“区域煤矿安全态势智能分析与预警技术”专题
【编者按】《中共中央国务院关于推进安全生产领域改革发展的意见》等系列文件中强调:为防范化解煤矿领域系统性安全生产风险,应构建“互联网+监管”平台,加快建设国家、省、煤矿企业多个层面的煤矿安全风险监测预警系统。目前区域内煤矿分布广泛,灾种多,致因复杂,且对风险演变特征及规律认识不清,为了强化煤矿风险分级管控和动态监测预警分析,提升科学预防、过程管控、精准监管监察水平,本刊组织策划了“区域煤矿安全态势智能分析与预警技术”专题,从区域安全态势大数据表示与处理技术、预警指标体系及模型构建、预警系统开发等方面报道了煤矿事故规律及对策、区域煤矿预警数据的采集和分析处理、地质异常判识和瓦斯灾害预警模型和系统、多元数据可视化等研究成果。在此衷心感谢各位专家学者为本专题撰稿!
近年来,我国年原煤产量一直维持在近40亿t,煤炭在当前乃至今后一段时间内仍将在我国能源消费结构体系及经济社会发展中起到战略性作用。我国煤矿安全形势逐年好转,但是煤炭开采作为高危行业的属性仍十分显著,煤矿一般事故频发、重特大事故时有发生的现状并没有从根本上得到改变,并且随着煤矿从业人员管理技术水平、矿井装备水平的提高,一些新问题、新情况需要解决,煤矿安全生产面临严峻挑战。国内外学者对煤矿事故相关方面开展了大量研究,一定程度上指导了煤矿的安全生产。区域煤矿安全态势分析及预警是近年来煤矿安全方面的研究热点,国家立专项对其进行重点攻关,亟需煤矿事故规律分析及相关对策建议作为基础支撑。本文以2013—2018年期间的全国煤矿事故数据为样本,统计分析我国煤矿事故发生特点及规律,并提出相应的对策措施,可有力支撑煤矿事故预防与煤矿安全生产,并为后续开展区域煤矿安全态势分析与预警提供研究基础。
2013—2018年全国累计发生煤矿事故2 157起,造成3 830人死亡。其中一般事故、较大事故、重大及以上事故起数分别为1 913、192、52,死亡人数分别为2 132、842、856,平均单起事故死亡人数分别为1.11、4.34、16.46。2013—2018年全国煤矿事故基本情况见表1[1-7]。
由表1可知,煤矿各类事故起数、死亡人数总体呈现逐年下降趋势,煤矿安全形势在逐步好转。一般事故起数在所有事故中占比达到了88.69%,造成的死亡人数占比达到了55.67%。一般事故每年平均发生319起,一般事故频发的特征较为明显。2013年与2018年相比,较大事故起数、死亡人数分别下降63.04%,69.20%。重大及以上事故虽然只有52起,但是其造成的死亡人数多于192起较大事故所造成的死亡人数,单起事故死亡人数高达16.46,因此,亟需遏制重大及以上事故的发生。总之,我国煤矿安全形势依然严峻,防控任务依然较重。
表1 2013—2018年全国煤矿事故基本情况
Table 1 Basic situation of coal mine accidents in China from 2013 to 2018
年份事故起数死亡人数一般事故较大事故重大及以上事故一般事故较大事故重大及以上事故20135444614598224245201444946145091932292015312355356157852016216221123795194201718726632021046920182051722306934合计1913192522132842856
2013—2018年全国26个省级单位的煤矿事故起数、死亡人数如图1所示[1-7],其中兵团指新疆生产建设兵团。煤矿事故累计起数排名前7位的省(市)是湖南、山西、重庆、云南、四川、贵州、陕西,7个省(市)煤矿事故起数占比达到了49.70%。累计死亡人数排名前7位的省(市)是山西、贵州、黑龙江、湖南、云南、重庆、四川,7个省(市)煤矿事故死亡人数占比达到了53.39%。其中,湖南、重庆、云南、四川、贵州南方五省(市)事故起数和死亡人数占比分别为35.47%,36.77%。
图1 2013—2018年全国26个省级单位的煤矿事故累计起数及死亡人数统计
Fig.1 Statistics of cumulative numbers of coal mine accidents and deaths in 26 provincial units in China from 2013 to 2018
