“互联网+”时代大数据在煤炭安全生产的发展路径与对策研究

2020-04-07李洪安张威虎张婧

技术与创新管理 2020年2期

李洪安张威虎张婧

摘要：在“互联网+”时代，煤炭企业的安全生产需要与大数据技术融合起来，使得煤炭企业的管理运作与现代信息技术形成聚合效应，共同提升创新力和生产力。文中首先根据机制设计理论，研究“互联网+”时代大数据在煤炭安全生产的发展路径。从煤炭企业、煤炭产业链（煤炭上游企业与下游企业）、政府等多种相关参与者的角度出发，探索适合当前社会经济发展所需的煤炭企业安全生产的供给侧方案。其次，通过典型案例的调研与跟踪，分析煤炭企业、煤炭产业链与政府在大数据安全生产方面的经验与教训，验证发展路径在实践中的可行性。最后，从煤炭企业、煤炭产业链、政府的角度出发，进行大数据技术在煤炭企业安全生产的对策研究。研究结果表明：在“互联网+”时代，大数据与煤炭安全生產的融合是煤炭企业未来的发展重点和关键所在，有助于构建企业的综合技术路线。

关键词：互联网+;大数据;煤炭安全生产;发展路径;对策方案

中图分类号：F 273.1 文献标识码：A 文章编号：1672 - 7312（2020）02 -0172-06

Abstract：In the “Internet +” era，the safety production of coal enterprises needs to be integrated with big data technology，so that the coal mines management operation and modern information technology form a convergent effect，and jointly enhance innovation and productivity.Firstly，according to mechanism design theory，this paper studied the development path of big data in coal production safety in the era of “Internet +”.From the perspective of a variety of relevant participants，including coal enterprises，coal industry chain （upstream and downstream coal enterprises） and the government，this paper explored the supply side plan of coal enterprise safety production which is suitable for the current social economic development.Secondly，through the investigation and tracking of typical cases，the paper analyzed the experiences and lessons of coal enterprises，coal industry chain and government in big data safety production，and verified the feasibility of development path in practice.Finally，from the perspective of coal enterprises，the coal industry chain，and the government，the research on the countermeasures of big data technology in the safety production of coal enterprises was conducted.The research results show that in the era of “Internet +”，the integration of big data and coal safety production is the focus of future development of coal enterprises，which helps to build an integrated technological line for enterprises.

Key words：Internet +;Big Data;Coal Safety Production;Development Path;Countermeasure

0 引言

在“互联网+”时代，煤炭企业在传统安全生产的经验和基础上，融合大数据技术，大幅提升了煤炭企业的生产力和安全性。目前，煤炭企业与煤炭产业链在每个环节均产生了不同种类的海量数据，利用大数据技术处理，能够有效提高企业的高效运行和安全生产[1]。现阶段，部分煤炭企业已建立安全生产各环节的信息化建设和应用，但针对安全监控系统数据与传感器各项指标的大数据分析仍有巨大的提升空间。充分应用大数据技术将会实现煤炭企业以及产业链的监测预警，能够及时发现问题、预警问题、规避问题、解决问题，因此该研究具有重要的现实意义[2]。

目前，随着未开发煤矿煤层的多样化、开采复杂化、生产规模扩大化、产品多元化，使得煤炭生产的安全隐患日益增多。政府部门以及煤炭企业对安全生产的需求也在不断增加，煤炭企业的大数据技术应用是其智能化安全生产的进一步拓展。政府应根据大数据分析的相关结果，提高监管效率，完善安全生产法律法规，改进监管体制，强化监管的执法力度，重视安全生产教育，避免重大事故的发生。因此，在“互联网+”时代建立基于大数据的煤炭安全生产发展路径，并提出相应的对策方案，具有重要的理论意义。

