熊立新 羅周全 吳 超 石東平 賈 楠

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)商學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004; 2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083)

深井受限空間職業(yè)危害程度辨析方法

熊立新1,2羅周全2吳 超2石東平2賈 楠2

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)商學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004; 2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083)

深井受限空間中職業(yè)危害影響因素源頭多，數(shù)據(jù)離散，難以有效定量分析。分析了8個(gè)典型礦山中173個(gè)深部作業(yè)場(chǎng)所、硐室的職業(yè)危害因素相關(guān)數(shù)據(jù)，確定了影響職業(yè)危害程度的關(guān)鍵指標(biāo)；根據(jù)單指標(biāo)分類(lèi)區(qū)間上、下限，構(gòu)造了5個(gè)不同危害程度等級(jí)；基于模糊層次分析法(FAHP)，確定了各關(guān)鍵指標(biāo)的權(quán)重；基于逼近理想解排序法(TOPSIS)，構(gòu)建了危害度評(píng)價(jià)矩陣，計(jì)算出20個(gè)不同深井受限空間與正理想解的距離貼近度。計(jì)算結(jié)果表明：深部作業(yè)場(chǎng)所職業(yè)危害程度高于深部硐室，約27%的作業(yè)場(chǎng)所處于較高及以上危害程度等級(jí)，需要加強(qiáng)對(duì)作業(yè)人員的職業(yè)安全防護(hù)措施。該方法為礦山深井受限空間職業(yè)危害程度辨析、預(yù)警提供了一種新方法。

深井受限空間 職業(yè)危害 模糊層次分析法(FAHP) 逼近理想解排序法(TOPSIS)

目前，國(guó)內(nèi)不少地下礦山逐步進(jìn)入深部開(kāi)采階段[1-2]。在深井受限環(huán)境中，工作面臨的職業(yè)危害因素多且復(fù)雜，表現(xiàn)為高溫、高濕、通風(fēng)條件差、有毒有害氣體濃度高等[3-6]。國(guó)內(nèi)許多礦山，如冬瓜山銅礦，廣東凡口礦等，普遍存在大量的深部硐室和作業(yè)場(chǎng)所，這些深井受限環(huán)境中作業(yè)人員的職業(yè)危害程度辨析、預(yù)警與控制是目前企業(yè)安全生產(chǎn)管理的重要內(nèi)容，關(guān)系到礦業(yè)向更深領(lǐng)域的安全高效生產(chǎn)。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)金屬非金屬礦山企業(yè)的職業(yè)危害預(yù)防和控制進(jìn)行了許多研究，如陳順育等[7]使用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法、郭進(jìn)平等[8]使用二元語(yǔ)義法評(píng)估了礦山職業(yè)危害風(fēng)險(xiǎn)，王雪妮等[9]構(gòu)建了地下礦山的職業(yè)危害評(píng)價(jià)體系；何蘇敏等[10]調(diào)查分析了核電非放射性職業(yè)危害；石亮等[11]開(kāi)展了礦山多種職業(yè)危害的綜合評(píng)價(jià)方法研究；韓麗華等[12]對(duì)陶瓷中放射性職業(yè)危害進(jìn)行了調(diào)查；劉業(yè)嬌等[13]研究了煤礦安全工作標(biāo)準(zhǔn)程序來(lái)減低職業(yè)危害風(fēng)險(xiǎn)。但是，目前國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)深部受限空間中職業(yè)危害的研究很少，掌握的工程數(shù)據(jù)有限，在進(jìn)行多屬性決策和評(píng)價(jià)時(shí)采用的數(shù)學(xué)方法單一，這些都極大地影響了深部開(kāi)采過(guò)程中職業(yè)危害相關(guān)研究的實(shí)際效果。

