• 대한전기학회
Mobile QR Code QR CODE : The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
  • COPE
  • kcse
  • 한국과학기술단체총연합회
  • 한국학술지인용색인
  • Scopus
  • crossref
  • orcid

  1. (Korean Research Association for the Technology of Electricity and Communication. Korea.)



Coal handling System, Conveyor Belt, AHP(Analytic Hierarchy Process), Risk Assessment

1. 배경 및 필요성

노동부 산재통계(2010년~2019년)에 의하면 우리나라의 산업재해 사망자 수는 매년 천여명 정도 발생하며, 사고유형으로는 추락 및 끼임, 부딪힘 사고가 많이 발생하고 있으며, 2008년부터 2017년까지 화력발전소에서 발생한 산업재해는 추락, 넘어짐, 끼임 등으로 사망 40명과 부상 330명이 발생하였다.

화력발전소에서는 유연탄 운반 시 석탄취급설비(주로, 컨베이어 설비) 공정을 거치게 되며, 위험요인이 비교적 높은 컨베이어를 사용함으로써 설비운전 및 보수 작업 시 위험요인에 노출되기 쉬워 위험요인에 대한 발굴과 위험도를 낮추기 위한 신속한 분석기법이 필요하다.

이를 위해 설비의 현장 문제점과 작업자를 통해 위험요인과 위험정도를 조사하고, 이를 기반으로 계층화분석(AHP)을 통한 위험성에 대한 우선순위를 결정하고 신속한 석탄취급설비의 위험 개선 활동이 가능한 모델링 기법을 개발할 필요성이 있다.

2. 계층화 분석법 적용방안

계층화분석법(AHP : Analytic Hierarchy Process)은 의사결정의 목표나 결정 기준이 복잡한 경우에 상호 관련성이 적은 배타적 대안들을 체계적으로 검증할 수 있는 기법으로, 의사결정 구조화, 이원비교에 의한 가중치 산정, 일관성분석, 수리적 검증이 가능하여 공공부문 사업타당성 검토의 B/C분석에 활용하고 있다.

본 기법은 다양한 기준의 의사결정 문제에 효과적으로 적용되며 의사결정자가 선택할 수 있는 여러 가지 대안들을 체계적으로 우선순위를 정할 수 있으며, 도출된 결과는 일관성 검사를 통해 검증 가능하므로 신뢰성이 매우 높은 분석기법이다.

계층화 분석법은 분석을 위한 문제의 구조화와 계층적 분화(decomposition)를 필요로 한다.

문제의 구조화란 AHP를 적용하기 위해 먼저 문제를 정의하고, 이를 구성하는 중요한 속성 내지는 요소들에 대한 계층화 작업을 수행하는 것이다.

이러한 과정을 통해 다양하게 얽혀있는 요인들을 세분화하고 이원비교 (pairwise comparison)를 통해 수행 가능한 모형으로 구성한다. 모형 내에는 문제의 핵심적요소 및 각 요인별 간의 관계를 표현한다.

계층적 분화란 의사결정자 또는 평가자가 당면하고 있는 문제에 대해 그것을 구성하고 있는 하위 속성이나 요소 등 계층적으로 구분해 내는 것이다.

문제의 계층화는 서로 다른 계층의 요소 간 상호 독립성을 유지해 동 계층의 요소 간 비교가 가능하도록 구성하며, 요소 간의 유기적 관계를 계층적으로 파악함으로써 수많은 의사결정 기준들이 포함된 복잡한 문제에 대해서도 체계적인 분석이 가능하다.

Fig. 1. The AHP of performing procedure

../../Resources/kiee/KIEE.2021.70.5.827/fig1.png

AHP 분석은 문제의 구조화와 계층적 분화의 선 시행이 필요하며, 계층적 분화의 단계와 요소들이 과다하게 구성될 경우에는 비교분석의 어려움을 가중시키고 분석결과의 신뢰성을 저하시킬 수 있으므로 위험성의 간략화가 필요하다.

위험성의 분석을 통한 문제의 구조화 및 계층적 분화가 미흡할 경우에는 비교검토가 어려워져 AHP 시행이 어려울 뿐만 아니라 분석결과의 신뢰성을 확보하기도 어렵다.

따라서 본 연구에서 계층화분석 기법에 대한 모델개발을 위하여 그림 1과 같이 수행하였다.

Table 1. The survey respondents by operating company

설문대상 발전소

조사대상 인원

응답자 인원

aaaa(주)

30

30

bbbb(주)

60

49

cccc(주)

15

15

dddd(주)

15

16

소 계

120

110

Fig. 2. Average years of service for survey respondents

../../Resources/kiee/KIEE.2021.70.5.827/fig2.png

3. 연구 내용

3.1 석탄취급설비의 유해위험요인에 대한 작업자 설문

3.1.1 작업자 설문 대상

석탄취급설비에서 발생하는 유해위험요인에 대한 위험성 정도를 조사하기 위하여 3개 화력발전소내 4개 운전회사의 작업자를 대상으로 2019. 10.28 ~ 11.8(2주간) 설비의 유해위험요인에 대한 위험 정도를 설문 조사하였다.

3.1.2 작업자 설문 분석방법

설문조사 내용은 석탄취급설비에 대한 현장실태를 조사하여 설비공정별, 재해유형별, 현장 작업상태 등을 설문으로 작성하여 조사하였으며, 표본의 일반 현황과 석탄취급설비 실태에 대한 상세분석을 위하여 $SPSS Ver. 26^{1)}$ 을 사용하여 빈도분석 및 기술통계 분석을 시행하였다.

석탄취급설비에 대한 공정별 위험 정도 분석방법으로, 조사자가 위험순위로 응답한 설비별 1순위 1명당 7점~7순위 1명당 1점의 가중점수를 부여하여 위험점수를 산출하고 위험순위를 산출하는 방법으로 표 2와 같이 분석하였다.

