张培森，李复兴，朱慧聪，牛 辉，李晓禾

(山东科技大学 a.矿山灾害预防控制国家重点实验室培育基地；b.矿业工程国家级实验教学示范中心，山东 青岛 266590)

目前，我国仍处于工业化快速发展阶段，在复杂的国际环境下，煤炭在我国能源安全稳定供应中起到了兜底保障作用。安全生产是煤炭产量稳定供应的前提，是我国经济高质量发展的内在要求。安全统计工作是煤矿安全管理的基础，加强煤矿事故的统计有利于把握事故发生规律，指导煤矿安全生产[1]。针对我国煤矿安全形势及煤矿事故的统计规律和防范对策，国内众多学者均有研究。张洋杰[2]结合时政对煤矿安全形势进行了分析，认为煤炭行业进入了成熟期，煤矿生产形势稳定向好；刘琦[3]、房耀洲[4]、牛超[5]、邓奇根[6]、刘亮[7]、诸利一[8]等分别从不同的角度和层面对2020年以前不同年度的煤矿事故进行了统计分析，揭示了我国煤矿事故的部分规律，为煤矿企业的安全生产提供了帮助，但煤矿事故统计分析具有一定的时效性，需要及时更新、跟进。

因此，笔者通过统计分析煤矿安全网[9]、国家煤矿安全监察局[10]公布的2008—2020年煤矿事故数据，总结事故发生规律，建立数学模型，进而探讨事故防范对策。

1 近13年我国能源政策和煤矿事故概况

2008—2020年13年间，我国能源政策从“十一五”期间坚持煤为基础的能源供应体系，建设大型煤炭基地，加强煤矿瓦斯综合治理[11]；到“十二五”期间推进能源消费革命，严格总量控制和开采准入，支持矿山技术和工艺改造[12]；再到“十三五”期间调整优化能源结构，发展安全高效煤矿，加快、推进煤炭基地建设[13]。我国能源政策虽在不断适时调整，但始终表明煤炭在我国能源供应体系中占有重要地位，煤矿安全生产受到高度重视，持续推进煤炭基地建设，不断兼并重组中小煤矿，淘汰安全不达标的煤矿。

我国煤矿(未统计港澳台，下同)近13年内发生事故1 085起，其中出现人员死亡的事故达926起，死亡4 493人[9-10]。近13年煤矿事故起数和死亡人数的变化情况如图1所示。

图1 近13年煤矿事故起数和死亡人数

由图1可知，煤矿事故起数变化明显，“十一五”后期主要呈上升趋势，“十二五”期间主要呈下降趋势，“十三五”期间基本呈上升趋势。煤矿死亡人数整体表现为波浪式下降，2020年较2008年同比下降77.78%。我国煤矿安全生产形势整体持续向好。

2 煤矿事故发生时间分析

2.1 煤矿事故发生月份分析

各月份的煤矿事故起数和死亡人数如图2所示。

图2 各月份的煤矿事故起数和死亡人数

由图2可知，每年的7、8月份和10月份事故多发，1、2月份事故较少；9、11月份死亡人数最多，1、2月份死亡人数最少。事故起数和死亡人数均表现出了明显的季节性差异。冬季事故起数和死亡人数最少，夏季事故起数和死亡人数最多。分析其原因是：冬季的生产天数较少，春节期间煤矿的安全管理较为严格；夏季天气湿热、蚊虫多，影响职工休息，员工易出现浮躁、困倦，安全意识有所松懈[4]。

2.2 煤矿事故发生时段分析

各时段的煤矿事故起数和死亡人数如图3所示。

图3 各时段的煤矿事故起数和死亡人数

由图3可知，全天24个时段中9:00—9:59、11:00—11:59、12:00—12:59、16:00—16:59、19:00—19:59时段事故高发；1:00—1:59、2:00—2:59、7:00—7:59、11:00—11:59时段死亡人数较多；事故起数和死亡人数在时段上的分布并不均匀，事故高发时段和死亡人数较多的时段并未一一对应。分析认为：

