大數(shù)據(jù)時代煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理模式研究

安全風(fēng)險(xiǎn)識別及響應(yīng)滯后是導(dǎo)致煤礦事故發(fā)生的主要原因之一[1]。隨著5G、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)快速發(fā)展，煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)正處在復(fù)雜性強(qiáng)且耦合性高的新環(huán)境之中，使得煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)防控不確定性增加，給煤礦風(fēng)險(xiǎn)治理工作帶來了巨大挑戰(zhàn)[2]。傳統(tǒng)以反饋響應(yīng)為主的風(fēng)險(xiǎn)治理模式存在識別速度慢、通信滯后、缺乏精準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)控制和智能決策等問題[3]，無法滿足大數(shù)據(jù)時代煤礦企業(yè)快速識別不同風(fēng)險(xiǎn)的安全需求。因此，研究大數(shù)據(jù)時代煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理模式有重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對煤礦進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)治理逐漸被國內(nèi)外學(xué)者重視起來。Liu 等[1]探究了井下煤礦風(fēng)險(xiǎn)源，指出風(fēng)險(xiǎn)識別是井下煤礦風(fēng)險(xiǎn)治理的基礎(chǔ)與條件，風(fēng)險(xiǎn)因素是由隱患的不安全狀態(tài)構(gòu)成；Cheng 等[4]結(jié)合CCMER 模型對煤礦內(nèi)部進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制，指出計(jì)算機(jī)開發(fā)程序?qū)︼L(fēng)險(xiǎn)治理的重要性；毛善君等[5]指出大數(shù)據(jù)為煤礦安全管理工作提供新的管理模式，有助于提高煤礦生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程的動態(tài)安全診斷；疏禮春[6]結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建煤礦風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測平臺，推動了大數(shù)據(jù)時代下風(fēng)險(xiǎn)治理模式研究的進(jìn)程。但現(xiàn)有研究將風(fēng)險(xiǎn)生命周期與風(fēng)險(xiǎn)治理手段相互結(jié)合尚少；且現(xiàn)有治理模式缺乏科學(xué)的理論基礎(chǔ)，無法快速應(yīng)對不斷變化的風(fēng)險(xiǎn)，數(shù)據(jù)驅(qū)動的風(fēng)險(xiǎn)治理模式亟待深入探究。鑒于此，基于生命周期理論與災(zāi)害致因理論，以煤礦風(fēng)險(xiǎn)因素為研究對象，將風(fēng)險(xiǎn)防范和應(yīng)急處置有效整合，構(gòu)建了大數(shù)據(jù)時代煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理模式，以期達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)治理“超前識別、超前控制”的目的，從而保障煤礦系統(tǒng)安全性。

1 煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理現(xiàn)狀

自2019 年國家發(fā)展改革委、國家能源局等8 部委聯(lián)合制定發(fā)布《國家煤礦安監(jiān)局關(guān)于加快推進(jìn)煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的指導(dǎo)意見》以來[7]，部分學(xué)者構(gòu)建了“云邊端三級”治理模式架構(gòu)[6-8]。該模式由邊緣端、云端與應(yīng)用端3 部分組成，其中三級指區(qū)域、煤礦、集團(tuán)3 個治理主體。因新興技術(shù)向煤礦生產(chǎn)層面的滲透，該模式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集交換功能，保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和客觀性。但各個平臺之間未進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，致使煤礦風(fēng)險(xiǎn)治理出現(xiàn)層級割裂狀況；難以保障治理主體在面對煤礦安全事件時的資源分配與響應(yīng)效率[9]，導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)治理的實(shí)際效果欠佳。

隨著數(shù)據(jù)時代的進(jìn)一步到來，煤礦風(fēng)險(xiǎn)的不確定性在人機(jī)交互作用下極易產(chǎn)生新風(fēng)險(xiǎn)[10]，且傳播速度更快傳播途徑更廣。在此時代背景下，煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)周而復(fù)始，在不同階段、不同地域范圍內(nèi)反復(fù)發(fā)生，風(fēng)險(xiǎn)的不確定性和生命周期性特征更加明顯。但現(xiàn)行治理模式設(shè)計(jì)并沒有完全契合煤礦風(fēng)險(xiǎn)的生命周期，存在一定缺陷。一方面，容易導(dǎo)致治理主體難以快速識別煤礦中存在的隱患；另一方面，導(dǎo)致在面對煤礦突發(fā)事件時難以及時控制風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)而引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)疊加效應(yīng)[11]?？梢?，現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)治理模式已不適合煤礦安全的需要，亟須探尋新的風(fēng)險(xiǎn)治理模式。

2 煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理模式構(gòu)建理論基礎(chǔ)

大數(shù)據(jù)時代煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理模式的有效運(yùn)行需要災(zāi)害成因理論與全生命周期理論的支撐。風(fēng)險(xiǎn)因素作為鏈接隱患與風(fēng)險(xiǎn)治理的紐帶，加快了風(fēng)險(xiǎn)的識別、控制、應(yīng)急等治理進(jìn)程，使風(fēng)險(xiǎn)治理變得有據(jù)可循。因此，在煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理模式中建立對風(fēng)險(xiǎn)因素的分析，采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)治理手段是十分必要的。

