安全風險識別及響應(yīng)滯后是導致煤礦事故發(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)正處在復雜性強且耦合性高的新環(huán)境之中，使得煤礦安全風險防控不確定性增加，給煤礦風險治理工作帶來了巨大挑戰(zhàn)[2]。傳統(tǒng)以反饋響應(yīng)為主的風險治理模式存在識別速度慢、通信滯后、缺乏精準的風險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)快速識別不同風險的安全需求。因此，研究大數(shù)據(jù)時代煤礦安全風險治理模式有重要的現(xiàn)實意義。近年來，運用大數(shù)據(jù)技術(shù)對煤礦進行風險治理逐漸被國內(nèi)外學者重視起來。Liu 等[1]探究了井下煤礦風險源，指出風險識別是井下煤礦風險治理的基礎(chǔ)與條件，風險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)部進行風險控制，指出計算機開發(fā)程序?qū)︼L險治理的重要性；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)建煤礦風險監(jiān)測平臺，推動了大數(shù)據(jù)時代下風險治理模式研究的進程。但現(xiàn)有研究將風險生命周期與風險治理手段相互結(jié)合尚少；且現(xiàn)有治理模式缺乏科學的理論基礎(chǔ)，無法快速應(yīng)對不斷變化的風險，數(shù)據(jù)驅(qū)動的風險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，以煤礦風險因素為研究對象，將風險防范和應(yīng)急處置有效整合，構(gòu)建了大數(shù)據(jù)時代煤礦安全風險治理模式，以期達到風險治理“超前識別、超前控制”的目的，從而保障煤礦系統(tǒng)安全性。

1 煤礦安全風險治理現(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)于加快推進煤礦安全風險監(jiān)測預警系統(tǒng)建設(shè)的指導意見》以來[7]，部分學者構(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，該模式實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集交換功能，保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)的真實性和客觀性。但各個平臺之間未進行數(shù)據(jù)格式的標準統(tǒng)一，致使煤礦風險治理出現(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]，導致風險治理的實際效果欠佳。

隨著數(shù)據(jù)時代的進一步到來，煤礦風險的不確定性在人機交互作用下極易產(chǎn)生新風險[10]，且傳播速度更快傳播途徑更廣。在此時代背景下，煤礦安全風險周而復始，在不同階段、不同地域范圍內(nèi)反復發(fā)生，風險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)計并沒有完全契合煤礦風險的生命周期，存在一定缺陷。一方面，容易導致治理主體難以快速識別煤礦中存在的隱患；另一方面，導致在面對煤礦突發(fā)事件時難以及時控制風險進而引發(fā)風險疊加效應(yīng)[11]?？梢?，現(xiàn)有風險治理模式已不適合煤礦安全的需要，亟須探尋新的風險治理模式。

2 煤礦安全風險治理模式構(gòu)建理論基礎(chǔ)

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

1）災(zāi)害成因理論。基于中國工程院士范維澄提出的公共安全三角形理論，通過類比方法運用到煤礦安全風險治理中的理論。該理論包括隱患、風險因素和治理手段3 類元素。通過對人、機、環(huán)、管等風險因素具體地識別，找出對應(yīng)的隱患（不安全行為、不安全狀態(tài)），結(jié)合治理手段對風險因素進行有效治理。例如對人的風險識別，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，對人員風險因素進行控制。

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

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

3 煤礦安全風險治理模式

3.1 煤礦安全風險治理模式概況

煤礦安全風險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)手段對煤礦風險因素實施全面的實時監(jiān)控，以獲取煤礦風險因素（人、機、環(huán)、管）數(shù)據(jù)，據(jù)此對隱患進行全面排查，預防各類突發(fā)安全事件的發(fā)生，形成煤礦安全的第一道防線[12]；②運用生命周期理論與災(zāi)害成因理論，對煤礦風險因素進行數(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，中斷風險演化，從而防止人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此，煤礦安全風險治理模式的優(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防和控制[13-14]?；谝陨险J識，構(gòu)建的大數(shù)據(jù)時代煤礦安全風險治理模式如圖1。

圖1 煤礦安全風險治理模式Fig.1 Coal mine safety risk management model

煤礦安全風險治理模式由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)機構(gòu)、煤礦企業(yè)、煤礦集團、煤監(jiān)局”為主的4 個治理主體。煤礦安全技術(shù)服務(wù)機構(gòu)負責提供相關(guān)安全技術(shù)指導，煤礦企業(yè)與煤礦集團做好風險監(jiān)測與管理制度設(shè)計，煤監(jiān)局為煤礦產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)治理做好頂層設(shè)計和統(tǒng)籌規(guī)劃[15]。四方主體動態(tài)協(xié)調(diào)聯(lián)動，運用子系統(tǒng)平臺共同參與煤礦風險治理。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)形成客觀的風險認知，從而保障對風險實時識別與快速控制。3 個子系統(tǒng)細分為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、風險識別層、風險控制層、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險治理的支撐體系，是煤礦風險治理的基礎(chǔ); 風險識別層、風險控制層、和應(yīng)急處置層是煤礦風險治理的核心體現(xiàn)。

3.2 煤礦安全風險治理數(shù)據(jù)感知子系統(tǒng)

煤礦安全風險治理數(shù)據(jù)感知子系統(tǒng)是煤礦安全風險治理模式的基礎(chǔ)。通過數(shù)據(jù)感知層、采集層對風險因素進行實時監(jiān)測，為煤礦風險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機器感知：如采煤設(shè)備、運輸設(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)對煤礦風險因素進行實時采集監(jiān)測，并在傳遞過程中進行動態(tài)反饋，通過已掌握的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)對煤礦風險進行超前識別，確保風險治理手段的有效實施。

3.3 煤礦安全風險治理數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)

煤礦安全風險治理數(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)并進行過濾清洗，通過語言處理對不同類型數(shù)據(jù)進行標準化的格式處理。然后采用機器學習、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進行數(shù)據(jù)計算、分析，挖掘隱含在數(shù)據(jù)中有價值的風險因素數(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)將風險因素數(shù)據(jù)直接傳達給每一位管理者。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)進行反饋分析，保障對風險因素的實時控制。

3.4 煤礦安全風險治理數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)

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

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

2）風險管控模塊是根據(jù)煤礦安全發(fā)展趨勢，運用科學、合理的方法對已識別風險進行等級劃分。依據(jù)劃分結(jié)果進行分級管理，并采取相應(yīng)的風險控制措施，進而實現(xiàn)治理主體對風險因素的超前控制。例如，在風險管控中建立安全仿真模型指導風險等級劃分，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3 個部分。首先依據(jù)實時數(shù)據(jù)進行關(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，將風險防范與應(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)”的安全風險治理模式，為煤礦系統(tǒng)日常風險識別，風險控制，應(yīng)急決策提供有力依據(jù)。建立煤礦風險治理模式，為智慧礦山安全管理提供了新思路，同樣也為當前煤礦風險治理體系建設(shè)提供了寶貴經(jīng)驗。