灰色理论在煤与瓦斯突出研究中的应用分析

李聪然

1.华北有色工程勘察院有限公司，河北 石家庄 050021；2.河北省矿山地下水安全技术创新中心，河北 石家庄 050021

0 引 言

当前煤矿开采深度不断增加，地质条件变得更为复杂，煤与瓦斯突出问题更为严重[1]。煤与瓦斯突出是一种较为复杂的矿井灾害，当发生突出时，会对工人生命及矿井生产安全带来严重的威胁，为了保证煤炭开采的安全性，提高防突措施的可靠性，采用合理有效手段研究和预测煤与瓦斯突出就显得十分重要[2]。灰色理论是中国学者邓聚龙于1982年创立的一门新兴学科，应用已知信息寻找系统的运动规律，研究对象可以是小样本、贫信息的不确定系统[3]。目前灰色理论已在多个领域取得了显著的社会效益和经济效益[4]。近些年，国内众多学者也将灰色理论应用到了煤与瓦斯突出研究领域，并取得了一系列成果，为该领域的研究提供了新思路，也对现场技术的发展形成了推动作用[5,6]。

文献计量学是利用文献的各种特征参数，采用数学与统计学方法，描述、评价及预测科学技术的结构、特征和规律的一门学科[4]。采用中国知网(CNIK)数据库中应用灰色理论研究煤与瓦斯突出的期刊论文作为研究对象，采用文献计量学原理，对论文相关参数进行统计，分析该领域的研究现状，为今后的研究和应用前景提供一些借鉴。

1 数据来源和统计方法

在中国知网(CNIK)期刊论文数据库专业检索页输入：AB=('灰色理论' + '灰色关联' + '灰色预测' + '灰色模型' + '灰色系统' ) AND AB=('瓦斯' +'煤')，共检出522篇相关论文，根据篇名、关键词、摘要和内容筛选出与应用灰色理论研究煤与瓦斯突出这一主题密切相关的期刊论文267篇，检索时间为2019年12月1日。采用文献计量学为指导，以EXCEL为平台，进行统计分析。

2 基本统计分析

2.1 文献年度分布

检索的267篇文章中，应用灰色理论研究煤与瓦斯突出的论文最早出现在1990年，该年份仅发表2篇关于应用灰色理论研究煤与瓦斯突出的论文。图1为1990—2019年灰色理论应用于煤与瓦斯突出研究的论文成果分布，1991年发表论文最少为0篇，2011年发表论文最多为28篇，这期间论文发表量总体呈增加趋势。由图1可知，该领域论文的发表情况大致可以分为3个阶段。第一阶段为1990～2003年，共发表论文26篇，年均发文量1.9篇，此阶段发文量少，表明此时期应用灰色理论研究煤与瓦斯突出的成果较少，研究尚不成熟；第二阶段是2004～2008年，共发表相关论文48篇，年均发文量9.6篇，此阶段应用灰色理论研究煤与瓦斯突出的成果不断增加，论文发表数量在向平稳状态过渡；第三阶段为2009～2019年(2019年统计不完整)，共发表相关论文193篇，年均发文量17.5篇，论文数量相对稳定，仅小幅波动。3个阶段研究论文年均发表量逐渐增多，其中第三阶段最多，表明应用灰色理论研究煤与瓦斯突出问题是当前一个热点，得到了相关研究者的关注与重视。

图1 1990—2019年论文数量年度分析Fig.1 Papers publishment proportional distribution in 1990-2019

2.2 期刊分布

通过分析发表应用灰色理论研究煤与瓦斯突出论文最多的期刊，能够了解该领域研究成果主要集中的期刊[7]。对统计文献的载文期刊进行统计，267篇期刊论文分布于79种期刊，其中核心期刊27种，EI期刊4种，总比例为39%，见图2(a)。另外，267篇论文中核心论文116篇，比例为43%；EI论文14篇，比例仅为5%，两者之和接近论文总数的一半，见图2(b)。表明该领域的研究成果整体水平相对较好，但高水平论文占比较小。

