灰色理論在煤與瓦斯突出研究中的應用分析

李聰然

1.華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021；2.河北省礦山地下水安全技術創新中心，河北 石家莊 050021

0 引 言

當前煤礦開采深度不斷增加，地質條件變得更為復雜，煤與瓦斯突出問題更為嚴重[1]。煤與瓦斯突出是一種較為復雜的礦井災害，當發生突出時，會對工人生命及礦井生產安全帶來嚴重的威脅，為了保證煤炭開采的安全性，提高防突措施的可靠性，采用合理有效手段研究和預測煤與瓦斯突出就顯得十分重要[2]。灰色理論是中國學者鄧聚龍于1982年創立的一門新興學科，應用已知信息尋找系統的運動規律，研究對象可以是小樣本、貧信息的不確定系統[3]。目前灰色理論已在多個領域取得了顯著的社會效益和經濟效益[4]。近些年，國內眾多學者也將灰色理論應用到了煤與瓦斯突出研究領域，并取得了一系列成果，為該領域的研究提供了新思路，也對現場技術的發展形成了推動作用[5,6]。

文獻計量學是利用文獻的各種特征參數，采用數學與統計學方法，描述、評價及預測科學技術的結構、特征和規律的一門學科[4]。采用中國知網(CNIK)數據庫中應用灰色理論研究煤與瓦斯突出的期刊論文作為研究對象，采用文獻計量學原理，對論文相關參數進行統計，分析該領域的研究現狀，為今后的研究和應用前景提供一些借鑒。

1 數據來源和統計方法

在中國知網(CNIK)期刊論文數據庫專業檢索頁輸入：AB=('灰色理論' + '灰色關聯' + '灰色預測' + '灰色模型' + '灰色系統' ) AND AB=('瓦斯' +'煤')，共檢出522篇相關論文，根據篇名、關鍵詞、摘要和內容篩選出與應用灰色理論研究煤與瓦斯突出這一主題密切相關的期刊論文267篇，檢索時間為2019年12月1日。采用文獻計量學為指導，以EXCEL為平臺，進行統計分析。

2 基本統計分析

2.1 文獻年度分布

檢索的267篇文章中，應用灰色理論研究煤與瓦斯突出的論文最早出現在1990年，該年份僅發表2篇關于應用灰色理論研究煤與瓦斯突出的論文。圖1為1990—2019年灰色理論應用于煤與瓦斯突出研究的論文成果分布，1991年發表論文最少為0篇，2011年發表論文最多為28篇，這期間論文發表量總體呈增加趨勢。由圖1可知，該領域論文的發表情況大致可以分為3個階段。第一階段為1990～2003年，共發表論文26篇，年均發文量1.9篇，此階段發文量少，表明此時期應用灰色理論研究煤與瓦斯突出的成果較少，研究尚不成熟；第二階段是2004～2008年，共發表相關論文48篇，年均發文量9.6篇，此階段應用灰色理論研究煤與瓦斯突出的成果不斷增加，論文發表數量在向平穩狀態過渡；第三階段為2009～2019年(2019年統計不完整)，共發表相關論文193篇，年均發文量17.5篇，論文數量相對穩定，僅小幅波動。3個階段研究論文年均發表量逐漸增多，其中第三階段最多，表明應用灰色理論研究煤與瓦斯突出問題是當前一個熱點，得到了相關研究者的關注與重視。

圖1 1990—2019年論文數量年度分析Fig.1 Papers publishment proportional distribution in 1990-2019

2.2 期刊分布

通過分析發表應用灰色理論研究煤與瓦斯突出論文最多的期刊，能夠了解該領域研究成果主要集中的期刊[7]。對統計文獻的載文期刊進行統計，267篇期刊論文分布于79種期刊，其中核心期刊27種，EI期刊4種，總比例為39%，見圖2(a)。另外，267篇論文中核心論文116篇，比例為43%；EI論文14篇，比例僅為5%，兩者之和接近論文總數的一半，見圖2(b)。表明該領域的研究成果整體水平相對較好，但高水平論文占比較小。

