shù)。煤礦企業(yè)通過防塵技術(shù)設(shè)計和防塵技術(shù)應(yīng)用2個方面從根本上推進(jìn)粉塵綜合防治工作的開展。根據(jù)煤礦生產(chǎn)開采條件和煤層賦存條件科學(xué)設(shè)計防塵技術(shù)，以優(yōu)化防塵技術(shù)應(yīng)用效果?，F(xiàn)有煤礦主要應(yīng)用的防塵技術(shù)包括降塵技術(shù)、減塵技術(shù)、除塵技術(shù)和通風(fēng)排塵技術(shù)等。在產(chǎn)塵源頭，煤層開采之前對其進(jìn)行鉆孔注水，在采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、打鉆機(jī)等機(jī)械、設(shè)備破煤過程中采取內(nèi)噴霧等減塵措施，實現(xiàn)從煤礦粉塵產(chǎn)生的源頭減少煤體的產(chǎn)塵量；在粉塵運(yùn)移過程中，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)速、產(chǎn)塵點風(fēng)速，在產(chǎn)塵點安設(shè)噴頭或風(fēng)流凈化水幕等防塵設(shè)施，實現(xiàn)粉塵運(yùn)移過程降塵的目的。

2）粉塵管理。煤礦企業(yè)通過制定粉塵防治制度、防塵教育培訓(xùn)、防塵資金投入、職責(zé)落實、粉塵監(jiān)測等防塵管理措施，可優(yōu)化煤礦企業(yè)粉塵作業(yè)組織管理方式，提高煤礦粉塵綜合防治效果。建立完善的粉塵防治制度，嚴(yán)格考核各級防塵管理人員職責(zé)落實情況，并定期組織開展教育培訓(xùn)，提高煤礦領(lǐng)導(dǎo)的重視程度，進(jìn)一步提升煤礦粉塵作業(yè)人員的粉塵防護(hù)認(rèn)知能力和防護(hù)技能，從根本上推動煤礦粉塵防治措施的實施。同時，增大防塵資金投入，為煤礦粉塵綜合防治工作提供資金支撐，且注重生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場粉塵監(jiān)測，通過借助粉塵傳感器實時監(jiān)測粉塵濃度，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行定期或?qū)崟r處理，為粉塵綜合防治工作科學(xué)決策提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

3）外部監(jiān)督。外部監(jiān)督可加強(qiáng)煤礦管理者對粉塵防治工作的重視程度，進(jìn)而從根本上推動煤礦企業(yè)各項粉塵防治措施的落實。在煤礦粉塵綜合防治工作中，外部監(jiān)督主要包含政府監(jiān)督和社會監(jiān)督2種監(jiān)督方式。其中，政府在煤礦粉塵防治工作中處于主導(dǎo)地位，其監(jiān)督具有強(qiáng)制性，一般通過制定的相關(guān)政策、法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)，加大對違法煤礦的行政處罰力度，促進(jìn)煤礦粉塵防治工作的有效開展；當(dāng)前，社會公眾對健康問題關(guān)注密切，尤其關(guān)注于由煤礦粉塵導(dǎo)致的塵肺病，隨著社會公眾的廣泛參與、新媒體的日益普及，使得煤礦企業(yè)外部社會輿論壓力加大，進(jìn)而起到對煤礦粉塵綜合防治工作的監(jiān)督。

4）人員防護(hù)。人員防護(hù)作為煤礦粉塵綜合防治的最后1道防線，主要包含防護(hù)用品配備、粉塵健康監(jiān)護(hù)、人員防護(hù)意識等。提高人員防護(hù)意識對煤礦粉塵綜合防治工作至關(guān)重要，具有較強(qiáng)防護(hù)意識的粉塵作業(yè)人員，往往會主動采取多種措施進(jìn)行防護(hù)；煤礦企業(yè)通過向粉塵作業(yè)人員提供便捷、高效的個體防護(hù)用品，定期組織作業(yè)人員進(jìn)行職業(yè)健康檢查，系統(tǒng)檢查和分析接塵人員的健康狀況，建立粉塵健康監(jiān)護(hù)檔案，發(fā)現(xiàn)早期健康損害，合理安排作業(yè)人員工作崗位，更大限度減少粉塵作業(yè)人員接塵量，以保障其在生產(chǎn)作業(yè)活動中的安全和健康。

