煤炭行业科技创新对煤矿安全的影响研究_刘峰.pdf

Safety in Coal Mines 第 51 卷第 10 期 2020 年 10 月 Vol.51No.10 Oct. 2020 改革开放 40 余年以来， 在煤炭行业科技创新的 推动下，我国煤矿安全技术和管理水平得到了较大 提升，百万吨死亡率大幅下降，保障了百万矿工的 生命财产安全，实现了煤炭行业的科学发展。科技 煤炭行业科技创新对煤矿安全的影响研究 刘峰 1,2 （1.中国煤炭学会， 北京 100013； 2.中国煤炭工业协会， 北京 100013） 摘要 为探索我国煤炭行业的科技创新对煤矿安全产生的推动作用， 梳理了 20022020 年煤 矿安全领域论文发表数量、 煤炭工业科技奖励报奖数量和煤炭行业专利授权数量 3 个指标的数 据， 通过统计分析方法计算了 3 个指标与煤矿安全的相关关系， 结果均为强负相关， 这说明， 随 着煤炭行业的科技创新的发展， 我国煤矿安全水平不断提升。同时， 梳理我国煤矿安全 40 余年 来的发展情况， 以中国知网 19802020 年的 7 428 篇相关文献为分析样本； 结果表明， 对该领域 研究较多的机构是， 中煤科工集团重庆研究院和煤科集团沈阳研究院等。在煤矿安全研究热点 中， 瓦斯事故发生机理研究、 监测、 治理和评估是重点研究方向； 在煤矿安全前沿演进中， 可分为 3 个阶段， 但煤矿信息化、 物联网、 感知、 云计算、 智能化等关键词贯穿始终， 因时间的推移而呈现 出新的形态。这说明， 基于煤矿信息化技术的发展， 未来将以更深层次的形态引领煤炭行业的发 展方向。 关键词 科技创新； 煤矿安全； CiteSpace； 研究热点； 前沿演进 中图分类号 TD79文献标志码 C文章编号 1003-496X （2020 ） 10-0005-05 Research on Influence of Science and Technology Innovation of Coal Industry on Coal Mine Safety LIU Feng1,2 （1.China Coal Society, Beijing 100013;2.China National Coal Association, Beijing 100013, China） Abstract To explore the role of scientific and technological innovation in China’ s coal industry in promoting coal mine safety, the data of three indicators, namely, the number of papers published in the field of coal mine safety, the number of science and technology awards and awards in the coal industry, and the number of patents authorized in the coal industry, were sorted out from 2002 to 2020. The correlation between the three inds and coal mine safety is calculated by statistical analysis , and the results are all strongly negative correlation, which indicates that with the development of scientific and technological innovation in the coal industry, China’ s coal mine safety level is constantly improving. At the same time, the development of coal mine safety in China over the past 40 years has been sorted out. 7 428 relevant literatures from 1980 to 2020 on CNKI.com have been taken as analysis samples. The results show that the institutions with more research in this field are