掘進面環境因素與事故數的關聯度分析*

夏 潤，王素云，符 飛

(華北科技學院 安全工程學院，北京 101601)

0 引言

煤炭作為我國工業發展的一部分，在確保我國經濟的穩定發展方面發揮著重要作用。隨著煤礦井下機械化程度加深，對掘進設備操作者的安全意識要求越來越高。而井下生產設備的安全狀態和作業環境的安全狀況直接關系到安全生產事故的發生率。煤礦井下工作環境比較惡劣，對職工的身心健康和工作效率有很大的影響，通常是事故發生的最深原因，但卻很容易被人忽視[1]。目前，雖然煤礦工人和專家們已經對井下工作環境及人員效率的影響給予了很大的關注，但至今還沒有得到實際的、普遍的數據，礦井工作人員的安全問題仍然是國家發展高度重視的問題。

景國勛等[2]學者應用灰色關聯理論對礦井中的人機環境系統關聯度進行了相關研究，并得出礦井人員工作效率的高低受到環境因素的影響。周剛等[3]學者對人的不安全行為及人因失誤的相關原理進行了系統分析，研究表明礦井工作人員的不安全行為是造成危險事故的直接原因。

但是人作為獨立的個體，其本身的主觀能動性就導致人是難以控制并且復雜的系統，人為造成的失誤也是事故預防中最難的部分，而在煤礦中，煤礦本身環境又是封閉且復雜的，在這種高強度密閉空間下工作，導致人的行為更是不易操作和掌握的。因此，研究掘進工作面復雜環境條件對人工作效率的影響具有很強的理論和現實意義。

1 灰色關聯分析原理和計算方法

1.1 灰色關聯分析原理

灰色關聯分析是通過確定灰色相關程度來識別影響目標值主要因素的數學關聯度計算法，是事物或系統因素之間的不確定相關性和主要行為之間的不確定相關性辨別方法[4]。

影響礦井掘進面安全的環境因素有很多，熱、溫度、照明及噪聲因素等都會直接或間接導致煤礦事故的發生。各個因素由于其本身的不可控制性及發生的特點呈現出灰色特征并構成灰色關聯系統。運用灰色關聯理論分析掘進面人因事故與環境因素之間的關聯度，對改善工作環境、降低掘進面人因事故發生的頻率起到不可或缺的作用[5]。

1.2 灰色關聯分析計算方法

1.2.1 無量綱化計算

無量綱化處理方法通常有數據初值化、數據均值化、數據極值法和數據標準化法等。無量綱化處理分析采用數據極值法。無量綱處理是將序列中的所有數據按其首位分割得到一個新數列的過程。新數列具有共同的起點、無量綱、數據值大于0[6]。設有原始數列x0

x0=(x0(1)，x0(2)，x0(3)，…,x0(n))

(1)

對x0進行初始化處理得到

y0={y0(1)，y0(2)，y0(3)，…，y0(n)}

(2)

1.2.2 絕對差計算

對每個級數進行無量綱處理后，得到參考級數與比較級數的絕對差δ0i(k)

(3)

1.2.3 關聯系數計算

關聯系數是考慮數列曲線間幾何形狀的差別，用曲線間的差值作為測量灰色關聯系數的依據，即

(4)

其中，ρ為分辨系數，取ρ=0.5；ρ∈(0,1)。

(5)

(6)

1.2.4 關聯度計算

因為在不同的時刻，關聯系數的大小不同，數據比較起來往往很不方便，為了保證數據的準確性及其合理性，計算各個不同時刻的關聯系數的平均值，在平均值中讀取各個因素之間的關聯度的大小。即

(7)

式中，γi為第i個子序列與母序列的關聯度；n為2個比較序列的長度。

2 掘進工作面環境因素與人因事故數的關聯度

煤礦環境的特點決定了煤礦事故發生具有不確定性和偶然性。而人作為生命的主體，其發生事故的因素又是潛在并且不可逆轉的，這也就導致人因間的相互影響因素很難去決斷清晰[7]。在對中煤塔山煤礦進行考察時發現，心理因素和生理因素是造成人因事故必不可少的條件。首先是操作者的心理因素，礦井操作人員長期工作在單調乏味的地下工作場所，易引起內心上對工作怠慢，工作過程中往往存在僥幸心理從而對待工作疏忽大意等；然后是操作者的生理因素，掘進面操作環境復雜操作工工作單調，導致操作者身體機能如心率、血壓、血流量等生理特征轉變。種種不確定人因方面變化行為成了事故發生的導火線，而復雜的掘進工作面環境是影響操作者心理和生理因素發生改變的主要原因[8]。因此，對塔山煤礦具有針對性的4個掘進工作面進行了人因數據的測定，并獲得了此4個工作面的照度、溫度、噪聲、濕度數據。在測定數值的基礎上，對塔山煤礦發生的煤礦安全事故數采取統計分析調查方法，利用灰色關聯分析理論對掘進工作面人因事故導致的事故數的關系進行分析，找出影響事故程度的重要因素。

