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基于Citespace的煤与瓦斯共采研究知识图谱分析

徐超, 杨通, 王凯, 吴世敏, 付强, 周爱桃

徐 超,杨 通,王 凯,等. 基于Citespace的煤与瓦斯共采研究知识图谱分析[J]. 煤炭科学技术,2023,51(S1):86−95. DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2022-0971
引用本文: 徐 超,杨 通,王 凯,等. 基于Citespace的煤与瓦斯共采研究知识图谱分析[J]. 煤炭科学技术,2023,51(S1):86−95. DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2022-0971
XU Chao,YANG Tong,WANG Kai,et al. Knowledge map analysis of coal and gas co-mining based on Citespace[J]. Coal Science and Technology,2023,51(S1):86−95. DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2022-0971
Citation: XU Chao,YANG Tong,WANG Kai,et al. Knowledge map analysis of coal and gas co-mining based on Citespace[J]. Coal Science and Technology,2023,51(S1):86−95. DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2022-0971

基于Citespace的煤与瓦斯共采研究知识图谱分析

基金项目: 

国家自然科学基金资助项目(51974321,52130409);国家自然科学基金创新研究群体资助项目(52121003)

详细信息
    作者简介:

    徐超: (1988—),男,山东泰安人,副教授,博士生导师。E-mail:xuchao@cumtb.edu.cn

    通讯作者:

    杨通: (1995—),男,山西运城人,博士研究生。E-mail:yangtong3911@126.com

  • 中图分类号: TD712

Knowledge map analysis of coal and gas co-mining based on Citespace

Funds: 

National Natural Science Foundation of China (51974321,52130409); National Natural Science Foundation of China Innovation Research Group Project (52121003)

  • 摘要:

    为进一步了解我国煤与瓦斯共采领域的整体研究进展,以中国知网(CNKI)数据库作为样本来源,借助Citespace软件绘制出发文量、研究机构以及关键词聚类等知识图谱,对我国煤与瓦斯共采研究状况进行可视化分析。研究表明:在时间分布上,经历了缓慢萌芽期−快速成长期−平稳成熟期3个发展阶段,尤其是在2000—2014年之间开启了该领域快速发展的黄金时代,核心期刊和全部期刊的发文量均得到快速增长,反映出该阶段处于我国煤与瓦斯共采研究的高潮期;在合作网络方面,主要研究机构包括中国煤炭科工集团、中国矿业大学、河南理工大学等机构,均是国内从事煤炭领域研究的重要科研机构;结合关键词聚类和相关文献进行梳理分析,发现我国煤与瓦斯共采研究主要包括数值模拟、瓦斯、采空区和水力压裂等高频关键词,通过提取突现强度较高的前20位关键词,并按照突现年份重新排序,得到突现词随时间推进的演化情况;形成了以煤层增透、水力冲孔、以孔代巷以及碎软煤层等为主要突现关键词成为近年来研究人员高度关注的对象,表征了其是当前的研究热点,并有成为未来发展和关注的研究趋势。在此基础上,利用可视化知识图谱,挖掘研究领域的前沿热点和发展趋势,以期为我国煤与瓦斯共采研究提供科学参考。

    Abstract:

    In order to further understand the overall research progress in the field of coal and gas co-mining in China, taking CNKI database as the sample source, with the help of Citespace software, the knowledge maps such as the articles published, research institutions and keyword clustering are drawn to visually analyze the research status of coal and gas co-mining in China. The results show that the time distribution has experienced three stages: slow germination period, rapid growth period, and stable maturity period, especially the golden age of rapid development in this field between 2000 and 2014. The number of publications in core journals and all journals has been growing rapidly, which reflects that this stage is at the climax of coal and gas co-mining research in China. In terms of cooperation network, the main research institutions include China Coal Science and Engineering Group, China University of Mining and Technology, Henan Polytechnic University and other institutions, which are important research institutions in the field of coal in China. Combined with keyword clustering and related literature analysis, the research on coal and gas co-mining in China mainly includes high-frequency keywords such as numerical simulation, gas, goaf and hydraulic fracturing. By extracting the top 20 keywords with high burst intensity and reordering them according to the burst years, the evolution of burst words with time is obtained. The keywords such as coal seam permeability enhancement, hydraulic punching, replacing roadways with holes and breaking soft coal seams have become highly concerning to researchers in recent years. It is characterized as the current research hotspot and has become the future development and research trend. On this basis, the frontier hotspots and development trends in the research field are excavated by using the visual knowledge maps, so as to provide scientific reference for the research on coal and gas co-mining in China.