本研究分析整理國(guó)內(nèi)8個(gè)典型金屬礦山(安徽安慶銅礦、廣西大廠、高峰、銅坑礦、廣東凡口礦、銅陵冬瓜山、大團(tuán)山礦和郴州柿竹園多金屬礦)的173個(gè)深部硐室和作業(yè)場(chǎng)所的職業(yè)危害影響因素?cái)?shù)據(jù)，基于FAHP(Fuzzy Analytic Hierarchy Process,模糊層次分析法)和TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution，逼近理想解排序法)方法開(kāi)展深井受限空間職業(yè)危害程度辨析研究。

1 深井受限空間職業(yè)危害關(guān)鍵影響因素

國(guó)內(nèi)典型金屬礦山，如冬瓜山銅礦，開(kāi)采深度都已經(jīng)快達(dá)到千米左右，作業(yè)空間面臨“三高一擾動(dòng)”的環(huán)境，在深部開(kāi)采過(guò)程中的受限空間里，職業(yè)危害因素多源，風(fēng)險(xiǎn)概率不一，因此，危害程度辨析是典型的多屬性決策問(wèn)題。

深部開(kāi)采職業(yè)危害因素主要有高溫[14]、高濕、粉塵、有毒有害氣體、噪聲、振動(dòng)等。以溫度為例，根據(jù)人體生理特性，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)35 ℃以上時(shí)，體感很熱，會(huì)影響正?；顒?dòng)；當(dāng)溫度達(dá)到40 ℃以上時(shí)，體感酷熱難耐，難以開(kāi)展正?；顒?dòng)，而高溫?zé)岷κ巧畈块_(kāi)采中最常見(jiàn)的危害因素之一。深井中由于圍巖導(dǎo)熱、機(jī)電設(shè)備放熱、爆破熱等多種熱源存在，人體長(zhǎng)時(shí)間在高溫的深井環(huán)境中作業(yè)，會(huì)產(chǎn)生體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)紊亂，水、鹽代謝系統(tǒng)故障，消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)及泌尿系統(tǒng)失常，同時(shí)嚴(yán)重影響作業(yè)人員的勞動(dòng)效率，表現(xiàn)出易疲勞、注意力不集中、失誤率上升等狀況。某銅礦10個(gè)深部作業(yè)場(chǎng)所(標(biāo)高從-720～-780 m)溫度數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)，大部分采場(chǎng)溫度都已接近或超過(guò)30 ℃。

圖1 深部作業(yè)場(chǎng)所溫度

雖然許多研究對(duì)職業(yè)危害的各種影響因素進(jìn)行了分析，但是由于這些影響因素多且復(fù)雜，數(shù)據(jù)離散，難以進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)。實(shí)際操作中，也不能對(duì)每個(gè)影響因素都進(jìn)行控制，全部監(jiān)控會(huì)導(dǎo)致人力、物力的無(wú)謂浪費(fèi)，會(huì)導(dǎo)致工作程序繁瑣，影響工作進(jìn)度；同時(shí)，不是所有的因素都會(huì)對(duì)職業(yè)危害產(chǎn)生重大影響。因此，首先需要分析確定影響危害程度的關(guān)鍵因素，然后對(duì)關(guān)鍵影響因素進(jìn)行監(jiān)控，開(kāi)展辨析及預(yù)警。

近5 a來(lái)，課題組對(duì)冬瓜山銅礦、安慶銅礦、廣東凡口礦和廣西銅坑礦等8個(gè)礦山的173個(gè)采場(chǎng)、硐室進(jìn)行了探測(cè)和監(jiān)測(cè)，累積了大量的深井受限空間環(huán)境數(shù)據(jù)。根據(jù)工程實(shí)際，深井受限空間危害度辨析一方面需要考慮深井受限空間的安全程度，另一方面還需要考慮深井受限空間作業(yè)環(huán)境，選擇溫度(X1)、濕度(X2)、粉塵濃度(X3)、有害氣體(X4)、噪聲(X5)、振動(dòng)(X6)、風(fēng)速(X7)，圍巖堅(jiān)固性系數(shù)f(X8)共8個(gè)因素作為深井受限空間中職業(yè)危害關(guān)鍵影響因素，其中，計(jì)算有毒有害氣體總量時(shí)，將其他氣體折算成CO含量；其中NnOm的毒性系數(shù)比為6.5，SO2、H2S的毒性系數(shù)比為2.5[15]。

