煤礦高溫危害風險規模評價模型?

楊利峰何國家龍如銀祁 慧陳 紅

(1.中國礦業大學管理學院,江蘇省徐州市,221116;2.國家安全生產監督管理總局宣教中心,北京市東城區,100713; 3.阜陽師范學院經濟學院,安徽省阜陽市,236041)

★節能與環保★

煤礦高溫危害風險規模評價模型?

楊利峰1,3何國家1,2龍如銀1祁 慧1陳 紅1

(1.中國礦業大學管理學院,江蘇省徐州市,221116;2.國家安全生產監督管理總局宣教中心,北京市東城區,100713; 3.阜陽師范學院經濟學院,安徽省阜陽市,236041)

煤礦高溫危害是普遍存在并且危害程度動態變化的。為有效評價煤礦高溫危害風險規模,描述不同溫度下危害程度變化,建立了高溫危害評價的量化模型。在建立評價模型基礎上,利用調研數據計算了某煤礦典型崗位人員的高溫危害風險值,為警示高溫危害風險和如何在動態數據下選擇節點進行降溫操作提供了有力的方法支撐。

高溫危害 風險規模 動態描述 風險值

1 引言

隨著煤礦開采日益加深,煤礦高溫危害逐漸受到重視。孫艷玲通過對相關數據進行統計后,指出礦井高溫不僅對井下作業人員的健康及安全造成巨大影響,還嚴重影響工作效率。張景鋼等通過試驗研究了高溫高濕環境對煤礦一線職工生理及心理的影響,指出在溫度高于37℃時礦工的注意力、反應力及認知力都產生顯著下降。學者們就如何控制高溫危害提出了具體的技術措施,但是礦井高溫防治工作較為復雜,其存在溫度場分布,不同工作場點溫度存在很大差異,而且很多礦井還有地域構造特征及季節性熱害特征。因此,對煤礦高溫的動態數據進行監測,同步對煤礦高溫風險規模進行平鋪,設置合適的高溫防護措施啟動預警值,并根據預警狀況適時啟動不同的防護舉措十分必要。

對煤礦高溫危害的風險規模進行合理評價是復雜的工作。本文嘗試著對煤礦高溫危害進行量化評估,通過文獻提供的不同高溫數值下事故發生的頻率數據,進行數據擬合,得到高溫危害評價的數量模型。文中把此模型運用到煤炭行業某一典型煤礦,得到了針對該煤礦的量化的高溫危害數值。

2 高溫危害風險規模評價模型

國內外用一些熱應力指標來評價高溫危害。熱應力指標是為保持人體熱平衡所需要的蒸發散熱量與環境容許的皮膚表面最大蒸發散熱量之比,是衡量熱環境對人體處于不同活動量時熱作用的指標。熱應力指標HSI用需要的蒸發散熱量與容許最大蒸發散熱量的比值乘以100%表示。其理論計算是假定人體受到熱應力時皮膚保持恒定溫度35℃,所需要的蒸發散熱量等于人體新陳代謝產熱加上或減去輻射換熱和對流換熱。常用的熱應力指標有直接指標、理論指標和經驗指標等。多數西方國家普遍采用經驗指標等效溫度(TET)來評價煤礦熱環境狀況,他主要綜合了溫度、濕度和風速3個參數,其以人的感覺為標準來測量熱環境,測量操作較方便。根據王希然的研究,其選取Is,w,煩惱指數,身體、精神、感覺疲勞指數對應的平均溫度做為是否形成高溫危害風險的臨界溫度,該值經計算為28.48℃。湖南湘潭某煤礦在1996－1998年間事故統計數據與高溫數值間的關系見表1。

表1 湖南省湘潭某煤礦溫度與工傷頻次的關系

通過對已有文獻的梳理,提出以下模型假設。

假設1:溫度造成的危害風險函數為分段函數,在臨界溫度28.48℃下工作8 h,造成的傷害為單位1,在低于28.48℃下工作造成的傷害為0,高于此溫度下工作造成的傷害為溫度的增函數。

在假設1的基礎上,可以理解為,在臨界溫度28.48℃以下,煤礦一線工作人員基本感受不到溫度的差異,溫度也不會對煤礦安全生產產生直接影響。在臨界溫度28.48℃情況下,我們認為在此溫度下的高溫風險規模為單位1,以這個單位為標準來對高于此溫度下高溫風險規模進行標準化。

假設2:超出臨界溫度28.48℃后,溫度每升高一個單位對工作人員造成的傷害會加速上升,這里設定為二次函數關系。

根據文獻可以知道,在溫度不斷上升的過程中,煤礦一線職工感受到高溫危害的感受是在加速增長的,對文獻中提及的數據進行了簡化評估,發現高溫數值的增加與傷害事故發生次數的增加近似成二次函數關系。

假設3:高于28.48℃下造成危害風險的增長函數可以通過文獻中統計的各溫度下發生事故的頻率來反應其危害程度,其增長函數可以由文獻中數據擬合二項式函數得到。

通過假設2知道高溫數值的增加與傷害事故發生次數的增加近似成二次函數關系,為得到具體的二次函數表達式,利用文獻中給出的高溫數值及事故發生頻次的統計數據進行了擬合。擬合出的二項式函數為:

