2008—2019年我国煤矿水害事故统计及演变趋势分析

张培森，朱慧聪，李复兴，牛 辉

（1.山东科技大学 矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地，山东 青岛 266590；2.山东科技大学 矿业工程国家级实验教学示范中心，山东 青岛 266590）

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭在我国能源领域具有极为重要的地位[1]。2008年以来，随着国民经济的快速发展，能源消耗量日益增加，对煤炭的需求逐渐加大，全国煤炭总产量逐年提升，在高峰期达到37.6亿t/a[2]。虽然2008年以来各类清洁能源如太阳能、风能、核能、地热能、潮汐能等迅速发展，在一次消费能源结构中的占比大幅提升，但清洁能源的能量获取率和有效利用率远不及煤炭，故直至目前在总年产保持相对稳定的背景下煤炭在一次能源消费结构中的占比仍能稳定在55%以上。煤炭行业在2012年之前近10年的快速发展过程中，各种类型的煤矿迅速兴建起来，使煤矿的基数增大，整体侧重发展速度，轻视了煤矿安全生产的建设，导致矿山灾害特别是水害事故发生频率升高；2012年前后，随着煤炭产业由“重产能，轻安全”的现象向“安全-高效-绿色”的新发展理念转变[3-4]，炮采、普采等传统采煤工艺逐渐退出市场，综采、综放、大采高、智能化开采等新式开采技术得到了大范围的推广使用，后续在煤炭工业“十三五”科技发展规划中确立了“安全高效智能化开采和清洁集约化利用是煤炭行业在经济新常态下平稳健康发展的主旋律”这一总体发展思路[5]，尤其是国家对于安全生产的重视程度进一步提升，各相关职能部门陆续出台新的、更符合时下防治水工作要求的条例规程对煤矿水害进行预防和控制，使得煤矿综合效益得到提高，水害事故多发的严峻态势出现好转。旨在通过对2008—2019年间发生的水害事故规律及原因进行探讨，并对其演变趋势做必要的分析，对下一阶段煤矿水害事故的预防和控制起一定的参考作用。

1 2008 2019 我国煤矿水害事故概况

据不完全统计，2008—2019年全国（限我国大陆地区，不含港澳台，下同）共发生煤矿水害事故133起，死亡644人，分别占统计年度区间内事故总起数和死亡总人数的13.5%、14.8%。按事故类型划分统计表见表1。

由表1可知，在统计到的煤矿水害事故中具备事故类型划分依据且事故等级为较大事故及以上的有68起，死亡611人，分别占统计到事故类型的事故总起数和死亡总人数的76.4%、94.8%；一般事故21起，死亡33人，分别占统计到事故类型的事故总起数和死亡总人数的23.5%、5.1%。对较大及以上事故、一般事故2组数据进行比较可知，煤矿水害事故大多为伤亡严重、损失巨大、性质恶劣的安全事故[6]，需引起高度重视并采取切实可行的措施进行治理。

2 水害事故发生的空间规律及原因

对2008—2019年全国发生煤矿水害事故的省份中各省的事故起数及死亡人数进行统计，各省份事故起数及死亡人数走势图如图1。

由图1可知，事故起数和死亡人数位居前3的省份均为山西省、黑龙江省和贵州省，3省份事故起数分别占统计年份区间内事故总起数的20.3%、12.0%、11.3%，死亡人数分别占总数的22.8%、14.1%、12.9%，3省份事故起数之和及死亡人数之和分别为对应量值全国总数的43.6%和49.8%。故可知水害事故的发生与地区分布密切相关，具有显著的集群性地域差异。

截止2002年底，山西省、黑龙江省和贵州省3省份探明煤炭可采储量分别为584、195、92亿t[7]，居全国各省探明可采储量排名的第1位、第3位和第5位，分别占全国探明可采总储量的30.9%、10.3%、4.8%，合计总占比为46.0%。同时，山西、黑龙江、贵州3个省份为我国的产煤大省，煤矿基数大，是水害事故高发的重要原因之一。

