2012—2021 年中國煤礦瓦斯事故發生規律和特點研究

李春欣，張民波,2，王子超

（1.武漢工程大學 興發礦業學院，湖北 武漢 430074；2. 冀中能源集團有限責任公司，河北 邢臺 054000）

0 引 言

煤炭產業作為工業化的動力基礎，一直是支持我國工業發展的重要命脈。在煤礦的開采中，因其儲量的不確定性和煤礦賦存所在地質構造的復雜性，導致開采較為困難。隨著中國經濟的快速發展，對煤炭的需求量不斷增加，因此許多煤礦企業開始向更大的深度擴展，開采深度以每年10 ～20 m 的速度增加，部分煤礦開采深度達到1 000 m 以上，進入深部開采行列。在深部開采過程中，地質條件更加復雜、地應力增大和原始瓦斯賦存含量增高，煤與瓦斯突出的動力現象更加明顯，煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸、中毒等事故發生的可能性進一步增大。

在我國的煤礦事故中，瓦斯災害事故占總事故數的42%以上，是礦井最嚴重的事故災害之一。為了減少瓦斯事故的發生，國內外學者進行了許多研究。Leigh、Bagherpour 和Verma 等人著眼于事故發生的時間、地點和原因，以及礦工的年齡和教育背景等因素，建立了瓦斯事故數學模型，對瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出事故進行了詳細研究。陳鴻基于ELM 模型的方法，對煤礦瓦斯事故進行分析，并將結果與BP 神經網絡和SVM 模型對比，結果表明ELM 模型在早起預警中更準確。王建國等人分析了2012—2016 年我國較大及以上瓦斯事故，從事故發生時間、等級、類型等角度交叉耦合，發現瓦斯事故死亡人數與季度有關。潘杰基于FP-growth 算法對瓦斯事故發生原因進行關聯分析，通過事故報告驗證了該方法的可行性。上述研究大多數都是對瓦斯事故中的瓦斯爆炸和瓦斯突出進行詳細研究，對于瓦斯窒息事故研究較少，且缺乏對我國近幾年煤礦瓦斯事故規律的統計。

基于此，本文以考察了2012—2021 年我國煤礦瓦斯災害事故統計數據和瓦斯事故災害特征，研究了瓦斯事故的宏觀規律，并采用定量方法識別與瓦斯事故有關的各種危險因素，分析了瓦斯事故數與發生時間的關聯系，對于改善我國瓦斯災害現狀、有效預測事故發生途徑，制定合理的預防措施有重要的實用價值。

1 我國瓦斯事故基本情況

1.1 瓦斯基本事故類型統計

為保證分析內容的的準確定和真實性，文中所有數據均來自國家礦山安全監察局、中國煤礦安全生產網、中國國家統計局、《中國安保全生產年鑒》和相關論文等公開發表數據和資料。圖1 顯示了2012—2021 年中國的煤炭產量變化，2012—2021 年間中國的煤炭產量呈先減少后增加的趨勢，2016 年國家煤炭產量達到最低，為34.1 億t。近幾年，煤炭產量開始不斷增加，在2021 年煤炭產量已達41.3 億t，創歷史新高。

圖1 2012—2021 年中國的煤炭產量變化Fig.1 Changes in China's coal production from 2012 to 2021

隨著煤炭產量的不斷在增加，瓦斯事故也在不斷發生。2012—2021 年，全國共發生瓦斯事故356起，造成1 656 人死亡，其中煤與瓦斯突出事故115 起，死亡人數578 人，占總死亡人數的35%；瓦斯中毒、窒息事故61 起，死亡人數201 人，占總死亡人數的12.1%；瓦斯爆炸（燃燒） 事故189起，死亡人數877 人，占總死亡人數的52.9%，具體情況見表1。

表1 事故類別基本情況Table 1 Basic information of accident categories

1.2 近10 年瓦斯事故數和死亡人數統計分析

根據國家礦山安全監察局、中國煤礦安全生產網統計了2012—2021 年煤礦瓦斯事故數以及每起事故造成人員死亡數目，如圖2 所示。由圖2 可知，2012—2021 年事故數整體呈現不斷下降的趨勢，2021 年下降趨勢最大，且瓦斯事故數在2021年達到最低，僅發生了15 起，死亡人數為38 人，對比2020 年事故數下降了32%，死亡人數下降了24%。2013 年和2016 年事故數量分別為50 起和35 起，均比上一年要少，但是事故死亡人數卻高于上一年，說明2013 年和2016 年事故嚴重程度遠大于上一年。由圖2 事故數和死亡人數曲線圖的趨勢可預測2022 年，我國煤礦瓦斯事故數和死亡人數會呈下降趨勢。

