黄陵一号煤矿按照安全发展新思想，引进了NOSA风险管理体系。遵循NOSA“一切基于风险”理念，分为系统类和作业类，开展安全风险辨识评估，制定管控措施。根据评估结果和法规要求，修订安全管理文件，将风险管控措施运用到实际工作中...

 

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荐AI赋能下NOSA风险管理在煤矿的探索与实践薛国华（陕西陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿 陕西 黄陵 727307）

摘要：黄陵一号煤矿按照安全发展新思想，引进了NOSA风险管理体系遵循NOSA“一切基于风险”理念，分为系统类和作业类，开展安全风险辨识评估，制定管控措施根据评估结果和法规要求，修订安全管理文件，将风险管控措施运用到实际工作中。

针对“单一人工风险监管”在时间上的漏洞和空间上的盲区，以AI技术为核心，成功研发建设AI+NOSA智能风险管控系统，为国际首创，实现“智能预警、实时记录、现场制止、联动闭锁”四种核心功能，极大保障了现场安全生产。

同时，着力构建NOSA与“四治理一优化”一体化风险管控体系，形成“153216”模式，制定发布《煤矿安全生产管理体系规范》企业管理标准，提升了本质安全水平关键词：NOSA管理；AI技术；“153216”模式

1 实施背景和必要性1.1 开展以风险管控为主线的安全管理创新是对安全发展新思想的具体落实十八大以来，党和国家将安全生产工作摆在了极其重要地位，提出了“发展决不能以牺牲人的生命为代价，这必须作为一条不可逾越的红线”“坚持人民至上、生命至上”等一系列新理念。

同时，国家提倡和要求“构建双重预防机制”，并被写入《安全生产法》因此，煤矿企业必须强化风险意识，分析事故发生的全链条，抓住关键环节采取预防措施，防范风险失控发展为隐患、隐患未得到排查和治理造成事故1.2

开展以AI技术应用为核心的智能系统研发和建设是解决煤矿风险管控痛点的必由之路近年来，煤矿“零敲碎打”事故占比日趋增加2020年，全国共发生煤矿事故122起，其中一般事故为109起，占比89.34%造成每一起零敲碎打事故的直接原因是不同的，但都是人的不安全行为、物的危险状态和环境的不安全因素，这往往也是“第一原因”“主要原因”。

因此，加强风险管控，推动关口前移，减少和杜绝“直接原因”方面的隐患，对防范“零敲碎打”事故至关重要然而，传统方式下，煤矿风险监管几乎全部依靠人工，对有些现象“看不到、想不到、抓不到”甚至，由于未及时制止不安全行为、不按标准作业的行为，给安全生产造成很大威胁。

2017年7月，国务院印发《新一代人工智能发展规划》；2019年3月，中央全面深化改革委员会审议通过了《关于促进人工智能和实体经济深度融合的指导意见》；AI（Artificial Intelligence，人工智能）作为第四次工业革命的核心驱动力之一，其在各领域、各行业的应用创新将起到重大作用。

2020年2月，八部委联合印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，标志着煤炭工业迈进了实现智能化的新阶段在智能化煤矿建设背景下，针对传统人工风险监管存在的问题，向AI技术要安全是实现高质量发展的必由之路。

1.3 开展以全员参与为基础的NOSA管理是强化风险管控的有力举措NOSA是（南非）国家职业安全协会（National Occupational Safety Association）的英文缩写，成立于1951年。

现在，在一些情况下，NOSA特指安全风险管理体系NOSA倡导“一切基于风险”理念，其实质是通过“时时、处处、事事、人人”都辨识风险、管控风险，所有工作都执行标准，确保风险“可控、在控”，实现持续安全生产。

NOSA在南非的应用非常成功，在国际上获得了广泛认可井工煤矿现行NOSA标准为SAS300-2019（第八版），包含77个元素，这是推行NOSA的最基本要求2018年，在黄陵矿业公司坚强领导下，一号煤矿作为首批试点矿井，开始全面推行NOSA风险管理体系。

