高璐,康向濤,王子一,唐猛,沈曉瑩

(貴州大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院 ,貴州 貴陽 550025)

能源是國家繁榮和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)和支撐,煤炭作為我國主要的能源資源,在國民生產(chǎn)生活中有著無可代替的作用[1].然而在開采煤炭的過程中,安全問題成了各煤炭企業(yè)發(fā)展的共性問題,特別是關(guān)于瓦斯災(zāi)害的重大事故時有發(fā)生.因此,在煤礦企業(yè)生產(chǎn)中,瓦斯治理應(yīng)放在重中之重的位置,并且要堅決遏制重特大煤礦瓦斯事故.國內(nèi)外許多學(xué)者對煤礦安全生產(chǎn)和瓦斯治理進(jìn)行了大量研究,并提出了一系列有效解決瓦斯隱患的理論和方法,并以文獻(xiàn)的方式進(jìn)行發(fā)表,達(dá)到業(yè)界成果共享的目的,從而促進(jìn)該領(lǐng)域的良性發(fā)展.這些研究文獻(xiàn)中包含的信息能夠較為有效地從側(cè)面折射出煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)有的瓦斯治理模式.但到目前為止,國內(nèi)還鮮有學(xué)者對煤礦安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域進(jìn)行系統(tǒng)而全面的分析,尤其是關(guān)于煤礦安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域熱點和趨勢的分析方面更是缺乏研究.

從Google將知識圖譜用于其搜索功能之后[2],國內(nèi)各行各業(yè)興起運用知識圖譜分析本學(xué)科發(fā)展動態(tài)的浪潮,并且先后取得了一定成果.孫鴻飛,張林林等[3，4]利用知識圖譜對比了國際和國內(nèi)大數(shù)據(jù)研究熱點與趨勢上的異同.劉嶠,孫小兵,顧忠鮮[5，7]等對圖譜構(gòu)建技術(shù)面臨的潛在問題進(jìn)行總結(jié),并對其bug搜索進(jìn)行了改良.朱俊奇,王君玲等[8，9]借助Cite Space V分析工具,總結(jié)分析了全球范圍內(nèi)煤礦管理研究現(xiàn)狀和研究焦點.張寧,譚章祿,李曉紅[10-12]等對比國內(nèi)煤礦領(lǐng)域研究趨勢,利用知識圖譜對于國內(nèi)煤礦安全生產(chǎn)的整體狀況及發(fā)展動態(tài)進(jìn)行了宏觀分析.目前,知識圖譜被廣泛應(yīng)用于各大學(xué)科.

基于以上總結(jié)分析,筆者借助Cite Space V圖譜分析工具,同時結(jié)合Excel軟件,分析我國于2005年—2019年間收錄在中國知網(wǎng)上煤礦行業(yè)的期刊中以“煤礦瓦斯”為主題的核心文獻(xiàn).通過對研究領(lǐng)域的時間、作者、機構(gòu)、關(guān)鍵詞等方面進(jìn)行分析,可視化地展現(xiàn)了這15 a來煤礦安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域的知識結(jié)構(gòu)和研究現(xiàn)狀,并探討了該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢和研究熱點,以期對我國煤礦安全瓦斯領(lǐng)域的發(fā)展,提供更直觀、清晰、可見的發(fā)展趨勢圖,為相關(guān)學(xué)者后續(xù)的深入創(chuàng)新研究提供參考.