1）災(zāi)害成因理論?；谥袊こ淘菏糠毒S澄提出的公共安全三角形理論，通過類比方法運(yùn)用到煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理中的理論。該理論包括隱患、風(fēng)險(xiǎn)因素和治理手段3 類元素。通過對人、機(jī)、環(huán)、管等風(fēng)險(xiǎn)因素具體地識別，找出對應(yīng)的隱患（不安全行為、不安全狀態(tài)），結(jié)合治理手段對風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行有效治理。例如對人的風(fēng)險(xiǎn)識別，找出人員疲勞（不安全狀態(tài)）這個隱患，然后結(jié)合相應(yīng)的治理措施，對人員風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行控制。

2）全生命周期理論。將煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)演化的生命周期劃分為風(fēng)險(xiǎn)形成（孕險(xiǎn)階段）、風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展（成險(xiǎn)階段）與風(fēng)險(xiǎn)衰退（致災(zāi)階段）3 個階段[12]。根據(jù)煤礦安全事故發(fā)生的機(jī)理[1]，要從根本上預(yù)防煤礦事故發(fā)生：首先應(yīng)最大限度地識別風(fēng)險(xiǎn)；其次采取措施將已識別的風(fēng)險(xiǎn)變得不受控制的可能性降至最低；最后實(shí)施應(yīng)急措施將不受控制的風(fēng)險(xiǎn)造成的事故概率降到最低。因此風(fēng)險(xiǎn)治理措施在對應(yīng)的時間維度上分為風(fēng)險(xiǎn)識別、風(fēng)險(xiǎn)管控、應(yīng)急管理3 個部分。

基于此，形象化地表達(dá)煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)，構(gòu)建煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)演化模型。借助機(jī)器學(xué)習(xí)、遺傳算法等科學(xué)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、信息化的風(fēng)險(xiǎn)演化模型；進(jìn)而運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)手段剖析各種風(fēng)險(xiǎn)因素，對處于不同階段的風(fēng)險(xiǎn)因素采取有針對性的治理措施，使不同狀態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)在適當(dāng)?shù)臅r間和地點(diǎn)由治理主體通過適當(dāng)?shù)氖侄芜M(jìn)行防范與控制；從而最大限度地減少風(fēng)險(xiǎn)造成的潛在損失，保障煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理模式

3.1 煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理模式概況

煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理模式是整個煤礦系統(tǒng)安全的重要保障。該模式主要理念為：①借助大數(shù)據(jù)技術(shù)手段對煤礦風(fēng)險(xiǎn)因素實(shí)施全面的實(shí)時監(jiān)控，以獲取煤礦風(fēng)險(xiǎn)因素（人、機(jī)、環(huán)、管）數(shù)據(jù)，據(jù)此對隱患進(jìn)行全面排查，預(yù)防各類突發(fā)安全事件的發(fā)生，形成煤礦安全的第一道防線[12]；②運(yùn)用生命周期理論與災(zāi)害成因理論，對煤礦風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和智能決策，以此提供合理有效地控制措施，保障快速精準(zhǔn)控制事件；③在數(shù)據(jù)智能決策的基礎(chǔ)上執(zhí)行應(yīng)急措施管理，中斷風(fēng)險(xiǎn)演化，從而防止人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理模式的優(yōu)劣直接關(guān)聯(lián)著整個煤礦系統(tǒng)安全，更直接影響了煤礦安全事件的預(yù)防和控制[13-14]?；谝陨险J(rèn)識，構(gòu)建的大數(shù)據(jù)時代煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理模式如圖1。

圖1 煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理模式Fig.1 Coal mine safety risk management model

煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理模式由4 個治理主體和3 個子系統(tǒng)（數(shù)據(jù)感知子系統(tǒng)、分析子系統(tǒng)、服務(wù)子系統(tǒng)）組成。具體而言：形成以“煤礦安全技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)、煤礦企業(yè)、煤礦集團(tuán)、煤監(jiān)局”為主的4 個治理主體。煤礦安全技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)提供相關(guān)安全技術(shù)指導(dǎo)，煤礦企業(yè)與煤礦集團(tuán)做好風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測與管理制度設(shè)計(jì)，煤監(jiān)局為煤礦產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)治理做好頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌規(guī)劃[15]。四方主體動態(tài)協(xié)調(diào)聯(lián)動，運(yùn)用子系統(tǒng)平臺共同參與煤礦風(fēng)險(xiǎn)治理。治理主體與各個子系統(tǒng)之間層級反饋，促使整個煤礦系統(tǒng)形成客觀的風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知，從而保障對風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時識別與快速控制。3 個子系統(tǒng)細(xì)分為7 個層次：數(shù)據(jù)感知層、數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)分析層、風(fēng)險(xiǎn)識別層、風(fēng)險(xiǎn)控制層、應(yīng)急處置層。其中，數(shù)據(jù)感知層、數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)分析層是煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理的支撐體系，是煤礦風(fēng)險(xiǎn)治理的基礎(chǔ); 風(fēng)險(xiǎn)識別層、風(fēng)險(xiǎn)控制層、和應(yīng)急處置層是煤礦風(fēng)險(xiǎn)治理的核心體現(xiàn)。

