張培森，李復(fù)興，朱慧聰，牛 輝，李曉禾

(山東科技大學(xué) a.礦山災(zāi)害預(yù)防控制國家重點實驗室培育基地；b.礦業(yè)工程國家級實驗教學(xué)示范中心，山東 青島 266590)

目前，我國仍處于工業(yè)化快速發(fā)展階段，在復(fù)雜的國際環(huán)境下，煤炭在我國能源安全穩(wěn)定供應(yīng)中起到了兜底保障作用。安全生產(chǎn)是煤炭產(chǎn)量穩(wěn)定供應(yīng)的前提，是我國經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求。安全統(tǒng)計工作是煤礦安全管理的基礎(chǔ)，加強(qiáng)煤礦事故的統(tǒng)計有利于把握事故發(fā)生規(guī)律，指導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)[1]。針對我國煤礦安全形勢及煤礦事故的統(tǒng)計規(guī)律和防范對策，國內(nèi)眾多學(xué)者均有研究。張洋杰[2]結(jié)合時政對煤礦安全形勢進(jìn)行了分析，認(rèn)為煤炭行業(yè)進(jìn)入了成熟期，煤礦生產(chǎn)形勢穩(wěn)定向好；劉琦[3]、房耀洲[4]、牛超[5]、鄧奇根[6]、劉亮[7]、諸利一[8]等分別從不同的角度和層面對2020年以前不同年度的煤礦事故進(jìn)行了統(tǒng)計分析，揭示了我國煤礦事故的部分規(guī)律，為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)提供了幫助，但煤礦事故統(tǒng)計分析具有一定的時效性，需要及時更新、跟進(jìn)。

因此，筆者通過統(tǒng)計分析煤礦安全網(wǎng)[9]、國家煤礦安全監(jiān)察局[10]公布的2008—2020年煤礦事故數(shù)據(jù)，總結(jié)事故發(fā)生規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而探討事故防范對策。

1 近13年我國能源政策和煤礦事故概況

2008—2020年13年間，我國能源政策從“十一五”期間堅持煤為基礎(chǔ)的能源供應(yīng)體系，建設(shè)大型煤炭基地，加強(qiáng)煤礦瓦斯綜合治理[11]；到“十二五”期間推進(jìn)能源消費革命，嚴(yán)格總量控制和開采準(zhǔn)入，支持礦山技術(shù)和工藝改造[12]；再到“十三五”期間調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，發(fā)展安全高效煤礦，加快、推進(jìn)煤炭基地建設(shè)[13]。我國能源政策雖在不斷適時調(diào)整，但始終表明煤炭在我國能源供應(yīng)體系中占有重要地位，煤礦安全生產(chǎn)受到高度重視，持續(xù)推進(jìn)煤炭基地建設(shè)，不斷兼并重組中小煤礦，淘汰安全不達(dá)標(biāo)的煤礦。

我國煤礦(未統(tǒng)計港澳臺，下同)近13年內(nèi)發(fā)生事故1 085起，其中出現(xiàn)人員死亡的事故達(dá)926起，死亡4 493人[9-10]。近13年煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)的變化情況如圖1所示。

圖1 近13年煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)

由圖1可知，煤礦事故起數(shù)變化明顯，“十一五”后期主要呈上升趨勢，“十二五”期間主要呈下降趨勢，“十三五”期間基本呈上升趨勢。煤礦死亡人數(shù)整體表現(xiàn)為波浪式下降，2020年較2008年同比下降77.78%。我國煤礦安全生產(chǎn)形勢整體持續(xù)向好。

2 煤礦事故發(fā)生時間分析

2.1 煤礦事故發(fā)生月份分析

各月份的煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)如圖2所示。

圖2 各月份的煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)

由圖2可知，每年的7、8月份和10月份事故多發(fā)，1、2月份事故較少；9、11月份死亡人數(shù)最多，1、2月份死亡人數(shù)最少。事故起數(shù)和死亡人數(shù)均表現(xiàn)出了明顯的季節(jié)性差異。冬季事故起數(shù)和死亡人數(shù)最少，夏季事故起數(shù)和死亡人數(shù)最多。分析其原因是：冬季的生產(chǎn)天數(shù)較少，春節(jié)期間煤礦的安全管理較為嚴(yán)格；夏季天氣濕熱、蚊蟲多，影響職工休息，員工易出現(xiàn)浮躁、困倦，安全意識有所松懈[4]。