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文研究選用中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源,分析國內(nèi)煤礦行業(yè)知名期刊(見表1),以影響因子為判別標(biāo)準(zhǔn),對期刊進(jìn)行比較,然后加以篩選,最后以復(fù)合影響因子大于2為依據(jù),得出《煤炭學(xué)報》《巖石力學(xué)與工程學(xué)報》《中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報》《煤炭科學(xué)技術(shù)》《采礦與安全工程學(xué)報》這5大煤礦行業(yè)權(quán)威期刊,最終以“煤礦”、“瓦斯”和“安全”為詞頻,分別對各大期刊里2005年—2019年期間的數(shù)據(jù)庫文獻(xiàn)進(jìn)行了檢索.為確保本次數(shù)據(jù)的全面性,又添加同主題、同年份內(nèi)其他相關(guān)期刊內(nèi)引用次數(shù)100以上(包括100)以及下載量1 000以上(包括1 000)的文獻(xiàn),將以上所得數(shù)據(jù)整理后共得到實用文獻(xiàn)2 261篇.本次文獻(xiàn)獲取方式均為人工剔除不符合條件的新聞、會議記錄、學(xué)術(shù)報告等形式后得到的文獻(xiàn)數(shù)據(jù),從而獲得的數(shù)據(jù)更具有代表性、實用性和權(quán)威性.

表1 國內(nèi)相關(guān)期刊及影響因子

1.2 研究方法

為避免各大分析軟件的類不平衡問題,提高數(shù)據(jù)質(zhì)量,本文應(yīng)用excel 軟件,采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的方法將排名前5的期刊中的核心文獻(xiàn)里的關(guān)鍵詞,進(jìn)行歸納、整理和匯總,同時借助Cite Space V進(jìn)行可視化分析.通過軟件之間的有效結(jié)合,從而使數(shù)據(jù)的顯現(xiàn)更加直觀,更易于讀者理解.

2 國內(nèi)煤礦安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域的可視化分析

2.1 論文產(chǎn)出分析

論文產(chǎn)出是衡量一個領(lǐng)域發(fā)展?fàn)顩r的重要標(biāo)志之一[13].圖1是煤礦安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域 2005年—2019年的論文整體產(chǎn)出圖.根據(jù)圖1中的變化趨勢,可將煤礦安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域中的研究劃分為 3 個階段:上升發(fā)展階段( 2005年—2010年) 、發(fā)展峰期階段( 2011年—2015年) 、平穩(wěn)發(fā)展階段( 2016年—2019年) .上升發(fā)展階段,論文數(shù)量整體呈現(xiàn)出增長的趨勢,正好符合國家支持煤炭高效發(fā)展的政策,此階段論文年產(chǎn)出總數(shù)為 723 篇.發(fā)展峰期階段,煤礦安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域的研究處于熱門時期,雖論文發(fā)表數(shù)量起伏不大,但這幾年內(nèi)發(fā)表論文數(shù)量頗高,這段時間內(nèi)發(fā)表的文獻(xiàn)量幾乎占據(jù)研究總數(shù)量的50%,此階段論文年產(chǎn)出總數(shù)為 990 篇.平穩(wěn)發(fā)展階段,煤礦安全瓦斯領(lǐng)域,發(fā)文量開始明顯減少,且呈現(xiàn)出迂回發(fā)展趨勢,說明該領(lǐng)域研究在峰期之后,達(dá)到了瓶頸期,技術(shù)和理論知識都達(dá)到了一個成熟點,在一定時間內(nèi)難有突破,需克服瓶頸才能再創(chuàng)新高.

圖1 煤礦安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域論文的整體產(chǎn)出

2.2 作者特征分析

通過對文獻(xiàn)作者的分析,可以清楚了解所研究領(lǐng)域中的領(lǐng)頭者,再研究這些作者所寫文獻(xiàn)里提及的最新成果,不難得到具有代表性的數(shù)據(jù)[14].同時,這些作者發(fā)表文獻(xiàn)的數(shù)量在一定程度上可代表一個作者在該領(lǐng)域所研究的深度與廣度和作者在該領(lǐng)域的影響力.因此,統(tǒng)計高產(chǎn)作者對于研究這一領(lǐng)域的焦點話題和發(fā)展前景有著非同尋常的意義[15].根據(jù)普萊斯定律[16],本領(lǐng)域發(fā)表論文量在6篇的作者定為高產(chǎn)作者,其分布聯(lián)系如圖2.