另外，从山西、黑龙江、贵州省3省份煤炭可采储量、水害事故起数、死亡人数的数量级对比角度分析，贵州省的探明可采储量（数据截止2002年底）仅分别为山西省和黑龙江省的15.7%、47.1%，但发生水害事故起数却分别为2个省的55.5%、93.7%，死亡人数分别为56.4%、91.2%。出现此情况的原因在于贵州省地处云贵高原，全省地势较高，平均海拔在1 000 m以上，岩溶地貌发育，山脉纵横交错，山间散布许多小型盆地，省内河流分布众多，且受南部暖湿气流的影响，汛期降雨量巨大，山区水资源充沛[8-9]。复杂的水文地质条件给矿井基建工程、巷道系统布置以及工作面布置等均带来很大影响[10]，具体表现为在前期探巷掘进过程中，极易因水文地质条件的复杂性和突发性而来不及进行应急处理，引发安全事故甚至二次灾害；后期正式布置巷道系统和工作面时，大量的岩体开挖和掘进会破坏巷道围岩的原始应力状态，使水文地质条件更加复杂多变，加大了水害事故发生的可能性。故可知矿区所在地水文地质条件和工程地质条件的复杂程度也是影响煤矿灾害发生频率和事故等级的重要原因。

3 水害事故发生的时间规律及原因

3.1 不同月份水害事故发生规律及原因分析

将2008—2019年所有煤矿水害事故按发生月份进行汇总统计，不同月份事故起数、死亡人数走势图如图2。由图2可知，4月为全年事故高发期，9月至次年2月间存在1个小高峰即10月，但从全年的数据分布来看，发生事故起数相对集中于3—8月；死亡人数走势与事故起数走势基本一致，但9月至次年2月间无特别明显起伏趋势，变化较为平缓。故从数据本身的角度来看，每年3—8月应为煤矿水害事故的高发期。

图2 不同月份事故起数、死亡人数走势图Fig.2 Trend of accidents and deaths in different months

为进一步确定每年水害事故高发月份，计算2008—2019年间每月死亡人数的月比率[11]，进而根据判别标准筛选出水害事故高发月份。由式（1）～式（4）计算出各月份的月比率值，

式中：Ma为统计年度区间内所有月份总数；Y为统计年份区间内所有年度总数。

式中：Ms为统计区间内相同月份的平均死亡人数，人/月；Dm为统计区间内相同月份死亡人数之和；M为统计区间内相同月份总数。

式中：k为月比率。

根据“计算所得月比率值大于100的月份为水害事故高发月份”这一判别标准[8]对死亡人数月平均数及月比率统计（表2）进行判断可知，3、4、7、8月的月比率均大于100，为水害事故高发月份，5月和6月的月比率值居所有月比率值低于100的月份中的第1位和第2位，是水害事故多发月份。故通过对月比率这一量值的计算从侧面印证了每年3—8月为煤矿水害事故高发期这一结论的可靠性。

表2 死亡人数月平均数及月比率统计表Table 2 Statistics of monthly average and monthly ratio of death toll

究其原因，每年3月开始全国陆续进入汛期，一直持续到8月前后。南方低纬度各省份如贵州、云南、广东、台湾等由地理位置所决定，最先接受大洋暖湿气流带来的降水影响，进入汛期早，大气降水充足，持续时间长，水量大，可对地表动态水与静态水进行足量的补充[8，12]。其他中、高纬度省份亦相继进入汛期。地表水通过水体下的松散岩层、基岩含水层、开采后顶板垮裂带贯通地表塌陷带裂缝或形成的破碎带、老空区等下渗[13]，对采场覆岩含水层、岩溶水、断层水、裂隙水、老空（窑）水等进行动态补充，或通过新发育的导水通道在工作面附近采空区等区域形成新的积水。

3.2 昼夜不同时间段内水害事故发生规律及原因

昼夜24 h内，温度、湿度等环境条件始终处于变化之中，人体机能也随之做出相应的调整，进而影响人的正常活动。对2008—2019年间发生的水害事故按照1昼夜24 h中每一时间点发生的事故起数统计图和死亡人数统计图进行叠加，得出事故高发及死亡人数集中的时间段，不同时间段内事故起数及死亡人数走势图如图3。

