煤矿特种作业人员安全培训面临的问题与虚拟现实技术的应用∗

田子建 雷 婧 刘社育 瓮立平

(中国矿业大学(北京),北京市海淀区,100083)

煤矿特种作业人员安全培训面临的问题与虚拟现实技术的应用∗

田子建 雷 婧 刘社育 瓮立平

(中国矿业大学(北京),北京市海淀区,100083)

针对目前我国煤矿特种工安全培训存在的主要问题,提出了做好培训的需求分析、改善培训方法、建立“串行”的实际操作结合面试的考核方式、加强师资的实践性、完善培训评估等提高特种工安全培训质量的对策。指出了虚拟现实技术在煤矿井下特种作业人员安全培训中的应用方式和特点。

特种作业人员 安全培训 需求分析 培训方法 考核方式 培训评估 虚拟现实技术

煤炭行业特种作业人员是影响煤炭行业安全生产的主要因素之一,据煤矿井下事故原因分析统计,特种工岗位违章作业占人员违章作业的80%,所以提高煤炭行业特种作业人员培训质量是提高煤炭行业安全生产的必要途径之一。煤矿企业特种作业人员包括井下电工、爆破工、通风安全监测工、瓦斯检查工、安全检查工、提升机操作工、采煤机(掘进机)操作工、瓦斯抽采工、防突工、探放水工等。本文作者作为第二起草人参加了安全生产行业标准《AQ 1094－2011煤矿通风安全监测工安全技术培训大纲及考核要求》的制定,在该项安全生产行业标准的制定过程中全面调研了目前特种作业人员培训工作存在的问题。

1 存在问题

1.1 学员文化水平较低且差异较大

目前,我国煤炭井下从业人员文化水平相对较低,小学文化程度或者文盲占有相当大的比例,《AQ 1094－2011煤矿通风安全监测工安全技术培训大纲及考核要求》针对的通风安全监测工10个特种工中对文化水平要求较高的,通风安全监测工负责矿井瓦斯监控系统的运行和维护,瓦斯是煤矿井下首要灾害隐患,通风安全监测工对保障井下安全起着非常重要的作用,该标准在征求意见稿中对通风安全监测工从业条件中学历要求的条款是“高等院校或职业技术学校相关专业大专以上文化程度”,通过大量的意见反馈和反复的讨论,定稿的标准该条款为“高中及以上文化程度”,有很多呼声认为这个条款要求太高,认为“初中及以上文化程度”较切合实际,这从一个侧面反映了特种工培训工作的重要性和急迫性,煤矿安全生产的提高要靠科技和装备,特种工是科技装备的直接操作者和维护人员,如果不提高他们的技术素质,再好的装备也难以发挥其应有的作用。煤炭行业对不同工种的技术要求有很大差异,譬如通风安全监测工相对其他特种工对通信、计算机等弱电知识要求较强,而井下电工强调学员有较好的电机、井下供电等强电知识。特种作业人员自身素质存在很大差异,学员的文化程度和技术水平有很大差距,给培训带来很大的难度,导致培训质量不高。

1.2 培训内容缺乏针对性

目前特种工培训内容存在的问题主要表现在要花很大精力培训教师补习基础技术知识和灌输安全规程条例,而忽视了学员在日常工作中遇到或可能遇到的实际问题。

目前我国的特种工培训机构是专业独立的培训组织,其教师是专职的培训教师,有很大比例的培训教师很少下井深入生产一线,很多教师的身体条件已不适应井下的跟班作业,如果培训教师不深入生产现场主动调研特种工作业情况,是很难发现现场特种工的培训需求,而培训机构对教师的考核和奖励普遍按课时量进行计算,虽然也要求转业教师进行现场调研和写调研报告,但这种调研报告基本上是流于形式,培训教师到煤矿调研多数情况只去地面调度室,下井也只限于到大巷,很少全程跟班到采掘一线,而采掘一线才是真正的各类特种工常遇到问题的作业场所,这与目前我国煤炭企业管理模式等因素有关,生产单位出于安全和利益的考虑,并不欢迎培训教师进入生产现场的核心区域,培训教师的调研是出于完成任务,缺乏作调研的激励机制和动力,而好的有针对性的调研是做好煤炭行业特种作业人员安全培训的前提和基础。

