潘理虎,張佳宇，張英俊，謝建林

(1.太原科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,太原 030024;2.太原科技大學(xué) 環(huán)境與安全學(xué)院,太原 030024)

煤炭行業(yè)是國(guó)家能源的主要來(lái)源之一,也是國(guó)家經(jīng)濟(jì)的重要支柱之一,是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ),在我國(guó)具有重要地位。“十二五”期間,煤炭產(chǎn)量總體上不斷增加,煤礦事故次數(shù)、死亡人數(shù)、百萬(wàn)噸死亡率也呈逐年降低趨勢(shì)[1],我國(guó)煤礦安全形勢(shì)逐年好轉(zhuǎn),但仍存在一些重特大事故。且隨煤炭開采深度化的發(fā)展趨勢(shì),煤礦安全形勢(shì)越來(lái)越難以預(yù)測(cè)與控制[2,3]。目前,國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者已對(duì)煤礦安全進(jìn)行了大量的研究[4],并不斷為改善煤礦安全形勢(shì)提供新的思路和方法,但仍缺乏對(duì)煤礦安全研究知識(shí)結(jié)構(gòu)體系全面系統(tǒng)的分析。

科學(xué)知識(shí)圖譜是一種用于顯示科學(xué)知識(shí)發(fā)展脈絡(luò)與結(jié)構(gòu)的圖像,基于可視化的方法,能夠形象地揭示知識(shí)的發(fā)展進(jìn)程和規(guī)律,提升用戶對(duì)于知識(shí)獲取的體驗(yàn)[5]。面對(duì)海量數(shù)據(jù),只有通過(guò)科學(xué)的方法對(duì)其進(jìn)行整理分析,才能更好地對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行深入探究。為此,本文借助科學(xué)文獻(xiàn)計(jì)量法——可視化分析方法(CiteSpaceⅤ)[6],以量化的方式探究上述問(wèn)題。

1 數(shù)據(jù)獲取與研究方法

以Cnki期刊數(shù)據(jù)庫(kù)為來(lái)源數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索,主題=“煤礦安全”,時(shí)間跨度=“1998-2017”,檢索時(shí)間為2018年1月25日,經(jīng)人工篩選,去除與煤礦安全主題不相干文獻(xiàn),最終得到相關(guān)核心文獻(xiàn)4 479篇,以此作為數(shù)據(jù)來(lái)源,并采用關(guān)鍵路徑算法(Pathfinder)對(duì)其進(jìn)行機(jī)構(gòu)、作者及關(guān)鍵詞等方面的特征對(duì)比與分析。

圖1 文獻(xiàn)數(shù)量時(shí)間分布圖Fig.1 Time distribution map of quantity of literature

圖1為文獻(xiàn)數(shù)量時(shí)間分布圖。2006年前,發(fā)文量逐年增加,2006年后呈驟然下降趨勢(shì),在2008年后發(fā)文量迅猛上升,并在2010年達(dá)到最高,表明當(dāng)時(shí)煤礦安全的研究熱度高漲,之后又呈現(xiàn)出急劇下降,在2012年發(fā)文數(shù)量達(dá)到最低值,這也是煤礦安全領(lǐng)域研究的低谷期,直到2012年,先進(jìn)計(jì)算技術(shù)被應(yīng)用于煤礦安全領(lǐng)域,發(fā)文量開始回升,2014年,新能源突起,煤礦安全領(lǐng)域相關(guān)研究遞減。從整體看，煤礦安全研究熱度雖有起伏,但整體處于熱點(diǎn)狀態(tài)。

