謝 軍，卞兆慶，解恒星，王 怡，王法銓

（1.山東科技大學(xué) 安全與環(huán)境工程學(xué)院，山東 青島 266590；2.貴州金沙龍鳳煤業(yè)有限公司，貴州 畢節(jié) 551700）

煤炭自燃事故頻發(fā)，嚴(yán)重威脅著煤炭資源的開發(fā)[1-2]。事故數(shù)據(jù)顯示，煤炭自然發(fā)火極易引起礦井火災(zāi)事故，消耗大量煤炭資源，對(duì)煤礦的生產(chǎn)安全和個(gè)人的生命安全也造成威脅[3-4]。因此，礦井防滅火工作的研究意義重大，煤炭自然發(fā)火的防治快速發(fā)展，最大程度地降低了煤火災(zāi)害的發(fā)生。

礦用凝膠是防治煤炭自然發(fā)火的關(guān)鍵技術(shù)，其材料研發(fā)種類也越來越多，其中應(yīng)用最為廣泛的是無機(jī)硅酸鹽類凝膠[5]。最早水凝膠以水玻璃為基料，與銨鹽等促凝劑反應(yīng)固化，形成的膠體含有水分吸熱降溫并能充填封堵煤孔裂隙，在采空區(qū)取得極好的防滅火效果；隨后，隋濤[6]向硅類膠體復(fù)合粉煤灰研制出高水、高性能的新型粉煤灰膠體，提高了膠體阻化降溫性能。雖然礦用凝膠研究愈加深入，但針對(duì)煤自燃及防治技術(shù)的歸納卻以傳統(tǒng)的文獻(xiàn)綜述形式為主[7]，受限于形式局限性使相關(guān)文章內(nèi)容較為籠統(tǒng)，不能全面直觀地展現(xiàn)彼此間的邏輯。

因此，借助科學(xué)文獻(xiàn)計(jì)量軟件CiteSpace，對(duì)過去近20 年的礦用凝膠領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析；對(duì)文獻(xiàn)的來源期刊、作者機(jī)構(gòu)及其合作關(guān)系、關(guān)鍵詞熱點(diǎn)及突顯時(shí)間等要素以圖譜形式展現(xiàn)出來[8]；清晰地梳理該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，以及不同時(shí)期階段性前沿方向的演變脈絡(luò)；并探究礦用凝膠領(lǐng)域未來能夠有所突破、有所創(chuàng)新的發(fā)展趨勢(shì)。

1 文獻(xiàn)來源與研究方法

1）數(shù)據(jù)來源。為確保全面準(zhǔn)確地分析國(guó)內(nèi)礦用凝膠領(lǐng)域的發(fā)展，文獻(xiàn)取自于CNKI 中文數(shù)據(jù)庫。以高級(jí)檢索的方式設(shè)定時(shí)間范圍為2000—2022 年，以“防滅火”、“礦用凝膠”為檢索主題，剔除會(huì)議、資訊等相關(guān)性低的文章后，得到防滅火凝膠領(lǐng)域相關(guān)文獻(xiàn)共614 篇。

2）研究方法與工具。選用經(jīng)典可視化研究工具CiteSpace，將檢索文獻(xiàn)以“Refworks”格式導(dǎo)入軟件設(shè)定參數(shù)，即可用于作者、機(jī)構(gòu)的合作網(wǎng)絡(luò)分析，以明確該領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)；通過關(guān)鍵詞的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析，獲得不同區(qū)段的研究成果和未來的研究趨勢(shì)。以圖譜的形式將國(guó)內(nèi)礦用凝膠文獻(xiàn)的作者合作、關(guān)鍵詞聚類、時(shí)區(qū)分布等要素直觀地展現(xiàn)出來[9]。CiteSpace 可以利用時(shí)間切片技術(shù)建立一系列隨時(shí)間變化的網(wǎng)絡(luò)模型，并將這些單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)綜合起來，形成1 個(gè)綜述網(wǎng)絡(luò)，以便系統(tǒng)地回顧相關(guān)文獻(xiàn)[8]。

