基于Citespace文献计量工具的数字矿山与矿山安全文献综述

杨洋，张文博，张建敏，左晨曦

中国矿业大学(北京)管理学院，北京 100083

国内外关于“矿山安全管理”的研究，起始于20世纪七八十年代。到20世纪90年代，随着互联网开始普及和广泛应用，“智能矿山安全管理”相关研究兴起。20世纪末，我国学者吴立新等提出了“数字矿山”的概念，并得到了学术界的广泛认可，在之后近20年的时间里研究力度不断加大。近10多年来，随着信息革命的深入发展，在矿山安全管理研究领域中逐步出现了与物联网、大数据、云计算等新兴技术相结合的研究，在研究内容的角度、广度和深度以及创新性研究方法的确立等方面都取得了一定的进展，呈现出良好的发展态势。因此，本文基于文献计量学软件Citespace，分别对矿山安全相关研究和基于数字矿山的矿山安全管理相关研究，进行文献计量统计分析。

有关数字矿山的研究，最早来自于我国学者在1999年首届国际数字地球大会(1999.11.18—1999.11.20)中的两篇重要论文[1-2]，都由中国矿业大学(北京)的吴立新等所著。在这两篇论文中，作者研究了矿山地理信息系统(MGIS)和基于MGIS的数字矿山(DM)信息分类编码方法及海量矿山数据管理策略，探讨了数字矿山在矿山安全领域中的应用。2005年Wu等[3]探讨了将数字矿山应用于矿山安全管理领域，这篇文章是能够查阅到的最早涉及数字矿山研究的外文文献。因此，本文中文文献的计量统计范围为1999—2019年，而外文文献的计量统计范围为2005—2019年。

文献数据库分别是中国学术期刊总库(下称CNKI)和Web of Science核心数据库(下称WOS核心库)。文献计量分析的内容，包括年度文献数量和研究主题分析、主要研究学者及机构分析、关键词聚类及其中心性分析和高被引文献内容的演化分析四个方面。通过聚类和可视化分析以及知识图谱的形式，直观呈现数字矿山和基于数字矿山的矿山安全管理研究领域以往的发展历程、当前研究热点以及未来的研究方向。通过梳理本领域已有研究，为矿山安全管理研究形成跨学科、多分支的成熟研究体系以及数字矿山安全管理研究领域的创新提供基础。

1 年度文献量和研究主题分析

本文首先以“矿山安全”为关键词进行文献筛选，得到1 099篇中文文献和844篇外文文献，合计1 943篇。再以“数字矿山”，含“矿山安全、安全”等关键词对中文文献进行筛选，得到225篇有效文献；以“Digital Mine”并含“Safety，Safe，Security，Mine safety”等关键词对外文文献进行筛选，得到213篇有效文献。可见，从文献总数上看，在矿山安全领域研究中约20%的研究都是基于“数字矿山”视角展开的。下面分别对“矿山安全”和“基于数字矿山的矿山安全”的文献进行年度文献数量统计分析和研究主题统计分析。

1.1 矿山安全文献数量统计分析

在“矿山安全”的中文文献中，文献数量从1999年开始逐年增加，在大幅增长后于2015年达到顶峰，2015年共计88篇，年度文献平均为52篇。在“矿山安全”的外文文献中，文献的总数少于中文文献的数量，年度文献平均数为40篇。如图1(a)所示，“矿山安全”的中外文献在发表数量方面的整体趋势一致，都呈现出波动上升的态势，中文文献数量要略高于外文文献。基于数字矿山的矿山安全管理研究中，中文文献数量增减变动幅度大于外文文献，年度文献平均数为11篇。中外文献在发表数量方面的整体趋势一致，都是呈现波动上升的态势，外文文献的年平均文献数量略多于中文文献的数量，如图1(b)所示。

