尾礦壩是一種用于存儲(chǔ)采礦過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢物的工程結(jié)構(gòu)，作為一種高勢(shì)能的危險(xiǎn)源，尾礦壩潰壩將直接影響周邊環(huán)境安全及下游居民生命財(cái)產(chǎn)安全。例如2008年，山西省新塔礦業(yè)有限公司尾礦庫(kù)發(fā)生潰壩事故，巨大的泥石流沖毀下游部分村莊，造成276人死亡，33人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失9619萬(wàn)元。2009年8月29日，俄羅斯的Karamken尾礦庫(kù)遭遇了強(qiáng)降雨，導(dǎo)致了潰壩事故，這場(chǎng)災(zāi)難使得120m的泥沙傾瀉到下游，破壞了11座房屋，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)破壞。2019年，巴西淡水河谷礦業(yè)公司Feijo尾礦庫(kù)發(fā)生潰壩事故，超過(guò)200人在此次事故中死亡或失蹤。尾礦壩事故的誘因、孕育和發(fā)展具有較高的不確定性，導(dǎo)致對(duì)于演化過(guò)程和因素作用機(jī)制的判斷、預(yù)測(cè)變得相當(dāng)困難。因此，如何有效評(píng)估和預(yù)防尾礦壩事故風(fēng)險(xiǎn)，是當(dāng)前工程界和學(xué)術(shù)界面臨的一個(gè)重要而緊迫的問(wèn)題。

^{尾礦壩是用于儲(chǔ)存采礦固體廢物的工程結(jié)構(gòu)，但其具有高勢(shì)能，一旦發(fā)生潰壩，會(huì)對(duì)周邊環(huán)境安全和下游居民的生命財(cái)產(chǎn)造成直接且嚴(yán)重的威脅。尾礦壩事故的誘發(fā)、發(fā)展充滿不確定性，受設(shè)備、人員、組織和環(huán)境等多因素影響，這些因素相互作用形成復(fù)雜關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，使得判斷和預(yù)測(cè)其演化過(guò)程及因素作用機(jī)制極為困難。業(yè)內(nèi)學(xué)者提出了物理模型法、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)法、評(píng)價(jià)模型法等分析評(píng)估尾礦壩事故風(fēng)險(xiǎn)，但這些方法常局限于處理確定性因果邏輯關(guān)系，忽視了人為和組織等不確定性因素。}

^{國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（編號(hào)：51974223）；陜西省杰出青年基金項(xiàng)目（編號(hào)：2020JC-44）；陜西省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（編號(hào)：2022JM-274）；陜西省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（編號(hào)：2023-CX-TD-12）資助下，西安建筑科技大學(xué)郭梨團(tuán)隊(duì)以尾礦壩風(fēng)險(xiǎn)事故為研究對(duì)象，提出了一種基于混合因果邏輯的尾礦壩事故知識(shí)圖譜構(gòu)建與應(yīng)用方法。}

^{該方法首先設(shè)計(jì)了尾礦壩事故風(fēng)險(xiǎn)分析的混合因果邏輯模型框架，針對(duì)尾礦壩自身風(fēng)險(xiǎn)，識(shí)別確定性因果邏輯關(guān)系；針對(duì)人為組織失誤，識(shí)別非確定性的因果關(guān)系。在此模型中，事件序列圖位于最頂層，用于風(fēng)險(xiǎn)邏輯演化和計(jì)算事故發(fā)生概率；中間層為故障樹(shù)，探究關(guān)鍵事件發(fā)生的原因；貝葉斯網(wǎng)絡(luò)位于最底層，分析具有變化性且相互關(guān)聯(lián)的事件或因子的影響，評(píng)估人為和組織失效的概率。然后根據(jù)所得到的節(jié)點(diǎn)及其之間的邏輯關(guān)系，采用Python+Neo4j的方法轉(zhuǎn)化為基于混合因果邏輯的尾礦壩事故知識(shí)圖譜。研究結(jié)果表明：該方法能夠綜合考慮尾礦壩事故風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜性和不確定性，從多個(gè)角度以圖形化的方式描述事故的演化機(jī)理，為尾礦壩風(fēng)險(xiǎn)管理提供了一種新的思路和手段。}

^{知識(shí)圖譜的構(gòu)建可以分為自上而下的模式層構(gòu)建和自下而上的數(shù)據(jù)層構(gòu)建2種方式。數(shù)據(jù)層作為橋梁，連接分布式數(shù)據(jù)和知識(shí)圖譜，存儲(chǔ)在圖形數(shù)據(jù)庫(kù)中，并以實(shí)體關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的形式輸出。這些數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為“實(shí)體—關(guān)系—實(shí)體”或“實(shí)體—屬性—屬性值”的三元組，最后用于構(gòu)建知識(shí)圖譜。模式層是知識(shí)圖譜的概念模型和邏輯基礎(chǔ)，而且是解決和處理非結(jié)構(gòu)化或松散結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)問(wèn)題的一種方法，在知識(shí)圖譜構(gòu)建的整個(gè)生命周期中，模式層的構(gòu)建過(guò)程實(shí)際上就是創(chuàng)建本體的過(guò)程。}

