管理煤矿作业中的危险连锁反应：平衡预防效果与成本效益高的资源配置

成本效益分析在煤矿事故预防中的应用研究通过整合网络分析与成本效益评估，构建了瓦斯爆炸与顶板坍塌的危险网络模型，提出风险点控制、风险链控制及风险阻断三种策略，对比发现风险链控制对瓦斯爆炸最优，风险阻断对顶板坍塌更有效，为资源优化配置提供了科学依据。

陈洋洋|邢霞|金茵诺|唐文怡

四川大学公共管理学院，成都，610065，中国

摘要

尽管成本效益分析在优化安全资源配置方面发挥着关键作用，但在煤矿事故预防中的应用仍不充分。传统研究主要集中在危险识别和因果分析上，往往忽视了风险缓解策略的可行性。为填补这一空白，本研究将网络分析与成本效益评估相结合，开发了一种系统化的方法来优先考虑事故预防策略。首先，构建了瓦斯爆炸和顶板坍塌的危险网络，以捕捉危险之间的相互依赖性，通过引入主动和被动危险角色的概念，超越了线性风险链的局限。接下来，识别出关键危险和主要传播路径，为风险干预提供了基础。基于网络结构，提出了三种预防策略（包括风险点控制、风险链控制和风险阻断），并比较了它们在降低危险连通性和相关成本方面的有效性。研究发现，不同类型事故的成本效益存在显著差异：对于瓦斯爆炸，风险链控制最为有效；而对于顶板坍塌，风险阻断因能够管理高成本危险而成为最佳选择。通过将危险网络拓扑与经济评估相结合，本研究推进了风险分析方法，并为政策制定者和行业利益相关者提供了可操作的见解。所提出的框架增强了煤矿安全决策能力，也有潜力应用于其他高风险行业。

引言

尽管不断努力优化能源结构，煤矿仍然是工业和日常生活的重要能源来源，在短期内不太可能被替代（金艳等，2025a）。然而，煤矿仍然是全球最危险的行业之一，其特点是劳动强度高、职业风险大以及事故率较高（邓等，2017；尼托等，2014）。确保煤矿安全生产是支持能源安全和经济稳定的关键基础。尽管安全技术和监管框架有所进步，但煤矿事故的持续发生导致财产损失、人员伤亡和社会负面影响增加，这对政府和企业来说都是有效的预防挑战（贾等，2024；孔等，2022；田等，2024；童等，2023）。这种情况凸显了改进安全管理实践的重要性，因此探索新的煤矿事故预防方法至关重要。

越来越多的研究表明，煤矿事故是由多种危险因素的异质耦合引起的，包括管理错误、设备故障、环境因素以及矿工的操作失误（Frith等，2020；金艳等，2025b；刘强等，2016；乔等，2021；张军等，2019）。然而，关于哪些危险因素在煤矿事故的因果链中最为关键，研究结果存在分歧。例如，一项研究调查了中国110起瓦斯事故，发现非法组织和管理不善是事故的主要原因（刘艳等，2023）；另一项研究则发现监管权威是最具影响力的危险因素（邱等，2021）；相反，有些研究强调了操作失误的决定性影响。对中国重大煤矿事故的深入分析表明，矿工的不安全行为是主要原因，其中91%的事故可归因于违规行为（于鑫等，2023）。这一发现在美国也有类似情况（Theophilus等，2017）。在危险因素之间的相互作用中，研究发现管理错误是最具影响力的危险因素，而操作失误和设备故障则是受影响最大的危险因素（张军等，2016）。最近的风险分析进展表明，基于复杂网络的方法在识别不同领域的关键节点和路径方面表现出色，包括工业运营安全（杨军锋等，2023）、铁路事故（王等，2023）和市政基础设施的过程安全管理（袁等，2021；周等，2023）。例如，有一项研究开发了一个用于煤矿事故网络的鲁棒性评估模型，该模型结合了节点重要性和保护成本，使用TOPSIS方法和遗传算法优化了保护策略（张和李，2025）。然而，这些方法在煤矿行业的应用仍然有限。此外，虽然成本效益分析已在工业安全中得到应用，但将其与基于网络的风险优先级评估相结合的研究仍不充分。