2013—2018年全国23个省级单位的煤矿较大事故起数和死亡人数统计结果如图2所示,20个省级单位的煤矿重大及以上事故起数和死亡人数统计结果如图3所示[8-12]。2013—2018年全国各省煤矿较大事故起数、死亡人数仍以南方五省(市)居多,此外,山西、黑龙江也是煤矿较大事故多发的省份。2013—2018年全国各省煤矿重大及以上事故以黑龙江、贵州发生起数居多,分别达到9起和8起,远超其他省份;吉林、山西、辽宁、新疆、陕西等省(自治区)也需要重点监控煤矿重大及以上事故的发生。
图2 2013—2018年全国23个省级单位的煤矿较大事故累计起数及死亡人数统计
Fig.2 Statistics of the cumulative numbers of relatively serious coal mine accidents and deaths in 23 provincial units in China from 2013 to 2018
图3 2013—2018年全国20个省级单位的煤矿重大及以上事故累计起数及死亡人数统计
Fig.3 Statistics of the cumulative numbers of major and above coal mine accidents and deaths in 20 provincial units in China from 2013 to 2018
由图1—图3可知,我国煤矿事故的发生具有典型的区域性分布特征。
(1) 南方五省(市)煤矿事故起数、死亡人数总体占比较高,其主要原因如下:① 南方矿井地质条件、煤岩赋存条件、开采条件等相对复杂,瓦斯和水害严重,矿井的区域固有属性直接决定了煤矿事故多发。② 南方地区中小型煤矿居多,采掘机械化装备水平低,井下采、掘、机、运、通及排水六大系统可靠程度低,专业技术人员配备不达标等因素也导致了煤矿事故多发。③ 安全生产基础相对薄弱,加之气候等因素影响造成事故多发、死亡人数较多。
(2) 在全国煤矿重大及以上事故统计中,黑龙江连续5 a、贵州连续3 a发生煤矿重大及以上事故。两省份煤矿企业所有制构成复杂,乡镇煤矿数量众多,矿井地质、开采等固有属性特征复杂,安全生产意识不足,对煤矿重大及以上事故的防范监控力度不够等因素共同造成了煤矿重大及以上事故连续发生。
(3) 在全国煤矿较大事故起数及死亡人数上,山西均排名第2;在全国煤矿重大及以上事故起数及死亡人数上,山西分别排名第3、第4位。山西发生的煤矿重特大事故以瓦斯、水害居多,一次性死亡人数较多,个别煤矿安全管理混乱、盈利目的性强、超能力生产等问题突出。除山西外,吉林、辽宁、新疆、陕西也存在类似问题,防控煤矿重特大事故任务艰巨。
2013—2018年全国重点关注的煤矿较大及以上事故按月份统计情况如图4所示,其中事故数量表示各年相应月份发生的煤矿事故数量之和,死亡人数表示各年相应月份煤矿事故死亡人数之和。期间月均发生煤矿较大及以上事故3.38起,死亡23.58人。分析数据,主要得到以下规律:① 每年2月,大量煤矿因春节停工停产,月均发生较大及以上事故1.83起,死亡9.50人,是煤矿事故数量和死亡人数最少的月份。② 春节后复工的3—5月,月均发生煤矿较大及以上事故4.11起,死亡30.39人,事故反弹迹象明显,极易发生群死群伤事故,其主要原因是复工复产验收标准把控不严、人员安全意识转变滞后等。③ 每年7—8月,受天气炎热、煤炭需求增多影响,煤矿事故反弹较明显,月均发生煤矿较大及以上事故3.58起,死亡22.08人。④ 每年第4季度,冬季煤炭需求增加,煤炭企业为了储煤而抢产量、抢进尺,月均发生煤矿较大及以上事故3.78起,死亡28.44人,煤矿各类事故处于持续频发时期。
图4 2013—2018年全国煤矿较大及以上事故按月份统计情况
Fig.4 Statistics of relatively serious and above coal mine accidents in China from 2013 to 2018 by month
2013—2018年全国煤矿事故按所有制统计情况如图5—图7所示。