  • 随着我国经济的快速发展,对资源的需求量也日益增加,煤炭作为我国基础能源,在能源结构中扮演重要的角色。尽管国家大力推动新能源的发展,以减少一次性能源(尤其是煤炭)的开发利用。但是,从国家统计局发布的数据来看,煤炭仍然占我国一次能源结构的60%左右,并在未来一段时间仍将保持较大的比重[1-3]

    在“碳达峰、碳中和”的背景下,煤矿既是重要的能源供应来源,亦是温室气体排放的主要源头。其中煤层瓦斯产生的温室效应是二氧化碳的数10倍,若直接将其排放至大气中,将面临严峻的环境压力,同时煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等瓦斯事故严重威胁着矿井的安全生产[4-6]。而煤层瓦斯也是一种重要的非常规天然气,可作为我国能源结构中重要的能源补充。因此,通过有效地瓦斯抽采,实现煤与瓦斯共采是当前提高煤炭清洁高效利用、缓解环境温室效应、提升瓦斯治理水平的重要举措。

    周世宁等[7-8]创建的煤层瓦斯赋存与流动理论,从本质上阐明了煤层瓦斯来源及赋存条件。钱鸣高等[9-10]提出了覆岩采动裂隙分布的“O”形圈理论,为探究采空区上覆岩层裂隙奠定了基础。袁亮等[11-14]开创性提出了卸压开采抽采瓦斯、无煤柱煤与瓦斯共采技术原理,成功地解决了低透气性高瓦斯煤层安全开采技术难题,并在淮南矿区首次实现了煤与瓦斯共采重大突破。多年来,我国煤与瓦斯共采技术经过在理论上的发展和工程上运用,逐渐形成了基于松软低透煤层群卸压瓦斯抽采的淮南模式[15-18]、基于三区联动井上下立体抽采的晋城模式[19-21]以及基于三区配套三超前增透抽采的松藻模式[22-24],发展成熟的开采技术手段为解决我国煤炭开采困境和挑战提供了强有力的支撑与动力。

    文献计量学是采用数学和计算机统计方法,以发文量、作者、研究机构、被引文献、关键词时序演变以及突现特征为对象,分析学科发展过程、研究热点演变、机构和作者分布等,进而提出学科的发展方向[25-31]。借助文献计量分析软件实现数据挖掘的可视化,可更加生动、直观地将主题的发展历程及演化规律以知识图谱的方式进行展示,进而为研究人员提供一个全新、宏观的观察视角。近年来,随着文献计量学方法的广泛使用,现已在医、农、工、理等多个学科领域被大量应用。张村等[32]利用CiteSpace软件探讨了2010—2020年国际煤层气开采的发展趋势;郭柱等[33]对低阶煤热溶萃取提质研究进展展开了分析,总结与预测了研究方向和热点趋势;YANG等[34]为分析全球范围内煤自燃的研究现状,基于CiteSpace软件评价了不同国家、机构、作者以及关键词之间的关系;JIANG等[35]采用文献计量学的方法展望了我国碳捕集、利用与封存(CCUS)技术的总体发展状况与研究热点。

    当前对于我国煤与瓦斯共采的研究主要还是从微观、离散的抽采技术和装备设施等方面展开的,而利用文献计量学的方法从宏观视角对其发展演化规律的阐述仍较少。笔者借助CiteSpace知识图谱软件,利用中国知网(CNKI)数据库对我国煤与瓦斯共采的相关文献进行可视化分析,绘制发文量、研究机构以及关键词分析等知识图谱,通过文献调研、文献计量和知识图谱等手段进行梳理和总结,从一个全新的观察视角切入,挖掘其前沿热点和发展趋势,以期为我国煤与瓦斯共采研究提供科学参考。

