張飛燕，張念思，韓 穎，何 鑫

(1.河南理工大學 a.安全科學與工程學院；b.能源科學與工程學院，焦作 454003；2.煤炭安全生產與清潔高效利用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，焦作 454003；3.中原經濟區(qū)煤層(頁巖)氣河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，焦作 454003；4.深井巖層控制與瓦斯抽采國家安監(jiān)局科技支撐平臺，焦作 454003；5.河南省瓦斯地質與瓦斯治理重點實驗室——省部共建國家重點實驗室培育基地，焦作 454003)

“十四五”時期是推進民爆行業(yè)安全、高質量發(fā)展的關鍵時期。民爆行業(yè)是推進現(xiàn)代化基礎設施體系建設、保障國民經濟建設和社會發(fā)展的重要基礎性行業(yè)[1]。隨著民爆行業(yè)的發(fā)展，民爆物品的需求量也快速增大。由于民爆物品本身就具有高危險性，在其生產、運輸、貯存和使用等過程都不利于安全管理[2-4]，因此，許多學者針對民爆物品的安全管理進行了研究。高海松等指出我國民爆物品安全管理存在管理模式粗放、缺乏專業(yè)技術、安全意識淡薄和監(jiān)管不到位4大問題[5]；劉治兵認為管理失誤是造成民爆物品爆炸事故的直接原因[6]。鄭德明從民爆行業(yè)市場進行分析[7]，認為民爆物品的流向和使用存在監(jiān)管盲區(qū)，建議有關部門加強管理。民爆物品安全管理問題突顯，安全事故時有發(fā)生，由民爆物品爆炸事故所帶來的人員傷亡和經濟損失不容小覷[8,9]。因此，統(tǒng)計我國的民爆物品爆炸死亡事故，科學研判民爆物品安全形式，對預防民爆物品爆炸死亡事故的發(fā)生十分重要。

目前，我國許多學者對災害事故的統(tǒng)計進行了大量研究，主要包括煤礦瓦斯、煤礦水害、粉塵爆炸、交通事故等[10-13]。但是對于民爆物品事故的統(tǒng)計相對較少，不能夠直觀地看到民爆物品爆炸所帶來的危害。基于此，通過中國爆破網(wǎng)和安全管理網(wǎng)，搜集統(tǒng)計了2012—2021年我國發(fā)生的民爆物品爆炸死亡事故。從事故發(fā)生年份、發(fā)生省份、發(fā)生環(huán)節(jié)和死亡人數(shù)等進行統(tǒng)計分析，并采用灰色馬爾可夫預測模型對未來兩年我國的民爆物品爆炸事故起數(shù)和死亡人數(shù)進行預測，以期加強對于民爆物品的安全管理，有效改善民爆物品爆炸事故頻發(fā)的局面提供參考。

1 近10年我國民爆物品爆炸事故統(tǒng)計

1.1 基于事故年份的統(tǒng)計

為了保證民爆物品爆炸事故的真實性和準確性，數(shù)據(jù)全部來源于中國爆破網(wǎng)和安全管理網(wǎng)[14,15]。2012—2021年我國發(fā)生了102起民爆物品爆炸傷亡事故，死亡479人。近10年來的民爆物品爆炸死亡事故統(tǒng)計見表1，民爆物品事故傷亡趨勢如圖1所示。

表 1 2012—2021年民爆物品爆炸事故情況統(tǒng)計表

由圖1可以看出：2012年、2014年、2016年我國發(fā)生民爆物品爆炸傷亡事故數(shù)最多，分別占事故總起數(shù)的14.7%；2018年和2021年發(fā)生的事故起數(shù)最少，分別占事故總起數(shù)的5.9%。2012年事故造成的死亡人數(shù)最多，死亡90人，占總死亡人數(shù)的18.79%；2018年因民爆物品爆炸事故造成的死亡人數(shù)最少，占總死亡人數(shù)的4.8%。2017—2021年所發(fā)生的事故起數(shù)相對于2012—2016年的事故起數(shù)有所減少，事故造成的死亡人數(shù)總體有下降趨勢。

圖 1 2012—2021年民爆物品爆炸死亡事故趨勢圖Fig. 1 Trend chart of civil explosive articles explosion casualties from 2012 to 2021