2 礦用凝膠研究宏觀分析

2.1 發(fā)文趨勢(shì)分析

文章的發(fā)文數(shù)量反映著社會(huì)與學(xué)者的關(guān)注程度[9]。對(duì)檢索出的614 篇礦用凝膠領(lǐng)域文獻(xiàn)進(jìn)行可視化統(tǒng)計(jì)，礦用凝膠發(fā)文量年度變化如圖1。圖中點(diǎn)線反應(yīng)年發(fā)文量變化，虛線表示發(fā)文量隨年份的函數(shù)式，R2=0.696 反映出2000—2021 年礦用凝膠領(lǐng)域發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)量平穩(wěn)。在近20 年來，隨著科技進(jìn)步與研發(fā)投入的加大，使得我國(guó)防滅火技術(shù)有了穩(wěn)步發(fā)展。

圖1 礦用凝膠發(fā)文量年度變化Fig.1 Annual change in the number of mine-use gel articles issued

21 世紀(jì)以來，國(guó)家加大對(duì)煤炭行業(yè)發(fā)展監(jiān)管，組建安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，煤炭產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展[10]，相關(guān)防滅火文章在2005 年達(dá)到該時(shí)期內(nèi)的峰值。歷經(jīng)此次發(fā)文量的頂點(diǎn)后，迎來了煤礦產(chǎn)業(yè)10余年的穩(wěn)步發(fā)展，使得礦用凝膠的相關(guān)文章發(fā)表處于1 個(gè)穩(wěn)定上升的階段，展現(xiàn)出礦用凝膠研究穩(wěn)中求進(jìn)、欣欣向榮的勢(shì)頭，也表現(xiàn)出礦井遺煤自燃問題的嚴(yán)峻性與研究礦井防滅火凝膠的必要性。

2.2 發(fā)文作者及機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)分析

學(xué)者及研究機(jī)構(gòu)在某一領(lǐng)域的合作網(wǎng)絡(luò)以及發(fā)文情況可以展現(xiàn)其活躍程度，通過合作網(wǎng)絡(luò)分析可以很清楚地找到該領(lǐng)域?qū)W術(shù)影響力較高的作者及機(jī)構(gòu)[9]。在Citespace 的節(jié)點(diǎn)類型上設(shè)定“Author”與“Insitution”，設(shè)定默認(rèn)參數(shù)，得到的合作網(wǎng)絡(luò)圖譜如圖2。圖中節(jié)點(diǎn)大小直接反映作者或研究機(jī)構(gòu)的發(fā)文數(shù)量；節(jié)點(diǎn)間的連線表示各作者的合作關(guān)系，其連線的粗細(xì)表示合作頻次的高低。

圖2 礦用凝膠領(lǐng)域主要研究作者及機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖Fig.2 Collaboration network of major research authors and institutions in the field of mine-used gel

圖譜分析節(jié)點(diǎn)（nodes）＝241，連線（links）＝237，密度（density）＝0.015 9，數(shù)據(jù)反映出來，在絕大多數(shù)的作者中存在合作關(guān)系。在合作網(wǎng)絡(luò)圖中，高中介中心度的節(jié)點(diǎn)通常代表該圖譜中的“關(guān)鍵樞紐”[8-9]。在礦用凝膠的研究領(lǐng)域，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)以0.1 的中介中心度位列首位，西安科技大學(xué)、太原理工大學(xué)位居2、3 位，說明幾所高校在礦用凝膠的研究領(lǐng)域影響較大，錯(cuò)綜的連線表示與眾多企業(yè)、高校有所合作。

結(jié)合圖譜中各機(jī)構(gòu)的合作分析發(fā)現(xiàn)，眾多高校與煤礦企業(yè)之間的合作廣泛而密切，說明礦用凝膠領(lǐng)域的研究已達(dá)到一定的成熟程度，各大高校都能與煤礦建立防滅火凝膠成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，通過性能研究之后將凝膠應(yīng)用于煤礦企業(yè)的煤自燃防治。另外一些作者、高校的出版物數(shù)量較少，但它們也存有大量的合作伙伴。