    基于我国煤与瓦斯共采的研究视角,选取CNKI数据库作为文献研究数据。为提高筛选效率和精确性,选取核心期刊的相关文献进行检索。首先,在高级检索中选择主题=“煤与瓦斯共采”OR“瓦斯抽采”OR“瓦斯治理”进行检索,文献类型选择“学术期刊”论文,并将检索数据导入CiteSpace软件中,进行格式转换和去重处理,得到有效文献4 133篇。

    CiteSpace是一款由美国德雷塞尔大学信息科学与技术学院陈超美教授研发的引文可视化分析软件,基于科学计量学、数据可视化背景下,通过作者合作、关键词共现、组织分布和文献整合等可视化功能,呈现和分析科学知识结构、规律和分布情况,进而为了解与掌握学科前沿的发展趋势和知识的关联情况提供指导[36-37]

    为了对我国煤与瓦斯共采领域进行更加全面地探析,研究其现状特征和发展趋势,本文使用CiteSpace 6.1.R2可视化软件绘制知识图谱,包括作者、机构和关键词聚类及其演变情况,并结合经典文献对2000—2021年我国煤与瓦斯共采研究的知识图谱加以分析,进一步了解其发展前沿与趋势。

    对CNKI导出的数据进行计量分析,得到年发文量变化趋势和学科分布情况,反映了我国煤与瓦斯共采研究的活跃程度。图1显示为2000—2021年我国煤与瓦斯共采的发文量及期刊分布情况。从发表趋势结果来看,我国煤与瓦斯共采的研究主要经历了缓慢萌芽期-快速成长期-平稳成熟期3个发展阶段。

    图  1  煤与瓦斯共采领域发文量趋势及期刊分布情况
    Figure  1.  The trend of articles published and distribution of journal in coal and gas co-mining field

    1)在萌芽期(2000年之前),每年平均发表的文章不到5篇,其原因是煤层开采深度较浅、瓦斯含量低、造成瓦斯事故的起数少和严重程度低等客观因素,以及并未将瓦斯作为清洁能源加以充分利用的主观因素共同决定。

    2)在成长期(2000—2014年),核心期刊发表量从2000年发表的22篇增加至2014年的351篇,平均每年发表的文章增加至131篇;同时期全部期刊的发表量具有相同的增长趋势,从2000年的50篇增加至2014年的975篇,平均每年发表的文章增加至349.3篇,是核心期刊发表量的近3倍。该阶段由于我国经济快速发展,对能源需求量急剧增加,处于煤炭行业发展的黄金期;与此同时煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等瓦斯事故频发,造成严重的人员伤亡和经济损失。为了保障井下作业人员生命健康和矿井正常生产,瓦斯治理技术迫在眉睫,受到国家、社会和人们的广泛关注,对于瓦斯抽采和治理的认识和重视程度达到新的高度,煤与瓦斯共采相关科学理论、技术及装备均得以高速发展和提升,是我国煤与瓦斯共采领域的快速成长阶段。

    3)在成熟期(2015—2021年),核心期刊和全部期刊发文量的变化趋势有所差异,核心期刊发文量自2015年达到高峰后有所下降,并趋于平稳发展的态势,而全部期刊发文量则围绕峰值呈现上下波动趋势,保持较高的发文状态。其中,核心期刊从2015年发表的373篇缓慢降至2021年的255篇,每年平均发表论文289.8篇,相较于该阶段的初期发文量有所下滑;全部期刊从2015年发表的976篇呈现波浪式起伏,并于2021年发表883篇,每年平均发表论文975.3篇,该阶段发文量以峰值发文量为基准线进行上下浮动,并趋于相对平稳的状态。

    通过对2000—2021年发表论文总量进行统计与分类,其按照期刊分类主要集中在煤炭科学技术和煤炭学报,分别占比达到53.74%和15.97%;其次为采矿与安全学报(9.03%)、中国安全科学学报(6.06%)等。上述期刊均为煤与瓦斯共采领域重要的学术期刊,是高等院校、科研院所以及煤矿企业之间技术交流的重要纽带和桥梁,为促进该领域的技术突破和科技创新提供了展示与互动的平台。

    将节点类型选择为“institution”,按机构分类进行知识图谱的可视化,结果如图2所示。一个节点代表一个科研机构,节点大小代表该机构发表的发文量,其节点越大,则表明该机构发文量越多;2个节点之间的连线代表两个科研机构在论文发表上存在合作关系,其之间的连线越多,则表明机构之间的合作越密切[38]

