基于系统动力学评价方法的煤矿职业危害防治反馈机制
2019-01-23
(华北科技学院 北京 065201)
煤炭是我国国民经济和社会发展的基础，在我国一次性能源生产和消费结构中的比重分别为76%和69%。据预测，到2050年煤炭在我国一次能源生产和消费结构中仍将占50%以上[1]。但是由于煤炭生产场地所和工艺的特殊性，职业危害防治还存在一些问题和不足，据统计，2015年共报告29180例职业病，其中尘肺和矽肺病患者约93.92%。2016年煤炭行业尘肺病的病例上升至95.49%[2]，尘肺病仍然处于递升趋势，煤矿职业危害防治工作将面临巨大挑战。
一些学者在煤矿职业危害防治工作上做了多方面的研究，朱祝武，王洪彪分析了煤矿职业危害的三类危险源，基于层次分析法(AHP)构建了的煤矿危险源风险评价模型，并对3个煤矿的职业危害危险源进行了风险评价。何刚，张国枢等人应用系统动力学(SD)理论和方法建立了煤矿生产中人的安全行为指标模型，证明了安全投入与人的安全行为水平的相关性，为煤矿安全管理决策提供了新的思路[3]。王花平介绍了一系列的综合防尘措施，使得井下工作面的粉尘浓度大幅度下降，井下工人有一个安全健康的作业环境。John Howard研究了美国、俄罗斯、澳大利亚等发达国家煤矿粉尘职业健康管理现状，提出整体缺少定量的分析方法[4]。
本文应用系统动力学的方法分析煤矿安全生产中的影响因素，并通过Vensim仿真得出各因素内部之间的因果关系，研究在较多因素影响下职业危害指数变化规律，为职业危害防治工作提供新思路。
一、系统动力学仿真模型构建
(一)煤矿职业危害因素分析
煤矿安全生产所涉及的影响因素复杂繁多，借鉴已有的针对煤矿安全影响因素的研究成果，在安全系统工程中将因素概括为“人、机、环、管、法”五大要素。对煤矿安全影响因素系统概括为五大类：员工行为因素、设备设施因素、井下环境因素、安全管理因素、法律监管因素。其中五大类影响因素系统，可分为外部要素和内部要素。井下环境因素是直接影响煤矿职业危害影响系统的定量指标，属于外部因素。法治监管因素是由国家或当地政府的监管现状决定，属于外部因素。员工行为因素、设备设施因素、安全管理因素属于内部因素。
煤矿应该紧紧抓住“人、机、管”三大要素，将员工行为因素、设备设施因素、安全管理因素作为煤矿职业危害防治的敏感指标[5]。
(1)员工行为因素
员工行为因素在安全生产过程中起主导作用，是煤矿职业危害影响因素的核心。其影响因子主要包括：生理因素、心理因素、文化程度等。其因果关系如图1所示。
(2)安全管理因素
煤矿安全管理是全面落实安全生产方针的根本保证，搞好安全管理才能促进企业生产的发展和经济效益的提高。其影响因子主要包括：安全投入、安全培训、安全检查等。其因果关系如图2所示。
(3)设备设施因素
设备设施因素是煤矿安全生产的基本影响因素，在煤矿的六大系统的基础上，对其影响因子进行划分：采掘系统、机电系统、排水系统、通风系统、运输系统、安全投入。其因果关系图如图3所示。
图1 员工因素影响因子因果关系图
图2 安全管理影响因子因果关系图
图3 设备设施影响因子因果关系图
(二)煤矿职业危害防治反馈回路
根据上述对三大敏感指标的内部影响因子分析，可见各因素间具有复杂的因果关系。对各子系统及子系统影响因子间的相互关系建立因果关系回路图，如图4。
图4 职业危害控制水平因果关系回路图
根据反馈回路图，在仿真过程中只需考虑员工行为、安全管理和装备设施，通过控制人员行为水平、安全管理水平和装备设施水平的变化来影响煤矿职业危害指数。对此设置13条反馈回路。其因果关系反馈如下：
安全投入↑→文化程度↑→员工行为水平↑→煤矿职业危害指数↑→安全投入↓
安全投入↑→井下环境改善水平↑→员工行为水平↑→煤矿职业危害指数↑→安全投入↓
安全投入↑→井下环境改善水平↑→心理因素↑→员工行为水平↑→煤矿职业危害指数↑→安全投入↓
安全投入↑→井下环境改善水平↑→生理因素↑→员工行为水平↑→煤矿职业危害指数↑→安全投入↓
安全投入↑→安全管理水平↑→煤矿职业危害指数↑→安全投入↓
安全投入↑→安全检查↑→安全管理水平↑→煤矿职业危害指数↑→安全投入↓
安全投入↑→安全培训↑→安全管理水平↑→煤矿职业危害指数↑→安全投入↓
安全投入↑→设备设施水平↑→煤矿职业危害指数↑→安全投入↓
安全投入↑→采掘系统↑→设备设施水平↑→煤矿职业危害指数↑→安全投入↓
安全投入↑→机电系统↑→设备设施水平↑→煤矿职业危害指数↑→安全投入↓
安全投入↑→运输系统↑→设备设施水平↑→煤矿职业危害指数↑→安全投入↓
安全投入↑→通风系统↑→设备设施水平↑→煤矿职业危害指数↑→安全投入↓
安全投入↑→排水系统↑→设备设施水平↑→煤矿职业危害指数↑→安全投入↓
通过上述反馈回路，可以观察到安全投入与职业危害指数之间的关系，随着安全投入的增加，各项影响因素的控制水平也随之变化，当职业危害指数更加接近期望指数时，可适当减少安全投入。
(三)变量的选取
系统动力学变量包括状态变量、速率变量和辅助变量，它们与常量和方程一起构成系统动力学仿真的基本元素。状态变量表示积累环节，体现解决问题效果的变量；速率变量是系统仿真的外部参数，随着时间的推移，使状态变量的值增加或减少；辅助变量是除状态变量和速率变量之外的其他变量，是系统仿真的一个组成部分[6]。最终确定煤矿职业危害防治仿真模型的状态变量有3个，速率变量有3个，辅助变量有12个。主要变量说明如表1。
表1 煤矿职业危害防治反馈系统变量说明
二、煤矿职业危害防治反馈系统SD流图
根据煤矿职业危害防治系统因果反馈关系分析，员工行为系统控制水平由员工的生理因素、心理因素以及文化程度间接决定，安全管理系统控制水平由安全检查、安全培训和安全投入间接决定，设备设施系统控制水平由采掘系统、机电系统等五大系统和安全投入决定。三个子系统的控制水平的变化直接影响煤矿职业危害指数的变化，当职业危害指数控制在期望指数的范围内可适当减少安全投入。借助Vensim软件绘制煤矿职业危害反馈系统SD流图，如图5。
图5 煤矿职业危害反馈系统SD流图
三、结论
1.通过对煤矿职业危害影响因素的分析，把影响因素分为员工行为因素、设备设施因素、井下环境因素、安全管理因素、法律监管因素，其中从内部与外部因素出发将员工行为、设备设施、安全管理确定为煤矿职业危害的敏感指标。
2.根据SD流图的反馈规律，可根据煤矿职业危害指数的变化对影响煤矿安全生产的各项因素合理地进行安全投入，以期与期望指数持平。
3.本研究揭示了煤矿职业危害防治反馈机制，有利于预测煤矿未来职业病防治的发展趋势。