乡镇煤矿的事故起数、死亡人数占比均超过了50%,反映出乡镇煤矿安全生产基础十分薄弱,煤矿事故防控能力十分有限。
(a) 事故数量占比
(b) 死亡人数占比
图5 2013—2018年全国煤矿事故按所有制统计情况
Fig.5 Statistics of coal mine accidents in China from 2013 to 2018 by ownership
(a) 事故数量占比
(b) 死亡人数占比
图6 2013—2018年全国煤矿较大事故按所有制统计情况
Fig.6 Statistics of relatively serious coal mine accidents in China from 2013 to 2018 by ownership
(a) 事故数量占比
(b) 死亡人数占比
图7 2013—2018年全国煤矿重大及以上事故按所有制统计情况
Fig.7 Statistics of major and above coal mine accidents in China from 2013 to 2018 by ownership
国有地方煤矿的事故起数、死亡人数总体相对较少,较大及以上事故起数、死亡人数均占全国总量的10%以下。其原因如下:近些年淘汰落后产能、淘汰灾害严重矿井、煤炭企业兼并重组等举措,以及国有地方煤矿安全生产投入增加、地方监管监察力度加大等因素,使得国有地方煤矿的安全形势持续好转。
国有重点煤矿的事故起数、死亡人数分别占27.35%.29.33%;较大事故起数和死亡人数分别占27.60%,25.42%;重大及以上事故起数和死亡人数分别占36.54%,40.17%。国有重点煤矿事故总量所占比例较大,其主要原因如下:国有重点煤矿存在安全管理弱化、安全责任制度不落实、超能力生产屡禁不止等突出问题;国有重点煤矿面临着深部开采,在出现冲击地压、高地温等新的灾害后,缺少相应的应对措施;国有重点煤矿对兼并重组矿井在“真投入、真管理、真提高”上力度不够;此外,国有重点大矿由于系统复杂、人员多,在技术管理、现场管理中容易出现管理“滑坡”问题,也是导致重特大事故的原因之一。
煤矿事故类型多样,对不同类型煤矿事故进行统计分析,可为采取针对性防控措施提供依据。按照瓦斯、顶板、水害、火灾、机电、运输、其他等类型对2013—2018年煤矿事故进行统计,煤矿各类事故总起数和总死亡人数见表2[13-14]。
表2 2013—2018年全国煤矿事故按类型统计
Table 2 Statistics of coal mine accidents in China from 2013 to 2018 by type
事故类型事故起数事故起数占比/%死亡人数死亡人数占比/%瓦斯23610.94120031.33顶板84839.31112629.40水害853.943128.15火灾100.46601.57机电1738.021955.09运输39918.5048312.61其他40618.8245411.85
在煤矿各类事故中,顶板事故起数最多,占比达39.31%;其次是运输事故,占比达18.50%;瓦斯事故起数占比达10.94%。瓦斯事故死亡人数最多,占比达31.33%;其次是顶板事故,占比达29.40%;运输事故死亡人数占比达12.61%。火灾事故在6类常见事故中发生次数最少、死亡人数最少。
每年煤矿各类事故起数和死亡人数变化情况如图8—图13所示。分析统计数据可知:① 顶板事故在每年煤矿事故总量中占比均为最高,且多为小型事故,顶板事故应成为煤矿事故总量控制的关键点。② 瓦斯事故起数占比虽然仅有10.94%,但是造成的死亡人数却最多,重特大事故时有发生,尤其是2016年出现明显反弹,发生了5起重大及以上瓦斯爆炸事故,造成127人死亡,这也说明瓦斯事故极易造成群死群伤的局面。③ 运输事故也是发生频率较高、造成死亡人数较多的煤矿事故类型。④ 火灾事故起数占比仅为0.5%,但是其死亡率达到6.0人/起,火灾事故容易伴生其他事故,是容易造成重特大伤亡的一类事故。⑤ 煤矿各类事故总量、死亡人数逐年降低,瓦斯、顶板、运输是控制煤矿事故总量的关键,瓦斯、水灾是控制煤矿重大及以上事故的关键。
图8 每年煤矿各类事故起数统计
