煤炭行業(yè)科技創(chuàng)新對(duì)煤礦安全的影響研究

劉 峰

（1.中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)，北京100013；2.中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)，北京100013）

改革開放40 余年以來(lái)，在煤炭行業(yè)科技創(chuàng)新的推動(dòng)下，我國(guó)煤礦安全技術(shù)和管理水平得到了較大提升，百萬(wàn)噸死亡率大幅下降，保障了百萬(wàn)礦工的生命財(cái)產(chǎn)安全，實(shí)現(xiàn)了煤炭行業(yè)的科學(xué)發(fā)展?？萍紕?chuàng)新是一個(gè)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，煤礦安全是一個(gè)系統(tǒng)工程，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)煤礦安全領(lǐng)域的技術(shù)、管理等研究較多，但很少給出量化指標(biāo)來(lái)衡量科技創(chuàng)新對(duì)煤礦安全的推動(dòng)作用，也較少梳理煤礦安全的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系。為此，通過(guò)相關(guān)性分析給出煤炭行業(yè)科技創(chuàng)新（論文發(fā)表數(shù)量、煤炭工業(yè)科技獎(jiǎng)勵(lì)報(bào)獎(jiǎng)數(shù)量、煤炭行業(yè)授權(quán)專利數(shù)量）對(duì)煤礦安全（百萬(wàn)噸死亡率）的影響；同時(shí)，通過(guò)知識(shí)圖譜可視化，分析煤礦安全領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)、研究熱點(diǎn)和研究前沿演進(jìn)過(guò)程，從而得到我國(guó)煤礦安全領(lǐng)域發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)與未來(lái)機(jī)遇，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)煤礦安全領(lǐng)域理論與技術(shù)水平的提升，為我國(guó)學(xué)者提供參考借鑒。

1 科技創(chuàng)新與煤礦安全的相關(guān)關(guān)系

從科技創(chuàng)新的角度分析我國(guó)煤礦安全（百萬(wàn)噸死亡率）及研究的趨勢(shì)，但科技評(píng)價(jià)指標(biāo)眾多，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外科技評(píng)價(jià)指標(biāo)的梳理及行業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)的可獲取性，最終選?。好旱V安全領(lǐng)域論文發(fā)表數(shù)量、煤炭工業(yè)科技獎(jiǎng)勵(lì)報(bào)獎(jiǎng)數(shù)量和煤炭行業(yè)專利授權(quán)數(shù)量3個(gè)指標(biāo)，以此衡量煤炭行業(yè)科技創(chuàng)新與煤礦安全的關(guān)系，經(jīng)統(tǒng)計(jì)1980—2019 年數(shù)據(jù)[1-5]，科技創(chuàng)新與煤礦安全統(tǒng)計(jì)直觀圖如圖1。

圖1 科技創(chuàng)新與煤礦安全統(tǒng)計(jì)直觀圖（1980-2019 年）Fig.1 Visual chart of science and technology innovation and coal mine safety statistics（1980-2019）

從圖1 可知，科技創(chuàng)新與煤礦安全之間的反向關(guān)系，隨著煤礦安全領(lǐng)域論文發(fā)表數(shù)量增多、煤炭工業(yè)科技獎(jiǎng)勵(lì)報(bào)獎(jiǎng)數(shù)量增加和煤炭行業(yè)專利授權(quán)數(shù)量增加，百萬(wàn)噸死亡率隨之逐步降低。

但僅從直觀上分析各個(gè)指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系是不足以說(shuō)明其關(guān)系的強(qiáng)度，也不能作為選取和篩除指標(biāo)的依據(jù)，因此，需要以客觀的統(tǒng)計(jì)方法對(duì)指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系做出說(shuō)明。統(tǒng)計(jì)了自1980 年至2020 年7 月間的相關(guān)數(shù)據(jù)，但為了更好的顯示近狀，特截取2002—2020 年數(shù)據(jù)作為分析對(duì)象，并利用SPSS 統(tǒng)計(jì)分析軟件得出各指標(biāo)間相關(guān)系數(shù)[6]。

百萬(wàn)噸死亡率與煤礦安全論文發(fā)表數(shù)、煤炭科技獎(jiǎng)勵(lì)數(shù)量和煤炭行業(yè)授權(quán)專利數(shù)量的散點(diǎn)圖如圖2。