马小平等[3]研究了基于物联网和大数据的煤炭安全生产监控系统，具有多数据融合分析与主动式预警的功能。张科利等[4]运用现代管理理论，构建安全生产的协同管理大数据平台。孙继平等[5]探讨了大数据在应对煤与瓦斯突出灾害等事故的预警、关键设备故障诊断、煤炭市场分析预测等方面的应用。王海军等[6]应用“互联网+”、大数据挖掘技术实现了煤炭安全生产，材料储运的安全生命周期的远程管控。杨晶洁[7]深入研究了物联网与大数据在煤炭安全生产保障的作用关系，使其实现预警、监控等功能。黄伟[8]将物联网和大数据应用在煤炭安全系统中，建造了全新的煤炭安全保障系统。方方[9]从煤炭物联网建设、煤炭云计算、煤炭大数据的采集和应用方面分别阐述了煤炭安全生产的信息化建设。李娜[10]针对煤炭大数据的特点，结合“互联网+”的思想，建立了煤炭生产云服务平台。

综上所述，通过大数据技术与网络互联传输，实现人与物、物与物的信息交互和无缝连接，达到对煤炭企业安全生产的实时控制、精确管理和科学决策，从而确定煤炭企业安全生产的发展路径和研究对策。首先根据机制设计理论，研究“互联网+”时代大数据在煤炭安全生产的发展路径。从煤炭企业、煤炭产业链（煤炭上游企业与下游企业）、政府等多种相关参与者的角度出发，探索适合当前社会经济发展所需的煤炭企业安全生产的供给侧方案。其次，通过典型案例的调研与跟踪，分析煤炭企业、煤炭产业链与政府在大数据安全生产方面的经验与教训，验证发展路径在实践中的可行性。最后，从煤炭企业、煤炭产业链、政府的角度出发，进行大数据技术在煤炭企业安全生产的对策研究。研究结果表明：在“互联网+”时代，大数据与煤炭安全生产的融合是煤炭企业未来的发展重点和关键所在，有助于构建企业的综合技术路线。

1 煤炭安全生产的发展路径研究

根据机制设计理论，研究“互联网+”时代下大数据在煤炭安全生产的发展路径[11]。从煤炭企业、煤炭产业链（煤炭上游企业与下游企业）、政府等多种相关参与者的角度出发，探索适合当前社会经济发展所需的煤炭企业安全生产的供给侧方案。通过互联网传输与大数据分析，实现管理员与矿井综采面的基层矿工、综采面的机械设备与管理数据库即时准确的传递数据，实时精密监控，准确分析数据，严谨高效决策。从而确定煤炭企业安全生产发展路径的关键所在和发展重点，构建煤炭企业安全生产的综合技术路线方案。

1.1 改善产业结构

煤炭产业链在“互联网+”以及大数据技术的发展下更加透明化。因此，需要建立以市场为导向的安全生产供应体系，进而推动煤炭市场产业结构调整[12]。煤炭产业链包括上游企业（采矿设备以及辅助物料等供应商）和下游企业（热力公司，电厂、炼钢企业、化学化工企业等煤炭能源需求方）。将煤炭产业链从原来的低效劳动、低技术含量、各环节关联度差的形式向高效管理、高科技、高安全性、高度关联度的方向转化。利用“互联网+”及大数据技术采集的信息，扩大煤炭产业链的范围。通过对煤炭开采设备的选择，安全系统的建立，煤炭综采面的生产，渠道流通环节的监管，保障煤炭安全生产的每个环节有序进行。

1.2 优化管理模式

利用大数据挖掘技术对安全生产过程、组织管理过程进行数字化统计，分析出煤炭安全事故的根本原因。基于“互联网+”的煤炭安全生产管理方式提升了企业的管理效率，节省了运营成本，使安全生产与有效管理相互协作。根据大数据技术分析的结果，煤炭企业大力优化安全生产的管理流程，建立科学、高效的管理体系与运行机制[13]，充分调动各部门积极参与安全生产的管理，促进煤炭管理创新和转型发展。

1.3 创新企业技术

通过“互联网+”的相关技术理论，促进了煤炭安全生产的信息化、智能化发展。大数据技术和煤炭安全相结合，打破了传统模式的弊端，彰显出技术创新带来的成效[14]。利用大数据技术挖掘的有效信息，保障煤炭安全生产、提高资源使用效率和附加值，解决了煤炭生产、管理各方面问题。“互联网+”时代下，加快安全生产、管理、组织等方面的成果转化是促进企业发展的关键点。

