楊利峰何國家龍如銀祁 慧陳 紅

(1.中國礦業(yè)大學管理學院,江蘇省徐州市,221116;2.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局宣教中心,北京市東城區(qū),100713; 3.阜陽師范學院經(jīng)濟學院,安徽省阜陽市,236041)

★節(jié)能與環(huán)保★

煤礦高溫危害風險規(guī)模評價模型?

楊利峰1,3何國家1,2龍如銀1祁 慧1陳 紅1

(1.中國礦業(yè)大學管理學院,江蘇省徐州市,221116;2.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局宣教中心,北京市東城區(qū),100713; 3.阜陽師范學院經(jīng)濟學院,安徽省阜陽市,236041)

煤礦高溫危害是普遍存在并且危害程度動態(tài)變化的。為有效評價煤礦高溫危害風險規(guī)模,描述不同溫度下危害程度變化,建立了高溫危害評價的量化模型。在建立評價模型基礎上,利用調(diào)研數(shù)據(jù)計算了某煤礦典型崗位人員的高溫危害風險值,為警示高溫危害風險和如何在動態(tài)數(shù)據(jù)下選擇節(jié)點進行降溫操作提供了有力的方法支撐。

高溫危害 風險規(guī)模 動態(tài)描述 風險值

1 引言

隨著煤礦開采日益加深,煤礦高溫危害逐漸受到重視。孫艷玲通過對相關數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計后,指出礦井高溫不僅對井下作業(yè)人員的健康及安全造成巨大影響,還嚴重影響工作效率。張景鋼等通過試驗研究了高溫高濕環(huán)境對煤礦一線職工生理及心理的影響,指出在溫度高于37℃時礦工的注意力、反應力及認知力都產(chǎn)生顯著下降。學者們就如何控制高溫危害提出了具體的技術措施,但是礦井高溫防治工作較為復雜,其存在溫度場分布,不同工作場點溫度存在很大差異,而且很多礦井還有地域構(gòu)造特征及季節(jié)性熱害特征。因此,對煤礦高溫的動態(tài)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測,同步對煤礦高溫風險規(guī)模進行平鋪,設置合適的高溫防護措施啟動預警值,并根據(jù)預警狀況適時啟動不同的防護舉措十分必要。

對煤礦高溫危害的風險規(guī)模進行合理評價是復雜的工作。本文嘗試著對煤礦高溫危害進行量化評估,通過文獻提供的不同高溫數(shù)值下事故發(fā)生的頻率數(shù)據(jù),進行數(shù)據(jù)擬合,得到高溫危害評價的數(shù)量模型。文中把此模型運用到煤炭行業(yè)某一典型煤礦,得到了針對該煤礦的量化的高溫危害數(shù)值。

2 高溫危害風險規(guī)模評價模型

國內(nèi)外用一些熱應力指標來評價高溫危害。熱應力指標是為保持人體熱平衡所需要的蒸發(fā)散熱量與環(huán)境容許的皮膚表面最大蒸發(fā)散熱量之比,是衡量熱環(huán)境對人體處于不同活動量時熱作用的指標。熱應力指標HSI用需要的蒸發(fā)散熱量與容許最大蒸發(fā)散熱量的比值乘以100%表示。其理論計算是假定人體受到熱應力時皮膚保持恒定溫度35℃,所需要的蒸發(fā)散熱量等于人體新陳代謝產(chǎn)熱加上或減去輻射換熱和對流換熱。常用的熱應力指標有直接指標、理論指標和經(jīng)驗指標等。多數(shù)西方國家普遍采用經(jīng)驗指標等效溫度(TET)來評價煤礦熱環(huán)境狀況,他主要綜合了溫度、濕度和風速3個參數(shù),其以人的感覺為標準來測量熱環(huán)境,測量操作較方便。根據(jù)王希然的研究,其選取Is,w,煩惱指數(shù),身體、精神、感覺疲勞指數(shù)對應的平均溫度做為是否形成高溫危害風險的臨界溫度,該值經(jīng)計算為28.48℃。湖南湘潭某煤礦在1996－1998年間事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)與高溫數(shù)值間的關系見表1。

