【摘要】：隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展和安全管理理論的逐漸完善,數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在安全管理決策領(lǐng)域中受到了眾多學(xué)者和企業(yè)的關(guān)注。面臨著員工日益提高的安全需求以及社會輿論的高度關(guān)注,煤礦企業(yè)不得不提升安全管理水平來適應(yīng)社會的快速發(fā)展。然而,如何精確、高效和客觀的評價煤礦企業(yè)的安全管理效率,并對其進行有效性提升是當前煤礦企業(yè)迫切需要解決的安全問題。在《安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃》(國辦發(fā)⺌2017⺗3號)指出“應(yīng)全面推進安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)應(yīng)用,提升重大危險源監(jiān)測、隱患排查、風險管控、應(yīng)急處置等預(yù)警監(jiān)控能力”。表明當前政府和煤礦企業(yè)對大數(shù)據(jù)技術(shù)和方法在煤礦安全管理中的應(yīng)用顯得極為迫切�；谏鲜霰尘�,本論文結(jié)合安全管理、系統(tǒng)工程以及數(shù)據(jù)挖掘等理論和方法,從大數(shù)據(jù)背景出發(fā),對當前中國煤礦安全管理研究基礎(chǔ)變革,煤礦安全管理內(nèi)涵、范式及事故發(fā)生機理,煤礦安全管理影響要素深度挖掘、煤礦安全管理效率評估和煤礦安全管理效率提升等五個方面進行研究,來解決煤礦企業(yè)在實施安全管理過程中存在的效率問題,從而有針對性的制定提升煤礦安全管理水平的發(fā)展路徑及相關(guān)策略。本論文具體研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)在大數(shù)據(jù)背景下煤礦安全管理研究基礎(chǔ)變革方面,本文主要從安全管理理念、安全管理效率、安全管理方法以及安全管理思維四個方面進行闡述。在安全管理念方面,指出安全管理理念具有事故致因、傳統(tǒng)安全、系統(tǒng)安全、大數(shù)據(jù)安全四種視角,而這四種視角下安全管理理念具有一定的時序性,但又在各自時期存在交叉重疊現(xiàn)狀。在安全管理效率的變革方面,認為當前煤礦安全管理效率研究缺乏全面型、前瞻性和時效性,并構(gòu)建大數(shù)據(jù)背景下的安全管理效率研究基本框架。在安全管理方法的變革方面,從知識驅(qū)動、模型驅(qū)動和數(shù)據(jù)驅(qū)動三個方面梳理了當前煤礦安全管理的研究模型和方法,并提出基于混合驅(qū)動的煤礦安全管理方法。最后,從經(jīng)驗、制度、風險預(yù)控以及大數(shù)據(jù)化四個方面闡述了當前安全管理思維的變革。發(fā)現(xiàn)大數(shù)據(jù)背景下煤礦安全管理思維正在由因果-相關(guān),靜態(tài)-動態(tài),逆向-正向,經(jīng)驗-數(shù)據(jù)思維轉(zhuǎn)變。(2)在大數(shù)據(jù)背景下煤礦安全管理內(nèi)涵、特征及事故機理分析方面,首先,定義了煤礦安全管理數(shù)據(jù)化內(nèi)涵,認為大數(shù)據(jù)背景下煤礦安全管理對象由傳統(tǒng)的實物個體轉(zhuǎn)向?qū)�體產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)管理,并指出大數(shù)據(jù)背景下煤礦安全管理既具有大數(shù)據(jù)的主要特征,也存在自身的不足。其次,從煤礦安全管理數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、來源和屬性的不同,對煤礦安全管理數(shù)據(jù)進行總結(jié)和分類。然后,從數(shù)據(jù)大小的角度對煤礦安全管理的大數(shù)據(jù)和小數(shù)據(jù)進行對比分析,提出了大數(shù)據(jù)背景下煤礦安全管理數(shù)據(jù)、信息和規(guī)律轉(zhuǎn)化模型,結(jié)果顯示煤礦安全管理數(shù)據(jù)、信息和規(guī)律之間并不是簡單的直線型結(jié)構(gòu),而是以安全知識為中介的三角轉(zhuǎn)化模式。最后,引入數(shù)據(jù)場理論,從數(shù)據(jù)角度闡釋了煤礦事故發(fā)生機理。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當煤礦安全數(shù)據(jù)時間效應(yīng)產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)規(guī)則存在誤差則有可能會導(dǎo)致煤礦安全事故發(fā)生;當通過煤礦安全數(shù)據(jù)空間效應(yīng)產(chǎn)生的新的煤礦安全數(shù)據(jù)、信息、知識和規(guī)律與原有的煤礦數(shù)據(jù)空間不匹配,也會導(dǎo)致安全信息不對稱或者安全規(guī)律不穩(wěn)定,引發(fā)事故。當煤礦安全時間數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)相互碰撞交叉而產(chǎn)生時空交叉效應(yīng),會造成煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中人-機-環(huán)-管交互的不穩(wěn)定,產(chǎn)生煤礦事故。