1)考虑到人体的作息规律，在夜晚工作时员工容易困倦，易发生安全事故。

2)我国积极推进高产高效矿井建设，提倡“一区一面”，临近交接班时人员的运输量增加，运输事故的发生概率会高于其他时段。

3)采煤工作面的采煤机和液压支架连续工作多班后发生故障的概率会有所增加，因而检修班之前的采煤班更易发生机电事故。

4)受工作制度影响，机电、运输事故的起数变化与时间有一定关系，而火灾、瓦斯、顶板事故受时段变化的影响较弱且死亡人数较多，因而事故高发时段与死亡人数较多的时段未完全对应。

3 煤矿事故等级和类型分析

3.1 煤矿事故等级分析

依据我国《煤矿生产安全事故报告和调查处理规定》[14],以死亡人数为依据将煤矿事故分为4个等级：一般事故(3人以下)、较大事故(3人以上10人以下)、重大事故(10人以上30人以下)、特别重大事故(30人以上)。近13年发生的煤矿事故中，一般事故有662起，起数最多，占比为60.01%；较大事故有316起，占比为29.12%；重大事故有90起，占比为8.29%；特别重大事故有17起，占比为1.57%。各级事故中较大事故死亡人数最多为1 510人，占比为33.61%；其次为重大事故死亡1 394人，占比为31.03%。

近13年各等级煤矿事故起数如图4所示。

图4 近13年各等级煤矿事故起数变化

由图4可以看出，特别重大事故和重大事故数量整体呈下降趋势变化，近几年也时有发生；较大事故频发，从2016年开始略有增加趋势；一般事故自2016年后有明显的上升趋势，2020年较2016年同比增长33.68%。

分析认为：特别重大事故和重大事故数量的减少与我国积极的能源政策(持续推进大型煤炭基地建设、中小煤矿的改造重组、支持矿山企业技术和工艺改造)[2]、矿井机械化和现代化建设、煤矿安全管理水平的提高、安全规程规范和行业法规的完善与执行有关；历年来，一般事故和较大事故频发与我国煤炭产量高、煤矿数量基数大、中小型煤矿多有关。

3.2 煤矿事故类型分析

各类型煤矿事故起数和死亡人数的占比如表1所示。

表1 各类型煤矿事故起数和死亡人数占比 单位：%

由表1可知，在顶板、瓦斯、水害、火灾、机电、运输、放炮、其他八类煤矿事故[15]中，顶板事故发生频次最多，占比为33%，其次是瓦斯事故，占比为20%；瓦斯事故死亡人数最多，占比为33%，其次是顶板事故，占比为31%。

各类型煤矿事故起数的年度变化如图5所示。

图5 各类型煤矿事故起数的年度变化

由图5可知，运输、机电事故整体呈上升趋势变化，近5年涨幅明显，2020年较2016年分别同比增长了1 600.00%、66.67%；瓦斯、水害事故整体呈下降趋势变化；顶板事故波动变化明显，与总体事故起数的变化相似；火灾、放炮事故起数变化幅度较小，始终保持在较低水平。

各类事故的年度变化规律不尽相同，不同年份的高发事故类型不同，但每年起数最多的事故均为瓦斯事故或顶板事故。分析认为：

1)顶板、瓦斯问题几乎贯穿于井下煤炭开采和巷道掘进的全过程，受地应力环境、岩层特性、煤层瓦斯含量等因素的影响较大，其防控难度大。顶板事故数量有所增加与我国煤矿开采深度的增大有一定的关系，随着开采深度的增大，地应力增大、煤岩体的物理力学性质发生变化、支护难度增加，冲击地压及煤与瓦斯突出等灾害更易发生[4，8，16-19]。

2)火灾事故易引发次生灾害，导致人员伤亡较为严重[20]。

3)随着矿井机械化掘进工艺的普及，放炮事故数量逐渐减少。

4)水害事故的发生既有自然因素也有人为因素，但随着煤矿安全管理水平的提高、安全煤柱的合理留设、特殊开采工艺的研究、检测预警方法的发展，水害事故逐渐变得可控可防。

5)“十三五”期间，随着我国供给侧改革的推进和煤炭产业结构的调整，使我国煤炭产能不断向大中型企业聚集，乡镇小煤矿逐渐减少，从而使煤矿生产过程中的机械化程度不断提高，井下现代化机电及运输设备增多、员工技术水平不高、安全意识相对滞后，导致煤矿运输、机电事故数量增加。