1.2 基于事故等級的統(tǒng)計

按照我國《生產安全事故報告和調查處理條例》[16]，可將事故等級根據(jù)死亡人數(shù)劃分為特別重大事故(造成30人以上死亡)、重大事故(造成10人以上30人以下死亡)、較大事故(造成3人以上10人以下死亡)、一般事故(造成3人以下死亡)。2012—2021年我國發(fā)生特別重大民爆物品爆炸事故1起，2013年的山東保利民爆濟南科技有限公司“5·20”特別重大爆炸事故[17]，造成33人死亡，占總死亡人數(shù)的6.9%；重大事故15起，占事故總數(shù)的14.7%，死亡178人，占總死亡人數(shù)的37.2%；一般和較大事故86起，占事故總數(shù)的84.3%，死亡268人，占總死亡人數(shù)的55.9%。具體情況見表2。

表 2 2012—2021年我國民爆物品爆炸事故等級統(tǒng)計

1.3 基于事故發(fā)生區(qū)域的統(tǒng)計

2012—2021年我國共有24個省份發(fā)生國民爆物品爆炸死亡事故，其中發(fā)生民爆物品爆炸死亡事故起數(shù)最多的省份為湖南省，發(fā)生了17起，造成87人死亡；其次是河北省，發(fā)生了11起民爆物品爆炸事故，造成76人死亡；陜西、河南、山西等地也發(fā)生多起民爆物品爆炸事故，造成多數(shù)人員死亡。具體情況見表3。

表 3 2012—2021年我國民爆物品爆炸事故區(qū)域統(tǒng)計

1.4 基于爆炸事故環(huán)節(jié)的統(tǒng)計

我國民爆行業(yè)發(fā)展迅速，在民爆物品的生產、運輸、貯存和使用等過程爆炸死亡事故時有發(fā)生。根據(jù)爆炸事故發(fā)生的環(huán)節(jié)對我國2012—2021年的民爆物品爆炸事故進行了統(tǒng)計，見表4，其中生產環(huán)節(jié)發(fā)生的事故起數(shù)最多，占事故總數(shù)的47.1%，造成的死亡人數(shù)為213人，占總死亡人數(shù)的44.5%；其次是爆破作業(yè)環(huán)節(jié)，發(fā)生了18起爆炸事故，占事故總數(shù)的17.6%，造成76人死亡，占總死亡人數(shù)的15.8%；貯存環(huán)節(jié)發(fā)生了15起事故，占事故總數(shù)的14.7%，造成55人死亡，占總死亡人數(shù)的11.5%；銷毀環(huán)節(jié)發(fā)生了9起爆炸事故，占事故總數(shù)的8.8%，死亡33人，占總死亡人數(shù)的6.9%；裝卸環(huán)節(jié)發(fā)生了6起爆炸事故，占事故總數(shù)的5.9%，死亡64人，占總死亡人數(shù)的13.4%；運輸環(huán)節(jié)發(fā)生6起爆炸事故，占事故總數(shù)的5.9%，死亡38人，占總死亡人數(shù)的7.9%。其中，數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示民爆物品的生產和爆破作業(yè)環(huán)節(jié)發(fā)生的事故起數(shù)相對最多，主要是因為民爆物品生產企業(yè)作業(yè)環(huán)境不安全、管理缺陷等風險因素以及爆破作業(yè)單位從業(yè)人員專業(yè)能力不足[18]、作業(yè)現(xiàn)場安全監(jiān)管不到位而導致爆炸事故發(fā)生[19]。

