基于过程方法的煤矿粉尘综合防治评价体系构建及应用

成连华，曹东强，郭慧敏，贺 晨，孟庆颢

（西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西 西安 710054）

煤矿井下主要职业病危害因素中，由职业性粉尘引起的尘肺病占比最高[1]。据统计，自2002年以来，全国每年新发尘肺病患者超过10 000例[2]，2010—2019年全国共累计报告各类职业病新病例271 554例，职业性尘肺病236 584例[3-6]；2016年全国共报告职业性尘肺病新病例27 992例，其中煤炭开采及洗选业尘肺病新病例13 070例，占尘肺病新病例的46.69%[7]。综上所述，目前煤矿粉尘危害形势尤为严峻。因此，构建1套科学合理的煤矿粉尘综合防治评价体系对于引导煤矿企业高效开展各项粉尘综合防治工作具有重要意义。诸多学者开展了煤矿粉尘防治评价体系构建的相关研究。Rabeiy RE采用风险评估模型，运用危害指数法和简单修正法对SGM地区的职业病危害研究[8]；庞成从人员、设备、管理和环境等方面出发构建了煤矿防尘安全综合评价指标体系，运用层次分析法和模糊综合评价法对煤矿防尘工作进行安全评价[9]；佟瑞鹏等运用蒙特卡罗方法和传统方法相结合的健康损害评价方法，通过建立煤尘吸入途径的概率风险评估模型对煤尘定量评估[10-11]；魏勇以某矿的炮掘工作面为研究对象，结合煤矿粉尘防治相关资料和调研数据，确定出评价指标[12]。以上研究从不同角度构建了煤矿粉尘综合防治评价体系但在现有评价体系中，多侧重于煤矿粉尘综合防治的评价方法，评价指标的提出往往只关注于管理因素，对防治技术设计、防尘技术应用等因素关注尚且不足，且指标依据不足、定位不明确、缺乏系统性。鉴于此，将ISO9001质量管理的过程方法引入煤矿粉尘综合防治研究，从粉尘“产-降-防-护”全链条出发，系统地识别出煤矿粉尘综合防治的影响因素，构建煤矿粉尘综合防治评价体系，以期为提升我国煤矿粉尘防治水平提供决策依据。

1 煤矿粉尘综合防治效果评价模型

根据ISO9001质量管理标准，过程方法是系统地识别和管理组织所使用的过程之间相互作用的方法，要求详尽地识别过程并进行严格的管理、控制，以达到预期结果[13]。通过引入ISO9001质量管理的过程方法，分析煤矿粉尘综合防治工作“输入-作业-输出”的全过程，找出煤矿粉尘综合防治主要影响因素，以推动煤矿粉尘综合防治工作的展开。

运用过程方法研究煤矿粉尘综合防治的基本思路是将煤矿粉尘综合防治工作看作是1个系统，煤矿企业通过输入一定的粉尘综合防治资源，促进或抑制煤矿产尘作业活动粉尘防治措施实施，进而影响煤矿粉尘综合防治的输出效果。

应用过程方法对所有产尘作业活动的“输入-作业-输出”的全过程展开分析，从煤尘的“产-降-防-护”全链条出发，建立基于过程方法的煤矿粉尘综合防治效果评价模型。基于过程方法的煤矿粉尘综合防治效果评价模型如图1。

图1 基于过程方法的煤矿粉尘综合防治效果评价模型Fig.1 Assessment model of comprehensive prevention and control effect of coal mine dust based on process method

在煤炭生产过程中，针对输入环节，有原料、人员、设备、防尘技术、防尘资金等要素的输入。在此环节中，通过防尘技术设计、防尘资金投入等从根本上促进防尘技术应用及粉尘管理工作的开展。在产尘作业活动环节，将煤炭开采过程进行详细分解，分析归纳出煤矿生产中涉及采煤作业、掘进作业、打钻作业、运输作业、煤炭洗选等多个产尘作业活动。分析产生煤尘的每个作业活动，在防尘技术应用下，可有效实现粉尘源头控制、运移过程降尘的目的。同时，通过制定粉尘作业规章制度，严格考核防尘职责落实情况，定期组织开展教育培训，从煤矿内外部监督粉尘综合防治工作等措施，实现粉尘防治过程监管；人员防护作为粉尘防护的最后1道防线，其工作主要包含定期组织作业人员进行职业健康检查，向作业人员提供个体防护用品配备等。