2实施路径和措施2.1 提高风险意识，推进整体规划2.1.1 从危险源、风险、隐患、事故关系的培训入手，强化风险管控重要性认知针对矿井各类人员，开展定制化、靶向式培训，组织学习冰山理论、海因里希法则、奶酪理论等安全生产管理相关理论和原理，用鲜活案例诠释危险源、风险、隐患、事故（包括未遂事故）之间的关系，引导和教育全员常学、常思、常醒，强化“一切基于风险”思想。

同时，综合NOSA管理“作业安全督导”“安全作业程序”等元素和安全生产标准化“从业人员素质”要素要求，开展作业行为安全观察从作业行为细节入手，通过在作业现场观察作业人员的站位、个人防护用品佩戴（带）、材料和工具使用、设备操作、标准和程序确认等行为，并与被观察者进行交流，了解职工对自身不安全行为的认识，剖析产生不安全行为、不主动管控风险的根源。

2.1.2 强化推行组织保障，编制NOSA管理系列成果书籍成立NOSA风险管理推行工作领导小组以及风险辨识评估、文件修编、AI+NOSA智能风险管控系统研发与建设等8个业务小组，明确领导小组和各业务小组工作职责；对井上下生产场所（系统）划分了18个大区域，任命区域代表；并任命14名元素总负责人（均为部室主管）和29名元素具体负责人。

以《黄陵矿业公司煤矿NOSA风险管理体系推行工作指南》为核心，编制了7类10册NOSA风险管理成果书籍，NOSA管理开启里程碑式的快速推行《工作指南》以NOSA与“四治理一优化”一体化融合为重点，详细阐述了NOSA风险管理推行总体流程、风险辨识评估范围与方法、77个元素内涵和要点、示范现场（区域）创建要求等内容，经过多次评审，共14个部分，兼具通用性和独特性，是由推行单位自行编制的首部NOSA风险管理综合范本。

表1 NOSA风险管理77个元素清单

图1NOSA风险管理成果书籍2.2 做实做细过程，确保NOSA落地实施NOSA管理的基本思路是开展风险辨识评估，制定管控措施，并按照风险管控措施、遵循安全法律法规，完善安全管理文件（规章制度等），不断提升现场对管控措施、法律法规、管理文件的依从程度，促进安全生产。

实施好NOSA管理，准确把握风险管控要点，能更好地为AI+NOSA智能风险管控系统的深度开发和应用提供保障2.2.1 全面辨识风险，完善评估程序和管控措施1.把握风险辨识评估要点黄陵一号煤矿以经验法辨识风险，以作业条件危险性评价法（LEC法）评估风险。

将风险辨识评估对象（范围）分为系统类和作业类两个方面系统类涵盖了开拓开采系统、顶板管理系统、通风管理系统、瓦斯防治系统、粉尘防治系统、井下火灾防治系统、水害防治系统、主运输系统、辅助运输系统、供电系统、供水系统（含供水施救系统）、排水系统、井下照明系统、压风系统（含压风自救系统）、安全监控系统、人员位置监测系统、通信系统、应急管理系统（含紧急避灾系统）、地面生产系统（包括选煤厂、机修车间、风井、仓库等）、职业健康防护系统、环境保护系统共21个方面，作业类涵盖了73个岗位的367项作业任务。

辨识评估全面考虑人的因素、物的因素、环境因素、管理因素四类因素，考虑过去、现在和将来三种时态，考虑正常、异常、紧急三种状态2.明确风险分级，制定切实可行的管控措施根据风险评估结果，黄陵一号煤矿将风险划分为重大风险、较大风险、一般风险、低风险四个等级，分别用红、橙、黄、蓝四种颜色标示。

经过比对，重大、较大风险多为系统类风险，失控后很可能造成较大及以上事故，重点由主要负责人、安全管理人员从管理上进行管控；一般、低风险多为作业类风险，失控后很可能造成一般事故（“零敲碎打”事故），重点由作业人员从操作上进行管控。

