安全人機工程學原理在巷道工程設計中的研究應用

宋 恒，王長軍

(1.廣西中金嶺南礦業有限責任公司， 廣西 來賓市 545900; 2.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012)

安全人機工程學原理在巷道工程設計中的研究應用

宋 恒1，王長軍2

(1.廣西中金嶺南礦業有限責任公司， 廣西 來賓市 545900; 2.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012)

礦山開采機械化程度越來越高，原有的巷道設計無法滿足鏟運機的通行要求，導致經常發生鏟運機與巷道邊幫碰撞。針對該問題，從安全人機工程學的角度出發，對鏟運機與巷道發生碰撞的原因進行分析，并提出改進設計方案，從而降低碰撞事故的發生幾率，確保井下通行安全

安全人機工程學；巷道工程設計；斜坡道；交通信號

礦山開采是傳統行業，自上個世紀五六十年代開始，國內礦山逐步實現機械化開采，隨著近年來礦山開采規模的不斷擴大，越來越多的大型化、專業化及智能化工程設備陸續投入到開采作業中。根據以往技術經驗所做的井巷工程設計，已無法滿足現代化井下設備使用的要求。此外，由于礦山開采設計側重于考慮滿足使用要求，而忽略了作業人員與機械設備及周邊環境之間的協調關系。不僅影響作業人員和設備的運行效率，還可能導致安全事故發生。因此，有必要運用安全人機工程學原理，對礦山井巷工程設計方案進行完善，從減少事故發生，提高工作效率。

1 安全人機工程學概述

安全人機工程學是從安全的角度和著眼點研究人與機關系的一門科學，其立足點放在安全上面，以活動過程中的人實行保護為目的，主要闡述人與機器及環境之間保持怎樣的關系，才能保證人的安全。也就是說，在實現一定的生產效率的同時，如何最大限度的保證人的安全健康與舒適愉快。因此需要從活動者的生理、心理等多方面因素出發，研究能夠保證其安全健康所需采取的方法、手段、設備或其他工程措施。其目的是盡量滿足舒適和安全的使用需要，實現“以人為本”的人性化設計思想。

2 巷道事故原因分析

2.1 事故巷道情況介紹

某礦山采用盤區機械化上向水平分層充填采礦法。井下開采過程中，大量使用鏟運機進行鏟礦及出渣作業。受鏟運機工人操作水平、設備故障及井下作業環境等多方面因素影響，使用鏟運機運輸過程中，經常發生鏟運機與巷道邊幫碰撞，導致設備損壞和人身傷害事故，對井下安全生產構成極大影響。

圖1 碰撞位置示意

該礦山井下-400 m中段N13#穿脈與斜坡道交叉口處(見圖1)曾發生多次鏟運機與巷道邊幫碰撞事故，發生碰撞點主要集中在圖中①和②處，在③和④兩處各發生一起較嚴重的碰撞事故。

2.2 事故原因分析

根據事故輕重程度、碰撞位置及碰撞前鏟運機行駛狀態，筆者對該岔道口2014年發生碰撞事故的情況進行了統計(見表1)。根據事故統計情況可知，鏟運機上行過程中主要與平巷外側邊幫(圖1中①區域)發生碰撞，且多以輕微刮擦為主，僅有一次碰撞在轉彎相反方向的平巷外側(圖1中④區域)；鏟運機下行過程中主要與斜坡道外側邊幫(圖1中②區域)發生碰撞，且碰撞位置集中在鏟運機前輪剛好通過降坡起點處，斜坡下行一段距離后(圖1中③區域)鏟運機與巷道發生碰撞并造成人員受傷。

表1 碰撞事故統計(2014)

針對碰撞事故發生的特點，筆者從巷道設計、設備情況、作業環境及操作工的生理和心理等角度出發，對事故原因進行分析，主要原因有如下幾點：

(1) 巷道設計存在缺陷。該事故岔道口處平巷及斜坡道的設計規格雖然都滿足鏟運機通過的要求，且轉彎處的轉彎半徑略大于鏟運機最小轉彎半徑，但由于鏟運機轉彎后要立即轉入斜坡，因而造成下行時，鏟運機轉彎后直接進入下坡，鏟運機前輪剛好通過降坡起點處，受慣性影響，鏟運機加速下沖，轉向不及時，便容易在斜坡道外側(圖1中②區域)發生碰撞事故；鏟運機上行過程中，操作工往往有加速沖坡的習慣，當以較快車速從斜坡道轉入平巷，又未及時進行減速操作，就容易撞到平巷的外側(圖1中①區域)。

(2) 鏟運機“帶病”作業。該岔道口處發生的碰撞事故中，僅有一例導致人員受傷，經事后調查，事故鏟運機在上一班次使用過程中，操作工已經發現轉向操控裝置存在反應遲鈍現象，但由于維修人員未及時對鏟運機進行檢查維修，接班操作工發機前沒有對鏟運機進行日常安全檢查，直接開機作業。當鏟運機經過轉彎進入斜坡后，方向回正遲緩，導致鏟運機下行一段距離后(圖1中③區域)與巷道邊幫發生碰撞。

