煤礦中人因工程

1、煤礦中的人因工程一、總述1.1 概況煤炭是與國民經(jīng)濟息息相關(guān)的行業(yè)，在中國，一次能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)的比例都在70%左右，然而由于開采技術(shù)落后，管理方法陳舊，煤礦事故頻頻發(fā)生，極大的制約了煤礦業(yè)的發(fā)展。據(jù)國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局統(tǒng)計，2005年，全國圖1 煤礦事故煤礦發(fā)生事故3341起，死亡5986人。我國煤礦產(chǎn)量占全世界的31%，但煤礦死亡人數(shù)占全世界煤礦死亡人數(shù)的79%。我國煤炭百萬噸死亡率約為印度的10倍，南非的40倍，美國的100倍。不斷發(fā)生的煤礦事故，給社會造成了很壞的影響，也給國家和人民帶來了極大的經(jīng)濟損失。找到有效預(yù)防措施，提高煤礦生產(chǎn)的安全系數(shù)，是煤礦企業(yè)努力實現(xiàn)的目標。煤礦工人

2、安全意識差，“三違”現(xiàn)象嚴重，尤其是運輸系統(tǒng)中扒、蹬、跳現(xiàn)象嚴重，致使煤礦事故頻頻發(fā)生。曾任國家經(jīng)貿(mào)委主任的盛華仁曾說：“礦山事故主要是煤炭企業(yè)，這些事故主要是責任事故，是違章作業(yè)造成的”。因此，了解人的失誤及其規(guī)律，進而對人的安全性進行評價分析，已成為一個迫切需要解決的問題。1.2 故障樹分析故障樹分析(fault tree analysis，簡稱FTA)是事故分析中比較常用的一種方法。FTA是一種圖形演繹方法，能把一個系統(tǒng)的各種失效狀態(tài)和原因聯(lián)系起來，通過層層分析，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)的可靠性。將FTA方法應(yīng)用于煤礦事故中，既可以對發(fā)生的事故進行分析和核查，以找出事故的原因，也可用

3、來分析潛在的事故隱患，以便及時采取預(yù)防措施。煤礦事故的FTA模型，見圖2。圖2 煤礦事故故障樹分析二、煤礦事故中的人因工程2.1 人的因素大量的煤礦事故調(diào)查與統(tǒng)計研究發(fā)現(xiàn)，我國80%以上的煤礦事故直接或間接源于員工的不安全行為。煤礦員工的不安全行為一直被認為是導(dǎo)致我國煤礦事故多發(fā)的最主要原因。據(jù)國家安全生產(chǎn)監(jiān)督總局統(tǒng)計，20062010年我國煤礦重大事故的數(shù)據(jù)及重大事故的人因比率見表1、表2所示。從表2可以看出，在所有導(dǎo)致這5年煤礦重大事故的直接原因中，人為因素所占比率高達95.34%以上。這充分說明了人的不安全行為是導(dǎo)致事故發(fā)生的主要原因。故意違章、管理失誤以及缺陷設(shè)計這些都是由于人的不安全

4、心理造成的。在以上三種人因中，故意違章為主要因素，是由于工作人員明知故犯，只顧眼前利益不顧后果的僥幸心理與冒險心理這些不安全心理狀態(tài)造成的。既然目前煤礦事故的發(fā)生主要是由于人的因素人的失誤造成的，那具體說來，有哪些因素行為影響著事故的發(fā)生呢？從表可以看出，盡管各類事故發(fā)生的原因具有一定的差異性，但是，煤礦事故的發(fā)生大都是共同原因作用的結(jié)果，如安全制度不健全、領(lǐng)導(dǎo)執(zhí)行規(guī)章制度不嚴、檢查督促不力、生產(chǎn)條件較差、工程質(zhì)量不符合作業(yè)要求、職工的安全知識欠缺、處理隱患的經(jīng)驗不足等。由于選作研究對象的典型事故案例的特殊性，且各個事故報告材料撰寫詳細程度及分析問題視角的不同，特別是目前的事故報告材料大都羅列

