地下煤火造成资源浪费、环境污染，并可能加剧瓦斯与水害等复合灾害，但现有研究多聚焦 单项防灭火技术，缺少 全过程方法论 指导。Wang 等（2023）在 Sustainability 上用 CiteSpace 6.1.R6 梳理国际文献热点，并结合 复杂系统科学 归纳多场耦合研究、提出治理要素与原则。下文按「背景—计量—综述—复杂性判据—治理框架—工程启示—局限」归纳，便于与监测预警和工程实践对照原文。
原文要点
- WoS 1992–2022 共 773 篇，2011 年后进入快速增长期，主题分散但可聚类；
- 热点涵盖 煤自燃机理、探测监测、防灭火技术 与 环境影响；
- 宏观灾害为 温度、渗流、浓度、应力-应变 等多场耦合，孔隙/裂隙网络是关键通道；
- 地下煤火符合 复杂系统 特征（随机性、非线性、社会-技术耦合）；
- 提出三项治理 要素 与三项 原则，指向全过程科学管理。
1. 问题背景
1.1 为何需要方法论
地下煤火遍布中、美、印、澳等产煤国，除直接煤损外，还引发地表沉陷与裂隙、温室气体与有毒气体（CO₂、CO、SO₂、H₂S、NOx 等）排放、土壤退化，并可能 放大瓦斯与水害。工程上已有惰化气体/三相泡沫注浆、采空区封闭、「三带」划分乃至热能利用等方案，但因 成因复杂、空间隐蔽、易复燃，可推广性有限。
1.2 研究空白
技术文献丰富，方法论层面 构建防治体系的科学指导相对不足。作者借鉴复杂系统范式（已在环境治理、城市复合灾害管理等场景应用），用于地下煤火 全过程治理。
2. 文献计量（CiteSpace 6.1.R6）
数据来源：Web of Science；检索词 “underground coal fire”、“coalfield fire”；时段 1992–2022。
2.1 发文趋势
| 阶段 | 时段 | 篇数 | 说明 | |------|------|------|------| | 初期 | ≤2010 | 128 | 全球煤火、探测与抑火等奠基性综述 | | 快速增长 | 2011–2022 | 645 | 约为初期 5 倍；中国综述与工程需求推动 |
年均约 26 篇；2011 年后增速与大规模开采及环境议题上升同步。
2.2 研究主体
- 高产作者（英文语料）：邓军（西安科技大学）、Hower James C.（肯塔基大学）、王德明、周福宝、Liang Handong 等；前十作者中 中国学者约占 80%。
- 机构：中国矿业大学 147 篇居首，矿大（北京）、印度 IIT 等紧随其后；矿大、中科院与肯塔基大学合作密切。
2.3 主题与关键词
关键词共现网络密度 0.0177，主题 较分散。聚类主要包括：
- 煤 燃烧动力学 与热力学；
- 环境与健康 影响；
- 探测、监测、防灭火（近年新兴热点在部分关键词窗口中体现不足）。
结论： 工程与机理研究充分，复杂系统治理理论 仍显薄弱。
3. 文献综述：微观到宏观
3.1 微观燃烧特性
热分析（TGA/DSC 等）与物相/结构表征揭示煤-氧反应 分阶段 动力学、放热、质量与微结构变化及产物演化——煤种与阶段差异显著，解释 自主蓄热升温 至自燃的化学本质。
3.2 宏观多场耦合
地下煤火是 多场耦合下的热力学灾害：
| 场 | 作用 | |----|------| | 温度场 | 加速氧化；形成梯度并改变气体流动 | | 渗流/风流 | 供氧；风量、风速、通风方式重塑火区 | | 浓度场 | CO₂、CO 等反馈反应与扩散 | | 应力-应变 | 高温致岩层变形，改变孔隙连通 |
采空区与上覆岩层 孔隙/裂隙网络 是 O₂ 与热质传递主通道，也是有毒气体 上涌地表 的路径。中南大学 Wang 团队等近年对开采与燃烧扰动下 孔隙率分布 开展理论、试验与数值研究，为多场耦合与防灭火提供几何基础。
3.3 未解难题
变量多、非线性强，完全 predictive 的演化规律 仍难建立——这正是引入复杂系统治理视角的动机。
4. 复杂性判据与系统特征
按复杂问题公认标准，地下煤火具有：
- 随机性 — 火源不确定、灾损难估；
- 非线性 — 孔隙率、温度、组分、风流之间难以线性映射（如达西渗流叠加热效应后更非线性）；
- 社会-技术属性 — 人员、社区、制度与技术措施贯穿治理全过程。
四类典型复杂性：
| 特征 | 含义 | |------|------| | 成因复合性 | 嵌套因果链（如风流↔传热↔温度↔风流双向耦合） | | 过程动态性 | 传热、流动、变形、氧化随时间慢变或剧变 | | 演化非线性 | 多场耦合易走向混沌 | | 结果不可预测性 | 裂隙扩展、非均质性与人为管理使结局难预报 |
5. 治理要素与原则
在 复杂系统研究范式 下，作者提出：
5.1 三项要素
- 复杂网络关系 — 各物理场与管理子系统为节点，耦合与管理流程为边；关键节点失效将冲击整体网络。
- 时空动态演化 — 因素在时空上叠加、反馈，超阈后呈 螺旋式 升级；治理须跟踪时空闭环。
- 系统整体性 — 兼顾 纵向（还原分解）与 横向（整体关联）；自上而下调控与自下而上自组织相结合。
5.2 三项原则
- 重网络关系，轻孤立节点 — 保持治理网络协同与平衡。
- 螺旋循环治理 — 以循环式监测-干预-评估-修订应对长周期与复燃。
- 微观研究与宏观治理统一 — 微观机理支撑宏观决策；宏观体系约束并支撑微观措施，避免纯还原论或「技术孤岛」。
6. 工程启示
- 将地下煤火视为 开放、多场、社会-技术复杂系统，而非单参数「火点」问题。
- 文献计量表明：技术深度足、方法论偏薄——监测/ML 工具应嵌入 治理网络 而非单点部署。
- 孔隙/裂隙拓扑 是连接数值模型与现场封堵优先级的共性变量。
- 采用 螺旋式全过程管理（探测→处置→验证→迭代），优于一次性灭火。
- 微观动力学（试验热分析、自由基、孔隙）与 宏观分区（三带、注浆、地表裂隙）应同屏设计。
- 模型高分或单传感器报警不能替代 网络级冗余与人工确认。
7. 局限
- 计量范围：仅英文 WoS，中文国内文献覆盖不足。
- 框架性质：要素/原则偏定性，可量化 KPI 与案例验证留待后续。
- 非试验/非 ML 文：无新数据集，价值在综述与治理框架。
- 现场差异 仍大：原则需结合矿井地质、开采方式与法规落地。
参考文献
Wang, S.; Guo, S.; Yang, Y. Complexity Study on Multi-Field Coupling Systems for Underground Coal Fires. Sustainability 2023, 15(17), 12918.