2 深井受限空間職業(yè)危害程度分級(jí)

一般情況下，深井受限空間作業(yè)場(chǎng)所的安全性在作業(yè)期間能得到有效保障，因此主要考慮深井受限空間環(huán)境條件。設(shè)定前文中8個(gè)指標(biāo)為危害性影響指標(biāo)，根據(jù)單指標(biāo)數(shù)值上、下限區(qū)間進(jìn)行5個(gè)級(jí)別的分類(lèi)，將深井受限空間危害度等級(jí)分為5級(jí):低危害度深井受限空間(Ⅰ)、較低危害度深井受限空間(Ⅱ)、中危害度深井受限空間(Ⅲ)、較高危害度深井受限空間(Ⅳ)、高危害度深井受限空間(Ⅴ)。見(jiàn)表1。

表1 深井受限空間職業(yè)危害程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3 FAHP-TOPSIS分析方法

3.1 模糊層次分析法

FAHP是由AHP(Analytical hierarchy process,層次分析法)發(fā)展而來(lái)，AHP方法是由美國(guó)T L Saaty在1970年提出的一種定性和定量結(jié)合的決策方法，把復(fù)雜的問(wèn)題分解成各組成部分，通過(guò)兩兩比較來(lái)確定各組成部分的相對(duì)重要性。兩兩比較過(guò)程中沒(méi)有考慮到判斷矩陣的模糊性，目前學(xué)者將其拓展成FAHP方法，包含了層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法，在評(píng)價(jià)上可以很好區(qū)分稍微重要性和明顯重要性的區(qū)別。基本分析步驟：

(1)建立層次結(jié)構(gòu)模型,一般可分為目標(biāo)層，準(zhǔn)則層和方案層3層。

(2)構(gòu)造職業(yè)危害關(guān)鍵因素對(duì)比矩陣。

(3)計(jì)算各關(guān)鍵因素權(quán)向量。

(4) 專(zhuān)家互判矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

3.2 TOPSIS分析法

TOPSIS分析法由C L Hwang和K.Yoon在1981年提出，是根據(jù)有限個(gè)對(duì)象與理想化目標(biāo)的接近程度進(jìn)行排序的多目標(biāo)決策方法。關(guān)鍵在于“理想解”和“負(fù)理想解”的確立和比較，排序規(guī)則是將評(píng)價(jià)方案與理想解和負(fù)理想解進(jìn)行比較，若某方案最接近理想解，同時(shí)最遠(yuǎn)離負(fù)理想解，則是最好方案?；静襟E如下。

(1)確定職業(yè)危害程度相關(guān)的多個(gè)評(píng)價(jià)目標(biāo)，每個(gè)目標(biāo)有多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(2)邀請(qǐng)專(zhuān)家對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分(定性和定量指標(biāo))，建立特征矩陣。

(3)計(jì)算規(guī)范化矩陣。

(4)構(gòu)建權(quán)重規(guī)范化矩陣。

(5)確定理想解和負(fù)理想解。

(6)計(jì)算距離尺度；即每個(gè)目標(biāo)到理想解和負(fù)理想解的距離，距離尺度可以使用n維歐幾里得距離表示。

(7)計(jì)算理想解的貼近度。

(8)根據(jù)理想解貼近度大學(xué)進(jìn)行排序。

基于模糊層次分析法計(jì)算危害程度評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)價(jià)等級(jí)間的指標(biāo)權(quán)重，基于逼近理想解排序法構(gòu)建危害程度綜合評(píng)價(jià)體系。

4 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

4.1 計(jì)算過(guò)程

權(quán)重是描述各種屬性及各類(lèi)指標(biāo)對(duì)危害程度綜合評(píng)價(jià)影響程度的大小，首先將指標(biāo)x1,x2，…,x8的重要度相互比較,aii=0.5表示因素與自己相比同樣重要;若aij∈[0.1,0.5),則表示因素xj比xi重要;若aij∈(0.5,0.9],則表示因素xi比xj重要。則得到如下模糊互補(bǔ)判斷矩陣：

