楊 洋，張文博，左晨曦，王子軒

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）管理學(xué)院，北京100083）

“人-機(jī)-環(huán)-管”理論常用于安全生產(chǎn)領(lǐng)域中的不安全因素分析，為控制生產(chǎn)過(guò)程和安全管理提供了理論依據(jù)，預(yù)防事故的發(fā)生。該理論由美國(guó)學(xué)者Wright 于1940 年首次提出。其中，人員因素研究人的心理生理、自身素質(zhì)、教育培訓(xùn)、工作環(huán)境因素影響下的不安全行為對(duì)安全生產(chǎn)的影響；機(jī)械設(shè)備因素則研究設(shè)備的質(zhì)量、性能等要素對(duì)安全的影響，主要表現(xiàn)為設(shè)備磨損老化、安全設(shè)施不完備等；環(huán)境因素是影響安全生產(chǎn)的客觀因素，它會(huì)在一定程度上影響人和機(jī)械在工作環(huán)境中的狀態(tài)，主要表現(xiàn)為工作場(chǎng)所管理混亂以及惡劣的自然環(huán)境；管理因素對(duì)安全生產(chǎn)的影響主要表現(xiàn)在安全管理體系不健全、管理方法不科學(xué)、安全技術(shù)不完備等。煤礦安全管理系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜、龐大且極其重要的系統(tǒng)，影響其安全性的因素也有很多。我國(guó)學(xué)者從“人-機(jī)-環(huán)-管”理論中得到啟發(fā)，對(duì)煤礦安全管理系統(tǒng)進(jìn)行分類(lèi)、優(yōu)化、識(shí)別以及控制以預(yù)防煤礦事故。唐艷春[1]認(rèn)為要減少事故發(fā)生，就必須協(xié)調(diào)人、機(jī)、環(huán)境和管理4 項(xiàng)要素之間的關(guān)系。崔鐵軍[2]將傳統(tǒng)礦業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)根據(jù)“人-機(jī)-環(huán)-管”分為4 個(gè)子系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上將智能科學(xué)技術(shù)融入傳統(tǒng)礦業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，提升煤礦安全管理能力。Goffart T V[3]從“人-機(jī)-環(huán)-管”4 個(gè)方面給出了預(yù)防事故的方法事例，并結(jié)合煤礦多功能安全系統(tǒng)說(shuō)明了確保礦工安全的工程工具和系統(tǒng)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的可行方向。WU Yaqin[4]基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從“人-機(jī)-環(huán)-管”4 個(gè)方面為地下煤礦建立了動(dòng)態(tài)信息平臺(tái)，可提升用戶的危險(xiǎn)點(diǎn)和后續(xù)決策能力，確保地下采礦安全。除此之外，還有大量文獻(xiàn)研究了上述每種因素分別對(duì)煤礦安全的影響?；凇叭?機(jī)-環(huán)-管”理論，梳理煤礦安全管理研究現(xiàn)狀，分析研究?jī)?nèi)容的演化趨勢(shì)和未來(lái)發(fā)展方向。

1 員工管理視角下的煤礦安全研究演化分析

煤礦員工的不安全行為對(duì)煤礦安全有著重要的影響。Yu Kai[5]認(rèn)為人的不安全行為是造成煤礦安全事故的主要原因，其從個(gè)體因素、自然環(huán)境、安全領(lǐng)導(dǎo)、安全管理和群體因素5 個(gè)方面確定了煤礦工人不安全行為對(duì)煤礦安全的影響。該方向研究分為3個(gè)階段：

1）在2011 年之前，對(duì)于礦山安全人員管理方面的研究主要集中于對(duì)礦工不安全行為分析，探討礦工不安全行為的影響因素和對(duì)策。李兆祥[6]從人的心理、思想以及行為方面分析了礦工不安全行為的構(gòu)成、根源和表現(xiàn)，認(rèn)為防止人的不安全行為應(yīng)該從培訓(xùn)、管理等方面進(jìn)行改進(jìn)。還有多個(gè)學(xué)者都從心理學(xué)、行為科學(xué)視角入手，分析礦工的心理狀態(tài)如工作倦怠、情感耗竭以及疏離工作等，以及分析礦工的生理狀態(tài)如空間知覺(jué)差、聲光反應(yīng)遲鈍、工作操作穩(wěn)定性等，以及環(huán)境等外部因素對(duì)礦工的影響，并從安全教育及管理方面提出了若干對(duì)策來(lái)消除礦工不安全行為，為煤礦安全管理提供依據(jù)。

