采礦工程安全研究可視化探析

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摘要：為了解國內(nèi)采礦工程安全研究的整體概況并促進該領(lǐng)域的進一步發(fā)展，以2007—2020年間收錄于CNKI的503篇以采礦工程安全為主題的核心文獻為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以文獻計量學和統(tǒng)計學方法為基礎(chǔ)，對論文產(chǎn)出、作者特征和機構(gòu)進行了分析，并指出了該領(lǐng)域的研究熱點和趨勢。

關(guān)鍵詞：采礦工程；安全；知識圖譜；可視化分析；關(guān)鍵詞；研究熱點

當今是經(jīng)濟飛速發(fā)展的時代，由于城市規(guī)劃、人類生產(chǎn)生活等的需求，采礦工程在各國的發(fā)展尤為迅速，采礦業(yè)年產(chǎn)量、年產(chǎn)值呈現(xiàn)逐年增長趨勢[1]。由此可知，采礦工程的發(fā)展對于國家發(fā)展而言極其重要，但由于采礦工程屬于高危行業(yè)，采礦安全事故在全球各地區(qū)仍持續(xù)發(fā)生，特別是重大事故時有發(fā)生，安全成為該行業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)[2]。因此，為了減少和避免安全事故的發(fā)生，國家在給予采礦工程安全方面極大重視的同時，還提供了大量的資助，因而采礦工程安全形勢一片好轉(zhuǎn)。為了使采礦工程有更好的發(fā)展前景，國內(nèi)外許多學者逐漸對采礦工程安全領(lǐng)域展開科學研究，并提出了一系列可行、有效的與安全相關(guān)的方法和建議，并以文獻的方式進行發(fā)表，達到業(yè)界成果共享的目的，從而促進該領(lǐng)域的發(fā)展。這些研究文獻中包含的理論、信息能較為有效地從側(cè)面折射出采礦工程安全方面的狀態(tài)。但到目前為止，國內(nèi)還少有學者對采礦工程安全研究領(lǐng)域進行系統(tǒng)而全面的分析，尤其缺乏對采礦工程安全領(lǐng)域熱點和趨勢分析方面的研究。自2012年5月以來，Google首次將知識圖譜應(yīng)用到其搜索引擎。隨后，國內(nèi)各行業(yè)先后興起運用科學知識圖譜方法來分析本行業(yè)學科研究前沿和知識發(fā)展動態(tài)的浪潮，并且先后取得了一定成果。在知識圖譜構(gòu)建過程中需首要解決的是知識的建模及知識的表示方法。劉嶠等[3]對當前知識圖譜構(gòu)建技術(shù)面臨的重大挑戰(zhàn)和關(guān)鍵問題進行了總結(jié)，李秀玲等[4]提出了一種基于工藝知識圖譜的異構(gòu)CAM（計算機輔助制造）模型的結(jié)構(gòu)化建模方法，孫小兵等[5]提出一種基于知識圖譜對bug問題進行探索性搜索的方法，王琪[6]利用知識圖譜將國內(nèi)外大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的研究情況進行可視化分析，對比國際和國內(nèi)大數(shù)據(jù)研究熱點與趨勢上的異同?；谝陨峡偨Y(jié)分析，本文將采用文獻計量學的統(tǒng)計分析方法，借助知識圖譜分析工具，分析中國2007—2020年間收錄在CNKI（中國知網(wǎng)）上有關(guān)“采礦工程安全”主題的核心文獻。通過對研究領(lǐng)域的時間、作者、機構(gòu)、關(guān)鍵詞等方面進行分析，可視化地展現(xiàn)這15a采礦工程安全研究領(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、研究熱點和發(fā)展方向，以期為中國采礦工程安全領(lǐng)域的發(fā)展提供更直觀、清晰、可見的發(fā)展局勢圖，為相關(guān)學者后續(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

研究選用CNKI為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，以“采礦工程安全”為主題，對2007—2020年間的數(shù)據(jù)庫文獻進行了檢索。選取期刊來源均為SCI（美國《科學引文索引》）、EI（美國工程索引）和核心，將數(shù)據(jù)整理后共得到實用文獻503篇。該次文獻獲取方式均為人工剔除不符合條件的新聞、會議記錄、學術(shù)報告等形式后得到文獻數(shù)據(jù)，從而使獲得的數(shù)據(jù)更具有代表性、實用性和權(quán)威性。