对图1文献数量比较可知：第一，中文文献在数字矿山安全管理领域的起点更早，各年度文献数量的变动幅度更大，但从总体文献数量上看，中文文献的增幅有限；外文文献中从一开始的较少数量至2019年出现了大幅增加。第二，中文文献数量高峰出现在2016年，外文文献数量高峰出现在2019年，2016—2019年正是大数据等信息技术在管理领域中广泛运用的时期，可见这一时期如何将新兴信息技术与数字矿山、矿山安全研究相融合受到了广泛关注。第三，中文文献对于该领域关注度的提升早于外文文献，并且更早地将矿山安全管理与新兴数字化技术结合起来，有力地推动了该领域研究的发展。

图1 年度文献数量统计图Fig.1 Annual literature statistics chart

1.2 数字矿山安全管理文献主题分析

在中文文献中，矿山安全管理研究最初围绕“数字矿山”展开，随着技术的进步与发展，大数据、信息化、物联网和智慧矿山等关键词逐渐出现在研究主题中，体现了数字经济发展背景下矿山安全管理研究的时代意义。如图2所示，以“数字矿山”为研究主题的文献数量最多，高达71篇，其次是矿山安全、物联网、智慧矿山、信息化和大数据等技术性的研究主题数量较少，均在20篇以下。

图2 基于数字矿山的安全管理文献研究主题统计Fig.2 The subject of safety management literature research based on digital mine

在外文文献中，关于矿山安全管理的研究较为广泛，不仅局限于矿山安全事故、原因等内容，还将“数字矿山”引入矿山安全管理领域，并结合物联网、云计算、大数据等新兴技术对矿山安全管理进行研究分析。如图2所示，研究主题主要集中于数字矿山(Digital Mine)、煤矿(Coal Mine)、矿山安全(Mine Safety)、物联网(Internet of Things)、模型(Model)等方面。其中，将“Digital Mine”作为研究主题的文献数量最多，表明外文文献学者同样重视“数字矿山”在矿山安全管理中的研究，但倾向于工科类研究。

综上，中文文献研究主题和外文文献研究主题高度重合，具有很高的一致性。

2 主要学者及研究机构分析

对本研究领域的主要学者、研究群和所在研究机构进行统计分析。在Citespace软件中，在文献设定时间跨度范围内设置时间片为1年，数据抽取对象为Top 50，得到作者共引分析图谱，对作者所属机构进行分析。在聚类分析图中，节点代表学术论文作者，节点越大意味着作者发表的学术论文越多；节点越小，论文越少。节点之间的连线代表作者之间的合作强度，连线越多意味着学者之间合作关系越强；连线越少，合作关系越弱。本文重点对于主要学者间合作网络进行分析，所以图中未体现合作网络外的学者名称。

2.1 矿山安全主要学者和机构

对矿山安全管理相关中外文献中的主要学者及研究群进行聚类分析，以“发文作者”作为节点对中文文献进行统计分析(表1)。其中，发文作者史秀志发文数量最多，共8篇；其次是学者路东尚、郭建军、李仲学、王平，发文数量均在5篇及以上；其余作者发文数量均少于5篇。中文文献署名机构主要为高等院校，主要包括北京科技大学、中国矿业大学、中南大学、武汉科技大学、山东科技大学等，可见高等院校对本领域研究重视并做出较大贡献。

表1 中文文献矿山安全管理领域部分主要学者及所属研究机构Tab.1 Some major scholars in the field of mine safety management and their affiliated research institutions in Chinese literature

对外文文献的统计分析结果(表2)表明，中国的Hong Chen作为主要研究学者，发文数量最多，为7篇；文献数量位居第二的Yuanping Cheng，同样来自中国，发文6篇；其余作者发文量均少于4篇。外文文献发表数量较多的主要研究学者，最早在2009年开始发表文献，分别为 Harisha Kinilakodi和R Larry Grayson。

表2 英文文献矿山安全管理领域部分主要学者及所属研究机构Tab.2 Some major scholars in the field of mine safety management and their affiliated research institutions in English literature

