为构建大安全学基础理论,综合运用文献调查法、资料统计法、逻辑演绎法、模型分析法等,开展系统性研究。首先,梳理近十余年大安全领域相关理论的研究历程及特点;其次,从多视角界定大安全的定义、内涵和特征,归纳其基础概念群与体系,构成大安全学的学科群;最后,归纳一种大安全学的研究范式及大安全原理的层次和类型,并针对预设场景构建2个大安全模型及其相关定义。研究结果明确了大安全的范畴及辨识准则;提炼出支撑大安全状态学、大安全元理学、大安全内因学、大安全系统学、大安全天灾学、大安全人祸学、大安全外因学、大安全防治学、大安全综合学和大安全边际学这10类大安全学科群的10组核心概念群,并界定了大安全学科群的定义和范畴;梳理形成一种大安全学的研究范式和大安全原理的分类体系,构建了适用于典型场景的建模方法和2个代表性模型。

为预防工业场景下人员不安全生产行为所导致的安全事故,解决光线不佳、视野受限和遮挡等干扰情况下单一视觉模态动作识别效果不佳的问题,提出一种基于自适应证据推理(S-ER)策略,融合视频信息和惯性测量元件(IMU)信息的人员不安全行为决策方法。首先,构建基于注意力机制的多任务三维卷积模型(M-C3D),分析视频信息,运用融合注意力机制的一维卷积神经网络(1D-CNN)处理IMU信息;其次,运用证据推理(ER)策略实现决策级融合,并通过萤火虫优化算法构建不同环境条件下证据权重和可靠度的优化集合,确保视频和传感器模态信息的权重能够根据环境情况自适应调整;最后,通过德克萨斯大学达拉斯分校的多模态人员行为数据集(UTD-MHAD)和中原工学院的多模态人员行为数据集(ZUT-MHAD)验证模型的有效性。结果表明: 在存在干扰的工业场景中,S-ER 方法的识别准确率最高可达 98.53%,较传统多模态融合方法及单模态识别方法的最高值提升17.52%。

为解决破碎顶板煤层巷道支护困难的问题,采用岩层探测记录仪,在新登矿煤层巷道进行测试,分析围岩裂隙演化特征,引入巷道直接顶岩性R、顶板破碎系数β,将其作为巷道围岩稳定性的评价指标,并将巷道围岩分为支护容易区、较容易区、较困难区和困难区4类,针对每一类围岩给出具体支护参数;然后运用分区支护技术在新登矿+90北翼瓦斯抽放硐室进行现场应用,支护效果良好。研究表明:顶板围岩状态呈现分区性,由浅部向深部可依次划分为浅部破碎带、破碎裂隙混合带、裂隙发育带和围岩完整带;通过裂隙分析指标得出,顶板裂隙区宽度随时间不断向围岩深部扩展,裂隙数量逐渐增多,原有架棚支护无法有效控制围岩完整性的持续劣化。

为了研究管棚预支护下深部高应力、高水压隧道工作面的稳定性问题,首先采用变分法构建深部隧道工作面破坏模型,将高水压与围岩应力引入到力学模型中,利用上限定理计算外力功率和内能耗散率;其次根据虚功率原理,推导出深部隧道工作面潜在破裂面的解析解,并借助Matlab软件求解深部隧道的安全系数;然后分析不同参数对破裂面曲线的影响,讨论高应力、高水压环境下深部隧道安全系数的变化特征,评价管棚预支护效果。研究结果表明:围岩强度较小时产生的破坏范围较大,破裂的纵向深度也较大;此外,高水压与围岩应力对隧道工作面的稳定性具有显著影响,忽略则会明显高估隧道工作面的稳定性,安全系数的相对误差可达60%以上;管棚支护可以有效提高深部隧道工作面的稳定性,安全系数增大了79%,且高应力、高水压环境会明显降低管棚的支护效果。

为建立有效且契合社区风险特征的火灾防控体系,以105起社区火灾案例为样本,将风险因素归纳为人的不安全行为、物的不安全状态和不良环境条件及管理缺陷,构建社会网络分析(SNA)/N-K模型,通过计算风险耦合值与网络中心性指标,以耦合值修正亲近中心性的出度值,识别关键风险因素。研究结果表明:管理缺陷风险因素是驱动风险耦合的主导维度;耦合因素数量增多会显著影响社区火灾风险水平;排名前3的关键风险因素依次为:未按要求开展社区火灾隐患巡查,居民安全意识、知识与素养薄弱,没有定期向居民普及消防知识。基于此提出的“3维4阶”社区火灾防控模型,可从制度优化、技术赋能与行为干预3个维度,构建涵盖预防、预警、处置、恢复全周期的社区火灾风险耦合断链策略。

为应对日益频发的自然灾害,保障企业代储应急物资的效率,从经济学信息披露角度给出加强企业参与度的措施。首先,基于期权合同构建企业代储应急物资模型,说明灾害发生概率对企业代储决策的内在驱动作用;其次,进一步采用斯塔克尔伯格序贯博弈框架,评估政府补贴政策在提升物资储备量和政企目标方面的效果;然后,引入贝叶斯劝说理论,设计政府的信息披露机制,引导企业代储决策,并增强应急物资储备的整体效率;最后,以洪涝灾害为具体应用场景,进行数值分析。研究结果表明:企业的应急物资代储量与灾害发生概率呈正相关关系,显示出企业对灾害风险的敏感认知;虽然政府补贴能够增加物资储备量并降低政府成本,但在提升企业收益方面存在局限性;基于贝叶斯劝说理论设计的信息披露机制,在提升物资储备量、降低政府成本和增加企业收益等方面均展现出优于基准模型和补贴模型的显著优势。政府可通过有效的披露灾害信息,改善企业代储应急物资模式的物资救援效率。