煤礦井下人-環境系統模型構建及工效影響研究

劉樹倫，齊 帥，李蔬宏，李青柳，李春峰

(1.邯鄲礦業集團技術部，河北 邯鄲 056300；2.中國礦業大學礦業工程學院，江蘇 徐州 221116)

煤礦井下作業人員處于生產一線，他們的工作既要保障設備的正常運行，又要及時發現存在的隱患，直接關系著煤炭企業的安全高效生產。煤礦井下的作業環境較為惡劣，對作業人員的身心健康和工作效率有著很大的影響，通常是引發事故最深層次卻又很容易被忽視的原因[1]。它既可以直接導致事故的發生，又能作用于人或者機器間接引發生產事故。目前，我國煤礦井下作業環境對人員工效的影響雖已引起煤礦工作者和專家的重視，但至今還未獲得實用且具有普遍意義的數據。

鑒于煤炭企業的實際情況，從根本上治理較為惡劣的作業環境是相當困難的。除采取一些有效的工程技術改善措施外，還應該利用人類工效學理論，對影響人員工效的作業環境因素進行因果分析與評價，為煤炭企業安全高效生產決策提供服務。人類工效學研究的目的，就是達到在生產中提高效率，保證人員的安全、健康和舒適[2]。也就是說，以整個生產系統中的人為著眼點來提高作業人員的工作效率與安全生產。因此，通過研究煤礦井下人-環境系統及工效的影響，實現人與作業環境的最佳匹配，最大限度發揮人的潛能和可靠性，對如何改善煤礦企業安全生產條件，促進煤礦安全高效生產具有理論意義和實踐參考價值。

1 煤礦井下人-環境系統模型的構建

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

按照人類工效學觀點，生產系統中的作業環境首先對作業人員的生理和心理產生影響，而這種影響又被作業人員帶入生產系統進而影響整個系統的安全、健康和高效。徐州三河尖礦多年的調查統計資料顯示，在更為惡劣的作業環境下，作業人員因疲勞導致的出勤率下降17%，采掘工作面勞動效率下降20%～30%，最高達40%～50%[5]。作業人員對作業環境的滿意度進一步加重了作業的難度和強度，采面環境質量和作業負荷的變化都影響著作業人員的工作效率[6]。可見，作業環境對作業人員的疲勞程度、環境滿意度和作業負荷產生影響，進而影響了作業人員的工作效率。基于以上分析，本文構建煤礦井下人-環境系統模型如圖1所示。

圖1 煤礦井下人-環境系統模型

2 作業環境參數的現場測定及其對作業人員影響的分析

2.1 井下作業環境參數的現場測定

選擇煤礦井下可測量、易獲取的作業環境參數對其進行測定，包括溫度、濕度、氣流速度、粉塵濃度、噪聲強度和照度等。經現場測定，徐礦集團A煤礦和京煤集團B煤礦井下作業環境參數，除溫度和相對濕度有較大差異外，其他環境參數相差不大，如表1所示。

表1 A、B礦作業環境參數測定結果

2.2 煤礦井下作業環境對作業人員影響的分析

在大量文獻資料研究和對煤礦企業各部門的工作人員深入訪談的基礎上設計問卷，經多次交流并修改達到信度、效度等方面的要求，包括疲勞主觀反映、作業環境滿意度和主觀勞動負荷指數3部分內容組成。調查對象為上述兩礦井具有代表性的掘進和采煤兩個工種的作業人員，采用現場集中解釋后當場完成并收回的方式，在作業人員上井后1個小時內集中有序完成。

1) 作業人員的疲勞主觀反映，包括身體、精神和感覺3個方面的30項內容。對所獲取的數據用SPSS19.0統計軟件進行F值和P值檢驗。F值是方差分析的一個指標，P值為結果可信度的一個遞減指標，是將觀察結果認為有效即具有總體代表性的犯錯概率。F值越大，P值越小，表示結果越可靠。一般地，0.05通常被認為是P值可接受錯誤的邊界水平。