矿山安全领域主要学者、研究群的聚类分析如图3所示。由图3可见，信息化背景下矿山安全管理中文文献的研究力量较为集中，形成了一定的研究群体，但群体间较为分散且团队规模较小。在外文文献主要学者之间的关联性聚类分析中，部分节点之间联系较为紧密，形成了三个较为明显的研究群体，且群体间相互连接，存在着一定的合作关系，但团队规模有限。可以说，国内外在该领域中的合作群体数量较少，规模不足，且相互之间连线数量有限，分布也较为分散；国内外主要研究学者分布网络密度较低，机构间作者合作成果数量较少，作者间的合作关系较为松散。对比可知，中外文文献在“主要学者”和“研究群”方面，矿山安全领域的研究以中国学者为主，并且在中外文文献发表中均形成了一定的研究群，但规模有限；国内该领域主要学者的文献发表时间早于国外学者。

图3 矿山安全管理领域主要学者研究群聚类分析Fig.3 Cluster analysis of research groups of major scholars in the field of mine safety management

以“研究机构”为研究对象对中外文文献进行统计分析，国内外研究机构包括企业、高校和科研院所，统计结果见表3。中国的高校和企业分别占比29.7%和23.7%，是占比最高的研究机构，说明我国的高校和行业企业非常重视本领域的研究。在国外研究本领域的机构更多的是来自于高校，占比为17.7%，国外的企业和研究院所关注本领域研究相对较少。

表3 矿山安全管理领域主要研究机构统计Tab.3 Statistics of major research institutions in the field of mine safety management

中文文献产出研究机构中主要包括高校、企业和科研机构，分别对各机构名称及发文数量进行统计，结果见表4。其中，发文量较多的三所高校分别是中南大学、北京科技大学和中国矿业大学。企业机构中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司发文数量最多，为5篇，其余均少于5篇。科研机构包括中国安全生产科学研究院、国家安全生产监督管理总局信息研究院和北京矿冶研究总院。大多数研究是研究机构单一完成，机构间合作较少，虽有一定的研究合作群体，但仅限于发文数量较高的机构之间。

表4 矿山安全管理文献第一署名单位及发表中文文献数量统计Tab.4 Statistics on the first signature unit of mine safety management literature and the number of published Chinese literature

外文文献产出研究机构，包括高校和科研院所，其中企业对于该领域的研究参与较少，所形成的研究成果也非常有限，因此统计结果中不包含企业相关信息(表5)。高校在本领域的研究力度较大，发文数量多的高校有7所，科研院所对本领域关注度较低，成果较少。在7所高校中，China University of Mining and Technology(中国矿业大学)发文数量最多，高达71篇；其次是Pennsylvania State University(宾夕法尼亚大学)，发文10篇；其余高校发文数量均少于10篇。另外，外文文献发表机构来源中，国内研究机构占67.4%，国外研究机构仅占32.6%。外文文献研究机构之间的合作有限，未形成规模性的研究群。

表5 矿山安全管理文献第一署名单位及发表外文文献数量统计Tab.5 Statistics on the first signature unit of mine safety management literature and the number of published English literature

综上，本领域中外文献的产出机构主要来源于我国。中国矿业大学的发文数量最多，贡献大。中文文献中第一署名单位多为企业，说明我国矿业产业界对矿山安全方面研究关注度较高；外文文献中第一署名单位多为高等院校，且多为中国高等院校，再次说明我国学者和机构对本领域研究关注度高、贡献大。

2.2 数字矿山安全管理的主要学者和机构

对基于数字矿山的矿山安全管理的中外文献的主要学者及研究群进行聚类分析，如图4所示。

图4 基于Citespace的部分主要学者及研究管理关联性聚类分析Fig.4 Part of the Citespace-based main academic research management clustering analysis

