煤炭行業科技創新對煤礦安全的影響研究

劉 峰

（1.中國煤炭學會，北京100013；2.中國煤炭工業協會，北京100013）

改革開放40 余年以來，在煤炭行業科技創新的推動下，我國煤礦安全技術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安全，實現了煤炭行業的科學發展。科技創新是一個系統的評價，煤礦安全是一個系統工程，國內外學者對煤礦安全領域的技術、管理等研究較多，但很少給出量化指標來衡量科技創新對煤礦安全的推動作用，也較少梳理煤礦安全的知識結構體系。為此，通過相關性分析給出煤炭行業科技創新（論文發表數量、煤炭工業科技獎勵報獎數量、煤炭行業授權專利數量）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，分析煤礦安全領域研究機構、研究熱點和研究前沿演進過程，從而得到我國煤礦安全領域發展面臨的挑戰與未來機遇，進一步推動我國煤礦安全領域理論與技術水平的提升，為我國學者提供參考借鑒。

1 科技創新與煤礦安全的相關關系

從科技創新的角度分析我國煤礦安全（百萬噸死亡率）及研究的趨勢，但科技評價指標眾多，通過對國內外科技評價指標的梳理及行業內數據的可獲取性，最終選取：煤礦安全領域論文發表數量、煤炭工業科技獎勵報獎數量和煤炭行業專利授權數量3個指標，以此衡量煤炭行業科技創新與煤礦安全的關系，經統計1980—2019 年數據[1-5]，科技創新與煤礦安全統計直觀圖如圖1。

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

從圖1 可知，科技創新與煤礦安全之間的反向關系，隨著煤礦安全領域論文發表數量增多、煤炭工業科技獎勵報獎數量增加和煤炭行業專利授權數量增加，百萬噸死亡率隨之逐步降低。

但僅從直觀上分析各個指標之間的相關關系是不足以說明其關系的強度，也不能作為選取和篩除指標的依據，因此，需要以客觀的統計方法對指標之間的相關關系做出說明。統計了自1980 年至2020 年7 月間的相關數據，但為了更好的顯示近狀，特截取2002—2020 年數據作為分析對象，并利用SPSS 統計分析軟件得出各指標間相關系數[6]。

百萬噸死亡率與煤礦安全論文發表數、煤炭科技獎勵數量和煤炭行業授權專利數量的散點圖如圖2。

圖2 百萬噸死亡率與煤礦安全論文發表數、煤炭科技獎勵數量和煤炭行業授權專利數量的散點圖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新3 個指標之間呈線性負相關，即科技創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間的關系，為選擇相關性分析的計算方法提供依據。由于數據符合Pearson 相關分析法，所以在SPSS 計算過程中選擇Pearson 法[7]。百萬噸死亡率與科技創新的3 個指標呈高度負相關，相關系數分別為-0.732、-0.923、-0.849。這說明，自2002 年起至今，隨著煤炭工業科技獎勵的申報數量的增加，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用到工程實踐中，提升了煤礦安全生產的水平。其次是煤炭行業授權專利和論文發表數量都與百萬噸死亡率呈現強負相關。因此可以說明，煤炭行業科技創新推動了技術發展，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 煤礦安全領域研究的時空分布

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

2.1 數據來源及分析工具

1）數據來源及處理。數據來源選自中國學術期刊網絡出版總庫（CNKI）文獻全文數據。在CNKI 的高級檢索中選擇“主題”和“關鍵詞”檢索，檢索條件為“煤礦安全”，并含“水、火、瓦斯、頂板、煤塵、災害、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一種知識圖譜可視化軟件工具，通過科學計量和聚類分析判斷領域的學科熱點及前沿。通過梳理近10 年煤礦安全領域相關研究及期刊、機構分布，揭示了煤礦安全領域的熱點和前沿研究方向。基于CNKI 數據庫對煤礦安全領域研究的文獻進行了歸類、整理與分析，從發文量和科研機構2 個維度闡述了煤礦安全領域研究的動態情況；基于CiteSpace 可視化軟件對煤礦安全領域的知識圖譜進行了可視化，定量地分析了近10 年來煤礦安全領域的發展脈絡及其研究現狀。

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現，文獻的年代跨度大。根據文獻數量的分布規律客觀上反映了我國煤炭安全領域研究的發展歷程，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的論文數量較少，主要是該時期，我國煤炭發展較慢，更多的關注煤炭產量，而較少關注煤炭安全生產。該階段累計發表量548 篇。