图3 不同时间段内事故起数及死亡人数走势图Fig.3 Trend chart of number of accidents and number of deaths in different time periods

由图3可知，3：00－5：00、9：00－11：00、16：00－18：00、22：00－24：00为事故多发和死亡人数集中的时间段。从整体来看，若将统计图中的24 h构建1个闭合区间，则死亡人数折线图自1：00－2：00的时间段起再至该时间段止，大致呈“递增－递减－再递增－再递减”的变化趋势，存在9：00－11：00和22：00－24：00 2个波峰，且1：00－2：00与19：00－21：00之间的初次峰值跨度区间远大于19：00－21：00与次日1：00－2：00之间的二次峰值跨度区间。

3：00－5：00、16：00－18：00、22：00－24：00为目前应用最为广泛的“三八制”“四六制”作业方式的集中交接班时间段，其中，从人的正常作息角度分析，3：00－5：00处于深度睡眠的后期或深度睡眠之后的浅度睡眠过程，此时终止睡眠转而从事高强度生产作业极易引起困乏，精神状态不佳，身心懈怠，处于精力不完全集中、安全意识薄弱的状况，需要一段时间进行调整、过渡，而在此过程中极易因马虎大意导致安全事故的发生；16：00－18：00处于1个白昼的末尾时段，也是1 d之中气温开始显著下降的时段，气温的变化使工人的体感温度随之产生变化，进而影响机体平衡的调整，不利于正常工作状态的发挥；22：00－24：00处于1 d的末尾时段，是1 d之中气候差异最大的2个极端之一（另一极端为9：00－11：00的中午时段），此时工人周围环境与上一交接班时间段的环境状态相比存在显著差异，工人在此班需经历身体机能随环境改变所进行的一系列大幅度调整，从而对安全工作状态产生干扰。

4 不同突水水源致水害事故规律及原因

煤矿水害事故常见突水水源有老空（窑）水、地表水、奥灰水、裂隙水、离层水、巷道积水等。对2008—2019年间统计到突水水源的68起煤矿水害事故按水源类型进行分类统计，不同突水水源致突事故总起数及死亡总人数统计表见表3。

表3 不同突水水源致突事故总起数及死亡总人数统计表Table 3 Statistics of total number of accidents and death caused by different water inrush sources

不同突水水源致突事故起数占比如图4，不同突水水源致突死亡人数占比如图5。由图4、图5可以看出，以老空（窑）水、地表水作为突水水源的事故起数占统计到突水水源的事故总起数的比例分别为67.6%、11.7%，死亡人数占统计到突水水源死亡总人数的比例分别为77.8%、6.2%，2个量值的占比均居各类型突水水源占总比排名的前2位。故可知老空（窑）水和地表水是煤矿水害事故中最为常见的2种突水水源[14]。

图4 不同突水水源致突事故起数占比Fig.4 Proportion of accidents caused by different water inrush sources

图5 不同突水水源致突死亡人数占比Fig.5 Proportion of death caused by different water inrush sources

老空（窑）水是采空区内积存一定水量的水体所形成，积水总量较大，与正在推进的工作面距离小。从层位关系角度来讲，老空（窑）水一般包括同水平相邻采空区积水和上部水平采空区积水2类。在工作面推进过程中极易将与相邻采空区积水间的隔水煤（岩）体破坏，使其有效隔水厚度减小，直至隔水煤（岩）体强度不再足以承受采空区积水所产生的水压时，隔水煤（岩）体被完全破坏，积水涌突至工作面中；对上部水平采空区积水而言，回采下水平煤层时，垮落带高度和导水断裂带高度的发育使下水平工作面与上部采空区积水间的隔水煤（岩）体有效隔水厚度减小，至隔水煤（岩）体不再足以承受上部积水自重时发生全断面破裂，上部采空区与下部工作面贯通，积水下泄。地表水即为江河湖泊水，可通过大气降水（雨、雪、冰雹等）、冰川融水等进行补充。包括老空（窑）水、地表水在内的所有突水水源致突过程均具有突发性、瞬时涌水量大的的特点，此亦为水害事故通常导致较大人员伤亡和经济损失的主要原因。