5、一些客觀可查的原因線索，而很少顧及人的內(nèi)在心理狀態(tài)及肇事者周圍人際群體關(guān)系的分析，故分析研究的結(jié)論具有一定的局限性是難免的。所以我們要在從一個科學(xué)的角度分析。圖3 煤礦事故簡圖煤礦行業(yè)從業(yè)人員素質(zhì)偏低，崗位培訓(xùn)不夠，勞動保障機制不夠健全。礦業(yè)工作相對危險、工作環(huán)境艱苦，很多人不愿從事這項工作。受教育程度較低的農(nóng)民工為其主要從業(yè)人員。為了追求短期的經(jīng)濟效益，他們甚至沒有經(jīng)過基本的專業(yè)生產(chǎn)技能培訓(xùn)和安全生產(chǎn)培訓(xùn)就開始上崗工作(甚至還包括童工)，這類人員作業(yè)隨意性強，導(dǎo)致事故頻發(fā)。我國國有煤礦從業(yè)人員每天工作時間大都在1014h之間，其他煤礦的從業(yè)人員工作時間可能更長。勞動時間過長，勞動強度過大，得

6、不到充足的工間休息時間，導(dǎo)致礦工很容易疲勞。人一旦疲勞，控制意志力就會降低，注意力渙散，工作能力下降，動作不準確，反映遲鈍，從而易引發(fā)事故。另外，事故發(fā)生后的賠償機制不完善，賠償金過低也是一個重要原因。礦主們追求利益，過低的事故賠償標準使他們只注重產(chǎn)量與效益而忽視了煤礦安全生產(chǎn)問題。2.2 機的因素機械設(shè)備的設(shè)計不合理或者機械與人的配合性差也是引起煤礦事故的重要原因。在煤礦事故中，由于機械設(shè)備發(fā)生故障或者設(shè)計不合理而引發(fā)的不安全狀態(tài)主要表現(xiàn)在:1.機械設(shè)備自身的質(zhì)量有問題，缺乏必要的自動安全防護功能。如礦井提升設(shè)備，它是礦井中非常關(guān)鍵和重大的設(shè)備，也是極易引發(fā)事故的設(shè)備。煤炭系統(tǒng)的有關(guān)部門在2

7、0世紀90年代有過一次抽樣統(tǒng)計，因礦井提升設(shè)備問題引發(fā)的事故占事故總數(shù)的29.6%。2.設(shè)備的設(shè)計結(jié)構(gòu)可靠性差。反映最突出的是在解放初期引進的蘇制8m提升機和之后我國仿蘇的KJ型23m提升機的制動系統(tǒng)。這種型號提升機的制動系統(tǒng)是串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，只要一個環(huán)節(jié)出故障，系統(tǒng)就失靈。3.在操作與控制系統(tǒng)的設(shè)計中，設(shè)備與人的人機配合差，極易發(fā)生誤操作。圖4 煤礦內(nèi)部機械裝置機構(gòu)實景2.3 環(huán)境因素煤礦井下環(huán)境復(fù)雜多變，溫度、濕度、噪聲、照明等各環(huán)境因素都影響到煤礦工人的生理和心理狀態(tài)，生理上的疲勞和心理上的不適不僅極大地影響勞動生產(chǎn)率，而且還增大事故發(fā)生的概率。圖5 透水事故模型圖1.煤礦井下溫度過高。產(chǎn)生

8、這一問題主要有三方面原因:地熱、采掘機械散發(fā)高熱量以及作業(yè)人員從事高強度體力勞動產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。在高溫環(huán)境下作業(yè)，操作者的知覺速度和準確度及反映能力均有不同程度的下降，具體表現(xiàn)為注意力不集中、煩躁不安、易于激動。當溫度大致在27以上時，肌肉用力的工作效率下降，事故發(fā)生頻率同時上升。煤礦安全規(guī)程規(guī)定，井下采掘工作面的氣溫小于等于26攝氏度，機電硐室內(nèi)的氣溫小于等于30攝氏度；冬季總進風的氣溫大于等于2攝氏度，除機電硐室外在井下風流的氣溫允許在2到26攝氏度的范圍內(nèi)變化。井下氣溫小于2攝氏度或大于26攝氏度時，就得采取加熱或降溫的措施。2.井下濕度大。由于礦井處于地面以下，濕度比地面大，導(dǎo)致長期從事