以“发文作者”作为节点对中文文献进行统计分析，结果见表6。吴立新早在1999年开始研究本领域，发表论文数量最多，共12篇；殷作如发表5篇，王迷军、杨可明、汪云甲发表均为4篇，张申、邵改革、杨敏、李向阳，发表均为3篇；谭章禄、张锦、王继生、谭得健、朱旺喜、杜素忠发表均为2篇。研究学者主要来自高等院校，包括中国矿业大学(北京)、中国矿业大学、河南理工大学、南华大学、太原理工大学等，其中中国矿业大学(北京)对数字矿山安全管理研究工作开展较早且发文数量较多，贡献大。

表6 基于数字矿山的矿山安全领域中文文献部分主要学者统计Tab.6 Statistics of main scholars in Chinese literature in the field of mine safety based on digital mines

中文文献主要学者关联性聚类分析结果如图4(a)所示。基于数字矿山的矿山安全管理研究力量较为集中，形成了以吴立新为中心的一定规模的研究群体，群体间作者节点连线密度较高，但团队数量有限，仍存在大量作者为分散的独立研究。

外文文献主要学者关联性聚类分析结果如图4(b)所示。可见，部分节点之间联系较为紧密，可以看到形成了一个较为明显的研究群体，在这个群体中作者节点连线密度较高。但除该群体之外，整体分布密度较低，表明作者间在研究数字矿山安全管理问题时虽有合作，并形成了一定的研究群体，但团队数量较少。另外，外文文献的主要学者中来自中国的学者占70%，国外学者仅占30%。

综上，国内外本领域学者合作群体数量较少，且相互之间连线数量有限，分布也较为分散；国内外主要研究学者分布网络密度较低，机构间作者合作成果数量较少，作者间的合作关系较为松散。

表7 基于数字矿山的矿山安全管理领域外文文献部分主要学者统计Tab.7 Statistics of the main scholars in the English literature in the field of mine safety management based on digital mines

国内外研究机构包括企业、高校和科研机构，见表8。中国的企业和高校占比最高，分别是43.3%和35.4%，中国企业和高等院校最为关注本领域研究，贡献大。

表8 基于数字矿山的矿山安全管理领域机构统计Tab.8 Statistics of mine safety management institutions based on digital mines

中文文献产出研究机构包括企业、高校和科研院所，见表9。中国矿业大学(北京)和中国矿业大学在数字矿山安全管理方面研究成果斐然，文献数量分别是18篇与10篇，远超其他研究机构。大部分的研究是由机构单独完成的，机构间合作较少。外文文献产出研究机构包括高校和科研院所，见表10。企业对于本领域研究参与较少，科研成果非常有限，所以不包含在内。高等院校的参与度较高，研究成果丰硕，发文数量多的高校有7所；科研院所对该领域关注度相对较低，成果较少。在7所高校中，China University of Mining and Technology(中国矿业大学)发文数量高达17篇；其次是Beijing University of Posts and Telecommunications(北京邮电大学)，共6篇；其余高校发文数量均少于5篇。在此强调，外文文献发表较多的前两位机构均属于中国。另外，外文文献发表机构来源中，国内机构占61.9%，国外机构仅占38.1%。其中，中国矿业大学和西安科技大学内部作者之间多次合作并形成较多学术成果。

表9 基于数字矿山的安全管理文献第一署名单位及发表中文文献数量统计Tab.9 Statistics on the first signature unit of the safety management literature based on digital mines and the number of published Chinese literature

表10 基于数字矿山的安全管理文献第一署名单位及发表外文文献数量统计Tab.10 Statistics on the number of first signed units of safety management literatures based on digital mines and the number of published English literatures

综上，本领域文献产出机构主要来源于我国，其中，中国矿业大学的中外文文献发表数量最多，极大地推动了本领域的研究步伐。在大量中文文献中，第一署名单位多以企业为主，表明我国矿业行业在理论与技术方面存在一定的需求，进而促使高校和研究机构及时发现新的研究方向，对数字矿山安全管理的研究工作的发展起到了一定的推动作用。