(3)在大數(shù)據(jù)背景下煤礦安全管理數(shù)據(jù)挖掘方面,首先從安全生產(chǎn)操作維、方法維和領(lǐng)域維三個方面提出了煤礦安全管理大數(shù)據(jù)挖掘的三維結(jié)構(gòu)模型,同時給出了大數(shù)據(jù)的六大主要功能以及在煤礦安全管理中應(yīng)用的十大領(lǐng)域。其次,從問題定義、數(shù)據(jù)預(yù)處理、建模、模型評估及模型應(yīng)用和優(yōu)化五個方面闡述了煤礦安全管理數(shù)據(jù)挖掘的基本流程。然后利用決策樹中的分類功能對礦工不安全行為數(shù)量進行分類挖掘。結(jié)果發(fā)現(xiàn):培訓(xùn)、出勤、經(jīng)驗和年齡都是影響人類不安全行為頻率的因素。培訓(xùn)因素對不安全行為的影響最大。最后利用Apriori關(guān)聯(lián)規(guī)則算法對煤礦安全隱患數(shù)據(jù)中的部門、時間、位置、月份和風險水平等影響因素進行挖掘,發(fā)現(xiàn)多個維度之間的強關(guān)聯(lián)規(guī)則,避免或減少煤礦事故的發(fā)生。(4)在煤礦安全管理效率評估及預(yù)測方面,將數(shù)據(jù)驅(qū)動方法和模型驅(qū)動方法相結(jié)合來評估和預(yù)測煤礦安全管理效率。首先介紹了煤礦安全管理效率模型驅(qū)動和數(shù)據(jù)驅(qū)動評估方法優(yōu)缺點。然后,提出DEA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)混合驅(qū)動的煤礦安全管理效率評估預(yù)測模型。通過利用DEA-BBC模型的對煤礦安全管理效率進行靜態(tài)分析,再利用DEA-Malmquist指數(shù)進行動態(tài)的分析。然后,將DEA模型得到效率評估結(jié)果進行編碼作為二次評估預(yù)測的期望輸出。最后,運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進一步對不同煤礦企業(yè)的安全管理效率進行評估和預(yù)測。結(jié)果表明:煤礦安全管理效率呈現(xiàn)出震蕩上升的趨勢,說明當前煤礦企業(yè)的安全管理效率并不穩(wěn)定。同時,安全管理效率有效的企業(yè)數(shù)量也呈現(xiàn)出震蕩上升趨勢。在進行動態(tài)分析過程中,煤炭企業(yè)在對待企業(yè)改善安全效率方面具有一定的盲目性,沒有注意到安全效率是技術(shù)效率和技術(shù)進步指數(shù)共同作用的結(jié)果,導(dǎo)致技術(shù)效率下降而技術(shù)進步效率上升或者是技術(shù)效率進步而技術(shù)進步效率下降的現(xiàn)象發(fā)生。最后,對于產(chǎn)出不足的煤礦企業(yè)應(yīng)加大對事故以及隱患數(shù)據(jù)的管理,找出煤礦事故和隱患之間存在的強關(guān)聯(lián)規(guī)則,利用這些規(guī)則來提高煤礦隱患排查率和減少事故傷亡人數(shù)。對于投入冗余的煤礦企業(yè)應(yīng)把重點放在人員結(jié)構(gòu)和安全投入效率上面,適當減少投入增加規(guī)模效益上。(5)在大數(shù)據(jù)背景下煤礦安全管理效率仿真優(yōu)化方面,首先,利用系統(tǒng)動力學(xué)將煤礦安全管理效率系統(tǒng)邊界定義為員工安全管理子系統(tǒng)、隱患管理子系統(tǒng)、事故管理子系統(tǒng)和安全投入管理子系統(tǒng)4個層面,并引入大數(shù)據(jù)影響系數(shù)作為調(diào)節(jié)變量構(gòu)建因果關(guān)系圖和流圖。最后,以王樓煤礦為例進行應(yīng)用,得到以下結(jié)論:大數(shù)據(jù)影響系數(shù)的增加與煤礦安全管理效率水平的變化趨勢保持一致性,不同的因素其影響系統(tǒng)安全管理效率水平的變化速度存在差異。其中大數(shù)據(jù)對員工安全管理的影響較為明顯,大數(shù)據(jù)對礦工安全管理影響系數(shù)的增加必定帶來煤礦安全管理效率水平的提高,但在達到一定的系數(shù)后,安全管理效率水平提高的越來越慢,這表明在大數(shù)據(jù)對煤礦安全管理效率影響是有限地,在達到一定的范圍內(nèi),安全管理水平提升的難度就越來越大,單純的改變單一大數(shù)據(jù)影響系數(shù)難以帶來明顯的效率增加。在改變多個大數(shù)據(jù)影響系數(shù)后發(fā)現(xiàn),煤礦安全管理效率大幅增加,其中同時改變所有影響系數(shù)帶來的效果最明顯,其次是改變?nèi)齻�子系統(tǒng)大數(shù)據(jù)影響系數(shù),最后是改變兩個子系統(tǒng)影響系數(shù)。通過調(diào)整不同大數(shù)據(jù)影響系數(shù)的比例,比較不同方案條件下煤礦安全管理效率水平的變化速率,可以為煤礦企業(yè)進行大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供參考意見。該論文有圖63幅,表35個,參考文獻257篇。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：F426.21;TD79
【圖文】：