1.3 教学方法陈旧

培训机构和煤炭企业用人单位目前没有建立起特种工培训需求调研的有效保障机制,导致在培训内容上缺乏针对性,表现在教学方法上就是理论与实践脱节。目前,大多数的培训还是以传统的课堂教学为主,以教师为中心、以教材为中心、授课方式死板,教学方法上还没有形成一个有效的模式,基本上还是沿用高校的教学模式,简单地分为理论课和实践课两类,在作培训计划时规定的指标是理论课占多大比例,实践课占多大比例,理论课讲理论,实践课练操作,二者没有有机的结合。由于缺乏充分有效的培训需求调研,培训目标模糊,理论课讲哪些内容,实践课做哪些操作更是缺乏针对性。由于缺乏讲授和演练学员在现场遇到的困惑和问题,学员学习没有积极主动性。

1.4 培训考核一刀切

与培训教学方法相对应,特种工培训考核分为笔试和实践操作两部分。比如要求煤矿通风安全监测工掌握对瓦斯浓度等十几种传感器、电源、断电器、矿用分站、信息传输接口等诸多仪器设备的安装、操作运行和维护,为了便于考核,简单地把这些知识技能和对应的管理条例分别拆成笔试和实践操作两部分,考核时分别给每个单元划定一个底线,多年的实践表明这种形式上的分离很难反映学员对特定专项技能和管理条例的掌握程度,每期培训班是笔试同时进行,实践操作分组进行,这种考核形式太过简单粗糙,无法准确地考察学员对每项技术技能的掌握情况,也不利于调动学员的学习积极性和引导学员有效地学习掌握技术技能。一刀切主要源于考虑到要给学员统一发证书,证书的目的是为表明学员通过了培训考核,这种一刀切的方式阻碍了培训的有效考核,好的考核制度是改善培训质量的基础,应该考虑对这种一刀切的考核和发证方式进行改变。

2 提高特种工安全培训质量的对策

要保证特种工安全培训质量,必须对培训工作进行规范化管理,培训机构要改变为培训而培训的现状,首先要变“要我培训”为“我要培训”,培训课程开始前要先进行充分的需求分析,根据特种工生产现场操作和维护设备的情况总结出其应掌握的专业技能,调查了解生产现场特种工知识技术的实际水平和欠缺之处,这种调研不是一劳永逸的,一方面是工人的素质在不断提高,另一方面是新的装备和技术在煤矿企业不断得到应用,以通风安全监测为例,瓦斯监控系统的传输方式就经历了电缆、光缆、无线的转变,传感器的检测原理也经历了催化燃烧、电化学、光纤检测的不同阶段,煤矿企业的自动化信息化水平在不断提高,与此相对应的是要求培训教师和特种工作业人员都要终身学习。将培训的需求通过培训设计转换成培训课程大纲和教案,进行课程的实施,使学员能力得到提高,通过培训考核和评价等反馈环节检验培训效果,将培训效果与培训需求进行比较,从而形成一个良性循环,如图1所示,这样才能保证培训质量不断提高。

图1 安全培训系统

2.1 强化特种工安全培训需求调研

煤炭行业特种作业人员各工种所需技能有很大差异,同一工种在不同企业的流程和要求也不相同,做好培训的需求分析是保障培训质量的基础,需求分析是特种工培训的起始环节,通过收集、分析煤矿企业情况和各工种学员的情况以及评估反馈来判断煤矿企业和学员对特种工培训的需求,从而决定特种工培训的内容和方式。需求调研的有效必须有煤矿企业的积极参与作保障,培训机构不能闭门造车,生产现场特种工在工作中常碰到什么样的问题,需要哪些方面的技能提高,生产现场的班组长和技术主管最清楚,要请他们来参与培训内容的制定,要让他们相信通过培训提高员工的技术技能,必将为企业和班组带来效益和排除安全隐患,培训机构要通过自身的努力为企业生产管理者证明这样一个事实:企业有效积极参与培训对其自身的发展有重要的意义。

