人机工程学在煤矿安全中的应用

人机工程学在煤矿安全中的应用煤炭行业是我国事故多发，伤亡率最高的产业之一，究其煤 矿自身的原因，除了特殊的生产条件之外，主要是安全管理理念 和方法的局限。人机工程学是运用人体测量学、生理学、心理学、 系统科学、管理学及工程技术等理论知识，来研究人、机、环境 之间的关系，通过恰当的设计，使人机系统能协调、高效和安全 工作的新兴科学。探讨人机工程学在煤炭安全管理中的应用，既 坚持了“以人为本”的科学发展观，更符合煤矿安全生产的实际， 有着深远的现实意义。一、人机工程学在安全生产中的运用1、人机工程学的基本原理人机工程学是 20 世纪中期发展起来的交叉科学，起初是研究 在工业设计中如何让人、机匹配，使用起来更加舒适、高效和安 全。进入工业化时代，人们认识到，对各种高效能机器和机器系 统（生产、运输、航空器等 ） 进行操纵和控制时，整体系统的工作 效率主要是由其中人的活动来决定的。人的能力和机器的潜力很 好地配合，更能提高管理和控制效率。随着机械化、自动化和电 子化的高度发展，人的因素在生产中的影响越来越大，人机协调 问题也越来越显得重要，人机工程学在这种背景下逐步发展起来 了。（1）人机工程学的定义 人机工程学是广泛运用人体测量学、生理学、心理学、卫生 学、系统科学、管理学及和工程技术等学科的理论和知识，主要 研究人、机和环境 （人机结合面） 之间的关系，怎样使人和机器相 互适应，更加协调、高效和安全工作的科学。人机工程学的特点 是，在研究人、机、环境三个要素本身特性的基础上，将使用 “机”的人和所设计的“机”以及人与“机”所共处的环境作为 一个系统来研究，称为“人机环境”系统。这个系统中，人、 机、环境三个要素之间相互作用、相互依存的关系决定着系统总 体的性能。（2）人机工程学的研究目的 人机工程学的研究目的是在设计机器和设备及工艺流程、工 具以及信息传递装置与信息控制设备时，必须考虑人的各种因素， 即人的生理的和心理的及人体测量参数、生物力学的需要与可能； 使人操作简便、省力、快速而准确；使人的工作条件和工作环境 安全卫生和舒适；最终目的是为了使人机系统协调，保障安全健 康和提高工作效率。（3）人机工程学的研究内容 人机工程学的研究“人”的因素方面，主要包括人体生理、 心理、人体测量及生物力学、人的可靠性；研究“机”的因素方 面，主要包括显示器和控制器等物的设计；研究“环境”因素方 面，主要包括采光、照明、噪声等对人身心产生影响的因素；研 究人机系统的整体设计、显示器设、控制器的设计、环境设计、 作业方法及人机系统的组织管理等。2、人机工程学在安全中的运用 随着现代化工业的发展，人机工程学的应用越来越广泛，其 于安全工程中的应用，就产生了安全人机工程学。安全人机工程 学从安全的角度，运用人机工程学的原理和方法去解决人机结合 面的安全问题。安全人机工程学研究人、机械、环境三者之间的 相互关系，探讨如何使机械、环境符合人的形态学、生理学、心 理学方面的特性，使人、机械、环境相经协调，以求达到人的能 力与作业活动要求相适应，创造舒适、高效、安全的劳动条件的 学科。（1）安全人机工程学的研究对象 按照人机工程学理论，在任何一个人类活动场所，总是包括 人、机和环境。所谓的人，是指活动的人体即安全主体，人是有 意识、有目的地操纵机器和控制环境，同时又接受其反作用。所 谓的机，包括劳动工具、机器、劳动手段和环境条件、工艺流程 等所有与人相关的物质因素。所谓的环境 , 是人和机在信息交换和 功能上接触或互相影响的领域 （界面） 。安全人机工程学主要研究 对象是人、机和人机结合面三个安全因素，其目的以保证工作效 率为必要条件和以追求实现人的安全 （含健康 ）为目标。（ 2 ）安全人机工程学的任务安全人机工程学研究的任务主要是，为工程技术设计者提供人体合理的理论参数和要求，诸如：人体作业的舒适范围 （最佳状 态）；人体的允许范围（保证工作效率）；人体的安全范围（不致 伤害的最低限度和环境要求） ；安全防护设施如何适应人的各种使 用要求。