2012—2021 年中国煤矿瓦斯事故发生规律和特点研究

李春欣，张民波,2，王子超

（1.武汉工程大学 兴发矿业学院，湖北 武汉 430074；2. 冀中能源集团有限责任公司，河北 邢台 054000）

0 引 言

煤炭产业作为工业化的动力基础，一直是支持我国工业发展的重要命脉。在煤矿的开采中，因其储量的不确定性和煤矿赋存所在地质构造的复杂性，导致开采较为困难。随着中国经济的快速发展，对煤炭的需求量不断增加，因此许多煤矿企业开始向更大的深度扩展，开采深度以每年10 ～20 m 的速度增加，部分煤矿开采深度达到1 000 m 以上，进入深部开采行列。在深部开采过程中，地质条件更加复杂、地应力增大和原始瓦斯赋存含量增高，煤与瓦斯突出的动力现象更加明显，煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸、中毒等事故发生的可能性进一步增大。

在我国的煤矿事故中，瓦斯灾害事故占总事故数的42%以上，是矿井最严重的事故灾害之一。为了减少瓦斯事故的发生，国内外学者进行了许多研究。Leigh、Bagherpour 和Verma 等人着眼于事故发生的时间、地点和原因，以及矿工的年龄和教育背景等因素，建立了瓦斯事故数学模型，对瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故进行了详细研究。陈鸿基于ELM 模型的方法，对煤矿瓦斯事故进行分析，并将结果与BP 神经网络和SVM 模型对比，结果表明ELM 模型在早起预警中更准确。王建国等人分析了2012—2016 年我国较大及以上瓦斯事故，从事故发生时间、等级、类型等角度交叉耦合，发现瓦斯事故死亡人数与季度有关。潘杰基于FP-growth 算法对瓦斯事故发生原因进行关联分析，通过事故报告验证了该方法的可行性。上述研究大多数都是对瓦斯事故中的瓦斯爆炸和瓦斯突出进行详细研究，对于瓦斯窒息事故研究较少，且缺乏对我国近几年煤矿瓦斯事故规律的统计。

基于此，本文以考察了2012—2021 年我国煤矿瓦斯灾害事故统计数据和瓦斯事故灾害特征，研究了瓦斯事故的宏观规律，并采用定量方法识别与瓦斯事故有关的各种危险因素，分析了瓦斯事故数与发生时间的关联系，对于改善我国瓦斯灾害现状、有效预测事故发生途径，制定合理的预防措施有重要的实用价值。

1 我国瓦斯事故基本情况

1.1 瓦斯基本事故类型统计

为保证分析内容的的准确定和真实性，文中所有数据均来自国家矿山安全监察局、中国煤矿安全生产网、中国国家统计局、《中国安保全生产年鉴》和相关论文等公开发表数据和资料。图1 显示了2012—2021 年中国的煤炭产量变化，2012—2021 年间中国的煤炭产量呈先减少后增加的趋势，2016 年国家煤炭产量达到最低，为34.1 亿t。近几年，煤炭产量开始不断增加，在2021 年煤炭产量已达41.3 亿t，创历史新高。

图1 2012—2021 年中国的煤炭产量变化Fig.1 Changes in China's coal production from 2012 to 2021

随着煤炭产量的不断在增加，瓦斯事故也在不断发生。2012—2021 年，全国共发生瓦斯事故356起，造成1 656 人死亡，其中煤与瓦斯突出事故115 起，死亡人数578 人，占总死亡人数的35%；瓦斯中毒、窒息事故61 起，死亡人数201 人，占总死亡人数的12.1%；瓦斯爆炸（燃烧） 事故189起，死亡人数877 人，占总死亡人数的52.9%，具体情况见表1。

表1 事故类别基本情况Table 1 Basic information of accident categories

1.2 近10 年瓦斯事故数和死亡人数统计分析

根据国家矿山安全监察局、中国煤矿安全生产网统计了2012—2021 年煤矿瓦斯事故数以及每起事故造成人员死亡数目，如图2 所示。由图2 可知，2012—2021 年事故数整体呈现不断下降的趋势，2021 年下降趋势最大，且瓦斯事故数在2021年达到最低，仅发生了15 起，死亡人数为38 人，对比2020 年事故数下降了32%，死亡人数下降了24%。2013 年和2016 年事故数量分别为50 起和35 起，均比上一年要少，但是事故死亡人数却高于上一年，说明2013 年和2016 年事故严重程度远大于上一年。由图2 事故数和死亡人数曲线图的趋势可预测2022 年，我国煤矿瓦斯事故数和死亡人数会呈下降趋势。