5）防治效果。煤礦粉塵綜合防治效果可用作業(yè)點粉塵合格率和作業(yè)人員滿意度來衡量。若煤礦企業(yè)針對各產(chǎn)塵作業(yè)活動的各項粉塵綜合防治措施落實到位，將改善作業(yè)人員作業(yè)環(huán)境，提高作業(yè)點粉塵合格率，增強(qiáng)作業(yè)人員滿意度，從而達(dá)到煤礦粉塵綜合防治工作的目的。

2.2 評價體系構(gòu)建

基于過程方法的粉塵綜合防治評價效果模型分析，確定出煤礦粉塵綜合防治的5個影響因素；且針對目前主要煤礦粉塵防治技術(shù)、管理措施等進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研，梳理總結(jié)煤礦粉塵防治相關(guān)政策、法律法規(guī)，找出煤礦粉塵綜合防治體系的二級指標(biāo)，進(jìn)而構(gòu)建煤礦粉塵綜合防治評價體系。煤礦粉塵綜合防治評價體系如圖2。

圖2 煤礦粉塵綜合防治評價體系Fig.2 Assessment system for comprehensive prevention and control of coal mine dust

3 煤礦粉塵綜合防治評價方法

3.1 熵權(quán)法

熵權(quán)法（EWM）是基于信息熵理論客觀確定指標(biāo)權(quán)重的方法，其基本思想是隨著系統(tǒng)中的信息熵減少，變異程度增加，信息量增多，權(quán)重增大，反之權(quán)重減小[14]。通過運(yùn)用熵權(quán)法可確定煤礦粉塵綜合防治指標(biāo)權(quán)重，具體計算步驟如下：

根據(jù)專家評審打分構(gòu)建初始判斷矩陣Xij（i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m），將判斷矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后的結(jié)果Yij為：

計算指標(biāo)信息熵Ej：

式中：Pij為指標(biāo)的評價值權(quán)重。

計算指標(biāo)權(quán)重Wj：

3.2 集對分析法

集對分析法（SPA）最初是由趙克勤教授提出的，目前已應(yīng)用于系統(tǒng)工程、多因素風(fēng)險評估等多個領(lǐng)域，其核心思想是將確定、不確定性問題視為1個確定-不確定的同異反系統(tǒng)進(jìn)行分析、處理[15]。因此，運(yùn)用集對分析法可確定煤礦粉塵綜合防治體系中各評價指標(biāo)的確定、不確定關(guān)系。其基本思路是由2個或2個以上集合組成的具有同一性、差異性及對立性（IDC）3種不確定關(guān)系的集對，在一定的條件下，它們相互關(guān)聯(lián)、相互影響、相互制約和轉(zhuǎn)化，其同異反聯(lián)系度μ為：

式中：N為集對中具有的特性總數(shù)；S為集對中具有同一度的特性數(shù)量；P為集合中具有對立度的特性數(shù)量；F為集對中具有差異度的特性數(shù)量，F(xiàn)=N-P-S；a為同一度；b為差異度；c為對立度；i為差異度系數(shù)，i∈［－1，1］；j為對立度系數(shù)，j∈［－1，0］，通常取值為－1。

五元聯(lián)系數(shù)是由集對分析的三元聯(lián)系數(shù)的不確定項拓展得到的1種多元聯(lián)系數(shù)。將五元聯(lián)系數(shù)定義為：

式中：a、b、c、d、e為五元聯(lián)系數(shù)的聯(lián)系分量；k、l為聯(lián)系分量系數(shù)。

a、b、c、d、e這5個聯(lián)系分量與評價等級的5個級別相對應(yīng)，聯(lián)系分量與評價等級對應(yīng)關(guān)系見表1。

指標(biāo)的同反異構(gòu)評價關(guān)聯(lián)模型為：

式中：W為權(quán)重向量：R為（IDC）評價矩陣：E為聯(lián)系度矩陣。

集對勢是指在某個需要解決的特定問題下，集合同一度、差異度、對立度大小的對比，在一定程度上反映了集對中2個集合的某種動態(tài)演化趨勢[16]，分為同勢、均勢和反勢3種集對態(tài)勢，同勢表示總目標(biāo)發(fā)展態(tài)勢好，均勢表示總目標(biāo)發(fā)展態(tài)勢處于好和差之間，而反勢表示總目標(biāo)發(fā)展態(tài)勢差。由于篇幅所限，現(xiàn)只列舉與分析有關(guān)的集對態(tài)勢，五元聯(lián)系數(shù)態(tài)勢表（部分）見表2，完整的五元聯(lián)系數(shù)態(tài)勢表見參照文獻(xiàn)［17］。