风险管控措施从工程技术、安全管理、培训教育、个体防护、应急处置等方面全面考虑，确保了安全、可行、可靠、有效2.2.2 学习法律法规，提高合规意识和守规能力黄陵一号煤矿全面搜集了矿井适用的各项安全法律法规，共整理适用、在用的法律法规571项，其中法律21部、法规12部、规章13部、国标91项、行标372项、地标13项、规范性文件49项，形成了查询库，做到了动态更新。

同时，各部室、区队根据本单位业务和职责，健全了自有法律法规清单；各元素负责人按照不同元素对法律法规进行了再整理、再完善结合“学法规、抓落实、强管理”活动，制定和落实各级各类人员每月学习计划，让安全管理人员“知其然知其所以然”，使岗位人员做到“行为规范化，操作标准化”。

图2法律法规框架示意图2.2.3 完善体系文件，提升标准权威和执行水平根据NOSA管理77个元素内容，按照黄陵矿业公司要求和一号煤矿安全生产实际，梳理各项管理文件，涵盖管理制度、作业规程、操作规程、安全技术措施，分为安全综合、安全培训、采掘、地测防治水、一通三防、机电、运输、易燃易爆物品与危化品、职业健康、应急管理、环保、地面与其它共12类，形成了文件清单。

由各分管领导牵头、元素负责人参与，对照法律法规条款和和风险管控措施，排查管理文件“不符合项”，重点解决职责不明确、与实际不一致、规定缺乏唯一性、内容不全面、条款可操作性差等方面的问题，同时对缺项文件进行补充完善，按照审查-修改-再审查的方式，直至通过审查。

2.3 深度研究开发，构建AI系统按照NOSA管理对风险管控的要求，同时针对人工风险管控存在问题，黄陵一号煤矿与合作单位成功研发和建设了AI+NOSA智能风险管控系统2.3.1 风险管控需求和类别捋清对哪些风险进行优先管控，做到有的放矢，这是保证安全生产的前提。

以NOSA管理风险辨识评估结果为依据，将作业中对人身安全威胁较大的、易于失控的风险，作为AI智能管控的重点和来源各种风险失控情形主要可分为三个类别，其一，对作业中典型的人的不安全行为进行管控；例如，跨越带式输送机不走行人过桥等。

其二，对不按标准作业的行为进行管控；例如，检修馈电开关时未按标准进行验电和放电其三，对物的危险状态和环境的不安全因素进行管控；例如，无轨胶轮车驶向乘车点时对候车人员提前预警等2.3.2 系统架构AI+NOSA智能风险管控系统架构包括感知层、传输层、数据管理层、人工智能处理层、应用层。

感知层主要通过图像和音频采集、各类设备和系统数据接入、生命体征数据上传实现对生产作业现场状况的感知；传输层主要通过工业环网、移动网络（4G、5G、WIFI6）、物联网进行数据传输；数据管理层主要是对数据进行汇集、存储和加工；人工智能处理层主要是进行数据挖掘和模型分析；应用层主要是通过各类设备终端（PC、平板、手机、智慧屏等）以可视化的方式多维度、多视角统计和显示风险管控情况。

图3AI+NOSA智能风险管控系统架构示意图2.3.3 硬件的构建和软件的开发AI+NOSA智能风险管控系统依靠硬件和软件的精准结合进行运行硬件方面，建成了地面AI数据计算分析中心，主要包括云计算虚拟化硬件平台（自带软件）、云计算虚拟化服务器、流媒体服务器、AI视频采集终端、AI智能推理服务器、图形工作站、交换机、PC端和电子大屏等；井下各场景安装有红外摄像机、枪机摄像机、无线摄像机、声光报警装置、语音广播装置、交换机等，并为关键岗位人员配备了智能安全帽（单兵装备）、智能移动端（智能防爆手机+APP）等。

软件方面，核心是对生产作业中不同风险失控情形分别建立了算法模型，使硬件具备了感知、分析、判定、决策等“智力”也就是，对某种风险失控情形的智能识别，包含着复杂的数据（图像等）采集、转换、计算、判定、反馈等过程；算法模型经过不断训练、纠偏，得到了持续优化，整个系统具备了风险管控的“智商”。