9、該行業(yè)的工人易患風濕病，影響了作業(yè)時的動作準確性。3.作業(yè)環(huán)境中的噪聲危害。井下設(shè)備工作時噪聲污染嚴重，多在90dB(A)以上，嚴重影響到了操作者本人的工作狀態(tài)。過高的噪聲不僅會危害到人體健康，還會增加人體的疲勞，影響人的反應(yīng)能力和情緒，使人產(chǎn)生生理和心理上的不良反應(yīng)。噪聲引起的掩蔽效應(yīng)，會對人與人之間信息的傳遞產(chǎn)生障礙，降低了人們通過聽覺判斷事物的能力，導(dǎo)致人的行為出現(xiàn)差錯，工傷事故明顯上升。4.照明及色彩。井下環(huán)境黑暗，照度低，分辨物件較困難。設(shè)備多為灰黑色，在黑暗的環(huán)境中不醒目，影響工人操作的準確性，降低作業(yè)效率甚至引發(fā)事故。三、基于人因工程的煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計3.1 基于人因工程的人的生

10、產(chǎn)設(shè)計基于前面已提到的人的因素，對其進行改善設(shè)計如下：（1）提高員工素質(zhì)。煤礦企業(yè)要加強員工的職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)和崗位培訓(xùn)，提高員工應(yīng)對煤礦復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力，加強他們面臨事故的自救技能。同時制定規(guī)范的作業(yè)標準，健全勞動保障機制。（2）制定合理的作息制度。保證井下作業(yè)人員每天工作時間不超過8h，同時保證充足的工間休息時間。其時間安排參考如下：德國學(xué)者E.A.米勒研究后認為，一般人連續(xù)勞動480min而中間不休息的最大能量消耗界限為16.75kJ/min，這一能量消耗水平也被稱為耐力水平。如果作業(yè)時的能耗超過這一界限，勞動者就必須使用體內(nèi)的能量貯備(假定標準能量貯備是100.47kJ)。井下作業(yè)是一項

11、勞動強度級別在三級以上的工作，在某些崗位上能量消耗往往會超過人的耐力水平。為了補充體內(nèi)的能量貯備，就必須在作業(yè)過程中插入必要的工間休息。工間休息時間可以按下式計算:設(shè)作業(yè)時增加的能量消耗量為M，工作日總共工時為，其中實際勞動時間為，休息時間為，則:休息率為 實際勞動率 因為實際勞動時間為100.5kJ能量貯備被耗盡的時間，所以:由于總的能量消耗滿足平均能量消耗不超過16.7kJ/min，所以從而可得煤礦企業(yè)可以根據(jù)各工位作業(yè)時增加的能量消耗量M來合理制定各工位的工間休息時間的長短、次數(shù)和時間。由于煤礦作業(yè)勞動強度較大，要保證嚴格的充裕的休息，可在上值的基礎(chǔ)上適當放寬休息時間。（3）制定完善的事

12、故賠償機制。大幅度提高安全事故的賠償標準，實行嚴厲的事故懲處，使煤礦的所有者和管理者認識到安全生產(chǎn)的重要性。3.2基于人因工程的機的生產(chǎn)要求設(shè)計機的因素方面的改進措施如下：1) 增強設(shè)備的自動安全防護功能。采用計算機控制、動態(tài)在線檢測等技術(shù)手段提高設(shè)備的可靠性。預(yù)先設(shè)定緊急狀態(tài)時的對策，并盡可能在重要設(shè)備上設(shè)置自動處理裝置。2) 設(shè)備顏色管理。在易于發(fā)生誤操作的操縱部件上，涂上熒光或者醒目的色彩，使之易于辨識。3) 在設(shè)計設(shè)備時，貫徹“簡單最好”的原則。同時要考慮到人的因素，使人既舒適又高效地工作，盡量達到最佳的人機匹配。4) 提高機械設(shè)備的自動化程度。人受主觀因素的影響很大，失誤率一般在1%