模糊互補(bǔ)判斷矩陣權(quán)重計(jì)算公式：

(1)

對(duì)上式得出的權(quán)重量還需要進(jìn)行比較判斷的一致性及兼容性檢驗(yàn)。

設(shè)矩陣A=(aij)8×8和B=(bij)8×8為2位專(zhuān)家得出的模糊判斷矩陣,稱(chēng)

(2)

為A和B的兼容性指標(biāo)。

設(shè)W=(W1,W2,…,W8)是模糊判斷矩陣A的權(quán)重向量，

則稱(chēng)8階矩陣w*=(wij)8×8為判斷矩陣A的特征矩陣。當(dāng)兼容性指標(biāo)I(A,B)≤c和I(A,W)≤c(c為兼容性指標(biāo)取值范圍)都成立時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣為滿足一致性的。即這些專(zhuān)家互判矩陣得到的權(quán)重值是合理的，c越小表明決策者對(duì)模糊判斷矩陣的一致性要求越高，通常情況下取c= 0.1，可以滿足。

最后得權(quán)重向量：

W=[W1,W2,…,W8]，

(3)

其中，

(4)

4.2 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)工程實(shí)際情況，2位專(zhuān)家給出了判斷矩陣如下。

由式(2),得兼容性指標(biāo)：I(A,B)=0.07滿足約束。

由式(1)和(3)，得到8個(gè)指標(biāo)的權(quán)重矩陣：

w=[0.12,0.1,0.12,0.13,

0.13,0.11,0.14,0.15].

5 危害程度FAHP-TOPSIS辨析

根據(jù)表1中單指標(biāo)分類(lèi)區(qū)間上、下限構(gòu)造5個(gè)不同危害度等級(jí)的典型深井受限空間(Ⅰ#，Ⅱ#，Ⅲ#，Ⅳ#，Ⅴ#)，選取20個(gè)深井受限空間樣本，構(gòu)建初始評(píng)價(jià)矩陣A，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 各樣本評(píng)價(jià)指標(biāo)

評(píng)價(jià)過(guò)程如下。

(1)建立初始評(píng)價(jià)矩陣，20個(gè)評(píng)價(jià)單元，8個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，初始評(píng)價(jià)矩陣為

A=(aij)20×8,i=1,2,…，20，j=1,2,…，8.

(2)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣，標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣：

B=(aij)20×8,i=1,2,…，20，j=1,2,…，8.

先需要進(jìn)行無(wú)量綱化處理。

對(duì)風(fēng)速(X7)、圍巖堅(jiān)固性系數(shù)f(X8)2個(gè)越大越優(yōu)指標(biāo)：

(4)

對(duì)溫度(X1)、濕度(X2)、粉塵濃度(X3)、CO(X4)、噪聲(X5)、振動(dòng)(X6)6個(gè)越小越優(yōu)指標(biāo)：

(5)

(3)構(gòu)建加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣：

(6)

(4)計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象的貼近度，加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣正理想解C+：

(7)

加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣負(fù)理想解C-：

(8)

(5)計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象與理想解距離S。評(píng)價(jià)對(duì)象與正理想解的距離S+：

(9)

評(píng)價(jià)對(duì)象與負(fù)理想解的距離S-:

(10)

(6)計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象與正理想解貼近度E：

(11)

由式(7)，(8)求解得到加權(quán)規(guī)范化矩陣C的正負(fù)理想解分別為

貼近度分類(lèi)為

低危害度深井受限空間(Ⅰ)：

較低危害度深井受限空間(Ⅱ)：

中危害度深井受限空間(Ⅲ)：

較高危害度深井受限空間(Ⅳ)：

高危害度深井受限空間(Ⅴ)：

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 計(jì)算結(jié)果

由表3可見(jiàn)，深部作業(yè)場(chǎng)所都屬于中等危害程度以上空間，深部硐室都屬于低危害程度或較低危害程度空間。深部作業(yè)場(chǎng)所中，52-8#，50-4#,54-14#等3個(gè)受限空間屬于較高危害度，56-2#屬于高危害度空間，占全部作業(yè)場(chǎng)所的27%，在較高和高危害等級(jí)的深井受限空間進(jìn)行作業(yè)時(shí)，需要先對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行處理，確保現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和及時(shí)的安全處置，并加強(qiáng)作業(yè)人員的職業(yè)安全防護(hù)措施。