3 数字矿山的安全管理关键词分析

为了突出文献中心性分析，中文文献关键词以“数字矿山”并含“矿山安全、安全”，英文文献关键词为“Digital Mine”并含“Safety，Safe，Security，Mine safety”。抽取1999—2019年CNKI中相关中文文献225篇，2005—2019年WOS核心库中相关外文文献211篇。在Citespace软件中，设定时间跨度为1999—2019年，设置时间片为1年，数据抽取对象为Top30。在关键词中心性分析中，频数代表关键词出现的次数，中心性代表数据的重要程度。关键词的频数越高越能反映这些关键词所代表的研究方向的热门程度，本文认为频数出现较低的关键词具有偶然性，为保证分析结果的严谨可靠，本文以频数高低顺序为依据，选取出现频数大于2的关键词进行分析。关键词的中心性也是衡量关键词重要性的重要指标，中心性越大越能够反映关键词所代表的研究方向的重要程度，当中心性大于0.1时，意味着该关键词重要程度较高；当小于0.1时，则重要程度较低。本文对中心性大于0.1的关键词按照时间升序排序，观察本领域的重点研究方向以及研究趋势。

3.1 主要关键词和中心性分析

关键词聚类图谱如图5所示。在中文文献关键词图谱中共有68个网络节点，196条连线，网络密度为0.094 5，Modularty Q的值为0.437 5(大于临界值0.3)，说明关键词网络的聚类效果良好，Mean Silhouette的值为0.620 8(大于临界值0.5)，说明聚类效果是合理的。采用对数似然比(Log Likelihood Ratio，LLR)算法，共导出5个主要聚类，分别是数字矿山、矿山安全、安全信息系统、GIS和物联网技术。在外文文献图谱共有57个网络节点，130条连线，网络密度为0.081 5，Modularity Q的值为0.853 8(大于临界值0.3)，表明该网络聚类效果良好；Mean Silhouette的值为0.521 4(大于临界值0.5)，表明聚类的结果是合理的。同样基于LLR算法，共导出5个主要聚类：Digital Mine(数字矿山)、Mine Safety(矿山安全)、Raw Data Sets(原始数据设置)、Internet of Things(物联网)、Design(设计)。综上，中文文献和外文文献的关键词重合度较高。

“#”为软件随机生成的序号图5 数字矿山安全管理研究领域中外文文献关键词聚类图谱Fig.5 Keyword clustering map of Chinese and English literature in the field of digital mine safety management research

中外文关键词中心性分析分别见表11和表12。“数字矿山”和“矿山安全”是中、外文文献中关键词频数与中心性较高的，都大于0.1，并且比其他关键词出现年限都早，说明是当前研究的重点。随着时间的推移和科学技术的发展，新兴技术关键词逐渐出现，如“大数据”“物联网”等都是中、外文文献中共有的，说明本领域研究与新兴技术的结合越来越紧密。同样的关键词在中文文献中最早出现的时间要早于外文文献，如“数字矿山”最早出现在中文文献是1999年、外文文献是2005年，“矿山安全”最早出现在中文文献是1999年，而外文文献是在2011年，“物联网”最早出现在中文文献是2010年，而外文文献是在2019年。“无线传感器网络”及“模型”是2019年在外文文献中高频出现，而中文文献中则没有；“智慧矿山”和“数字化矿山”在中文文献中出现多次，但未出现在外文文献中。中文文献中关键词“物联网”的中心性为0.1；外文文献中的“物联网”的中心性为0.05。

表11 中文文献关键词及中心性分析Tab.11 Keywords and centrality analysis of Chinese literature

表12 外文文献关键词及中心性分析Tab.12 Keywords and centrality analysis of English literature

需强调的是，中文文献高频关键词 “数字矿山”与“数字化矿山”存在较大概念差异。孙豁然(2006年)认为“数字矿山”是与数字地球、数字中国等概念一起产生的，是基于以多时空、动态的采动系统对矿山实时观测、网络和计算机信息处理为主体的技术系统，而“数字化矿山”则是以数字矿山为基础的各种信息数字化的计算机应用过程[4]。也就是说，“数字矿山”是一个较为宏观的概念架构，是数字化在矿山进行应用的技术理论前提；“数字化矿山”则是从数字矿山的应用中异化出来的，与信息化、自动化并列的一种数字矿山关键技术。