2 煤炭安全生产的实证分析

通过典型案例的调研与跟踪[15]，分析煤炭企业、煤炭产业链与政府在大数据安全生产方面的经验与教训，验证了发展路径在实践中的可行性。进一步从煤炭企业安全生产的实际角度出发，对煤炭大数据安全生产的现状、实现模式、政府政策进行实证分析，在明确供给侧结构性改革背景下，将大数据技术应用到煤炭企业安全生产所需要的制度、经济环境和实施条件中，为煤炭企业安全生产的科技创新提供借鉴与启示。

2.1 煤炭企业

2.1.1 水灾

综采面发生水灾的原因主要来自以下4个方面：防治水措施执行不到位;井下排水设施不齐全或排水能力不足;未发现透水预兆;发生水灾事故时，未及时汇报，延误抢救时间[16]。表1展示了水災危险源辨识的因素和相应管控措施。2019年12月14日，川煤集团杉木树煤矿在N24采区边界发生一起透水事故，事故造成4人遇难，14人失联（后全部被救出）。2017年4月19日，陕西省榆林市神木县大柳塔镇板定梁塔煤矿井下突发透水事故，当班次7人中只有1人安全出井，被困井下6人。经过77 h的昼夜紧急救援，4月22日9时从救援通道安全救出被困井下的6名作业人员。

2.1.2 火灾

煤炭生产时，火灾主要来自3个方面的原因：摩擦火花、电气火花等引燃可燃物;巷道浮煤、顶煤进采空区;防灭火措施不到位[17]。表2展示了火灾危险源辨识的因素和相应的主要措施。2014年12月12日，陕西省渭南市澄城县一处矿井在进行井下作业时发生火灾，4名矿工被困。事后检查发现主要原因是矿井巷道采空区遗煤氧化自燃着火，导致矿井巷道通风系统受损，井下产生较大烟雾无法排出。

2.1.3 瓦斯

当顶煤留设较厚时，容易发生采空区遗煤氧化，造成回风隅角范围内低氧和一氧化碳超限，在微小火源的作用下会直接引爆聚集的瓦斯，产生重大安全事故[19]。2018年12月24日陕西省延安市华龙煤业有限公司下属一座矿井发生一起影响较大瓦斯爆炸事故，该事故直接造成5名井下作业人员死亡。调查发现引起事故的直接原因是，喷浆队5名作业工人在进入盲巷作业之前，并未提前检查和排放瓦斯，违规物品直接引燃了盲巷内聚积的瓦斯，形成了严重的瓦斯爆炸事故。

2.1.4 煤尘事故

煤炭生产的各个环节中，采掘、开采、运输等基本环节都会产生煤尘。在没有及时除尘的防治前提下，煤尘悬浮在空气中[19]。当煤尘达到一定浓度时，任何火源都会引发爆炸，比如爆破火焰，电气火花等。并且爆炸过程中产生的新煤尘会引起连续性爆炸事故。

2.1.5 顶板灾害

综采面顶板灾害主要来自于老顶来压期间的破碎顶板架前冒漏、综采面及两顺槽发生顶板冒落和架后顶板垮落或大面积空顶突然垮落而带来的强压飓风灾害[20]。渭南市白水县的陕西蒲白南桥煤业有限公司于2019年6月5日发生一起顶板事故，导致作业面矿工5人死亡。根据陕西煤矿安全监察局在其官网发布的数据显示，截至9月8日，累计接到因顶板事故的报告9起，共造成33人死亡。

2.2 煤炭产业链

煤炭上游企业为煤炭企业提供生产所需的物料、管理所需的设备与配件，两者之间涉及到的物料多达10万种，而在“互联网+”时代，可以借助网络信息传输提供全面的物料与设备信息。根据大数据的分析结果，为采购决策和生产管理提供技术层面的支持，制定出更加合理的方案，以规范采购流程、控制安全生产的风险性。采购流程不规范、库存物资流动性差和采购物品不合格等问题，都将引起煤炭生产过程中的设备不安全或原料缺失等问题，从而造成安全生产隐患。

