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1、煤矿中的人因工程一、总述1.1 概况煤炭是与国民经济息息相关的行业，在中国，一次能源生产和消费结构的比例都在70%左右，然而由于开采技术落后，管理方法陈旧，煤矿事故频频发生，极大的制约了煤矿业的发展。据国家安全生产监督管理总局统计，2005年，全国图1 煤矿事故煤矿发生事故3341起，死亡5986人。我国煤矿产量占全世界的31%，但煤矿死亡人数占全世界煤矿死亡人数的79%。我国煤炭百万吨死亡率约为印度的10倍，南非的40倍，美国的100倍。不断发生的煤矿事故，给社会造成了很坏的影响，也给国家和人民带来了极大的经济损失。找到有效预防措施，提高煤矿生产的安全系数，是煤矿企业努力实现的目标。煤矿工人
2、安全意识差，“三违”现象严重，尤其是运输系统中扒、蹬、跳现象严重，致使煤矿事故频频发生。曾任国家经贸委主任的盛华仁曾说：“矿山事故主要是煤炭企业，这些事故主要是责任事故，是违章作业造成的”。因此，了解人的失误及其规律，进而对人的安全性进行评价分析，已成为一个迫切需要解决的问题。1.2 故障树分析故障树分析(fault tree analysis，简称FTA)是事故分析中比较常用的一种方法。FTA是一种图形演绎方法，能把一个系统的各种失效状态和原因联系起来，通过层层分析，找出系统的薄弱环节，提高系统的可靠性。将FTA方法应用于煤矿事故中，既可以对发生的事故进行分析和核查，以找出事故的原因，也可用
3、来分析潜在的事故隐患，以便及时采取预防措施。煤矿事故的FTA模型，见图2。图2 煤矿事故故障树分析二、煤矿事故中的人因工程2.1 人的因素大量的煤矿事故调查与统计研究发现，我国80%以上的煤矿事故直接或间接源于员工的不安全行为。煤矿员工的不安全行为一直被认为是导致我国煤矿事故多发的最主要原因。据国家安全生产监督总局统计，20062010年我国煤矿重大事故的数据及重大事故的人因比率见表1、表2所示。从表2可以看出，在所有导致这5年煤矿重大事故的直接原因中，人为因素所占比率高达95.34%以上。这充分说明了人的不安全行为是导致事故发生的主要原因。故意违章、管理失误以及缺陷设计这些都是由于人的不安全
4、心理造成的。在以上三种人因中，故意违章为主要因素，是由于工作人员明知故犯，只顾眼前利益不顾后果的侥幸心理与冒险心理这些不安全心理状态造成的。既然目前煤矿事故的发生主要是由于人的因素人的失误造成的，那具体说来，有哪些因素行为影响着事故的发生呢？从表可以看出，尽管各类事故发生的原因具有一定的差异性，但是，煤矿事故的发生大都是共同原因作用的结果，如安全制度不健全、领导执行规章制度不严、检查督促不力、生产条件较差、工程质量不符合作业要求、职工的安全知识欠缺、处理隐患的经验不足等。由于选作研究对象的典型事故案例的特殊性，且各个事故报告材料撰写详细程度及分析问题视角的不同，特别是目前的事故报告材料大都罗列
5、一些客观可查的原因线索，而很少顾及人的内在心理状态及肇事者周围人际群体关系的分析，故分析研究的结论具有一定的局限性是难免的。所以我们要在从一个科学的角度分析。图3 煤矿事故简图煤矿行业从业人员素质偏低，岗位培训不够，劳动保障机制不够健全。矿业工作相对危险、工作环境艰苦，很多人不愿从事这项工作。受教育程度较低的农民工为其主要从业人员。为了追求短期的经济效益，他们甚至没有经过基本的专业生产技能培训和安全生产培训就开始上岗工作(甚至还包括童工)，这类人员作业随意性强，导致事故频发。我国国有煤矿从业人员每天工作时间大都在1014h之间，其他煤矿的从业人员工作时间可能更长。劳动时间过长，劳动强度过大，得