（3）安全人机工程学的研究范围 安全人机工程学研究范围及内容是，研究人机之间分工及其 相互适应问题，使两者各自发挥优势，达到协调、高效、安全的 目的；研究作业环境，创造安全条件，让操作者感到舒适和安全； 研究安全防护，用安全装置将危区与人体隔开，消除可能对人的 伤害；选择合适的操作者，提高人机关系的协调性，保证安全生 产；研究生产过程中，操作者的疲劳原因及减轻疲劳的措施等。二、矿井安全中人机工程学分析近年来，随着煤炭生产机械化水平的提高，煤矿井下人、机、 环境系统越来越复杂，这种复杂的系统处理不好，不但影响到煤 炭生产效率，还会影响到煤矿安全。以安全生产为着眼点，利用 人机工程学来分析和认识煤矿人、机、环境系统的特点与问题， 可以为煤矿人、机、环境系统的优化提供基础，以保证工作效率 的提高和人员的安全 （包括健康 ） 。基于人机工程学的我国煤矿安全生产的分析，可将影响矿井 安全生产或者造成事故的基本原因，归纳为人的因素、机的因素、 环境的因素。1、煤矿安全中人的因素分析在煤矿人、机、环境系统中，人是主体，是操作机械完成生 产任务的关键，也是安全事故的主要致因。矿工在生产现场操作 机器中，不能按规定操作或操作不准确，从而使系统中的人、机 和环境受到损害，造成事故发生。调查新汶矿业煤矿事故中人的 不安全行为因素，主要表现在以下几个方面：一是矿工文化程度 低，技术素质差，井下生产人员多为农民工，初中一下文化程度 占多数，并且流动性大，工作经验欠缺，操作不熟练。二是部分 矿工安全意识淡薄，不能按安全规程作业，“三违”问题较多。 三是井下生产时间长，劳动强度大，一个班要十几个小时，容易 产生疲劳和失误。四是井下高温、潮湿、通风不畅等导致人的生 理、心理异常，造成的反应迟钝、操作失误。2、煤矿安全中机的因素分析 在煤矿人、机、环境系统中，机械是由人来操作进行作业生 产的工具，由于机械性能的问题，也是造成事故的原因。机的不 安全因素是指机械设备因设计不合理、缺少宜人化、安全性能差、 出现故障等，从而造成事故的出现。从新汶矿业发生的事故案例 来看，机的原因引发的不安全因素，主要表现在以下几个方面： 一是部分矿井机械化、自动化程度低，用人多，缺乏自动安全防 护功能。二是设备选型与本矿地质条件、煤层厚度不适宜，设备 效能发挥失常。三是机械设备质量有问题，安全可靠性差，从而 导致机电等故障。四是大功率机电液一体化采掘机械结构复杂， 外形粗大、笨拙、带棱角，使人产生压迫感与操作困难。五是井 下机械设备在运行中产生的噪音和震动过大，影响到操作人员的 心理和工作状态。3、煤矿安全中环境的因素分析 在煤矿人、机、环境系统中，井下生产作业环境是人、机在 信息交换和功能上接触或互相影响的结合面 （或称界面） ，是影响 煤矿人、机、环境系统安全的又一重要因素。煤矿大部分是井下 作业，特殊的作业条件带来煤矿整体工作环境比较恶劣。通过新 汶矿业的调查了解，引发事故的有关环境因素主要表现在以下几 个方面：一是随着井下的延伸，自然灾害增多，除了水、火、瓦 斯、煤尘、冒顶外，孙村、华丰矿等还出现了冲击地压等危险源； 二是河流水库、盗采沙坑等地面隐患给井下可能带来灾难，如华 源公司、协庄矿发生的事故。三是薄煤层、老矿井残留煤等特殊 开采，由于作业条件异常而产生事故。四是井下工作面机器的噪 声、震动、温度、湿度以及照明通风等指标不达标，影响矿工身 心健康导致事故。五是井下系统、巷道、采面设计布局不合理导 致事故发生。煤矿人、机、环境之间是相互联系的一个系统工程，这里把 人、机、环境各单元或者说子系统，进行分解、单独剖析，只是 出于研究和阐述的方便。三、应用人机工程学实现矿井安全生产的措施 煤矿井下生产，从人机工程学理论来看，是一个“人、机、 环境”系统。因此，在设计矿井人机系统时，要注意把人和机器 作为一个整体来考虑，合理地或最优地分配人和机器的功能，保 证系统在环境变动下达到要求的目标。