圖2 百萬(wàn)噸死亡率與煤礦安全論文發(fā)表數(shù)、煤炭科技獎(jiǎng)勵(lì)數(shù)量和煤炭行業(yè)授權(quán)專利數(shù)量的散點(diǎn)圖Fig.2 Scatter chart of million tons mortality rate and coal mine safety papers published, number of coal science and technology awards and number of authorized patents in coal industry

從圖2 可以初步判斷百萬(wàn)噸死亡率與科技創(chuàng)新3 個(gè)指標(biāo)之間呈線性負(fù)相關(guān)，即科技創(chuàng)新水平的提升使得百萬(wàn)噸死亡率降低。圖2 只是直觀的分析了各指標(biāo)間的關(guān)系，為選擇相關(guān)性分析的計(jì)算方法提供依據(jù)。由于數(shù)據(jù)符合Pearson 相關(guān)分析法，所以在SPSS 計(jì)算過(guò)程中選擇Pearson 法[7]。百萬(wàn)噸死亡率與科技創(chuàng)新的3 個(gè)指標(biāo)呈高度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.732、-0.923、-0.849。這說(shuō)明，自2002 年起至今，隨著煤炭工業(yè)科技獎(jiǎng)勵(lì)的申報(bào)數(shù)量的增加，煤礦百萬(wàn)噸死亡率下降，可以說(shuō)，我國(guó)科技工作者將科研成果應(yīng)用到工程實(shí)踐中，提升了煤礦安全生產(chǎn)的水平。其次是煤炭行業(yè)授權(quán)專利和論文發(fā)表數(shù)量都與百萬(wàn)噸死亡率呈現(xiàn)強(qiáng)負(fù)相關(guān)。因此可以說(shuō)明，煤炭行業(yè)科技創(chuàng)新推動(dòng)了技術(shù)發(fā)展，提升了煤礦管理水平，最終使得煤礦安全大幅度提升，百萬(wàn)噸死亡率逐年下降。

2 煤礦安全領(lǐng)域研究的時(shí)空分布

為把握我國(guó)煤礦安全相關(guān)研究的前沿研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)回顧近40 年中文文獻(xiàn)情況，重點(diǎn)分析我國(guó)煤礦安全領(lǐng)域的論文發(fā)文量、主要研究機(jī)構(gòu)分布情況，通過(guò)圖譜可視化分析呈現(xiàn)了我國(guó)煤礦安全領(lǐng)域研究的發(fā)展歷程、熱點(diǎn)主題及發(fā)展方向。

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及分析工具

1）數(shù)據(jù)來(lái)源及處理。數(shù)據(jù)來(lái)源選自中國(guó)學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫(kù)（CNKI）文獻(xiàn)全文數(shù)據(jù)。在CNKI 的高級(jí)檢索中選擇“主題”和“關(guān)鍵詞”檢索，檢索條件為“煤礦安全”，并含“水、火、瓦斯、頂板、煤塵、災(zāi)害、防治”，時(shí)間期限為1980 年至2020 年7 月的中文文獻(xiàn)，剔除新聞宣傳、會(huì)議通知等非研究型文獻(xiàn)后，共獲得7 248 篇有效文獻(xiàn)。

2）方法分析及工具。CiteSpace[8]是陳超美博士等人開發(fā)一種知識(shí)圖譜可視化軟件工具，通過(guò)科學(xué)計(jì)量和聚類分析判斷領(lǐng)域的學(xué)科熱點(diǎn)及前沿。通過(guò)梳理近10 年煤礦安全領(lǐng)域相關(guān)研究及期刊、機(jī)構(gòu)分布，揭示了煤礦安全領(lǐng)域的熱點(diǎn)和前沿研究方向?；贑NKI 數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)煤礦安全領(lǐng)域研究的文獻(xiàn)進(jìn)行了歸類、整理與分析，從發(fā)文量和科研機(jī)構(gòu)2 個(gè)維度闡述了煤礦安全領(lǐng)域研究的動(dòng)態(tài)情況；基于CiteSpace 可視化軟件對(duì)煤礦安全領(lǐng)域的知識(shí)圖譜進(jìn)行了可視化，定量地分析了近10 年來(lái)煤礦安全領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)及其研究現(xiàn)狀。

