掘进面环境因素与事故数的关联度分析*

夏 润，王素云，符 飞

(华北科技学院 安全工程学院，北京 101601)

0 引言

煤炭作为我国工业发展的一部分，在确保我国经济的稳定发展方面发挥着重要作用。随着煤矿井下机械化程度加深，对掘进设备操作者的安全意识要求越来越高。而井下生产设备的安全状态和作业环境的安全状况直接关系到安全生产事故的发生率。煤矿井下工作环境比较恶劣，对职工的身心健康和工作效率有很大的影响，通常是事故发生的最深原因，但却很容易被人忽视[1]。目前，虽然煤矿工人和专家们已经对井下工作环境及人员效率的影响给予了很大的关注，但至今还没有得到实际的、普遍的数据，矿井工作人员的安全问题仍然是国家发展高度重视的问题。

景国勋等[2]学者应用灰色关联理论对矿井中的人机环境系统关联度进行了相关研究，并得出矿井人员工作效率的高低受到环境因素的影响。周刚等[3]学者对人的不安全行为及人因失误的相关原理进行了系统分析，研究表明矿井工作人员的不安全行为是造成危险事故的直接原因。

但是人作为独立的个体，其本身的主观能动性就导致人是难以控制并且复杂的系统，人为造成的失误也是事故预防中最难的部分，而在煤矿中，煤矿本身环境又是封闭且复杂的，在这种高强度密闭空间下工作，导致人的行为更是不易操作和掌握的。因此，研究掘进工作面复杂环境条件对人工作效率的影响具有很强的理论和现实意义。

1 灰色关联分析原理和计算方法

1.1 灰色关联分析原理

灰色关联分析是通过确定灰色相关程度来识别影响目标值主要因素的数学关联度计算法，是事物或系统因素之间的不确定相关性和主要行为之间的不确定相关性辨别方法[4]。

影响矿井掘进面安全的环境因素有很多，热、温度、照明及噪声因素等都会直接或间接导致煤矿事故的发生。各个因素由于其本身的不可控制性及发生的特点呈现出灰色特征并构成灰色关联系统。运用灰色关联理论分析掘进面人因事故与环境因素之间的关联度，对改善工作环境、降低掘进面人因事故发生的频率起到不可或缺的作用[5]。

1.2 灰色关联分析计算方法

1.2.1 无量纲化计算

无量纲化处理方法通常有数据初值化、数据均值化、数据极值法和数据标准化法等。无量纲化处理分析采用数据极值法。无量纲处理是将序列中的所有数据按其首位分割得到一个新数列的过程。新数列具有共同的起点、无量纲、数据值大于0[6]。设有原始数列x0

x0=(x0(1)，x0(2)，x0(3)，…,x0(n))

(1)

对x0进行初始化处理得到

y0={y0(1)，y0(2)，y0(3)，…，y0(n)}

(2)

1.2.2 绝对差计算

对每个级数进行无量纲处理后，得到参考级数与比较级数的绝对差δ0i(k)

(3)

1.2.3 关联系数计算

关联系数是考虑数列曲线间几何形状的差别，用曲线间的差值作为测量灰色关联系数的依据，即

(4)

其中，ρ为分辨系数，取ρ=0.5；ρ∈(0,1)。

(5)

(6)

1.2.4 关联度计算

因为在不同的时刻，关联系数的大小不同，数据比较起来往往很不方便，为了保证数据的准确性及其合理性，计算各个不同时刻的关联系数的平均值，在平均值中读取各个因素之间的关联度的大小。即

(7)

式中，γi为第i个子序列与母序列的关联度；n为2个比较序列的长度。

2 掘进工作面环境因素与人因事故数的关联度

煤矿环境的特点决定了煤矿事故发生具有不确定性和偶然性。而人作为生命的主体，其发生事故的因素又是潜在并且不可逆转的，这也就导致人因间的相互影响因素很难去决断清晰[7]。在对中煤塔山煤矿进行考察时发现，心理因素和生理因素是造成人因事故必不可少的条件。首先是操作者的心理因素，矿井操作人员长期工作在单调乏味的地下工作场所，易引起内心上对工作怠慢，工作过程中往往存在侥幸心理从而对待工作疏忽大意等；然后是操作者的生理因素，掘进面操作环境复杂操作工工作单调，导致操作者身体机能如心率、血压、血流量等生理特征转变。种种不确定人因方面变化行为成了事故发生的导火线，而复杂的掘进工作面环境是影响操作者心理和生理因素发生改变的主要原因[8]。因此，对塔山煤矿具有针对性的4个掘进工作面进行了人因数据的测定，并获得了此4个工作面的照度、温度、噪声、湿度数据。在测定数值的基础上，对塔山煤矿发生的煤矿安全事故数采取统计分析调查方法，利用灰色关联分析理论对掘进工作面人因事故导致的事故数的关系进行分析，找出影响事故程度的重要因素。