根据人机工程学原理，要 使整个矿井“人、机、环境”系统达到协调、舒适、高效、安全， 联系新汶矿区实际，借鉴安全先进煤矿的经验，可以考虑采取以 下措施。1、针对煤矿人的措施 （1）建立以人为中心的安全管理体制，坚持“安全第一”的 方针，在煤矿设计、生产、装备、建设、人力资源配置、生产经 营管理中，首先把安全放在第一的位置。（2）在职工中开展安全法制教育，安全知识教育，安全技能教育，安全思想教育，典型 事故案例教育等，提高矿工的安全意识和安全技能，全面推行 “手指口述”，提高人员操作的准确性。（3）对职工进行“人文关怀”，提高矿工的心理素质，提高矿工的身体素质，推行协庄 矿建立职工“个人健康档案”和“安全心理健康诊所”的经验。（4）改革用工制度，全面推行新汶矿业的“以招生代招工”的做 法，坚持先培训后上岗，按岗位特种挑选合适人才。（5）改革矿工的工作、休息制度，改善矿工的工作和生活环境，全面推行协 庄矿的“四 ?三”工时制，将传统的“三班倒”改为“四班倒”， 减少工人疲劳，保证其精力充沛。2、针对煤矿机采取的措施1）提高煤炭生产现代化水平，在推行采掘机械化的同时，提高提升、运输、排水、通风等方面的现代化水平，实行“电脑 控制”、“遥控操作”、“无人工作面”，推行华泰矿业的“大 巷封闭式管理”等，尽量消除机的不安全。（2）在煤机的设计、制造中，树立“以人为本”的理念，引入“ CAE 轻量化研究”，对 煤机进行结构优化，改变机器设备粗大、笨拙的外观造型，使机 械的使用更加安全，操作更加宜人化。（3）研发薄煤层等特殊煤层的采掘机械，减少这些现场人的不舒适、不安全。（4）提高机械设备的自动化、数字化、智能化水平，用自动化、智能化替代 手工操作，减少和防止人为的操作失误。（5）降低机械设备的噪音和振动，对设备的显示装置与操纵装置、人机距离与带电体距 离进行相合性设计。3、针对煤矿环境采取的措施 （1）在煤矿的选址、设计、建井过程中，注意地面河流、山 体等地貌，地层中含水、地热、瓦斯等伴生物等，对井下开采可 能带来的不安全影响。（ 2）在建井施工中，注意根据生产能力、 机械化程度、设备的选型等，合理地布局巷道、工作面，对作业 空间的设计要求反映所有机器、设备、工具和人员的操作活动功 能之间联系的合理，使作业空间既经济、合理、安全，又能给人 员的操作带来方便和舒适。（ 3）认真分析井下潜在的危险源，对 可能发生的瓦斯爆炸、矿井坍塌、漏水渗水等各种潜在灾害进行 预测，从技术上制定防止灾害事故发生的预案。（4）深入研究煤炭深部开采中的支护、排水、降温、防冲击地压等技术难题，积极推广孙村矿冰冷降温等深部开采的成熟技术，确保安全采煤。（5）针对矿井下的恶劣工作环境，采取安全防护装置，对井下人 员和作业现场进行技术性的防护措施。4、针对煤矿安全管理采取的措施 保持煤矿人、机、环境系统的协调、高效、安全，需要对其 进行持续优化，其管理十分重要。按照人机工程学，管理的措施 可以考虑：（ 1）完善安全生产法规，加强行政监督检查，杜绝煤 矿事故发生。（ 2）煤矿要将安全贯彻到人、机、环境系统的全过 程，落实安全第一的方针。（ 3）企业要推行安全生产责任制，明 确分工管理范围和岗位安全职责。（ 4）建立安全约束激励机制， 把安全目标管理和效果与人员收入分配结合起来。（5）建立健全煤矿安全监检机构，选拔技术素质高、责任心强的专业人员充实 到安检队伍。（ 6）加强煤矿安全生产投入，改善矿井安全环境， 提高生产机械化、检测数字化水平，不断提高矿井的安全性能。人机工程学是一门以人为中心，研究人、机、环境系统如何 协调、高效、安全工作的科学，应用到煤炭安全生产中，可以使 煤矿安全生产从单元管理达到系统管理，从事故应急达到超前预 防，从重视生产达到以人为本，对煤矿减少事故发生，提高生产 效率，实现安全生产，增加社会效益和经济效益，都将产生深远 的影响。