2.2 煤礦事故發(fā)生時段分析

各時段的煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)如圖3所示。

圖3 各時段的煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)

由圖3可知，全天24個時段中9:00—9:59、11:00—11:59、12:00—12:59、16:00—16:59、19:00—19:59時段事故高發(fā)；1:00—1:59、2:00—2:59、7:00—7:59、11:00—11:59時段死亡人數(shù)較多；事故起數(shù)和死亡人數(shù)在時段上的分布并不均勻，事故高發(fā)時段和死亡人數(shù)較多的時段并未一一對應(yīng)。分析認(rèn)為：

1)考慮到人體的作息規(guī)律，在夜晚工作時員工容易困倦，易發(fā)生安全事故。

2)我國積極推進(jìn)高產(chǎn)高效礦井建設(shè)，提倡“一區(qū)一面”，臨近交接班時人員的運輸量增加，運輸事故的發(fā)生概率會高于其他時段。

3)采煤工作面的采煤機(jī)和液壓支架連續(xù)工作多班后發(fā)生故障的概率會有所增加，因而檢修班之前的采煤班更易發(fā)生機(jī)電事故。

4)受工作制度影響，機(jī)電、運輸事故的起數(shù)變化與時間有一定關(guān)系，而火災(zāi)、瓦斯、頂板事故受時段變化的影響較弱且死亡人數(shù)較多，因而事故高發(fā)時段與死亡人數(shù)較多的時段未完全對應(yīng)。

3 煤礦事故等級和類型分析

3.1 煤礦事故等級分析

依據(jù)我國《煤礦生產(chǎn)安全事故報告和調(diào)查處理規(guī)定》[14],以死亡人數(shù)為依據(jù)將煤礦事故分為4個等級：一般事故(3人以下)、較大事故(3人以上10人以下)、重大事故(10人以上30人以下)、特別重大事故(30人以上)。近13年發(fā)生的煤礦事故中，一般事故有662起，起數(shù)最多，占比為60.01%；較大事故有316起，占比為29.12%；重大事故有90起，占比為8.29%；特別重大事故有17起，占比為1.57%。各級事故中較大事故死亡人數(shù)最多為1 510人，占比為33.61%；其次為重大事故死亡1 394人，占比為31.03%。

近13年各等級煤礦事故起數(shù)如圖4所示。

圖4 近13年各等級煤礦事故起數(shù)變化

由圖4可以看出，特別重大事故和重大事故數(shù)量整體呈下降趨勢變化，近幾年也時有發(fā)生；較大事故頻發(fā)，從2016年開始略有增加趨勢；一般事故自2016年后有明顯的上升趨勢，2020年較2016年同比增長33.68%。

分析認(rèn)為：特別重大事故和重大事故數(shù)量的減少與我國積極的能源政策(持續(xù)推進(jìn)大型煤炭基地建設(shè)、中小煤礦的改造重組、支持礦山企業(yè)技術(shù)和工藝改造)[2]、礦井機(jī)械化和現(xiàn)代化建設(shè)、煤礦安全管理水平的提高、安全規(guī)程規(guī)范和行業(yè)法規(guī)的完善與執(zhí)行有關(guān)；歷年來，一般事故和較大事故頻發(fā)與我國煤炭產(chǎn)量高、煤礦數(shù)量基數(shù)大、中小型煤礦多有關(guān)。

3.2 煤礦事故類型分析

各類型煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)的占比如表1所示。

表1 各類型煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)占比 單位：%

由表1可知，在頂板、瓦斯、水害、火災(zāi)、機(jī)電、運輸、放炮、其他八類煤礦事故[15]中，頂板事故發(fā)生頻次最多，占比為33%，其次是瓦斯事故，占比為20%；瓦斯事故死亡人數(shù)最多，占比為33%，其次是頂板事故，占比為31%。

各類型煤礦事故起數(shù)的年度變化如圖5所示。

圖5 各類型煤礦事故起數(shù)的年度變化

由圖5可知，運輸、機(jī)電事故整體呈上升趨勢變化，近5年漲幅明顯，2020年較2016年分別同比增長了1 600.00%、66.67%；瓦斯、水害事故整體呈下降趨勢變化；頂板事故波動變化明顯，與總體事故起數(shù)的變化相似；火災(zāi)、放炮事故起數(shù)變化幅度較小，始終保持在較低水平。