1.2研究方法

主要借助知識圖譜分析工具———CiteSpaceV對采礦工程安全領(lǐng)域的核心文獻進行可視化分析。該軟件適用于分析多元、分時、動態(tài)的復雜網(wǎng)絡(luò)，是新一代的信息可視化技術(shù)[6]，也是當今大數(shù)據(jù)時代高效、有效分析信息最具特色和影響力的軟件之一。常用于分析某研究領(lǐng)域的科學知識結(jié)構(gòu)和研究熱點等信息。因此，可通過分析文獻關(guān)鍵詞直觀反映關(guān)鍵詞之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，從而達到研究采礦工程安全領(lǐng)域發(fā)展趨勢的目的。

2國內(nèi)采礦工程安全研究的可視化分析

2.1論文產(chǎn)出分析

論文產(chǎn)出是衡量一個學科或研究領(lǐng)域發(fā)展狀況的重要指標之一，也是該領(lǐng)域知識積累量和成熟程度的標志[7]。圖1是2007—2020年采礦工程安全領(lǐng)域研究論文的整體產(chǎn)出圖。根據(jù)圖1中曲線趨勢，可將煤礦安全生產(chǎn)研究劃分為3個階段：初步萌芽階段（2007—2011年）、初步發(fā)展階段（2011—2013年）、快速發(fā)展階段（2013—2020年）。初步萌芽階段每年論文數(shù)量為個位數(shù)，該階段論文年產(chǎn)出總數(shù)為19篇。初步發(fā)展階段，采礦工程安全領(lǐng)域的研究熱度開始擺脫低迷的困境，持續(xù)升溫，發(fā)文數(shù)量明顯上升，采礦工程安全逐漸成為安全領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)鍵問題之一?？焖侔l(fā)展階段，采礦工程安全領(lǐng)域的關(guān)注度逐年升高，發(fā)文量不斷增加，采礦工程安全領(lǐng)域的問題受到各高校和研究機構(gòu)的廣泛關(guān)注。

2.2作者特征分析

通過對文獻作者的分析，可清楚了解所研究領(lǐng)域的開創(chuàng)者，再研究這些作者所寫文獻里提及的最新成果，不難得到具有代表性的數(shù)據(jù)[8]。同時，這些作者發(fā)表文獻的數(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，因此統(tǒng)計高產(chǎn)作者對于研究這一領(lǐng)域的焦點和發(fā)展前景有著非同尋常的意義[9]。根據(jù)普萊斯定律，通過計算可知，在2篇的就可以算是高產(chǎn)作者。據(jù)統(tǒng)計，2007—2019年高產(chǎn)作者有23位，占作者總數(shù)的1.72%，累計46篇，占論文總數(shù)的4.57%，遠低于50%。因此，中國礦山工程安全領(lǐng)域尚未形成核心作者群?，F(xiàn)將2007—2019年發(fā)文量為2篇的高產(chǎn)作者統(tǒng)計如表1所示。分析表1可知，最早開始發(fā)文的作者是吳超，初始發(fā)文年為2007年。高產(chǎn)作者發(fā)文量所占比例都偏低，作者數(shù)量較多，整體上研究該領(lǐng)域的作者發(fā)文量都非常少。因此，中國應(yīng)加強對采礦工程安全領(lǐng)域的重視程度，加大研究力度，引領(lǐng)各高校、研究機構(gòu)對該領(lǐng)域進行研究，形成以政府為指引、各高校和研究機構(gòu)共同研究發(fā)展的新體系。通過分析可知，高產(chǎn)作者文獻中引用頻率最高的是陳文偉2015年發(fā)表的《采礦工程施工工程中不安全技術(shù)因素和對策解析》，在一定程度上反映了礦山工程發(fā)展最主要的障礙是技術(shù)因素，如何將這些對策應(yīng)用于采礦工程安全領(lǐng)域的研究越來越受到相關(guān)學者的關(guān)注。

