灰色理論在煤與瓦斯突出研究中的應(yīng)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(shù)創(chuàng)新中心，河北 石家莊 050021

0 引 言

當(dāng)前煤礦開采深度不斷增加，地質(zhì)條件變得更為復(fù)雜，煤與瓦斯突出問題更為嚴(yán)重[1]。煤與瓦斯突出是一種較為復(fù)雜的礦井災(zāi)害，當(dāng)發(fā)生突出時，會對工人生命及礦井生產(chǎn)安全帶來嚴(yán)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(yù)測煤與瓦斯突出就顯得十分重要[2]?；疑碚撌侵袊鴮W(xué)者鄧聚龍于1982年創(chuàng)立的一門新興學(xué)科，應(yīng)用已知信息尋找系統(tǒng)的運動規(guī)律，研究對象可以是小樣本、貧信息的不確定系統(tǒng)[3]。目前灰色理論已在多個領(lǐng)域取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益[4]。近些年，國內(nèi)眾多學(xué)者也將灰色理論應(yīng)用到了煤與瓦斯突出研究領(lǐng)域，并取得了一系列成果，為該領(lǐng)域的研究提供了新思路，也對現(xiàn)場技術(shù)的發(fā)展形成了推動作用[5,6]。

文獻計量學(xué)是利用文獻的各種特征參數(shù)，采用數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)方法，描述、評價及預(yù)測科學(xué)技術(shù)的結(jié)構(gòu)、特征和規(guī)律的一門學(xué)科[4]。采用中國知網(wǎng)(CNIK)數(shù)據(jù)庫中應(yīng)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(xué)原理，對論文相關(guān)參數(shù)進行統(tǒng)計，分析該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，為今后的研究和應(yīng)用前景提供一些借鑒。

1 數(shù)據(jù)來源和統(tǒng)計方法

在中國知網(wǎng)(CNIK)期刊論文數(shù)據(jù)庫專業(yè)檢索頁輸入：AB=('灰色理論' + '灰色關(guān)聯(lián)' + '灰色預(yù)測' + '灰色模型' + '灰色系統(tǒng)' ) AND AB=('瓦斯' +'煤')，共檢出522篇相關(guān)論文，根據(jù)篇名、關(guān)鍵詞、摘要和內(nèi)容篩選出與應(yīng)用灰色理論研究煤與瓦斯突出這一主題密切相關(guān)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(xué)為指導(dǎo)，以EXCEL為平臺，進行統(tǒng)計分析。

2 基本統(tǒng)計分析

2.1 文獻年度分布

檢索的267篇文章中，應(yīng)用灰色理論研究煤與瓦斯突出的論文最早出現(xiàn)在1990年，該年份僅發(fā)表2篇關(guān)于應(yīng)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(yīng)用于煤與瓦斯突出研究的論文成果分布，1991年發(fā)表論文最少為0篇，2011年發(fā)表論文最多為28篇，這期間論文發(fā)表量總體呈增加趨勢。由圖1可知，該領(lǐng)域論文的發(fā)表情況大致可以分為3個階段。第一階段為1990～2003年，共發(fā)表論文26篇，年均發(fā)文量1.9篇，此階段發(fā)文量少，表明此時期應(yīng)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(fā)表相關(guān)論文48篇，年均發(fā)文量9.6篇，此階段應(yīng)用灰色理論研究煤與瓦斯突出的成果不斷增加，論文發(fā)表數(shù)量在向平穩(wěn)狀態(tài)過渡；第三階段為2009～2019年(2019年統(tǒng)計不完整)，共發(fā)表相關(guān)論文193篇，年均發(fā)文量17.5篇，論文數(shù)量相對穩(wěn)定，僅小幅波動。3個階段研究論文年均發(fā)表量逐漸增多，其中第三階段最多，表明應(yīng)用灰色理論研究煤與瓦斯突出問題是當(dāng)前一個熱點，得到了相關(guān)研究者的關(guān)注與重視。