表1 湖南省湘潭某煤礦溫度與工傷頻次的關系

通過對已有文獻的梳理,提出以下模型假設。

假設1:溫度造成的危害風險函數(shù)為分段函數(shù),在臨界溫度28.48℃下工作8 h,造成的傷害為單位1,在低于28.48℃下工作造成的傷害為0,高于此溫度下工作造成的傷害為溫度的增函數(shù)。

在假設1的基礎上,可以理解為,在臨界溫度28.48℃以下,煤礦一線工作人員基本感受不到溫度的差異,溫度也不會對煤礦安全生產(chǎn)產(chǎn)生直接影響。在臨界溫度28.48℃情況下,我們認為在此溫度下的高溫風險規(guī)模為單位1,以這個單位為標準來對高于此溫度下高溫風險規(guī)模進行標準化。

假設2:超出臨界溫度28.48℃后,溫度每升高一個單位對工作人員造成的傷害會加速上升,這里設定為二次函數(shù)關系。

根據(jù)文獻可以知道,在溫度不斷上升的過程中,煤礦一線職工感受到高溫危害的感受是在加速增長的,對文獻中提及的數(shù)據(jù)進行了簡化評估,發(fā)現(xiàn)高溫數(shù)值的增加與傷害事故發(fā)生次數(shù)的增加近似成二次函數(shù)關系。

假設3:高于28.48℃下造成危害風險的增長函數(shù)可以通過文獻中統(tǒng)計的各溫度下發(fā)生事故的頻率來反應其危害程度,其增長函數(shù)可以由文獻中數(shù)據(jù)擬合二項式函數(shù)得到。

通過假設2知道高溫數(shù)值的增加與傷害事故發(fā)生次數(shù)的增加近似成二次函數(shù)關系,為得到具體的二次函數(shù)表達式,利用文獻中給出的高溫數(shù)值及事故發(fā)生頻次的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行了擬合。擬合出的二項式函數(shù)為:

式中:x——溫度值;

y——傷害發(fā)生次數(shù)。

在此基礎上,可以計算出臨界溫度28.48℃下傷害發(fā)生次數(shù)的估計值為143.12次,這個次數(shù)對應的高溫傷害風險為單位1,即y0＝143.12,x0＝28.48。

利用擬合的二項式函數(shù),可以估計出在不同溫度下(溫度數(shù)值高于28.48℃,低于28.48℃)傷害事故發(fā)生的可能次數(shù),再根據(jù)在28.48℃這一臨界溫度下估算出的單位化傷害對應的傷害發(fā)生次數(shù),就能計算高溫下每一溫度對應的相應單位化結(jié)果。

高溫情況下(溫度超過28.48℃)危害風險規(guī)模單位化表達式為:

式中:Di——第i個個體對應的近體高溫環(huán)境下的傷害風險。

根據(jù)上述假定,當煤礦一線作業(yè)人員的工作環(huán)境溫度為31.55℃時,發(fā)生傷害事故的估計次數(shù)為408.3次,而對應的單位規(guī)模的傷害次數(shù)的值為y0＝143.12,利用單位化表達公式Dtemi＝y(tǒng)i/y0,計算出此溫度下,該煤礦一線作業(yè)人員的高溫危害風險規(guī)模為2.85個單位。若該環(huán)境下的工作人員為N個,其對應的危害應該是累加的一個數(shù)值:

式中:i——第i個工作人員;

3 高溫危害風險規(guī)模評價實例

根據(jù)上述高溫危害風險規(guī)模評價方法,結(jié)合課題組于2014年9月在寧夏某一典型煤礦選點實測情況以及進行了專家調(diào)查,對該煤礦92個典型崗位的156名職工的高溫動態(tài)危害情況進行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計。在此基礎上,計算該典型煤礦不同崗位、部門對應的高溫危害風險規(guī)模。

為便于總體上把握該礦各部門的高溫危害風險規(guī)模,文中通過擬合出的二次函數(shù)估計出在不同溫度下傷害事故可能發(fā)生的次數(shù),并將各典型崗位或部門的高溫危害數(shù)據(jù)進行整理得到表2。

表2 某一時間節(jié)點典型崗位或部門高溫危害風險規(guī)模評價結(jié)果

從表2可以看出采煤機司機、控制臺電工及采煤工等典型崗位高溫危害規(guī)模相對較大,單體危害規(guī)模為2.85個單位。從部門來看綜采典型工作面和綜掘典型工作面的高溫危害整體規(guī)模較大,分別為57.06和18.65個單位。