2.3.4 身份判定和可识别的风险失控情形AI+NOSA智能风险管控系统具备身份判定能力，即可判定作业人员所在单位、姓名和工种，这对电气检修、瓦斯抽采钻孔施工等特种作业管理起到了很大作用，防止了非特种作业人员误操作。

同时，已实现对61种风险失控情形的智能识别（不含各点位重复情形），并在不断拓展表2AI+NOSA智能风险管控系统可识别的风险失控情形（以综采工作面部分情形为示例）

2.3.5 四种核心风险管控功能AI+NOSA智能风险管控系统主要通过四种功能发挥作用一是智能预警——系统能24小时不间断采集各场景视频（图像）等数据，对人的不安全行为、不按标准作业的行为、物的危险状态和环境的不安全因素等风险失控情形进行瞬时智能识别，以声光和手机消息等方式发出预警，提醒职工本人和“四员两长”（安检员、瓦检员、质量验收员、技术员、跟班队长、班组长）等人员。

二是实时记录——将风险失控情形的全过程以视频（图像）形式记录和存储起来，便于追溯处理，利于采取针对性的措施进行改进提升三是现场制止——一方面，职工接到预警信号后，进行自我现场制止；另一方面，“四员两长”等人员根据预警信号，对职工不安全行为、不按标准作业的行为进行现场制止。

四是联动闭锁——发生风险失控情形时，系统能自主智能决策，向相关设备发出指令，使设备停止运转并闭锁，避免造成人身伤害

图4井下作业现场安装的红外摄像机

图5系统识别到“综掘机割煤时，人员进入警戒线内危险区域”

图6 系统识别到“刮板运输机运行时，人员进入警戒线（电子围栏）内危险区域”

图7 系统识别到“检修馈电开关时，人员正在进行验电、放电”2.4 注重融合创新，形成特色模式黄陵一号煤矿充分吸收NOSA风险理念，不断提升AI+NOSA智能风险管控系统研发水平，和多年来形成的“四治理一优化”安全管理体系有机融合，构建了NOSA与“四治理一优化”一体化融合风险管控体系，形成了NOSA管理“153216”模式。

2.4.1 “四治理一优化”概述“四治理一优化”是黄陵矿业公司煤矿安全生产工作的主要抓手，是经实践证明的、科学有效的安全管理综合方法强力推行人的安全行为治理——通过做实做细岗位描述、手指口述、安全行为养成、环境识别（安全风险评估）、干部走动式管理（领导带班）、安全确认、经济制度七项内容，促进干部职工“知标、懂标、遵标、达标”，实现“行为规范化，操作标准化”。

坚持灾害超前治理——遵循“灾害治理能力大于生产能力”的原则，以瓦斯、水害为重点，保障治理队伍、配齐治理设备、丰富治理方法、给足治理时间，把灾害治理达标作为采掘活动的前提条件，确保安全掘进、回采狠抓安全生产环境治理。

——分采煤工作面、掘进工作面、安装（回撤）工作面、生产系统、临时施工点、机电硐室编制了6类场所的安全生产环境治理标准和考核表，逐条逐项排查存在问题，进行集中整治、重点解决，杜绝因环境缺陷而导致职工“三违”现象的发生。

加强安全生产标准化动态达标治理——以打造简约而不简单的“精品工程”为目标，实施“SAM简约版”（即Subtract减法、Add加法、Multiplication乘法）安全生产标准化创建工作，使安全状况和工程质量经得起“看”、经得起“问”、经得起“查”，将动态检查分数按照60%的比重纳入月度“创先争优”活动进行兑现，促进岗位达标、要素达标、矿井达标。

持续推进生产系统优化——根据地质条件变化和后续生产需要，全面实施生产系统优化，及时调整系统布局，保证正常接续的同时，把不同方案对比、远期效果评估贯穿到采掘工程设计、通风系统管理、抽采系统配置、机电设备布置等工作始终，杜绝“设计缺陷”。

2.4.2 NOSA与“四治理一优化”融合性NOSA管理倡导“一切基于风险”理念，注重以人为本、全员参与、持续改进，注重“PDCA”方法的运用，“风险管控”是其核心要义“四治理一优化”重视全方位、立体化安全管理，强调超前预防、执行落实、检查考核，强调全过程管理，“动态达标”是其内在要求。