3.2 煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理數(shù)據(jù)感知子系統(tǒng)

煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理數(shù)據(jù)感知子系統(tǒng)是煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理模式的基礎(chǔ)。通過數(shù)據(jù)感知層、采集層對風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，為煤礦風(fēng)險(xiǎn)治理的識別和決策提供大量的數(shù)據(jù)資源。數(shù)據(jù)感知來源主要分為4個方面：①人的感知：如人員定位、人員疲勞程度等感知；②機(jī)器感知：如采煤設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備等；③外部環(huán)境感知：如煤礦地質(zhì)、瓦斯含量、頂板離層等；④管理制度感知：如安全監(jiān)察執(zhí)行文件、管理制度文件等。數(shù)據(jù)采集層通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、ETL 系統(tǒng)對煤礦風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行實(shí)時采集監(jiān)測，并在傳遞過程中進(jìn)行動態(tài)反饋，通過已掌握的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)對煤礦風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行超前識別，確保風(fēng)險(xiǎn)治理手段的有效實(shí)施。

3.3 煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)

煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)是數(shù)據(jù)整合加工的成果。數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)處理層與數(shù)據(jù)分析層，遵循處理→計(jì)算→分析的流程。首先，底層統(tǒng)一接入煤礦工作人員、煤礦設(shè)備、煤礦內(nèi)部環(huán)境、煤礦監(jiān)測等數(shù)據(jù)并進(jìn)行過濾清洗，通過語言處理對不同類型數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的格式處理。然后采用機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、分析，挖掘隱含在數(shù)據(jù)中有價值的風(fēng)險(xiǎn)因素?cái)?shù)據(jù)。同時，依托可視化技術(shù)，借助傳感器系統(tǒng)、辦公網(wǎng)絡(luò)將風(fēng)險(xiǎn)因素?cái)?shù)據(jù)直接傳達(dá)給每一位管理者。最后，各個監(jiān)測設(shè)備通過整個治理過程不斷地對數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋分析，保障對風(fēng)險(xiǎn)因素的實(shí)時控制。

3.4 煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)

煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)是煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)治理模式的核心。數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)包括風(fēng)險(xiǎn)識別層、風(fēng)險(xiǎn)控制層、應(yīng)急處置層3 個部分。

1）風(fēng)險(xiǎn)識別模塊首先應(yīng)建立以風(fēng)險(xiǎn)信息和安全情報(bào)為基礎(chǔ)的綜合性治理體系，真正充分發(fā)揮和高度重視情報(bào)分析的支持職能，實(shí)現(xiàn)基于“數(shù)據(jù)-信息-情報(bào)”信息鏈的管理工作系統(tǒng)。然后對煤礦中隱患進(jìn)行細(xì)致排查，分析隱患可能導(dǎo)致的后果，預(yù)測煤礦生產(chǎn)的安全態(tài)勢，從而為治理主體提供超前的緩沖時間。

2）風(fēng)險(xiǎn)管控模塊是根據(jù)煤礦安全發(fā)展趨勢，運(yùn)用科學(xué)、合理的方法對已識別風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行等級劃分。依據(jù)劃分結(jié)果進(jìn)行分級管理，并采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)治理主體對風(fēng)險(xiǎn)因素的超前控制。例如，在風(fēng)險(xiǎn)管控中建立安全仿真模型指導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)等級劃分，通過智能算法采取相應(yīng)的管控措施。

3）應(yīng)急處置模塊分為應(yīng)急決策、應(yīng)急響應(yīng)與應(yīng)急恢復(fù)3 個部分。首先依據(jù)實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)檢索，匹配相應(yīng)的應(yīng)急決策；然后治理主體動態(tài)聯(lián)動，調(diào)配資源，快速響應(yīng)；最后基于實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)測次生災(zāi)害的發(fā)生，為治理主體提供有關(guān)煤礦安全事件的發(fā)展趨勢、發(fā)生次生事件的可能性以及煤礦安全的防控建議；從而中斷事件的發(fā)生，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，保障煤礦系統(tǒng)安全性。

4 結(jié) 語

在深入探究大數(shù)據(jù)技術(shù)和方法基礎(chǔ)上，將風(fēng)險(xiǎn)防范與應(yīng)急處置相融合，構(gòu)建了“數(shù)據(jù)感知-數(shù)據(jù)分析-數(shù)據(jù)服務(wù)”的安全風(fēng)險(xiǎn)治理模式，為煤礦系統(tǒng)日常風(fēng)險(xiǎn)識別，風(fēng)險(xiǎn)控制，應(yīng)急決策提供有力依據(jù)。建立煤礦風(fēng)險(xiǎn)治理模式，為智慧礦山安全管理提供了新思路，同樣也為當(dāng)前煤礦風(fēng)險(xiǎn)治理體系建設(shè)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。