5 不同类型矿井发生水害事故规律及原因

在2008—2019年发生的水害事故中，统计到的不同矿井类型的水害事故77起，死亡434人，不同类型矿井事故起数及死亡人数统计表见表4。不同类型矿事故起数、死亡人数统计对比图如图6。其中，小型矿井发生事故起数和死亡人数分别占统计到有矿井类型的事故总起数和死亡总人数的66%、69%，是水害事故多发的高危型矿井。

表4 不同类型矿井事故起数及死亡人数统计表Table 4 Statistics of number of accidents and number of deaths in different types of mines

图6 不同类型矿事故起数、死亡人数统计对比图Fig.6 Statistical comparison of accidents and deaths in different types of mines

我国煤炭资源分布不平衡，存在集中赋存区和少煤区。煤炭资源的集中分布催生出大量煤矿的兴建特别是年产小于30万t的小型矿井数量急速增加，提高了煤矿基数。理论上讲，所有煤矿均存在发生安全事故的概率，故煤矿基数越大，整体上发生安全事故的概率就越大，而水害事故从时间、空间的角度上在煤矿发生的所有安全事故中具有随机性，故煤矿水害事故发生的概率和频率亦随煤矿基数的增加而增大。从小型煤矿自身角度来讲，其煤层埋深浅，断层较为发育[15]；回采率和产量低，综合效益差，生产技术装备和安全技术装备不完善，采煤工艺较为传统落后，管理水平低下，盈利性目的强，安全生产意识薄弱[16]，在保证煤矿整体效益的前提下，很难留有足够的资金来建设完备的矿山灾害预防和控制系统。另外，小型矿井在专职防治水技术人员配备方面也存在明显的不足，对一线工人的安全培训不到位，致使工人安全意识薄弱，对突发事故的应急处理能力匮乏，易出现生产事故。另外，小型煤矿对于本矿区水文地质条件不完全掌握，与相邻矿井之间的地质资料交换不畅通，致使出现超层越界开采、私挖滥采、无序生产等现象[16]，易揭露老空（窑）水等引发水害事故。

6 煤矿水害事故演变趋势

2008—2019年，各年度发生的煤矿水害事故起数和死亡人数出现了1个波峰。各年度事故起数、死亡人数走势图如图7。

图7 各年份事故起数、死亡人数走势图Fig.7 Trend of accidents and deaths in different years

由图7可知，自2008年伊始，煤矿水害事故起数逐年增加，至2010年前后达到峰值，而后开始递减；自2015年开始减幅逐渐放缓。死亡人数的变化趋势与事故起数的趋势基本相同。根据走势情况以2010年和2015年为节点可将整个统计年限内的事故起数、死亡人数2个量值变化趋势划分为峰前递增阶段、峰后前期递减阶段和峰后后期平缓下降阶段3部分，各部分的变化对应所属年限内国家大政方针的按需调整、经济社会发展情况变动、产业政策变化等因素的动态影响。对于峰前递增阶段，主要原因在于经济的快速发展促进能源的大量消耗，对一次消费能源尤其是煤炭的需求量增加，进而带动了整个煤炭市场的扩容式发展。但在煤炭总产能急速增加的同时，由于煤矿过度增加产能、追求经济效益而轻视了安全生产的重要性，致使煤矿水害事故发生概率和频率显著增加；对于峰后前期递减阶段，因峰前煤炭产能的过饱和增长，到2011年前后产能过剩问题暴露出来，市场开始出现不稳定现象，煤炭价格持续走跌，随之，总年产增速放缓继而转为呈波动性下降，另外国家对于安全生产特别是煤矿安全生产的重视程度越来越高，陆续出台了一系列新的防控煤矿水害的条例规程，加大了对煤矿安全生产的监督和事故追责力度，推动煤矿由“以经济效益为主导”向“经济效益和煤矿安全综合发展”的方向转变，安全生产呈现向好发展态势，水害事故也由此得到有力的治理；对于峰后后期平缓下降阶段，结合图7中此阶段的数据走势可知，自2015年“十二五”发展规划结束、“十三五”规划开始的关键节点起，为适应经济社会发展需要和能源战略规划要求，国家和相关政府部门对于煤矿水害的治理力度进一步加大。而自2015年之后每年发生的煤矿水害事故起数和死亡人数的基数已很小，平均分别为6起、19人左右，且死亡人数自2015年以后大幅降低，安全“短板”犹存且逐渐减少但难以避免的“短板”相对越来越多，深入治理的难度加大，因此出现治理成效放缓的情况。

