基于SNA 的煤矿安全生产关键风险因素分析与对策

周建亮，朱 琰，苗晋维，艾雅译，刘昌沛，岑泳琪

（1.中国矿业大学 力学与土木工程学院，江苏 徐州 221000；2.中铁上海设计院集团有限公司 徐州设计院，江苏 徐州 221000）

近年来我国煤矿生产行业发展形势向好，但煤矿安全生产仍存在着较大的风险及不确定性。不少学者在煤矿安全生产方面做了研究。宁小亮[1]在分析全国煤矿事故发生规律时发现顶板事故在总事故中占比最高，并提出瓦斯、顶板、运输是控制煤矿事故总量的关键；白彦龙等[2]、于跃光[3]利用HFACS 方法以及卡方检验与让步分析得出了煤矿一般事故的发生途径；林永明[4]通过话题模型得出了不安全行为的相关要素在致因要素中的比重有所增加；田水承等[5]、张宁等[6]、宋英华等[7]、向鹏成等[8]通过应用扎根理论分析出了矿工不安全状态受个体因素的影响最大；ARIF EMRE DURSUN[9]通过分析2010—2017年的土耳其地下瓦斯爆炸事故得出了煤矿安全与瓦斯控制管理不足，员工素质较低，设备技术不发达是造成事故多发的主要原因；RICHARD AMOAKO 等[10]利用逻辑分析的方法，找出了矿工的年龄、工作经验等是引起MSHA 矿山事故的主要原因。煤矿生产过程中各风险因素在项目全寿命周期中相互影响，相互制约，形成复杂的社会网络。但已有的研究大多只针对引起煤矿安全事故的一些具体原因进行单独分析，较少的研究会将与事件相关的因素构建成一个科学的煤矿安全事故原因网络，并找出原因网络中起控制作用的因素。因此，应用社会网络分析法（Social Network Analysis，SNA）对煤矿安全生产风险网络分别进行整体网络和个体网络分析。

1 研究方法

社会网络指的是作为节点的社会行动者(social actor）及节点间关系的集合。社会网络分析通过测量与调查系统中各部分的特征与相互之间的关系，将其用网络的形式表示出来，然后分析其关系的模式与特征。煤矿安全生产风险因素构成一个整体网络，各个风险因素构成网络中的节点，节点与节点之间形成关系路径，这些关系路径对研究整体风险网络发挥着重要作用。

通过对煤矿安全生产风险因素网络的分析可以分为关键风险因素的识别以及关键影响路径的识别。其中，关键风险因素的识别可分为整体网络分析以及个体网络分析。整体网络分析中包括整体风险网络的构建与块模型分析，个体网络分析中包括点的度数中心度分析、点的中间中心度分析以及关键影响路径的识别。

2 数据来源与处理

利用python 爬虫的方法找到了2008—2019 年期间409 起煤矿安全事故，其中包括事故发生的省份、时间、单位，引起事故发生的直接原因与间接原因，事故类别、事故等级以及事故发生的经过，再利用Excel 与ACCESS 数据库进行分类整理。选取总体安全事故中的特别重大事故以及重大事故共51例，并从51 个样本中提取到了与事故有关的30 个原因，可以分类为人员、管理、技术、设施、环境这5个类别。事故原因见表1。

表1 事故原因Table 1 Causes of accidents

3 煤矿安全生产风险指标体系构建

3.1 风险网络构建

在进行风险因素的识别后，构建煤矿安全生产风险因素之间影响关系的邻接矩阵。在矩阵中，如果列因素会对行因素产生影响，则两因素的交点处记为1，否则记为0。部分邻接矩阵见图1。

图1 邻接矩阵Fig.1 Adjacency matrix

利用Ucinet6.0 软件中的Netdraw 工具将影响煤矿安全生产的风险因素进行网络可视化，煤矿安全生产风险网络如图2。接近网络中心的点与其他但的联系较多，如R3、R24等，说明这些风险因素处在风险网络中的核心位置，与其他风险因素的联系较多，应当着重控制；反之，如R7、R21、R30等位于风险网络的边缘位置，与其他风险因素的联系较少，相互影响作用较小。根据图2 还可以看出各风险因素之间不仅会直接相互影响，还会通过其他风险因素间接影响。

