煤矿综采工作面复杂条件下人的安全行为模式研究.pdf

全日制硕士学位论文 煤矿综采工作面复杂条件下人的安全行为模式煤矿综采工作面复杂条件下人的安全行为模式研究研究 申请人姓名 岳志奇 指导教师 景国勋 学位类别 工学硕士 专业名称 安全科学与工程 研究方向 安全系统工程与管理 河南理工大学安全科学与工程学院河南理工大学安全科学与工程学院 二二〇〇一一六六年年六六月月 万方数据 万方数据 万方数据 中图分类号中图分类号X936 密密 级公开级公开 UDC622 单位代码单位代码10460 煤矿综采工作面复杂条件下人的 安全行为模式研究 Study on Human Safe Behavior Model under Complex Conditions of Fully Mechanized Coal Mining Face 申请人姓名申请人姓名 岳志奇岳志奇 申 请 学 位申 请 学 位 工学硕士工学硕士 学 科 专 业学 科 专 业 安全科学与工程安全科学与工程 研 究 方 向研 究 方 向 安全系安全系统工程与管理统工程与管理 导师导师 景国勋景国勋 职称职称 教授教授/博导博导 提 交 日 期提 交 日 期 2016.04.18 答 辩 日 期答 辩 日 期 2016.06.04 二○一二○一六六年年六六月月 万方数据 万方数据 万方数据 I 致谢致谢 感谢我的导师景国勋教授。 本文的研究工作是在导师景国勋教授的热情关怀 和悉心指导下完成的。在硕士学习期间的整个过程，始终得到了景老师的悉心关 照与帮助。景老师从论文的选题、资料收集、数据调研、模型构建、试验平台搭 建、 试验方案选择到论文的撰写与修改等方面所涉及的许多问题进行了全方位的 指导，使研究更具有实际性和针对性。导师景国勋教授渊博的学识、严谨求实的 治学态度、兢兢业业的奉献精神、一丝不苟的工作作风、谦和厚德的学者风范深 深影响着我，受益匪浅，终身难忘。在硕士学习即将毕业之际，谨向恩师景老师 致以真诚的敬意和衷心的感谢。 感谢课题组李辉老师提供实践机会，在数据调研、实验平台搭建过程中提供 极大帮助，使我的论文得以顺利完成，也感谢李老师在生活上给予的无私帮助， 值此，特向李老师表示敬意与谢意。 感谢给我创造良好学习及科研条件的安全学院， 感谢学院领导和给予我帮助 的所有老师，感谢课题组程磊老师、贾智伟老师、段振伟老师、沈玲老师、高志 杨老师、杨玉中老师、张坤老师在论文完成过程中给予的指导和帮助，同时感谢 所有的师兄师弟师姐师妹给予的无私帮助和热情鼓励。 感谢我的父母和朋友的理解、支持和鼓励，是他们默默的奉献付出使得自己 的论文得以顺利完成。 感谢本文所引用参考文献的所有作者们。 最后，衷心感谢各位专家、教授在百忙之中参与我论文的评审和答辩。 万方数据 I 摘要摘要 我国煤矿综采工作面作业复杂、环境恶劣、事故多发，安全生产形势近年虽 有好转，但依然严峻。本文统计国内近 15 年综采工作面事故结果表明由人的 不安全行为而导致的事故占事故总数的 88.4以上。由此可知，减少综采工作面 事故发生的根本途径是预防和控制员工不安全行为的发生。因此，建立综采工作 面员工安全行为模式是十分必要和紧迫的。 本文分析了综采工作面员工不安全行为的危险性。 通过行为抽样法实测综采 工作面员工不安全行为数据，得出综采工作面各主要类型不安全行为发生率；采 用危险概率评价方法定量分析综采工作面各类不安全行为具体表现形式的危险 性，并采用加权危险指标值计算出各岗位工种的不安全行为危险性大小。 本文分析了综采工作面员工不安全行为的形成机理。 从内因和外因两个层面 提出假设，构建综采工作面员工不安全行为形成机理初始模型，运用结构方程模 型对其进行验证，得到综采工作面员工不安全行为形成机理的最终模型。 本文分析了综采工作面员工不安全行为的内部、外部影响因素。采用结构方 程模型验证所提出的假设， 构建综采工作面员工不安全行为内因影响因素最终模 型；运用层次分析法分析各外因因素重要度；构建组织因素、环境因素、领导因 素、社会因素四个外因因素对人的不安全行为的影响模型；以照度为例，使用 EyeLinkⅡ高速眼动仪，试验研究得出照度对人视觉识别性的影响规律。 本文建立了综采工作面复杂条件下人的安全行为模式， 并针对员工不安全行 为危险性、形成机理、影响因素三个方面提出相应的不安全行为的控制对策。 本文的研究在理论上提出了综采工作面不安全行为的形成机理、 影响因素模 型， 并通过实证加以验证，一定程度上丰富了对综采工作面不安全行为研究的理 论体系；在实践上建立了安全行为模式，提出安全控制对策，有利于有效提升综 采工作面安全管理水平。 关键词关键词综采工作面；不安全行为；形成机理；影响因素；照度； 高速眼动仪；安全行为模式 万方数据 II 万方数据 II Abstract The work in fully mechanized coal face used to be complex, poor environment and prone to accidents. The situation of safety production is still grim, though it has improved somewhat in recent years. More than 88.4 of the fully mechanized mining face accidents are caused by human’s unsafe behavior, according to a statistic conducted over the past 15 years in this paper. Therefore, it is necessary and urgent to establish the safe behavior mode of the employees in the mining face. This paper analyzed the risk of unsafe behavior of employees in fully mechanized coal mining face. Based on the data of employees in the mining face by sampling testing, the occurrence rate of the main types of unsafe behavior is obtained. Then analyzed the risk of various types of the unsafe behavior quantitatively by the of hazard probability assessment, and calculated the risk by using the