6、不到充足的工间休息时间，导致矿工很容易疲劳。人一旦疲劳，控制意志力就会降低，注意力涣散，工作能力下降，动作不准确，反映迟钝，从而易引发事故。另外，事故发生后的赔偿机制不完善，赔偿金过低也是一个重要原因。矿主们追求利益，过低的事故赔偿标准使他们只注重产量与效益而忽视了煤矿安全生产问题。2.2 机的因素机械设备的设计不合理或者机械与人的配合性差也是引起煤矿事故的重要原因。在煤矿事故中，由于机械设备发生故障或者设计不合理而引发的不安全状态主要表现在:1.机械设备自身的质量有问题，缺乏必要的自动安全防护功能。如矿井提升设备，它是矿井中非常关键和重大的设备，也是极易引发事故的设备。煤炭系统的有关部门在2
7、0世纪90年代有过一次抽样统计，因矿井提升设备问题引发的事故占事故总数的29.6%。2.设备的设计结构可靠性差。反映最突出的是在解放初期引进的苏制8m提升机和之后我国仿苏的KJ型23m提升机的制动系统。这种型号提升机的制动系统是串联的结构，只要一个环节出故障，系统就失灵。3.在操作与控制系统的设计中，设备与人的人机配合差，极易发生误操作。图4 煤矿内部机械装置机构实景2.3 环境因素煤矿井下环境复杂多变，温度、湿度、噪声、照明等各环境因素都影响到煤矿工人的生理和心理状态，生理上的疲劳和心理上的不适不仅极大地影响劳动生产率，而且还增大事故发生的概率。图5 透水事故模型图1.煤矿井下温度过高。产生
8、这一问题主要有三方面原因:地热、采掘机械散发高热量以及作业人员从事高强度体力劳动产生过热现象。在高温环境下作业，操作者的知觉速度和准确度及反映能力均有不同程度的下降，具体表现为注意力不集中、烦躁不安、易于激动。当温度大致在27以上时，肌肉用力的工作效率下降，事故发生频率同时上升。煤矿安全规程规定，井下采掘工作面的气温小于等于26摄氏度，机电硐室内的气温小于等于30摄氏度；冬季总进风的气温大于等于2摄氏度，除机电硐室外在井下风流的气温允许在2到26摄氏度的范围内变化。井下气温小于2摄氏度或大于26摄氏度时，就得采取加热或降温的措施。2.井下湿度大。由于矿井处于地面以下，湿度比地面大，导致长期从事
9、该行业的工人易患风湿病，影响了作业时的动作准确性。3.作业环境中的噪声危害。井下设备工作时噪声污染严重，多在90dB(A)以上，严重影响到了操作者本人的工作状态。过高的噪声不仅会危害到人体健康，还会增加人体的疲劳，影响人的反应能力和情绪，使人产生生理和心理上的不良反应。噪声引起的掩蔽效应，会对人与人之间信息的传递产生障碍，降低了人们通过听觉判断事物的能力，导致人的行为出现差错，工伤事故明显上升。4.照明及色彩。井下环境黑暗，照度低，分辨物件较困难。设备多为灰黑色，在黑暗的环境中不醒目，影响工人操作的准确性，降低作业效率甚至引发事故。三、基于人因工程的煤矿生产系统设计3.1 基于人因工程的人的生
10、产设计基于前面已提到的人的因素，对其进行改善设计如下：（1）提高员工素质。煤矿企业要加强员工的职业技术培训和岗位培训，提高员工应对煤矿复杂环境的适应能力，加强他们面临事故的自救技能。同时制定规范的作业标准，健全劳动保障机制。（2）制定合理的作息制度。保证井下作业人员每天工作时间不超过8h，同时保证充足的工间休息时间。其时间安排参考如下：德国学者E.A.米勒研究后认为，一般人连续劳动480min而中间不休息的最大能量消耗界限为16.75kJ/min，这一能量消耗水平也被称为耐力水平。如果作业时的能耗超过这一界限，劳动者就必须使用体内的能量贮备(假定标准能量贮备是100.47kJ)。井下作业是一项