    图  2  研究机构分布知识图谱
    Figure  2.  Knowledge map of research institutions distribution

    图谱中包含有743个节点,1 122个连线,网络密度为0.004 1。发文量较多的机构主要集中在煤炭领域的研究院和高校,其中包括中煤科工集团下属的重庆研究院有限公司和西安研究院有限公司、中国矿业大学安全学院、瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室、河南理工大学安全科学与工程学院、中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院以及安徽理工大学能源与安全学院等,同时各个研究机构之间的连线繁多,机构之间的合作较为密切。

    为了定量化分析不同机构的发文量情况,提取发文量位于前10位研究机构的数据信息对主要研究机构的发文情况进行统计分析(表1)。

    表  1  发文量位于前10位的研究机构排名
    Table  1.  Top 10 articles published with the strongest research institutions
    编号研究机构发文量/篇
    1中煤科工集团重庆研究院有限公司293
    2中国矿业大学安全工程学院243
    3瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室221
    4河南理工大学安全科学与工程学院200
    5中煤科工集团西安研究院有限公司159
    6煤科集团沈阳研究院有限公司158
    7中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院131
    8煤矿安全技术国家重点实验室129
    9安徽理工大学能源与安全学院124
    10河南理工大学能源科学与工程学院98
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    其中,发文量突破200篇和100篇的研究机构分别达到4个和9个,排名第一的中煤科工集团重庆研究院有限公司的发文量高达293篇,是排名第十名河南理工大学能源科学与工程学院发文量的近3倍;其次是中国矿业大学安全学院243篇、瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室221篇。

    将节点类型选择为“keyword”,按关键词分类进行知识图谱的可视化,结果如图3所示。通过运行数据,得到760个节点,3 311个连线,网络密度为0.011 5。对图3中的节点大小、标签大小及标签和连线清晰度进行调整,使得关键词节点与其连线之间更加清晰明了。

    图  3  关键词知识图谱
    Figure  3.  Knowledge map of keywords

    在关键词共现图谱中,节点标签越大,对应关键词的词频越高。在共现网络中,关键词之间的共现关系采用连线的方式进行联接,其宽度反映关键词之间的共现强度,颜色反映共现时间的早晚。为提高关键词的可靠性,剔除检索主题词(瓦斯抽采与瓦斯治理),煤与瓦斯共采研究的高频关键词排名前5位(出现频次大于100次),依次为数值模拟(266)、瓦斯(187)、采空区(165)、瓦斯抽放(148)和水力压裂(143)。节点内部颜色按照由暗至亮的顺序逐年递变,即暗灰色表征关键词出现时间较早,反之红色代表出现时间较晚。由图3可知,在高频关键词中,瓦斯抽放出现的时间较早,之后则不再出现。其发生的原因可能为人们对瓦斯的认识不断深入,煤层气作为绿色清洁环保的能源禀性以及低浓度瓦斯利用技术的突破与成熟,共同推动了煤矿瓦斯朝着高效抽采利用的方向发展,瓦斯抽放显然不再适用于当下发展态势,并被逐渐淘汰。

    关键词共现分析可提供关于煤与瓦斯共采领域的详细信息,检测研究领域关键词的产生和发展情况。利用CiteSpace软件进行关键词聚类,将聚类类型选择为“keyword”,筛选出主要聚类标签,并以可视化的知识图谱呈现,如图4所示。

    图  4  关键词聚类
    Figure  4.  Keywords clustering

    经过对聚类标签进行筛选,选取聚类强度排名前6名的聚类标签。从图中可以看出,聚类之间的区域划并不完全独立,相互参杂分布于整个聚类图谱中。聚类#1位于图谱的中间部分,起到了桥梁和纽带的作用,是实现煤层瓦斯高效抽采、保障矿井安全生产的重要基础。随着我国煤层开采深度的逐渐增加,煤层高地应力、高瓦斯压力、低渗透性禀性导致瓦斯抽采难度大、抽采效果差,严重威胁着矿井安全生产[39]。煤层卸压增透是有效开展煤层瓦斯抽采的重要技术手段,水力压裂因其成本低廉、原理简单易懂以及增透效果良好的优势被广泛应用于低渗煤层的增透促产过程中。开展水力压裂、保护层开采等卸压增透措施是实现煤层瓦斯有效治理的重要技术手段,为避免瓦斯灾害、瓦斯事故的发生提供强有力的安全保障,进而为煤与瓦斯共采的有序开展提供技术支撑和理论依据。