China Coal Technology and Engineering Group Chongqing Research Institute and Shenyang Research Institute; in the research hotspot of coal mine safety, the mechanism research, monitoring, control and uation of gas accidents are the key research directions; in the evolution of coal mine safety frontier, it can be divided into three stages. However, the keywords, such as coal mine inatization, Internet of things, perception, cloud computing and intelligence run through the whole process, showing a new due to the passage of time. This shows that, based on the development of coal mine ination technology, it will lead the development direction of coal industry in a deeper level in the future. Key words scientific and technological innovation; coal mine safety; CiteSpace; research hotspots; frontier evolution DOI10.13347/ki.mkaq.2020.10.002 刘峰.煤炭行业科技创新对煤矿安全的影响研究 ［J］ .煤矿安全， 2020， 51 （10 ） 5-9. LIU Feng. Research on Influence of Science and Technology Innovation of Coal Industry on Coal Mine Safe－ ty ［J］ . Safety in Coal Mines, 2020, 51 （10） 5-9. 移动扫码阅读 5 第 51 卷第 10 期 2020 年 10 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.10 Oct. 2020 图 2百万吨死亡率与煤矿安全论文发表数、 煤炭科技奖 励数量和煤炭行业授权专利数量的散点图 Fig.2Scatter 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 图 1科技创新与煤矿安全统计直观图 （1980-2019 年） Fig.1Visual chart of science and technology innovation and coal mine safety statistics （1980-2019） 创新是一个系统的评价，煤矿安全是一个系统工 程，国内外学者对煤矿安全领域的技术、管理等研 究较多，但很少给出量化指标来衡量科技创新对煤 矿安全的推动作用，也较少梳理煤矿安全的知识结 构体系。为此，通过相关性分析给出煤炭行业科技 创新 （论文发表数量、 煤炭工业科技奖励报奖数量、 煤炭行业授权专利数量） 对煤矿安全（百万吨死亡 率） 的影响； 同时， 通过知识图谱可视化， 分析煤矿 安全领域研究机构、研究热点和研究前沿演进过 程，从而得到我国煤矿安全领域发展面临的挑战与 未来机遇，进一步推动我国煤矿安全领域理论与技 术水平的提升， 为我国学者提供参考借鉴。 1科技创新与煤矿安全的相关关系 从科技创新的角度分析我国煤矿安全（百万吨 死亡率） 及研究的趋势， 但科技评价指标众多， 通过 对国内外科技评价指标的梳理及行业内数据的可获 取性， 最终选取 煤矿安全领域论文发表数量、 煤炭 工业科技奖励报奖数量和煤炭行业专利授权数量 3 个指标，以此衡量煤炭行业科技创新与煤矿安全的 关系， 经统计 19802019 年数据[1-5]， 科技创新与煤 矿安全统计直观图如图 1。 从图 1 可知，科技创新与煤矿安全之间的反向 关系，随着煤矿安全领域论文发表数量增多、煤炭 工业科技奖励报奖数量增加和煤炭行业专利授权数 量增加， 百万吨死亡率随之逐步降低。 