3 礦用凝膠研究的知識(shí)基礎(chǔ)

高被引文獻(xiàn)代表著該研究領(lǐng)域較高的學(xué)術(shù)價(jià)值，可以很好地幫助快速了解該領(lǐng)域的核心內(nèi)容及主流的研究趨勢(shì)[10]。對(duì)所檢索文獻(xiàn)進(jìn)行梳理分析，得出礦用凝膠領(lǐng)域被引量居前位的文獻(xiàn)。

梁運(yùn)濤等[3]、秦波濤等[7]系統(tǒng)總結(jié)了國(guó)內(nèi)外煤自燃防治技術(shù)的進(jìn)展與應(yīng)用現(xiàn)狀；對(duì)各類防滅火技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行分析比較，如注漿、阻化劑、均壓通風(fēng)等防滅火技術(shù)；探討了防滅火技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，致力于提高煤自燃預(yù)測(cè)預(yù)警，系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)煤自燃過程的動(dòng)態(tài)分析；針對(duì)性地研究新型防滅火材料，提高復(fù)雜環(huán)境采空區(qū)的防滅火效果；較大程度上，對(duì)國(guó)內(nèi)煤自燃防治技術(shù)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)和參考價(jià)值。

盧國(guó)斌等[11]將煤自燃火災(zāi)機(jī)理總結(jié)為煤的低溫氧化階段、氧化階段及煤穩(wěn)定燃燒階段3 個(gè)階段；指明了煤自燃發(fā)展過程的不同時(shí)期，采取相對(duì)應(yīng)的措施能夠有效阻斷煤自燃事故的發(fā)生。

王德明[12]、鄔劍明[13]、張雷林[14]則分別提出了三相泡沫、聚氨酯彈性體、凝膠泡沫以充填惰氣覆蓋、堵漏煤孔裂隙阻斷氧氣及吸熱降溫等原理研發(fā)防滅火材料，使得礦用凝膠發(fā)展也有更廣闊的思路。

這些高被引文獻(xiàn)來自國(guó)內(nèi)煤礦領(lǐng)域較為權(quán)威的期刊，代表著在礦用凝膠領(lǐng)域早期發(fā)展奠定的堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)。礦用凝膠的發(fā)展以理論研究與應(yīng)用實(shí)踐為導(dǎo)向，其理論基礎(chǔ)是煤自燃發(fā)展過程、防滅火機(jī)理；應(yīng)用主要是發(fā)掘研究新型高效的防滅火材料等。

4 礦用凝膠研究的熱點(diǎn)與前沿

4.1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

文章關(guān)鍵詞體現(xiàn)內(nèi)容的核心主題，關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析以達(dá)到主題識(shí)別和熱點(diǎn)演進(jìn)的目的[8]。選擇關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)類型，設(shè)定閾值為2，顯示共現(xiàn)2 次以上的關(guān)鍵詞，并通過對(duì)圖譜網(wǎng)絡(luò)的布局優(yōu)化及干擾信息的修剪，分析出防滅火凝膠領(lǐng)域的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖，共有節(jié)點(diǎn)91 個(gè)，連線178 條，Modularity Q 值為0.769 6 大于0.3，這表明該圖譜能夠展現(xiàn)良好的聚類效果，Mean Silhouette 值為0.533 2，該聚類參數(shù)大于0.5，表明聚類具有合理性，2000—2021 年國(guó)內(nèi)礦用凝膠研究形成了較強(qiáng)的問題意識(shí)和較為穩(wěn)固的學(xué)術(shù)框架。

應(yīng)用Citespace 軟件中的Keywords analysis，對(duì)防滅火凝膠領(lǐng)域詞頻數(shù)排列前10 的關(guān)鍵詞進(jìn)行整理歸納，并對(duì)同義詞進(jìn)行合并處理減小誤差，得到礦用凝膠領(lǐng)域的前10 個(gè)關(guān)鍵詞，保證了高頻次關(guān)鍵詞的分析效果，2000—2021 年礦用凝膠研究主要關(guān)鍵詞表（前10 個(gè)）見表1。由表1 可知：“阻化、新型材料”是近幾年礦用凝膠領(lǐng)域出現(xiàn)頻次較高的主題，越來越多的學(xué)者關(guān)注高效阻化材料的研發(fā)與應(yīng)用。