weighted hazard index values. This paper analyzed the ation mechanism of unsafe behavior of employees in the mining face, and proposed a hypothesis from internal and external respects. Through building a preliminary ation mechanism model of the unsafe behavior and using structural equation model to verify it, the final model of the ation mechanism was obtained. This paper analyzed the internal and external factors affecting the safety behavior of employees in the mining face. After constructing the final model of employees unsafe behavior of internal factors by the structural equation model hypothesis, using Analytic Hierarchy Process to analysis the importance of external factors and constructing the model on factors of organizational factors, environmental factors, leading factors and social factors. Specially, this paper studied the illuminance factor by using EyeLink ii High Speed Eye Tracker and got the influence of illumination on visual identity. This paper established a secure pattern of behavior in the mining face under complex environment. Also, corresponding control measures of unsafe behavior are putted forward, according to the danger, ation mechanism and influencing factors of the employees unsafe behavior. 万方数据 III In brief, this paper proposed and validated the ation mechanism and influencing factors models of unsafe behavior of employees in fully mechanized coal mining face. To a certain extent, it has enriched the theoretical system of research on the unsafe behavior in the mining face. In practice, the established safe behavior patterns and the proposed security control measures are conducive to effectively improve the safety management level of fully mechanized coal face. Key Words fully mechanized; coal face; unsafe behavior; ation mechanism; influencing factors; illumination; high speed eye tracker; safe behavior patterns. 万方数据 V 目录目录 摘要摘要 ............................................................................................................................... I Abstract ........................................................................................................................ II 目录目录 .............................................................................................................................. V 1 绪论绪论 ............................................................................................................................ 1 1.1 研究背景及意义.............................................................................................. 1 1.1.1 研究背景 ............................................................................................................... 1 1.1.2 研究意义 .............................................................................................................. 2 1.2 国内外研究现状及存在问题.......................................................................... 