(3) 現場作業環境不利因素。該岔道口位于穿脈內，距離主巷較遠，現場照明條件較差，鏟運機通過時主要靠自帶燈光照明；接近轉彎處沒有設置引導性轉向志牌；該斜坡道上下口處沒有交通信號燈，容易發生上、下行鏟運機在斜坡道內相遇情況；斜坡道局部邊幫有裂隙滲水想象，且斜坡道上有少量松渣未及時清理。

(4) 操作人員自身因素影響。操作人員的生理和心理等因素及當班的精神狀態對其操作的準確性和及時性有極大的影響。受人體視覺觀察范圍影響，水平視野最佳識別區為±20°，坐著時垂直視野最佳觀察區域為0°～-15°。操作工在駕駛鏟運機通過該岔道口處時，要同時兼顧轉彎和上、下坡操作，短時間內存在觀察不到位或視覺盲區。此外，根據事故統計情況，發生在中夜班的碰撞事故明顯多于早班，這就與人的生理因素影響密不可分。受生物鐘影響，夜晚和凌晨時人的精力較差，經常從事夜班工作，可能會因睡眠不足導致免疫力降低，呼吸困難和四肢乏力等癥狀。經過對轉彎相反方向的平巷外側(圖1中④區域)發生的碰撞事故的調查，發現當班鏟運機工屬于疲勞駕駛，鏟運機上坡后未及時進行轉向操作，察覺后誤打方向所致。

3 巷道轉彎處的改進設計

針對上述可能導致鏟運機運行中與巷道發生碰撞的原因，提出了基于安全人機工程學的巷道改進設計。新的巷道設計中，著重對以下幾方面進行改進：

(1) 設置緩沖區。在水平巷道轉彎與斜坡道降坡點之間，增設平坡緩沖區，緩沖區長度大于鏟運機長度，便于鏟運機調整車速，并方便操作人員觀察前方行駛路線。

(2) 啟用交通信號指揮系統。在各中段(分段)平巷進入斜坡道前的轉彎入口處，設置交通信號指揮燈，及時反映斜坡道的通行情況，便于即將駛入斜坡道的鏟運機操作人員了解斜坡道的通行情況，提前做出判斷，采取必要的避讓措施或直接通行。

(3) 增加通行引導標識。在井下巷道的轉彎、交叉口及斜坡道出入口處，設置醒目的通行引導標識，并配必要的文字說明，確保人員和車輛安全的同時，提高通行效率。

(4) 改善作業環境。加強對井下巷道尤其是轉彎和交叉口附近的照明管理，既要保證照明充足又不能因為光源安裝不合理對鏟運機操作人員造成不良影響；同時要加強井下巷道和斜坡道的日常清理，避免積水和堆放雜物，影響人員或車輛通行安全。

此外，還要加強鏟運機操作工的技能培訓和日常派班管理工作，要求操作人員能夠掌握設備操作要領及應急處置方法，熟悉井下作業環境；管理人員派班前要對作業人員精神狀態進行確認，確保人員、設備和環境都處于良好狀態，從而保證安全生產。

按改進后的設計方案施工后，井下鏟運機在通過類似交叉口處時與巷道發生碰撞事故明顯減少，且一年多來未發生過人員和車輛傷害事故。

4 結 語

(1) 礦山開采的機械化程度會越來越高，井巷工程設計必須根據開采設備的變化而不斷更新。

(2) 從安全人機工程學角度出發，對鏟運機與巷道發生碰撞事故原因進行分析，并提出了改進的設計方案。

(3) 按改進設計施工的巷道，在滿足使用功能的同時，充分考慮了作業人員與機械設備及周邊環境之間的協調關系，從而達到了通行安全與效率的統一。

[1]張榮立，等.采礦工程設計手冊[M].北京：煤炭工業出版社,2010.

[2]歐陽文昭,廖可兵.安全人機工程學[M].北京：煤炭工業出版社,2002.

[3]陽富強,吳 超.基于人機工程學的銀行ATM設計[J].工業安全與環保2007,33 (3):45-47.

[4]舒 丹.交通信號控制及指揮系統在礦山井下斜坡道的應用[C]//中西部第三屆有色金屬工業發展論壇論文集，2010:86-90.

[5]單文娟,景國勛,劉 軍.安全人機工程學在確定合理巷道斷面尺寸的應用[C]//中國職業安全健康協會2008年學術年會論文集,2008：37-39.

[6]鄭學召，羅振敏，王偉峰.基于安全人機工程學的礦山應急救援多媒體系統設計[J].煤炭工程,2011(07):21-24.

2017-01-07)

宋 恒(1982-)，男，采礦工程師，注冊安全工程師，主要從事礦山開采和安全管理工作,Email：27853930@qq.com。