表1 中關(guān)鍵詞在檢索文獻(xiàn)中呈現(xiàn)高頻率，所以受到的關(guān)注度較高。但是仍有少許關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率較低，比如流動(dòng)特性、成膠時(shí)間、適用性等，說明學(xué)者對(duì)相關(guān)方向展開研究。因此，為了提高總結(jié)研究領(lǐng)域的精確度，借助CiteSpace 軟件的關(guān)鍵詞聚類這一功能，將關(guān)鍵詞根據(jù)類別劃分做出匯總聚類。

表1 2000—2021 年礦用凝膠研究主要關(guān)鍵詞表（前10 個(gè)）Table 1 Table of main keywords for mine-used gel research from 2000 to 2021（top 10）

4.2 關(guān)鍵詞聚類分析

軟件參數(shù)設(shè)定以年為時(shí)間片段，并選擇前50 個(gè)高頻節(jié)點(diǎn)為閾值，去除干擾項(xiàng)后，針對(duì)所得到的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析采用LLR 聚類，提取的前10 個(gè)礦用凝膠領(lǐng)域關(guān)鍵詞聚類圖如圖3。分別為：防滅火、煤自燃、凝膠材料、阻化性能、采空區(qū)、綜放工作面、應(yīng)用、注膠體、凝膠泡沫、復(fù)合膠體。

圖3 礦用凝膠領(lǐng)域關(guān)鍵詞聚類圖Fig.3 Keywords clustering map in the field of mine-used gel

聚類視圖是通過計(jì)算關(guān)鍵詞的相似度集合重點(diǎn)信息，展現(xiàn)在此時(shí)間段內(nèi)關(guān)鍵詞的空間結(jié)構(gòu)特征[8-9]。通過聚類分析圖譜可以總結(jié)出該時(shí)間段內(nèi)礦用凝膠領(lǐng)域的3 個(gè)重要方面。

4.2.1 凝膠材料的種類

煤礦行業(yè)的發(fā)展推動(dòng)著凝膠防滅火技術(shù)的不斷研發(fā)，凝膠的多樣化可滿足不同生產(chǎn)條件的防滅火要求。根據(jù)材料成分將礦用凝膠分為3 大類：無機(jī)凝膠類、有機(jī)高分子凝膠類以及復(fù)合凝膠[5]。

1）無機(jī)鹽凝膠主要由硅酸鹽為基料，促凝劑一般選用氯化銨、硫酸銨等銨鹽類無機(jī)物，制備過程工藝簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，可適用于大范圍的采空區(qū)灌注；應(yīng)用過程中可根據(jù)井下不同的發(fā)火情況及環(huán)境，將2 種成分按照所需濃度混合調(diào)節(jié)成膠時(shí)間，成膠后有較強(qiáng)的封堵性，能夠有效降低漏風(fēng)率，減緩煤與氧氣的氧化過程；在煤快速升溫階段也有較強(qiáng)的耐溫性，膠體固定的水分受熱蒸發(fā)帶走熱量。針對(duì)銨鹽類凝膠受熱會(huì)產(chǎn)生毒害氣體，污染井下環(huán)境的問題；部分學(xué)者創(chuàng)造性地應(yīng)用無銨膠體的起始黏度低、可灌性好等特點(diǎn)，大規(guī)模地應(yīng)用于煤炭自然發(fā)火的預(yù)防與治理，大大降低了煤火災(zāi)害，開創(chuàng)了我國(guó)凝膠防滅火材料的新局面；隨后，向單一無機(jī)鹽凝膠中添加粉煤灰、黃土等，使得這類膠體以其經(jīng)濟(jì)易操作、高阻化性能的特點(diǎn)開始大幅發(fā)展，廣泛應(yīng)用于采空區(qū)防滅火；DENG 等[15]研究了各種抑制煤炭自燃的膠體材料性能，如FSA 微孔凝膠和粉煤灰復(fù)合凝膠，改性的無機(jī)類凝膠大大抑制煤的升溫速率、CO 生成和O2消耗；何理等[16]在硅類水玻璃膠體的基礎(chǔ)上添加石灰石，利用其與硫發(fā)生耗氧反應(yīng)降低煤氧反應(yīng)速率，對(duì)高硫煤礦的防滅火治理意義重大。