2.2 時(shí)空?qǐng)D譜分析

2.2.1 時(shí)間研究分布

通過(guò)對(duì)40 多年的檢出文獻(xiàn)的年代分布進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，文獻(xiàn)的年代跨度大。根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)量的分布規(guī)律客觀上反映了我國(guó)煤炭安全領(lǐng)域研究的發(fā)展歷程，大致分為3 個(gè)階段：

1）第1 階段，1980—2002 年。該階段與煤礦安全相關(guān)的論文數(shù)量較少，主要是該時(shí)期，我國(guó)煤炭發(fā)展較慢，更多的關(guān)注煤炭產(chǎn)量，而較少關(guān)注煤炭安全生產(chǎn)。該階段累計(jì)發(fā)表量548 篇。

2）第2 階段，2002—2013 年。該階段為我國(guó)煤炭的“黃金十年”，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)煤炭的需求在該階段顯著的提升，國(guó)家及社會(huì)也將更多的目光投向煤炭行業(yè)，煤炭產(chǎn)量的不斷上升引發(fā)了對(duì)煤礦安全的重視，因此該階段對(duì)煤礦生產(chǎn)及煤礦安全的討論不斷增加，10 年間累計(jì)4 183 篇涉及煤礦安全領(lǐng)域的論文。

3）第3 階段，2014—2020 年。在“黃金十年”過(guò)程中，煤炭開采給國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了重要的支撐作用，但同時(shí)也付出了巨大的代價(jià)。隨著2013 年煤炭市場(chǎng)價(jià)格下跌，“黃金十年”也隨之結(jié)束。國(guó)家及相關(guān)部門相繼出臺(tái)與煤礦安全生產(chǎn)相關(guān)的法規(guī)與政策，這使得煤炭行業(yè)重新思考發(fā)展問(wèn)題。該階段整體論文發(fā)表數(shù)量有所下降，6 年累計(jì)發(fā)表涉及煤礦安全領(lǐng)域論文2 517 篇。

2.2.2 研究機(jī)構(gòu)分布

截取近10 年煤礦安全領(lǐng)域發(fā)文機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)（2010年—2020 年），合并同一單位不同名稱后，根據(jù)機(jī)構(gòu)發(fā)表頻次前5 的為：中煤科工集團(tuán)重慶研究院（127）、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）（82）、河南理工大學(xué)（58）、煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院（53）、中煤科工集團(tuán)常州自動(dòng)化研究院（47）。煤礦安全領(lǐng)域論文發(fā)表頻次機(jī)構(gòu)分布見(jiàn)表1。

表1 煤礦安全領(lǐng)域論文發(fā)表頻次機(jī)構(gòu)分布Table 1 Organization distribution of publication frequency of papers in coal mine safety field

從機(jī)構(gòu)間聯(lián)合研究的分布方面分析，各機(jī)構(gòu)間合作研究較多，體現(xiàn)了煤炭行業(yè)科技工作者之間的密切聯(lián)系與合作，知識(shí)與研究成果的共享充分。如：中煤科工集團(tuán)重慶研究院、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）、河南理工大學(xué)和煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院跨機(jī)構(gòu)研究多，輻射面廣。

3 研究熱點(diǎn)及前沿演進(jìn)

3.1 研究熱點(diǎn)分析

研究熱點(diǎn)是基于對(duì)關(guān)鍵詞的分析。關(guān)鍵詞是反應(yīng)論文主題概念的詞組，聚類后能夠反應(yīng)該領(lǐng)域的主要研究熱點(diǎn)和研究方向。運(yùn)行CiteSpace 中的關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)，煤礦安全關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聚類表見(jiàn)表2。

表2 煤礦安全關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聚類表Table 2 Coal mine safety keywords cooccurrence network clustering table

這些聚類表明了我國(guó)近10 年來(lái)煤礦安全的熱點(diǎn)問(wèn)題現(xiàn)狀：煤礦安全、礦工生命安全、煤礦安全監(jiān)管、ZigBee 技術(shù)、數(shù)值模擬、瓦斯預(yù)測(cè)、抽采量、安全規(guī)程、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、不安全行為、層次分析法、安全對(duì)策。在煤礦安全領(lǐng)域研究中，安全生產(chǎn)、監(jiān)督管理、裝備技術(shù)、安全管理是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，其中瓦斯事故發(fā)生機(jī)理研究、監(jiān)測(cè)、治理和評(píng)估是重點(diǎn)研究方向[9-10]。

3.2 前沿演進(jìn)