但仅从直观上分析各个指标之间的相关关系是 不足以说明其关系的强度，也不能作为选取和筛除 指标的依据，因此，需要以客观的统计方法对指标 之间的相关关系做出说明。统计了自 1980 年至 2020 年 7 月间的相关数据，但为了更好的显示近 状， 特截取 20022020 年数据作为分析对象， 并利 用 SPSS 统计分析软件得出各指标间相关系数[6]。 百万吨死亡率与煤矿安全论文发表数、煤炭科 技奖励数量和煤炭行业授权专利数量的散点图如 图2。 从图 2 可以初步判断百万吨死亡率与科技创新 3 个指标之间呈线性负相关，即科技创新水平的提 升使得百万吨死亡率降低。图 2 只是直观的分析了 各指标间的关系，为选择相关性分析的计算方法提 供依据。由于数据符合 Pearson 相关分析法， 所以在 SPSS 计算过程中选择 Pearson 法[7]。 百万吨死亡率与 科技创新的 3 个指标呈高度负相关，相关系数分别 为-0.732、 -0.923、 -0.849。这说明，自 2002 年起至 今， 随着煤炭工业科技奖励的申报数量的增加， 煤矿 百万吨死亡率下降， 可以说， 我国科技工作者将科研 成果应用到工程实践中，提升了煤矿安全生产的水 平。其次是煤炭行业授权专利和论文发表数量都与 百万吨死亡率呈现强负相关。因此可以说明，煤炭 6 Safety in Coal Mines 第 51 卷第 10 期 2020 年 10 月 Vol.51No.10 Oct. 2020 表 1煤矿安全领域论文发表频次机构分布 Table 1Organization distribution of publication frequency of papers in coal mine safety field 序号机构发表频次 1中煤科工集团重庆研究院有限公司127 2中国矿业大学北京82 3河南理工大学58 4煤科集团沈阳研究院有限公司53 5中煤科工集团常州研究院有限公司47 6中国矿业大学38 7安徽理工大学26 8贵州大学矿业学院26 9大原理工大学25 10山西煤矿安全监察局23 11重庆工程职业技术学院14 12山东科技大学13 13华北科技学院13 14山东煤矿安全监察局13 15西安科技大学11 16国家煤矿安全监察局10 17国务院办公厅9 18中煤科工集团西安研究院有限公司9 行业科技创新推动了技术发展，提升了煤矿管理水 平，最终使得煤矿安全大幅度提升，百万吨死亡率 逐年下降。 2煤矿安全领域研究的时空分布 为把握我国煤矿安全相关研究的前沿研究热点 与发展趋势， 通过回顾近 40 年中文文献情况， 重点 分析我国煤矿安全领域的论文发文量、主要研究机 构分布情况，通过图谱可视化分析呈现了我国煤矿 安全领域研究的发展历程、 热点主题及发展方向。 2.1数据来源及分析工具 1） 数据来源及处理。数据来源选自中国学术期 刊网络出版总库 （CNKI） 文献全文数据。在 CNKI 的 高级检索中选择 “主题” 和 “关键词” 检索， 检索条件 为 “煤矿安全” ， 并含 “水、 火、 瓦斯、 顶板、 煤尘、 灾 害、 防治” ， 时间期限为 1980 年至 2020 年 7 月的中 文文献，剔除新闻宣传、会议通知等非研究型文献 后， 共获得 7 248 篇有效文献。 2） 方法分析及工具。 CiteSpace[8]是陈超美博士等 人开发一种知识图谱可视化软件工具，通过科学计 量和聚类分析判断领域的学科热点及前沿。通过梳 理近 10 年煤矿安全领域相关研究及期刊、机构分 布，揭示了煤矿安全领域的热点和前沿研究方向。 基于 CNKI 数据库对煤矿安全领域研究的文献进行 了归类、 整理与分析， 从发文量和科研机构 2 个维度 阐述了煤矿安全领域研究的动态情况；基于 CiteS－ pace 可视化软件对煤矿安全领域的知识图谱进行 了可视化， 定量地分析了近 10 年来煤矿安全领域的 发展脉络及其研究现状。 2.2时空图谱分析 2.2.1时间研究分布 通过对 40 多年的检出文献的年代分布进行分 析发现，文献的年代跨度大。根据文献数量的分布 规律客观上反映了我国煤炭安全领域研究的发展历 程， 大致分为 3 个阶段 1 ） 第 1 阶段， 19802002 年。该阶段与煤矿安 全相关的论文数量较少，主要是该时期，我国煤炭 发展较慢，更多的关注煤炭产量，而较少关注煤炭 安全生产。该阶段累计发表量 548 篇。 2 ） 第 2 阶段， 20022013 年。该阶段为我国煤 炭的 “黄金十年” ， 随着社会经济的快速发展， 对煤 炭的需求在该阶段显著的提升，国家及社会也将更 多的目光投向煤炭行业，煤炭产量的不断上升引发 了对煤矿安全的重视，因此该阶段对煤矿生产及煤 矿安全的讨论不断增加， 10 年间累计 4 183 篇涉及 煤矿安全领域的论文。 