2）有機(jī)高分子凝膠以高分子聚合物為主要成分，添加交聯(lián)劑、改性劑等材料反應(yīng)制成[17]。常用基料為聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉/鉀、N，N－亞甲基雙丙烯酰胺以及天然聚合物（纖維素、木質(zhì)素、海藻酸等）[18]等，這些有機(jī)材料結(jié)構(gòu)中含有大量的親水性基團(tuán)（-OH、-COOH 等），可以吸收更多的水分，并有多種官能團(tuán)易在不同條件下反應(yīng)改性，大幅提高了凝膠的阻化性能，使得凝膠的防滅火效果更佳，有效防止煤層復(fù)燃；無毒、無味、高阻化、吸熱降溫的高分子凝膠材料逐漸發(fā)展起來，有著廣闊的應(yīng)用前景；其中，高分子材料改性主要有交聯(lián)、接枝共聚及復(fù)配3 種方式[19]，分別通過不同的修飾方法改變分子的結(jié)構(gòu)。交聯(lián)使得線型類高分子鏈同過鍵合作用形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，更好地保有水分提升對(duì)煤體的吸熱降溫作用；YAN 等[20]基于海藻酸鈉與Ca2+發(fā)生原位交聯(lián)反應(yīng)及順式二醇與B（OH）4-絡(luò)合成網(wǎng)制備了SA/P/B/CA 凝膠，并通過程序升溫氧化實(shí)驗(yàn)、熱重分析等一系列的分析方法檢驗(yàn)了對(duì)煤自燃的抑制作用，延緩煤體放熱速率19%以上，該高分子凝膠展現(xiàn)出優(yōu)異的防滅火性能；接枝共聚技術(shù)將具有某種優(yōu)異特性的單體接枝到大分子鏈上，以此來提高高分子凝膠的特定功能[19]；林梅欽等[21]利用羥丙基淀粉接枝方法，對(duì)聚丙烯酰胺凝膠的強(qiáng)度和彈性進(jìn)行了強(qiáng)化，大大提高了膠體在流動(dòng)過程中的流變性能；CHENG等[22]提取玉米秸稈中的纖維素，并將單體AMPS 接枝到纖維素鏈上，提高了凝膠的穩(wěn)定性和抗剪切性，制備了一種耐高溫的響應(yīng)型智能水凝膠，這種對(duì)可生物降解的玉米秸稈再利用，既能解決焚燒造成的碳污染又能降低凝膠成本，為凝膠的進(jìn)一步發(fā)展提供了思路。

3）復(fù)合凝膠是以“無機(jī)加有機(jī)”相結(jié)合的方式，提高單一水凝膠的力學(xué)性能及封堵性能[23]，主要類型有稠化膠體類、三元復(fù)合膠體、硅酸鈉/聚合物復(fù)合凝膠等；XU 等[24]針對(duì)我國(guó)西北部多土少水的環(huán)境，通過從無機(jī)礦物、有機(jī)聚合物和分散劑中獲得的懸浮砂膠體可以避免灌漿用水過度，克服了漿體流動(dòng)過程中阻力過大，提高了注砂質(zhì)量和阻化作用；REN 等[25]通過將陽離子聚丙烯酰胺、陰離子聚丙烯酰胺和羧甲基纖維素分別引入硅酸鈉凝膠中，開發(fā)了新型硅酸鈉/聚合物復(fù)合凝膠，提高了水凝膠的滲透能力和抗壓強(qiáng)度，有效解決了無機(jī)類膠體失水開裂和粉化的問題，對(duì)煤體長(zhǎng)期有效覆蓋封堵，減緩煤氧反應(yīng)過程。