2 1.2.1 国内外研究现状 ................................................................................................... 2 1.2.2 研究存在的问题 ................................................................................................... 8 1.3 研究内容及技术路线...................................................................................... 8 1.3.1 研究内容 ............................................................................................................... 8 1.3.2 技术路线 .............................................................................................................. 8 1.4 本章小结.......................................................................................................... 9 2 综采工作面员工不安全行为的危险性分析综采工作面员工不安全行为的危险性分析 .......................................................... 11 2.1 综采工作面事故类型及致因分析............................................................... 11 2.2 综采工作面员工行为测量与统计分析....................................................... 13 2.2.1 不安全行为认定与分类...................................................................................... 13 2.2.2 不安全行为的抽样调查...................................................................................... 15 2.2.3 不安全行为测量结果及统计分析 ...................................................................... 17 2.3 综采工作面员工不安全行为危险指数分析............................................... 18 2.3.1 不安全行为危险性比较分析 .............................................................................. 20 2.3.2 不安全行为危险性综合分析 .............................................................................. 29 2.4 本章小结....................................................................................................... 31 3 综采工作面员工不安全行为形成机理模型构建综采工作面员工不安全行为形成机理模型构建 .................................................. 33 3.1 综采工作面员工不安全行为的形成机理模型........................................... 33 3.1.1 人的一般行为模式 ............................................................................................. 33 3.1.2 综采工作面员工不安全行为形成机理概念模型 .............................................. 34 3.2 不安全行为形成机理模型实证研究........................................................... 35 万方数据 VI 3.2.1 设计变量 ............................................................................................................. 36 3.2.2 模型的实证分析 ................................................................................................. 37 3.3 本章小结....................................................................................................... 43 4 综采工作面员工不安全综采工作面员工不安全行为影响因素分析行为影响因素分析 .......................................................... 45 4.1 综采工作面员工不安全行为影响因素之内因分析................................... 45 4.1.1 不安全行为内因影响因素分析及相关假设 ...................................................... 45 4.1.2 不安全行为内因影响因素分析实证研究 .......................................................... 50 4.2 综采工作面员工不安全行为影响因素之外因分析................................... 53 4.2.1 不安全行为外因影响因素确定 .......................................................................... 