科技創(chuàng)新對煤礦安全的影響研究

1、科技創(chuàng)新對煤礦安全的影響研究 摘要：為探索我國煤炭行業(yè)的科技創(chuàng)新對煤礦安全產(chǎn)生的推動作用，梳理了20022020年煤礦安全領(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個指標的數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計分析方法計算了3個指標與煤礦安全的相關(guān)關(guān)系，結(jié)果均為強負相關(guān)，這說明，隨著煤炭行業(yè)的科技創(chuàng)新的發(fā)展，我國煤礦安全水平不斷提升。同時，梳理我國煤礦安全40余年來的發(fā)展情況，以中國知網(wǎng)19802020年的7428篇相關(guān)文獻為分析樣本；結(jié)果表明，對該領(lǐng)域研究較多的機構(gòu)是，中煤科工集團重慶研究院和煤科集團沈陽研究院等。在煤礦安全研究熱點中，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；在

2、煤礦安全前沿演進中，可分為3個階段，但煤礦信息化、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。 關(guān)鍵詞：科技創(chuàng)新；煤礦安全；CiteSpace；研究熱點；前沿演進 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。科技創(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來衡量科技創(chuàng)新對煤礦安全的推動作用，也

3、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，但科技評價指標眾多，通過對國內(nèi)外科技評價指標的梳理及行業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)的可獲取性，最終選?。好旱V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)

4、量和煤炭行業(yè)專利授權(quán)數(shù)量3個指標，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19802019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。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的依據(jù)，因此，需要以客觀的統(tǒng)計方法對指標之間的相關(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20022020年數(shù)據(jù)作為分析對象，并利用SPSS統(tǒng)計分析軟件

5、得出各指標間相關(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。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

6、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

7、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7248篇有效文獻。2）方法分析及工具。CiteSpace8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

8、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，19802002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，20022013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

9、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4183篇涉及煤礦安全領(lǐng)域的論文。3）第3階段，20142020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2517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

10、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。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

11、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。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（20102020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Ci

12、teSpace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。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（20102014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

13、后續(xù)研究奠定了重要的基礎(chǔ)。2）中期前沿（20132016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（20152020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