6 辨識(shí)結(jié)果驗(yàn)證

根據(jù)礦山近5 a的安全日志，20個(gè)樣本中，整理出涉及到的10個(gè)深部作業(yè)場(chǎng)所60 d作業(yè)人員生理不適頻次，見(jiàn)圖2。可見(jiàn)，60 d的統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，頻次較高的作業(yè)場(chǎng)所有52-8#,50-4#,56-2#,54-14#，其職業(yè)危害程度為較高或高等級(jí)，與前文中辨析結(jié)果吻合。

7 結(jié) 論

(1)分析了國(guó)內(nèi)8個(gè)典型礦山173個(gè)深井受限空間中職業(yè)危害因素?cái)?shù)據(jù)，明確了深井受限空間職業(yè)危害關(guān)鍵因素，根據(jù)單指標(biāo)分類(lèi)區(qū)間上、下限構(gòu)造了5個(gè)不同危害度等級(jí)。

圖2 作業(yè)場(chǎng)所職業(yè)危害頻次統(tǒng)計(jì)

(2)結(jié)合改進(jìn)的AHP方法，提出了FAHP-TOPSIS分析方法，該方法有權(quán)重計(jì)算精確，運(yùn)算過(guò)程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，便于進(jìn)行危險(xiǎn)度的評(píng)價(jià)。

(3)對(duì)20個(gè)深井受限空間樣本的危害度進(jìn)行了辨析可見(jiàn)，深部作業(yè)場(chǎng)所的職業(yè)危害程度普遍高于深部硐室，特別是52-8#,50-4#,56-2#,54-14#等4個(gè)深井受限空間危險(xiǎn)程度高，占全部作業(yè)場(chǎng)所數(shù)量的27%，需要采取安全防護(hù)措施。

(4)工程驗(yàn)證表明，深井受限空間職業(yè)危害程度辨析可以為企業(yè)職業(yè)危害事故提供科學(xué)的預(yù)警依據(jù)，為事故預(yù)防和控制提供了一種新的方法。

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(責(zé)任編輯 徐志宏)

Evaluation Method for Occupational Hazards of Confined Space of Deep Mines

Xiong Lixin1,2Luo Zhouquan2Wu Chao2Shi Dongping2Jia Nan2

(1.Business School，Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，China；2.School of Resource and Safety Engineering，Central South University，Changsha 410083，China)

Occupational hazard of confined space of deep mines comes from different sources.Due to the discrete data type，it is hard to realize the effective quantity analysis.The occupational hazards data of 173 deep operation platforms and chambers from 8 typical mines were analyzed.The key indexes of the occupational hazards were determined.5 different harm degrees were constructed based on the upper limit，lower limit of single index classification; The weight of each index was determined based on FAHP，and the risk evaluation matrix was built based on TOPSIS.The approaching degree between confined space of 20 deep mines and the ideal solution were calculated.The calculation results showed that the harm degree of the deep working platform is higher than that of deep chamber，and about 27% of the working platform lies at high harm level or more.Therefore the occupational safety protective measures for workers should be strengthened.The method provides a new way for pre-warning occupation hazards of confined space of deep mines.

Confined space of deep mines，Occupational hazards，F(xiàn)uzzy Analytic Hierarchy Process，Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution (TOPSIS)

2014-09-07

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：51274250)，湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2012年度項(xiàng)目(編號(hào)：XJK012QGD009)。

熊立新(1983—),男,講師，博士。

X932

A

1001-1250(2014)-11-132-06