Table 2. Response result for risk level by process

 

1순위 (N=110)

2순위 (N=110)

3순위

(N=110)

4순위

(N=109)

5순위

(N=109)

6순위

(N=109)

7순위

(N=107)

백분율

백분율

백분율

백분율

백분율

백분율

백분율

옥내저탄장

11

10.0

12

10.9

15

13.6

12

11.0

8

7.3

33

30.3

19

17.8

옥외저탄장

0

0.0

7

6.4

8

7.3

10

9.2

12

11.0

21

19.3

51

47.7

컨베이어벨트

89

80.9

11

10.0

4

3.6

4

3.7

2

1.8

0

0.0

0

0.0

혼탄설비

1

0.9

38

34.5

14

12.7

13

11.9

25

22.9

9

8.3

7

6.5

SCB설비

3

2.7

23

20.9

37

33.6

19

17.4

16

14.7

6

5.5

6

5.6

TT설비

4

3.6

8

7.3

23

20.9

27

24.8

25

22.9

17

15.6

5

4.7

TR설비

2

1.8

11

10.0

9

8.2

24

22.0

21

19.3

23

21.1

19

17.8

3.1.3 작업자 설문결과 종합

상기와 같은 방법으로 설문내용 분석결과, 석탄취급설비 공정에서 작업자가 위험도가 높다고 느끼는 설비로는 표3과 같이 컨베이어밸트와 SCB설비 등의 순서로 응답하였다.

Table 3. Priority of processes that feel hazardous

설비구분 

컨베이어벨트

SCB설비

(파쇄설비)

혼탄설비

TT설비

옥내 저탄장

TR설비

옥외 저탄장

점수

731

486

457

413

381

349

251

점수순위

1

2

3

4

5

6

7

다음은 작업자가 석탄취급설비의 운전 중 위험도가 높다고 느끼는 재해유형으로는 표 4와 같이 감김/끼임과 충돌/접속 등의 순위로 조사되었다.

Table 4. Rank of risk feeling by injury types

재해 유형 

감김/ 끼임

충돌/ 접속

추락

소음

전도/ 전복

낙하/

비례

접촉 감전

압박/ 진동

절단

점수

102

59

53

50

48

27

19

14

12

점수순위

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Table 5. Ranking of risk factors that feel dangerous when operating equipment

재해 유형 

협착/충돌/추락 등 기계적 요인

분진/소음/조도 등 작업환경 요인

낙탄 및 중량물 등 작업특성 요인

유해가스 등 화학물질 요인

전기설비 감전 등 전기적 요인

점수

100

79

50

43

38

점수순위

1

2

3

4

5

또한 작업자가 석탄취급설비의 운전 및 점검작업시 위험도가 높다고 느끼는 요인으로는 표 5와 같이 협착/충돌/추락 등 기계적 요인의 순서로 조사되었다.

기타 석탄취급설비에서 재해발생 가능성이 높은 작업의 형태로는 이물질 제거 및 청소작업 중 79.1%, 작업자의 안전사고 예방을 위해서는 설비개선 필요성이라고 85.5%가 응답하였다.

3.2 계층화분석(AHP) 기반 위험성평가 전문가 설문조사

3.2.1 계층화분석 설문을 위한 문제의 구조화

계층화분석 기반의 위험성평가를 위한 설문조사는 석탄취급설비 운전회사의 설비 및 운전경험과 기술력이 풍부한 전문가 6명을 위촉하여 실시하였으며, 계층화분석 엑셀시트의 설문내용은 기 조사된 석탄취급설비 작업자 대상의 결과를 유해위험요인별로 문제를 구조화하고 그림 3과 같이 4개 계층으로 분화하여 실시하였다.

Fig. 3. Hierarchical differentiation and structuring for risk assessment

../../Resources/kiee/KIEE.2021.70.5.827/fig3.png

Fig. 4. The process summary figure of coal handling systems

../../Resources/kiee/KIEE.2021.70.5.827/fig4.png

제2계층은 “산업재해예방 안전보건공단의 위험성평가 지침”에서 분류한 23개 재해유형 중 석탄취급설비 작업자 설문조사에서 발생 우려가 크다고 응답한 떨어짐(추락), 넘어짐(전도), 끼임(협착), 무리한 작업, 부딪힘(충돌), 무너짐(붕괴) 등 6개 재해 유형으로 구성하였다.

제3계층은 석탄취급설비의 작업자 설문조사 중 작업환경에 대한 유해요인으로 분석된 유해가스, 낙탄 및 분진, 자연발화, 조명, 석탄 붕괴, 전복, 무리한 동작에 대한 7개 항목으로 구성하였다.

제4계층은 4M 기법 중 설문조사에서 응답수가 미미한 관리적 요인은 제외하고, 인적요인, 기계적요인, 물질 & 환경적요인 3개 항목으로 구성하였다.

3.2.2 전문가 이원비교를 통한 판단

AHP 분석은 계층 내 요소 간의 비교와 특정요소 아래에서 대안 간의 비교로 표 6과 같이 진행하였다. 활용되는 비교의 형식은 이원비교를 사용하며, 이원비교를 통해 요소들 사이의 우선순위 내지는 문제에서 차지하는 영향력의 정도를 표6과 같이 도출하였다.

본 AHP 분석에서는 다수의 요인으로 인한 평가자의 비교검토 어려움과 과다한 점수 할당범위로 인한 혼란을 줄이기 위하여 이원비교(A와 B)의 위험도 측정 시 측정범위를 1부터 5까지의 수치를 사용하여 진행하였다

A가 B보다 중요한 경우에는 1부터 5까지의 점수를 부여하게 하고 A보다 B가 더 중요한 경우에는 1부터 1/5까지의 역수를 부여하도록 하였으며, 시트(Sheet)에서의 AHP 분석 평가방법은 9구간 척도로 평가기준 A와 평가기준 B를 비교하여 상대적으로 얼마만큼 위험한지를 판단 후 해당 항목에 수치로 입력하였다.