图2 2012—2021 年煤矿瓦斯事故数和事故死亡人数Fig.2 Number of coal mine gas accidents and accident deaths in 2012-2021

1.3 瓦斯事故等级统计分析

根据《生产安全事故报告和调查处理条例》第三条指出，生产安全事故按造成的伤亡人数或直接经济损失可分为4 类，特别重大事故、重大事故、较大事故以及一般事故。具体划分标准见表2。

表2 事故等级划分表Table 2 Classification of accident levels

统计了2012—2021 年瓦斯事故，按照死亡人数划分事故等级可得近10 年间我国特别重大、重大、较大和一般事故发生频率及死亡人数，见表3。图3 和图4 分别为2012—2021 年我国煤矿瓦斯事故数和死亡人数占比图。从表3、图3 和图4 中可知，2012—2021 年我国瓦斯事故中发生了187起一般事故，占总事故数的51.23%，死亡人数为206 人，占总死亡人数的12.44%；发生了132 起较大事故，占总事故数的36.16%，死亡人数为641 人，占总死亡人数的38.71%；发生了42 起重大事故，占总事故数的11.51%，死亡人数为660人，占总死亡人数的39.86%；发生了4 起特别重大事故，其中2012 和2013 年发生了一起，2016年发生了2 起，死亡149 人。从表3 中还可以得知，2012—2016 年一般事故发生频率逐渐下降，2017—2021 一般事故发生频率也在下降，且近几年并未发生特别重大事故。

表3 2012—2021 年全国瓦斯事故等级及死亡人数统计Table 3 Statistics of gas accident levels and fatalities in China from 2012 to 2021

图3 2012—2021 年我国煤矿瓦斯事故数占比Fig.3 Proportion of coal mine gas accidents in China from 2012 to 2021

图4 2012—2021 年我国煤矿发生瓦斯事故死亡人数占比Fig.4 The proportion of deaths from gas accidents in coal mines in China from 2012 to 2021

2 煤矿瓦斯事故特征分析与规律研究

2.1 瓦斯事故分布空间特征

表4统计了瓦斯事故的区域分布，由表4 可知，2012—2021 年我国瓦斯事故发生次数最多的省份是贵州，其次是山西、湖南、四川等地，均位于南方。往别河南、新疆、山西、吉林、黑龙江等地矿井瓦斯事故较多。2012 年国家煤炭监管局点名了50 个煤矿安全事故多发重点县，旨在减少事故和死亡人数，而这50 个煤矿安全重点县大多分布在13 个省内；西南五省，贵州、湖南、四川、云南、重庆等省重点县占据了37 个，成为了煤矿安全重点省份。这些煤矿事故多发的省份特点均有省区具有煤层储气条件差、机械化水平低、小煤矿多等特点，是造成煤矿事故的主要原因，加上部分煤矿企业为了追求高利润，组织工人超负荷作业，导致有些隐患未及时查出，导致发生瓦斯灾害事故的概率大幅度增加。

表4 瓦斯事故的区域分布Table 4 Regional distribution of gas accidents

2.2 瓦斯事故分布时间特征

图5为瓦斯事故发生月份的统计图，由图5 可知，瓦斯事故和死亡人数最多的月份集中在3 月、5 月和8 月。3 月是农历新年后的第一个工作月，职工刚放假回来，心态尚未完全适应工作环境，安全意识淡薄，不安全行为增多；5 月份工人要加班加点才能完成上半年的年产量目标，对安全的态度可能会松懈；8 月是中国最热的时期，工人的生理和心理受高温影响，容易出现疲劳，瓦斯事故更容易发生。Hinze、Amiri 和Fu[15-17]等人的研究也发现了类似的状况。与9、10 月份相比，11 月份发生的瓦斯事故数也有小幅度的提升，主要是因为这一个月为达到年度生产目标，进行了大量的密集生产作业；煤矿管理者此时为实现目标，往往重生产轻视安全，以牺牲安全为代价追求经济效益，从而导致瓦斯事故增加。

图5 2012—2021 年每月瓦斯事故数与死亡人数Fig.5 Monthly gas accidents and deaths from 2012 to 2021

图6为不同时间段瓦斯事故分布，从图6 中可以看出，3:00 ～4:00 和10:00 ～11:00 是煤矿事故的高发期，10:00 ～12:00 这个时间段发生事故数都达到一个峰值。主要原因是我国煤矿实行三班倒制度：第一班（或早班） 从早上8 点到下午4 点，第二班（或午餐） 从下午4 点开始。到午夜12 点，第三班（晚上或晚上） 是从午夜到早上8 点。上午9 点至中午12 点之间是早班负责最高强度的工作和最多的采矿作业；而在夜班期间，到3 点时职工会因疲劳和困倦会导致注意力不集中，从而导致事故和死亡。