图2 煤矿安全生产风险网络Fig.2 Coal mine safety production risk network

3.2 整体网络分析

“块模型”是指将整体风险网络中的风险因素根据一定的规则划分为离散的子集，用来研究网络的总体结构。一个图可以分割为相互独立的子图，即为块。在Ucinet 6.0 软件中，通过一定的操作将影响因素分块，得到8 个离散的块。 风险网络分块结果见表2，8×8 的块模型密度矩阵如图3。

表2 风险网络分块结果Table 2 Block results of risk network

图3 风险模型块密度矩阵Fig.3 Block density matrix of risk models

根据块模型理论，如果块之间交叉点的密度值大于整体网络密度值，则将该点的块模型密度替换为1，反之为0。通过软件计算，得到整体网络密度为0.200，将大于0.200 的数值替换为1，小于0.200的数值替换为0，即可得到煤矿安全生产风险网络块模型像矩阵。

其中整体网络密度是网络中实际存在的关系总数与可以存在的最大的关系总数的比值。代表了网络内部各个因素之间关系的紧密程度，关系越紧密，密度值越大。计算公式如下：

式中：D 为整体网络密度值；K 为网络图中实际关系总数；n 为在风险网络中的节点个数。

参考Burt 提出的结构洞理论，认为处于关键位置的块不仅可以发出关系，还可以接受关系，其中，处于关键位置的块中内部联系紧密的块更可能位于网络的中心位置。根据风险网络块模型像矩阵可以得出：块1 的发生关系为6，接受关系为2，与自身关系为1；块7 发生关系为1，接受关系为5，与自身关系为1；块8 发生关系为2，接受关系为4，与自身关系为1。因为块1、块7、块8 既能发生关系又能接受关系，并且与自身关系为1，即自身联系紧密，所以块1、7、8 处于网络的中心位置，需要重点控制。其中块1 为管理与人员综合模块，块7 为管理模块，块8 主要为人员模块。

3.3 个体网络分析

个体网络分析主要是通过软件计算出各个风险因素位于整个网络的中心程度，进而判断出位于风险网络中关键位置的风险因素。通过计算点的度数中心度以及中间中心度，并取排名前20%的影响因素作为关键因素，进一步分析得到煤矿安全生产风险关键因素。

3.3.1 点的度数中心度计算与分析

在风险网络中，风险因素的节点度可以分为出度与入度，出度表示有向风险网络图中某点作为起点的次数，入度表示有向风险网络图中某点作为终点的次数。出度高的节点叫做Authority，这类节点权威性较高，即对其他点影响力较强或者输出信息较多。入度高的点称为Hub，这类节点作为中介，从其他节点获取的信息较多。利用Ucinet 6.0 软件计算所得出的度位于前6 的影响因素见表3。

从表3 数据可以得出管理制度不到位R3、安全生产投入少R6、员工素质低R24、安全意识薄弱R17、教育培训不到位R1、安全监督不到位R2具有较大的点出度，其中管理制度不到位具有最大的点出度为24，说明在有向风险网络图中有24 条路径从该节点出发，与其他各因素之间的联系较多。这些风险因素需要在煤矿安全生产管理过程中重点把握。

表3 风险因素的节点度Table 3 Node degree of risk factors

3.3.2 点的中间中心度计算与分析

在网络图中，点的中间中心度用来研究1 个点在多大程度上位于其他2 个点的中间，是一种控制能力指数。若点的中间中心度较高，表明该节点与其他节点有较强的关联性，接近网络的核心。重点控制这类节点，将有效减少煤矿安全事故的发生。网络中任意一点i 的中间中心度Di：

式中：Di为任意一点i 的中间中心度；pjk（i）为点i 能有多大的能力控制点j 与点k 之间的联系；bjk为点j 与点k 之间路径的个数；bjk（i）为bjk中经过点i的个数；n 为在风险网络中的节点个数。