^{本項(xiàng)研究使用模式層構(gòu)建方法，利用HCL對(duì)尾礦壩事故風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，確定導(dǎo)致尾礦壩事故發(fā)生的因素及其邏輯關(guān)系，其中通過(guò)ESD描述尾礦壩事故從初始事件到最終結(jié)果的演化過(guò)程，F(xiàn)TA用于分析和評(píng)估事件的潛在原因，而B(niǎo)BN用于表示事件之間的不確定性關(guān)系，以此作為模式層構(gòu)建的關(guān)鍵因素?；诖岁P(guān)鍵因素，根據(jù)尾礦壩事故知識(shí)進(jìn)行實(shí)體劃分，結(jié)合事故致因鏈路，采用Python+Neo4j的方法將HCL模型所得到的節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)化為尾礦壩事故知識(shí)圖譜，利用構(gòu)建的知識(shí)圖譜實(shí)現(xiàn)尾礦壩事故診斷、風(fēng)險(xiǎn)管理和決策支持等功能。}

HCL 模型框架

知識(shí)圖譜構(gòu)建流程

為了驗(yàn)證本研究提出的基于混合因果邏輯的尾礦壩事故知識(shí)圖譜的有效性和可行性，在分析尾礦壩事故的基礎(chǔ)上，以降雨導(dǎo)致的尾礦壩事故為例，依據(jù)HCL進(jìn)行定性和定量的分析和推理，將分析結(jié)果利用Python導(dǎo)入Neo4j圖數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行儲(chǔ)存與表示，最后得到尾礦壩事故知識(shí)圖譜。

尾礦壩事故知識(shí)圖譜

圖譜共包含59個(gè)節(jié)點(diǎn)和66個(gè)關(guān)系。通過(guò)ESD分析確定的藍(lán)色節(jié)點(diǎn)代表了由降雨引發(fā)的尾礦壩事故的致因鏈路，每個(gè)關(guān)系都反映了尾礦壩的安全狀況。降雨條件下，尾礦壩發(fā)生事故的可能性增加，排洪設(shè)施失效或無(wú)法滿足要求是主要危險(xiǎn)因素之一。連續(xù)降雨可能導(dǎo)致排洪設(shè)施堵塞或超負(fù)荷工作，引發(fā)尾礦壩內(nèi)水位上升，甚至潰壩。此外，管理人員的資質(zhì)與經(jīng)驗(yàn)、應(yīng)急處理能力也會(huì)影響尾礦壩安全。紅色節(jié)點(diǎn)代表了因洪水導(dǎo)致的尾礦壩潰壩事故，如果尾礦壩的危險(xiǎn)狀況沒(méi)有得到及時(shí)的糾正，可能會(huì)導(dǎo)致潰壩事故，造成重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)BBN確定的綠色節(jié)點(diǎn)代表了影響尾礦壩的人為因素。尾礦壩事故發(fā)生時(shí)，知識(shí)圖譜可用于分析受影響個(gè)體的來(lái)源等信息。黃色、橙色和紫色節(jié)點(diǎn)通過(guò)FTA確定，主要與管理不善和設(shè)計(jì)要求不當(dāng)有關(guān)。企業(yè)應(yīng)制定詳細(xì)地工作計(jì)劃，統(tǒng)籌規(guī)劃并執(zhí)行尾礦設(shè)施系統(tǒng)各個(gè)單元的運(yùn)營(yíng)管理，如果發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)，應(yīng)及時(shí)并正確地處理。

尾礦壩事故知識(shí)圖譜不僅是一個(gè)工具，更是一個(gè)綜合性的信息平臺(tái)，通過(guò)直觀的可視化界面，管理者可以實(shí)時(shí)監(jiān)控尾礦壩的運(yùn)行狀態(tài)，并掌握尾礦壩安全狀態(tài)的變化趨勢(shì)。知識(shí)圖譜能夠識(shí)別出潛在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，從而采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。例如，通過(guò)事故路徑檢索，管理者可以預(yù)測(cè)事故可能的演變路徑，加強(qiáng)對(duì)排洪涵洞、溢洪道等關(guān)鍵構(gòu)筑物的安全檢查和維護(hù)。一旦事故發(fā)生，知識(shí)圖譜能夠迅速提供事故可能的演變、潛在受影響的人群等信息，為緊急響應(yīng)提供決策支持，同時(shí)可以深入了解事故的根本原因，從而加強(qiáng)尾礦壩的安全管理。

尾礦壩事故路徑檢索界面

“構(gòu)筑物垮塌”事故演化路徑

應(yīng)急處理能力及受影響人群

本項(xiàng)研究觀點(diǎn)如下：

（1）HCL方法是一種能夠處理不確定性和復(fù)雜性的邏輯推理方法，它綜合了ESD、FTA和BBN 3種模型，可以對(duì)尾礦壩事故進(jìn)行多角度的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。該方法通過(guò)對(duì)尾礦壩事故風(fēng)險(xiǎn)的定性和定量的推理和分析，得到尾礦壩事故致因鏈路，為尾礦壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和精準(zhǔn)控制提供了一種有效工具。