可以预见，未来一段时间内，在国家治理体系和治理能力现代化建设的稳步推进以及煤矿“安全高效智能化开采和清洁集约化利用”新发展理念[5]逐步深入贯彻实施的大背景下，我国煤矿水害治理水平及治理能力会得到进一步提升，事故起数及死亡人数两个指标预计将继续保持平稳下降或动态稳定，存在某些年份偶尔出现反弹的概率，但出现时间上大跨度回弹的可能性微乎其微。

7 结 语

1）统计年份区间内我国共发生煤矿水害事故133起，死亡644人。其中，统计到的具备事故类型划分依据且事故等级为较大事故及以上的有68起，死亡611人，分别占统计到事故类型的事故总起数和死亡总人数的76.4%、94.8%；一般事故21起，死亡33人，分别占统计到事故类型的事故总起数和死亡总人数的23.5%、5.1%。可见，煤矿水害事故多为伤亡严重、损失巨大的重大灾害。

2）统计年份区间内全国存在煤矿水害事故及人员死亡的省份中，山西省、黑龙江省和贵州省发生的事故起数及死亡人数均位列前三，3省份的事故总起数、死亡总人数分别占全国总数的43.6%和49.8%。3省均为我国富煤区，煤炭总储量大，矿井基数大，加大了煤矿水害事故发生的概率和频率。

3）对统计年份区间内全国发生的煤矿水害事故分别按月份和昼夜内不同时间段进行统计。每年3—8月为全国大部分地区的汛期，降水量大，为事故集中爆发期；每天3：00－5：00、9：00－11：00、16：00－18：00、22：00－24：00为交接班时段，工人精神状态不佳，安全意识薄弱，致使水害事故多发。

4）对统计年份区间内全国发生的煤矿水害事故的突水水源进行分析，老空（窑）水、地表水作为单个突水水源的占比分别为77.8%、6.2%，事故起数居所有突水水源类型中的前2位。积水区邻近工作面易被揭露或地表与井下存在贯通的涌水通道，使得老空（窑）水和地表水成为主要的突水水源。

5）在统计年份区间内全国能统计到的不同矿井类型水害事故中，大、中、小型矿井的数量分别为12座、14座和51座，死亡人数分别为86、48、300人，小型矿井发生事故起数和死亡人数分别占统计到其他矿井类型的事故总起数和死亡总人数的66%、69%。小型矿井由于受自身体量限制，地质资料等信息不全面，且与临矿沟通不畅，易因此发生超层越界开采等情况，揭露积水，发生水害事故。

6）对统计年份区间内发生的煤矿水害事故起数和死亡人数演变趋势进行分析，将2个量值变化趋势划分为峰前递增阶段、峰后前期递减阶段、峰后后期平缓下降阶段。对于峰前递增阶段，经济的快速发展对煤炭需求量加大，产能快速提升；对于峰后前期递减阶段，2011年前后产能过剩问题突出，国家加大调控，并加大对安全生产的重视和监督治理力度；对于峰后后期平缓下降阶段，煤矿水害基数已很小，深入治理难度加大，而国家对煤矿安全生产治理的高压态势有增无减，使得事故起数和死亡人数出现了平缓下降的趋势。