1990—2019年发表应用灰色理论研究煤与瓦斯突出论文最多的有12种期刊，其中核心期刊7种，EI期刊1种，普通期刊4种，表明这些期刊对该领域研究成果接受率相对较高。经统计，上述期刊发表了该领域近一半(48.7%)的研究成果，其中《煤炭技术》发表论文数量最多，为34篇，表明该领域研究论文的期刊分布不均衡，具有集中性。

图2 期刊来源及论文来源分布Fig.2 Distribution of the major core journals

2.3 研究机构分布

统计论文发表机构的分布，能够揭示国内使用灰色理论研究煤与瓦斯突出的主要研究机构，有助于从侧面掌握该领域主要研究力量的分布[8]。将灰色理论应用于煤与瓦斯突研究的11家主要研究机构依次为：河南理工大学(34篇)、辽宁工程技术大学(32篇)、中国矿业大学(31篇)、安徽理工大学(16篇)、贵州大学(16篇)、西安科技大学(15篇)、湖南科技大学(10篇)、山东科技大学(8篇)、中国矿业大学(北京)(8篇)、黑龙江科技大学(8篇)、太原理工大学(8篇)，共发表论文176篇，占比为65.9%。上述机构均是传统矿业类院校。河南理工大学、辽宁工程技术大学、中国矿业大学三所机构发表论文97篇，占论文总数的36.3%，是应用灰色理论研究煤与瓦斯突出问题最主要的基地，为该研究领域的领头羊。

2.4 研究作者分布

此次统计267篇文献的作者共570人，其中466人仅参与1篇论文的写作，比例高达81.8%；76人参与2篇论文的写作，为13.3%；19人参与3篇论文的写作，为3.3%；发表4篇及以上论文的高产作者9人，仅为1.6%。发表3篇及以上论文的作者属于该研究领域的核心作者群体[9]，共28人，参与发表论文106篇。

570位作者中第一作者225人，其中194人仅参与1篇论文的发表，比例为86.2%；23人参与2篇论文的发表，比例为10.2%；8人参与3篇及以上论文发表。发表2篇及以上论文的第一作者31人，比例为13.8%，是该研究领域的核心第一作者群体，共发表论文25篇。其中李国祯作为第一作者发表论文最多，但仅4篇。

从论文被引用方面看，伍爱友论文平均被引用频次最多，为该研究领域论文影响力最大的作者，其它论文影响力较大的作者还有桂祥友、刘新喜、王生及郁钟铭。

综上所述，应用灰色理论进行煤与瓦斯突出研究的核心作者较少，大部分作者只是偶尔参与了该领域的研究，研究的连续性和深入性差，但核心作者间存在较为紧密的合作关系，其中伍爱友是该领域影响力最大的研究人员。

2.5 高被引论文分析

论文被引用频次可以反映人们对某项科学研究的关注度，也可以反映某篇论文在该领域研究中的重要性及被使用和受重视程度[10]。截止检索日期，此次统计的267篇论文共被引用2 790次，篇均被引用10.4次。伍爱友等[11]于2005年在《煤炭学报》发表的“灰色系统理论在矿井瓦斯涌出量预测中的应用”一文，利用灰色系统对矿井瓦斯涌出量进行了预测，该论文是被引用频次最高的研究成果。表1为应用灰色理论研究煤与瓦斯突出领域被引用次数最高的10篇论文，被引用总次数为784次，篇均78.4次，占总被引频次的28.1%，表明这些论文是该研究领域的经典论文，对应用灰色理论研究煤与瓦斯突出的发展起到了极大的引领和促进作用。

表1 被引频次最高的应用灰色理论研究煤与瓦斯突出的论文

3 合作关系分析

3.1 作者之间的合作

从统计的论文作者数量来看，3个作者合作完成论文的数目最多，为76篇，比例为28%；其次2个作者合作完成论文65篇，比例为24%；4个及以上作者合作完成论文71篇，比例为27%(见图2)。说明应用灰色理论研究煤与瓦斯突出问题需要多人合作完成，且以2～4人合作研究为主。