Table 6. The pairwise comparison score table of the degree of risk by coal handling system

위험성 이원비교 점수(9점 척도)

언어적 위험성 판단

언어적 위험성 판단

기준 A

5

4

3

2

1

1/2

1/3

1/4

1/5

기준 B

옥내저탄장

5

4

3

2

1

1/2

1/3

1/4

1/5

옥외저탄장

옥내저탄장

5

4

3

2

1

1/2

1/3

1/4

1/5

혼탄설비

옥내저탄장

5

4

3

2

1

1/2

1/3

1/4

1/5

파쇄설비

옥내저탄장

5

4

3

2

1

1/2

1/3

1/4

1/5

TT설비

옥내저탄장

5

4

3

2

1

1/2

1/3

1/4

1/5

TR설비

엑셀 시트(Sheet)를 활용한 전문가 AHP 분석은 Sheet 설문지의 결과 값을 배열로 입력하며, 배열은 대각선을 중심으로 대칭이므로 음영부문의 영역만 입력하도록 하고, 설비공정(제1계층) → 재해유형(제2계층) → 유해요인(제3계층) → 4M기준(제4계층) 순서로 위험정도를 이원비교 형태로 설문하였다.

Table 7. Example of pairwise comparison of the first layer

구분

옥내

저탄장

옥외

저탄장

혼탄

설비

파쇄

설비

TT

설비

TR

설비

옥내저탄장

1.00

3.00

2.00

0.33

2.00

3.00

옥외저탄장

0.33

1.00

0.33

0.20

0.50

0.50

혼탄설비

0.50

3.00

1.00

0.33

1.00

2.00

파쇄설비

3.00

5.00

3.00

1.00

2.00

3.00

TT설비

0.50

2.00

1.00

0.50

1.00

3.00

TR설비

0.33

2.00

0.50

0.33

0.33

1.00

① 제1계층의 구조화분석은 표 7과 같이 석탄취급설비 6개공정에 대한 위험공정 우선순위 결정을 위한 행렬 구조의 Sheet이다. 계량적 비교점수는 “이원비교 예시”에서와 같이 음영셀(15개)내에 숫자로 입력하면, Sheet의 대각선 기준으로 대칭 구조로 역수가 자동 산정되어 점수가 산출된다.

표 7의 석탄취급설비 공정별 위험성 이원비교를 위한 음영 Sheet에 계량적 이원비교 점수를 입력한 결과, 표 8과 같이 상대적 위험도가 파쇄설비, 옥내저탄장 TT설비, 혼탄설비, TR설비, 옥외저탄장 순서로 조사되었다.

Table 8. Results of calculating the relative risk of the first layer (Equipment process)

구분

옥내 저탄장

옥외 저탄장

혼탄 설비

파쇄 설비

TT 설비

TR 설비

상대적

위험도

옥내저탄장

0.18

0.19

0.26

0.12

0.29

0.24

0.21

옥외저탄장

0.06

0.06

0.04

0.07

0.07

0.04

0.06

혼탄설비

0.09

0.19

0.13

0.12

0.15

0.16

0.14

파쇄설비

0.53

0.31

0.38

0.37

0.29

0.24

0.35

TT설비

0.09

0.13

0.13

0.19

0.15

0.24

0.15

TR설비

0.06

0.13

0.06

0.12

0.05

0.08

0.08

열의 합

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

위와 같이 석탄취급설비의 공정별로 전문가 설문에 의한 위험성에 대한 이원비교 결과는 석탄취급설비 작업자를 대상으로 기 설문으로 조사한 표 3에서와 유사하게 위험순위가 조사되었다.

② 다음은 제2계층의 재해유형 분석을 위한 석탄취급설비의 공정별 위험도 1,2순위로 조사된 파쇄설비와 옥내저탄장에서의 재해유형 이원비교 점수를 입력한 결과이다.

1순위인 파쇄설비 공정에서 재해유형별 위험성에 대한 상대적 위험도는 표 9에서와 같이 협착끼임이 상대적으로 높았으며, 비례낙하, 붕괴, 충돌, 전도, 추락의 순서로 위험성 우선순위로 조사되었다.

Table 9. Results of calculating the relative risk of the second-layer (Screen crusher Building)

구분

추락

전도

충돌

비례 낙하

붕괴

협착 끼임

상대적 위험도

추락

0.05

0.03

0.03

0.03

0.04

0.09

0.05

전도

0.16

0.10

0.20

0.07

0.05

0.11

0.12

충돌

0.16

0.05

0.10

0.28

0.05

0.11

0.13

비례 낙하

0.21

0.20

0.05

0.14

0.21

0.15

0.16

붕괴

0.16

0.20

0.20

0.07

0.11

0.09

0.14

협착 끼임

0.26

0.41

0.41

0.41

0.54

0.45

0.41

열의 합

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

2순위인 옥내저탄장 공정에서의 재해유형별 위험성에 대한 상대적 위험도는 표 10에서와 같이 충돌, 협착끼임, 비례낙하, 전도, 추락, 붕괴의 순서로 위험도가 결정되었다.

Table 10. Results of calculating the relative risk of the second-layer (Indoor storage yard)

구분

추락

전도

충돌

비례낙하

붕괴

협착끼임

상대적 위험도

추락

0.06

0.04

0.08

0.04

0.11

0.06

0.06

전도

0.12

0.07

0.08

0.05

0.16

0.06

0.09

충돌

0.30

0.36

0.40

0.44

0.21

0.48

0.37

비례낙하

0.24

0.22

0.13

0.15

0.21

0.12

0.18

붕괴

0.03

0.02

0.10

0.04

0.05

0.05

0.05

협착끼임

0.24

0.29

0.20

0.29

0.26

0.24

0.25

열의 합

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

③ 다음은 제3계층의 유해요인분석을 위하여 제1계층(파쇄설비), 제2계층(1순위 협착끼임)에 대한 이원비교 점수를 입력한 결과, 표 11에서와 같이 무리한 동작, 낙탄 및 분진, 조명, 석탄붕괴, 전복, 유해가스, 자연발화의 위험순위로 결정되었다.