53 4.2.2 不安全行为外因影响因素重要性分析 .............................................................. 54 4.2.3 照度对人的视觉识别性影响的实验研究及分析 .............................................. 57 4.2.4 不安全行为各外因影响因素影响模型构建 ...................................................... 62 4.3 本章小结....................................................................................................... 64 5 综采工作面员工安全行为模式分析综采工作面员工安全行为模式分析 ...................................................................... 65 5.1 综采工作面员工一般安全行为模式........................................................... 65 5.2 综采工作面复杂条件下员工安全行为模式............................................... 67 5.3 综采工作面员工不安全行为的控制对策................................................... 67 5.4 本章小结....................................................................................................... 69 6 结论与展望结论与展望 .............................................................................................................. 71 6.1 主要结论....................................................................................................... 71 6.2 创新点........................................................................................................... 72 6.3 不足及展望................................................................................................... 72 参考文献参考文献 ..................................................................................................................... 73 附录附录ⅠⅠ ......................................................................................................................... 79 附录附录ⅡⅡ ......................................................................................................................... 85 附录Ⅲ附录Ⅲ ......................................................................................................................... 87 附录附录ⅣⅣ ......................................................................................................................... 93 附录附录ⅤⅤ ......................................................................................................................... 95 附录附录ⅥⅥ ......................................................................................................................... 97 万方数据 VII 作者简历作者简历 ................................................................................................................... 103 学位论文数据集学位论文数据集 .................................................................................................... 105 万方数据 1 绪论 1 1 1 绪论绪论 1.1 1.1 研究背景及意义研究背景及意义 1.1.11.1.1 研究背景研究背景 煤炭作为我国主体能源之一，在国民经济生产中占有重要的地位，尽管近年 来受我国能源生产和消费结构调整、 进口煤炭增加等因素影响， 但2014年和 2015 年我国原煤产量依然达到 38.7 亿吨和 36.8 亿吨，且根据专家预测，到 2050 年我 国能源生产总量可达到 35.4 亿吨标准煤， 其中原煤将达到 33.5 亿吨占 67.7％[1-2]。 这充分说明，短期内煤炭作为我国主要能源的主体地位仍将保持。建国以来，我 国煤炭企业各类伤亡事故和职业病造成的直接和间接经济损失累计超过 4000 多 亿元，给国家造成了巨大的经济损失[3]。有关资料显示我国煤矿由于人的不安 全行为造成的事故起数高达 91， 由此可见目前我国煤矿事故的发生主要是由于 人的因素造成的[4]。所以，开展煤矿人的不安全行为的分析和控制方法的研究是 当务之急。 