13、以上，而機械設(shè)計的故障率至少在千分之一以下，有時可降低到萬分之一，十萬分之一。因此，用機械化、自動化代替手工操作是保證安全、防止誤操作的根本途徑。5) 煤炭系統(tǒng)的事故及效率低下主要是人員操作問題。從人因角度考慮，影響人的操作可靠性的因素如表4。對照表4，不難發(fā)現(xiàn)，煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中往往存在著許多不合要求的地方，例如：（1）關(guān)注人的心理、生理方面：煤礦上的管理素以粗放型管理著稱，對人的心理、生理方面注意太少。而人的生理、心理因素極大地制約著人的可靠性，人的可靠性往往是事故的隱患。從人因的角度看，人為差錯總是以人的意識水平或大腦覺醒水平來衡量，大腦的覺醒水平可分為五個等級（見表5）。表4 影響人的可靠

14、性因素因素類型因素人的因素心理因素反應(yīng)速度、情緒、覺醒程度、注意、壓力、心理疲勞、社會心理、錯覺、單調(diào)性生理因素體力、耐力、視力、聽力、運動機能、身體健康狀況、疲勞、年齡個體因素文化水平、訓(xùn)練程度、熟練程度、經(jīng)驗、技術(shù)能力、應(yīng)變能力、責任心、動機、生活條件、文化、社交、嗜好操作能力操作難度、操作經(jīng)驗、操作習(xí)慣、操作判斷、操作能力限度、操作頻率和幅度、操作連續(xù)性、操作反復(fù)性、操作準確性外部因素機械因素機械設(shè)備的功能、信息顯示、信號強弱、控制器的靈敏度、控制器的可操作性、控制器的可調(diào)性環(huán)境因素環(huán)境與作業(yè)的適應(yīng)程度、氣溫、照明、噪聲、振動、粉塵、作業(yè)空間管理因素安全法規(guī)、操作規(guī)程、技術(shù)監(jiān)督、檢驗、作

15、業(yè)目的和作業(yè)標準、教育、技術(shù)培訓(xùn)、作業(yè)時間安排、人際關(guān)系表5 人的大腦覺醒水平等級意識狀態(tài)注意狀態(tài)生理狀態(tài)工作能力可靠度無意識，神智喪失無睡眠，發(fā)呆無0常態(tài)以下，意識模糊不注意疲勞、困倦、單調(diào)低下，易出事0.9以下正常意識的松馳階段無意注意休息時、安靜時或反射性活動可進行熟練性、重復(fù)性的或常規(guī)性操作0.990.9999正常意識的清醒階段有意注意精力充沛，積極活動狀態(tài)有隨機處理能力，有準確決策能力0.999999以上超常態(tài)，極度緊張、興奮注意力過分集中于某一點驚慌失措，極度緊張易出差錯，易造成事故0.9以下在煤礦生產(chǎn)中發(fā)生的很多事故是因為礦工的注意力不集中造成的。礦工的高強度勞動帶來的疲勞和限定

16、任務(wù)的壓力等都造成了礦工在生理、心理上極不可靠，使得他們的覺醒水平不能達到正常水平，給礦井生產(chǎn)安全帶來很大隱患。（2）操作能力方面：礦工的操作往往只按經(jīng)驗行事，而對操作的規(guī)范性、準確性沒有特殊的要求和培訓(xùn)，對一些技術(shù)性不強的操作更是沒有統(tǒng)一的規(guī)定，如打立柱、移架、回柱放頂以及人行走的路線、物品擺放位置等方面。這些都是導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降和留下事故隱患的原因。一些巷道事故和采掘面事故都是由此而產(chǎn)生的。3.3 基于人因工程的環(huán)境優(yōu)化設(shè)計1） 對井下溫度過高的煤礦，應(yīng)該通過加強通風來降溫。當通風不能滿足降溫的需要時，應(yīng)該考慮采用制冷降溫措施。在高溫環(huán)境中工作的人員必須得到充足的工間休息時間，且最好在脫離

