基于過程方法的煤礦粉塵綜合防治評價體系構建及應用

成連華，曹東強，郭慧敏，賀 晨，孟慶顥

（西安科技大學 安全科學與工程學院，陜西 西安 710054）

煤礦井下主要職業病危害因素中，由職業性粉塵引起的塵肺病占比最高[1]。據統計，自2002年以來，全國每年新發塵肺病患者超過10 000例[2]，2010—2019年全國共累計報告各類職業病新病例271 554例，職業性塵肺病236 584例[3-6]；2016年全國共報告職業性塵肺病新病例27 992例，其中煤炭開采及洗選業塵肺病新病例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峻。因此，構建1套科學合理的煤礦粉塵綜合防治評價體系對于引導煤礦企業高效開展各項粉塵綜合防治工作具有重要意義。諸多學者開展了煤礦粉塵防治評價體系構建的相關研究。Rabeiy RE采用風險評估模型，運用危害指數法和簡單修正法對SGM地區的職業病危害研究[8]；龐成從人員、設備、管理和環境等方面出發構建了煤礦防塵安全綜合評價指標體系，運用層次分析法和模糊綜合評價法對煤礦防塵工作進行安全評價[9]；佟瑞鵬等運用蒙特卡羅方法和傳統方法相結合的健康損害評價方法，通過建立煤塵吸入途徑的概率風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，結合煤礦粉塵防治相關資料和調研數據，確定出評價指標[12]。以上研究從不同角度構建了煤礦粉塵綜合防治評價體系但在現有評價體系中，多側重于煤礦粉塵綜合防治的評價方法，評價指標的提出往往只關注于管理因素，對防治技術設計、防塵技術應用等因素關注尚且不足，且指標依據不足、定位不明確、缺乏系統性。鑒于此，將ISO9001質量管理的過程方法引入煤礦粉塵綜合防治研究，從粉塵“產-降-防-護”全鏈條出發，系統地識別出煤礦粉塵綜合防治的影響因素，構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。

1 煤礦粉塵綜合防治效果評價模型

根據ISO9001質量管理標準，過程方法是系統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行嚴格的管理、控制，以達到預期結果[13]。通過引入ISO9001質量管理的過程方法，分析煤礦粉塵綜合防治工作“輸入-作業-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，煤礦企業通過輸入一定的粉塵綜合防治資源，促進或抑制煤礦產塵作業活動粉塵防治措施實施，進而影響煤礦粉塵綜合防治的輸出效果。

應用過程方法對所有產塵作業活動的“輸入-作業-輸出”的全過程展開分析，從煤塵的“產-降-防-護”全鏈條出發，建立基于過程方法的煤礦粉塵綜合防治效果評價模型。基于過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

在煤炭生產過程中，針對輸入環節，有原料、人員、設備、防塵技術、防塵資金等要素的輸入。在此環節中，通過防塵技術設計、防塵資金投入等從根本上促進防塵技術應用及粉塵管理工作的開展。在產塵作業活動環節，將煤炭開采過程進行詳細分解，分析歸納出煤礦生產中涉及采煤作業、掘進作業、打鉆作業、運輸作業、煤炭洗選等多個產塵作業活動。分析產生煤塵的每個作業活動，在防塵技術應用下，可有效實現粉塵源頭控制、運移過程降塵的目的。同時，通過制定粉塵作業規章制度，嚴格考核防塵職責落實情況，定期組織開展教育培訓，從煤礦內外部監督粉塵綜合防治工作等措施，實現粉塵防治過程監管；人員防護作為粉塵防護的最后1道防線，其工作主要包含定期組織作業人員進行職業健康檢查，向作業人員提供個體防護用品配備等。

在輸入和產塵作業活動2個環節中，從煤塵“產-降-防-護”全鏈條出發采取綜合防治措施，這些措施的落實程度，決定作業點粉塵合格率、作業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，改善作業人員作業環境，符合國家“健康中國2030”戰略需求。