這些崗位或部門在不同時間點高溫危害風險規(guī)模會呈現(xiàn)較大變化,現(xiàn)將這些崗位或部門在3個不同時間節(jié)點下的高溫危害風險規(guī)模進行了比較,并畫出直方圖如圖1所示。

圖1 不同時點下高溫危害風險規(guī)模

通過圖1可以看出,在不同時點下由于不同監(jiān)測點測出的溫度數(shù)值存在差異,導致高溫風險規(guī)模發(fā)生了顯著變化。針對崗位而言,采煤機司機和控制臺電工在3個時點的高溫危害規(guī)模都較大,從部門而言綜采典型工作面和綜掘典型工作面的高溫風險規(guī)模較大,而機關科室的高溫風險規(guī)模為0,通風隊的高溫風險規(guī)模也較小。如果在高溫監(jiān)測過程中啟動實時預警裝置,將部門風險規(guī)模的預警值設為10個標準單位,則綜采典型工作面及綜掘典型工作面在這3個時點都突破了預警值,可以根據(jù)高溫風險規(guī)模計算后顯示的分布特征分別采用隔斷熱源、噴霧及特殊崗位局部制冷等措施來降低風險規(guī)模。

通過對采煤機司機、控制臺電工、采煤工、綜掘機司機、掘進工及皮帶機司機等典型崗位采用部分隔斷熱源及噴霧降溫等降溫防護措施,得到了措施實施后的高溫危害風險規(guī)模數(shù)據(jù),如圖2所示。

圖2 采取防護措施后兩個時點下高溫危害風險規(guī)模

采取對特殊崗位的定向防護措施后,采煤機司機等典型崗位的高溫風險危害顯著降低,同時綜采典型工作面和綜掘典型工作面兩個高溫風險規(guī)模超過預警值的部門中,只有綜采典型工作面在時間節(jié)點4時略超預警值,其他情況均處于預警值之下。這種通過預警啟動的高溫防護措施,有利于降低一些典型崗位及部門的高溫風險,同時大大降低了采取防護措施所需的成本,通過實踐來看建立這樣的高溫風險規(guī)模評價模型是有益的。

4 結(jié)語

文中提出的高溫危害風險評價模型是為了解決一些熱應力指標無法有效衡量高溫危害規(guī)模,以及在高溫危害規(guī)模超過預警值時應該重點針對哪些崗位或部門進行實時干預的問題。為煤礦企業(yè)進行高溫等常規(guī)職業(yè)風險評價提供了新的視角,找到了更為科學、可行的風險防范方案。

由于受到監(jiān)測數(shù)據(jù)的限制,本文測算出的二次函數(shù)的參數(shù)可能存在爭議,但隨著該模型在某典型煤礦中加以實施,會逐步得到更多的監(jiān)測數(shù)據(jù),也會根據(jù)實施情況將該模型進行改進和完善。

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The evaluation model of high temperature risk scale in coal mine

Yang Lifeng1,3,He Guojia1,2,Long Ruyin1,Qi Hui1,Chen Hong1
(1.School of Management,China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu 221116,China; 2.Publicity and Education Center,State Administration of Work Safety,Dongcheng,Beijing 100713,China; 3.School of Economics,Fuyang Normal College,Fuyang,Anhui 236041,China)

High temperature risk is universal in coal mine,and it changes dynamically.The paper establishes the model in order to evaluate the risk scale of high temperature,describing the change of risk scale at different temperatures in coal mine.On this basis we use survey data to calculate the high temperature risk values of the worker in typical jobs,providing method support for risk warming and node selecting under the dynamic data for cooling operation.

high temperature,risk scale,dynamic description,risk value

TD7

A

楊利峰(1982－),安徽阜陽人,講師,在讀博士,主要從事系統(tǒng)建模、職業(yè)安全與心理健康理論、方法與政策等方面的研究。

(責任編輯 張大鵬)

國家自然科學基金項目(71473248, 71303233,71173217),江蘇省青藍工程(2012),江蘇高校哲學社會科學優(yōu)秀創(chuàng)新團隊(能源資源管理創(chuàng)新團隊),神華集團科技創(chuàng)新項目(2013)