（2）基于混合因果邏輯的尾礦壩事故知識(shí)圖譜是一種能夠?qū)⑽驳V壩事故的原因、影響、后果等信息以圖形化的方式展示出來(lái)的知識(shí)表示方法，它以ESD分析中尾礦壩事故的邏輯關(guān)系和事故致因鏈路作為知識(shí)圖譜的節(jié)點(diǎn)和邊，便于人們對(duì)尾礦壩事故進(jìn)行全面和深入的理解。通過(guò)對(duì)尾礦壩事故原因的分析，驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性。

（3）本研究提出的基于混合因果邏輯的尾礦壩事故知識(shí)圖譜為尾礦壩事故的預(yù)防和管理提供了一種新的思路和工具，也為其他工程領(lǐng)域的知識(shí)圖譜構(gòu)建提供了參考。未來(lái)可將基于混合因果邏輯的尾礦壩事故知識(shí)圖譜與機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)分析等結(jié)合，進(jìn)一步提升其在尾礦壩事故管理中的適用性。

成果來(lái)源

驗(yàn)室主任。《金屬礦山》青年專(zhuān)家學(xué)術(shù)委員，《地質(zhì)與勘探》、《成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）》青年編委，成都理工大學(xué)首屆優(yōu)秀研究生導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)成員，“自然資源部西藏主要成礦帶大型-特大型礦床勘查評(píng)價(jià)和研究科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”和“自然資源部高層次科技創(chuàng)新人才工程科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”骨干成員，主要從事青藏高原及周緣銅多金屬礦床的研究與找礦勘查工作，先后參與多個(gè)大型-超大型礦床的勘查評(píng)價(jià)，主持國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專(zhuān)題、四川省自然科學(xué)基金及各類(lèi)橫向項(xiàng)目10余項(xiàng)，發(fā)表文章70余篇，主編專(zhuān)著2部，參編教材2部

郭梨，高元，吳昊，等.基于混合因果邏輯的尾礦壩事故知識(shí)圖譜構(gòu)建與應(yīng)用[J].金屬礦山，2025（1）：233-242.

作者簡(jiǎn)介

驗(yàn)室主任。《金屬礦山》青年專(zhuān)家學(xué)術(shù)委員，《地質(zhì)與勘探》、《成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）》青年編委，成都理工大學(xué)首屆優(yōu)秀研究生導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)成員，“自然資源部西藏主要成礦帶大型-特大型礦床勘查評(píng)價(jià)和研究科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”和“自然資源部高層次科技創(chuàng)新人才工程科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”骨干成員，主要從事青藏高原及周緣銅多金屬礦床的研究與找礦勘查工作，先后參與多個(gè)大型-超大型礦床的勘查評(píng)價(jià)，主持國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專(zhuān)題、四川省自然科學(xué)基金及各類(lèi)橫向項(xiàng)目10余項(xiàng)，發(fā)表文章70余篇，主編專(zhuān)著2部，參編教材2部

郭 梨

西安建筑科技大學(xué)講師、管理學(xué)博士、碩士研究生導(dǎo)師。主要從事資源大數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用、礦山智能科學(xué)與工程、安全監(jiān)測(cè)與監(jiān)控等方面的教學(xué)與科研工作。先后主持/參與國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、陜西省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、教育廳專(zhuān)項(xiàng)基金等多項(xiàng)縱橫向課題，榮獲陜西省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)、第二界全國(guó)安全科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、陜西高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)及其他科研教學(xué)獎(jiǎng)勵(lì)6項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇。

《金屬礦山》簡(jiǎn)介

《金屬礦山》由中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國(guó)金屬學(xué)會(huì)主辦，主編為中國(guó)工程院王運(yùn)敏院士，現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊（中國(guó)科技核心期刊）、中國(guó)精品科技期刊（F5000頂尖學(xué)術(shù)論文來(lái)源期刊）、中國(guó)百?gòu)?qiáng)報(bào)刊、RCCSE中國(guó)核心學(xué)術(shù)期刊（A）、中國(guó)期刊方陣雙百期刊、國(guó)家百種重點(diǎn)期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊，被美國(guó)化學(xué)文摘（CA）、美國(guó)劍橋科學(xué)文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（JST）等世界著名數(shù)據(jù)庫(kù)收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機(jī)電與自動(dòng)化、安全環(huán)保、礦山測(cè)量、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域具有重大學(xué)術(shù)價(jià)值或工程推廣價(jià)值的研究成果，優(yōu)先報(bào)道受到國(guó)家重大科研項(xiàng)目資助的高水平研究成果。根據(jù)科技部中國(guó)科技信息研究所發(fā)布的《2024中國(guó)科技期刊引證報(bào)告（核心版）》，《金屬礦山》核心總被引頻次位列26種礦業(yè)工程技術(shù)學(xué)科核心期刊第1位；根據(jù)中國(guó)知網(wǎng)發(fā)布的《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊影響因子年報(bào)》（2024版），《金屬礦山》學(xué)科影響力位居73種礦業(yè)期刊第9位。

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