基于系統動力學評價方法的煤礦職業危害防治反饋機制

(華北科技學院 北京 065201)

煤炭是我國國民經濟和社會發展的基礎，在我國一次性能源生產和消費結構中的比重分別為76%和69%。據預測，到2050年煤炭在我國一次能源生產和消費結構中仍將占50%以上[1]。但是由于煤炭生產場地所和工藝的特殊性，職業危害防治還存在一些問題和不足，據統計，2015年共報告29180例職業病，其中塵肺和矽肺病患者約93.92%。2016年煤炭行業塵肺病的病例上升至95.49%[2]，塵肺病仍然處于遞升趨勢，煤礦職業危害防治工作將面臨巨大挑戰。

一些學者在煤礦職業危害防治工作上做了多方面的研究，朱祝武，王洪彪分析了煤礦職業危害的三類危險源，基于層次分析法(AHP)構建了的煤礦危險源風險評價模型，并對3個煤礦的職業危害危險源進行了風險評價。何剛，張國樞等人應用系統動力學(SD)理論和方法建立了煤礦生產中人的安全行為指標模型，證明了安全投入與人的安全行為水平的相關性，為煤礦安全管理決策提供了新的思路[3]。王花平介紹了一系列的綜合防塵措施，使得井下工作面的粉塵濃度大幅度下降，井下工人有一個安全健康的作業環境。John Howard研究了美國、俄羅斯、澳大利亞等發達國家煤礦粉塵職業健康管理現狀，提出整體缺少定量的分析方法[4]。

本文應用系統動力學的方法分析煤礦安全生產中的影響因素，并通過Vensim仿真得出各因素內部之間的因果關系，研究在較多因素影響下職業危害指數變化規律，為職業危害防治工作提供新思路。

一、系統動力學仿真模型構建

(一)煤礦職業危害因素分析

煤礦安全生產所涉及的影響因素復雜繁多，借鑒已有的針對煤礦安全影響因素的研究成果，在安全系統工程中將因素概括為“人、機、環、管、法”五大要素。對煤礦安全影響因素系統概括為五大類：員工行為因素、設備設施因素、井下環境因素、安全管理因素、法律監管因素。其中五大類影響因素系統，可分為外部要素和內部要素。井下環境因素是直接影響煤礦職業危害影響系統的定量指標，屬于外部因素。法治監管因素是由國家或當地政府的監管現狀決定，屬于外部因素。員工行為因素、設備設施因素、安全管理因素屬于內部因素。

煤礦應該緊緊抓住“人、機、管”三大要素，將員工行為因素、設備設施因素、安全管理因素作為煤礦職業危害防治的敏感指標[5]。

(1)員工行為因素

員工行為因素在安全生產過程中起主導作用，是煤礦職業危害影響因素的核心。其影響因子主要包括：生理因素、心理因素、文化程度等。其因果關系如圖1所示。

(2)安全管理因素

煤礦安全管理是全面落實安全生產方針的根本保證，搞好安全管理才能促進企業生產的發展和經濟效益的提高。其影響因子主要包括：安全投入、安全培訓、安全檢查等。其因果關系如圖2所示。

(3)設備設施因素

設備設施因素是煤礦安全生產的基本影響因素，在煤礦的六大系統的基礎上，對其影響因子進行劃分：采掘系統、機電系統、排水系統、通風系統、運輸系統、安全投入。其因果關系圖如圖3所示。

圖1 員工因素影響因子因果關系圖

圖2 安全管理影響因子因果關系圖

圖3 設備設施影響因子因果關系圖

(二)煤礦職業危害防治反饋回路

根據上述對三大敏感指標的內部影響因子分析，可見各因素間具有復雜的因果關系。對各子系統及子系統影響因子間的相互關系建立因果關系回路圖，如圖4。

圖4 職業危害控制水平因果關系回路圖

根據反饋回路圖，在仿真過程中只需考慮員工行為、安全管理和裝備設施，通過控制人員行為水平、安全管理水平和裝備設施水平的變化來影響煤礦職業危害指數。對此設置13條反饋回路。其因果關系反饋如下：

安全投入↑→文化程度↑→員工行為水平↑→煤礦職業危害指數↑→安全投入↓

安全投入↑→井下環境改善水平↑→員工行為水平↑→煤礦職業危害指數↑→安全投入↓

安全投入↑→井下環境改善水平↑→心理因素↑→員工行為水平↑→煤礦職業危害指數↑→安全投入↓

安全投入↑→井下環境改善水平↑→生理因素↑→員工行為水平↑→煤礦職業危害指數↑→安全投入↓

安全投入↑→安全管理水平↑→煤礦職業危害指數↑→安全投入↓

安全投入↑→安全檢查↑→安全管理水平↑→煤礦職業危害指數↑→安全投入↓

安全投入↑→安全培訓↑→安全管理水平↑→煤礦職業危害指數↑→安全投入↓

安全投入↑→設備設施水平↑→煤礦職業危害指數↑→安全投入↓

安全投入↑→采掘系統↑→設備設施水平↑→煤礦職業危害指數↑→安全投入↓

安全投入↑→機電系統↑→設備設施水平↑→煤礦職業危害指數↑→安全投入↓

安全投入↑→運輸系統↑→設備設施水平↑→煤礦職業危害指數↑→安全投入↓

安全投入↑→通風系統↑→設備設施水平↑→煤礦職業危害指數↑→安全投入↓

安全投入↑→排水系統↑→設備設施水平↑→煤礦職業危害指數↑→安全投入↓

通過上述反饋回路，可以觀察到安全投入與職業危害指數之間的關系，隨著安全投入的增加，各項影響因素的控制水平也隨之變化，當職業危害指數更加接近期望指數時，可適當減少安全投入。

(三)變量的選取

系統動力學變量包括狀態變量、速率變量和輔助變量，它們與常量和方程一起構成系統動力學仿真的基本元素。狀態變量表示積累環節，體現解決問題效果的變量；速率變量是系統仿真的外部參數，隨著時間的推移，使狀態變量的值增加或減少；輔助變量是除狀態變量和速率變量之外的其他變量，是系統仿真的一個組成部分[6]。最終確定煤礦職業危害防治仿真模型的狀態變量有3個，速率變量有3個，輔助變量有12個。主要變量說明如表1。

表1 煤礦職業危害防治反饋系統變量說明

二、煤礦職業危害防治反饋系統SD流圖

根據煤礦職業危害防治系統因果反饋關系分析，員工行為系統控制水平由員工的生理因素、心理因素以及文化程度間接決定，安全管理系統控制水平由安全檢查、安全培訓和安全投入間接決定，設備設施系統控制水平由采掘系統、機電系統等五大系統和安全投入決定。三個子系統的控制水平的變化直接影響煤礦職業危害指數的變化，當職業危害指數控制在期望指數的范圍內可適當減少安全投入。借助Vensim軟件繪制煤礦職業危害反饋系統SD流圖，如圖5。

圖5 煤礦職業危害反饋系統SD流圖

三、結論

1.通過對煤礦職業危害影響因素的分析，把影響因素分為員工行為因素、設備設施因素、井下環境因素、安全管理因素、法律監管因素，其中從內部與外部因素出發將員工行為、設備設施、安全管理確定為煤礦職業危害的敏感指標。

2.根據SD流圖的反饋規律，可根據煤礦職業危害指數的變化對影響煤礦安全生產的各項因素合理地進行安全投入，以期與期望指數持平。

3.本研究揭示了煤礦職業危害防治反饋機制，有利于預測煤礦未來職業病防治的發展趨勢。