2 煤礦粉塵綜合防治評價體系構建

2.1 影響因素

1）防塵技術。煤礦企業通過防塵技術設計和防塵技術應用2個方面從根本上推進粉塵綜合防治工作的開展。根據煤礦生產開采條件和煤層賦存條件科學設計防塵技術，以優化防塵技術應用效果。現有煤礦主要應用的防塵技術包括降塵技術、減塵技術、除塵技術和通風排塵技術等。在產塵源頭，煤層開采之前對其進行鉆孔注水，在采煤機、掘進機、打鉆機等機械、設備破煤過程中采取內噴霧等減塵措施，實現從煤礦粉塵產生的源頭減少煤體的產塵量；在粉塵運移過程中，通過調節風機風速、產塵點風速，在產塵點安設噴頭或風流凈化水幕等防塵設施，實現粉塵運移過程降塵的目的。

2）粉塵管理。煤礦企業通過制定粉塵防治制度、防塵教育培訓、防塵資金投入、職責落實、粉塵監測等防塵管理措施，可優化煤礦企業粉塵作業組織管理方式，提高煤礦粉塵綜合防治效果。建立完善的粉塵防治制度，嚴格考核各級防塵管理人員職責落實情況，并定期組織開展教育培訓，提高煤礦領導的重視程度，進一步提升煤礦粉塵作業人員的粉塵防護認知能力和防護技能，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，且注重生產作業現場粉塵監測，通過借助粉塵傳感器實時監測粉塵濃度，并對監測數據進行定期或實時處理，為粉塵綜合防治工作科學決策提供基礎數據支撐。

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

4）人員防護。人員防護作為煤礦粉塵綜合防治的最后1道防線，主要包含防護用品配備、粉塵健康監護、人員防護意識等。提高人員防護意識對煤礦粉塵綜合防治工作至關重要，具有較強防護意識的粉塵作業人員，往往會主動采取多種措施進行防護；煤礦企業通過向粉塵作業人員提供便捷、高效的個體防護用品，定期組織作業人員進行職業健康檢查，系統檢查和分析接塵人員的健康狀況，建立粉塵健康監護檔案，發現早期健康損害，合理安排作業人員工作崗位，更大限度減少粉塵作業人員接塵量，以保障其在生產作業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點粉塵合格率和作業人員滿意度來衡量。若煤礦企業針對各產塵作業活動的各項粉塵綜合防治措施落實到位，將改善作業人員作業環境，提高作業點粉塵合格率，增強作業人員滿意度，從而達到煤礦粉塵綜合防治工作的目的。

2.2 評價體系構建

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、管理措施等進行現場調研，梳理總結煤礦粉塵防治相關政策、法律法規，找出煤礦粉塵綜合防治體系的二級指標，進而構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 熵權法

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

根據專家評審打分構建初始判斷矩陣Xij（i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m），將判斷矩陣進行標準化處理后的結果Yij為：

計算指標信息熵Ej：

式中：Pij為指標的評價值權重。

計算指標權重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，目前已應用于系統工程、多因素風險評估等多個領域，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進行分析、處理[15]。因此，運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的確定、不確定關系。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種不確定關系的集對，在一定的條件下，它們相互關聯、相互影響、相互制約和轉化，其同異反聯系度μ為：

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

五元聯系數是由集對分析的三元聯系數的不確定項拓展得到的1種多元聯系數。將五元聯系數定義為：

式中：a、b、c、d、e為五元聯系數的聯系分量；k、l為聯系分量系數。

a、b、c、d、e這5個聯系分量與評價等級的5個級別相對應，聯系分量與評價等級對應關系見表1。

指標的同反異構評價關聯模型為：

式中：W為權重向量：R為（IDC）評價矩陣：E為聯系度矩陣。

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個集合的某種動態演化趨勢[16]，分為同勢、均勢和反勢3種集對態勢，同勢表示總目標發展態勢好，均勢表示總目標發展態勢處于好和差之間，而反勢表示總目標發展態勢差。由于篇幅所限，現只列舉與分析有關的集對態勢，五元聯系數態勢表（部分）見表2，完整的五元聯系數態勢表見參照文獻［17］。

表2 五元聯系數態勢表（部分）Table 2 Set pair trend of five-unit connection number

4 實例應用

以我國霍州煤電集團汾源煤業有限公司為例展開評價，選取熵權法確定指標權重，結合集對分析法對該礦的粉塵防治狀況進行分析評價。將這2種方法混合使用具有可靠性高、客觀性強，改善煤礦粉塵綜合防治評價過程不確定方面的優勢。