1990—2019年發表應用灰色理論研究煤與瓦斯突出論文最多的有12種期刊，其中核心期刊7種，EI期刊1種，普通期刊4種，表明這些期刊對該領域研究成果接受率相對較高。經統計，上述期刊發表了該領域近一半(48.7%)的研究成果，其中《煤炭技術》發表論文數量最多，為34篇，表明該領域研究論文的期刊分布不均衡，具有集中性。

圖2 期刊來源及論文來源分布Fig.2 Distribution of the major core journals

2.3 研究機構分布

統計論文發表機構的分布，能夠揭示國內使用灰色理論研究煤與瓦斯突出的主要研究機構，有助于從側面掌握該領域主要研究力量的分布[8]。將灰色理論應用于煤與瓦斯突研究的11家主要研究機構依次為：河南理工大學(34篇)、遼寧工程技術大學(32篇)、中國礦業大學(31篇)、安徽理工大學(16篇)、貴州大學(16篇)、西安科技大學(15篇)、湖南科技大學(10篇)、山東科技大學(8篇)、中國礦業大學(北京)(8篇)、黑龍江科技大學(8篇)、太原理工大學(8篇)，共發表論文176篇，占比為65.9%。上述機構均是傳統礦業類院校。河南理工大學、遼寧工程技術大學、中國礦業大學三所機構發表論文97篇，占論文總數的36.3%，是應用灰色理論研究煤與瓦斯突出問題最主要的基地，為該研究領域的領頭羊。

2.4 研究作者分布

此次統計267篇文獻的作者共570人，其中466人僅參與1篇論文的寫作，比例高達81.8%；76人參與2篇論文的寫作，為13.3%；19人參與3篇論文的寫作，為3.3%；發表4篇及以上論文的高產作者9人，僅為1.6%。發表3篇及以上論文的作者屬于該研究領域的核心作者群體[9]，共28人，參與發表論文106篇。

570位作者中第一作者225人，其中194人僅參與1篇論文的發表，比例為86.2%；23人參與2篇論文的發表，比例為10.2%；8人參與3篇及以上論文發表。發表2篇及以上論文的第一作者31人，比例為13.8%，是該研究領域的核心第一作者群體，共發表論文25篇。其中李國禎作為第一作者發表論文最多，但僅4篇。

從論文被引用方面看，伍愛友論文平均被引用頻次最多，為該研究領域論文影響力最大的作者，其它論文影響力較大的作者還有桂祥友、劉新喜、王生及郁鐘銘。

綜上所述，應用灰色理論進行煤與瓦斯突出研究的核心作者較少，大部分作者只是偶爾參與了該領域的研究，研究的連續性和深入性差，但核心作者間存在較為緊密的合作關系，其中伍愛友是該領域影響力最大的研究人員。

2.5 高被引論文分析

論文被引用頻次可以反映人們對某項科學研究的關注度，也可以反映某篇論文在該領域研究中的重要性及被使用和受重視程度[10]。截止檢索日期，此次統計的267篇論文共被引用2 790次，篇均被引用10.4次。伍愛友等[11]于2005年在《煤炭學報》發表的“灰色系統理論在礦井瓦斯涌出量預測中的應用”一文，利用灰色系統對礦井瓦斯涌出量進行了預測，該論文是被引用頻次最高的研究成果。表1為應用灰色理論研究煤與瓦斯突出領域被引用次數最高的10篇論文，被引用總次數為784次，篇均78.4次，占總被引頻次的28.1%，表明這些論文是該研究領域的經典論文，對應用灰色理論研究煤與瓦斯突出的發展起到了極大的引領和促進作用。

表1 被引頻次最高的應用灰色理論研究煤與瓦斯突出的論文

3 合作關系分析

3.1 作者之間的合作

從統計的論文作者數量來看，3個作者合作完成論文的數目最多，為76篇，比例為28%；其次2個作者合作完成論文65篇，比例為24%；4個及以上作者合作完成論文71篇，比例為27%(見圖2)。說明應用灰色理論研究煤與瓦斯突出問題需要多人合作完成，且以2～4人合作研究為主。