把风险网络中的每个点的求和就得到点i 的中间中心度。通过Ucinet 6.0 软件对30 个风险因素进行中间中心度计算，选取中间中心度前6 进行分析，风险因素的中间中心度见表4。

表4 风险因素的中间中心度Table 4 Intermediate centrality of risk factors

R3管理制度不到位的中间中心度最高，表明管理制度不到位是各因素相互关联的中介，在整个社会网络图中占据中心位置，具有较强的控制传导作用。其中R24员工素质低、R15安全技术措施不到位、R1教育培训不到位、R6安全生产投入少、R2安全监督不到位具有较强的控制其他因素交互的作用，扮演连接多个因素的中间角色，在煤矿安全生产中应该重点控制。

4 煤矿安全生产风险路径分析

线的中心度用于确定某线有多大的能力可以影响网络中的路径，若该线处于其他两线中间的程度越大，则计算得出的线的中间中心度越大。线（a→b）的中间中心度的计算如下：

式中：Da→b为线（a→b）的中间中心度；pjk（a→b）为关系a→b 能有多大的能力控制点j 与点k 之间的联系；bjk为点j 与点k 之间的路径的个数；bjk（a→b）为bjk中经过关系a→b 的个数；n 为在风险网络中的节点个数。

把风险网络中pjk（a→b）的每条线求和得到关系a→b 的中间中心度。利用Ucinet 6.0 计算线的中间中心度，得到30×30 的矩阵，选取计算值较高的前6 个进行分析，关键影响路径识别结果见表5。

表5 关键影响路径识别Table 5 Key impact path identification

根据表5 可以得到：R2安全监督不到位到R3安全意识淡薄是线的中间中心度最大的影响路径，即该路径有较大的能力影响风险网络中的其他路径；R6安全生产投入少到R2安全监督不到位的关联度次之。结合以上的分析可以得到，大多数关键影响路径和前部分识别出的处于关键位置的风险因素有关，因此可以通过控制关键风险因素来提高对煤矿安全风险管理的能力。

5 建议分析

1）完善安全技术措施，其中包括巷道贯通安全技术措施、启封密闭安全技术措施、巷道维修安全技术措施、重要设备安装工程安全技术措施、采空区瓦斯抽放安全技术措施、地面储煤场防灭火安全措施、煤矿探访水钻探施工安全技术措施等。在完善各项安全技术措施的同时要重视技术人员的工作是否到位，要注重各技术措施运用是否正确得当，是否严格遵循相关的技术手册。

2）完善煤矿生产过程中的管理制度，包括对人员、机械、环境条件、材料等的全寿命周期全方位的管理。通过管理制度的完善，增强全员安全生产意识，充分贯彻“安全第一、预防为主”的安全方针。管理制度包括安全生产责任制、安全生产会议制、安全生产例检制、领导干部现场带班制等，将管理制度有效地落实。

3）要加强对员工的教育培训，提高员工的职业素养以及安全意识，让员工认识到安全生产的重要性，并且确保员工有足够的能力做好自己的工作，同时也能较好地处理突发状况。可以定期开展相关知识课堂，设置奖励措施来激发员工学习的热情。

4）加强对隐患的排查，防微杜渐，定期检查及更新机器设备，定期检测煤矿内的瓦斯含量、通风状况等，将危险扼制在摇篮中。

6 结 语

研究分析了与煤矿安全生产有关的风险因素，其中包括对风险因素以及风险因素之间关系的识别，对风险因素的整体网络分析、个体网络分析以及关键影响路径识别。结合对风险因素的块模型分析，点的度数中心度和点的中间中心度的分析以及线的中心性的分析，确定了管理制度不到位、教育培训不到位、员工素质低、安全技术措施不到位、安全投入少以及安全监督不到位等6 个因素是煤矿安全生产风险的关键因素，并找出煤矿安全生产关键影响路径，据此提出了针对性的建议。