表 4 2012—2021年我國民爆物品爆炸事故環(huán)節(jié)統(tǒng)計

1.5 基于事故原因的統(tǒng)計

民爆物品發(fā)生爆炸產生的沖擊波會引起相隔一定距離的炸藥爆炸，而爆炸產生的爆炸沖擊波又是造成人員傷亡的最主要因素。在此主要把民爆物品爆炸事故原因分為三類：靜電/火花、機械作用撞擊或摩擦以及違章作業(yè)。靜電/火花導致爆炸事故是因為在生產過程中機械之間的接觸、摩擦使電荷聚集而產生靜電火花或者在爆破作業(yè)時產生的明火飛濺引燃其他民爆物品而發(fā)生爆炸。機械撞擊、摩擦導致爆炸事故是因為在民爆物品生產和運輸過程中，生產車間機械之間的摩擦、運輸過程中民爆物品與車廂之間的撞擊摩擦發(fā)熱，熱量積聚導致民爆物品燃燒爆炸。違章作業(yè)主要包括在爆破施工時違反國家規(guī)定、銷毀炸藥時操作不當?shù)取?012—2021年的民爆物品爆炸事故原因進行了統(tǒng)計分析，其中因機械撞擊、摩擦而引發(fā)的爆炸事故占51%，靜電/火花引發(fā)的爆炸事故占22.5%，違章作業(yè)引發(fā)的爆炸事故占26.5%，如圖2所示。

圖 2 2012—2021年我國民爆物品爆炸事故原因Fig. 2 Causes of civil explosive articles explosion accident in China in 2012—2021

2 安全措施

加大我國各省份民爆物品的安全監(jiān)管力度。2012—2021年我國的民爆物品爆炸事故涉及各個省份，其中湖南、河北和陜西三省是民爆物品爆炸事故的主要發(fā)生地。各省份民爆物品爆炸事故的發(fā)生反映出當?shù)卣畬τ诿癖锲返谋O(jiān)管不到位，因此，國家應加大對各省份民爆物品的安全監(jiān)管力度，落實危險品的安全管理制度。

健全民爆物品生產企業(yè)的管理制度，強化生產企業(yè)的管理責任。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國近10年的民爆物品爆炸事故主要發(fā)生在民爆物品的生產和爆破作業(yè)環(huán)節(jié)，另外，由于民爆物品具有易燃易爆高危特性不易貯存，也增加了民爆物品爆炸事故發(fā)生概率[20]。為了提高民爆物品的安全生產水平，企業(yè)必須要健全管理制度，建立具有專業(yè)知識水平的安全管理隊伍，加強對從事民爆行業(yè)人員的專業(yè)培訓，提高安全管理人員的專業(yè)水平，同時加強對民爆物品儲存庫的監(jiān)管。

3 事故起數(shù)和傷亡人數(shù)預測

目前，經過許多學者的研究，出現(xiàn)了大量的預測方法，主要有非線性回歸預測、時間序列預測、貝葉斯網(wǎng)絡預測、人工神經網(wǎng)絡預測等[21-24]。但是，這些預測方法如果想要得到穩(wěn)定的預測結果，需要有大量的樣本數(shù)據(jù)進行支持[25]，但是民爆物品爆炸事故往往是突然發(fā)生的，趨勢隨機波動且樣本數(shù)據(jù)有限。所以，為了提高預測的精確度，采用灰色馬爾可夫預測模型對未來兩年的我國民爆物品爆炸事故起數(shù)和傷亡人數(shù)進行預測?；疑R爾可夫預測模型是灰色模型與馬爾可夫模型的結合，融合了這2種模型的優(yōu)點，比較適用于數(shù)據(jù)波動大、樣本數(shù)量小的系統(tǒng)預測[26]，如今在建筑、火災、?；?、交通等領域的事故預測都有應用[27-30]。

3.1 模型建立

3.1.1 灰色GM(1，1)預測模型

灰色GM(1，1)預測模型基于灰色系統(tǒng)理論[31]，根據(jù)事故發(fā)展的不規(guī)律性，運用累加序列將數(shù)據(jù)變得具有明顯的規(guī)律性[32]。

(1)

(2)

稱為一階灰色微分方程，記為GM(1，1)，式中a和u為待辨識參數(shù)。

設參數(shù)向量

由下式求得最小二乘解

(3)

得到響應方程式為

(4)

(5)

3.1.2 灰色馬爾可夫模型

(1)狀態(tài)劃分

運用灰色GM(1，1)模型得到的民爆物品爆炸事故起數(shù)和傷亡人數(shù)的預測值，將其與實際值做差得到誤差，用誤差除以實際值得到相對誤差，將序列以相對誤差值為標準劃分狀態(tài)，記為E1,E2,L,En。Ei=(φ1,φ2)，其中Ei為系統(tǒng)所處于的第i種狀態(tài)，φ1,φ2分別為狀態(tài)區(qū)間的上下限。

(2)狀態(tài)轉移概率

(6)