在输入和产尘作业活动2个环节中，从煤尘“产-降-防-护”全链条出发采取综合防治措施，这些措施的落实程度，决定作业点粉尘合格率、作业人员满意度等煤矿粉尘综合防治效果的输出。若煤矿粉尘综合防治工作的各项措施落实到位，将极大提升煤矿粉尘综合防治效果，改善作业人员作业环境，符合国家“健康中国2030”战略需求。

2 煤矿粉尘综合防治评价体系构建

2.1 影响因素

1）防尘技术。煤矿企业通过防尘技术设计和防尘技术应用2个方面从根本上推进粉尘综合防治工作的开展。根据煤矿生产开采条件和煤层赋存条件科学设计防尘技术，以优化防尘技术应用效果。现有煤矿主要应用的防尘技术包括降尘技术、减尘技术、除尘技术和通风排尘技术等。在产尘源头，煤层开采之前对其进行钻孔注水，在采煤机、掘进机、打钻机等机械、设备破煤过程中采取内喷雾等减尘措施，实现从煤矿粉尘产生的源头减少煤体的产尘量；在粉尘运移过程中，通过调节风机风速、产尘点风速，在产尘点安设喷头或风流净化水幕等防尘设施，实现粉尘运移过程降尘的目的。

2）粉尘管理。煤矿企业通过制定粉尘防治制度、防尘教育培训、防尘资金投入、职责落实、粉尘监测等防尘管理措施，可优化煤矿企业粉尘作业组织管理方式，提高煤矿粉尘综合防治效果。建立完善的粉尘防治制度，严格考核各级防尘管理人员职责落实情况，并定期组织开展教育培训，提高煤矿领导的重视程度，进一步提升煤矿粉尘作业人员的粉尘防护认知能力和防护技能，从根本上推动煤矿粉尘防治措施的实施。同时，增大防尘资金投入，为煤矿粉尘综合防治工作提供资金支撑，且注重生产作业现场粉尘监测，通过借助粉尘传感器实时监测粉尘浓度，并对监测数据进行定期或实时处理，为粉尘综合防治工作科学决策提供基础数据支撑。

3）外部监督。外部监督可加强煤矿管理者对粉尘防治工作的重视程度，进而从根本上推动煤矿企业各项粉尘防治措施的落实。在煤矿粉尘综合防治工作中，外部监督主要包含政府监督和社会监督2种监督方式。其中，政府在煤矿粉尘防治工作中处于主导地位，其监督具有强制性，一般通过制定的相关政策、法规及标准，加大对违法煤矿的行政处罚力度，促进煤矿粉尘防治工作的有效开展；当前，社会公众对健康问题关注密切，尤其关注于由煤矿粉尘导致的尘肺病，随着社会公众的广泛参与、新媒体的日益普及，使得煤矿企业外部社会舆论压力加大，进而起到对煤矿粉尘综合防治工作的监督。

4）人员防护。人员防护作为煤矿粉尘综合防治的最后1道防线，主要包含防护用品配备、粉尘健康监护、人员防护意识等。提高人员防护意识对煤矿粉尘综合防治工作至关重要，具有较强防护意识的粉尘作业人员，往往会主动采取多种措施进行防护；煤矿企业通过向粉尘作业人员提供便捷、高效的个体防护用品，定期组织作业人员进行职业健康检查，系统检查和分析接尘人员的健康状况，建立粉尘健康监护档案，发现早期健康损害，合理安排作业人员工作岗位，更大限度减少粉尘作业人员接尘量，以保障其在生产作业活动中的安全和健康。

5）防治效果。煤矿粉尘综合防治效果可用作业点粉尘合格率和作业人员满意度来衡量。若煤矿企业针对各产尘作业活动的各项粉尘综合防治措施落实到位，将改善作业人员作业环境，提高作业点粉尘合格率，增强作业人员满意度，从而达到煤矿粉尘综合防治工作的目的。

2.2 评价体系构建

基于过程方法的粉尘综合防治评价效果模型分析，确定出煤矿粉尘综合防治的5个影响因素；且针对目前主要煤矿粉尘防治技术、管理措施等进行现场调研，梳理总结煤矿粉尘防治相关政策、法律法规，找出煤矿粉尘综合防治体系的二级指标，进而构建煤矿粉尘综合防治评价体系。煤矿粉尘综合防治评价体系如图2。

