郭梨博士：混合因果逻辑视角下的尾矿坝事故知识图谱构建
尾矿坝是一种用于存储采矿过程中产生的固体废物的工程结构，作为一种高势能的危险源，尾矿坝溃坝将直接影响周边环境安全及下游居民生命财产安全。例如2008年，山西省新塔矿业有限公司尾矿库发生溃坝事故，巨大的泥石流冲毁下游部分村庄，造成276人死亡，33人受伤，直接经济损失9619万元。2009年8月29日，俄罗斯的Karamken尾矿库遭遇了强降雨，导致了溃坝事故，这场灾难使得120m的泥沙倾泻到下游，破坏了11座房屋，带来了巨大的经济损失和生态破坏。2019年，巴西淡水河谷矿业公司Feijo尾矿库发生溃坝事故，超过200人在此次事故中死亡或失踪。尾矿坝事故的诱因、孕育和发展具有较高的不确定性，导致对于演化过程和因素作用机制的判断、预测变得相当困难。因此，如何有效评估和预防尾矿坝事故风险，是当前工程界和学术界面临的一个重要而紧迫的问题。
尾矿坝是用于储存采矿固体废物的工程结构，但其具有高势能，一旦发生溃坝，会对周边环境安全和下游居民的生命财产造成直接且严重的威胁。尾矿坝事故的诱发、发展充满不确定性，受设备、人员、组织和环境等多因素影响，这些因素相互作用形成复杂关系网络，使得判断和预测其演化过程及因素作用机制极为困难。业内学者提出了物理模型法、实验室试验法、评价模型法等分析评估尾矿坝事故风险，但这些方法常局限于处理确定性因果逻辑关系，忽视了人为和组织等不确定性因素。
国家自然科学基金面上项目（编号：51974223）；陕西省杰出青年基金项目（编号：2020JC-44）；陕西省自然科学基金面上项目（编号：2022JM-274）；陕西省重点科技创新团队项目（编号：2023-CX-TD-12）资助下，西安建筑科技大学郭梨团队以尾矿坝风险事故为研究对象，提出了一种基于混合因果逻辑的尾矿坝事故知识图谱构建与应用方法。
该方法首先设计了尾矿坝事故风险分析的混合因果逻辑模型框架，针对尾矿坝自身风险，识别确定性因果逻辑关系；针对人为组织失误，识别非确定性的因果关系。在此模型中，事件序列图位于最顶层，用于风险逻辑演化和计算事故发生概率；中间层为故障树，探究关键事件发生的原因；贝叶斯网络位于最底层，分析具有变化性且相互关联的事件或因子的影响，评估人为和组织失效的概率。然后根据所得到的节点及其之间的逻辑关系，采用Python+Neo4j的方法转化为基于混合因果逻辑的尾矿坝事故知识图谱。研究结果表明：该方法能够综合考虑尾矿坝事故风险的复杂性和不确定性，从多个角度以图形化的方式描述事故的演化机理，为尾矿坝风险管理提供了一种新的思路和手段。
知识图谱的构建可以分为自上而下的模式层构建和自下而上的数据层构建2种方式。数据层作为桥梁，连接分布式数据和知识图谱，存储在图形数据库中，并以实体关系网络的形式输出。这些数据被转换为“实体—关系—实体”或“实体—属性—属性值”的三元组，最后用于构建知识图谱。模式层是知识图谱的概念模型和逻辑基础，而且是解决和处理非结构化或松散结构化数据问题的一种方法，在知识图谱构建的整个生命周期中，模式层的构建过程实际上就是创建本体的过程。
本项研究使用模式层构建方法，利用HCL对尾矿坝事故风险进行分析，确定导致尾矿坝事故发生的因素及其逻辑关系，其中通过ESD描述尾矿坝事故从初始事件到最终结果的演化过程，FTA用于分析和评估事件的潜在原因，而BBN用于表示事件之间的不确定性关系，以此作为模式层构建的关键因素。基于此关键因素，根据尾矿坝事故知识进行实体划分，结合事故致因链路，采用Python+Neo4j的方法将HCL模型所得到的节点与节点逻辑关系转化为尾矿坝事故知识图谱，利用构建的知识图谱实现尾矿坝事故诊断、风险管理和决策支持等功能。
HCL 模型框架
知识图谱构建流程
为了验证本研究提出的基于混合因果逻辑的尾矿坝事故知识图谱的有效性和可行性，在分析尾矿坝事故的基础上，以降雨导致的尾矿坝事故为例，依据HCL进行定性和定量的分析和推理，将分析结果利用Python导入Neo4j图数据库中进行储存与表示，最后得到尾矿坝事故知识图谱。
尾矿坝事故知识图谱
图谱共包含59个节点和66个关系。通过ESD分析确定的蓝色节点代表了由降雨引发的尾矿坝事故的致因链路，每个关系都反映了尾矿坝的安全状况。降雨条件下，尾矿坝发生事故的可能性增加，排洪设施失效或无法满足要求是主要危险因素之一。连续降雨可能导致排洪设施堵塞或超负荷工作，引发尾矿坝内水位上升，甚至溃坝。此外，管理人员的资质与经验、应急处理能力也会影响尾矿坝安全。红色节点代表了因洪水导致的尾矿坝溃坝事故，如果尾矿坝的危险状况没有得到及时的纠正，可能会导致溃坝事故，造成重大的人员伤亡和经济损失。通过BBN确定的绿色节点代表了影响尾矿坝的人为因素。尾矿坝事故发生时，知识图谱可用于分析受影响个体的来源等信息。黄色、橙色和紫色节点通过FTA确定，主要与管理不善和设计要求不当有关。企业应制定详细地工作计划，统筹规划并执行尾矿设施系统各个单元的运营管理，如果发现潜在的危险，应及时并正确地处理。