各類事故的年度變化規(guī)律不盡相同，不同年份的高發(fā)事故類型不同，但每年起數(shù)最多的事故均為瓦斯事故或頂板事故。分析認(rèn)為：

1)頂板、瓦斯問題幾乎貫穿于井下煤炭開采和巷道掘進(jìn)的全過程，受地應(yīng)力環(huán)境、巖層特性、煤層瓦斯含量等因素的影響較大，其防控難度大。頂板事故數(shù)量有所增加與我國煤礦開采深度的增大有一定的關(guān)系，隨著開采深度的增大，地應(yīng)力增大、煤巖體的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化、支護(hù)難度增加，沖擊地壓及煤與瓦斯突出等災(zāi)害更易發(fā)生[4，8，16-19]。

2)火災(zāi)事故易引發(fā)次生災(zāi)害，導(dǎo)致人員傷亡較為嚴(yán)重[20]。

3)隨著礦井機(jī)械化掘進(jìn)工藝的普及，放炮事故數(shù)量逐漸減少。

4)水害事故的發(fā)生既有自然因素也有人為因素，但隨著煤礦安全管理水平的提高、安全煤柱的合理留設(shè)、特殊開采工藝的研究、檢測預(yù)警方法的發(fā)展，水害事故逐漸變得可控可防。

5)“十三五”期間，隨著我國供給側(cè)改革的推進(jìn)和煤炭產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，使我國煤炭產(chǎn)能不斷向大中型企業(yè)聚集，鄉(xiāng)鎮(zhèn)小煤礦逐漸減少，從而使煤礦生產(chǎn)過程中的機(jī)械化程度不斷提高，井下現(xiàn)代化機(jī)電及運輸設(shè)備增多、員工技術(shù)水平不高、安全意識相對滯后，導(dǎo)致煤礦運輸、機(jī)電事故數(shù)量增加。

3.3 煤礦事故等級與類型的耦合統(tǒng)計分析

各等級煤礦事故在不同類型事故中的占比和各類型事故在不同等級事故中的占比如圖6所示。

(a)不同事故等級所占比例

由圖6可知：①特別重大事故、重大事故和較大事故中瓦斯事故較多,占比分別為35%、38%、38%；一般事故中頂板事故最多，占比為34%；其次是運輸事故，占比為17%。②除瓦斯事故外的其余事故中,一般事故占比最多;瓦斯事故中較大事故占比最多，占比為55%。

不同類型事故的危害程度不同。分析認(rèn)為：

1)瓦斯、水害、放炮事故的波及范圍較大，事故危害程度高，事故死亡人數(shù)較多[4-5，8]。

2)機(jī)電、運輸事故多為觸電、機(jī)械故障、跑車、絞車鋼絲繩斷裂等事故[5],其死亡人數(shù)較少，多為一般事故。

3)隨著我國頂板支護(hù)技術(shù)、巷道圍巖控制理論、支護(hù)設(shè)備的發(fā)展，為礦井巷道支護(hù)、煤層頂板控制提供了很大幫助，合理的支護(hù)設(shè)計與及時的預(yù)警檢測技術(shù)使得大范圍的頂板事故鮮有發(fā)生，而小范圍的頂板事故，如局部冒頂、片幫相對發(fā)生的次數(shù)較多，該類事故死亡人數(shù)較少，通常為一般事故。

3.4 多元非線性回歸分析

由上述統(tǒng)計分析可知：近5年煤礦一般事故起數(shù)有明顯的上升趨勢，頂板、機(jī)電、運輸、其他事故也呈現(xiàn)上升趨勢。一般事故起數(shù)的變化與部分類型事故之間存在一定的聯(lián)系。一般事故與各類型事故的相關(guān)性和各類型事故對近5年一般事故起數(shù)增加的貢獻(xiàn)率如表2所示?？梢钥闯?，頂板、機(jī)電、運輸、其他事故與一般事故起數(shù)的相關(guān)性和對其增長的貢獻(xiàn)率較高。

表2 各類型事故與一般事故的相關(guān)性和各類型事故對其增加的貢獻(xiàn)率

基于Origin 2018和MATLAB軟件，以頂板、機(jī)電、運輸事故起數(shù)為自變量，一般事故起數(shù)為因變量進(jìn)行回歸分析，得到的數(shù)學(xué)模型如表3所示。