圖2 2012—2021 年煤礦瓦斯事故數和事故死亡人數Fig.2 Number of coal mine gas accidents and accident deaths in 2012-2021

1.3 瓦斯事故等級統計分析

根據《生產安全事故報告和調查處理條例》第三條指出，生產安全事故按造成的傷亡人數或直接經濟損失可分為4 類，特別重大事故、重大事故、較大事故以及一般事故。具體劃分標準見表2。

表2 事故等級劃分表Table 2 Classification of accident levels

統計了2012—2021 年瓦斯事故，按照死亡人數劃分事故等級可得近10 年間我國特別重大、重大、較大和一般事故發生頻率及死亡人數，見表3。圖3 和圖4 分別為2012—2021 年我國煤礦瓦斯事故數和死亡人數占比圖。從表3、圖3 和圖4 中可知，2012—2021 年我國瓦斯事故中發生了187起一般事故，占總事故數的51.23%，死亡人數為206 人，占總死亡人數的12.44%；發生了132 起較大事故，占總事故數的36.16%，死亡人數為641 人，占總死亡人數的38.71%；發生了42 起重大事故，占總事故數的11.51%，死亡人數為660人，占總死亡人數的39.86%；發生了4 起特別重大事故，其中2012 和2013 年發生了一起，2016年發生了2 起，死亡149 人。從表3 中還可以得知，2012—2016 年一般事故發生頻率逐漸下降，2017—2021 一般事故發生頻率也在下降，且近幾年并未發生特別重大事故。

表3 2012—2021 年全國瓦斯事故等級及死亡人數統計Table 3 Statistics of gas accident levels and fatalities in China from 2012 to 2021

圖3 2012—2021 年我國煤礦瓦斯事故數占比Fig.3 Proportion of coal mine gas accidents in China from 2012 to 2021

圖4 2012—2021 年我國煤礦發生瓦斯事故死亡人數占比Fig.4 The proportion of deaths from gas accidents in coal mines in China from 2012 to 2021

2 煤礦瓦斯事故特征分析與規律研究

2.1 瓦斯事故分布空間特征

表4統計了瓦斯事故的區域分布，由表4 可知，2012—2021 年我國瓦斯事故發生次數最多的省份是貴州，其次是山西、湖南、四川等地，均位于南方。往別河南、新疆、山西、吉林、黑龍江等地礦井瓦斯事故較多。2012 年國家煤炭監管局點名了50 個煤礦安全事故多發重點縣，旨在減少事故和死亡人數，而這50 個煤礦安全重點縣大多分布在13 個省內；西南五省，貴州、湖南、四川、云南、重慶等省重點縣占據了37 個，成為了煤礦安全重點省份。這些煤礦事故多發的省份特點均有省區具有煤層儲氣條件差、機械化水平低、小煤礦多等特點，是造成煤礦事故的主要原因，加上部分煤礦企業為了追求高利潤，組織工人超負荷作業，導致有些隱患未及時查出，導致發生瓦斯災害事故的概率大幅度增加。

表4 瓦斯事故的區域分布Table 4 Regional distribution of gas accidents

2.2 瓦斯事故分布時間特征

圖5為瓦斯事故發生月份的統計圖，由圖5 可知，瓦斯事故和死亡人數最多的月份集中在3 月、5 月和8 月。3 月是農歷新年后的第一個工作月，職工剛放假回來，心態尚未完全適應工作環境，安全意識淡薄，不安全行為增多；5 月份工人要加班加點才能完成上半年的年產量目標，對安全的態度可能會松懈；8 月是中國最熱的時期，工人的生理和心理受高溫影響，容易出現疲勞，瓦斯事故更容易發生。Hinze、Amiri 和Fu[15-17]等人的研究也發現了類似的狀況。與9、10 月份相比，11 月份發生的瓦斯事故數也有小幅度的提升，主要是因為這一個月為達到年度生產目標，進行了大量的密集生產作業；煤礦管理者此時為實現目標，往往重生產輕視安全，以犧牲安全為代價追求經濟效益，從而導致瓦斯事故增加。

圖5 2012—2021 年每月瓦斯事故數與死亡人數Fig.5 Monthly gas accidents and deaths from 2012 to 2021

圖6為不同時間段瓦斯事故分布，從圖6 中可以看出，3:00 ～4:00 和10:00 ～11:00 是煤礦事故的高發期，10:00 ～12:00 這個時間段發生事故數都達到一個峰值。主要原因是我國煤礦實行三班倒制度：第一班（或早班） 從早上8 點到下午4 點，第二班（或午餐） 從下午4 點開始。到午夜12 點，第三班（晚上或晚上） 是從午夜到早上8 點。上午9 點至中午12 點之間是早班負責最高強度的工作和最多的采礦作業；而在夜班期間，到3 點時職工會因疲勞和困倦會導致注意力不集中，從而導致事故和死亡。