2.2 改进特种工培训方法

现阶段我国煤炭行业特种工培训授课方式单一,授课内容以教材为中心,以教师讲授为主,老师讲授,学员接收,虽然授课过程也会设计提问、讨论等互动环节,但并未从根本上改变学员是被动接收者的现实,学员上课缺乏积极性、主动性。要提高培训质量,首先要采用新的教学方法提高学生的积极性。目前培训教师普遍采用的教学工具和手段是PPT、黑板、麦克风和粉笔(油彩笔),笔记本电脑在教师桌上,但学员桌子上放的是笔记本而非笔记本电脑,随着信息技术的不断发展,要把学员桌上的笔记本换成笔记本电脑,使学员的角色真正由被动变为主动,使学员通过电脑提供的模拟场景互动地学习和模拟操作,现代化的三维虚拟现实(Virtual Reality)技术为实现这样的培训方式提供了平台和手段,三维虚拟现实技术最大的优势在于对三维空间的表达和演示,而煤矿生产环境和生产过程就是在地下三维空间中进行的,只有借助三维虚拟现实技术才能对煤矿井下生产环境进行模拟仿真。虚拟煤矿特种工培训体系模型由人机界面层、三维煤矿场景层以及Open GL仿真平台及操作系统层三层体系结构组成,主要实现煤矿虚拟漫游、虚拟实现和各工种的作业流程功能。借助虚拟漫游,学员可以身临其境地在虚拟巷道中行走;学员在矿井虚拟现实中找到自己的工作位置,进行点击操作,出现相应的培训知识和操作条例提示,并有操作演示,学员可以操作虚拟设备,系统会根据其操作正确与否做出评价,从而使学员在交互过程中迅速掌握技能知识和有关条例。

2.3 建立科学化考核体系

首先要提高培训过程考核的重视度,强化培训考核管理体系。考核体系包括对学员的考核和对教师的考核,形成双层约束考核机制,充分调动双方的积极性,有利于培训质量的提高。

改变现有的考核方式。可以参考国外企业员工培训的考核经验,采用竞赛的方式,对每个学员进行单独考核,变笔试为面试,将实践操作与理论考核两个环节融为一体,彻底改变现有将笔试和实践操作两个环节分离的局面,以考带练,以考促练。笔者尝试过应用这种考核方式。培训结束后,学员在一年内自愿报名参加考核,培训机构根据学员的报名情况协调考核时间和地点,考核形式为实际操作＋面试,考核小组由3名考官组成,其中2名来自生产现场的技术和管理人员,通过考核的学员将获得相应的培训证书,学员可以有一次的补考机会,但如果2次均不通过,需要再培训。自愿报名的方式虽然增加了培训机构的管理难度,但是却调动了学员学习的积极性。实践表明这种考核方式受到用人企业和学员的普遍认可,当然这种考核方式对培训机构要求较高,考核的周期要求较长。

目前我国煤炭行业培训机构的现状是培训教师只在培训班开班期间较为紧张,而在没有培训班的时间里较为轻松,目前的培训机构完全有能力将“并行”的考核变为“串行”的考核,随着培训机构的发展和健全,最终理想的考核方式应该是深入生产现场进行考核,将考核和培训的需求调研融为一体。

2.4 加强师资的实践性要求

特种工培训质量的高低很大程度取决于教师的专业水平和工作质量。所以,加强师资力量是提高煤矿特种工技术培训质量的重要途径。必须采用请进来、走出去的方式,请进来即请生产现场专业的技术人员来参与培训的全过程,特别是在培训内容的制定和学员考核这两个关键环节应该由现场技术人员主导,因为他们更了解现场的需求,由他们主导培训内容的制定可以使培训更具针对性,他们更清楚现场特种工的实际业务水平,由他们主导培训考核会更客观地反映培训的效果;走出去即要求专职的培训教师定期到煤矿生产企业工作一段时间,在制度上确保特种工培训教师对实际的生产现场有很好的了解。

