基于AHP-JHA煤矿作业风险辨识应用研究

张景钢，孙 鑫，王泽浩

(华北科技学院 安全工程学院，北京 101601)

0 引 言

在国内大多数煤矿作业中，由于煤矿采面环境的多变性和技术的复杂性，相关部门和煤矿企业若是没能建立完善的安全体系、严格的安全制度以及加大在安全防护措施上面安全成本的投入，那么不安全行为以及不安全状态是很难被消除的，从而大大增加了煤矿事故发生率。所以，在各项煤矿作业开展前，提前发现并分类可能存在的作业风险是十分重要的。目前，国内外关于煤矿作业风险辨识研究较少，刘斌等研究探讨了煤矿安全生产风险管理，建立了煤矿风险管理机制和预警机制，为煤矿安全生产风险管理提供了一定的参考，但是该研究深入度不够，缺乏必要的定量计算[1]。陈立杰等基于安全评价对煤矿企业风险管理提出了管理对策，是从安全评价的角度把煤矿企业划分安全等级，从而根据这些安全等级进行管理，并提出相应的风险管理对策，但是该研究理方法单一，实用性不强[2]。总结目前对煤矿作业风险辨识的研究，存在着研究深度不足、定量化不足、方法单一和实用性不强等问题，因此煤矿作业风险没有得到充分的研究，而且结构不够完善。鉴于此，笔者基于作业危害分析和层次分析2种方法，通过2种方法的结合对煤矿作业风险辨识进行了深入的研究，为煤矿企业在辨识风险时，提供了一种方便简洁、直观易懂的方法，在分析各项作业风险后，能够使煤矿企业能够准确的采取合适的管控措施来预防事故的发生。事故发生率降低，那么井下一线工作人员可能产生的伤亡也会随之减少。又因其方便简洁、直观易懂的特性使它可以轻易推广于多种煤矿作业中，让一线作业人员更加清晰的理解作业中的每个流程以及明确作业中可能存在的风险，从而降低事故发生的可能性。

开展安全生产工作，需要着重于风险辨识步骤。而风险辨识的关键是使用合适的风险辨识方法和风险评估方法，保证作业计划开展前发现问题，并设置相应的管控措施来解决问题[3]。煤矿企业在进行井下作业之前，开展风险辨识评价工作时，首先要保证划分的作业步骤是准确的，合理的[4]；其次，对每个步骤中存在的风险进行适当的分析，总结出其事故类型和一旦事故发生可能造成的损失，并指出可能产生的二次事故；最后，对目前的风险和当前的管控措施进行讨论，该措施是否将风险降低至企业可以接受的范围，若没有，就需要进一步修改，制定新的管控措施[5]。目前，煤矿企业采用的风险辨识的方法和理论还不完善和统一[6]。所以辨识出的风险的重要程度还应与实际作业环境相互对照，进行比较修正。

1 AHP-JHA分析方法的提出

JHA分析方法在分析数据的记录和作业步骤的风险评估上还存在着一些不完善之处。文中将结合层次分析法(AHP)的计算原理和JHA的作业分析方法，先辨识风险再使用标度赋值法对风险进行赋值，建立判断矩阵，进行相应的计算，以此确定影响煤矿作业现场的主要风险和次要风险等。

1.1 层次分析法(AHP)

在煤矿作业中，进行作业前危害分析时，风险辨识出的风险是通过风险矩阵进行定性的评估的，这种评估的风险分级通常缺少了可以将其严重程度数值化的定量的因素[7-8]。在对这些风险进行评估时，一定要先对风险进行量化分析，不然仅仅凭借主观判断进行定性分析，则会产生风险误判的可能性。

层次分析法(Analytic Hierarchy Process)是一种将一个目标任务分解成多个层次，再将每个层次定性、定量化的多目标决策的数学方法[9-11]。该方法在我国主要应用在安全工程、环境工程方面。

AHP的3个计算步骤：首先需要建立层次结构：这是层次分析法(AHP)的运算中最为重要的一个步骤，决策者首先需要把复杂的工作任务分解为几个合理的子任务，再将这些子任务详细准确的分解成不同步骤，以此形成不同的层次。对这些层次进行赋值可以构造两两比较的判断矩阵。在赋值这步中，决策者通常按照一定的准则或者方法：先比较2个步骤A和B的重要程度，再根据标度或者其他方法对步骤的重要程度赋予相应的数值[12-15]。根据矩阵的基础运算可以求得最大特征值和特征向量2个关键数据。一般求得这2个数据有2种算法：一个是方根法，另有一个为和积法。这2种计算方法求得的特征向量和最大特征值的计算结果大体一致，不过方根法相比和积法，结果更为准确。在求得2个关键数据后，可以借助一致性检验公式和一致性检验对照表对判断矩阵进行一致性检验。通过准确的赋值和巧妙运用最大特征值和特征向量进行一致性检验，检测出赋值的合理与否，帮助决策者了解自己对于不同方案重要性程度的权重判断是否正确。