2）2011—2014 年，對(duì)于礦山安全人員管理方面的研究開(kāi)始向不安全行為的風(fēng)險(xiǎn)分析及預(yù)測(cè)方面轉(zhuǎn)變，通過(guò)分析理論和建立模型來(lái)預(yù)測(cè)和控制礦工不安全行為。劉海濱[7]采用了結(jié)構(gòu)方程模型，得出安全行為態(tài)度、安全氛圍、行為風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知偏差以及不安全行為意向有相關(guān)性，為不安全行為的預(yù)測(cè)提供幫助。安景文等[8]采用網(wǎng)絡(luò)層次分析法和物元可拓模型，構(gòu)建了礦工不安全行為指標(biāo)體系。田水承等[9]基于計(jì)劃行為理論分析礦工不安全行為產(chǎn)生的影響因素，為行為預(yù)測(cè)和控制提供指導(dǎo)。劉雙躍等[10]采用模糊聚類(lèi)方法，將不安全行為的產(chǎn)生分為3 個(gè)基本要素，并針對(duì)性地提出了安全教育模式。Liu Rulin[11]基于HFACS-CM 模型和AHP 方法分析得出外部環(huán)境、組織影響和領(lǐng)導(dǎo)行為會(huì)影響煤礦工人的安全行為，為事故調(diào)查和人員控制提供依據(jù)。

3）2014 至今，學(xué)者逐漸開(kāi)始運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)研究不安全行為。郭紅領(lǐng)、劉文平等人[12]利用建筑信息模型（BIM）和定位技術(shù)（PT）來(lái)研究工人不安全行為的預(yù)警系統(tǒng)，從而能夠及時(shí)獲取工人的位置和行為信息。佟瑞鵬[13]提出了融合深度學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)、深度圖像和AI 識(shí)別技術(shù)的方法，對(duì)礦工的不安全行為能夠有效識(shí)別。田水承等[14]通過(guò)Netlogo 仿真平臺(tái)對(duì)礦工不安全行為進(jìn)行模擬仿真，通過(guò)模型中的取值來(lái)預(yù)測(cè)不安全行為的發(fā)展趨勢(shì)。

綜上所述，礦山安全管理中對(duì)人員管理方面的研究逐漸與新興技術(shù)結(jié)合，體現(xiàn)了煤礦安全管理數(shù)字化的趨勢(shì)，未來(lái)在此方向要加深與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息化技術(shù)深度融合，提升對(duì)人員不安全行為的管理水平。

2 機(jī)械設(shè)備管理視角下的煤礦安全研究演化分析

礦山機(jī)械設(shè)備使用管理對(duì)煤礦安全管理有著非常重要的意義，在此方面應(yīng)提升礦山機(jī)械設(shè)備的規(guī)范性，制定有效的管理制度并做好人員培訓(xùn)工作，保證機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行，從而促進(jìn)礦山安全、高效生產(chǎn)。該方向研究分為3 個(gè)階段：

1）2006 年之前，對(duì)于煤礦安全管理中的機(jī)械因素的研究力度較小，主要涉及機(jī)械故障維修、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等內(nèi)容。盧共平[15]提出了煤機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對(duì)煤礦采掘機(jī)械進(jìn)行檢測(cè)、維護(hù)、預(yù)報(bào)故障，可預(yù)防礦井事故的發(fā)生。在這一階段還存在著大量運(yùn)用FTA 方法、油料分析技術(shù)、小波分析方法、因果圖理論、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)等對(duì)于煤礦機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的應(yīng)用分析，以及提出了狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)，為掌握設(shè)備狀態(tài)、指導(dǎo)設(shè)備修理和防止由于機(jī)械故障而引起的突發(fā)事故提供依據(jù)。

2）2006 年至2012 年左右，關(guān)于煤礦安全管理中的機(jī)械因素的研究開(kāi)始結(jié)合新技術(shù)，出現(xiàn)了對(duì)于煤礦機(jī)械故障預(yù)測(cè)檢測(cè)維修新方法。耿濤、宋宜梅等人[16]將現(xiàn)代信號(hào)處理和診斷技術(shù)應(yīng)用于礦山機(jī)械故障診斷中，構(gòu)建了符合OSA-CBM 標(biāo)準(zhǔn)的礦山設(shè)備監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)。吳炳勝[17]建立了煤礦機(jī)械安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，開(kāi)發(fā)了基于風(fēng)險(xiǎn)管理的煤機(jī)監(jiān)控和智能決策系統(tǒng)。馬修泉等[18]介紹了新型的石墨/鐵基耐磨復(fù)合材料以及其在提升煤機(jī)安全方面的應(yīng)用。還有多位學(xué)者則通過(guò)小波去噪方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、LabVIEW 開(kāi)發(fā)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，運(yùn)用CATIA 平臺(tái)進(jìn)行機(jī)械維修模擬，以及ZigBee 技術(shù)的應(yīng)用，來(lái)提升煤礦在設(shè)備方面的安全管理能力。