Table 11. Results of calculating the relative risk of the third-layer (Constriction on the SCB)

구분

유해

가스

낙탄 및 분진

자연

발화

조명

석탄

붕괴

전복

무리한 동작

상대적

위험도

유해가스

0.08

0.06

0.13

0.07

0.05

0.04

0.08

0.07

낙탄및분진

0.23

0.17

0.13

0.30

0.31

0.23

0.11

0.21

자연발화

0.03

0.06

0.04

0.03

0.03

0.03

0.07

0.04

조명

0.04

0.09

0.21

0.15

0.21

0.16

0.17

0.14

석탄붕괴

0.16

0.06

0.17

0.07

0.10

0.08

0.17

0.11

전복

0.16

0.06

0.13

0.07

0.10

0.08

0.07

0.09

무리한 동작

0.31

0.51

0.21

0.30

0.21

0.39

0.34

0.32

열의 합

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

또한 제1계층(파쇄설비), 제2계층(2순위 비례낙하)에 대한 이원비교 결과는 표 12와 같이 낙탄 및 분진의 위험도가 높게 조사되었다.

Table 12. The relative risk calculation result by the third-layer analysis (Proportional fall on the SCB)

구분

유해

가스

낙탄 및 분진

자연

발화

조명

석탄

붕괴

전복

무리한 동작

상대적 위험도

유해가스

0.05

0.03

0.08

0.05

0.03

0.03

0.04

0.05

낙탄 및 분진

0.24

0.17

0.17

0.31

0.25

0.26

0.45

0.26

자연발화

0.02

0.04

0.04

0.03

0.03

0.02

0.04

0.03

조명

0.10

0.52

0.13

0.10

0.25

0.17

0.06

0.19

석탄붕괴

0.20

0.09

0.21

0.05

0.13

0.17

0.11

0.14

전복

0.15

0.06

0.17

0.05

0.06

0.09

0.07

0.09

무리한 동작

0.24

0.09

0.21

0.41

0.25

0.26

0.22

0.24

열의 합

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

④ 다음의 제4계층분석은 석탄취급설비의 AHP분석을 위한 공정별/재해유형별/유해요인별 위험성 우선순위를 결정하고, 최종적으로 4M 분류를 이용하여 이원비교를 한 결과는 다음과 같다.

제1계층 1순위(파쇄설비)-제2계층 1순위(협착끼임)- 제3계층 순위(무리한동작)에 대한 제4계층의 4M분류에 따른 이원비교 결과는 표 13과 같이 인적요인이 가장 높게 나타났으며 그 다음은 기계적 요인, 물질환경적요인 순서로 도출되었다.

Table 13. Results of calculating the relative risk of the fourth-layer (4M classifi- cation analysis)

구분

인적요인

기계적 요인

물질환경적요인

상대적 위험도

인적요인

0.55

0.57

0.50

0.54

기계적요인

0.27

0.29

0.33

0.30

물질환경적요인

0.18

0.14

0.17

0.16

열의 합

1.00

1.00

1.00

1.00

3.4 전문가 판단 결과에 따른 결과의 도출

AHP는 일반적으로 다양한 의사결정 요인들 속에서 최적의 방안을 결정짓기 위한 분석 방안으로 단일 결과를 도출하게 되며 종합화된 기반 자료를 통하여 타 방안들과의 정량적 비교는 가능하나 상정된 요인들을 다양하게 검토하기는 어려움이 있다.

이원비교 시 비교우위에 속하지 못한 구성 요인들은 상위 계층과 연계된 검토가 수행되지 않게 되므로 폭넓은 검토가 어려운 한계가 존재하였다.

이러한 문제를 개선하기 위하여 각 위험요인들의 적용을 최대 상대적 위험도를 갖는 1항목이 아닌 계층별 요인들의 상위 20%에 해당하는 항목들을 평가 대상으로 적용하여 단일 결과를 도출함으로써 발생하는 문제점을 개선하도록 전문가로 구성된 위원별 이원비교를 단계별로 수행하고 그 결과를 적용한 결과는 표 14와 같이 조사되었다.

Table 14. As a result of AHP analysis, the top 20% of relative risks

위험순위

제1계층

(설비공정)

제2계층

(재해유형)

제3계층

(유해요인)

제4계층

(4M기준)

1

파쇄설비

협착끼임

무리한 동작

인적요인

2

옥내저탄장

비례낙하

낙탄및분진

기계적요인

3

혼탄설비

붕괴

조명

물질적요인

4

TT설비

전도

석탄붕괴

-

5

TR설비

충돌

전복

-

6

옥외저탄장

추락

유해가스

-

7

-

-

자연발화

-

계층화분석기법(AHP) 결과의 종합화는 상대적 중요도와 위험도를 활용하여 결과를 도출 가능하나, 본 제안된 모델에서는 분석결과가 왜곡될 수 있어 가중치 할당을 통한 종합화를 제안・수행하였다.

일반적인 AHP 분석 시에는 계층별 요소들이 독립적으로 작용 가능하나 본 연구에서 최종 결과로 나타나는 위험 행동은 각 계층별 요소들이 유기적인 관계를 가지고 있다.

또한 이전 계층에서 평가된 우선순위들이 종합화 과정에서 동등한 기준으로 진행될 경우 기존 평가 결과의 왜곡을 유발 가능성이 있다.

다수의 전문가를 통해 도출된 AHP 분석결과를 종합하기 위해서는 각 분석결과별 명확한 우선순위가 필요하므로 위와 같은 별도의 가중치 할당을 통한 종합화를 수행하였다.