表2 作者合作情況

3.2 機構之間的合作關系

從統計的論文發表機構數量來看，1個機構作者完成論文的數目最多，為162篇，占比為59%；2個機構作者完成論文86篇，占比為32%；3個機構作者合作發表論文最少，占比僅為9%。說明機構間合作研究現象較為普遍，但合作范圍以2個機構為主，3個及以上機構合作關系不突出。

將合作機構分為高校、企業、設計研究院及其它機構(比如政府機關、行業協會等)4類進行統計分析。高校參與發表論文226篇，達到84.7%，是應用灰色理論研究煤與瓦斯突出問題最主要的推動力量。

其中高校是該領域開展合作最頻繁的機構，與另外3類機構之間均存在合作關系。高校—企業的合作程度最深，共合作42次；還有高校—設計研究院、企業—設計研究院、高校—其它機構間的合作強度也比較大。

統計結果表明，國內與國外機構在該領域的合作關系極少，僅中國礦業大學與加拿大滑鐵盧大學合作發表論文1篇，表明國內在該研究領域的國際合作有待加強。

4 關鍵詞及內容分析

關鍵詞也稱為主題詞，是反映論文主題思想的術語，是論文的高度濃縮與凝練，可以反映出論文的核心研究內容及成果[12]。此次統計的267篇期刊論文關鍵詞438個，篇均關鍵詞1.64個；關鍵詞標注1 101次，篇均標注關鍵詞4.12個，平均每個關鍵詞標注2.51次。表3所列為論文標注的高頻關鍵詞，其中標注頻次最多的3個關鍵詞分別為瓦斯涌出量、預測、煤與瓦斯突出。該領域研究中常用的灰色理論方法是灰色關聯分析和灰色預測，主要用于瓦斯涌出量、煤與瓦斯突出的預測與分析，反映了該領域的研究熱點。此外還有一個關鍵詞神經網絡，表明聯合應用灰色理論與神經網絡研究煤與瓦斯突出也是該領域重要研究方向。

表3 高頻(>10次)關鍵詞分布

5 基金項目資助情況

論文受基金資助的情況，一定程度上可以反映論文的質量，在學術論文評價中的重視程度不斷提升[7]。此次統計的267篇論文中119篇論文得到了不同等級基金的資助，資助率為44.6%；基金共計258項(不排重)，篇均0.97項。其中國家級資助基金數目最多為92項，比例35.7%；其次為省部級基金(68項)和廳局級基金(65項)，比例分別為26.4%、25.2%。表明國家和社會重視灰色理論在煤與瓦斯突出研究領域的應用。

6 結 論

(1)從時間上看，灰色理論在煤與瓦斯突出研究中的應用可以分為3個階段，當前論文發表量較為穩定，應用灰色理論研究煤與瓦斯突出的應用已相對成熟。

(2)從期刊分布上看，核心期刊發表該領域成果接近總數的一半，表明論文整體質量較好，但高水平論文數量較少；發文量最多的12種期刊集中了該領域近半數的研究成果，表明載文期刊集中性較強，分布極不均衡。

(3)從發文機構上看，高校是該領域的主要研究基地，特別是傳統的礦業類高校更是該研究領域的領頭羊；發文量最多的11家機構，發表了65.9%研究成果，表明該領域研究的地域差異較大。

(4)從論文作者上看，該領域作者最多發文9篇，發文量相對較少，且大部分人僅參與了1次論文的發表，研究的連續性和深入性較差。

(5)從合作關系來看，該研究領域核心作者群體間存在廣泛的合作關系，其中作者間以2～3人合作為主，機構之間以2個機構合作為主，高校與企業的合作關系最強。

(6)從基金項目上來看，灰色理論已成為研究煤與瓦斯突出問題的一種重要手段，社會和企業重視該領域的應用與研究。

(7)關鍵詞分析顯示，灰色關聯分析和灰色預測是研究煤與瓦斯突出最常用的灰色理論方法；聯合灰色理論與神經網絡研究煤與瓦斯突出也是熱點方向。

綜上所述，應用灰色理論研究煤與瓦斯突出問題涉及多個方面，充分說明了該方法的可行性和有效性，具有較大的應用前景。在未來的發展中，需要不斷對灰色理論應用于煤與瓦斯突出研究領域進行創新和完善。