3）2012 年至今，學(xué)者在機(jī)械因素方面的研究通過(guò)建模、與信息化等技術(shù)結(jié)合的方式，來(lái)創(chuàng)新煤礦機(jī)械的監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)以及維修保養(yǎng)的技術(shù)手段。劉海波等[19]通過(guò)對(duì)人工神經(jīng)元模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)方法以及動(dòng)態(tài)仿真等理論的應(yīng)用，構(gòu)建了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的煤礦機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)記錄模型。楊小彬等[20]提出了利用圖像識(shí)別和聲音識(shí)別的機(jī)械設(shè)備故障監(jiān)測(cè)訓(xùn)練流程模型。Ma Chi[21]通過(guò)對(duì)基于Ritz 系列的模態(tài)分析方法，研究了過(guò)載對(duì)集裝箱-繩索振動(dòng)系統(tǒng)的影響。Cheng Bo[22]提出了一種輕量級(jí)的mashup 中間件，通過(guò)地下物理傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井生產(chǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制自動(dòng)化。楊一晴等[23]設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW 的煤礦旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障在線診斷及預(yù)警系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確識(shí)別機(jī)械故障。

綜上所述，目前該方向主要是利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等，將生產(chǎn)設(shè)備與數(shù)字化、信息化技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)新設(shè)備管理模式和監(jiān)測(cè)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可提升數(shù)字化礦山安全管理水平。

3 礦山環(huán)境視角下的煤礦安全研究演化分析

環(huán)境要素是對(duì)于煤礦生產(chǎn)安全有較大影響的客觀因素。該方向研究分為2 個(gè)階段：

1）1980—2000 年，國(guó)內(nèi)外對(duì)于生產(chǎn)環(huán)境環(huán)節(jié)的研究力度較弱，學(xué)者們主要研究基礎(chǔ)性的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)。周長(zhǎng)春等[24]提出了用模糊數(shù)來(lái)對(duì)井下空間瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行表示的方法，可基本實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯?jié)舛鹊拈L(zhǎng)期全態(tài)預(yù)測(cè)。曾益章[25]介紹了傳感器的基本組成及原理以及在煤礦環(huán)境安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，指出了礦用傳感器的發(fā)展趨勢(shì)。王懷旭[26]提出了STD-BUS 工業(yè)控制機(jī)，并與TF-200 型煤礦環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配套使用來(lái)對(duì)煤礦環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2）2000 年至今，國(guó)內(nèi)外對(duì)于環(huán)境管理的研究與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)結(jié)合，提出了生產(chǎn)環(huán)境安全監(jiān)控的新方法。汪瑩等[27]構(gòu)建了基于粗集-支持向量機(jī)的煤礦安全分析預(yù)測(cè)模型，建立了煤礦安全生產(chǎn)預(yù)警指標(biāo)體系。Cheng Jianwei[28]開(kāi)發(fā)了基于PC 計(jì)算機(jī)的礦山大氣爆炸風(fēng)險(xiǎn)的綜合咨詢模型，可對(duì)封閉煤礦區(qū)的大氣狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。Jena[29]通過(guò)建立巖石力學(xué)參數(shù)評(píng)估模型來(lái)預(yù)測(cè)與頂板墜落有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。多位學(xué)者基于LoRa 技術(shù)、ZigBee 技術(shù)和多傳感器信息融合與CAN 總線技術(shù)來(lái)對(duì)井下環(huán)境監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下環(huán)境的實(shí)時(shí)控制，提升礦井安全性。

綜上所述，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)應(yīng)用可有效減少由于環(huán)境因素導(dǎo)致的煤礦事故，提升礦山安全管理水平。未來(lái)的研究會(huì)逐漸建立起全國(guó)統(tǒng)一的礦山環(huán)境調(diào)查、評(píng)價(jià)、檢測(cè)預(yù)警、修復(fù)治理等內(nèi)容的大數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，開(kāi)發(fā)礦山環(huán)境人工智能預(yù)警功能，最終將環(huán)境數(shù)據(jù)現(xiàn)狀與模擬預(yù)測(cè)輸出模型直觀地呈現(xiàn)給社會(huì)公眾，為生產(chǎn)環(huán)境安全提供保障。