圖2 國內(nèi)煤礦安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域的作者聯(lián)系圖譜

據(jù)統(tǒng)計,共有41位高產(chǎn)作者,累計發(fā)文數(shù)量為621篇.由圖2可知,我國煤礦安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域尚未形成嚴(yán)格意義上的核心作者群.現(xiàn)將發(fā)文量大于15篇的高產(chǎn)作者統(tǒng)計如表2所示.分析表2可知,高產(chǎn)作者幾乎均為最早開始發(fā)文的作者,側(cè)面表明這些作者均為該行業(yè)的領(lǐng)先者,其論文均有一定的科研價值,且符合本次研究數(shù)據(jù)來源的需求.

表2 國內(nèi)發(fā)文量大于15篇的高產(chǎn)作者

通過分析可知,其中程遠(yuǎn)平于2009年發(fā)表的《中國煤礦瓦斯抽采技術(shù)的發(fā)展》被引頻次最高,高達(dá)747次,且為同類型科研文獻(xiàn)中下載次數(shù)最多的文獻(xiàn),這在一定程度上側(cè)面折射了煤礦安全瓦斯領(lǐng)域的發(fā)展最主要的關(guān)鍵因素是瓦斯抽采技術(shù).關(guān)于如何將瓦斯抽采技術(shù)應(yīng)用于煤礦安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域的研究將越來越受到從事相關(guān)行業(yè)研究者的關(guān)注.

2.3 機構(gòu)分析

機構(gòu)分析可使煤礦安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域內(nèi)主要科研力量的分布及其之間的合作化關(guān)系變得清晰可見,明確得出該領(lǐng)域內(nèi)具有較高學(xué)術(shù)影響力的科研機構(gòu),從而方便本行業(yè)各機構(gòu)之間的交流合作[17].以2005年—2019年間的論文為基礎(chǔ),將整理收集的數(shù)據(jù)逐年進(jìn)行機構(gòu)分析,得到如圖3所示的國內(nèi)煤礦瓦斯安全生產(chǎn)領(lǐng)域機構(gòu)分布圖譜.

圖3 國內(nèi)煤礦瓦斯安全生產(chǎn)領(lǐng)域的機構(gòu)分布圖譜

結(jié)合圖3和表3可知,該領(lǐng)域已形成了幾個較為穩(wěn)定的科研機構(gòu),其中,中國礦業(yè)大學(xué)、河南理工大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)(北京)是這一領(lǐng)域相對具有代表性的研究型學(xué)校,發(fā)文量均超過200篇,且3所高校共發(fā)文數(shù)量1 082篇,占本次研究文獻(xiàn)數(shù)量的50%,表明國內(nèi)各區(qū)域、機構(gòu)、高校對該領(lǐng)域的研究具有不平衡性.同時,不可否認(rèn),這些高校和機構(gòu)在一定程度上促進(jìn)并引領(lǐng)了該領(lǐng)域的研究和發(fā)展.此外,中國煤炭科工集團(tuán),煤炭科學(xué)研究總院,也源源不斷地為煤礦安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域注入新動力.從所屬地區(qū)研究可知,這些研究機構(gòu)普遍分布在我國華北和華東地區(qū),說明我國煤礦安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域的發(fā)展有地理位置的約束性,其分布散亂,在研究進(jìn)展方面,沒有充分的合作和交流,不利于該領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)步,同時也一定程度上反映出煤炭安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域相關(guān)研究成果和進(jìn)度與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展高低有著一定的內(nèi)在聯(lián)系.

表3 發(fā)文量排名前10的機構(gòu)

3 研究熱點、趨勢及方法分析

3.1 研究熱點分析

關(guān)鍵詞是對一篇文獻(xiàn)研究內(nèi)容最直接的體現(xiàn),是文獻(xiàn)計量研究中最重要的一環(huán)[18].對煤礦安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域中相關(guān)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行整理分析,可以進(jìn)一步把握該領(lǐng)域的研究熱點和發(fā)展方向.