3） 第 3 阶段， 20142020 年。在 “黄金十年” 过 程中，煤炭开采给国家经济发展起到了重要的支撑 作用， 但同时也付出了巨大的代价。随着 2013 年煤 炭市场价格下跌，“黄金十年”也随之结束。国家及 相关部门相继出台与煤矿安全生产相关的法规与政 策，这使得煤炭行业重新思考发展问题。该阶段整 体论文发表数量有所下降， 6 年累计发表涉及煤矿 安全领域论文 2 517 篇。 2.2.2研究机构分布 截取近 10 年煤矿安全领域发文机构数据 （2010 年2020 年） ， 合并同一单位不同名称后， 根据机构 发表频次前 5 的为 中煤科工集团重庆研究院 （127 ） 、 中国矿业大学 （北京） （82 ） 、 河南理工大学 （58） 、 煤科 集团沈阳研究院 （53） 、 中煤科工集团常州自动化研 究院 （47） 。煤矿安全领域论文发表频次机构分布见 表 1。 从机构间联合研究的分布方面分析，各机构间 合作研究较多，体现了煤炭行业科技工作者之间的 密切联系与合作， 知识与研究成果的共享充分。如 中煤科工集团重庆研究院、中国矿业大学（北京） 、 7 第 51 卷第 10 期 2020 年 10 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.10 Oct. 2020 表 3煤矿安全引文量最大 13 个关键词结点统计表 Table 3Statistics of 13 key words nodes with the largest number of coal mine safety citations 关键词强度 热点开始年度 热点结束年度 20102020 六大系统2.56920102013 瓦斯抽放2.69820112014 煤与瓦斯突出矿井 5.17420112014 煤矿安全管理6.38920122015 通风系统3.12920132016 现状3.84020132016 作用2.60020142017 防治水2.59720142020 煤矿开采5.19520152020 灾害防治3.27520162020 煤自燃2.61920162020 煤矿安全监控系统 3.48920162020 防范措施3.64620162020 表 2煤矿安全关键词共现网络聚类表 Table 2Coal mine safety keywords cooccurrence network clustering table 聚类号聚类大小标识词 （选取前 7 ） 084 安全生产安全问题、 统计分析解决措施、 地测 防治水、 安全风险评价、“六大系统” 、 安监安防 系统模糊综合评价 168 煤矿安全监察、 煤矿瓦斯、 抽采达标先抽后采、 巷道两帮、 安全准入、 地质条件复杂资源整合、 瓦斯超限 261 瓦斯防治、 安全准入煤矿安全生产工作、 安全 质里标准化煤矿安全管理、 煤与瓦斯突出矿 井、 地方人民政府、 煤矿机械化、 煤矿安全监察 355 煤矿安全、 zigbee、 瓦斯检测、 联动报警声光报 警、 传制路由、 矿并安全监测、 传输网络 452 数值模拟、 多场耦合、 abc 干粉、 瓦斯爆炸、 循环 神经网络、 fuent、 瓦斯浓度预则 540 瓦斯预测、 瓦斯地质、 河南理工大学、 瓦斯突 出、 煤矿安全生产、 瓦斯超限、 突出危险区 627 瓦斯预测、 瓦斯综合治理、 瓦斯含量、 瓦斯赋 存、 信息融合、 煤矿安全、 瓦斯超限 727 煤矿安全规程 、 排瓦斯巷、 突出矿井、 瓦斯浓 度、 突出煤层、 甲烷传感器、 危险工作面 827 风险评估、 风险识别、 风险防控、 风险信息采 集、 煤矿放炮事故风险、 封闭不良钻孔、 隐蔽致 灾因素 9 10 22 21 不安全动作、 事故致因 “2-4” 模型、 瓦斯爆炸、 煤矿救援事故、 24 model、 实证分析、 不安全 物态 层次分析法、 指标体系、 模糊综合评价法、 安全 评价、 煤矿防尘、 煤矿企业矿井建设、 事故致因 河南理工大学和煤科集团沈阳研究院跨机构研究 多， 辐射面广。 3研究热点及前沿演进 3.1研究热点分析 研究热点是基于对关键词的分析。关键词是反 应论文主题概念的词组，聚类后能够反应该领域的 主要研究热点和研究方向。 运行 CiteSpace 中的关键 词节点， 煤矿安全关键词共现网络聚类表见表 2。 这些聚类表明了我国近 10 年来煤矿安全的热 点问题现状 煤矿安全、 矿工生命安全、 煤矿安全监 管、 ZigBee 技术、 数值模拟、 瓦斯预测、 抽采量、 安 全规程、 风险评估、 不安全行为、 层次分析法、 安全 对策。