2.3 政府

目前国家已经针对煤炭安全生产制定了多项法律法规[21]，例如《安全生产法》、《煤炭安全规程》、《国务院关于预防煤炭生产安全事故的特别规定》、《煤炭生产安全事故报告和调查处理规定》以及《关于加强煤炭安全生产工作规范煤炭资源整合的若干意见》。但是，煤炭安全生产问题仍然时有发生。一方面政府降低了对企业的严查力度，且监管效率低;另一方面，企业对安全生产放松了警惕，没有采取安全的管理措施，从而导致的重大事故发生。

3 煤炭安全生产的对策研究

在“互联网+”时代，从煤炭企业、煤炭产业链、政府等多种相关参与者的角度出发，进行大数据技术在煤炭企业安全生产的对策研究。

3.1 煤炭企业的对策研究

3.1.1 水灾对策

综采面内排水能力以不小于最大涌水量120%设防。在多雨季节必须提前处理矿井以及作业面的水流疏通、预防雨水和地表水渗透工作[22]。具体工作包括：检查原有设备是否完好，增加新的排水设备和备用管路，确保排水系统无任何故障风险。在“互联网+”时代，利用水文监测设备，温度监测设备，红外超感检测仪对综采作业面的顶板淋水和涌水进行实时监控。发现有顶板湿度、综采面气温波动异常、矿井水雾、顶板淋水加大、顶板压力异常、底板鼓起等异常情况时，监测设备会立即自我分析并做出预警信号。综采面得到预警信号后必须停止作业，撤出所有受水灾威胁地点的人员。同时将监测数据和预警信息报告调度室，作为新数据采集并录入大数据库。

3.1.2 火灾对策

在煤层厚度允许的情况下，必须达到设计采高，只允许留设200～300 mm的顶煤护顶，每组作业结束后立即清理大脚前、支架上的浮煤，处理上下端安全出口及巷道内的遗留片帮煤，采空区严禁有浮煤遗留[23]。在“互联网+”时代，安装粉尘监测装置及红外传感装置，对作业面及巷道实时监控。及时封闭回采过的联巷，机头机尾隅角架设挡风帘，机尾端头盖板上安设导风帘。每班不少于2次测量综采面回风隅角的瓦斯、CO浓度。发现CO浓度超出规定时，必须采取措施。每天严格执行岩粉撒布，岩粉撒布区域为综采面主运顺槽、回风顺槽端头。对采空区内切眼、封闭的联巷处注浆，加强采空区的大数据监测。

3.1.3 瓦斯对策

对矿井下的各个区域包括工作点及巷道做到实时环境参数采集、智能联动通风设备、自动降低瓦斯浓度[24]，争取做到无瓦斯超限作业，无瓦斯积聚。当联动通风设备运行3 min后瓦斯浓度依然无法降低的情况下，即综采面回风风流中瓦斯浓度超过1%或CO2浓度超过1.5%时，发出警报，切断除通风设备以外的所有电源，及时疏散作业区工作人员，并及时上传数据到控制室。要切实维护好综采面两巷，确保风流畅通。

3.1.4 粉尘对策

坚持使用好各转载点自动喷雾降尘装置，监测联动喷雾设备保证喷雾效果。综采面每隔10架设置一处自动负压喷雾洒水系统，由监测设备联动喷雾系统，当粉尘达到一定浓度时，从顶梁煤壁处覆盖至立柱柱窝处喷雾自动启动，保证喷雾效果。综采面及两顺槽工作人员一律佩带合格防尘口罩进行个体防尘。综采面所有电气设备必须完好，杜绝失爆[25]。

3.1.5 顶板对策

当顶板条件发生变化时，需要立即改进完善安全技术措施。工作人员必须对各作业地点巡回检查，认真查找不安全隐患，杜绝一切不符合操作流程的作业，最终实现顶板管理安全，为综采面安全生产提供有力保证。采煤机司机应割平顶板，留设200～300 mm厚的顶煤护顶，保证支架接顶良好，综采面与两顺槽垂直过渡。作业时做好敲帮问顶措施，进入溜槽内检修时必须在作业范围内各支架架间设置防护网。加强回风顺槽距综采面30 m范围内的顶板管理，确保端头架和超前支架拉到位后能及时升起[26]。

