劉 峰

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

改革開放40 余年以來，在煤炭行業(yè)科技創(chuàng)新的推動下，我國煤礦安全技術(shù)和管理水平得到了較大提升，百萬噸死亡率大幅下降，保障了百萬礦工的生命財產(chǎn)安全，實現(xiàn)了煤炭行業(yè)的科學(xué)發(fā)展?？萍紕?chuàng)新是一個系統(tǒng)的評價，煤礦安全是一個系統(tǒng)工程，國內(nèi)外學(xué)者對煤礦安全領(lǐng)域的技術(shù)、管理等研究較多，但很少給出量化指標(biāo)來衡量科技創(chuàng)新對煤礦安全的推動作用，也較少梳理煤礦安全的知識結(jié)構(gòu)體系。為此，通過相關(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)科技獎勵報獎數(shù)量、煤炭行業(yè)授權(quán)專利數(shù)量）對煤礦安全（百萬噸死亡率）的影響；同時，通過知識圖譜可視化，分析煤礦安全領(lǐng)域研究機構(gòu)、研究熱點和研究前沿演進過程，從而得到我國煤礦安全領(lǐng)域發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)與未來機遇，進一步推動我國煤礦安全領(lǐng)域理論與技術(shù)水平的提升，為我國學(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)新的角度分析我國煤礦安全（百萬噸死亡率）及研究的趨勢，但科技評價指標(biāo)眾多，通過對國內(nèi)外科技評價指標(biāo)的梳理及行業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)的可獲取性，最終選取：煤礦安全領(lǐng)域論文發(fā)表數(shù)量、煤炭工業(yè)科技獎勵報獎數(shù)量和煤炭行業(yè)專利授權(quán)數(shù)量3個指標(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1980—2019 年數(shù)據(jù)[1-5]，科技創(chuàng)新與煤礦安全統(tǒng)計直觀圖如圖1。

圖1 科技創(chuàng)新與煤礦安全統(tǒng)計直觀圖（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)科技獎勵報獎數(shù)量增加和煤炭行業(yè)專利授權(quán)數(shù)量增加，百萬噸死亡率隨之逐步降低。

但僅從直觀上分析各個指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系是不足以說明其關(guān)系的強度，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)計方法對指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系做出說明。統(tǒng)計了自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)作為分析對象，并利用SPSS 統(tǒng)計分析軟件得出各指標(biāo)間相關(guān)系數(shù)[6]。

百萬噸死亡率與煤礦安全論文發(fā)表數(shù)、煤炭科技獎勵數(shù)量和煤炭行業(yè)授權(quán)專利數(shù)量的散點圖如圖2。

圖2 百萬噸死亡率與煤礦安全論文發(fā)表數(shù)、煤炭科技獎勵數(shù)量和煤炭行業(yè)授權(quán)專利數(shù)量的散點圖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 可以初步判斷百萬噸死亡率與科技創(chuàng)新3 個指標(biāo)之間呈線性負相關(guān)，即科技創(chuàng)新水平的提升使得百萬噸死亡率降低。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 計算過程中選擇Pearson 法[7]。百萬噸死亡率與科技創(chuàng)新的3 個指標(biāo)呈高度負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.732、-0.923、-0.849。這說明，自2002 年起至今，隨著煤炭工業(yè)科技獎勵的申報數(shù)量的增加，煤礦百萬噸死亡率下降，可以說，我國科技工作者將科研成果應(yīng)用到工程實踐中，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)量都與百萬噸死亡率呈現(xiàn)強負相關(guān)。因此可以說明，煤炭行業(yè)科技創(chuàng)新推動了技術(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，百萬噸死亡率逐年下降。

2 煤礦安全領(lǐng)域研究的時空分布

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

2.1 數(shù)據(jù)來源及分析工具

1）數(shù)據(jù)來源及處理。數(shù)據(jù)來源選自中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫（CNKI）文獻全文數(shù)據(jù)。在CNKI 的高級檢索中選擇“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”，時間期限為1980 年至2020 年7 月的中文文獻，剔除新聞宣傳、會議通知等非研究型文獻后，共獲得7 248 篇有效文獻。