2.3機構(gòu)分析

機構(gòu)分析可以使礦業(yè)工程安全研究領(lǐng)域主要科研力量的分布及其相互之間的合作關(guān)系清晰可見，明確得出該領(lǐng)域內(nèi)具有較高學術(shù)影響力的科研機構(gòu)，從而方便該行業(yè)的學術(shù)交流[10]。以2007—2020年的論文為基礎(chǔ)，以1a為1個時間點，對整理收集的數(shù)據(jù)進行機構(gòu)分析。對2007—2020年采礦工程安全領(lǐng)域發(fā)文量排名前十的機構(gòu)進行整理得到表2。分析表2可得，該領(lǐng)域已形成了以安徽理工大學、中國礦業(yè)大學、西安科技大學為代表的較為穩(wěn)定的科研機構(gòu)，這些機構(gòu)在一定程度上促進并引領(lǐng)了該領(lǐng)域的研究和發(fā)展。此外，山西、陜西、貴州等省份的建設(shè)監(jiān)理方面工作也不斷為采礦工程安全生產(chǎn)研究注入新元素。這些研究機構(gòu)廣泛分布于華北、華東地區(qū)，說明中國礦山工程安全研究領(lǐng)域受到地理位置的制約，其分布散亂，在研究進展方面，沒有充分的合作和交流，同時也能說明采礦工程安全領(lǐng)域相關(guān)研究成果和進度與當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展程度有一定的聯(lián)系。

3研究熱點及趨勢分析

3.1研究熱點分析

關(guān)鍵詞可直觀展現(xiàn)文獻研究內(nèi)容，是文獻計量研究中最重要的一環(huán)。對采礦工程安全領(lǐng)域的關(guān)鍵詞進行整理分析，可進一步把握該領(lǐng)域的研究熱點和發(fā)展方向。國內(nèi)采礦工程安全領(lǐng)域中出現(xiàn)了15個主要關(guān)鍵詞，這些關(guān)鍵詞所反映的都是采礦工程安全領(lǐng)域的研究熱點。根據(jù)這些關(guān)鍵詞可以將該領(lǐng)域的研究熱點主要分為以下三方面：a)生產(chǎn)安全因素研究。關(guān)鍵詞中的不安全技術(shù)因素、采礦技術(shù)、巷道掘進、問題等都是以生產(chǎn)安全因素為主題進行分析研究，說明在采礦工程中安全技術(shù)是備受關(guān)注的話題。b)安全管理研究。安全管理、施工安全等反映出要提高采礦工程的安全性必定離不開安全管理的配合，要做好安全工作，就必須要高度重視、發(fā)揮管理的作用，提高、完善管理系統(tǒng)可減少或避免不安全事故的發(fā)生。c)生產(chǎn)技術(shù)研究。關(guān)鍵詞中出現(xiàn)的數(shù)字模擬、綠色開采，說明隨著采礦工程的發(fā)展，將數(shù)字模擬技術(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，并且綠色開采的研發(fā)將逐漸成為該領(lǐng)域研究者共同關(guān)注的焦點話題。