表3 數(shù)學(xué)模型

由表3可見，單一自變量的數(shù)學(xué)模型中運輸事故與一般事故的相關(guān)性最強(qiáng)，擬合效果最好，因此運輸事故對一般事故起數(shù)增加的影響程度最大。但三類事故的多元非線性回歸模型擬合效果優(yōu)于單一自變量的數(shù)學(xué)模型，表明考慮三類事故的共同影響更為精確。為了控制一般事故起數(shù)的增加，應(yīng)首先加強(qiáng)運輸管理、減少運輸事故的發(fā)生，同時注意加強(qiáng)頂板和機(jī)電事故的防控。

4 煤礦事故發(fā)生地區(qū)分析

我國煤炭資源豐富，但煤炭資源的分布并不均衡。各省份煤層的賦存條件不同，開采狀況不同。因而分析各省份的煤礦事故特點，可以有針對性地提出煤礦事故防治意見和措施。

近13年來我國各省、自治區(qū)、直轄市(以下統(tǒng)稱省份)的煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)如圖7所示。

圖7 各省份的煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)

由圖7可知，在我國31個省份中，津、滬、浙、粵、瓊無煤礦事故發(fā)生，晉、貴、陜、云、川煤礦事故高發(fā)；晉、陜、貴、川、豫死亡人數(shù)較多。山西的煤礦事故起數(shù)及死亡人數(shù)居全國首位，占比分別為16.87%和14.16%。

我國不同省份煤炭資源分布和煤層賦存條件存在差異，煤礦數(shù)量、煤炭產(chǎn)量和開采難度有所不同，各省份煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)的差異性明顯。

31個省份煤礦各類事故起數(shù)如圖8所示，煤礦各類事故的高發(fā)省份如表4所示。

圖8 各省份的煤礦各類型事故起數(shù)

表4 煤礦各類型事故的高發(fā)省份

由圖8和表4可知，山西省各類煤礦事故高發(fā)，貴州省頂板、瓦斯事故高發(fā)[16-17,22]，黑龍江省火災(zāi)事故高發(fā)，河南省放炮事故高發(fā)。

煤礦事故類型具有明顯的地域性差異。分析認(rèn)為：

1)山西省煤礦事故高發(fā)與其煤炭資源多、煤礦基數(shù)大密不可分。山西省有晉北、晉中、晉東三大煤炭基地和18個礦區(qū)，119個縣(市、區(qū))中94個縣(市、區(qū))有煤炭資源，煤田面積達(dá)6.2萬 km2，占土地面積的40.4%；煤炭主體企業(yè)有131家，其中民營企業(yè)有91家，2015年底仍有煤礦1 078座，其中民營煤礦為246座[22-24]。

2)貴州省煤炭儲量位居江南地區(qū)第一，其地質(zhì)條件復(fù)雜、大型富氣區(qū)煤田較多、煤層瓦斯含量高[17，22-23]，煤礦多為高瓦斯礦井，部分煤礦為煤與瓦斯突出礦井[25]。

3)河南省的放炮事故略高于其他省份，剖析事故具體原因發(fā)現(xiàn)事故多為炸藥自燃、自爆引發(fā)的安全事故，表明煤礦安全管理存在疏漏，職工安全意識有所淡薄[21]。

4)黑龍江省煤炭開采起步較早，部分小煤礦技術(shù)水平相對落后，水文地質(zhì)條件較復(fù)雜[26]，部分礦井受煤系下伏奧陶紀(jì)石灰?guī)r的巖溶裂隙水威脅較大，因而水害事故多發(fā)且集中分布在鶴崗市、雞西市和七臺河市。

5 煤礦事故規(guī)律與防治對策

1)受多方面因素影響,煤礦事故起數(shù)起伏變化，死亡人數(shù)整體呈波動下降趨勢。為進(jìn)一步減少煤礦事故起數(shù)，煤礦企業(yè)和地方政府仍需深入貫徹落實我國對煤炭行業(yè)發(fā)展的宏觀規(guī)劃，繼續(xù)調(diào)整產(chǎn)能結(jié)構(gòu)、優(yōu)化開發(fā)布局、加強(qiáng)科技創(chuàng)新、提高裝備水平、推進(jìn)兩化融合、加強(qiáng)中小企業(yè)合并重組、依法停采安全不達(dá)標(biāo)煤礦、妥善處理廢棄礦井。