表2 五元聯(lián)系數(shù)態(tài)勢表（部分）Table 2 Set pair trend of five-unit connection number

4 實例應(yīng)用

以我國霍州煤電集團(tuán)汾源煤業(yè)有限公司為例展開評價，選取熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重，結(jié)合集對分析法對該礦的粉塵防治狀況進(jìn)行分析評價。將這2種方法混合使用具有可靠性高、客觀性強(qiáng)，改善煤礦粉塵綜合防治評價過程不確定方面的優(yōu)勢。

4.1 指標(biāo)權(quán)重確定

研究運(yùn)用熵權(quán)法確定評價指標(biāo)權(quán)重，邀請煤礦粉塵防治領(lǐng)域相關(guān)學(xué)者、工程技術(shù)人員及職業(yè)健康管理人員等組成的8名專家對評價體系中的各級指標(biāo)進(jìn)行打分。將煤礦粉塵綜合防治評價指標(biāo)的影響程度劃分為5個等級，以5分為評價標(biāo)準(zhǔn)，具體標(biāo)準(zhǔn)劃分為：5分表示“影響很大”，4分表示“影響較大”，3分表示“影響一般”，2分表示“影響較小”，1分表示“影響很小”?；诖?，根據(jù)式（1）～式（4）建立判斷矩陣，進(jìn)行歸一化處理，最終確定出各指標(biāo)權(quán)重。指標(biāo)權(quán)重見表3。

表3計算結(jié)果表明：一級指標(biāo)中，防塵技術(shù)權(quán)重最大，說明其重要性最高，體現(xiàn)煤礦粉塵源頭防治的重要性，而人員防護(hù)的重要性最小。根據(jù)對比所有二級指標(biāo)基礎(chǔ)權(quán)重，政府監(jiān)督、防塵技術(shù)應(yīng)用、作業(yè)人員滿意度、防塵技術(shù)設(shè)計、作業(yè)點粉塵合格率、人員防護(hù)意識、防塵資金投入的重要性較高，因此，在煤礦粉塵綜合防治工作中應(yīng)優(yōu)先考慮這些指標(biāo)，以改善煤礦粉塵作業(yè)人員的作業(yè)環(huán)境，提升作業(yè)人員滿意度，更有效降低新發(fā)塵肺病率。

表3 指標(biāo)權(quán)重Table 3 Index weight

4.2 集對分析法評價分析

為達(dá)到煤礦粉塵綜合防治體系評價的目的，運(yùn)用集對分析法進(jìn)行評價分析。通過邀請該礦粉塵防治相關(guān)技術(shù)人員6名，對14個二級評價指標(biāo)進(jìn)行打分。研究將評價等級分為“好”、“較好”、“一般”、“較差”和“差”5個等級，分別用“A”、“B”、“C”、“D”、“E”表示，運(yùn)用“均分原則”將聯(lián)系度μ＝［－1，1］劃分為［0.6，1］、［0.2，0.6］、［－0.2，0.2］、［－0.2，－0.6］、［－0.6，－1］5個區(qū)間，依次對應(yīng)煤礦粉塵綜合防治狀況的“好”、“較好”、“一般”、“較差”和“差”5個等級。專家對項目評價指標(biāo)的打分情況見表4。

表4 專家對項目評價指標(biāo)的打分情況Table 4 Experts’scoring of the project’s evaluation indicators

參照表4專家打分情況，使用式（5）～式（7），計算二級指標(biāo)的評價結(jié)果，結(jié)合熵權(quán)法計算出的權(quán)重，進(jìn)而得到一級指標(biāo)的五元聯(lián)系數(shù)。不考慮“一般”等級的情況下，即令i＝1，j＝0，k＝－1，l＝－1，計算5個一級指標(biāo)和總目標(biāo)的聯(lián)系數(shù)主值，并依據(jù)表1五元聯(lián)系數(shù)態(tài)勢表分析判斷各一級指標(biāo)和總目標(biāo)的集對勢，專家對該項目評價指標(biāo)的打分情況見表5。