2005年—2019 年的突變詞權(quán)重及持續(xù)時段如表4所示.分析表4可知,國內(nèi)安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域相關(guān)文獻(xiàn)中出現(xiàn)頻次超過60次的共有16個關(guān)鍵詞,這些關(guān)鍵詞所反映的都是煤礦安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域中的研究熱點.根據(jù)這些關(guān)鍵詞可以將該領(lǐng)域的熱點研究主要分為以下3個方面.

1)瓦斯安全影響因素.關(guān)鍵詞中的“煤與瓦斯突出”、“瓦斯超限和瓦斯爆炸”等都是國內(nèi)煤礦安全生產(chǎn)中出現(xiàn)的瓦斯事故進(jìn)行記錄及統(tǒng)計所得到的,說明在煤礦安全生產(chǎn)中很重視數(shù)據(jù)的收集及事故原因的分析.

2)瓦斯安全治理因素.“瓦斯抽采”、“瓦斯治理”、“增透技術(shù)”、“穿層鉆孔”、“數(shù)值模擬”等反映出瓦斯治理離不開有效的瓦斯治理技術(shù),隨著煤礦企業(yè)的發(fā)展,將數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用到該領(lǐng)域的研究方法中將成為越來越重要的研究手段,同時做好煤礦安全生產(chǎn)工作,必須要重視技術(shù)在生產(chǎn)中的作用,盡可能通過有效的技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用來減少煤礦瓦斯事故的發(fā)生.

3)瓦斯安全事故因素.關(guān)鍵詞中出現(xiàn)的“工作面”、“采空區(qū)”,都是圍繞事故易發(fā)生點為主題進(jìn)行分析研究,說明在煤礦安全生產(chǎn)中合理布置巷道,嚴(yán)格遵守生產(chǎn)規(guī)程,防治瓦斯超限等是持續(xù)受關(guān)注的話題.

3.2 研究趨勢分析

研究趨勢體現(xiàn)了某研究領(lǐng)域的發(fā)展動態(tài),一般用于研究前沿趨勢.突變詞是指某些年份發(fā)表文獻(xiàn)中關(guān)鍵詞變化的專業(yè)術(shù)語,適合研究前沿?zé)狳c[19].由表4可知,突變詞隨時間的變化而發(fā)生改變,突變詞的突變特征主要從頻次和持續(xù)時間兩方面體現(xiàn).通過分析主題詞的突變特征,梳理出該領(lǐng)域的熱點話題發(fā)展趨勢.

為了進(jìn)一步展現(xiàn)各突變詞的變化趨勢,統(tǒng)計突變詞每一年出現(xiàn)的頻次,整理出排名前16位的突變詞,如表4所示.根據(jù)頻次及突變持續(xù)時間可將這16個突變詞分為以下3種類型.

表4 2005年—2019年的突變詞權(quán)重及持續(xù)時段(部分)

1)上升型 如“瓦斯抽采”不僅頻次高,而且出現(xiàn)以后總體呈上升趨勢,說明現(xiàn)有煤礦治理瓦斯方法主要以瓦斯抽采為主.

2)穩(wěn)定型 例如“工作面”、“采空區(qū)”在該領(lǐng)域的研究中基本保持著一定的頻率,持續(xù)時間較長,說明瓦斯事故的發(fā)生點一直是該領(lǐng)域中持續(xù)受到關(guān)注的話題,同時也是國內(nèi)對瓦斯事故發(fā)生點的研究在現(xiàn)階段達(dá)到相對成熟的結(jié)果.

3)下降型 如“礦山事故”從出現(xiàn)后一直保持開始持續(xù)下降的趨勢,表明國內(nèi)煤礦采取有效的治理措施后得到了可喜的結(jié)果,使學(xué)者對礦山事故研究的熱度逐漸減弱.