4.2.2 凝膠性能研究

礦用凝膠作用機(jī)理即破壞煤自然發(fā)火的條件，抑制自燃。其中膠體的混合溶液滲透到煤的孔隙結(jié)構(gòu)中包裹煤體，封堵浮煤表面的縫隙，隔絕氧氣供應(yīng)；凝膠結(jié)構(gòu)穩(wěn)定含有大量水分，在煤體氧化升溫時(shí)蒸發(fā)帶走熱量，減緩煤層熱量的積聚速率[15]。因此，從防滅火作用機(jī)理出發(fā)可以判定凝膠性能的優(yōu)劣。

衡量凝膠的性能需要從多個(gè)維度出發(fā)，包括凝膠特性及微觀結(jié)構(gòu)變化。凝膠在配制過程中的組分比例、環(huán)境溫度、pH 值、混合程度等會(huì)對(duì)凝膠質(zhì)量有所影響[14]。在凝膠性能表征上，秦波濤等[7]通過將程序升溫裝置與溫度采集裝置組合設(shè)計(jì)了煤自燃特性綜合測(cè)試系統(tǒng)，可以模擬凝膠處理煤樣在20～400 ℃的煤自燃過程，以此檢測(cè)凝膠的阻化性能；王俊峰等[17]對(duì)礦用凝膠的基礎(chǔ)性能包括熱穩(wěn)定性、承壓性能、保水性、膠體的黏結(jié)性及滲透性進(jìn)行測(cè)試，都直接反映了凝膠在防滅火過程中的抗溫水平及封堵煤孔隙的能力；另外借助流變儀測(cè)試分析凝膠流變性的影響因素，研究膠體在管道輸送過程中的流動(dòng)特性，最大程度地解決膠體灌注過程中的阻力復(fù)雜問題。高分子凝膠微觀測(cè)試的幾種方法，包括FTIR 紅外光譜法鑒別高分子材料的管能團(tuán)變化，NMR 法對(duì)材料的C、H 結(jié)構(gòu)及數(shù)量進(jìn)行無損檢測(cè)，保證反應(yīng)結(jié)果的準(zhǔn)確性，DSC 法直接測(cè)量高分子凝膠的熱容量變化，對(duì)其熱穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)；X-射線衍射對(duì)無機(jī)類凝膠中的晶體排列方式表征明顯，SEM 法對(duì)凝膠的形態(tài)結(jié)構(gòu)直觀的展現(xiàn)出來，以及觀察處理煤樣前后表面的粗糙程度也可以判定凝膠對(duì)煤體阻化產(chǎn)生的反應(yīng)變化[26]。并隨著科技水平的提高，檢測(cè)凝膠性能的手段更加豐富。

4.2.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

礦用凝膠的使用場(chǎng)所是在環(huán)境復(fù)雜的礦井，實(shí)際的工程應(yīng)用中對(duì)凝膠材料及注膠設(shè)備及方式的選擇要綜合施工工藝、膠體流動(dòng)特性及擴(kuò)散規(guī)律、防滅火效果等多因素考慮。高崗榮[27]對(duì)我國(guó)幾種注漿技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，分別分析了常用的地面預(yù)注漿、井壁注漿、井巷工作面預(yù)注漿等技術(shù)的工藝要點(diǎn)，在注漿過程中要充分保證注漿效果及適宜現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的鉆孔工藝；朱開成等[28]以地面預(yù)注漿技術(shù)為例，根據(jù)開采進(jìn)度與注漿順序分為3 種注漿方式，并對(duì)注漿材料的流動(dòng)黏結(jié)性做出要求，通過添加懸浮劑等材料提高凝膠在流動(dòng)過程中的穩(wěn)定性；柳昭星等[29]在現(xiàn)場(chǎng)注漿過程中對(duì)于鉆孔設(shè)計(jì)與注漿過程無法準(zhǔn)確把握，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)工風(fēng)險(xiǎn)較大，因此，解決此類問題多采用理論分析凝膠的流變特性與漿液擴(kuò)散模型，建立試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行相似模擬實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬分析來對(duì)比驗(yàn)證，制定切實(shí)可行的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方案；ZHENG 等[30]應(yīng)用CFD-DEM 等軟件來模擬探究管道及注膠區(qū)域的流體擴(kuò)散規(guī)律也逐漸發(fā)展成解決現(xiàn)場(chǎng)施工難題的關(guān)鍵方法。