圖1 1990—2019年論文數(shù)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(fā)表應(yīng)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(lǐng)域研究成果主要集中的期刊[7]。對統(tǒng)計文獻的載文期刊進行統(tǒng)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(shù)的一半，見圖2(b)。表明該領(lǐng)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(fā)表應(yīng)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(lǐng)域研究成果接受率相對較高。經(jīng)統(tǒng)計，上述期刊發(fā)表了該領(lǐng)域近一半(48.7%)的研究成果，其中《煤炭技術(shù)》發(fā)表論文數(shù)量最多，為34篇，表明該領(lǐng)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(gòu)分布

統(tǒng)計論文發(fā)表機構(gòu)的分布，能夠揭示國內(nèi)使用灰色理論研究煤與瓦斯突出的主要研究機構(gòu)，有助于從側(cè)面掌握該領(lǐng)域主要研究力量的分布[8]。將灰色理論應(yīng)用于煤與瓦斯突研究的11家主要研究機構(gòu)依次為：河南理工大學(xué)(34篇)、遼寧工程技術(shù)大學(xué)(32篇)、中國礦業(yè)大學(xué)(31篇)、安徽理工大學(xué)(16篇)、貴州大學(xué)(16篇)、西安科技大學(xué)(15篇)、湖南科技大學(xué)(10篇)、山東科技大學(xué)(8篇)、中國礦業(yè)大學(xué)(北京)(8篇)、黑龍江科技大學(xué)(8篇)、太原理工大學(xué)(8篇)，共發(fā)表論文176篇，占比為65.9%。上述機構(gòu)均是傳統(tǒng)礦業(yè)類院校。河南理工大學(xué)、遼寧工程技術(shù)大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)三所機構(gòu)發(fā)表論文97篇，占論文總數(shù)的36.3%，是應(yīng)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(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。

2.4 研究作者分布

此次統(tǒng)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(fā)表4篇及以上論文的高產(chǎn)作者9人，僅為1.6%。發(fā)表3篇及以上論文的作者屬于該研究領(lǐng)域的核心作者群體[9]，共28人，參與發(fā)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(fā)表，比例為86.2%；23人參與2篇論文的發(fā)表，比例為10.2%；8人參與3篇及以上論文發(fā)表。發(fā)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(lǐng)域的核心第一作者群體，共發(fā)表論文25篇。其中李國禎作為第一作者發(fā)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(lǐng)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(yīng)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(lǐng)域的研究，研究的連續(xù)性和深入性差，但核心作者間存在較為緊密的合作關(guān)系，其中伍愛友是該領(lǐng)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(xué)研究的關(guān)注度，也可以反映某篇論文在該領(lǐng)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(tǒng)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(xué)報》發(fā)表的“灰色系統(tǒng)理論在礦井瓦斯涌出量預(yù)測中的應(yīng)用”一文，利用灰色系統(tǒng)對礦井瓦斯涌出量進行了預(yù)測，該論文是被引用頻次最高的研究成果。表1為應(yīng)用灰色理論研究煤與瓦斯突出領(lǐng)域被引用次數(shù)最高的10篇論文，被引用總次數(shù)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(lǐng)域的經(jīng)典論文，對應(yīng)用灰色理論研究煤與瓦斯突出的發(fā)展起到了極大的引領(lǐng)和促進作用。

表1 被引頻次最高的應(yīng)用灰色理論研究煤與瓦斯突出的論文

3 合作關(guān)系分析

3.1 作者之間的合作

從統(tǒng)計的論文作者數(shù)量來看，3個作者合作完成論文的數(shù)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(yīng)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(gòu)之間的合作關(guān)系

從統(tǒng)計的論文發(fā)表機構(gòu)數(shù)量來看，1個機構(gòu)作者完成論文的數(shù)目最多，為162篇，占比為59%；2個機構(gòu)作者完成論文86篇，占比為32%；3個機構(gòu)作者合作發(fā)表論文最少，占比僅為9%。說明機構(gòu)間合作研究現(xiàn)象較為普遍，但合作范圍以2個機構(gòu)為主，3個及以上機構(gòu)合作關(guān)系不突出。