3.2研究趨勢分析

為了進一步展現(xiàn)各突變詞的變化趨勢，統(tǒng)計2007—2020年突變詞每年出現(xiàn)的頻次，整理出排名前15位的突變詞，如表3所示。分析表3可知，根據(jù)頻次及突變持續(xù)時間可將這15個突變詞分為以下5種類型：a)突現(xiàn)型。例如數(shù)字模擬、礦產(chǎn)資源，雖然頻次不高，但在最近3年突然出現(xiàn)并保持一定的數(shù)量，對相關(guān)的研究具有一定的引導作用，說明在未來一段時間內(nèi)，結(jié)合數(shù)字模擬對礦產(chǎn)資源進行新型的規(guī)劃和研究將成為一個新的發(fā)展趨勢。b)上升型。例如安全管理，不僅頻次高，而且出現(xiàn)以后總體呈上升趨勢，說明現(xiàn)有的安全管理系統(tǒng)尚不完善，有待提高。c)穩(wěn)定型。例如，采礦技術(shù)、施工安全、巷道掘進在該領(lǐng)域的研究中基本保持著一定的頻率，持續(xù)時間較長，屬于該領(lǐng)域中持續(xù)受到關(guān)注的話題。d)下降型。例如對策，頻次從出現(xiàn)后的一段時間內(nèi)持續(xù)下降或呈現(xiàn)先增長后下降的趨勢，表明這類主題研究的熱度正在逐漸減弱或相對成熟。e)消亡型。例如新模式，在2013年首次被提及，卻在短時間內(nèi)消亡，但并不表明新模式不被學者關(guān)注。由表3可知，綠色開采其實是新模式開發(fā)的最新成果，新模式的研究只是暫時被綠色開采的新理念所覆蓋，并沒有淡出該領(lǐng)域的學術(shù)視野，是專業(yè)術(shù)語與研究方向的術(shù)語轉(zhuǎn)換替代而已。綜上所述，未來利用數(shù)字模擬、綠色開采等科學技術(shù)發(fā)展，完善采礦工程安全領(lǐng)域并結(jié)合開發(fā)新模式的思想潮流將成為新時代的研究趨勢。同時，采礦技術(shù)、安全管理、巷道掘進等將成為該領(lǐng)域持續(xù)關(guān)注的重點。結(jié)合時展需要，在綠色開采等新概念提出后，如何更好地將新工藝、新模式有效運用到采礦工程安全實踐中，將成為更多學者共同研究探討的新課題。

4結(jié)語

將CNKI收錄的部分核心期刊作為主要研究內(nèi)容，不包括專著、碩博士論文、科學研究和其他學術(shù)成果。通過可視化分析得出的結(jié)果具有一定的局限性，但任何文獻都是基于前人研究的結(jié)果發(fā)展而來。對2007—2020年間收錄在CNKI的503篇核心期刊文獻數(shù)據(jù)從年代、作者、機構(gòu)、關(guān)鍵詞和研究熱點與趨勢方面進行可視化分析，得出的新結(jié)論可為今后相關(guān)研究提供一定的參考價值，也可為國內(nèi)更深層次的研究做向?qū)А８鶕?jù)可視化結(jié)果，得到以下幾點結(jié)論：a)通過論文產(chǎn)出和作者分析可知，中國采礦工程安全領(lǐng)域的研究于2007年開始初步發(fā)展，雖然在這之前已有學者開始研究，但發(fā)表數(shù)量少，并未形成理論體系。經(jīng)過近15年的發(fā)展，中國采礦工程安全研究先后經(jīng)歷初步萌芽、初步發(fā)展、快速發(fā)展3個階段，研究范圍不斷擴大，研究成果日益突現(xiàn)。中國漸漸有部分核心作者已成為國內(nèi)采礦工程安全研究領(lǐng)域的核心力量，但多數(shù)作者發(fā)文量較少，尚未形成嚴格意義上的核心作者群，不利于該領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展。b)通過分析突變詞的時間和頻次變化，歸納出五類突變類型，即突現(xiàn)型、上升型、穩(wěn)定型、下降型和消亡型。并且可將國內(nèi)采礦工程安全領(lǐng)域研究熱點劃分為三方面：生產(chǎn)安全因素研究、安全管理研究、生產(chǎn)技術(shù)研究。就研究趨勢而言，結(jié)合數(shù)字模擬技術(shù)和綠色開采的新理念來研究采礦工程安全將會成為該領(lǐng)域新的研究趨勢。巷道掘進、支護技術(shù)等方面的問題仍未真正得到有效解決，這種現(xiàn)狀仍阻礙著采礦工程安全性的提高，未來的科研中仍充滿著挑戰(zhàn)。c)通過此次分析發(fā)現(xiàn)，有關(guān)采礦工程安全領(lǐng)域的研究明顯較少，大多數(shù)研究起步晚，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，采礦工程安全領(lǐng)域的研究力量主要集中在高校，研究地區(qū)分散，缺乏合作交流，可能導致研究結(jié)果帶有地域性，不利于推動該行業(yè)的發(fā)展與創(chuàng)新。

作者:高斌 袁紹國 王東旺 單位:內(nèi)蒙古科技大學礦業(yè)研究院