Table 15. The derivation and weighting of risky behaviors, examples

위험도 순위

설비

공정

위험성

유해

요인

4M 분류

위험행동

가중치

1

A

a

A`

a`

AaA`a`

0.22

2

B

b

B`

b`

BbB`b`

0.19

3

C

c

C`

c`

CcC`c`

0.17

4

D

d

D`

d`

DdD`d`

0.14

5

E

e

E`

e`

EeE`e`

0.11

6

F

f

F`

f`

FfF`f`

0.08

7

G

g

G`

g`

GgG`g`

0.06

8

H

h

H`

h`

HhH`h`

0.03

표 15에서와 같이 전문가별 계층화분석기법(AHP) 결과에 가중치를 부여하고 종합화를 수행하며 동일 항목에 대해서는 가중치를 가산하여 평가를 수행하였다.

3.4.1 전문가 설문결과 분석

설문 조사된 값을 표 16과 같이 정규화 행렬로의 변환 및 상대적 위험도를 산출하여, 정규화 행렬로의 변환을 통하여 이원비교행렬 각 열의 합을 구한 후 정규화 행렬 각 열의 합이 1이 되는지 확인을 통해 검증하였다.

Table 16. The conversion to normalized matrix

구분

추락

전도

충돌

비례

낙하

붕괴

협착

끼임

추락

0.10

0.10

0.24

0.06

0.19

0.09

전도

0.10

0.10

0.16

0.06

0.19

0.09

충돌

0.03

0.05

0.08

0.42

0.06

0.09

비례낙하

0.25

0.24

0.03

0.14

0.19

0.22

붕괴

0.03

0.03

0.08

0.05

0.06

0.09

협착끼임

0.49

0.48

0.41

0.28

0.31

0.43

열의 합

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

Table 17. The relative risk calculation result

순위

설비공정

상대적 위험도

3

추락

0.13

5

전도

0.11

4

충돌

0.12

2

비례낙하

0.18

6

붕괴

0.06

1

협착끼임

0.40

열의 합

1.00

다음으로는 정규화된 행렬의 각 행 평균을 구한 후 각 행 요소들의 합을 각 행의 요소 개수로 나누어 표 17과 같이 상대적 위험도를 산출하였다.

그리고, 상대적 위험도를 기반으로 순위를 할당하고 순위별 가중치를 부여함으로써 표 18과 같이 위험요인들의 도출 결과를 종합화하였다.

Table 18. The results of deriving risk factors for coal handling systems

순위

설비공정

위험성

유해요인

4M 분류

1

혼탄설비

협착끼임

무리한 동작

인적요인

2

혼탄설비

협착끼임

낙탄및 분진

인적요인

3

혼탄설비

비례낙하

무리한 동작

인적요인

4

혼탄설비

비례낙하

낙탄및분진

기계적요인

5

파쇄설비

협착끼임

무리한 동작

인적요인

6

파쇄설비

협착끼임

낙탄및분진

인적요인

7

파쇄설비

비례낙하

무리한 동작

인적요인

8

파쇄설비

비례낙하

낙탄및분진

기계적요인

이와 같은 분석을 통하여 도출된 결과의 신뢰성 검증을 위하여 일관성 검증을 수행하였다.

일관성 검증은 설문지의 답변이 일관성이 있는지 검토하는 과정으로 일관성지수(CI)와 Random Index(RI)를 이용하여 일관성비율(CR=CI/RI)을 표 19와 같이 계산하는 과정이다.

일관성비율(CR) 값이 0.1이하인 경우 답변에 일관성이 있다고 판단하고 0.1이 넘을 경우 설문을 다시 받거나 결과에서 제외하였다.

Table 19. How to calculate the consistency index

일관성지수 (CI)=

$\dfrac{\lambda_{\max}-n}{n-1}$

CI $PREC$ 0.1 받아들임

CR = CI/RI $PREC$ 0.1 받아들임

*CR : 일치성 비율

*RI : 임의지수(Random Index)

여기서 RI(Random Index, 임의지수)는 행렬 차수별로 100개씩 상반 행렬을 임의로 발생시켜 차수별로 CI를 평균한 값으로 표 20과 같다.

Table 20. The random Index

n

RI

2

0.00

3

0.58

4

0.90

5

1.12

6

1.24

7

1.32

일관성 검증 결과는 위험 행동 목록과 매칭 분석 시행을 통하여 최종 결과를 도출하며, 위험요인 도출 결과를 비교 분석하여 매칭되는 위험 행동을 도출하고 순위별 목록화를 나타낸다.

4. 계층분석기법에 관한 고찰

4.1 AHP 분석결과에 대한 일관성 검사

앞서 제시된 방안과 절차를 활용한 위험성 평가를 수행한 결과를 제시하였으며, 현재 평가결과에는 사고발생 이력을 적용하지 않았다.

이는 본 평가결과와 시스템의 적용 이전 사고 발생 정보를 적용 시 위험성 평가결과의 괴리가 발생하기 때문이다.

평가방안과 시스템의 적용으로 인한 위험성은 적용 전후로 다수 변동 발생 가능성이 예상되므로 시스템 구축을 위한 기반 정보는 현재를 기준으로 설문조사 등을 실시하여 반영하되 사고 발생 이력 등은 시스템 적용 이후 분을 적용하여 개선점을 도출하는 것이 적절할 것으로 판단되었다.

위험성 평가결과를 도출하였으며 표 21과 같다.