2 知識(shí)圖譜分析

2.1 煤礦安全領(lǐng)域的研究力量分析

2.1.1研究機(jī)構(gòu)分析

使用Cite SpaceⅤ對(duì)煤礦安全研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行知識(shí)圖譜分析[7],總結(jié)出煤礦安全研究機(jī)構(gòu)現(xiàn)狀及其合作強(qiáng)度(見圖2)。從圖2可知,煤礦安全領(lǐng)域的研究機(jī)構(gòu)主要集中在高校,除了涉及到工程方面的研究,還與管理學(xué)有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。圖中共272個(gè)節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)大小代表該機(jī)構(gòu)發(fā)文情況),152條連線(節(jié)點(diǎn)之間的連線表示機(jī)構(gòu)間的合作發(fā)文情況),網(wǎng)絡(luò)密度為0.004 1,說(shuō)明近二十年,中國(guó)煤礦安全領(lǐng)域的研究機(jī)構(gòu)較為分散,機(jī)構(gòu)間的合作交流有所欠缺。其中,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院的發(fā)文量最多(如表1所示),達(dá)74篇;其次,西安科技大學(xué)能源學(xué)院51篇,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)管理學(xué)院50篇,中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司33篇,太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院28篇。從中心性來(lái)看,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院(0.19)最高?？梢?無(wú)論是發(fā)文量還是中心性,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)都居于首位,表明中國(guó)礦業(yè)大學(xué)在煤礦安全領(lǐng)域方面的研究最具影響力,其次為太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院(0.07)、中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司(0.06)。

綜上所述,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)在煤礦安全領(lǐng)域的研究相對(duì)較多,同其他機(jī)構(gòu)之間的合作相對(duì)較廣,具有較高的影響力。除此之外,西安科技大學(xué)、中煤科工集團(tuán)有限公司、太原理工大學(xué)都在不同程度的為煤礦安全領(lǐng)域的研究貢獻(xiàn)力量。

圖2 煤礦安全領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)知識(shí)圖譜Fig.2 Knowledge map of research institutions in the field of coal mine safety

表1 煤礦安全領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)頻次及中心性(前10位)Table 1 Frequency and centrality of research institutions in the field of coal mine safety (Top 10)

續(xù)表1

2.1.2研究人員分析

從個(gè)人發(fā)文量看,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的華鋼發(fā)文數(shù)量最多,共18篇;其次為西安科技大學(xué)的田水承(15篇)、太原理工大學(xué)的栗繼祖(13篇)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的李新春(13篇)、安徽理工大學(xué)的孟祥瑞(12篇)、鄭州大學(xué)的王金鳳(12篇)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的林柏泉(10篇)和太原科技大學(xué)的曾建潮(10篇)。這再次表明在煤礦安全研究領(lǐng)域,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)和西安科技大學(xué)較為領(lǐng)先。

圖3 煤礦安全領(lǐng)域研究作者共現(xiàn)知識(shí)圖譜Fig.3 Knowledge map of research authors in the field of coal mine safety

從煤礦安全領(lǐng)域研究作者共現(xiàn)知識(shí)圖譜(圖3)可見,李亨英、曾建潮、陳兆波、李忠衛(wèi)等人有較為密切的合作關(guān)系,他們都來(lái)自太原科技大學(xué),主要開展關(guān)于煤礦安全事故人因分析[8-9]、安全評(píng)價(jià)方面的研究,為煤礦安全事故的人因分析提供參考。

鄭州大學(xué)的王金鳳、馮立杰和翟雪琪圍繞煤礦安全工程及安全管理展開研究,通過(guò)構(gòu)建煤礦生產(chǎn)物流效率優(yōu)化模型為安全生產(chǎn)前提下實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置、提高煤礦生產(chǎn)物流效率提供了科學(xué)依據(jù)[10],并且為解決煤礦安全投入與安全績(jī)效的關(guān)系問(wèn)題采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行煤礦安全投入與安全績(jī)效的仿真模擬,該成果為煤礦安全管理決策提供理論依據(jù)[11]。

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的華鋼、溫良和呂茂超團(tuán)體主要研究煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)體系,并在美國(guó)NI公司的LabVIEW平臺(tái)上設(shè)計(jì)了風(fēng)機(jī)故障監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)、采用最小二乘法編制風(fēng)機(jī)特征曲線,實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)性能曲線擬合的可視化[12-13]。此系統(tǒng)與方法已用于煤礦行業(yè),并取得了良好的檢測(cè)效果。

由此看來(lái),煤礦安全領(lǐng)域研究人員間的合作研究并不明顯,為數(shù)不多的合作團(tuán)隊(duì)也幾乎來(lái)自同一機(jī)構(gòu),跨機(jī)構(gòu)、跨學(xué)科的合作研究少之又少,且并未出現(xiàn)有突出影響力的作者。

2.2 煤礦安全領(lǐng)域研究熱點(diǎn)分析

關(guān)于煤礦安全領(lǐng)域的研究,緊緊圍繞“安全生產(chǎn)(193次)”“安全管理(179次)”“監(jiān)控系統(tǒng)(84)”“對(duì)策(53)”等核心概念(見圖4),表明研究熱點(diǎn)主要集中在煤礦事故的防治。