尽管这些努力显著加深了对煤矿危险因素的理解，但将这些见解转化为有效的实际事故预防策略仍存在关键差距。此外，这些多样化的研究结果突显了煤矿事故成因的复杂性，强调了采用基于系统的风险分析方法的重要性，这种方法需要同时考虑单个危险因素及其相互关系。

为了解决这些局限性，本文旨在通过将基于网络的模型与成本效益分析相结合，弥合危险分析与实际事故预防之间的差距。首先，我们识别并定义了煤矿事故中危险因素之间的关系类型，并量化了它们的强度。接下来，通过加权有向危险网络揭示了事故成因机制和危险之间的相互依赖性。在此基础上，我们制定了破坏网络拓扑结构和缓解风险耦合的策略，从而预防事故。然后，我们使用网络指标评估每种策略的有效性，并根据利益相关者的参与情况评估成本。最后，通过成本效益评估确定预防策略的优先级。本文的目的促使我们探讨了两个关键创新点，这些创新构成了本文的主要贡献：

网络分析与成本效益评估的结合。本研究引入了一个新的框架，将危险网络拓扑分析与成本效益评估相结合，以优先考虑和评估事故预防策略。这种结合通过将危险相互作用与经济因素联系起来，填补了煤矿风险分析中的重要空白，使决策者能够设计出更高效和有影响力的安全干预措施。

弥合危险分析与实际风险预防之间的差距。虽然以往的研究侧重于识别关键危险因素，但本研究引入了对三种预防策略（风险点控制、风险链控制和风险阻断）的比较评估，同时考虑了危险因素的连通性和组织成本。这种成本效益分析不仅增强了风险管理的理论理解，还为希望高效分配煤矿安全项目资源的政策制定者和行业领导者提供了实际见解。

此外，为了避免因不同类型煤矿事故的成因机制差异而产生的潜在偏见，本文比较了瓦斯爆炸和顶板坍塌事故。这两种类型在煤矿中最为常见，近年来导致了最多的死亡人数（金丽等，2023；张等，2020b；张等，2020a）。这突显了有效预防策略的迫切实际需求。

本文的其余部分结构如下：第2节介绍了本文分析的数据资源。第3节解释了所使用的方法，包括危险关系的识别和量化、危险网络分析以及成本效益规则。第4节展示了分析结果，第5节对结果进行了讨论。最后，第6节总结了本文的主要观点和发现。

部分内容

数据资源和处理

本研究收集了2018年至2023年中国地下煤矿瓦斯爆炸和坍塌事故的数据，数据来自国家矿山安全管理局和应急管理部的官方网站。自2018年中国应急管理部成立以来，国务院组建的调查团队对重大及以上级别的煤矿事故进行了现场调查。

方法

本文的主要目的是根据事故发生的潜在规律制定风险预防策略，并分析其成本效益。为此，通过事故中的连续危险路径识别了危险因素之间的关系及其关联。社会网络分析（SNA）被用来进一步确定在事故发生和发展中起关键连接作用的关键危险因素。

主动相关性分布

瓦斯爆炸事故和顶板坍塌事故的主动相关性分布分别如图3（a）和图3（b）所示。对于瓦斯爆炸事故，大多数危险因素更可能导致E型危险，表明地质环境中的危险生成是复杂的，通常是由不同类型危险因素之间的相互作用引起的，并位于连续危险路径的末端，即处于被动影响的位置。

讨论

在本研究中，我们强调了危险分析在指导事故预防策略制定中的关键作用，而不是将其视为独立组成部分。为此，我们利用网络分析识别了危险因素之间的相互关系及其对事故发生的影响。相应地，我们制定了旨在减少网络中危险连通性的策略，以降低事故发生率。

结论

本研究开发了一个分析和缓解煤矿事故风险的框架，重点关注瓦斯爆炸和坍塌中的动态危险相互作用。通过结合网络分析和成本效益评估，本文在理论和实践解决方案方面都取得了进展，有助于提升煤矿安全管理工作。该研究强调了危险动态、子组连通性和成本考虑之间的相互作用，有助于更深入地理解事故成因。

作者贡献声明

陈洋洋：撰写——原始草案、方法论、概念化。邢霞：监督、调查。金茵诺：方法论。唐文怡：形式分析、数据整理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本研究报告的工作。

致谢

本研究部分得到了中国博士后科学基金会（项目编号：2023M732418）和智能警务与国家安全风险管理实验室2023启动项目基金（项目编号：ZHKFYB2304）的支持。