4.3 關(guān)鍵詞突顯分析

關(guān)鍵詞突顯分析表示某時(shí)間段內(nèi)的研究熱點(diǎn)，根據(jù)演變規(guī)律可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)研究的趨勢(shì)，為學(xué)者在研究過程中預(yù)示發(fā)展方向。依據(jù)上文關(guān)鍵詞的聚類分析，在Control Panel 中選擇Burstness 共獲得11個(gè)有效關(guān)鍵詞，2000—2021 年礦用凝膠領(lǐng)域關(guān)鍵詞突顯表見表2，表2 中線條加粗表示該詞在時(shí)期內(nèi)的突顯狀況。

表2 2000—2021 年礦用凝膠領(lǐng)域關(guān)鍵詞突顯表Table 2 Keywords highlighting in the field of mine-used gel from 2000 to 2021

從表2 中可以概括出礦用凝膠領(lǐng)域研究趨勢(shì)的3 個(gè)發(fā)展階段：①在2000—2005 年“防滅火技術(shù)、應(yīng)用、無機(jī)類凝膠”等相關(guān)突顯強(qiáng)度較大，無機(jī)材料的廣泛應(yīng)用，成為當(dāng)時(shí)防滅火研究領(lǐng)域的重點(diǎn)工作；②2006—2013 年針對(duì)硅酸鹽凝膠的“復(fù)合膠體、材料配比”進(jìn)行的技術(shù)革新，膠體復(fù)配提高了防滅火效果；③從2013 年以來，對(duì)高分子材料的“接枝共聚、交聯(lián)”等改性技術(shù)成為時(shí)下研究熱點(diǎn)。

礦用凝膠的防滅火機(jī)理日趨完善，理論發(fā)展放緩，其發(fā)展方向則趨向于凝膠自身的防滅火效果。將改性高分子凝膠材料的高阻化效果與綠色發(fā)展的時(shí)代背景相結(jié)合，應(yīng)用于礦井防滅火，纖維素基衍物質(zhì)來源廣泛，并具有生物降解性、相容性等特點(diǎn)，不易對(duì)環(huán)境造成污染，在其他多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域已有較快發(fā)展與應(yīng)用[31]。綜合發(fā)展來看，綠色環(huán)保、成本低廉、易于修飾的天然纖維素及高聚糖分子制備生物質(zhì)凝膠是新材料研發(fā)主要的發(fā)展趨勢(shì)。

5 結(jié) 語

1）目前我國(guó)高校中，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)和西安科技大學(xué)研究礦用凝膠領(lǐng)域處于引導(dǎo)地位，對(duì)該領(lǐng)域發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。另外，各研究機(jī)構(gòu)與煤礦企業(yè)合作密切，能夠很好地實(shí)現(xiàn)理論研究與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)合，提高礦用凝膠的可持續(xù)發(fā)展。

2）在關(guān)鍵詞聚類分析中，對(duì)礦用凝膠研究分為凝膠種類、性能研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用3 個(gè)方面。分別對(duì)其進(jìn)行特征分析，梳理礦用凝膠的發(fā)展脈絡(luò)。

3）由關(guān)鍵詞突顯區(qū)段分析可知：無機(jī)類凝膠開創(chuàng)了礦用凝膠材料的應(yīng)用。隨著綠色生產(chǎn)及研究的深入，凝膠研究發(fā)展為水玻璃復(fù)合粉煤灰類凝膠；目前研究熱點(diǎn)在新型有機(jī)高分子材料的改性應(yīng)用，發(fā)展趨勢(shì)集中于高性能、低成本的生物質(zhì)凝膠研發(fā)，旨在提高防滅火效果、綠色可持續(xù)發(fā)展。