两者在制度制定、记录控制、环境改善、评审考核等方面兼容共享、同频共振，互为动力支撑

图8 NOSA与“四治理一优化”框架图2.4.3 NOSA管理“153216”模式（1）第一个“1”就是构建NOSA与“四治理一优化”一体化融合风险管控体系，发挥两者优势，实现了“1+1＞2”的科学管理效应。

（2）“5”就是抓好系统风险管控、岗位风险提示、岗位（作业）风险管控、岗位标准作业、安全创新五项要素系统风险管控——根据系统风险评估和分级结果，对重大、较大、一般三个级别的风险管控措施进行分析和补充，通过人工和AI+NOSA智能风险管控系统的有效监管，使系统风险全部降到了可接受的低风险级别。

岗位风险提示——在井下作业现场、地面生产和办公场所，设置各类NOSA风险提示标志，使各岗位职工时时受提醒、处处受警示，针对面临风险，主动规范自身行为,做到“安全自保”岗位（作业）风险管控——对73个岗位进行风险辨识评估，筛选出需重点关注的风险521条，逐条制定管控措施，为每位职工配备岗位风险管控“掌中宝”。

通过开展培训讲解，使得职工对风险“认全识透”，从思想上形成“要安全就必须控风险”的认识岗位标准作业——对应NOSA岗位风险，编制《NOSA岗位作业标准》；通过开展“学习标准、掌握标准、运用标准”活动，促使各岗位职工做到所有作业都执行标准，以岗位标准作业保障自身和现场安全。

安全创新——NOSA管理倡导持续改进，安全创新是重要途径在NOSA管理推行工作中，不断优化安全创新配套办法和激励措施，取得了丰硕安全创新成果（3）“3”就是规范NOSA岗位风险管控“一辨、二控、三做”三步流程。

针对岗位作业中动态变化的各类因素，矿井引导职工按照“一辨、二控、三做”三步流程进行NOSA岗位风险管控，提高了安全自主管理能力一辨，辨识该项作业存在哪些风险；二控，采取哪些措施控制风险，使风险处于可控、在控状态；三做，上标准岗，干标准活。

（4）“2”就是发挥“四员两长”人工和AI+NOSA智能风险管控系统双重现场风险监管效能（5）第二个“1”就是构建一套高效考核机制强化现场考核，实行“一标准三同时”考核办法，以百分制编制采掘工作面、机电硐室等各类场所“NOSA管理现场达标标准”，和安全生产标准化“同部署、同创建、同验收”。

强化日常考核，按照走动式管理和“一周双检”模式，对各类场所开展NOSA管理“依从性”检查，当天、当周下发和整改存在问题，通过“短期积累改进”实现“长期显著提升”（6）“6”就是实现六种能力的全面提升黄陵一号煤矿实现了安全自主能力、安全协同管理能力、安全风险管控能力、安全创新能力、职业危害管控能力、绿色发展能力的全面提升，推动了矿井高质量发展。

3实施效果3.1 确保了风险始终“可控、在控”AI+NOSA智能风险管控系统为国内首创，是智能化煤矿建设背景下利用人工智能技术保障安全生产的深度创新，带来了安全管理方式的深刻变革，解决了煤矿行业长期想解决而没有解决的问题。

AI+NOSA智能风险管控系统24小时在线，可进行全过程、全天候风险监管，消除了“单一人工风险监管”在时间上的漏洞和空间上的盲区实际作业中，形成了以“四员两长”为主的人工和AI+NOSA智能风险管控系统两重现场风险监管格局，既由人工实施现场巡查监管，也由系统实时动态识别岗位作业情况以及环境和设备状况，及时发出预警并进行处置。

3.2 取得了丰硕安全创新成果黄陵一号煤矿遵循NOSA管理风险理念，通过安全创新，重点从工程技术入手，解决了很多风险管控难题2018年-2020年，实施安全科技项目33项；其中，“基于动态地质模型大数据融合迭代规划控制策略的智能开采技术研究与应用”项目达到国际领先水平，进一步促进了“无人则安”。