4 管理技術(shù)視角下的煤礦安全研究演化分析

要提升礦山安全管理水平還要對(duì)“人-機(jī)-環(huán)-管”中其他要素進(jìn)行協(xié)調(diào)，建立數(shù)字化礦山綜合管理系統(tǒng)，提高礦山安全管理能力。該方向研究分為2 個(gè)階段：

1）1980—2000 年，國(guó)內(nèi)外對(duì)于管理技術(shù)的礦山安全研究主要集中于煤礦安全管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。宋金玲等[30]綜合運(yùn)用了VB、SQLServer、FormulaOne 等工具建立煤礦安全信息管理系統(tǒng)，為煤礦安全管理的有序開(kāi)展提供可行性方法。部分學(xué)者嘗試了將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于煤礦安全管理，建立煤礦安全信息計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，提升煤礦安全管理水平及能力。此外，還有學(xué)者探討了在煤礦安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中多媒體技術(shù)的運(yùn)用，使管理系統(tǒng)具有實(shí)施監(jiān)控、及時(shí)救援和事故分析3 大功能。

2）2000 年至今，國(guó)內(nèi)外對(duì)于礦山安全管理技術(shù)方面的研究隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了創(chuàng)新和完善。毛善君等[31]基于信息技術(shù)和智能管控的特點(diǎn)，提出流程化的智能煤礦管控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和整體構(gòu)架。譚章祿等[32]對(duì)安全管理的對(duì)象、屬性、認(rèn)知主體、展示方式、及其效果的評(píng)價(jià)進(jìn)行了探究，構(gòu)建了可視化方式選擇模型。姜福興[33]等提出了實(shí)時(shí)危險(xiǎn)性的多參數(shù)監(jiān)測(cè)和預(yù)警方法，并設(shè)計(jì)了多參數(shù)聯(lián)合預(yù)警平臺(tái)。劉海濱等[34]提出了基于IaaS、PaaS 和SaaS 等層次的煤礦安全數(shù)據(jù)分析和輔助決策云平臺(tái)的系統(tǒng)框架。Wang Wensheng[35]針對(duì)煤礦事故災(zāi)害的類(lèi)型和地理信息系統(tǒng)，提出了煤礦安全管理的發(fā)生規(guī)律和工作流模型，提出了隱患識(shí)別決策支持系統(tǒng)模型的概念。Liu Quanlong[36]提出了“三防層”的事故發(fā)生機(jī)理，提出了對(duì)煤礦事故危險(xiǎn)進(jìn)行兩極分化管理的方法，包括根源危害識(shí)別、控制標(biāo)準(zhǔn)和控制措施的制定以及整改措施。Salap[37]基于地理信息系統(tǒng)（GIS）提出了地下礦山安全監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)的建設(shè)，該系統(tǒng)借助Web 和應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行，有效提升煤礦安全監(jiān)測(cè)和管理效率。

綜上所述，基于大數(shù)據(jù)的礦山管理系統(tǒng)可以從各個(gè)方面實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)的及時(shí)監(jiān)控，使礦山安全得到有效保障。未來(lái)應(yīng)繼續(xù)結(jié)合最新技術(shù)，創(chuàng)新礦山安全管理技術(shù)與管理系統(tǒng)，做到對(duì)煤礦安全隱患信息的多維分析，建立基于互聯(lián)網(wǎng)+的信息處理模式，將系統(tǒng)關(guān)鍵功能進(jìn)行延伸，實(shí)現(xiàn)礦山安全綜合管理平臺(tái)的架構(gòu)。

5 結(jié) 語(yǔ)

當(dāng)前經(jīng)濟(jì)與科技的飛速發(fā)展推動(dòng)了數(shù)字化礦山安全管理的研究，該研究領(lǐng)域仍有相當(dāng)大的研究空間。在當(dāng)前的研究中，基于“人-機(jī)-環(huán)-管”安全生產(chǎn)理論的大數(shù)據(jù)在煤礦安全管理中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在行業(yè)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的建設(shè)、煤礦安全綜合信息平臺(tái)的建設(shè)以及數(shù)據(jù)安全的管控。未來(lái)對(duì)于數(shù)字化礦山安全管理的研究會(huì)繼續(xù)以“人-機(jī)-環(huán)-管”安全生產(chǎn)理論為研究框架來(lái)促進(jìn)數(shù)字化煤礦安全管理科技創(chuàng)新，最終達(dá)到煤礦與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等的深度融合，極大促進(jìn)我國(guó)煤礦安全管理水平的提高。