图2 煤矿粉尘综合防治评价体系Fig.2 Assessment system for comprehensive prevention and control of coal mine dust

3 煤矿粉尘综合防治评价方法

3.1 熵权法

熵权法（EWM）是基于信息熵理论客观确定指标权重的方法，其基本思想是随着系统中的信息熵减少，变异程度增加，信息量增多，权重增大，反之权重减小[14]。通过运用熵权法可确定煤矿粉尘综合防治指标权重，具体计算步骤如下：

根据专家评审打分构建初始判断矩阵Xij（i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m），将判断矩阵进行标准化处理后的结果Yij为：

计算指标信息熵Ej：

式中：Pij为指标的评价值权重。

计算指标权重Wj：

3.2 集对分析法

集对分析法（SPA）最初是由赵克勤教授提出的，目前已应用于系统工程、多因素风险评估等多个领域，其核心思想是将确定、不确定性问题视为1个确定-不确定的同异反系统进行分析、处理[15]。因此，运用集对分析法可确定煤矿粉尘综合防治体系中各评价指标的确定、不确定关系。其基本思路是由2个或2个以上集合组成的具有同一性、差异性及对立性（IDC）3种不确定关系的集对，在一定的条件下，它们相互关联、相互影响、相互制约和转化，其同异反联系度μ为：

式中：N为集对中具有的特性总数；S为集对中具有同一度的特性数量；P为集合中具有对立度的特性数量；F为集对中具有差异度的特性数量，F=N-P-S；a为同一度；b为差异度；c为对立度；i为差异度系数，i∈［－1，1］；j为对立度系数，j∈［－1，0］，通常取值为－1。

五元联系数是由集对分析的三元联系数的不确定项拓展得到的1种多元联系数。将五元联系数定义为：

式中：a、b、c、d、e为五元联系数的联系分量；k、l为联系分量系数。

a、b、c、d、e这5个联系分量与评价等级的5个级别相对应，联系分量与评价等级对应关系见表1。

指标的同反异构评价关联模型为：

式中：W为权重向量：R为（IDC）评价矩阵：E为联系度矩阵。

集对势是指在某个需要解决的特定问题下，集合同一度、差异度、对立度大小的对比，在一定程度上反映了集对中2个集合的某种动态演化趋势[16]，分为同势、均势和反势3种集对态势，同势表示总目标发展态势好，均势表示总目标发展态势处于好和差之间，而反势表示总目标发展态势差。由于篇幅所限，现只列举与分析有关的集对态势，五元联系数态势表（部分）见表2，完整的五元联系数态势表见参照文献［17］。

表2 五元联系数态势表（部分）Table 2 Set pair trend of five-unit connection number

4 实例应用

以我国霍州煤电集团汾源煤业有限公司为例展开评价，选取熵权法确定指标权重，结合集对分析法对该矿的粉尘防治状况进行分析评价。将这2种方法混合使用具有可靠性高、客观性强，改善煤矿粉尘综合防治评价过程不确定方面的优势。

4.1 指标权重确定

研究运用熵权法确定评价指标权重，邀请煤矿粉尘防治领域相关学者、工程技术人员及职业健康管理人员等组成的8名专家对评价体系中的各级指标进行打分。将煤矿粉尘综合防治评价指标的影响程度划分为5个等级，以5分为评价标准，具体标准划分为：5分表示“影响很大”，4分表示“影响较大”，3分表示“影响一般”，2分表示“影响较小”，1分表示“影响很小”。基于此，根据式（1）～式（4）建立判断矩阵，进行归一化处理，最终确定出各指标权重。指标权重见表3。

表3计算结果表明：一级指标中，防尘技术权重最大，说明其重要性最高，体现煤矿粉尘源头防治的重要性，而人员防护的重要性最小。根据对比所有二级指标基础权重，政府监督、防尘技术应用、作业人员满意度、防尘技术设计、作业点粉尘合格率、人员防护意识、防尘资金投入的重要性较高，因此，在煤矿粉尘综合防治工作中应优先考虑这些指标，以改善煤矿粉尘作业人员的作业环境，提升作业人员满意度，更有效降低新发尘肺病率。