2) 作業環境滿意度包括作業人員對溫度E1、濕度E2、氣流速度E3、粉塵濃度E4、噪聲強度E5和照度E6等6個環境參數的滿意度，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。環境滿意度指數(ESI)計算方法為

其中i=1,2…6；M=6。

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

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

表2 主觀疲勞指數(SFI)判定等級

3 數據處理結果

研究對象為上述兩礦井具有代表性的掘進和采煤兩個工種的作業人員，共計112名，均為男性。其中，A煤礦井下作業人員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。共發放問卷106份，經篩選整理后收回有效問卷99份，并以此為原始數據借助SPSS19.0統計軟件進行處理，計算結果見表3～5。

表3 A、B礦作業人員疲勞主觀癥狀出現率

表4 A、B礦作業人員環境滿意度指數(ESI)

4 分析討論

從兩礦井作業環境參數的現場測定數據來看，其溫度參數存在顯著差異，A煤礦井下作業溫度在28～30℃，B煤礦井下作業環境溫度在19～23℃。《煤礦安全規程》第一百零二條規定：生產礦井采掘工作面空氣溫度不得超過26℃[7]，當空氣溫度超過時，必須縮短超溫地點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A煤礦為高溫礦井，京煤集團B煤礦為非高溫礦井。目前，我國共有62處高溫礦井，從業人員339 231人，其中接觸高溫的有43 031人，占12.7%[8]。可見，對高溫礦井作業環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人員疲勞主觀癥狀，在身體、精神和感覺3個方面的出現率均存在顯著差異，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，勞動負荷更大有關。研究表明：在非高溫礦井，作業人員皮膚溫度升高，出汗、體力下降、心血管和消化系統發生了變化；在高溫礦井，作業人員心理狀態進一步惡化，出現了煩悶、心慌意亂等癥狀。

2) 在高溫礦井中，溫度是影響作業人員環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：加大通風量；研究和設計新型的工作服和安全帽，既要蒸發散熱率高，又要透濕性能好；提供足夠的飲用水來恢復身體散失的水分，盡量創造出比較舒適的熱環境。對于非高溫礦井，應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環境，既可以有效地提高作業環境質量，又可以為煤炭企業管理人員節省精力和成本。

3) 煤礦井下掘進和采煤兩工種勞動負荷很大，在較為惡劣的作業環境下，就近一步加重了其工作的難度和強度，采面環境質量和作業負荷的變化都影響著作業人員的工作效率。根據疲勞指數(SFI)等級準則判定A礦井作業人員的疲勞指數在3～4范圍內，表明導致問題因素必須在短期內改進或立即采取改進措施；B礦井作業人員的疲勞指數在1～2范圍內，表明基本不需要采取措施。在調查中我們還發現，由于煤礦井下生產的特殊條件，即使在作業人員休息時也不能脫離較為惡劣的環境，這在一定程度上阻礙了作業人員體能和精神上的恢復。

機械化程度的提高和作業環境的改善，可以大幅度降低作業人員的勞動強度。

5 結論

1) 在大量文獻資料研究的基礎上，從人類工效學的角度定義了煤礦井下作業環境的概念。選擇可測量、易獲取的作業環境參數和影響作業人員工效的因素，構建了煤礦井下作業的人-環境系統模型。

2) 經對不同礦井不同崗位作業人員的調查和現場環境參數的測定，分析得出：高溫礦井和非高溫礦井作業人員疲勞主觀癥狀，在身體、精神和感覺3個方面的出現率均存在顯著差異，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；采煤作業人員受作業環境影響的程度最高，須盡快對其作業環境采取改進措施。

[1] 焦強.礦井人-機-環境系統的本質安全化研究[D].西安：西安科技大學,2010.

[2] 蔡啟明，余臻，莊長遠.人因工程[M].北京：科學出版社,2005.

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[6] 趙世軍，李勇軍.采面環境質量和作業負荷對作業人員安全與健康影響的研究[J].礦業安全與環保,2003,30(3)：25-27.

[7] 國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全監察局.煤礦安全規程[M].北京：煤炭工業出版社,2007.

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