式中:x——溫度值;

y——傷害發生次數。

在此基礎上,可以計算出臨界溫度28.48℃下傷害發生次數的估計值為143.12次,這個次數對應的高溫傷害風險為單位1,即y0＝143.12,x0＝28.48。

利用擬合的二項式函數,可以估計出在不同溫度下(溫度數值高于28.48℃,低于28.48℃)傷害事故發生的可能次數,再根據在28.48℃這一臨界溫度下估算出的單位化傷害對應的傷害發生次數,就能計算高溫下每一溫度對應的相應單位化結果。

高溫情況下(溫度超過28.48℃)危害風險規模單位化表達式為:

式中:Di——第i個個體對應的近體高溫環境下的傷害風險。

根據上述假定,當煤礦一線作業人員的工作環境溫度為31.55℃時,發生傷害事故的估計次數為408.3次,而對應的單位規模的傷害次數的值為y0＝143.12,利用單位化表達公式Dtemi＝yi/y0,計算出此溫度下,該煤礦一線作業人員的高溫危害風險規模為2.85個單位。若該環境下的工作人員為N個,其對應的危害應該是累加的一個數值:

式中:i——第i個工作人員;

3 高溫危害風險規模評價實例

根據上述高溫危害風險規模評價方法,結合課題組于2014年9月在寧夏某一典型煤礦選點實測情況以及進行了專家調查,對該煤礦92個典型崗位的156名職工的高溫動態危害情況進行了數據統計。在此基礎上,計算該典型煤礦不同崗位、部門對應的高溫危害風險規模。

為便于總體上把握該礦各部門的高溫危害風險規模,文中通過擬合出的二次函數估計出在不同溫度下傷害事故可能發生的次數,并將各典型崗位或部門的高溫危害數據進行整理得到表2。

表2 某一時間節點典型崗位或部門高溫危害風險規模評價結果

從表2可以看出采煤機司機、控制臺電工及采煤工等典型崗位高溫危害規模相對較大,單體危害規模為2.85個單位。從部門來看綜采典型工作面和綜掘典型工作面的高溫危害整體規模較大,分別為57.06和18.65個單位。

這些崗位或部門在不同時間點高溫危害風險規模會呈現較大變化,現將這些崗位或部門在3個不同時間節點下的高溫危害風險規模進行了比較,并畫出直方圖如圖1所示。

圖1 不同時點下高溫危害風險規模

通過圖1可以看出,在不同時點下由于不同監測點測出的溫度數值存在差異,導致高溫風險規模發生了顯著變化。針對崗位而言,采煤機司機和控制臺電工在3個時點的高溫危害規模都較大,從部門而言綜采典型工作面和綜掘典型工作面的高溫風險規模較大,而機關科室的高溫風險規模為0,通風隊的高溫風險規模也較小。如果在高溫監測過程中啟動實時預警裝置,將部門風險規模的預警值設為10個標準單位,則綜采典型工作面及綜掘典型工作面在這3個時點都突破了預警值,可以根據高溫風險規模計算后顯示的分布特征分別采用隔斷熱源、噴霧及特殊崗位局部制冷等措施來降低風險規模。

通過對采煤機司機、控制臺電工、采煤工、綜掘機司機、掘進工及皮帶機司機等典型崗位采用部分隔斷熱源及噴霧降溫等降溫防護措施,得到了措施實施后的高溫危害風險規模數據,如圖2所示。

圖2 采取防護措施后兩個時點下高溫危害風險規模

采取對特殊崗位的定向防護措施后,采煤機司機等典型崗位的高溫風險危害顯著降低,同時綜采典型工作面和綜掘典型工作面兩個高溫風險規模超過預警值的部門中,只有綜采典型工作面在時間節點4時略超預警值,其他情況均處于預警值之下。這種通過預警啟動的高溫防護措施,有利于降低一些典型崗位及部門的高溫風險,同時大大降低了采取防護措施所需的成本,通過實踐來看建立這樣的高溫風險規模評價模型是有益的。

4 結語

文中提出的高溫危害風險評價模型是為了解決一些熱應力指標無法有效衡量高溫危害規模,以及在高溫危害規模超過預警值時應該重點針對哪些崗位或部門進行實時干預的問題。為煤礦企業進行高溫等常規職業風險評價提供了新的視角,找到了更為科學、可行的風險防范方案。

由于受到監測數據的限制,本文測算出的二次函數的參數可能存在爭議,但隨著該模型在某典型煤礦中加以實施,會逐步得到更多的監測數據,也會根據實施情況將該模型進行改進和完善。

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The evaluation model of high temperature risk scale in coal mine

Yang Lifeng1,3,He Guojia1,2,Long Ruyin1,Qi Hui1,Chen Hong1
(1.School of Management,China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu 221116,China; 2.Publicity and Education Center,State Administration of Work Safety,Dongcheng,Beijing 100713,China; 3.School of Economics,Fuyang Normal College,Fuyang,Anhui 236041,China)

High temperature risk is universal in coal mine,and it changes dynamically.The paper establishes the model in order to evaluate the risk scale of high temperature,describing the change of risk scale at different temperatures in coal mine.On this basis we use survey data to calculate the high temperature risk values of the worker in typical jobs,providing method support for risk warming and node selecting under the dynamic data for cooling operation.

high temperature,risk scale,dynamic description,risk value

TD7

A

楊利峰(1982－),安徽阜陽人,講師,在讀博士,主要從事系統建模、職業安全與心理健康理論、方法與政策等方面的研究。

(責任編輯 張大鵬)

國家自然科學基金項目(71473248, 71303233,71173217),江蘇省青藍工程(2012),江蘇高校哲學社會科學優秀創新團隊(能源資源管理創新團隊),神華集團科技創新項目(2013)