2)事故起數(shù)和死亡人數(shù)具有明顯的季節(jié)性差異，受節(jié)假日、安全管理程度和氣候等因素影響，冬季事故數(shù)量少，夏季事故數(shù)量多。事故數(shù)量在時間段上的分布具有不均勻、不對應(yīng)的特點，分析認(rèn)為其主要受工作制度和人體作息規(guī)律影響。結(jié)合事故發(fā)生規(guī)律，因時制宜開展安全防治工作，在夏季時應(yīng)注意降暑防蟲[4]、提供良好食宿環(huán)境、適當(dāng)減少工作量、關(guān)注職工生理及心理健康；在交接班時應(yīng)加強(qiáng)人員的運輸管理，同時提高人員運輸?shù)臋C(jī)械化程度以減少職工勞累，認(rèn)真進(jìn)行工作交接。

3)在煤礦事故等級和類型的分析中發(fā)現(xiàn)，近 5年一般事故明顯地增加，頂板、機(jī)電、運輸、其他事故也有所增加。通過相關(guān)性檢驗和回歸分析發(fā)現(xiàn)，運輸事故起數(shù)與一般事故起數(shù)的相關(guān)性最強(qiáng)，對一般事故起數(shù)增加的貢獻(xiàn)率最高，但綜合考慮頂板、機(jī)電、運輸事故的共同作用更加準(zhǔn)確。為減少一般事故的發(fā)生頻次，需要著重防范頂板、機(jī)電、運輸事故。頂板事故多為冒頂、煤與瓦斯突出、片幫，多發(fā)生在采煤和掘進(jìn)工作面，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場安全管理、嚴(yán)格遵守安全規(guī)程規(guī)范、二次施工需“敲幫問頂”、把控支護(hù)質(zhì)量、及時排除安全隱患[17]；機(jī)電事故發(fā)生的主要原因是機(jī)械故障、操作不當(dāng)、安全意識不足，需加強(qiáng)對機(jī)電設(shè)備的管理[8]，分配專人負(fù)責(zé)、定期檢修和維護(hù)，同時積極開展相關(guān)培訓(xùn)并不斷更新人才，充分發(fā)揮礦井機(jī)械化的優(yōu)勢；運輸事故的發(fā)生地點分散，無極繩絞車、輸送膠帶、礦車易發(fā)生事故，除定期檢修運輸設(shè)備外還應(yīng)加強(qiáng)對路況的檢查，優(yōu)化工作制度以減少礦車司機(jī)疲勞或推行無人駕駛。

4)不同省份的煤礦事故數(shù)量和事故類型有明顯的差異。應(yīng)考慮煤礦事故的地區(qū)差異，因地制宜開展安全工作。如山西省煤炭資源豐富，煤礦基數(shù)大，更應(yīng)集中產(chǎn)能，不斷進(jìn)行技術(shù)改造、推進(jìn)現(xiàn)代化礦井建設(shè)、淘汰落后煤礦；貴州省應(yīng)重點開展瓦斯事故的防治研究，積極開展礦企間的交流與合作，借鑒防治經(jīng)驗，注重安全檢查；黑龍江省應(yīng)側(cè)重水害事故的防治，加強(qiáng)煤炭開采過程中的探測工作，嚴(yán)格落實《煤礦防治水細(xì)則》等規(guī)程規(guī)范。

5)加強(qiáng)煤礦應(yīng)急系統(tǒng)建設(shè)，減少人員因救援不及時造成的損失。應(yīng)急系統(tǒng)統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)，煤礦應(yīng)急救援專家實時跟進(jìn)及時決策組織救援。完善應(yīng)急預(yù)案、適當(dāng)開展應(yīng)急演練、開展職工應(yīng)急逃生教育培訓(xùn)。

6)完善煤礦事故資料，加強(qiáng)統(tǒng)計工作[1]。詳細(xì)記錄煤礦事故起因等信息，并及時公開，將事故資料變成資源，以往鑒來開展事故防治工作，避免或減少同類事故的發(fā)生。

6 結(jié)語

煤炭是我國的基礎(chǔ)能源和工業(yè)原料，對我國能源安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展極其重要。我國煤礦安全生產(chǎn)形勢整體向好，特別重大事故和重大事故鮮有發(fā)生；一般事故主要有頂板、機(jī)電、運輸事故，近5年呈上升趨勢。煤礦事故的發(fā)生有明顯的季節(jié)性差異和時段集中的特點，應(yīng)因時制宜開展事故防范工作。煤礦事故類型和事故等級存在一定的內(nèi)在聯(lián)系，頂板、機(jī)電、運輸事故起數(shù)與一般事故的起數(shù)呈現(xiàn)多元非線性關(guān)系。煤礦事故類型存在地域性差異，不同地區(qū)應(yīng)因地制宜開展煤礦事故的防范工作。