    为进一步开展关键词首现时间、活跃持续时间及突现词情况的研究,选择“Timezone”进行关键词时空分布的图谱可视化,如图5所示。

    图  5  关键词时区分布
    Figure  5.  Timezone distribution of keywords

    图谱中包括592个节点,2 880个连线,网络密度为0.016 5。为了解某一时间段内高频出现的关键词的发展情况(即突现词),采用红色凸显的方式进行标注,更加有利于深入分析煤与瓦斯共采领域在各个时期研究热点的演变规律。

    从关键词时空分布图中可以看出高频关键词和突现词主要发生在瓦斯治理、卸压瓦斯、水力压裂以及瓦斯抽采4个聚类之内。其中,在聚类#0瓦斯治理的时区分布轴线上,出现的高频关键词最多,且首先年份大多集中在2000—2007之间,包括有瓦斯、上隅角、瓦斯治理、瓦斯抽放、采空区、高位钻孔等高频关键词,同时高频关键词中的前四个也是突现词,表明在该期间内高频出现,是瓦斯治理方面的研究热点;在聚类#1卸压瓦斯的时区分布轴线上,出现的高频关键词主要包括卸压瓦斯、保护层和高抽巷,高频关键词中的保护层同时也作为聚类#1卸压瓦斯的突现词;在聚类#3水力压裂的时区分布轴线上,出现的高频关键词主要包括低透气性、突出煤层、水力压裂、穿层钻孔、水力冲孔、卸压增透以及煤层增透等,而突现词中的低透气性、卸压增透和煤层增透则体现出了水力压裂方面的关注重点;在聚类#5瓦斯抽采的时区分布轴线上,出现的高频关键词较少,除了瓦斯抽采之外,仅剩下松软煤层;而突现词的节点虽然较小,但因其首先年份较晚,分别为2016年(定向钻进)和2018年(碎软煤层),表征其是当前煤与瓦斯领域的研究热点,逐渐受到研究人员的关注和重视,有望成为未来发展的趋势热点。

    研究前沿是科学研究中的新兴研究领域,通过对关键词的词频变化和突现词演变情况进行检测,进而探析本领域的研究前沿和发展趋势。基于图4图5关键词聚类的基础上,选择“burstness”进行突现词检测,结果见表2

    表  2  引文突现位于前20位的关键词排名
    Table  2.  Top 20 Keywords with the strongest citation bursts
    关键词年份强度起始年终止年2001~2022
    瓦斯治理200145.6520012009
    瓦斯200128.2420012010
    综合治理200116.5920012010
    治理200117.5120022009
    瓦斯抽放200127.9120032012
    瓦斯涌出20016.6720052013
    瓦斯事故20016.6420052010
    地面钻井20016.420062014
    先抽后采20015.5320062010
    保护层20019.320072012
    抽采20018.1320072012
    增透20016.5320142017
    安全工程20015.9220142016
    瓦斯浓度20015.620142020
    水力冲孔20016.620152019
    煤层增透20017.9220172022
    抽采效果20015.8220172022
    碎软煤层20015.7720182022
    以孔代巷20016.4620192022
    抽采钻孔20016.0720192022
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    其中,红色部分表征了关键词突出的年份,即活跃状态的年份,突现词在该阶段受到研究人员的广泛关注。表2中通过对每个高频词的突现强度、年份起止展开跟踪与归纳,得到突现词前20名的检测信息。

    表2可知,结合上述发文量变化趋势,可将研究热点分为2个区间:

    区间1的时间段为2001—2014年,对应发文量中的成长期,突现强度排名前5的关键词均在该阶段,分别为瓦斯治理(45.65)、瓦斯(28.24)、瓦斯抽放(27.91)、治理(17.51)、综合治理(16.59),起止年份主要集中在2001—2012年之间,且保持活跃状态的时间也最为长久;在该阶段,由于瓦斯灾害的频发,研究的重点和热点主要围绕如何防治瓦斯事故发生开展的,采用保护层卸压开采的方法提高煤层透气性,进而消除瓦斯灾害、事故的发生,保障矿井生产的安全开展。