Fig.8 Statistics of the number of coal mine accidents each year
图9 每年煤矿各类事故死亡人数统计
Fig.9 Statistics of the number of deaths caused by coal mine accidents each year
图10 每年煤矿各类较大及以上事故起数统计
Fig.10 Statistics of the number of relatively serious and above coal mine accidents each year
图11 每年煤矿各类较大及以上事故死亡人数统计
Fig.11 Statistics of the number of deaths caused by relatively serious and above coal mine accidents each year
图12 每年煤矿各类重大及以上事故起数统计
Fig.12 Statistics of the number of major and above coal mine accidents each year
图13 每年煤矿各类重大及以上事故死亡人数统计
Fig.13 Statistics of the number of deaths caused by major and above coal mine accidents each year
为方便、快捷地掌握煤矿事故规律,使信息更加简单、清晰、直观和便于理解,采用图形化、分级展示的方法对煤矿事故规律进行可视化表现。上文分别从地区、月份、煤矿所有制、事故类型4个方面对煤矿事故规律进行了分析,从不同角度得到了需给予不同关注程度的对象。为了将分析结果更好地应用于监管监察工作中,用η表示不同划分单元的煤矿事故相对严重程度,并用蓝、黄、橙、红4种颜色表示4个关注等级,即关注程度一般、需加强关注、需重点关注、需特别关注。
η计算公式为
(1)
式中:α为事故起数占比调节系数;n为不同划分单元的事故起数;n0为事故总起数;m为不同划分单元的事故死亡人数;m0为事故总死亡人数。
关注等级G划分方法为
(2)
式中a,b,c为等级划分临界值。
a,b,c取值应遵循“确保图形直观易读、充分体现相对严重程度”的原则。b值一般取为平均占比,a,c一般取为0.5b,1.5b,实际绘图过程中还需根据各区间分布情况进行适当调整。本文中,a,b,c取值见表3,令α=0.4,绘制煤矿事故相对严重程度划分图,如图14—图17所示。通过这些图可以直观、快速地从不同视角掌握煤矿事故相对严重程度信息,利于精准施策。
表3 关注等级划分关键参数取值
Table 3 Values of key parameters of concern level division
统计方式abc按发生地区统计0.030.040.06按发生时间统计0.050.080.09按煤矿所有制统计0.100.200.50按事故类型统计0.100.200.30
(a) 所有事故
(b) 较大及以上事故
(c) 重大及以上事故
图14 煤矿事故相对严重程度按地区划分结果
Fig.14 Relative severity of coal mine accidents divided by region
(a) 较大事故
(b) 较大及以上事故
(c) 重大及以上事故
图15 煤矿事故相对严重程度按月划分结果
Fig.15 Relative severity of coal mine accidents divided by month
针对煤矿事故发生规律及特点,本着降低事故总量、遏制较大事故、杜绝重大事故的原则,从产业政策、重点防控对象、技术与人员、监管监察4个方面提出以下对策及建议。
(1) 深化煤炭行业供给侧结构性改革,有效控制煤矿事故,推动高质量发展。
截至2018年底,全国30万t及以下煤矿数量为2 860,占全国煤矿总量的50.2%,小型矿井数量众多,导致事故多发。同时,近年来我国煤矿事故百万吨死亡率持续下降,从2013年的0.288降至2018年的0.093,这很大程度上得益于“机械化换人、自动化减人、智能化无人”绿色智慧矿山建设发展战略的实施。因此,煤炭行业化解过剩产能、淘汰落后产能,加大煤矿兼并重组力度,加快推进绿色智慧矿山建设,是减少事故总量的可行之路,可从根本上提升煤炭行业整体安全生产水平,减少煤矿各类事故的发生,形成煤炭行业良好生态。