2.5 完善培训的评估

特种工培训效果最终是以员工在企业中的表现来衡量的,如果特种工培训没有设立评估反馈环节,培训的质量得不到回馈,培训过程处于开环状态,培训质量自然得不到提高。

需要改变现有的培训评估方式。要在培训中设立过程评估,收集学员的评价和建议,调节、激励、促进特种工培训的进行,还要对学员建特种工培训档案,以便动态管理和评估分析;培训结束后,要对学员和用人单位进行跟踪评估,为今后的特种工培训提供修改依据,应该将培训的评估与学员的考核环节相结合,将学员的培训考核由目前“并行”的笔试和实践操作2个环节转变为“串行”的竞赛面试形式,而且竞赛面试应由现场的技术人员作主导,竞赛面试考核也为有效的培训评估提供了条件,培训评估可采用柯克帕特里(Kirkpatrick)的四层次评估模型,即反应层、学习层、行为层和结果层。反应层指的是学员在接受培训时对培训本身是否满意及满意的程度;学习层指的是学员在接受培训后知识和技能水平是否得到提高及提高的程度;行为层指的是学员所学知识和技能是否在工作中得到运用及运用程度;结果层指的是学员是否通过所学知识和技能使自己的业绩得到改善及改善的程度。

表1 培训过程评估模型

表2 跟踪评估模型

(1)培训过程评估。在培训过程中,对教学管理、教师管理、学员管理和培训服务进行评估,模型如表1所示。

(2)培训跟踪评估。培训项目结束后一年左右,对学员行为改变和培训效果进行跟踪评估,模型如表2所示。

3 结束语

分析了煤炭行业特种作业人员安全培训面临的问题与对策,提出了虚拟现实技术在煤矿井下的特种作业人员安全培训中的应用方式和特点,指出虚拟现实技术对提高煤矿特种 作业人员安全培训效果具有重要意义。

[1] 杜进栋.关于完善中国特色煤矿安全监察体制的思考[J].中国煤炭,2013(11)

[2] 国家安全生产监督管理局.煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版社,2011

[3] 孙继平.煤矿安全生产与信息化[M].北京:煤炭工业出版社,2011

[4] 孙继平,田子建等.AQ 1094－2011煤矿通风安全监测工安全技术培训大纲及考核要求[S].北京:煤炭工业出版社,2011

[5] 孙继平.煤矿安全监控技术与系统[J].煤炭科学技术,2010(10)

[6] 罗海涛,刘嘉莹.煤矿特种作业人员安全培训存在的问题与对策[J].煤矿安全,2008(1)

[7] 龚声武.我国矿山危险性控制与安全培训体系研究[D].中南大学资源与安全工程学院,2010

[8] 司国海.基于虚拟现实技术井下作业培训系统的研究与实现[D].哈尔滨理工大学,2003

Problems of safety training for special operation personnel in coal mines and application of virtual reality technology

Tian Zijian,Lei Jing,Liu Sheyu,Weng Liping
(China University of Mining and Technology,Beijing,Haidian,Beijing 100083,China)

In view of the present main problems of coal mines in China special work safety training,puts forward the training demand analysis,improve training methods,establish a＂serial＂actual operation combined with the interview assessment methods,strengthening teachers＇practical,perfect training evaluation etc．Countermeasures to improve the quality of the special work safety training．Points out the virtual reality technology in coal mine application forms and characteristics of special operations personnel safety training．

special operation personnel,safety training,demand analysis,training methods, evaluation mode,training evaluation,virtual reality technology

TD791

A

田子建(1964－),男,博士,教授,博士生导师,中国矿业大学(北京)通信与信息系统博士点学科带头人,研究方向:矿井监控与通信。

(责任编辑 张艳华)

国家自然科学基金资助重点项目:煤矿安全生产监控与通信基础研究(51134024),国家高技术研究发展项目(863计划)——数字矿山关键技术及应用研究(2012AA062203)