尾矿坝事故知识图谱不仅是一个工具，更是一个综合性的信息平台，通过直观的可视化界面，管理者可以实时监控尾矿坝的运行状态，并掌握尾矿坝安全状态的变化趋势。知识图谱能够识别出潜在的风险点，从而采取适当的预防措施。例如，通过事故路径检索，管理者可以预测事故可能的演变路径，加强对排洪涵洞、溢洪道等关键构筑物的安全检查和维护。一旦事故发生，知识图谱能够迅速提供事故可能的演变、潜在受影响的人群等信息，为紧急响应提供决策支持，同时可以深入了解事故的根本原因，从而加强尾矿坝的安全管理。
尾矿坝事故路径检索界面
“构筑物垮塌”事故演化路径
应急处理能力及受影响人群
本项研究观点如下：
（1）HCL方法是一种能够处理不确定性和复杂性的逻辑推理方法，它综合了ESD、FTA和BBN 3种模型，可以对尾矿坝事故进行多角度的动态风险评估。该方法通过对尾矿坝事故风险的定性和定量的推理和分析，得到尾矿坝事故致因链路，为尾矿坝风险评估和精准控制提供了一种有效工具。
（2）基于混合因果逻辑的尾矿坝事故知识图谱是一种能够将尾矿坝事故的原因、影响、后果等信息以图形化的方式展示出来的知识表示方法，它以ESD分析中尾矿坝事故的逻辑关系和事故致因链路作为知识图谱的节点和边，便于人们对尾矿坝事故进行全面和深入的理解。通过对尾矿坝事故原因的分析，验证了该方法的可行性和有效性。
（3）本研究提出的基于混合因果逻辑的尾矿坝事故知识图谱为尾矿坝事故的预防和管理提供了一种新的思路和工具，也为其他工程领域的知识图谱构建提供了参考。未来可将基于混合因果逻辑的尾矿坝事故知识图谱与机器学习、大数据分析等结合，进一步提升其在尾矿坝事故管理中的适用性。
成果来源
验室主任。《金属矿山》青年专家学术委员，《地质与勘探》、《成都理工大学学报（自然科学版）》青年编委，成都理工大学首届优秀研究生导师团队成员，“自然资源部西藏主要成矿带大型-特大型矿床勘查评价和研究科技创新团队”和“自然资源部高层次科技创新人才工程科技创新团队”骨干成员，主要从事青藏高原及周缘铜多金属矿床的研究与找矿勘查工作，先后参与多个大型-超大型矿床的勘查评价，主持国家自然科学基金、国家重点研发计划专题、四川省自然科学基金及各类横向项目10余项，发表文章70余篇，主编专著2部，参编教材2部
郭梨，高元，吴昊，等.基于混合因果逻辑的尾矿坝事故知识图谱构建与应用[J].金属矿山，2025（1）：233-242.
作者简介
验室主任。《金属矿山》青年专家学术委员，《地质与勘探》、《成都理工大学学报（自然科学版）》青年编委，成都理工大学首届优秀研究生导师团队成员，“自然资源部西藏主要成矿带大型-特大型矿床勘查评价和研究科技创新团队”和“自然资源部高层次科技创新人才工程科技创新团队”骨干成员，主要从事青藏高原及周缘铜多金属矿床的研究与找矿勘查工作，先后参与多个大型-超大型矿床的勘查评价，主持国家自然科学基金、国家重点研发计划专题、四川省自然科学基金及各类横向项目10余项，发表文章70余篇，主编专著2部，参编教材2部
郭 梨
西安建筑科技大学讲师、管理学博士、硕士研究生导师。主要从事资源大数据管理与应用、矿山智能科学与工程、安全监测与监控等方面的教学与科研工作。先后主持/参与国家自然科学基金面上项目、陕西省自然科学基金面上项目、教育厅专项基金等多项纵横向课题，荣获陕西省科学技术进步奖三等奖、第二界全国安全科技进步奖一等奖、陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖二等奖及其他科研教学奖励6项，发表学术论文20余篇。
《金属矿山》简介
《金属矿山》由中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司和中国金属学会主办，主编为中国工程院王运敏院士，现为北大中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊（中国科技核心期刊）、中国精品科技期刊（F5000顶尖学术论文来源期刊）、中国百强报刊、RCCSE中国核心学术期刊（A）、中国期刊方阵双百期刊、国家百种重点期刊、华东地区优秀期刊，被美国化学文摘（CA）、美国剑桥科学文摘（CSA）、波兰哥白尼索引（IC）、日本科学技术振兴机构数据库（JST）等世界著名数据库收录。主要刊登金属矿山采矿、矿物加工、机电与自动化、安全环保、矿山测量、地质勘探等领域具有重大学术价值或工程推广价值的研究成果，优先报道受到国家重大科研项目资助的高水平研究成果。根据科技部中国科技信息研究所发布的《2024中国科技期刊引证报告（核心版）》，《金属矿山》核心总被引频次位列26种矿业工程技术学科核心期刊第1位；根据中国知网发布的《中国学术期刊影响因子年报》（2024版），《金属矿山》学科影响力位居73种矿业期刊第9位。
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