圖4 煤礦安全領(lǐng)域研究熱點(diǎn)圖Fig.4 Knowledge map of research hotspot in the field of coal mine safety

圖5 煤礦安全領(lǐng)域研究關(guān)鍵詞聚類圖Fig.5 Cluster diagram of keyword in the field of coal mine safety

且從圖5可見,煤礦安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)可以歸納為以下七大類:

1)安全監(jiān)察。煤礦安全監(jiān)察執(zhí)法是我國(guó)具有相應(yīng)煤礦監(jiān)管權(quán)力的職能部門。負(fù)責(zé)對(duì)煤礦進(jìn)行安全管理,在預(yù)防事故發(fā)生和保障煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)方面都具有舉足輕重的作用。然而,在實(shí)際執(zhí)法過(guò)程中,監(jiān)察技術(shù)落后,監(jiān)察人員執(zhí)法意識(shí)薄弱、專業(yè)素養(yǎng)和業(yè)務(wù)能力不足,以至于執(zhí)法效果力不從心[14]。趙志剛和劉建等人分別從物聯(lián)網(wǎng)和云數(shù)據(jù)的角度對(duì)其進(jìn)行了研究探討,不僅提高了煤礦監(jiān)察工作效能,而且遏制了煤礦事故的不斷發(fā)生[15]。因此,安全監(jiān)管執(zhí)法的信息化建設(shè)是必要的。

2)一通三防?！耙煌ㄈ馈惫芾聿簧贫l(fā)的重大災(zāi)害事故影響著煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)。將安全監(jiān)控技術(shù)與“一通三防”相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下不安全行為、瓦斯?jié)舛鹊刃畔⑦M(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),能夠減少事故發(fā)生的可能性,以加強(qiáng)“一通三防”管理,如管理信息系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等。

3)監(jiān)控系統(tǒng)。智慧礦山的核心技術(shù)即為智能監(jiān)控,結(jié)合現(xiàn)有的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù),對(duì)礦山生產(chǎn)、職業(yè)健康與安全、技術(shù)和后勤保障等進(jìn)行主動(dòng)感知、自動(dòng)分析及快速處理[16-17],解決目前煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的通信實(shí)時(shí)性差、可靠性不高、易受電磁波干擾等問(wèn)題[18]。

4)安全生產(chǎn)。煤礦在實(shí)施信息化管理與生產(chǎn)的同時(shí),也帶來(lái)了隱私風(fēng)險(xiǎn)。大量煤礦安全數(shù)據(jù)和礦工信息在此過(guò)程中被收集、傳輸和存儲(chǔ),那么,在這個(gè)數(shù)據(jù)共享的過(guò)程中是否能有效地保障數(shù)據(jù)安全,保護(hù)礦工隱私是大數(shù)據(jù)時(shí)代急需解決的問(wèn)題[19]。

5)層次分析法(AHP)。將復(fù)雜的決策系統(tǒng)層次化有助于保障礦井的安全生產(chǎn)與管理。層次分析法能夠?qū)τ绊懨旱V安全生產(chǎn)的因素進(jìn)行分析,從而為煤礦制定合理的安全措施提供理論依據(jù)。目前,主要與模糊綜合評(píng)價(jià)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合,應(yīng)用于安全評(píng)價(jià)、安全預(yù)測(cè)。

6)煤與瓦斯突出。采用先進(jìn)技術(shù)減少煤與瓦斯突出事故發(fā)生率,如數(shù)值模擬、遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng),將信息監(jiān)測(cè)技術(shù)與瓦斯涌出量等事故發(fā)生邊界值相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)連續(xù)、動(dòng)態(tài)地?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。

7)安全第一。安全保障是煤礦領(lǐng)域研究的重點(diǎn)問(wèn)題。在考慮煤礦經(jīng)濟(jì)的同時(shí),安全投入必須引起重視,以預(yù)防為主,目前很多煤礦實(shí)施關(guān)井壓產(chǎn),采取培訓(xùn)、責(zé)任制等管理方式提高員工專業(yè)素質(zhì)與能力[20],且使用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字技術(shù)設(shè)計(jì)研發(fā)了許多智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)[21],有效地降低百萬(wàn)噸死亡率。