11、劳动强度级别在三级以上的工作，在某些岗位上能量消耗往往会超过人的耐力水平。为了补充体内的能量贮备，就必须在作业过程中插入必要的工间休息。工间休息时间可以按下式计算:设作业时增加的能量消耗量为M，工作日总共工时为，其中实际劳动时间为，休息时间为，则:休息率为 实际劳动率 因为实际劳动时间为100.5kJ能量贮备被耗尽的时间，所以:由于总的能量消耗满足平均能量消耗不超过16.7kJ/min，所以从而可得煤矿企业可以根据各工位作业时增加的能量消耗量M来合理制定各工位的工间休息时间的长短、次数和时间。由于煤矿作业劳动强度较大，要保证严格的充裕的休息，可在上值的基础上适当放宽休息时间。（3）制定完善的事
12、故赔偿机制。大幅度提高安全事故的赔偿标准，实行严厉的事故惩处，使煤矿的所有者和管理者认识到安全生产的重要性。3.2基于人因工程的机的生产要求设计机的因素方面的改进措施如下：1) 增强设备的自动安全防护功能。采用计算机控制、动态在线检测等技术手段提高设备的可靠性。预先设定紧急状态时的对策，并尽可能在重要设备上设置自动处理装置。2) 设备颜色管理。在易于发生误操作的操纵部件上，涂上荧光或者醒目的色彩，使之易于辨识。3) 在设计设备时，贯彻“简单最好”的原则。同时要考虑到人的因素，使人既舒适又高效地工作，尽量达到最佳的人机匹配。4) 提高机械设备的自动化程度。人受主观因素的影响很大，失误率一般在1%
13、以上，而机械设计的故障率至少在千分之一以下，有时可降低到万分之一，十万分之一。因此，用机械化、自动化代替手工操作是保证安全、防止误操作的根本途径。5) 煤炭系统的事故及效率低下主要是人员操作问题。从人因角度考虑，影响人的操作可靠性的因素如表4。对照表4，不难发现，煤矿生产系统中往往存在着许多不合要求的地方，例如：（1）关注人的心理、生理方面：煤矿上的管理素以粗放型管理著称，对人的心理、生理方面注意太少。而人的生理、心理因素极大地制约着人的可靠性，人的可靠性往往是事故的隐患。从人因的角度看，人为差错总是以人的意识水平或大脑觉醒水平来衡量，大脑的觉醒水平可分为五个等级（见表5）。表4 影响人的可靠
14、性因素因素类型因素人的因素心理因素反应速度、情绪、觉醒程度、注意、压力、心理疲劳、社会心理、错觉、单调性生理因素体力、耐力、视力、听力、运动机能、身体健康状况、疲劳、年龄个体因素文化水平、训练程度、熟练程度、经验、技术能力、应变能力、责任心、动机、生活条件、文化、社交、嗜好操作能力操作难度、操作经验、操作习惯、操作判断、操作能力限度、操作频率和幅度、操作连续性、操作反复性、操作准确性外部因素机械因素机械设备的功能、信息显示、信号强弱、控制器的灵敏度、控制器的可操作性、控制器的可调性环境因素环境与作业的适应程度、气温、照明、噪声、振动、粉尘、作业空间管理因素安全法规、操作规程、技术监督、检验、作
15、业目的和作业标准、教育、技术培训、作业时间安排、人际关系表5 人的大脑觉醒水平等级意识状态注意状态生理状态工作能力可靠度无意识，神智丧失无睡眠，发呆无0常态以下，意识模糊不注意疲劳、困倦、单调低下，易出事0.9以下正常意识的松驰阶段无意注意休息时、安静时或反射性活动可进行熟练性、重复性的或常规性操作0.990.9999正常意识的清醒阶段有意注意精力充沛，积极活动状态有随机处理能力，有准确决策能力0.999999以上超常态，极度紧张、兴奋注意力过分集中于某一点惊慌失措，极度紧张易出差错，易造成事故0.9以下在煤矿生产中发生的很多事故是因为矿工的注意力不集中造成的。矿工的高强度劳动带来的疲劳和限定任务的压力等都造成了矿工在生理、心理上极不可靠，使得他们的觉醒水平不能达到正常水平，给矿井生产安全带来很大隐患。（2）操作能力方面：矿工的操作往往只按经验行事，而对操作的规范性、准确性没有特殊的要求和培训，对一些技术性不强的操作更是没有统一的规定，如打立柱、移架、回柱放顶以及人行走的路线、物品摆放位置等方面。这些都是导致生产效率下降和留下事故隐患的原因。一些巷道事故和采掘面事故都是由此而产生的。