4.1 指標權重確定

研究運用熵權法確定評價指標權重，邀請煤礦粉塵防治領域相關學者、工程技術人員及職業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進行打分。將煤礦粉塵綜合防治評價指標的影響程度劃分為5個等級，以5分為評價標準，具體標準劃分為：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”。基于此，根據式（1）～式（4）建立判斷矩陣，進行歸一化處理，最終確定出各指標權重。指標權重見表3。

表3計算結果表明：一級指標中，防塵技術權重最大，說明其重要性最高，體現煤礦粉塵源頭防治的重要性，而人員防護的重要性最小。根據對比所有二級指標基礎權重，政府監督、防塵技術應用、作業人員滿意度、防塵技術設計、作業點粉塵合格率、人員防護意識、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優先考慮這些指標，以改善煤礦粉塵作業人員的作業環境，提升作業人員滿意度，更有效降低新發塵肺病率。

表3 指標權重Table 3 Index weight

4.2 集對分析法評價分析

為達到煤礦粉塵綜合防治體系評價的目的，運用集對分析法進行評價分析。通過邀請該礦粉塵防治相關技術人員6名，對14個二級評價指標進行打分。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，運用“均分原則”將聯系度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個區間，依次對應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的打分情況見表4。

表4 專家對項目評價指標的打分情況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），計算二級指標的評價結果，結合熵權法計算出的權重，進而得到一級指標的五元聯系數。不考慮“一般”等級的情況下，即令i＝1，j＝0，k＝－1，l＝－1，計算5個一級指標和總目標的聯系數主值，并依據表1五元聯系數態勢表分析判斷各一級指標和總目標的集對勢，專家對該項目評價指標的打分情況見表5。

表5 一級評價指標的五元聯系系數Table 5 Five-unit connection number coefficient of the first-level evaluation index

根據表5可知，各一級指標聯系數主值結果分別為μ1=109，μ2=0.554，μ3=0.910，μ4=.0220，μ5=0.124，進而將5個一級指標的優劣性進行排序：F3>F2>F4>F5>F1，結合表4專家打分情況，分析表明：外部監督的評價等級為“好”，粉塵管理和人員防護的評價等級為“較好”，防治效果與防塵技術的評價等級為“一般”，體現該礦作業點粉塵合格率，對防塵技術設計和應用，防塵資金投入，防護用品配備、粉塵健康監護有待進一步加強。分析各一級指標和總目標的集對態勢得出：外部監督和粉塵管理的集對勢為同勢，防塵技術和防治效果的集對勢為均勢，人員防護的集對勢為反勢，總目標的集對勢為同勢，體現該礦粉塵綜合防治工作總體發展態勢較好，但在人員防護、防塵技術、防治效果等方面，有待進一步提升。總目標（煤礦粉塵綜合防治效果）的綜合聯系數主值μ＝0.494，處于區間［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”，但要達到“好”的評價等級，仍有較大的提升空間。

評價分析結果與實際該礦粉塵綜合防治效果相吻合，并與防治效果指標的評價等級基本一致，表明構建的煤礦粉塵綜合防治評價體系具有較強的科學性和實用性，對現場實際應用具有較好指導作用。

5 結 語

1）基于引入ISO9001質量管理的過程方法，對所有產塵作業活動的“輸入-作業-輸出”展開分析，從煤塵的“產-降-防-護”全鏈條出發，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行系統分析，進而構建出煤礦粉塵綜合防治評價體系，包含5個一級指標、14個二級指標。

2）運用熵權法計算煤礦粉塵綜合防治評價指標權重，防塵技術的重要性最大，體現煤礦粉塵源頭防治的重要性，而人員防護的重要性最小；對比全部二級指標的基礎權重，政府監督、防塵技術應用、作業人員滿意度、防塵技術設計、作業點粉塵合格率、人員防護意識、防塵資金投入的重要性較高，表明這些指標在煤礦粉塵綜合防治工作中應優先考慮。

3）通過應用集對分析法評價分析煤礦粉塵綜合防治體系，結果表明：各一級指標聯系數主值結果對5個一級指標的優劣性進行排序依次為外部監督、粉塵管理、人員防護、防治效果、防塵技術；總目標的聯系數主值處于“較好”的評價等級，且總目標的集對勢為同勢，體現出該礦粉塵綜合防治工作總體發展態勢較好，但該礦防塵技術設計和應用、防塵資金投入、防護用品配備、粉塵健康監護等方面有待進一步加強。