    区间2的时间段为2014年之后,对应发文量中的成熟期,部分突现的关键词活跃状态持续至今,是当前研究的热,受到研究人员的广泛关注。在该阶段,煤层低渗特性愈发凸显,研究的重点和热点主要围绕如何增加煤层透气性、提高瓦斯抽采效果开展的,将突现词进行归纳分析,主要涉及3个重要的关键词,分别为煤层增透(7.92)、以孔代巷(6.46)和碎软煤层(5.17)。煤层增透是开展瓦斯有效抽采的前提条件,通过水力冲孔、水力压裂、水力割缝等的方式增加煤层透气性,进而提高瓦斯抽采效果[40-42];为解决采用顶/底板岩巷作为抽采钻场施工量大、成本高的问题,提出采用以孔代巷的抽采方法,通过布置的钻孔进行瓦斯抽采工作,以达到减少工作量和降低施工成本的目的[43-44];随着我国煤层开采深度的不断增加,逐渐进入深部开采阶段,低渗碎软煤层占比逐渐增加,对其开展有效地瓦斯抽采,成为当前亟待解决的问题[45-46]

    为进一步对煤与瓦斯共采领域的发展历程和研究内容开展更加深入的剖析,按照关键词所表述的含义对其进行分类,结果见表3

    表  3  聚类信息表
    Table  3.  Clustering information table
    分类关键词(按照频次排序,频次大于10)
    研究对象瓦斯、采空区、上隅角、煤层气、突出煤层、松软煤层、卸压瓦斯、低透气性、保护层、煤层群、
    特厚煤层、裂隙带、底抽巷、碎软煤层
    增透措施水力压裂、卸压增透、水力冲孔、增透、煤层增透、水力割缝、增透技术、卸压、深孔预裂爆破、
    液态CO2、埋管抽采、强化抽采、水射流、割缝
    抽采方式高位钻孔、穿层钻孔、顺层钻孔、高抽巷、地面钻井、沿空留巷、保护层开采、
    定向长钻孔、埋管抽采
    工具/方法数值模拟、钻孔布置、流固耦合、相似模拟、抽采参数、物理模拟、优化
    测定参数/指标抽采效果、瓦斯压力、渗透率、抽采半径、瓦斯浓度、抽采负压、瓦斯含量、抽采率、
    煤层透气性、瓦斯流量、消突、卸压范围、残余瓦斯含量
    其他瓦斯超限、瓦斯运移、安全工程、封孔
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    表3可知,我国煤与瓦斯抽采领域研究的对象主要为瓦斯、突出煤层、卸压瓦斯,保护层等,其中,按照钻孔布置位置主要分为本煤层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采、采空区瓦斯抽采以及地面井瓦斯抽采等。由于我国煤层 “三低一高”的赋存禀性,为了提高瓦斯抽采效果,必须采取必要的增透措施,以提高煤层透气性;常见的增透措施主要包括水力压裂、水力冲孔、水力割缝等水利化措施,保护层卸压增透、液态CO2致裂等技术手段。在研究中使用最多的工具/方法为数值模拟,通过瓦斯压力、瓦斯含量、孔隙率、渗透率等测试参数,结合流固耦合模型进行数值模拟,为高效抽采煤层瓦斯提供理论指导。

    综上,在“碳达峰、碳中和”的大背景下,我国煤与瓦斯共采领域逐渐朝着绿色、高效、低耗、清洁的开采方向不断发展,进而助力双碳目标的如期完成。随着煤炭资源逐渐进入深部开采阶段,低渗碎软煤层严重制约着瓦斯高效抽采、威胁着矿井煤炭安全生产,因此开展相应的增透技术和措施成为当前乃至未来关注的重点。通过一系列的增透措施的实施,提高煤层透气性,增加瓦斯抽采效果。数值模拟和室内试验是探索和验证增透效果最为便捷的方法,依此为理论支撑指导现场的抽采工作,进而推动我国煤与瓦斯共采领域的理论框架、技术方法以及装备设施的不断完善与发展。