图6 不同时间段瓦斯事故分布Fig.6 Gas accident distribution in different time periods

2.3 瓦斯事故原诱因特征

我国的煤炭开采业严重依赖于井下开采，井下作业空间随时间动态变化，形成了十分复杂的地下巷道网络，且该网络与煤层气赋存密切相关。瓦斯中毒（窒息） 事故多发生在采煤工作面、弃巷、盲巷等通风不良、易瓦斯聚集的矿井区域，如图7（a） 所示。大部分煤与瓦斯突出（90%） 事故发生在主要地下作业区，如掘进工作面和采煤工作面，但很少发生在采空区、已建成的巷道或开挖区，如图7（b） 所示。开挖作业会引发突出，尤其是落煤和振动作业不仅会引起地应力的变化，而且还会使动态载荷作用于新暴露的媒体上，导致煤层突然破碎。瓦斯爆炸事故主要发生在巷道掘进工作面，因为掘进工作面的通风管理较为复杂，容易受到人员管理不善的影响，如局部通风机任意打开或关闭都会造成通风停止，而风管损坏或非标准安装会造成风量不足，使气体积聚并达到爆炸极限浓度，造成掘进工作面发生瓦斯爆炸事故，如图7（c） 所示。2012—2021 年矿区内发生瓦斯事故具体分布如图7 所示。

图7 2012—2021 年瓦斯事故在矿区中的分布图Fig.7 Distribution map of gas accidents in mining area from 2012 to 2021

3 瓦斯事故的防治措施

3.1 强化技术措施

（1） 气体地质参数。采用高精度三维地震勘探技术，识别断层、褶皱、火成岩，利用地下钻探准确控制煤层和地质构造。准确测量含气量、瓦斯压力、排水半径、坚固系数等相关参数，分析地质构造对瓦斯赋存的影响。

（2） 通风系统。煤矿应建立完善可靠的通风系统，简化生产布局，封闭废弃巷道、盲巷道和与采空区相连的巷道，确保设施完好、风量充足、空气流通。

（3） 排水系统。煤矿开采时，如果不满足保护层的开采条件，必须采取区域预排水措施，以达到规定的排水标准。此外，还应采用定向钻井技术，确保按设计进行钻井，钻井完成后，采用“两堵一注”封孔技术，带压封孔，保证封孔不漏气。

（4） 监测监控系统。设置完好的安全监测监控装置，安全监控系统代表着气控工作的“眼睛和耳朵”，系统中的所有设备都必须运行良好，并提供准确的数据，必要时实现可靠和快速的断电。

（5） 技术装备。钻孔应使用大扭矩钻杆、大直径钻头等先进设备进行，运用最新钻井技术，提高钻井施工质量和效率；在提高透气性方面：采用CO2压裂、水力压裂、水力开缝、深孔松动爆破提高煤层透气性；应用气体监测，高级甲烷传感器，如红外和激光传感器，改善煤矿气体预防和控制。

3.2 加强企业安全管理

政府应进一步通过安全立法，从产业政策、安全准入、技术研发、财税支持、资金保障、监管执法等方面支持燃气综合管理。负责研究优化煤矿布局，建立安全的煤矿出入机制，控制发生大型事故地区煤矿建设的步伐。对不具备瓦斯治理能力的煤矿，要关闭或重组，减少小煤矿的数量和产量比例，提高煤矿安全管理能力。

煤矿企业是安全生产的主体。企业要建立健全行业内各层级、各部门、各岗位的安全责任制。管理者以及安全、生产、技术、运营、计划、财务、人事、工会等部门的安全职责要清晰透明，形成人人有责的安全架构。

4 结 论

通过对2012—2021 年我国瓦斯灾害事故统计，详细分析事故发生原因，可以得到以下结论。

（1） 2012—2021 年，全国共发生瓦斯事故356 起，造成1 656 人死亡，主要事故类型为瓦斯爆炸（燃烧）、煤与瓦斯突出、瓦斯中毒（窒息）。瓦斯事故发生的时间主要集中在3 月、5 月和8月，3:00 ～4:00 和10:00 ～12:00 是瓦斯事故数和死亡人数最高的时间段，需重点预防。

（2） 在地理分布方面，贵州、山西、湖南、四川和重庆所在西南地区瓦斯灾害事故发生率最高。在矿山井下，掘进工作面和采煤工作面发生瓦斯事故的频率最高。

（3） 从3 个层次的事故预防措施为预防煤矿瓦斯灾害事故提出一些建议，加强技术措施，强化安全管理和健全企业安全文化。