表3 指标权重Table 3 Index weight

4.2 集对分析法评价分析

为达到煤矿粉尘综合防治体系评价的目的，运用集对分析法进行评价分析。通过邀请该矿粉尘防治相关技术人员6名，对14个二级评价指标进行打分。研究将评价等级分为“好”、“较好”、“一般”、“较差”和“差”5个等级，分别用“A”、“B”、“C”、“D”、“E”表示，运用“均分原则”将联系度μ＝［－1，1］划分为［0.6，1］、［0.2，0.6］、［－0.2，0.2］、［－0.2，－0.6］、［－0.6，－1］5个区间，依次对应煤矿粉尘综合防治状况的“好”、“较好”、“一般”、“较差”和“差”5个等级。专家对项目评价指标的打分情况见表4。

表4 专家对项目评价指标的打分情况Table 4 Experts’scoring of the project’s evaluation indicators

参照表4专家打分情况，使用式（5）～式（7），计算二级指标的评价结果，结合熵权法计算出的权重，进而得到一级指标的五元联系数。不考虑“一般”等级的情况下，即令i＝1，j＝0，k＝－1，l＝－1，计算5个一级指标和总目标的联系数主值，并依据表1五元联系数态势表分析判断各一级指标和总目标的集对势，专家对该项目评价指标的打分情况见表5。

表5 一级评价指标的五元联系系数Table 5 Five-unit connection number coefficient of the first-level evaluation index

根据表5可知，各一级指标联系数主值结果分别为μ1=109，μ2=0.554，μ3=0.910，μ4=.0220，μ5=0.124，进而将5个一级指标的优劣性进行排序：F3>F2>F4>F5>F1，结合表4专家打分情况，分析表明：外部监督的评价等级为“好”，粉尘管理和人员防护的评价等级为“较好”，防治效果与防尘技术的评价等级为“一般”，体现该矿作业点粉尘合格率，对防尘技术设计和应用，防尘资金投入，防护用品配备、粉尘健康监护有待进一步加强。分析各一级指标和总目标的集对态势得出：外部监督和粉尘管理的集对势为同势，防尘技术和防治效果的集对势为均势，人员防护的集对势为反势，总目标的集对势为同势，体现该矿粉尘综合防治工作总体发展态势较好，但在人员防护、防尘技术、防治效果等方面，有待进一步提升。总目标（煤矿粉尘综合防治效果）的综合联系数主值μ＝0.494，处于区间［0.2，0.6］，说明该矿整体粉尘综合防治效果评价等级为“较好”，但要达到“好”的评价等级，仍有较大的提升空间。

评价分析结果与实际该矿粉尘综合防治效果相吻合，并与防治效果指标的评价等级基本一致，表明构建的煤矿粉尘综合防治评价体系具有较强的科学性和实用性，对现场实际应用具有较好指导作用。

5 结 语

1）基于引入ISO9001质量管理的过程方法，对所有产尘作业活动的“输入-作业-输出”展开分析，从煤尘的“产-降-防-护”全链条出发，建立基于过程方法的煤矿粉尘综合防治效果评价模型，找出煤矿粉尘综合防治影响因素，并将这些影响因素的进行系统分析，进而构建出煤矿粉尘综合防治评价体系，包含5个一级指标、14个二级指标。

2）运用熵权法计算煤矿粉尘综合防治评价指标权重，防尘技术的重要性最大，体现煤矿粉尘源头防治的重要性，而人员防护的重要性最小；对比全部二级指标的基础权重，政府监督、防尘技术应用、作业人员满意度、防尘技术设计、作业点粉尘合格率、人员防护意识、防尘资金投入的重要性较高，表明这些指标在煤矿粉尘综合防治工作中应优先考虑。

3）通过应用集对分析法评价分析煤矿粉尘综合防治体系，结果表明：各一级指标联系数主值结果对5个一级指标的优劣性进行排序依次为外部监督、粉尘管理、人员防护、防治效果、防尘技术；总目标的联系数主值处于“较好”的评价等级，且总目标的集对势为同势，体现出该矿粉尘综合防治工作总体发展态势较好，但该矿防尘技术设计和应用、防尘资金投入、防护用品配备、粉尘健康监护等方面有待进一步加强。