1.2 JHA在煤矿应用中需要改进的环节

通过分析作业危害分析法(JHA)在煤矿作业中的应用，认为该方法还存在以下3个可改进的环节。

首先，是分析数据记录工作不完善。煤矿企业在进行JHA分析时，针对一些井下事故发生的频率以及事故可能导致的严重后果均无充分详细的数据记录。缺少数据资料会导致分析者无法对所分析出井下作业风险进行准确的重要程度判断和分级。而导致数据统计资料缺少的根本原因在于大部分煤矿企业并没有认识到统计工作的重要性[16]。同时，有部分的煤矿企业进行层次分析法(JHA)分析井下作业时，JHA分析小组都是由基层的安全员和井下一线作业人员组成的，然而事实上来看，基层安全人员和一线作业人员是很难接触到核心的统计数据资料。

其次，是无法制定出和风险等级相对应的管理措施。当前很多煤矿企业制定的安全管理措施是根据作业步骤的重要程度来制定的，而作业步骤重要程度的判定标准模糊不清。煤矿企业对于安全投入是有限的，如果错误的判断作业步骤的重要程度，就可能导致发生严重的后果的作业步骤因为没有投入足够的安全监管而发生事故[17-19]。因此正确的判定作业步骤的重要程度，以此为根据确定安全投入，制定相应的管理措施是十分有必要的。

最后，煤矿企业没有进行合理的安全培训。当前很多煤矿企业进行安全培训的方法是，直接把作业危害分析出的数据记录表输出下发到井下一线作业人员的手里。然而，事实上一线作业人员很难仅仅通过一张数据记录表学习到与其作业相对应的安全控制措施，更不用说将其良好的应用在实际作业中了。分析其中的根本原因是，许多煤矿企业管理层面没有认识到作业危害分析中的风险辨识和评估以及对应的安全管控措施的主要作用针对管理层在作业前对风险的预估[20]。预估时，可以让一线作业人员参与分析和制定对策，使得分析结果更加贴合实际。

1.3 基于改进方法提出AHP-JHA分析方法

根据以上3个可以改进的环节，提出AHP-JHA分析方法。

为解决统计数据记录的问题，煤矿企业在进行JHA分析前应该做到：明确作业分析范围，落实数据记录责任制度，保证管理层人员参与JHA分析。确认作业范围的工作应由安全检查科和各部门进行沟通协商确定，以方便数据的保存、划分和归类[21]。同时，应当组成专门的JHA小组。小组人员应该矿长或采区负责人指定，并选取一人专门负责做好数据统计工作。以此达到妥善保管数据统计资料和正确划分工作步骤、评估风险的目的。

通常情况下JHA中风险评估这一步是借用风险矩阵或是专家通过经验对步骤中的风险进行评估。这就需要借助人们的主观判断，然而人的主观判断在两两事物之间进行重要程度的判定时较为准确，当需要同时对多个事物的重要度进行判断时，往往容易出错[22]。因此，基于层次分析法的基本原理，将对风险的赋值代入判断矩阵中，求得矩阵的特征向量和最大特征值再检验一致性。如果一致性不合格，则表示赋值不合理，应当通过一致性矫正方法进行矫正，将个别赋值不合理的风险进行重新赋值。如果判断合理，则可以确定每种风险具体的风险分数，使用定性的、定量的方法，清晰明确的展示两两风险之间的重要程度。

煤矿企业如果需要使用JHA分析结果对一线作业人员进行安全培训，首先需要将JHA的核心原理对相关人员进行培训，再将计算出的数值或分级后的作业风险，通过图表等简单明了的方法进行员工安全培训[23]。因此，对于管理层来说，对一线作业人员进行的安全培训应该是由JHA分析表整理出来的可视化的、定量定性的图表。直观简明的告诉井下一线员工各工作步骤的危险程度及相对应的预防措施。

1.4 AHP-JHA在煤矿应用中的可行性和必要性

安全生产的角度考虑影响煤矿企业在安全预防方面的因素，主要是急需解决如何合理配置作业危害监管资源，以达到有效开展作业危害监管工作的目的。作为一种综合评价方法，AHP它能对方案不同层次的权重做出判断，有着能够帮助人们选择最佳方案的优点，基于这一优势，将AHP引入到JHA的研究的前景非常广阔[24]。