通過(guò)對(duì)近10 年（2010—2020 年）數(shù)據(jù)的分析，識(shí)別與追蹤我國(guó)煤礦安全領(lǐng)域的研究方向，提供研究演化動(dòng)態(tài)。數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)知網(wǎng)，因此僅對(duì)突出詞進(jìn)行分析。運(yùn)行CiteSpace 得出煤礦安全引文量最大13 個(gè)關(guān)鍵詞結(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表3。

表3 煤礦安全引文量最大13 個(gè)關(guān)鍵詞結(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistics of 13 key words nodes with the largest number of coal mine safety citations

結(jié)合高突文獻(xiàn)的進(jìn)一步分析，探測(cè)煤礦安全研究關(guān)注的前沿問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)，大致可分為3 個(gè)階段。

1）早期階段（2010—2014 年）。該階段的研究?jī)?nèi)容主要集中在六大系統(tǒng)、瓦斯抽放和煤與瓦斯突出礦井的相關(guān)研究。2010 年，國(guó)務(wù)院23 號(hào)文《國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知》中要求煤礦及非煤礦山安裝監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、井下人員定位系統(tǒng)、緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)、壓風(fēng)自救系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)和通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)等技術(shù)裝備，并于3 年之內(nèi)完成。突出詞與國(guó)家相關(guān)規(guī)定完全一致，說(shuō)明我國(guó)學(xué)者在此階段的研究重要集中在六大系統(tǒng)及瓦斯防治方面。早期前沿階段的研究，為煤礦安全生產(chǎn)的后續(xù)研究奠定了重要的基礎(chǔ)。

2）中期前沿（2013—2016 年）。2013 年國(guó)辦99號(hào)文《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)煤礦安全生產(chǎn)工作的意見(jiàn)》中指出，小煤礦退出、提高準(zhǔn)入制、強(qiáng)化礦長(zhǎng)責(zé)任、提升安全監(jiān)管水平等要求。因此在中期前沿階段，學(xué)者對(duì)我國(guó)煤礦的現(xiàn)狀和安全管理研究較多，為小煤礦退出提供了理論、數(shù)據(jù)和政策的支撐。

3）近期前沿（2015—2020 年）。該階段研究集中在開采裝備提升、災(zāi)害防治體系、監(jiān)控系統(tǒng)和防范措施等方面。主要反應(yīng)了近年來(lái)，行業(yè)內(nèi)不斷關(guān)注裝備技術(shù)、信息化技術(shù)、管理水平對(duì)煤礦安全的作用，其中云計(jì)算、智慧物聯(lián)網(wǎng)、智能化開采及裝備的理論研究及應(yīng)用將成為我國(guó)煤炭安全領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。

4 結(jié) 語(yǔ)

1）煤炭行業(yè)科技創(chuàng)新與煤礦安全生產(chǎn)緊密相關(guān)。從計(jì)量學(xué)角度分析了論文發(fā)表數(shù)量、煤炭工業(yè)科技獎(jiǎng)勵(lì)申報(bào)數(shù)量和專利授權(quán)數(shù)量3 個(gè)方面與煤礦安全的相關(guān)性，表明了科技創(chuàng)新推動(dòng)了煤礦安全，降低了百萬(wàn)噸死亡率。

2）對(duì)于煤礦安全的研究機(jī)構(gòu)較多，但主要集中在中煤科工集團(tuán)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué).北京和中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，雖然存在彼此之間的合作，但部分機(jī)構(gòu)間合作較少，僅存在幾個(gè)主要機(jī)構(gòu)之間。

3）研究熱點(diǎn)集中在安全生產(chǎn)、監(jiān)督管理、裝備技術(shù)、安全管理是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，其中瓦斯事故發(fā)生機(jī)理研究、監(jiān)測(cè)、治理和評(píng)估是重點(diǎn)研究方向。

4）前沿演進(jìn)中分為3 個(gè)階段，但是縱觀3 個(gè)階段呈現(xiàn)出的共性是：煤礦信息化、物聯(lián)網(wǎng)、感知、云計(jì)算、智能化等關(guān)鍵詞貫穿始終，因時(shí)間的推移而呈現(xiàn)出新的形態(tài)。這說(shuō)明，基于煤礦信息化技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)將以更深層次的形態(tài)引領(lǐng)煤炭行業(yè)的發(fā)展方向。