2）第2 階段，2002—2013 年。該階段為我國煤炭的“黃金十年”，隨著社會經濟的快速發展，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，煤炭產量的不斷上升引發了對煤礦安全的重視，因此該階段對煤礦生產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，煤炭開采給國家經濟發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”也隨之結束。國家及相關部門相繼出臺與煤礦安全生產相關的法規與政策，這使得煤炭行業重新思考發展問題。該階段整體論文發表數量有所下降，6 年累計發表涉及煤礦安全領域論文2 517 篇。

2.2.2 研究機構分布

截取近10 年煤礦安全領域發文機構數據（2010年—2020 年），合并同一單位不同名稱后，根據機構發表頻次前5 的為：中煤科工集團重慶研究院（127）、中國礦業大學（北京）（82）、河南理工大學（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）。煤礦安全領域論文發表頻次機構分布見表1。

表1 煤礦安全領域論文發表頻次機構分布Table 1 Organization distribution of publication frequency of papers in coal mine safety field

從機構間聯合研究的分布方面分析，各機構間合作研究較多，體現了煤炭行業科技工作者之間的密切聯系與合作，知識與研究成果的共享充分。如：中煤科工集團重慶研究院、中國礦業大學（北京）、河南理工大學和煤科集團沈陽研究院跨機構研究多，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鍵詞的分析。關鍵詞是反應論文主題概念的詞組，聚類后能夠反應該領域的主要研究熱點和研究方向。運行CiteSpace 中的關鍵詞節點，煤礦安全關鍵詞共現網絡聚類表見表2。

表2 煤礦安全關鍵詞共現網絡聚類表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狀：煤礦安全、礦工生命安全、煤礦安全監管、ZigBee 技術、數值模擬、瓦斯預測、抽采量、安全規程、風險評估、不安全行為、層次分析法、安全對策。在煤礦安全領域研究中，安全生產、監督管理、裝備技術、安全管理是研究的熱點問題，其中瓦斯事故發生機理研究、監測、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）數據的分析，識別與追蹤我國煤礦安全領域的研究方向，提供研究演化動態。數據來源于中國知網，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 個關鍵詞結點統計情況見表3。

表3 煤礦安全引文量最大13 個關鍵詞結點統計表Table 3 Statistics of 13 key words nodes with the largest number of coal mine safety citations

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

1）早期階段（2010—2014 年）。該階段的研究內容主要集中在六大系統、瓦斯抽放和煤與瓦斯突出礦井的相關研究。2010 年，國務院23 號文《國務院關于進一步加強企業安全生產工作的通知》中要求煤礦及非煤礦山安裝監測監控系統、井下人員定位系統、緊急避險系統、壓風自救系統、供水施救系統和通信聯絡系統等技術裝備，并于3 年之內完成。突出詞與國家相關規定完全一致，說明我國學者在此階段的研究重要集中在六大系統及瓦斯防治方面。早期前沿階段的研究，為煤礦安全生產的后續研究奠定了重要的基礎。

2）中期前沿（2013—2016 年）。2013 年國辦99號文《國務院辦公廳關于進一步加強煤礦安全生產工作的意見》中指出，小煤礦退出、提高準入制、強化礦長責任、提升安全監管水平等要求。因此在中期前沿階段，學者對我國煤礦的現狀和安全管理研究較多，為小煤礦退出提供了理論、數據和政策的支撐。

3）近期前沿（2015—2020 年）。該階段研究集中在開采裝備提升、災害防治體系、監控系統和防范措施等方面。主要反應了近年來，行業內不斷關注裝備技術、信息化技術、管理水平對煤礦安全的作用，其中云計算、智慧物聯網、智能化開采及裝備的理論研究及應用將成為我國煤炭安全領域的發展趨勢。

4 結 語

1）煤炭行業科技創新與煤礦安全生產緊密相關。從計量學角度分析了論文發表數量、煤炭工業科技獎勵申報數量和專利授權數量3 個方面與煤礦安全的相關性，表明了科技創新推動了煤礦安全，降低了百萬噸死亡率。

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

3）研究熱點集中在安全生產、監督管理、裝備技術、安全管理是研究的熱點問題，其中瓦斯事故發生機理研究、監測、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 個階段呈現出的共性是：煤礦信息化、物聯網、感知、云計算、智能化等關鍵詞貫穿始終，因時間的推移而呈現出新的形態。這說明，基于煤礦信息化技術的發展，未來將以更深層次的形態引領煤炭行業的發展方向。