Table 21. The risk assessment results of the AHP by expert

설비 공정

위험성

유해요인

4M 분류

위원1

1순위

혼탄 설비

1순위

협착끼임

1순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

낙탄및분진

1순위

인적요인

2순위

비례낙하

1순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

낙탄및분진

1순위

기계적요인

2순위

파쇄 설비

1순위

협착끼임

1순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

낙탄및분진

1순위

인적요인

2순위

비례낙하

1순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

낙탄및분진

1순위

기계적요인

위원2

1순위

TR

설비

1순위

협착끼임

1순위

낙탄및분진

1순위

물질적요인

2순위

무리한 동작

1순위

물질적요인

2순위

전도

1순위

조명

1순위

기계적요인

2순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

옥내 저탄장

1순위

추락

1순위

유해가스

1순위

물질적요인

2순위

자연발화

1순위

물질적요인

2순위

협착끼임

1순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

조명

1순위

기계적요인

위원3

1순위

혼탄 설비

1순위

협착끼임

1순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

낙탄및분진

1순위

물질적요인

2순위

충돌

1순위

낙탄및분진

1순위

기계적요인

2순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

파쇄 설비

1순위

충돌

1순위

무리한 동작

1순위

기계적요인

2순위

낙탄및분진

1순위

기계적요인

2순위

전도

1순위

낙탄및분진

1순위

기계적요인

2순위

유해가스

1순위

물질적요인

위원4

1순위

파쇄

설비

1순위

협착끼임

1순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

낙탄및분진

1순위

인적요인

2순위

비례낙하

1순위

낙탄및분진

1순위

기계적요인

2순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

옥내

저탄장

1순위

충돌

1순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

낙탄및분진

1순위

기계적요인

2순위

협착끼임

1순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

낙탄및분진

1순위

기계적요인

위원5

1순위

파쇄

설비

1순위

협착끼임

1순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

낙탄및분진

1순위

인적요인

2순위

비례낙하

1순위

낙탄및분진

1순위

기계적요인

2순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

옥내 저탄장

1순위

충돌

1순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

낙탄및분진

1순위

기계적요인

2순위

협착끼임

1순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

낙탄및분진

1순위

기계적요인

위원6

1순위

파쇄 설비

1순위

전도

1순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

낙탄및분진

1순위

기계적요인

2순위

충돌

1순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

낙탄및분진

1순위

기계적요인

2순위

TR

설비

1순위

협착끼임

1순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

낙탄및분진

1순위

기계적요인

2순위

충돌

1순위

무리한 동작

1순위

인적요인

2순위

낙탄및분진

1순위

기계적요인

위원별, 계층별 일관성 검사를 수행하였으며 검사 결과는 표 22와 같이 일관성 비율(CR:Consistency ratio)이 0.1 이하이며 결과 지수를 고려 시 매우 높은 수준의 신뢰성 있는 평가가 진행된 것으로 평가되었다.

Table 22. Consistency Index Test Results by Expert

구분

일관성 지수

비고

설문 위원 1

0.01092

설문 위원 2

0.04546

설문 위원 3

0.01763

설문 위원 4

0.01841

설문 위원 5

0.03809

설문 위원 6

0.12327

4.2 AHP분석에 관한 평가결과 종합화

본 연구에서는 다수 전문가를 활용한 계층화분석기법(AHP) 결과의 종합화를 위하여 가중치 할당을 수행하였다.

일반적인 AHP 분석시에는 각 계층별 요소들을 계층화 통하여 독립적으로 작용하도록 유도하였으나 종합화 시에는 위험성 분석결과가 도출되는 위험행동이 각 계층별 요소들과의 유기적인 관계를 가지고 있다.

이러한 문제를 해결하고자 본 논문에서는 표 23과 같이 각 대안별 가중치를 부여하여 종합화를 수행하였으며, 설문에 참여한 전문가들의 평가결과가 동등한 평가 기준에 의해 분석되도록 유도하였다.

표 23과 같이 전문가별 계층화분석기법(AHP) 결과에 가중치를 부여하고 종합화를 수행하며 동일 항목에 대해서는 가중치를 가산하여 평가를 수행하였다.

각 전문가의 평가결과 종합화를 위하여 상위 8개의 결과에 앞서 제시된 가중치를 부여하고 중복 항목은 가산하여 종합화를 수행하였고, 중복 가산항목 16개 결과를 제외한 총 32개 항목을 표 24와 같이 도출하였다.