2.1 数据均值化无量纲化处理数据

为了表述方便，对煤矿4个掘进工作面进行了基本定义，分别定义为A、B、C、D。针对塔山煤矿4个矿井工作面(A、B、C、D)的照度、温度、噪声、湿度测定，原始数据见表1。

表1 中煤塔山煤矿A、B、C、D的4个掘进工作面的人因伤亡事故统计原始数据Table 1 Statistics of human accidents at four heading faces A，B，C and D of Tashan Coal Mine

将事故数作为参考数列x0(k)，其中k=1，2，3，4；此外，将其他因素照度、温度、噪声、湿度作为比较数列xi(k)，其中k=1，2，3，4；i=1，2，3，4；然后对各个因素进行初值化处理，得到的各标准化序列yi(k)，其中k=1，2，3，4；i=1，2，3，4。因此，可以得到无量纲数列表，见表2。

表2 无量纲化数据Table 2 Dimensionless data

2.2 绝对差处理数据

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)

由以上数列可得出δmin=0，δmax=1.44。

2.3 关联系数处理数据

计算出参考数列和比较数列之间的绝对差之后，可以根据式(8)计算出它们的关联系数

(8)

由此得出关联系数数列如下所示

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 关联度处理数据

由上述关联系数可看出，数据很多并且不统一，这样对于比较数据就较为困难。为此，在计算得出了关联系数的基础上再对其进行平均值的选取，不仅方便对数据进行比较，并且可以很清晰明确地看出各个因素的关联程度，从而保证判断的准确性。得出的平均值结果如下所示

2.5 结果分析

灰色关联度结果表述了因素之间的关联程度。根据所得数据，对此进行系统分析，灰色关联度数值越大表示关联程度越大，反之，灰色关联度数值越小，表示因素之间的关联程度越小[9-13]。上述研究结果可以看出4组数据的大小关系排序为γ2>γ1>γ4>γ3。从此关联程度趋势可以看出，在矿井综掘工作面中温度是影响掘进工作面事故数发生的关键因素，其次是照度的影响，接下来是湿度的影响，最后是噪声环境的影响。

3 结论

(1)在此环境下工作根据测定，15.6～21 ℃是温热环境的舒适区段。不仅可以减少体力劳动损失，而且能够提高生产力。根据上述关联度分析可得温度是影响矿井掘进面事故数的关键因素，因此有效改善温度环境条件是降低事故发生数的重要条件。而矿井作业区的温度环境条件更是决定人的作用效能和健康的重要影响因素。而温度的改善可以通过对掘进面进行适当的通风来减缓。

(2)事故的发生与照度有着密不可分的关联程度。在一定程度上，改善照明可以使得操作者的视野范围发生改变。照度需要从2个方面来改善，一方面是视觉条件的改善，矿井操作人员不仅需要减少眼部疲劳还需要提高注意力；另一方面是环境条件的改善，矿井管理者在创造价值的同时需要对矿井工作环境进行美化处理，从而在根本上改善照度。要尽量避免强光环境下的眩目也要防止弱光环境下视力模糊。

(3)湿度是人体热平衡和温热感的重要调节按钮，根据统计数据可得，人体感到的舒适湿度为40%～60%。在矿井掘进面操作人员工作过程中要及时对湿度进行处理。避免由于湿度过高造成人体呼吸困难，同时也避免由于湿度过低造成人体口腔和皮肤的干燥不舒服现象。

(4)由于噪声会因人的差异、习惯、感情和情绪等不同对人的影响难以定量化。

但强噪声的危害对于人来说确是长期积累的过程。而防止噪声的根本方法是取消声源，这对矿井掘进面工作环境来说显然是不现实的。但是在工作的过程中可以采用隔音、吸声等措施减少噪声传播。并且对于操作者来说，可以佩戴防护用具从而减少噪声污染。