3.2 关键词演化分析

绘制中外文文献关键词时间序列图，如图6所示。聚类分析中文文献的关键词，得到“区域集中自动化控制、物联网、矿山安全、数字地球、应用、调度指挥和GIS”七大类别。中文文献研究重点的演化分为三个阶段。

图6 基于Citespace的中外文文献关键词时间序列图Fig.6 Diagram of Citespace-based time series of keywords in Chinese and foreign language literature

(1) 1999—2007年，数字矿山安全管理研究发展及技术运用的基础阶段。研究内容主要集中机械方面问题解决方案的研究以及通过数字技术建立信息平台以及监测系统[5]，建立数字矿井，并对于矿山的状态进行监测以及实现生产自动化，是技术在机械方面以及数字平台方面的运用与改进，该阶段各个技术的应用较少。

(2) 2007—2016年，数字矿山安全管理技术运用的高速发展阶段。研究内容主要集中于解决矿山环境监测和安全管理方面的问题。在这段时期，随着数字化、信息化、云计算等先进技术的出现，数字矿山安全管理中也开始涌现具有专业性的先进技术，不再仅限于对机械方面的技术改进。例如：通过运用数字化矿山技术构建智慧矿山以及建立感知矿山体系[6-10]，提升对矿山环境、矿山灾害的监测[11-12]；通过建立数据平台，对各环节需收集的数据进行实时共享及监测，实现数据融合[13-14]；利用大数据技术促进矿山安全管理的发展[15-20]。

(3) 2016年至今，数字矿山安全管理技术运用的成熟阶段。研究内容主要集中于解决矿山人员管理方面的问题。相比第二阶段，该阶段新技术出现数量较少，但填补了前两个阶段所没有涉及的研究空白，例如出现了“无人矿山”方面的研究等[21-29]。这一时期认为，人员因素是矿山生产安全中最直接、最主要的影响因素，并且保障人员安全也是矿山安全管理中至关重要的工作[30]。因此，本阶段在“以人为本”理念的指引下开展研究工作，从全方位、多层次、多角度来实现技术完善并有效提升矿山安全管理水平。

聚类分析外文文献的关键词，得到Digital Mine(数字矿山)、Coal Mine Safety(矿山安全)、Design(设计)、Raw Data Sets(原始数据集)、Coupling Relationship(耦合关系)和DEM(数字地形模型)六大类。外文文献研究重点的演化分为二个阶段。

(1) 2005—2012年，数字矿山安全管理应用研究的基础阶段。该阶段只对“数字矿山”这一概念以及其在矿山地理信息系统的应用进行了研究[31]。数字矿山这一概念的提出最初就是被运用于地理方面，随着信息技术的逐渐成熟，对于矿山数据的更新、算法的设计以及矿山网络平台的建设也逐步发展起来[32-34]。

(2) 2012年至今，数字矿山安全管理应用研究的发展阶段。在此阶段，随着技术的进步以及对矿山安全管理重视程度的加深，信息化、数字化技术作为关键词出现并应用到相关研究中。例如：结合大数据、云计算等技术实现数据整合以及建立远程监控平台，来实现对矿山、机械等各方面状态的即时监控[35-36]；除此之外，还包括对矿山环境变化进行监控的灾难预警[37-38]、矿山安全管理的决策系统以及对矿山人员失误的分析研究等[39]。

综上，对比中外文文献的关键词时间序列可发现：首先，中文文献中对数字矿山安全管理的研究起步较早，并且研究集中程度与研究力度始终保持较高水平，基本能够实现该领域的研究与新兴技术及时结合，具有一定的前瞻性，从而为数字矿山安全管理技术的发展提供方向和充足的理论支持。中文文献中多为提出重要理论和概念，多为前瞻性研究。其次，外文文献中对于数字矿山安全管理研究的起步略晚，外文文献主要集中于结合实际案例对技术应用进行说明和模型演示，多为工程类实证研究。