(a) 所有事故
(b) 较大及以上事故
图16 煤矿事故相对严重程度按所有制划分结果
Fig.16 Relative severity of coal mine accidents divided by ownership
(a) 所有事故
(b) 较大及以上事故
(c) 重大及以上事故
图17 煤矿事故相对严重程度按事故类型划分结果
Fig.17 Relative severity of coal mine accidents divided by accident type
(2) 应根据从事故发生地区、发生时间、煤矿所有制、事故类型等方面确定的重点防控对象,采取针对性管控措施。
从地区看,湖南、重庆、云南、四川、贵州南方五省(市)煤矿事故起数、死亡人数总体占比较高,应持续加大该区域监管监察力度;黑龙江、贵州应严防连续发生煤矿重大及以上事故的情况;山西、新疆、陕西等地煤矿重特大事故防范任务艰巨。从事故发生时间看,每年3—5月、7—8月及第4季度受主客观因素影响,煤矿事故反弹迹象明显,在此时间范围内应加强监管力度。从煤矿所有制看,乡镇煤矿安全生产基础薄弱,依旧是控制煤矿事故总量的重点;国有煤矿应重视安全管理、安全责任落实、超能力生产等突出问题,严防较大及以上事故。从事故类型看,顶板、瓦斯、运输是控制煤矿事故总量的关键,瓦斯、水灾是防范和遏制煤矿重特大事故的重点。
(3) 煤矿企业应加大技术装备投入,加强从业人员管理与技术能力,提高防灾抗灾减灾能力。
煤炭企业应结合自身实际,加强与高校、科研院所合作,积极引入先进采掘、监测、预警装备,切实提高煤矿开采技术水平,做到对各类风险分类分级管控。煤炭行业管理人员应重视落实安全生产责任,技术人员应提高自身专业技术水平,企业一线作业人员要提高安全素质,切实提高事故处理能力。
(4) 合理调配监管监察资源,加大科学监管监察力度。
监管监察部门应充分运用互联网、大数据等技术手段,构建信息化、标准化、科学化的安全生产监管体系,建立区域煤矿安全态势分析预警机制,强化事故风险分区、分类、分级管控,加快推进煤矿安全监控、人员定位等系统与各级煤监机构事故风险分析平台联网,加快区域煤矿安全态势智能分析及预警系统推广应用,为预防性、科学精准执法提供支撑。区域风险预警应综合考虑区域内煤矿的固有自然属性、矿井布局及采掘条件、宏观技术、经济政策、矿井重大隐患、事故的时空规律等多种因素,并利用图形化的方式对风险预警结果进行表达与展示。同时,应加强政策引导,合理规划煤炭企业兼并重组,积极引导国家财政向煤矿安全生产投入资金,强化技术人员培训及安全教育,形成切实有效的安全监管系统。
(1) 我国煤矿事故起数和死亡人数逐年下降,但一般事故仍然频发,重特大事故时有发生,煤矿安全形势依然严峻。
(2) 湖南、重庆、云南、四川、贵州南方五省(市)是煤矿事故的高发地区,黑龙江、贵州应严防连续发生煤矿重大及以上事故,山西、新疆、陕西等煤炭大省的煤矿重特大事故防范任务艰巨。每年春节后3—5月复工复产及第4季度煤炭需求增加是导致该时间段煤矿事故高发的主要原因。乡镇煤矿事故起数占50%以上,是控制煤矿事故总量的重点;国有地方煤矿对较大及以上事故的控制相对较好,事故起数、死亡人数均在总量的10%以下;国有重点煤矿应严控重特大事故。瓦斯、顶板、运输是控制煤矿事故总量的关键,瓦斯、水灾是防范和遏制煤矿重特大事故的重点。
(3) 针对煤矿事故发生规律及特点,从产业政策、重点防控对象、技术与人员、监管监察4个方面提出以下对策及建议:进一步深化供给侧结构性改革,从根本上提升煤炭行业整体安全生产水平;应根据从事故发生地区、发生时间、煤矿所有制、事故类型等方面确定的重点防控对象,采取针对性管控措施;进一步加大煤矿安全技术装备投入,加强从业人员管理与技术能力;合理调配监管监察资源,加大科学监管监察力度。
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