圖6 不同時間段瓦斯事故分布Fig.6 Gas accident distribution in different time periods

2.3 瓦斯事故原誘因特征

我國的煤炭開采業嚴重依賴于井下開采，井下作業空間隨時間動態變化，形成了十分復雜的地下巷道網絡，且該網絡與煤層氣賦存密切相關。瓦斯中毒（窒息） 事故多發生在采煤工作面、棄巷、盲巷等通風不良、易瓦斯聚集的礦井區域，如圖7（a） 所示。大部分煤與瓦斯突出（90%） 事故發生在主要地下作業區，如掘進工作面和采煤工作面，但很少發生在采空區、已建成的巷道或開挖區，如圖7（b） 所示。開挖作業會引發突出，尤其是落煤和振動作業不僅會引起地應力的變化，而且還會使動態載荷作用于新暴露的媒體上，導致煤層突然破碎。瓦斯爆炸事故主要發生在巷道掘進工作面，因為掘進工作面的通風管理較為復雜，容易受到人員管理不善的影響，如局部通風機任意打開或關閉都會造成通風停止，而風管損壞或非標準安裝會造成風量不足，使氣體積聚并達到爆炸極限濃度，造成掘進工作面發生瓦斯爆炸事故，如圖7（c） 所示。2012—2021 年礦區內發生瓦斯事故具體分布如圖7 所示。

圖7 2012—2021 年瓦斯事故在礦區中的分布圖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 強化技術措施

（1） 氣體地質參數。采用高精度三維地震勘探技術，識別斷層、褶皺、火成巖，利用地下鉆探準確控制煤層和地質構造。準確測量含氣量、瓦斯壓力、排水半徑、堅固系數等相關參數，分析地質構造對瓦斯賦存的影響。

（2） 通風系統。煤礦應建立完善可靠的通風系統，簡化生產布局，封閉廢棄巷道、盲巷道和與采空區相連的巷道，確保設施完好、風量充足、空氣流通。

（3） 排水系統。煤礦開采時，如果不滿足保護層的開采條件，必須采取區域預排水措施，以達到規定的排水標準。此外，還應采用定向鉆井技術，確保按設計進行鉆井，鉆井完成后，采用“兩堵一注”封孔技術，帶壓封孔，保證封孔不漏氣。

（4） 監測監控系統。設置完好的安全監測監控裝置，安全監控系統代表著氣控工作的“眼睛和耳朵”，系統中的所有設備都必須運行良好，并提供準確的數據，必要時實現可靠和快速的斷電。

（5） 技術裝備。鉆孔應使用大扭矩鉆桿、大直徑鉆頭等先進設備進行，運用最新鉆井技術，提高鉆井施工質量和效率；在提高透氣性方面：采用CO2壓裂、水力壓裂、水力開縫、深孔松動爆破提高煤層透氣性；應用氣體監測，高級甲烷傳感器，如紅外和激光傳感器，改善煤礦氣體預防和控制。

3.2 加強企業安全管理

政府應進一步通過安全立法，從產業政策、安全準入、技術研發、財稅支持、資金保障、監管執法等方面支持燃氣綜合管理。負責研究優化煤礦布局，建立安全的煤礦出入機制，控制發生大型事故地區煤礦建設的步伐。對不具備瓦斯治理能力的煤礦，要關閉或重組，減少小煤礦的數量和產量比例，提高煤礦安全管理能力。

煤礦企業是安全生產的主體。企業要建立健全行業內各層級、各部門、各崗位的安全責任制。管理者以及安全、生產、技術、運營、計劃、財務、人事、工會等部門的安全職責要清晰透明，形成人人有責的安全架構。

4 結 論

通過對2012—2021 年我國瓦斯災害事故統計，詳細分析事故發生原因，可以得到以下結論。

（1） 2012—2021 年，全國共發生瓦斯事故356 起，造成1 656 人死亡，主要事故類型為瓦斯爆炸（燃燒）、煤與瓦斯突出、瓦斯中毒（窒息）。瓦斯事故發生的時間主要集中在3 月、5 月和8月，3:00 ～4:00 和10:00 ～12:00 是瓦斯事故數和死亡人數最高的時間段，需重點預防。

（2） 在地理分布方面，貴州、山西、湖南、四川和重慶所在西南地區瓦斯災害事故發生率最高。在礦山井下，掘進工作面和采煤工作面發生瓦斯事故的頻率最高。

（3） 從3 個層次的事故預防措施為預防煤礦瓦斯災害事故提出一些建議，加強技術措施，強化安全管理和健全企業安全文化。