4 高被引文献的研究内容演化分析

4.1 数字矿山安全管理中文高被引文献分析

对基于数字矿山的矿山安全管理相关中外文献的高被引论文进行分析，其中中文文献中被引次数高于100次的5篇高被引文献见表13。在中文文献高被引论文中，吴立新的研究成果多数具有高被引用次数，最多达到480次，其研究成果为后续研究奠定了基础，并对该研究领域的发展做出了贡献。

表13 1999—2019年国内数字矿山安全管理研究前5篇高被引文献信息Tab.13 1999—2019 Domestic digital mine safety management research Top 5 highly cited literature information table

对数字矿山的矿山安全管理的研究，吴立新[40]认为可分为三大层面：理论层面、关键技术层面以及工程层面。从理论层面，包括数字地球、数字中国概念的提出与发展及其现状，发展数字矿山的意义及重要性，分析数字矿山的特征与任务，在矿业信息数据库基础上充分利用多种技术为矿山安全、规划、设计等提供支持。从关键技术层面，数字矿山理论研究与战略实施，必须对9项关键技术进行攻关，即矿山数据仓库技术、矿山数据挖掘技术、仿真3DGM与可视化技术、矿山3D拓扑建模与分析技术、组件式矿山软件与模型、地下快速定位与自动导航技术、井下多媒体通信与无线传输技术、智能采矿机器人“班组”技术以及矿山3S、OA、CDS五位一体技术[41]，通过对这些技术的攻关，可极大提升矿山自动化程度与管理水平，提升矿山安全系数。除此之外，还有MGIS等通过增强对数据的采集和及时处理，提升重大事故的预防和提前处理能力[42]，以及统一空间框架与精确时间同步[43]。从工程层面，主要是在新兴物联网等数字化技术的基础上，分析数字矿山与自动采矿、遥控采矿、矿山物联网、感知矿山、智能采矿、智能矿山之间的联系，并且提出了煤矿安全避险六大系统建设和金属矿无人采矿技术发展等矿山安全实例[44]。

卢新明等[45]通过数字矿山的完整定义，论述了数字矿山的技术内涵，提出了安全生产监测系统与本质安全保障体系与软件系统等对矿山安全管理有重要意义的系统工具。

综上，高被引中文文献多以理论研究为主，重点探讨了结合先进技术如何搭建数字矿山安全管理的研究框架，其中大多从理论层面、关键技术层面以及工程层面提出了具有前瞻性以及建设性的概念和建议。

4.2 数字矿山安全管理外文高被引文献的分析

外文文献中前7篇高被引文献见表14。

表14 2005—2019年矿山安全研究前7篇高被引外文文献信息Tab.14 2005—2019 Foreign digital mine safety management research Top 7 highly cited literature information table