3.3 研究方法分析

研究方法,是指在研究中發(fā)現(xiàn)或提出新觀點,揭示事物內(nèi)在規(guī)律的工具和手段[20].通過分析文獻(xiàn)中的具體研究方法和研究范圍,可以為以后做相關(guān)課題或項目的研究人員提供參考,進(jìn)而有利于研究課題的可持續(xù)發(fā)展.常用的研究方法如表5所示.

表5 研究方法以及研究對象

分析表5可知,“數(shù)值模擬”在“瓦斯分布規(guī)律”、“煤與瓦斯突出”、“煤巖體應(yīng)力分布”等方面體現(xiàn)出了重要研究價值,受到廣大研究工作者的熱愛;并且,研究者根據(jù)各軟件的特點和功能,充分發(fā)揮其在研究工作中的作用.如“FLAC3D，COMSOL，RFPA-2D”在科研中使用的比例較高,說明這3款軟件可以很好地模擬瓦斯在井下的分布及位移規(guī)律;另外,綜合研究以相互融合、相互滲透、相互影響的趨勢在研究領(lǐng)域開始發(fā)展.通過綜合研究分析,可以清楚地得知,“圍巖應(yīng)力場”、“煤層增透技術(shù)”、“采動過程中的破壞規(guī)律”等是瓦斯安全研究中重要的因素,可為今后的科研找準(zhǔn)方向,提供參考,對科研指導(dǎo)有重要的現(xiàn)實意義.

綜上所述,未來利用數(shù)值模擬、瓦斯抽采等科學(xué)技術(shù)手段,在未來的礦山建設(shè)中仍有一定比例.工作面、采空區(qū)等易發(fā)生瓦斯事故點仍是該領(lǐng)域持續(xù)關(guān)注的重點.值得一提的是,雖然智能礦山建設(shè)已經(jīng)投入到煤炭生產(chǎn)中,但是涉及到瓦斯方面,還鮮有學(xué)者開展研究,這無疑阻礙了國內(nèi)礦山智能化發(fā)展的進(jìn)程.因此,結(jié)合時代發(fā)展需要,應(yīng)加快煤礦瓦斯安全領(lǐng)域智能化建設(shè);同時,在煤層氣等新概念提出后,如何更好地將新工藝、新模式、機械化、智能化有效運用到煤礦治理瓦斯的實踐中,將成為更多學(xué)者共同研究探討的新課題.

4 結(jié)論

1)經(jīng)過近15年的發(fā)展,我國學(xué)者對煤炭行業(yè)瓦斯領(lǐng)域的研究先后經(jīng)歷上升階段( 2005年—2010年) 、峰期階段( 2011年—2015年) 、平穩(wěn)階段( 2016年—2019年) 這3個發(fā)展階段,研究范圍不斷擴(kuò)大,研究成果日益突現(xiàn).

2)通過分析突變詞的時間和頻次變化可知,工作面、采空區(qū)等煤礦瓦斯災(zāi)害易發(fā)點的生產(chǎn)問題仍未真正得到有效的解決,同時有關(guān)煤礦瓦斯安全智能化建設(shè)發(fā)展滯后,這種現(xiàn)狀阻礙著煤礦安全生產(chǎn)度的提高,在未來的科研當(dāng)中仍充滿著巨大挑戰(zhàn).

3)通過此次分析發(fā)現(xiàn),我國漸漸有部分核心作者已經(jīng)成為國內(nèi)采礦工程安全研究領(lǐng)域的核心力量,但是大多數(shù)研究學(xué)者起步晚,理論研究與現(xiàn)實應(yīng)用銜接不夠,使得該領(lǐng)域仍存在尚未解決的難題.另外,煤礦安全生產(chǎn)瓦斯領(lǐng)域的研究力量主要集中在國內(nèi)高校,研究地區(qū)分散,缺乏全面的合作交流,不利于推動本行業(yè)的發(fā)展與創(chuàng)新.