17、熱環(huán)境的條件下休息。在溫度過高的礦井作業(yè)的人員，連續(xù)工作的時間應(yīng)該嚴格遵守國家標準，見表6。表6 高溫允許持續(xù)接觸熱時間極限值（min）2)進行井下濕度控制?？梢栽诰轮饕锏兰肮ぷ髅娣胖梦牧?，并設(shè)置一些去濕裝置，也是十分有效的降濕措施。有條件的企業(yè)，可以對井下的濕度進行控制，保證濕度不大于70%。此外還應(yīng)加強對員工風濕病的防治，根據(jù)員工的身體狀況安排工作。3)盡量使用噪聲較小的設(shè)備，在噪聲很大的工作區(qū)域，盡量利用自動化設(shè)備，減少操作人員暴露在噪聲環(huán)境中的時間。在必須由人作業(yè)且噪聲很大的作業(yè)區(qū)域，作業(yè)人員應(yīng)該戴上耳塞，耳罩等隔音用品，更好的保護自己。4)在重要或事故多發(fā)的區(qū)域，安裝照明燈具

18、，提高其照度。在一些運動部件或者危險區(qū)域應(yīng)涂上紅色，以示警告。5)在黑暗中，人的眼睛對黃色最敏感，所以井下的設(shè)備，工作服等以黃色或黃藍相間為好。四、人因工程在煤礦業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展前景綜上所述，人因工程在煤礦業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展前景廣闊，未來有更多的應(yīng)用可以將煤礦業(yè)優(yōu)化設(shè)計成高效、健康、安全的行業(yè)。煤炭工業(yè)要想提高效率取得長足發(fā)展，必須關(guān)注人、分析人、解決人的問題。國內(nèi)外相關(guān)研究與實踐表明，運用人因工程，對企業(yè)系統(tǒng)進行評價，對于識別作業(yè)區(qū)域危險性的大小，弄清事故隱患對象和部位，防患于未然。提高系統(tǒng)整體的運轉(zhuǎn)效率和發(fā)揮人的工作潛能等方面作用巨大，效果明顯。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，依靠技術(shù)設(shè)備抵抗事故和提高

19、效率可開發(fā)的潛能已不是很大。但在人的環(huán)節(jié)上，發(fā)揮人的潛能和可靠性對于煤炭企業(yè)的發(fā)展具有重要的理論意義和現(xiàn)實作用。（1)在環(huán)境設(shè)備方面，要盡量改進井下作業(yè)環(huán)境:改進井下輔助運輸系統(tǒng)，減少工人徒步的路程。整改巷道，使巷道盡可能平坦，巷道內(nèi)材料設(shè)備要按規(guī)定放在安全地帶且使之整潔，盡可能減少巷道事故。井下照明系統(tǒng)要有足夠的照度，特別是在一些人活動頻繁的地帶和事故易發(fā)地帶。盡量減少井下煤塵和噪音強度，提高工作舒適度，減少安全事故隱患。建立綠色文化，美化廠容，創(chuàng)建清潔整齊的環(huán)境。(2)管理上，盡可能實行人性化管理。要充分考慮工人的情緒波動而帶來的隱患。如工人在生病、受到處分、與別人鬧矛盾等情況時，管理人員要及時做出處理。另外，要加強監(jiān)督機構(gòu)，把各項規(guī)程落實到實處，對礦工和技術(shù)人員加大培訓(xùn)和教育力度。(3)在系統(tǒng)方面，煤炭企業(yè)要下決心對礦井生產(chǎn)系統(tǒng)以及整個企