煤矿井下综采作业是煤炭开采的重要环节，综采工作面是矿井事故多发地 点，综采工作面是由人、机和环境组成的一种复合系统。综采工作面环境条件恶 劣、多变，工作空间狭窄，大部分的综采工作面风速高、湿度大，矿尘和噪声污 染严重，照度往往不够、视觉环境差[5]。矿工在这种复杂的作业环境下工作，经 常受到自然灾害的的威胁，精神上常有一种压抑感，以致精神不振，工作厌烦， 对所处工作环境的危险因素反应迟钝，甚至视而不见[6]。据国家安全生产监督管 理总局统计资料显示，从2001年到2015年这十五年间，全国发生的煤矿安全事故 当中，发生在综采工作面中事故总数有190余起，共造成760余人死亡，总体呈下 降趋势，其中由人的违规指挥、违规作业、冒险作业、疏忽大意、措施不当、操 作不当等不安全行为造成的占总事故总起数的88.4[7]。人在生产活动中的绩效 输出不是孤立的随机性行为， 而是依赖于人完成任务时所处于的情景环境或工作 条件人的动作失误， 并认为人-机-环交互作用中人的行为是这些因素的联合影 响的结果[8]。综采工作面员工安全行为形成过程较为复杂，人的行为反应的基本 模式外部刺激（不安全状态）一肌体感受（五感）一大脑判断（分析处理）一 安全行为反应（动作）一安全目标达到[9]。各环节相互影响，相互作用，构成了 个人千差万别的不安全行为表现。在机器日益大型化、自动化和过程连续化的今 万方数据 1 绪论 2 天，操作人员接受和处理的信息将会越来越多，操作人员稍有疏忽，就可能会造 成严重的后果。在此情形下人的行为输出已经受到越来越多的重视[10]。但由于 煤矿生产环境差，生产条件又十分复杂，关于人的不安全行为的参数的采集分析 难度很大。目前针对煤炭企业综采工作面复杂条件下人的不安全行为研究很少。 1.1.2 1.1.2 研究意义研究意义 在人-机-环系统中，人的行为可分为安全行为和不安全行为。在生产实际工 作中， 保证人的安全行为， 促使不安全行为向安全行为转化， 减少伤亡事故发生， 是实现安全生产的必然要求[11]。 从前面分析可知， 生产过程中绝大多数事故的发生都是由人的不安全行为造 成的，况且在整个生产过程中，人始终处于主体地位，即便是物的不稳定状态， 也是由人来操纵和支配的，为此，分析研究并建立人的安全行为模式具有重要的 理论价值和现实意义。通过大量的事故统计分析、现场实测、实证分析、实验研 究，找出综采工作面事故的致因种类，分析不安全行为危险性大小及表现、不安 全行为形成机理、不安全行为影响因素，建立综采工作面复杂条件下员工的安全 行为模式，提出综采工作面事故预防对策的关键，找出其日常安全管理的重点和 有效方法， 可以有效地提高人的不安全行为的预见性和控制力， 有针对性地引导 人们避免不安全行为，提高作业人员的行为可靠性，减少人因失误。所以建立综 采工作面复杂条件下人的安全行为模式， 对从根本上减少煤炭生产重大事故的发 生、维护煤矿职工生命及国家财产的安全具有非常重大的理论价值和现实意义。 1.21.2 国内外国内外研究现状研究现状及存在问题及存在问题 1.2.11.2.1 国内外国内外研究现状研究现状 关于对煤矿作业人员不安全行为的研究和煤矿中的 “瓦斯治理” “通防管理” 等课题相比，涉及这一课题的专家学者还不算多，究其根本原因就是在管理者和 作业人员眼中，只要不是立即“要命的事”，都是些无关紧要的事[12]。但近年 来，随着安全人机工程学、安全行为科学的应用和推广，人们认识到人的不安全 行为是煤矿事故发生的重要原因。国内外学者对煤矿生产中人机环系统安全性、 人因失误与人的可靠性、人的不安全行为等方面的研究，主要取得了以下成果。 1.2.1.1 人-机-环境系统安全性研究 上世纪80年代， 美国的Crooks,William H.和Schwalm,Norman D.从人为因素的 角度出发，对金属与非金属矿山地下开采的环境、作业及工作场所的各自特征进 万方数据 1 绪论 3 行了描述，详细分析了人-机-环境界面与工伤事故之间的联系，进一步阐述了人 -机-环境系统工程在金属矿山和非金属矿山中的应用[13]。 Selan,J.L.和Ayoub,M.M.等人对从事煤矿井下开采的工人进行了生物力学和 生理学方面的研究， 通过收集人体测量， 等长肌力， PWC （Physical Work Capacity） 等数据，得知从事井下开采的矿工明显比对照组（非井下矿工）强壮。并测量了 35项井下作业的体力消耗情况， 详细分析了各种姿势下人体各个部位所承受的压 力，对操作设备的改进和服装设计的合理性提出了建议[14]。 1999年印度的J.Maiti和A.Bhattacherjee运用二元多项式逻辑模型对印度一家 煤矿的工伤事故进行了危险性评价和预测，研究结果发现矿工个体与环境特性 对工伤事故都有着很大的影响，例如，工龄和年龄较长的矿工不容易发生工伤事 故，矿井工作面是最容易发生事故的地方[15]。 2005年印度的P.S.Paul和J.Maiti对300名矿工进行了调查分析， 研究结果表明， 工作压力和环境的安全性是矿井工伤事故的两个最主要的影响因素， 需要加强安 全措施对其进行妥善处理[16]。 2005年，胡敬朋、谢广祥从人、机、环境三个子系统出发，对矿井综采工作 面人-机-环系统进行了单因素和整体性分析，确立了相应的人-机-环境系统的故 障因素指标和可靠性计算方法，建立了其对应的故障模式、模糊综合评价方法等 评价体系,确立了矿井综采工作面人-机-环境系统可靠性的模糊计算模型[17]。 2006年， 付现伟、 齐庆杰系统地分析了影响矿井人-机-环境系统的安全因素， 确定了矿井的人-机-环境系统综合评价指标的权重值，对矿井的安全水平进行了 综合评价，并最终确定了所研究矿井人-机-环境系统的安全等级[18]。 2007年， P.S.Paul和J.Maiti通过构建结构方程对工伤事故案例进行分析， 发现 发生工伤事故的工人大部分是对工作不如意、平时作风懒散、性情不稳定的工人 [19]。 2007年，李辉提出了照明、温度、风速以及噪声对煤矿井下人因可靠性的影 响系数的计算方法，对煤矿井下事故的人因可靠度进行了计算。采用综合评价方 法，建立了井下作业人员的安全行为保障体系综合评价模型[20]。 2008年，崔文广，邬堂春选取多名井下作业工人和参照组（未受深井热害的 工人）为研究对象，检测工人所处作业环境的气象学资料、职业病影响情况和热 害致病情况等，根据检测结果探讨深井热害作业环境与工人热害致病的关系；并 测定每个工人工作前后的生理反应指标、血清生化指标的浓度，分析了深井热害 万方数据 1 绪论 4 对矿工生理生化指标影响[21]。 2009年，向立平，王汉青基于三维k-ε湍流模型，利用Fluent软件对高温高湿 巷道中的热环境进行了模拟。并根舒适性的评价指标PMV-PPD对巷道中热环境 进行评价和预测，给出了高温高湿巷道中的风流速