3.2 煤炭产业链的对策研究

针对煤炭上游企业制定采购流程、物流监控、库存管理等一系列能够通过互联网平台进行管理活动的环节。

3.2.1 采购流程

采购流程是指煤炭企业与上游企业先达成合作意向，再商谈供货细节，定制标准化的采购合同。在“互联网+”时代，将信息流、商流、物流有机结合，通过大数据平台进行信息发布，缩短了采购周期，使合同簽订、物流配送以及商品验收，更加规范化、高效化，同时降低了管理成本。

3.2.2 物流监控

在“互联网+”时代，物流监控涉及的数据包含：物流公司的运输单号、时间与路线;上游企业的供货数量与质量等多种指标。通过网络数据与数据挖掘算法，构建合理的物流分析系统，保证煤炭企业按时按量获取所需的物料及管理所需的设备与配件。

3.2.3 库存管理

煤炭企业管理所需的设备与配件种类复杂，且替换频率各不相同。在“互联网+”时代，通过大数据技术，对不同类型的设备与配件进行分析，得出其替换频率和替换数量，为煤炭安全生产的库存管理计划提供科学的决策依据。

3.3 政府的对策研究

根据政企博弈分析理论，并结合煤炭企业安全生产的实际，提出构建煤炭大数据安全生产的政府政策建议。

3.3.1 完善煤炭安全生产法律法规

目前，我国煤炭安全法律体系已较为健全，但是重大煤炭事故仍然时有发生。“互联网+”时代下，信息更加透明与多元化，安全生产的法律法规还存在着立法滞后、法律空白等问题，需要政府进一步改进和完善。

通过法律和法规来规范安全行为，明确安全生产监管部门的职责。建设一支政治合格、业务精通、作风过硬的监管队伍，加大对煤炭生产企业的监管检查力度，降低违规生产的概率。

3.3.2 改进监管体制

通过对煤炭事故起因进行大数据分析，政府由此判断出重点的事故隐患。监管部门必须查处事故发生频率高以及存在隐患的煤炭企业，通知限期整改并落到实处。一方面强制消除安全隐患;另一方面对煤炭企业责任人给予处罚。

3.3.3 强化监管的执法力度

政府对待煤炭企业的违规行为要加大惩罚力度，使企业和员工意识到违规的严重性和后果，严格遵守各项安全生产法律法规，减少安全事故的发生。与此同时，对煤炭企业采取激励和引导，从根本上降低安全事故发生。

3.3.4 重视安全生产教育

政府对待煤炭企业的管理人员和职工，增加岗位安全的资格考试频率，不断强化其安全教育培训。增强管理人员和职工的安全意识和安全技能，使他们时刻保持警戒状态，保证煤炭企业安全生产。

4 结语

煤炭企业的大数据技术是煤炭智能化、信息化的发展延伸，利用智能设备对煤炭企业的物理世界进行感知，通过网络互联和数据传输，大数据技术将会实现煤炭企业以及产业链的实时监测预警，及时发现问题、预警问题、规避问题、解决问题。

文中首先根据机制设计理论，研究“互联网+”时代大数据在煤炭安全生产的发展路径。从煤炭企业、煤炭产业链（煤炭上游企业与下游企业）、政府等多种相关参与者的角度出发，探索适合当前社会经济发展所需的煤炭企业安全生产的供给侧方案。其次，通过典型案例的调研与跟踪，分析煤炭企业、煤炭产业链与政府在大数据安全生产方面的经验与教训，验证发展路径在实践中的可行性。最后，从煤炭企业、煤炭产业链、政府的角度出发，进行大数据技术在煤炭企业安全生产的对策研究。研究结果表明：在“互联网+”时代，大数据与煤炭安全生产的融合是煤炭企业未来的發展重点和关键所在，有助于构建企业的综合技术路线。

将“互联网+”理念融入到煤炭安全生产的各个环节，从机械化过渡到信息化，满足煤矿安全生产的实际需求，避免了以往采掘、机电、运输、通风互不相关的状态，转变为全面的数据采集、传输和存储。通过实时精密监控、准确分析数据、严谨高效决策，真正提升煤炭企业的核心竞争力。

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