3.3 煤矿事故等级与类型的耦合统计分析

各等级煤矿事故在不同类型事故中的占比和各类型事故在不同等级事故中的占比如图6所示。

(a)不同事故等级所占比例

由图6可知：①特别重大事故、重大事故和较大事故中瓦斯事故较多,占比分别为35%、38%、38%；一般事故中顶板事故最多，占比为34%；其次是运输事故，占比为17%。②除瓦斯事故外的其余事故中,一般事故占比最多;瓦斯事故中较大事故占比最多，占比为55%。

不同类型事故的危害程度不同。分析认为：

1)瓦斯、水害、放炮事故的波及范围较大，事故危害程度高，事故死亡人数较多[4-5，8]。

2)机电、运输事故多为触电、机械故障、跑车、绞车钢丝绳断裂等事故[5],其死亡人数较少，多为一般事故。

3)随着我国顶板支护技术、巷道围岩控制理论、支护设备的发展，为矿井巷道支护、煤层顶板控制提供了很大帮助，合理的支护设计与及时的预警检测技术使得大范围的顶板事故鲜有发生，而小范围的顶板事故，如局部冒顶、片帮相对发生的次数较多，该类事故死亡人数较少，通常为一般事故。

3.4 多元非线性回归分析

由上述统计分析可知：近5年煤矿一般事故起数有明显的上升趋势，顶板、机电、运输、其他事故也呈现上升趋势。一般事故起数的变化与部分类型事故之间存在一定的联系。一般事故与各类型事故的相关性和各类型事故对近5年一般事故起数增加的贡献率如表2所示。可以看出，顶板、机电、运输、其他事故与一般事故起数的相关性和对其增长的贡献率较高。

表2 各类型事故与一般事故的相关性和各类型事故对其增加的贡献率

基于Origin 2018和MATLAB软件，以顶板、机电、运输事故起数为自变量，一般事故起数为因变量进行回归分析，得到的数学模型如表3所示。

表3 数学模型

由表3可见，单一自变量的数学模型中运输事故与一般事故的相关性最强，拟合效果最好，因此运输事故对一般事故起数增加的影响程度最大。但三类事故的多元非线性回归模型拟合效果优于单一自变量的数学模型，表明考虑三类事故的共同影响更为精确。为了控制一般事故起数的增加，应首先加强运输管理、减少运输事故的发生，同时注意加强顶板和机电事故的防控。

4 煤矿事故发生地区分析

我国煤炭资源丰富，但煤炭资源的分布并不均衡。各省份煤层的赋存条件不同，开采状况不同。因而分析各省份的煤矿事故特点，可以有针对性地提出煤矿事故防治意见和措施。

近13年来我国各省、自治区、直辖市(以下统称省份)的煤矿事故起数和死亡人数如图7所示。

图7 各省份的煤矿事故起数和死亡人数

由图7可知，在我国31个省份中，津、沪、浙、粤、琼无煤矿事故发生，晋、贵、陕、云、川煤矿事故高发；晋、陕、贵、川、豫死亡人数较多。山西的煤矿事故起数及死亡人数居全国首位，占比分别为16.87%和14.16%。

我国不同省份煤炭资源分布和煤层赋存条件存在差异，煤矿数量、煤炭产量和开采难度有所不同，各省份煤矿事故起数和死亡人数的差异性明显。

31个省份煤矿各类事故起数如图8所示，煤矿各类事故的高发省份如表4所示。

图8 各省份的煤矿各类型事故起数

表4 煤矿各类型事故的高发省份

由图8和表4可知，山西省各类煤矿事故高发，贵州省顶板、瓦斯事故高发[16-17,22]，黑龙江省火灾事故高发，河南省放炮事故高发。

煤矿事故类型具有明显的地域性差异。分析认为：

1)山西省煤矿事故高发与其煤炭资源多、煤矿基数大密不可分。山西省有晋北、晋中、晋东三大煤炭基地和18个矿区，119个县(市、区)中94个县(市、区)有煤炭资源，煤田面积达6.2万 km2，占土地面积的40.4%；煤炭主体企业有131家，其中民营企业有91家，2015年底仍有煤矿1 078座，其中民营煤矿为246座[22-24]。

2)贵州省煤炭储量位居江南地区第一，其地质条件复杂、大型富气区煤田较多、煤层瓦斯含量高[17，22-23]，煤矿多为高瓦斯矿井，部分煤矿为煤与瓦斯突出矿井[25]。