    1) 以时间分布为导向,我国煤与瓦斯共采领域研究先后经历了缓慢萌芽期、快速成长期以及平稳成熟期3个发展阶段。在2000—2014年期间,核心期刊和全部期刊的发文量均得到快速增长,反映出该阶段是我国煤与瓦斯共采研究的高潮期,开启了该领域快速发展的黄金时代,得到了研究人员的广泛关注和重视。

    2) 以合作网络为参考,我国煤与瓦斯共采领域的主要研究机构包括中煤科工集团重庆研究院有限公司、中国矿业大学安全学院、瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室、以及河南理工大学安全科学与工程学院等机构,均是煤炭领域重要的科研院所。

    3)以关键词为主题,进行归纳与分析,我国煤与瓦斯共采研究主要包含数值模拟、瓦斯、采空区和水力压裂等高频关键词。通过提取突现强度较高的前20位关键词,并按照突现年份重新排序,得到随时间变化的突现词演化情况,为探析我国煤与瓦斯共采领域研究热点的演化路径、分析前沿变化趋势提供有力的技术支撑。

  • 图  1   煤与瓦斯共采领域发文量趋势及期刊分布情况

    Figure  1.   The trend of articles published and distribution of journal in coal and gas co-mining field

    图  2   研究机构分布知识图谱

    Figure  2.   Knowledge map of research institutions distribution

    图  3   关键词知识图谱

    Figure  3.   Knowledge map of keywords

    图  4   关键词聚类

    Figure  4.   Keywords clustering

    图  5   关键词时区分布

    Figure  5.   Timezone distribution of keywords

    表  1   发文量位于前10位的研究机构排名

    Table  1   Top 10 articles published with the strongest research institutions

    编号研究机构发文量/篇
    1中煤科工集团重庆研究院有限公司293
    2中国矿业大学安全工程学院243
    3瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室221
    4河南理工大学安全科学与工程学院200
    5中煤科工集团西安研究院有限公司159
    6煤科集团沈阳研究院有限公司158
    7中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院131
    8煤矿安全技术国家重点实验室129
    9安徽理工大学能源与安全学院124
    10河南理工大学能源科学与工程学院98
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    表  2   引文突现位于前20位的关键词排名

    Table  2   Top 20 Keywords with the strongest citation bursts

    关键词年份强度起始年终止年2001~2022
    瓦斯治理200145.6520012009
    瓦斯200128.2420012010
    综合治理200116.5920012010
    治理200117.5120022009
    瓦斯抽放200127.9120032012
    瓦斯涌出20016.6720052013
    瓦斯事故20016.6420052010
    地面钻井20016.420062014
    先抽后采20015.5320062010
    保护层20019.320072012
    抽采20018.1320072012
    增透20016.5320142017
    安全工程20015.9220142016
    瓦斯浓度20015.620142020
    水力冲孔20016.620152019
    煤层增透20017.9220172022
    抽采效果20015.8220172022
    碎软煤层20015.7720182022
    以孔代巷20016.4620192022
    抽采钻孔20016.0720192022
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    表  3   聚类信息表

    Table  3   Clustering information table

    分类关键词(按照频次排序,频次大于10)
    研究对象瓦斯、采空区、上隅角、煤层气、突出煤层、松软煤层、卸压瓦斯、低透气性、保护层、煤层群、
    特厚煤层、裂隙带、底抽巷、碎软煤层
    增透措施水力压裂、卸压增透、水力冲孔、增透、煤层增透、水力割缝、增透技术、卸压、深孔预裂爆破、
    液态CO2、埋管抽采、强化抽采、水射流、割缝
    抽采方式高位钻孔、穿层钻孔、顺层钻孔、高抽巷、地面钻井、沿空留巷、保护层开采、
    定向长钻孔、埋管抽采
    工具/方法数值模拟、钻孔布置、流固耦合、相似模拟、抽采参数、物理模拟、优化
    测定参数/指标抽采效果、瓦斯压力、渗透率、抽采半径、瓦斯浓度、抽采负压、瓦斯含量、抽采率、
    煤层透气性、瓦斯流量、消突、卸压范围、残余瓦斯含量
    其他瓦斯超限、瓦斯运移、安全工程、封孔
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  • 收稿日期:  2022-06-23
  • 网络出版日期:  2023-05-17
  • 刊出日期:  2023-05-31

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