此外，申报专利67项，评选“五小”创新成果309项这些成果的应用，对灾害治理、设备运行、人员作业等安全生产工作起到了“事半功倍”的效果3.3 实现了持续安全生产随着NOSA与“四治理一优化”一体化融合风险管控体系的构建和AI+NOSA智能风险管控系统的研发建设，黄陵一号煤矿干部职工以实际行动践行了安全发展新理念、新思想科学内涵，增强了安全法治思维，从思想深处牢固树立了“安全是一切工作之首”理念，“时时、处处、事事、人人”都辨识风险、管控风险在全矿蔚然成风。

为总结、提炼、固化经验做法，强化企业安全文化建设，形成长效机制，制定发布了《煤矿安全生产管理体系规范》企业管理标准，开创行业先例黄陵一号煤矿瓦斯等重大灾害治理过程不断规范、效果持续达标，采煤工作面瓦斯抽采率达到85%以上，矿井瓦斯抽采率达到76%以上。

职工安全素养和作业技能不断提升，在各级“逢查必考”、实操考核中，合格率保持100%特别是AI+NOSA智能风险管控系统运行以来，不安全行为、不按标准作业的行为每月平均下降8.6%，隐患发生数量每月平均下降10.3%，杜绝了同一人在一个月内发生2次及以上不安全行为的情况，消除了重复隐患的发生，安全管理实现从被动治理隐患向主动管控风险、从监督约束向自主防范转变。

矿井连年实现重大风险“零”失控、瓦斯“零”超限、安全“零”目标3.4 彰显了企业形象在2020年12月国家矿山安全监察局组织的煤矿安全生产标准化管理体系考核定级中，按照新标准，矿井被评为一级；在陕西煤业安全生产标准化检查中，2019年、2020年综合得分连续两年均为第一名。

2020年，矿井被列入国家能源局和国家矿山安全监察局“国家首批智能化示范建设煤矿”名单，被中国煤炭工业协会评为“全国先进煤矿”和“国家特级安全高效矿井”；同年，被评审为全国首家NOSA“四星”级别煤矿，创下了一年“三星”、两年“四星”的全国纪录，实现了“先行先试”到“示范引领”的跨越。

黄陵一号煤矿成为新时期煤炭工业发展的一面旗帜4 建议和展望4.1 加强数据共享和交互，提高系统智能程度与联动处置能力煤矿井下生产作业过程中，存在着设备运转、车辆运行、环境监测、人员状态等大量数据，且处于动态变化中。

但是，这些数据在共享互换、关联互助等方面存在很大缺陷，形成了信息孤岛在大数据应用时代和智能化矿井建设背景下，只有充分挖掘这些数据的价值，才能更好地发挥AI+NOSA智能风险管控系统的作用在矿井、不同设备（系统）厂家之间建立高效的沟通机制，将在数据价值挖掘和不同设备互联互通上下足功夫，将更多设备和监控数据接入系统（或进行主动采集），推动数据实时交互式分析，促进有机整体互动，为系统智能决策提供更强大的数据支撑。

同时，在这个过程中，不断建立新的算法模型，实现对更多违规情形的智能识别，研发更多成熟的标准作业智能管控程序；通过发现一处信息的异常，触发人员与设备、设备与设备进行联动处置的机制，在第一时间消除安全不利因素。

4.2 推动AI技术和NOSA管理进一步融合，提升矿井本质安全水平按照NOSA管理理念和77个元素具体内容，开发煤矿适用的安全管理动态评价体系，和AI智能识别情形联动起来基于地理信息系统，录入地面和井下生产场所人员、设备设施相关信息与数据，将风险管控情况呈现在电子地图上，进行不同图层、不同区域显示和可视化管理，实时评估动态得分。

同时，根据积累的数据，通过统计分析，摸清发生违规情形的规律和趋势，有针对性地采取工程、技术和管理措施，实现由“事后查处”向“事前预防”转变，不断提升本质安全水平

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