2.1 數據均值化無量綱化處理數據

為了表述方便，對煤礦4個掘進工作面進行了基本定義，分別定義為A、B、C、D。針對塔山煤礦4個礦井工作面(A、B、C、D)的照度、溫度、噪聲、濕度測定，原始數據見表1。

表1 中煤塔山煤礦A、B、C、D的4個掘進工作面的人因傷亡事故統計原始數據Table 1 Statistics of human accidents at four heading faces A，B，C and D of Tashan Coal Mine

將事故數作為參考數列x0(k)，其中k=1，2，3，4；此外，將其他因素照度、溫度、噪聲、濕度作為比較數列xi(k)，其中k=1，2，3，4；i=1，2，3，4；然后對各個因素進行初值化處理，得到的各標準化序列yi(k)，其中k=1，2，3，4；i=1，2，3，4。因此，可以得到無量綱數列表，見表2。

表2 無量綱化數據Table 2 Dimensionless data

2.2 絕對差處理數據

δ01=(0，0.34，0.68，1.31)

δ02=(0，0.38，0.60，1.31)

δ03=(0，0.31，0.71，1.44)

δ04=(0，0.35，0.64，1.34)

由以上數列可得出δmin=0，δmax=1.44。

2.3 關聯系數處理數據

計算出參考數列和比較數列之間的絕對差之后，可以根據式(8)計算出它們的關聯系數

(8)

由此得出關聯系數數列如下所示

ε01=(1，0.65，0.55，0.75)

ε02=(1，0.68，0.51，0.35)

ε03=(1，0.62，0.48，0.35)

ε04=(1，0.57，0.43，0.33)

2.4 關聯度處理數據

由上述關聯系數可看出，數據很多并且不統一，這樣對于比較數據就較為困難。為此，在計算得出了關聯系數的基礎上再對其進行平均值的選取，不僅方便對數據進行比較，并且可以很清晰明確地看出各個因素的關聯程度，從而保證判斷的準確性。得出的平均值結果如下所示

2.5 結果分析

灰色關聯度結果表述了因素之間的關聯程度。根據所得數據，對此進行系統分析，灰色關聯度數值越大表示關聯程度越大，反之，灰色關聯度數值越小，表示因素之間的關聯程度越小[9-13]。上述研究結果可以看出4組數據的大小關系排序為γ2>γ1>γ4>γ3。從此關聯程度趨勢可以看出，在礦井綜掘工作面中溫度是影響掘進工作面事故數發生的關鍵因素，其次是照度的影響，接下來是濕度的影響，最后是噪聲環境的影響。

3 結論

(1)在此環境下工作根據測定，15.6～21 ℃是溫熱環境的舒適區段。不僅可以減少體力勞動損失，而且能夠提高生產力。根據上述關聯度分析可得溫度是影響礦井掘進面事故數的關鍵因素，因此有效改善溫度環境條件是降低事故發生數的重要條件。而礦井作業區的溫度環境條件更是決定人的作用效能和健康的重要影響因素。而溫度的改善可以通過對掘進面進行適當的通風來減緩。

(2)事故的發生與照度有著密不可分的關聯程度。在一定程度上，改善照明可以使得操作者的視野范圍發生改變。照度需要從2個方面來改善，一方面是視覺條件的改善，礦井操作人員不僅需要減少眼部疲勞還需要提高注意力；另一方面是環境條件的改善，礦井管理者在創造價值的同時需要對礦井工作環境進行美化處理，從而在根本上改善照度。要盡量避免強光環境下的眩目也要防止弱光環境下視力模糊。

(3)濕度是人體熱平衡和溫熱感的重要調節按鈕，根據統計數據可得，人體感到的舒適濕度為40%～60%。在礦井掘進面操作人員工作過程中要及時對濕度進行處理。避免由于濕度過高造成人體呼吸困難，同時也避免由于濕度過低造成人體口腔和皮膚的干燥不舒服現象。

(4)由于噪聲會因人的差異、習慣、感情和情緒等不同對人的影響難以定量化。

但強噪聲的危害對于人來說確是長期積累的過程。而防止噪聲的根本方法是取消聲源，這對礦井掘進面工作環境來說顯然是不現實的。但是在工作的過程中可以采用隔音、吸聲等措施減少噪聲傳播。并且對于操作者來說，可以佩戴防護用具從而減少噪聲污染。