Table 23. Derivation and weighting of risky behavior

위험도 순위

설비공정

위험성

유해요인

4M 분류

위험행동

가중치

1

A

a

A`

a`

AaA`a`

0.22

2

B

b

B`

b`

BbB`b`

0.19

3

C

c

C`

c`

CcC`c`

0.17

4

D

d

D`

d`

DdD`d`

0.14

5

E

e

E`

e`

EeE`e`

0.11

6

F

f

F`

f`

FfF`f`

0.08

7

G

g

G`

g`

GgG`g`

0.06

8

H

h

H`

h`

HhH`h`

0.03

Table 24. The analysis result of AHP by experts

순위

설비공정

위험성

유해요인

4M 분류

위험지수

백분위

1

파쇄설비

협착끼임

무리한 동작

인적요인

0.56

9.26%

2

파쇄설비

협착끼임

낙탄및분진

인적요인

0.47

7.87%

3

혼탄설비

협착끼임

무리한 동작

인적요인

0.44

7.41%

4

파쇄설비

비례낙하

낙탄및분진

기계적요인

0.36

6.02%

5

파쇄설비

비례낙하

무리한 동작

인적요인

0.33

5.56%

6

파쇄설비

전도

낙탄및분진

기계적요인

0.25

4.17%

7

TR설비

협착끼임

낙탄및분진

물질적요인

0.22

3.70%

8

옥내저탄장

충돌

무리한 동작

인적요인

0.22

3.70%

9

파쇄설비

전도

무리한 동작

인적요인

0.22

3.70%

10

파쇄설비

충돌

낙탄및분진

기계적요인

0.22

3.70%

11

TR설비

협착끼임

무리한 동작

물질적요인

0.19

3.24%

12

혼탄설비

협착끼임

낙탄및분진

물질적요인

0.19

3.24%

13

혼탄설비

협착끼임

낙탄및분진

인적요인

0.19

3.24%

14

TR설비

전도

조명

기계적요인

0.17

2.78%

15

옥내저탄장

충돌

낙탄및분진

기계적요인

0.17

2.78%

16

옥내저탄장

협착끼임

무리한 동작

인적요인

0.17

2.78%

17

파쇄설비

충돌

무리한 동작

인적요인

0.17

2.78%

18

혼탄설비

비례낙하

무리한 동작

인적요인

0.17

2.78%

19

혼탄설비

충돌

낙탄및분진

기계적요인

0.17

2.78%

20

TR설비

전도

무리한 동작

인적요인

0.14

2.31%

21

혼탄설비

비례낙하

낙탄및분진

기계적요인

0.14

2.31%

22

혼탄설비

충돌

무리한 동작

인적요인

0.14

2.31%

23

TR설비

협착끼임

무리한 동작

인적요인

0.11

1.85%

24

옥내저탄장

추락

유해가스

물질적요인

0.11

1.85%

25

파쇄설비

충돌

무리한 동작

기계적요인

0.11

1.85%

26

TR설비

협착끼임

낙탄및분진

기계적요인

0.08

1.39%

27

옥내저탄장

추락

자연발화

물질적요인

0.08

1.39%

28

TR설비

충돌

무리한 동작

인적요인

0.06

0.93%

29

옥내저탄장

협착끼임

낙탄및분진

기계적요인

0.06

0.93%

30

TR설비

충돌

낙탄및분진

기계적요인

0.03

0.46%

31

옥내저탄장

협착끼임

조명

기계적요인

0.03

0.46%

32

파쇄설비

전도

유해가스

물질적요인

0.03

0.46%

평가 결과, 위험성 1 ~ 10순위에 속하는 위험들이 전체의 약 55%를 차지하고 있었으며 파쇄설비의 위험성이 다소 높은 것으로 확인되었다.

파쇄설비에서는 작업자의 무리한 동작으로 인한 협착, 끼임, 낙하, 전도 등의 위험성이 매우 높은 것으로 확인이 되었으며, 파쇄설비에서의 인적요인으로 발생 가능한 위험 행동은 교육 등을 통해 위험성 감소가 가능할 것으로 본다.

또한, 제안된 위험성 평가결과의 활용성을 높이기 위하여 표 25와 같이 위험성 평가결과와 위험 행동과의 매칭 분석을 수행하였다.

Table 25. Matching result of risk assessment and risk behavior

순위

설비

공정

위험성

유해

요인

4M 분류

위험행동 도출 내용

1

파쇄

설비

협착

끼임

무리한 동작

인적

요인

∙컨베이어의 Pully 및 Idler 점검시 회전체에 의하여 협착이 발생할 위험성

∙컨베이어밸트 하부의 낙탄을 제거하기 위해 몸을 구부려서 밸트 하부로 몸을 넣어야 하는 위험성

∙컨베이어밸트 하부에 쌓인 낙탄 제거시 장갑 또는 작업복의 옷소매 등이 딸려 들어 갈 위험성

∙컨베이어밸트 하부에 쌓인 낙탄을 제거하기 위해 운전 중에도 제거작업을 해야 하는 긴급한 경우의 위험성

2

파쇄

설비

협착

끼임

낙탄

및 분진

인적

요인

∙컨베이어의 Pully 및 Idler 하부의 낙탄 제거시 끼임현상이 발생할 위험성

∙컨베이어밸트 단위설비로부터 하부에 누적되는 낙탄으로 인해 근무자가 위험에 노출될 위험성

3

혼탄

설비

협착

끼임

무리한 동작

인적

요인

∙컨베이어의 Pully 및 Idler 점검시 회전체에 의하여 협착이 발생할 위험성

∙컨베이어의 Pully 및 Idler 하부의 낙탄 제거시 끼임현상이 발생할 위험성

∙컨베이어밸트 단위설비로부터 하부에 누적되는 낙탄으로 인해 근무자가 위험에 노출될 위험성

∙컨베이어밸트 하부의 낙탄을 제거하기 위해 몸을 구부려서 밸트 하부로 몸을 넣어야 하는 위험성

∙컨베이어밸트 하부에 쌓인 낙탄 제거시 장갑 또는 작업복의 옷소매 등이 딸려 들어 갈 위험성

∙컨베이어밸트 하부에 쌓인 낙탄을 제거하기 위해 운전 중에도 제거작업을 해야 하는 긴급한 경우의 위험성

4

파쇄

설비

비례

낙하

낙탄

및 분진

기계적

요인

∙SCB 설비내에서 석탄 이송시 사이드 스컷의 파손으로 다량의 낙탄이 발생하는 위험성

∙SCB 설비내 스크린설비의 상부에 경석이 끼여 석탄이 고착되는 위험성

∙SCB 설비내 Crusher 배출구가 많은 경석에 의하여 막힘현상이 발생하는 위험성

∙SCB 설비내 Crusher 에 커다란 경석 또는 철편이 끼어 있는 경우의 위험성

∙SCB 설비 하부의 경석 배출구의 상태점검시 Shut의 막힘 현상이 발생되는 경우의 위험성

5

파쇄

설비

비례

낙하

무리한 동작

인적요인

∙SCB 설비내 Crusher 배출구의 막힘을 확인하기 위하여 점검창을 열고 내부를 점검하는 동안 경석이 튀어 올라 근무자에게 유해를 주는 위험성

∙SCB 설비내에서 Pully 내부에 낙탄상태를 점검창을 열고 점검하는 경우의 위험성

∙SCB 설비내 스크린설비에 걸려있는 경석 및 고착탄을 쇠꼬챙이로 제거하는 경우의 위험성

∙SCB 설비내 Crusher 배출구가 경석으로 막혔을 경우 손을 집어 넣어 제거작업을 하는 위험성

8

옥내

저탄장

충돌

무리한 동작

인적요인

∙옥내저탄장 하역설비 운전중 설비가 다른 물체와의 충돌 위험성

∙옥내저탄장 상탄설비(Reclaimer)의 Cell간 이동시 다른 설비와 충돌 위험성

* 6, 7, 9, 10 : Risk behavior needs to be additionally derived and applied.