在煤矿安全领域研究中，安全生产、监督管 理、 装备技术、 安全管理是研究的热点问题， 其中瓦 斯事故发生机理研究、 监测、 治理和评估是重点研究 方向[9-10]。 3.2前沿演进 通过对近 10 年 （20102020 年）数据的分析， 识别与追踪我国煤矿安全领域的研究方向，提供研 究演化动态。数据来源于中国知网，因此仅对突出 词进行分析。 运行 CiteSpace 得出煤矿安全引文量最 大 13 个关键词结点统计情况见表 3。 结合高突文献的进一步分析， 探测煤矿安全研究 关注的前沿问题和发展趋势， 大致可分为 3 个阶段。 1） 早期阶段 （20102014 年） 。该阶段的研究内 容主要集中在六大系统、瓦斯抽放和煤与瓦斯突出 矿井的相关研究。2010 年， 国务院 23 号文 国务院 关于进一步加强企业安全生产工作的通知中要求 煤矿及非煤矿山安装监测监控系统、井下人员定位 系统、 紧急避险系统、 压风自救系统、 供水施救系统 和通信联络系统等技术装备，并于 3 年之内完成。 突出词与国家相关规定完全一致，说明我国学者在 此阶段的研究重要集中在六大系统及瓦斯防治方 面。早期前沿阶段的研究，为煤矿安全生产的后续 研究奠定了重要的基础。 2） 中期前沿 （20132016 年） 。2013 年国办 99 号文国务院办公厅关于进一步加强煤矿安全生产 工作的意见 中指出， 小煤矿退出、 提高准入制、 强 化矿长责任、提升安全监管水平等要求。因此在中 期前沿阶段，学者对我国煤矿的现状和安全管理研 究较多， 为小煤矿退出提供了理论、 数据和政策的 支撑。 3 ） 近期前沿 （20152020 年） 。该阶段研究集中 8 Safety in Coal Mines 第 51 卷第 10 期 2020 年 10 月 Vol.51No.10 Oct. 2020 在开采装备提升、 灾害防治体系、 监控系统和防范措 施等方面。主要反应了近年来， 行业内不断关注装备 技术、 信息化技术、 管理水平对煤矿安全的作用， 其中 云计算、 智慧物联网、 智能化开采及装备的理论研究 及应用将成为我国煤炭安全领域的发展趋势。 4结语 1 ） 煤炭行业科技创新与煤矿安全生产紧密相关。 从计量学角度分析了论文发表数量、煤炭工业科技 奖励申报数量和专利授权数量 3 个方面与煤矿安全 的相关性，表明了科技创新推动了煤矿安全，降低 了百万吨死亡率。 2 ） 对于煤矿安全的研究机构较多， 但主要集中 在中煤科工集团、 中国矿业大学.北京和中国矿业大 学，虽然存在彼此之间的合作，但部分机构间合作 较少， 仅存在几个主要机构之间。 3） 研究热点集中在安全生产、 监督管理、 装备技 术、安全管理是研究的热点问题，其中瓦斯事故发 生机理研究、 监测、 治理和评估是重点研究方向。 4） 前沿演进中分为 3 个阶段， 但是纵观 3 个阶 段呈现出的共性是 煤矿信息化、 物联网、 感知、 云 计算、智能化等关键词贯穿始终，因时间的推移而 呈现出新的形态。这说明，基于煤矿信息化技术的 发展，未来将以更深层次的形态引领煤炭行业的发 展方向。 参考文献 ［1］ 中国知网.文献高级检索 ［EB/OL］ . （2006-12-19） ［2019-02-18］ . dbprefixscdb. ［2］ 王家臣， 刘峰， 王蕾.煤炭科学开采与开采科学 ［J］ .煤 炭学报， 2016， 41 （11） 2651-2660. ［3］ 国家煤炭工业网.关于公布表彰 2019 年度中国煤炭 工业协会科学技术奖获奖项目和个人的决定 ［EB/ OL］ . （2019-12-19） ［2020-02-18］ .http//www.coal catid61id104812. ［4］ 孙超， 王旭， 王丹丹.煤化工行业风险管理对策研究 ［J］ .煤矿安全， 2018， 49 （8） 282-284. ［5］ 王蕾.煤炭科学开采系统协调度 ［M］ .北京 冶金出版 社， 2015. ［6］ 时立文.SPSS19.0 统计分析从入门到精通 ［M］ .北京 清华大学出版社， 2012. ［7］ 薛薇.基于 SPSS 的数据分析 ［M］ .北京 中国人民大学 出版社， 2011. ［8］ 陈悦， 陈超美， 刘则渊， 等.CiteSpace 知识图谱的方法 论功能 ［J］ .科学学研究， 2015， 33 （2） 242-253. ［9］ 谭章禄， 单斐， 陈孝慈.国内煤矿安全研究领域的知识 图谱分析 ［J］ .西安科技大学学报， 2017， 37 （6） 837. 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