將合作機構(gòu)分為高校、企業(yè)、設(shè)計研究院及其它機構(gòu)(比如政府機關(guān)、行業(yè)協(xié)會等)4類進行統(tǒng)計分析。高校參與發(fā)表論文226篇，達到84.7%，是應(yīng)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(lǐng)域開展合作最頻繁的機構(gòu)，與另外3類機構(gòu)之間均存在合作關(guān)系。高校—企業(yè)的合作程度最深，共合作42次；還有高?！O(shè)計研究院、企業(yè)—設(shè)計研究院、高?！渌鼨C構(gòu)間的合作強度也比較大。

統(tǒng)計結(jié)果表明，國內(nèi)與國外機構(gòu)在該領(lǐng)域的合作關(guān)系極少，僅中國礦業(yè)大學(xué)與加拿大滑鐵盧大學(xué)合作發(fā)表論文1篇，表明國內(nèi)在該研究領(lǐng)域的國際合作有待加強。

4 關(guān)鍵詞及內(nèi)容分析

關(guān)鍵詞也稱為主題詞，是反映論文主題思想的術(shù)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(nèi)容及成果[12]。此次統(tǒng)計的267篇期刊論文關(guān)鍵詞438個，篇均關(guān)鍵詞1.64個；關(guān)鍵詞標(biāo)注1 101次，篇均標(biāo)注關(guān)鍵詞4.12個，平均每個關(guān)鍵詞標(biāo)注2.51次。表3所列為論文標(biāo)注的高頻關(guān)鍵詞，其中標(biāo)注頻次最多的3個關(guān)鍵詞分別為瓦斯涌出量、預(yù)測、煤與瓦斯突出。該領(lǐng)域研究中常用的灰色理論方法是灰色關(guān)聯(lián)分析和灰色預(yù)測，主要用于瓦斯涌出量、煤與瓦斯突出的預(yù)測與分析，反映了該領(lǐng)域的研究熱點。此外還有一個關(guān)鍵詞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，表明聯(lián)合應(yīng)用灰色理論與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究煤與瓦斯突出也是該領(lǐng)域重要研究方向。

表3 高頻(>10次)關(guān)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(zhì)量，在學(xué)術(shù)論文評價中的重視程度不斷提升[7]。此次統(tǒng)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(shù)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(lǐng)域的應(yīng)用。

6 結(jié) 論

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

(2)從期刊分布上看，核心期刊發(fā)表該領(lǐng)域成果接近總數(shù)的一半，表明論文整體質(zhì)量較好，但高水平論文數(shù)量較少；發(fā)文量最多的12種期刊集中了該領(lǐng)域近半數(shù)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(fā)文機構(gòu)上看，高校是該領(lǐng)域的主要研究基地，特別是傳統(tǒng)的礦業(yè)類高校更是該研究領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊；發(fā)文量最多的11家機構(gòu)，發(fā)表了65.9%研究成果，表明該領(lǐng)域研究的地域差異較大。

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

(5)從合作關(guān)系來看，該研究領(lǐng)域核心作者群體間存在廣泛的合作關(guān)系，其中作者間以2～3人合作為主，機構(gòu)之間以2個機構(gòu)合作為主，高校與企業(yè)的合作關(guān)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(yè)重視該領(lǐng)域的應(yīng)用與研究。

(7)關(guān)鍵詞分析顯示，灰色關(guān)聯(lián)分析和灰色預(yù)測是研究煤與瓦斯突出最常用的灰色理論方法；聯(lián)合灰色理論與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究煤與瓦斯突出也是熱點方向。

綜上所述，應(yīng)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(yīng)用前景。在未來的發(fā)展中，需要不斷對灰色理論應(yīng)用于煤與瓦斯突出研究領(lǐng)域進行創(chuàng)新和完善。