5. 결 론

석탄이송설비에 대해 계층화분석기법(AHP)을 활용한 평가결과는 위험행동 매칭 분석결과는 작업자 대상으로 실시한 설문과 유사한 결과를 확인하였으며, 석탄취급설비의 공정에서는 컨베이어벨트에서의 작업자 행동이 가장 위험한 것으로 상호 교차 분석을 통하여 확인 가능하였다.

설문결과 석탄취급설비에서 작업자가 느끼는 위험설비의 우선순위는 컨베이어벨트, 파쇄설비(SCB), 혼탄(BB)설비, TT설비, 옥내저탄장, 옥외저탄장 공정으로 응답하였으며, 전문가를 통한 계층분석(AHP) 결과에서도 위험공정으로 컨베이터벨트와 동일선상에 위치한 파쇄설비, 혼탄설비, 옥내저탄장공정순서로 분석결과가 나타났다.

제안된 계층분석기법(AHP)의 위험성 평가를 통한 결과와 현장에서 수행한 설문조사의 교차 분석결과가 거의 일치하는 것으로 나타남에 따라 본 제안 방안의 유효성 검증이 가능하다고 판단되었다.

본 연구를 적용하여 재해 발생 여부 및 발생상태를 지속적으로 확인시 개선 성과에 대한 정량적인 평가도 가능할 것으로 예상된다.

시스템의 머신러닝을 통한 위험성 평가는 재해발생 이력 또는 안전 조치시 반영되며 기타 설비운영 방안의 변화 등에 대해서는 전문가를 통한 분석 필요성이 있다.

본 연구에서 수행된 계층분석기법(AHP) 위험성 평가결과에서 일관성 비율이 매우 높게 나오고 대상 설비와 공정이 유사하게 나오는 것을 감안 하면 현장 특성에 따른 영향은 미약한 것으로 생각되고 소규모 그룹의 평가로도 활용 가능성은 매우 크다고 판단된다.

제안된 위험성 평가의 지속적인 운영을 위하여 석탄취급설비 해당 공정의 위험 행동 예방을 위한 교육 및 조치를 위한 활용기법으로 AHP기법을 활용한 위험성 평가는 나름대로 의미 있는 연구로 확인하였다.

부 록

1) 사회과학분야의 통계 분석을 위해 사용할 목적으로 개발된 통계 분석 프로그램(Statistical Package for the Social Sciences)으로 1968년 처음 개발되어 SPSS Inc.가 2009년까지 개발해오다 IBM에 흡수되어 사용하는 2019년 개발된 프로그램임

Acknowledgements

This research was conducted by the Ministry of Trade, Industry and Energy and power generation companies from 2019 to 2021 (24 months). We are grateful to the relevant department of ministries.

References

1 
Ji-tae Song, Jun-won Lee, August 2017, Risk assessment and analysis method based on PSM(Process Safety Management) and ORA(Off-site Risk Assessment), Seongandang, pp. 434-447Google Search
2 
studies Informatios Service Systems Korean, 2020, The Law of Occupational Safety and Health, Book Publishing Construc- tion Information CompanyGoogle Search
3 
Jeong Jinwoo, August 2020, Theory of Industrial Safety Management, Joongang economic co, pp. 157-161Google Search
4 
Disaster Management Research Institute National, December 2018, Develop- ment of the Risk Assessment Technique for Social Disasters of buildings, pp. 38-43Google Search
5 
Occupational Safety and Health Research Institute The, November 2009, Research on safety management system and safety model of skyscrapers, pp. 42-61Google Search
6 
Investment Management Center Public, December 2001, A research on Multi-Criteria Analysis Methods for Preliminary Feasibility Study, pp. 33-61Google Search
7 
Jeongmin Kim, Jong-Bin Lee, Seong Rok Chang, October 2017, Risk Level Analysis of Architectural Work using AHP, Journal of the Korean Society of Safety, Vol. 32, No. 5, pp. 96-102DOI
8 
Ji-Tae Song, 2017, Risk Assessment and Analysis Method, Seong Andang, pp. 436-437Google Search
9 
Jae-Woo Park, Seok Kim, 2015, Development of Importance Evaluation System for National Major Infrastructures using AHP Method, Journal of The Korea Contents Society, Vol. 15, No. 15, pp. 532-543DOI
10 
Occupational Safety and Health Research Institute The, June 2006, The quantitative study of the risk index in the bridge construction, pp. 131-153Google Search

저자소개

김효진 (Hyo-Jin Kim)
../../Resources/kiee/KIEE.2021.70.5.827/au1.png

2012 Seoul National University of Science and Technology Ph.

1992-2017: Korea Electrical Contractions As- sociation

2017-present: Korean Research Association for the Technology of Electricity and Communication.

E-mail : hjkim7749@naver.com

양완섭 (Wan-Sub Yang)
../../Resources/kiee/KIEE.2021.70.5.827/au2.png

1986 Graduated from Myongji University, Depart- ment of Chemical Engineering

1986-2018: Korea Electric Power Corporation

2019-present: Korean Research Association for the Technology of Electricity and Communication.

E-mail : yangwans@hanmail.net

배석명 (Seok-Myung Bai)
../../Resources/kiee/KIEE.2021.70.5.827/au3.png

2008 Kwangwoon University Graduate School of Information and Communication Electric Power IT Course Completion

1981-2016: Korea Electrical Safety Corporation

2018-present: Korean Research Association for the Technology of Electricity and Communi- cation.

E-mail : s11myong@naver.com

강동구 (Dong-Koo Kang)
../../Resources/kiee/KIEE.2021.70.5.827/au4.png

2011 Dankook University Graduate School of Business Master's Degree

2004~2018 Dongil Architecture, Mooyoung CM

2019-present: Korean Research Association for the Technology of Electricity and Communi- cation.

E-mail : kangdongku@naver.com