表2 作者合作情况

3.2 机构之间的合作关系

从统计的论文发表机构数量来看，1个机构作者完成论文的数目最多，为162篇，占比为59%；2个机构作者完成论文86篇，占比为32%；3个机构作者合作发表论文最少，占比仅为9%。说明机构间合作研究现象较为普遍，但合作范围以2个机构为主，3个及以上机构合作关系不突出。

将合作机构分为高校、企业、设计研究院及其它机构(比如政府机关、行业协会等)4类进行统计分析。高校参与发表论文226篇，达到84.7%，是应用灰色理论研究煤与瓦斯突出问题最主要的推动力量。

其中高校是该领域开展合作最频繁的机构，与另外3类机构之间均存在合作关系。高校—企业的合作程度最深，共合作42次；还有高校—设计研究院、企业—设计研究院、高校—其它机构间的合作强度也比较大。

统计结果表明，国内与国外机构在该领域的合作关系极少，仅中国矿业大学与加拿大滑铁卢大学合作发表论文1篇，表明国内在该研究领域的国际合作有待加强。

4 关键词及内容分析

关键词也称为主题词，是反映论文主题思想的术语，是论文的高度浓缩与凝练，可以反映出论文的核心研究内容及成果[12]。此次统计的267篇期刊论文关键词438个，篇均关键词1.64个；关键词标注1 101次，篇均标注关键词4.12个，平均每个关键词标注2.51次。表3所列为论文标注的高频关键词，其中标注频次最多的3个关键词分别为瓦斯涌出量、预测、煤与瓦斯突出。该领域研究中常用的灰色理论方法是灰色关联分析和灰色预测，主要用于瓦斯涌出量、煤与瓦斯突出的预测与分析，反映了该领域的研究热点。此外还有一个关键词神经网络，表明联合应用灰色理论与神经网络研究煤与瓦斯突出也是该领域重要研究方向。

表3 高频(>10次)关键词分布

5 基金项目资助情况

论文受基金资助的情况，一定程度上可以反映论文的质量，在学术论文评价中的重视程度不断提升[7]。此次统计的267篇论文中119篇论文得到了不同等级基金的资助，资助率为44.6%；基金共计258项(不排重)，篇均0.97项。其中国家级资助基金数目最多为92项，比例35.7%；其次为省部级基金(68项)和厅局级基金(65项)，比例分别为26.4%、25.2%。表明国家和社会重视灰色理论在煤与瓦斯突出研究领域的应用。

6 结 论

(1)从时间上看，灰色理论在煤与瓦斯突出研究中的应用可以分为3个阶段，当前论文发表量较为稳定，应用灰色理论研究煤与瓦斯突出的应用已相对成熟。

(2)从期刊分布上看，核心期刊发表该领域成果接近总数的一半，表明论文整体质量较好，但高水平论文数量较少；发文量最多的12种期刊集中了该领域近半数的研究成果，表明载文期刊集中性较强，分布极不均衡。

(3)从发文机构上看，高校是该领域的主要研究基地，特别是传统的矿业类高校更是该研究领域的领头羊；发文量最多的11家机构，发表了65.9%研究成果，表明该领域研究的地域差异较大。

(4)从论文作者上看，该领域作者最多发文9篇，发文量相对较少，且大部分人仅参与了1次论文的发表，研究的连续性和深入性较差。

(5)从合作关系来看，该研究领域核心作者群体间存在广泛的合作关系，其中作者间以2～3人合作为主，机构之间以2个机构合作为主，高校与企业的合作关系最强。

(6)从基金项目上来看，灰色理论已成为研究煤与瓦斯突出问题的一种重要手段，社会和企业重视该领域的应用与研究。

(7)关键词分析显示，灰色关联分析和灰色预测是研究煤与瓦斯突出最常用的灰色理论方法；联合灰色理论与神经网络研究煤与瓦斯突出也是热点方向。

综上所述，应用灰色理论研究煤与瓦斯突出问题涉及多个方面，充分说明了该方法的可行性和有效性，具有较大的应用前景。在未来的发展中，需要不断对灰色理论应用于煤与瓦斯突出研究领域进行创新和完善。