3)河南省的放炮事故略高于其他省份，剖析事故具体原因发现事故多为炸药自燃、自爆引发的安全事故，表明煤矿安全管理存在疏漏，职工安全意识有所淡薄[21]。

4)黑龙江省煤炭开采起步较早，部分小煤矿技术水平相对落后，水文地质条件较复杂[26]，部分矿井受煤系下伏奥陶纪石灰岩的岩溶裂隙水威胁较大，因而水害事故多发且集中分布在鹤岗市、鸡西市和七台河市。

5 煤矿事故规律与防治对策

1)受多方面因素影响,煤矿事故起数起伏变化，死亡人数整体呈波动下降趋势。为进一步减少煤矿事故起数，煤矿企业和地方政府仍需深入贯彻落实我国对煤炭行业发展的宏观规划，继续调整产能结构、优化开发布局、加强科技创新、提高装备水平、推进两化融合、加强中小企业合并重组、依法停采安全不达标煤矿、妥善处理废弃矿井。

2)事故起数和死亡人数具有明显的季节性差异，受节假日、安全管理程度和气候等因素影响，冬季事故数量少，夏季事故数量多。事故数量在时间段上的分布具有不均匀、不对应的特点，分析认为其主要受工作制度和人体作息规律影响。结合事故发生规律，因时制宜开展安全防治工作，在夏季时应注意降暑防虫[4]、提供良好食宿环境、适当减少工作量、关注职工生理及心理健康；在交接班时应加强人员的运输管理，同时提高人员运输的机械化程度以减少职工劳累，认真进行工作交接。

3)在煤矿事故等级和类型的分析中发现，近 5年一般事故明显地增加，顶板、机电、运输、其他事故也有所增加。通过相关性检验和回归分析发现，运输事故起数与一般事故起数的相关性最强，对一般事故起数增加的贡献率最高，但综合考虑顶板、机电、运输事故的共同作用更加准确。为减少一般事故的发生频次，需要着重防范顶板、机电、运输事故。顶板事故多为冒顶、煤与瓦斯突出、片帮，多发生在采煤和掘进工作面，应加强现场安全管理、严格遵守安全规程规范、二次施工需“敲帮问顶”、把控支护质量、及时排除安全隐患[17]；机电事故发生的主要原因是机械故障、操作不当、安全意识不足，需加强对机电设备的管理[8]，分配专人负责、定期检修和维护，同时积极开展相关培训并不断更新人才，充分发挥矿井机械化的优势；运输事故的发生地点分散，无极绳绞车、输送胶带、矿车易发生事故，除定期检修运输设备外还应加强对路况的检查，优化工作制度以减少矿车司机疲劳或推行无人驾驶。

4)不同省份的煤矿事故数量和事故类型有明显的差异。应考虑煤矿事故的地区差异，因地制宜开展安全工作。如山西省煤炭资源丰富，煤矿基数大，更应集中产能，不断进行技术改造、推进现代化矿井建设、淘汰落后煤矿；贵州省应重点开展瓦斯事故的防治研究，积极开展矿企间的交流与合作，借鉴防治经验，注重安全检查；黑龙江省应侧重水害事故的防治，加强煤炭开采过程中的探测工作，严格落实《煤矿防治水细则》等规程规范。

5)加强煤矿应急系统建设，减少人员因救援不及时造成的损失。应急系统统一联网，煤矿应急救援专家实时跟进及时决策组织救援。完善应急预案、适当开展应急演练、开展职工应急逃生教育培训。

6)完善煤矿事故资料，加强统计工作[1]。详细记录煤矿事故起因等信息，并及时公开，将事故资料变成资源，以往鉴来开展事故防治工作，避免或减少同类事故的发生。

6 结语

煤炭是我国的基础能源和工业原料，对我国能源安全和经济发展极其重要。我国煤矿安全生产形势整体向好，特别重大事故和重大事故鲜有发生；一般事故主要有顶板、机电、运输事故，近5年呈上升趋势。煤矿事故的发生有明显的季节性差异和时段集中的特点，应因时制宜开展事故防范工作。煤矿事故类型和事故等级存在一定的内在联系，顶板、机电、运输事故起数与一般事故的起数呈现多元非线性关系。煤矿事故类型存在地域性差异，不同地区应因地制宜开展煤矿事故的防范工作。