博士學(xué)位論文不安全行為的數(shù)量隨著產(chǎn)量的減少而減少。因此，煤礦企業(yè)在 10 月至 12 月注不安全行為。同時，應(yīng)充分重視不安全行為多樣性和脆弱性的特點，因為“大數(shù)定律”，無論不安全行為造成事故的概率有多低，事故都會發(fā)生，直生次數(shù)足夠為止。因此，為了防止煤礦事故的發(fā)生，無論風險系數(shù)有多低，關(guān)注不安全行為的細節(jié)。

圖 4-10 煤礦安全隱患關(guān)聯(lián)規(guī)則的可視化Figure 4-10 Visualization of coal mine safety hazard association rules表 4-6 6 條中等風險隱患最優(yōu)關(guān)聯(lián)規(guī)則Table 4-6 Six best intermediate risk hazard optimal association rulesLHS RHS 支持度 置信度 提{部門=掘進一隊 地點=12316掘進工作面}=> 中等風險 0.020 0.94 5{部門=掘進一隊 地點=12301掘進工作面}=> 中等風險 0.024 0.56 3{時間=晚上，月份=四月} => 中等風險 0.023 0.71 4{部門=采煤一隊，地點=13301采煤工作面，時間=白天}=> 中等風險 0.039 0.93 5{部門=采煤一隊，地點=13309采煤工作面，時間=白天}=> 中等風險 0.022 0.54 3{部門=掘進一隊 地點=1150掘進工作面 時間=晚上}=> 中等風險 0.029 0.99 5 Apriori 關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法來對煤礦隱患管理的要素進行挖掘，包、位置、月份和風險水平，我們發(fā)現(xiàn)多個維度之間的強關(guān)聯(lián)規(guī)則，

王樓煤礦 0.27 0.07 0.46 0.02 0.26 0.35 0.28柴里煤礦 0.22 0.07 0.44 0.00 0.18 0.05 0.563）BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)定于煤礦安全管理效率評估模型的輸入輸出指標并不復(fù)雜，因此首先采經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行分析，及包含一個輸入層，一個輸出層和一個隱層。輸 7 個，分別為 X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，因此將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的置為 7 個。輸出指標共有 4 個，分別為 DEA 有效（11）、投入冗余（0足（10）和投入和產(chǎn)出均非最優(yōu)（00）。因此，輸出層節(jié)點數(shù)設(shè)為 4 點數(shù)依據(jù)公式 5-3 進行計算，得到隱層節(jié)點的區(qū)間為 4~13 個，本文選取 8 個隱層節(jié)點進行計算。4）BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運算用 MATLAB（2016a）軟件中 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱對上述數(shù)據(jù)進行分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練到第 22 步時達到最優(yōu)預(yù)測精度要求（圖 5-8）。然后，的煤礦安全管理效率輸入指標數(shù)據(jù)進行運算，檢驗?zāi)Ｐ偷目煽啃浴１?5-13 所示。

【參考文獻】

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本文編號：2778488