2）方法分析及工具。CiteSpace[8]是陳超美博士等人開發(fā)一種知識圖譜可視化軟件工具，通過科學(xué)計量和聚類分析判斷領(lǐng)域的學(xué)科熱點及前沿。通過梳理近10 年煤礦安全領(lǐng)域相關(guān)研究及期刊、機構(gòu)分布，揭示了煤礦安全領(lǐng)域的熱點和前沿研究方向?；贑NKI 數(shù)據(jù)庫對煤礦安全領(lǐng)域研究的文獻進行了歸類、整理與分析，從發(fā)文量和科研機構(gòu)2 個維度闡述了煤礦安全領(lǐng)域研究的動態(tài)情況；基于CiteSpace 可視化軟件對煤礦安全領(lǐng)域的知識圖譜進行了可視化，定量地分析了近10 年來煤礦安全領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)及其研究現(xiàn)狀。

2.2 時空圖譜分析

2.2.1 時間研究分布

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

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，主要是該時期，我國煤炭發(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)。該階段累計發(fā)表量548 篇。

2）第2 階段，2002—2013 年。該階段為我國煤炭的“黃金十年”，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，對煤炭的需求在該階段顯著的提升，國家及社會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)了對煤礦安全的重視，因此該階段對煤礦生產(chǎn)及煤礦安全的討論不斷增加，10 年間累計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”過程中，煤炭開采給國家經(jīng)濟發(fā)展起到了重要的支撐作用，但同時也付出了巨大的代價。隨著2013 年煤炭市場價格下跌，“黃金十年”也隨之結(jié)束。國家及相關(guān)部門相繼出臺與煤礦安全生產(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)展問題。該階段整體論文發(fā)表數(shù)量有所下降，6 年累計發(fā)表涉及煤礦安全領(lǐng)域論文2 517 篇。

2.2.2 研究機構(gòu)分布

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

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

從機構(gòu)間聯(lián)合研究的分布方面分析，各機構(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，知識與研究成果的共享充分。如：中煤科工集團重慶研究院、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）、河南理工大學(xué)和煤科集團沈陽研究院跨機構(gòu)研究多，輻射面廣。

3 研究熱點及前沿演進

3.1 研究熱點分析

研究熱點是基于對關(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)域的主要研究熱點和研究方向。運行CiteSpace 中的關(guān)鍵詞節(jié)點，煤礦安全關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聚類表見表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近10 年來煤礦安全的熱點問題現(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、抽采量、安全規(guī)程、風(fēng)險評估、不安全行為、層次分析法、安全對策。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問題，其中瓦斯事故發(fā)生機理研究、監(jiān)測、治理和評估是重點研究方向[9-10]。

3.2 前沿演進

通過對近10 年（2010—2020 年）數(shù)據(jù)的分析，識別與追蹤我國煤礦安全領(lǐng)域的研究方向，提供研究演化動態(tài)。數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)，因此僅對突出詞進行分析。運行CiteSpace 得出煤礦安全引文量最大13 個關(guān)鍵詞結(jié)點統(tǒng)計情況見表3。

表3 煤礦安全引文量最大13 個關(guān)鍵詞結(jié)點統(tǒng)計表Table 3 Statistics of 13 key words nodes with the largest number of coal mine safety citations

結(jié)合高突文獻的進一步分析，探測煤礦安全研究關(guān)注的前沿問題和發(fā)展趨勢，大致可分為3 個階段。

1）早期階段（2010—2014 年）。該階段的研究內(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，國務(wù)院23 號文《國務(wù)院關(guān)于進一步加強企業(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)測監(jiān)控系統(tǒng)、井下人員定位系統(tǒng)、緊急避險系統(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。突出詞與國家相關(guān)規(guī)定完全一致，說明我國學(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 年國辦99號文《國務(wù)院辦公廳關(guān)于進一步加強煤礦安全生產(chǎn)工作的意見》中指出，小煤礦退出、提高準(zhǔn)入制、強化礦長責(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)者對我國煤礦的現(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，行業(yè)內(nèi)不斷關(guān)注裝備技術(shù)、信息化技術(shù)、管理水平對煤礦安全的作用，其中云計算、智慧物聯(lián)網(wǎng)、智能化開采及裝備的理論研究及應(yīng)用將成為我國煤炭安全領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

4 結(jié) 語

1）煤炭行業(yè)科技創(chuàng)新與煤礦安全生產(chǎn)緊密相關(guān)。從計量學(xué)角度分析了論文發(fā)表數(shù)量、煤炭工業(yè)科技獎勵申報數(shù)量和專利授權(quán)數(shù)量3 個方面與煤礦安全的相關(guān)性，表明了科技創(chuàng)新推動了煤礦安全，降低了百萬噸死亡率。

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

3）研究熱點集中在安全生產(chǎn)、監(jiān)督管理、裝備技術(shù)、安全管理是研究的熱點問題，其中瓦斯事故發(fā)生機理研究、監(jiān)測、治理和評估是重點研究方向。

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