表5 一級評價指標(biāo)的五元聯(lián)系系數(shù)Table 5 Five-unit connection number coefficient of the first-level evaluation index

根據(jù)表5可知，各一級指標(biāo)聯(lián)系數(shù)主值結(jié)果分別為μ1=109，μ2=0.554，μ3=0.910，μ4=.0220，μ5=0.124，進(jìn)而將5個一級指標(biāo)的優(yōu)劣性進(jìn)行排序：F3>F2>F4>F5>F1，結(jié)合表4專家打分情況，分析表明：外部監(jiān)督的評價等級為“好”，粉塵管理和人員防護(hù)的評價等級為“較好”，防治效果與防塵技術(shù)的評價等級為“一般”，體現(xiàn)該礦作業(yè)點粉塵合格率，對防塵技術(shù)設(shè)計和應(yīng)用，防塵資金投入，防護(hù)用品配備、粉塵健康監(jiān)護(hù)有待進(jìn)一步加強(qiáng)。分析各一級指標(biāo)和總目標(biāo)的集對態(tài)勢得出：外部監(jiān)督和粉塵管理的集對勢為同勢，防塵技術(shù)和防治效果的集對勢為均勢，人員防護(hù)的集對勢為反勢，總目標(biāo)的集對勢為同勢，體現(xiàn)該礦粉塵綜合防治工作總體發(fā)展態(tài)勢較好，但在人員防護(hù)、防塵技術(shù)、防治效果等方面，有待進(jìn)一步提升?？偰繕?biāo)（煤礦粉塵綜合防治效果）的綜合聯(lián)系數(shù)主值μ＝0.494，處于區(qū)間［0.2，0.6］，說明該礦整體粉塵綜合防治效果評價等級為“較好”，但要達(dá)到“好”的評價等級，仍有較大的提升空間。

評價分析結(jié)果與實際該礦粉塵綜合防治效果相吻合，并與防治效果指標(biāo)的評價等級基本一致，表明構(gòu)建的煤礦粉塵綜合防治評價體系具有較強(qiáng)的科學(xué)性和實用性，對現(xiàn)場實際應(yīng)用具有較好指導(dǎo)作用。

5 結(jié) 語

1）基于引入ISO9001質(zhì)量管理的過程方法，對所有產(chǎn)塵作業(yè)活動的“輸入-作業(yè)-輸出”展開分析，從煤塵的“產(chǎn)-降-防-護(hù)”全鏈條出發(fā)，建立基于過程方法的煤礦粉塵綜合防治效果評價模型，找出煤礦粉塵綜合防治影響因素，并將這些影響因素的進(jìn)行系統(tǒng)分析，進(jìn)而構(gòu)建出煤礦粉塵綜合防治評價體系，包含5個一級指標(biāo)、14個二級指標(biāo)。

2）運(yùn)用熵權(quán)法計算煤礦粉塵綜合防治評價指標(biāo)權(quán)重，防塵技術(shù)的重要性最大，體現(xiàn)煤礦粉塵源頭防治的重要性，而人員防護(hù)的重要性最小；對比全部二級指標(biāo)的基礎(chǔ)權(quán)重，政府監(jiān)督、防塵技術(shù)應(yīng)用、作業(yè)人員滿意度、防塵技術(shù)設(shè)計、作業(yè)點粉塵合格率、人員防護(hù)意識、防塵資金投入的重要性較高，表明這些指標(biāo)在煤礦粉塵綜合防治工作中應(yīng)優(yōu)先考慮。

3）通過應(yīng)用集對分析法評價分析煤礦粉塵綜合防治體系，結(jié)果表明：各一級指標(biāo)聯(lián)系數(shù)主值結(jié)果對5個一級指標(biāo)的優(yōu)劣性進(jìn)行排序依次為外部監(jiān)督、粉塵管理、人員防護(hù)、防治效果、防塵技術(shù)；總目標(biāo)的聯(lián)系數(shù)主值處于“較好”的評價等級，且總目標(biāo)的集對勢為同勢，體現(xiàn)出該礦粉塵綜合防治工作總體發(fā)展態(tài)勢較好，但該礦防塵技術(shù)設(shè)計和應(yīng)用、防塵資金投入、防護(hù)用品配備、粉塵健康監(jiān)護(hù)等方面有待進(jìn)一步加強(qiáng)。