綜上所述,在煤礦安全領(lǐng)域的研究中,安全生產(chǎn)和安全管理一直為科研人員的研究熱點(diǎn),其中瓦斯類事故的相關(guān)研究一直是領(lǐng)域內(nèi)研究的重點(diǎn)問(wèn)題。由于煤礦的安全數(shù)據(jù)種類多、規(guī)模大,傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)難以滿足日漸增加的數(shù)據(jù)需求與數(shù)據(jù)存儲(chǔ),因而基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息化技術(shù)的應(yīng)用逐漸成為煤礦安全領(lǐng)域研究的重點(diǎn)、熱點(diǎn),其中,監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)最具代表性。與此同時(shí),研究者越來(lái)越重視安監(jiān)人員的專業(yè)素質(zhì)與能力,且采取安全培訓(xùn)、制度約束等方式來(lái)提高。

2.3 煤礦安全研究趨勢(shì)前沿分析

對(duì)已有煤礦安全研究的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行突發(fā)性檢測(cè),探索煤礦安全領(lǐng)域研究的關(guān)鍵詞突變情況?！鞍踩O(jiān)察”“數(shù)值模擬”“鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦”的突變強(qiáng)度較大(如表2所示),其中“安全監(jiān)察”的突變值和詞頻均較高,表明在1998-2005年期間,安全監(jiān)察成為研究熱點(diǎn)。與此同時(shí),“鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦”也引起安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)的重視,加強(qiáng)行政執(zhí)法,保障煤礦安全。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,在2010年,有關(guān)安全監(jiān)控的研究驟增,從理論探討逐漸轉(zhuǎn)為實(shí)踐研究,安全監(jiān)控系統(tǒng)逐漸出現(xiàn)于各個(gè)煤礦,能夠有效地降低煤礦事故發(fā)生率。“數(shù)值模擬”有通用性強(qiáng)、方便靈活的優(yōu)點(diǎn),能夠有效地模擬煤礦環(huán)境[22-23],為研究者做實(shí)驗(yàn)提供必要的數(shù)據(jù)。“物聯(lián)網(wǎng)”和“云計(jì)算”于2012年快速發(fā)展,研究熱度持續(xù)較高,基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)的煤礦安全智能系統(tǒng)的研究也隨之成為研究熱點(diǎn)。同時(shí),煤礦安全影響因素研究也成為研究者所關(guān)注問(wèn)題,尤其是不安全行為。從圖6可見,大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)、應(yīng)急救援和安全工程是目前煤礦安全領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)趨勢(shì)。如利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以實(shí)時(shí)分析煤礦遇難緊急逃生路線,并提供緊急救援。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入煤礦安全工程,可以有效地提高礦工在施工過(guò)程中的安全性等。

結(jié)合表2和圖6可知,在煤礦安全領(lǐng)域的應(yīng)用與相關(guān)理論研究中,基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算及物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)的研究和煤礦事故發(fā)生的影響因素及應(yīng)急救援將會(huì)是未來(lái)的研究趨勢(shì)。

圖6 煤礦安全領(lǐng)域研究時(shí)區(qū)圖Fig.6 Time zone map in the field of coal mine safety

表2 煤礦安全領(lǐng)域研究突現(xiàn)詞排序(部分)Table 2 Sudden word sorting in the field of coal mine safety(part)

續(xù)表2

3 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)用科學(xué)知識(shí)圖譜分析煤礦領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)對(duì)煤礦領(lǐng)域發(fā)展有一定的理論意義。通過(guò)分析可知有關(guān)煤礦安全領(lǐng)域的研究相對(duì)較少,大多數(shù)研究只停留在理論層面,實(shí)用性不足,研究深度不夠,還有很大的發(fā)展空間。并且,煤礦安全領(lǐng)域的研究力量主要集中在高校,研究機(jī)構(gòu)也較為分散,缺乏合作交流,不利于推動(dòng)學(xué)術(shù)成果的創(chuàng)新。先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)的引人,將有助于煤炭生產(chǎn),降低人員傷亡率,實(shí)現(xiàn)多渠道防治煤礦事故,特別是在影響因素及應(yīng)急救援方面,使煤礦安全領(lǐng)域有一個(gè)良好的生產(chǎn)環(huán)境。