2 AHP-JHA分析方法在煤矿作业中的应用实例

为了能全面地开展风险辨识工作，选用AHP-JHA分析方法，结合查阅资料、咨询专家等方法，从采面中具有代表性的作业出发，辨识风险、评估风险。从综采工作面的各种作业中选取设备检修作业中井下更换绞车开关作业进行AHP-JHA作业分析。

2.1 井下更换绞车开关作业前危害分析

针对井下更换绞车开关这一作业过程，按作业步骤的先后顺序，将开工前准备工作任务划分为2个工作任务子领域：确定停电范围、审批停电工作票，确定工作人员准备材料工具；将工作过程划分为 6个工作任务子领域：测瓦斯浓度，联系调度停电，执行停送电制度、挂停电牌，验电、放电，拆线、换开关、接线，检查失爆、完好；将完工后工作任务划分为5个工作任务子领域：测瓦斯浓度，联系调度送电，试运行，清理卫生、工具，巡视设备确认运行正常后离开，见表1.

表1 井下更换绞车开关作业险评估表Table 1 Risk assessment of replacing winch switch under the shaft

2.2 井下更换绞车开关作业风险计算

将井下更换绞车开关作业的13个工作步骤分别设为A1～A13并按照相关的工作规程中的作业标准和历史事故数据等分析其中可能发生的危险，再利用风险水平表对这些风险进行定性的分级，分级结果显示：井下更换绞车开关作业过程存在较高等级风险3个、中级风险4个和低等级风险6个，分级后根据标度法进行赋值，最终得到针对井下更换绞车开关这一作业过程的判断矩阵

A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A115/215/35/315/315/45/35/2512/512/52/32/32/52/32/51/22/3122/5A215/215/35/315/315/45/35/2513/53/23/5113/513/53/413.233/5A33/53/23/5113/513/53/413.233/515/215/35/315/315/45/35/251A43/53/23/5113/513/53/413.233/515/215/35/315/315/45/35/251A54/524/54/34/34/54/34/514/3244/53/53/23/5113/513/53/413.233/5A62/512/52/32/32/52/32/51/22/3122/51/51/21/51/31/31/51/31/51/41/31/211/5A715/215/35/315/315/45/35/251

方根法求特征向量

首先求得M，见表2.

表2 M计算结果

再求得M的13次方根B,见表3.

表3 B计算结果

最后将B归一化得权向量W：Bi/14.266,见表4.

表4 W计算结果

求最大特征值λmax

14.716

一致性检验

根据一致性检验表R.I=1.56

因为C.R<0.1，故检验合格，赋值合理。

根据特征向量W可以进行作业危害步骤排序：A1作业前确定停电范围、A3作业中测瓦斯浓度、A6验电、放电、A8检查防爆设备、A13作业后检查设备确认运行正常>A9作业后测瓦斯浓度>A4作业中联系调度停电、A5执行停送电制度挂停电牌、A7拆线、换开关、接线、A10作业后联系调度送电>A2作业前确定工作人员、准备材料工具、A11作业后设备试运行>A12作业后清理卫生、工具。

结论：更换井下绞车开关的作业中：A2作业前确定工作人员、准备材料工具、A11作业后设备试运行的风险程度是A12作业后清理卫生、工具风险程度的2倍；A4作业中联系调度停电、A5执行停送电制度挂停电牌、A7拆线、换开关、接线、A10作业后联系调度送电的风险程度是A2和A11风险程度的13/9倍；A9作业后测瓦斯浓度风险程度是A4，A5，A7和A10步骤风险程度的19/13倍。

3 结 论

1)文中结合了层次分析法，在对具体作业进行作业危害分析后，通过建立判断矩阵，求出特征向量和最大特征值，得出不同风险重要程度的权重，再对其进行一致性检验，可以计算出估计偏差值较大的作业风险，再使用一致性矫正方法对偏差值较大的作业风险估值进行纠正，为最佳的安全管控措施的选择提供合理的依据，使其直接适用于实际的煤矿作业当中。

2)通过对作业危害分析和层次分析法在煤矿的研究，基于JHA改进提出了AHP-JHA分析方法，将其应用在了井下更换绞车开关作业，量化出了作业中各个步骤的风险程度。

3)AHP-JHA分析方法会先分析出该作业的步骤中可能存在的风险，再对这些风险通过层次分析法(AHP)进行定性定量的评价，对各步骤的重要程度进行排序，确定各作业步骤的权重。它能够把通过一致性检验和修正能在一定程度上能减少个人的主观错误，使评价更加全面、客观、科学化，使监管力量的投入比例更加合理化。