其中，Karacan等的论文被引用次数最高，共被引用了444次。值得注意的是，在外文高被引文献中很多作者所在机构都来自于中国。

高被引外文文献的主要研究有，Karacan等[46]在文章中主要论述了利用云计算与网络与对煤层及其下伏和上覆地层的含气量、操作变量、地质条件以及矿井空气中的甲烷含量加以实时自动监测，从而提升煤矿安全程度。其研究结论与成果构成了其他文献的研究基础。Wang等[47]的研究则引用了一部分Karacan等的研究内容，并进一步论述了深井煤矿与瓦斯泄露易发煤层开采的安全技术，该技术也是基于大数据进行开发和使用的，使得煤矿开采的安全性得到了一定程度的提升。Zhang等[48]认为环境监视对地下煤矿生产的安全管理至关重要，他基于Wang等的研究提出了地下煤矿综合环境监测系统，实现对煤矿的位置管理、能源管理和故障管理。Cheng等[49]则是以瓦斯爆炸起火以及煤的自燃危害煤矿安全为背景，介绍了一种旨在防止煤炭自燃和控火防火的新型材料。Yin等[50]的研究是从事故现场、工作工艺、设备和安装三个方面对煤矿瓦斯爆炸事故的不安全行为进行了分析，为矿山安全专业人员提供了进一步减少瓦斯爆炸所必需的信息。Liu等[51]则引用了上述的研究内容，通过大数据对近些年煤矿事故死亡原因进行统计，发现瓦斯爆炸是煤矿安全事故中对煤矿工作人员生命安全威胁最大的危险因素，因此对瓦斯煤挤压膨化的发展过程进行调查。通过一系列模拟实验，分析了瓦斯煤挤压发展过程中瓦斯压力和应力的变化规律，提出解决方案，为矿井预防瓦斯爆炸，提升安全性提供了理论基础。Peng等[52]则研究了一种创新的多标准决策方法(MCDM)以解决煤矿安全评估问题。由于在评估煤矿安全性的过程中存在大量不确定和模糊的信息，因此引入语言直觉模糊数(LIFN)来描述该过程所需的评估信息，建立了一种语言直观的煤矿安全评价MCDM方法，并提供了一个示例来说明该方法，通过敏感性分析和与其他现有方法的比较进一步验证了该方法的可行性和有效性。

综上，高被引外文文献中，涉及机械、环境、管理、人员四个方面的相关技术，对矿山安全管理构成了较为全面的技术覆盖，文献之间有着相互引用的密切关系。

5 总 结

数字矿山是以矿山系统为原型，以地理坐标为参考系，以矿山科学技术、信息科学、人工智能和计算科学为理论基础，以高新矿山观测和网络技术为支撑，是信息化、数字化的虚拟矿山，是用信息化与数字化的方法来研究和构建的矿山，是矿山地表面之下的人类工程活动的信息全部数字化之后由计算机网络来管理的技术系统。从数字矿山概念的提出，经过20多年的发展其范畴内的理论研究呈现出良好的发展态势，基于数字矿山的矿山安全管理研究成果也越来越丰富。

本文基于Citespace可视化软件，对近20年来的矿山安全和基于数字矿山的矿山安全管理已有文献进行了计量统计分析，主要内容包括：矿山安全和基于数字矿山的矿山安全管理的年度文献数量统计以及研究主题分析，本领域的主要研究学者和其所在的研究机构统计分析，本领域的主要关键词及其中心性分析，以及高被引论文研究内容的演化分析。

研究结果表明：文献数量呈现逐年上升的趋势，其中以数字矿山视角研究矿山安全问题约占矿山安全领域研究的20%，数字矿山在安全管理领域的相关研究一直是本领域学者们关注的重点；外文文献的作者约一半以上都来自于中国的研究机构，说明我国学者在本领域研究中做出了较大的贡献；中文文献中对数字矿山安全管理的研究起步较早，高被引中文文献多为理论方法与管理类研究，为数字矿山安全管理技术的发展提供方向和充足的理论支持，而高被引外文文献多为工科技术类研究，主要集中于结合实际案例对技术应用进行说明和模型演示，多为工程类实证研究；外文文献的作者也多来自于中国，说明我国学者同时兼顾了管理类研究和工科技术类研究，再次说明了我国学者在本领域研究中做出的贡献。国内外的现有研究集中程度与研究力度基本能够实现数字矿山安全管理领域的研究与新兴技术及时结合，具有很强的前瞻性，为数字矿山理论和方法在安全管理领域的应用和发展提供必要的理论支持和可行性方法。

未来随着全球化程度逐步加深，信息化、网络化、智能化发展速度日益加快，矿山安全管理的数字化已成为一种必然选择。当下在数字经济背景下的矿山安全研究已经不是单一学科的研究，而是融合了多方面学科知识的再整合，构建新的矿山安全管理研究框架。各方研究者和研究机构之间应加强合作，搭建矿山安全管理研究的合作网络，扩大团队规模，共同推动数字矿山安全管理研究的发展。