Eij為狀態(tài)i到j的一步轉移次數(shù)，Ei為i狀態(tài)的數(shù)量。根據(jù)狀態(tài)劃分的數(shù)據(jù)，可得到轉移概率矩陣為

(7)

式中，p11是指數(shù)據(jù)從狀態(tài)1一步轉移到1的概率。

(3)預測值的計算

(8)

式中：X(0)為灰色模型預測值；φ1n,φ2n為狀態(tài)區(qū)間的邊界值，當大于實際值時取正號，當小于實際值時取負號。

3.2 模型在民爆物品爆炸事故中的應用

以2012—2021年我國民爆物品爆炸事故為原始數(shù)據(jù)，預測2022和2023年我國民爆物品爆炸事故起數(shù)及死亡人數(shù)，先通過灰色模型進行預測，然后再對預測結果進行馬爾可夫預測優(yōu)化。2012—2021年我國民爆物品爆炸事故和死亡人數(shù)見表1。

3.2.1 事故起數(shù)預測

將原始數(shù)據(jù)x0=[15,11,15,9,15,9,6,8,8,6]代入式(1)～式(4)，得到離散響應方程為

根據(jù)式(5)的累減還原，得到民爆物品爆炸事故的預測值，見表5。

根據(jù)表1中結果顯示，近10年民爆物品事故的灰色預測值與實際值之間的相對誤差范圍為(-0.50，0.33)，將其劃分為3種狀態(tài)：E1=(-0.50，-0.23)，E2=(-0.23，0.06)，E3=(0.06，0.33)，得到2012—2021年我國民爆物品事故起數(shù)各年所處的狀態(tài)，見表5。

根據(jù)各年所處的狀態(tài)，由式(6)和式(7)可知，一步轉移概率矩陣為

由表5可知，2012年的民爆物品爆炸事故起數(shù)預測值的狀態(tài)為E2，則2013年的民爆物品爆炸事故起數(shù)的預測值最有可能處于E3狀態(tài)，故2013年的民爆物品爆炸事故起數(shù)為

同理，根據(jù)轉移矩陣對其他年份的灰色預測值進行修正，并對2022和2023年的民爆物品爆炸事故起數(shù)使用灰色馬爾可夫模型進行預測，最終得到的修正預測結果見表6。

表 6 灰色馬爾可夫預測結果

3.2.2 民爆物品爆炸死亡人數(shù)預測

將原始數(shù)據(jù)x0=[90,75,62,29,68,33,23,48,18,33]代入式(1)～式(4)，得到離散響應方程為

根據(jù)式(5)的累減還原，得到民爆物品爆炸事故死亡人數(shù)的預測值，見表7。

表 7 事故死亡人數(shù)灰色預測、相對誤差和狀態(tài)

根據(jù)表7中的數(shù)據(jù)結果顯示，近10年民爆物品爆炸死亡人數(shù)的灰色預測值與實際值之間的相對誤差范圍為(-0.83，0.33)，將其劃分為3種狀態(tài)：E1=(-0.83，-0.44)，E2=(-0.44，-0.05)，E3=(-0.05，0.33)，得到2012—2021年我國民爆物品爆炸死亡人數(shù)各年所處的狀態(tài)，見表7。

由式(6)和式(7)可知，一步轉移概率矩陣為

由表7可知，2012年的民爆物品爆炸死亡人數(shù)預測值的狀態(tài)為E3，則2013年的民爆物品爆炸死亡人數(shù)的預測值最有可能處于E3狀態(tài)，故2013年的民爆物品爆炸事故起數(shù)為

同理，根據(jù)轉移矩陣對其他年份的灰色預測值進行修正，并對2022和2023年的民爆物品爆炸死亡人數(shù)使用灰色馬爾可夫模型進行預測，最終得到的修正預測結果見表8。

表 8 灰色馬爾可夫預測結果

由表6和表8可知，灰色馬爾可夫預測值比灰色預測值更接近實際值，所以運用灰色馬爾可夫模型來預測2022和2023年的民爆物品爆炸事故起數(shù)和死亡人數(shù)。2022年我國民爆物品爆炸事故起數(shù)預測值為6起，死亡人數(shù)為18人；2023年的民爆物品爆炸事故起數(shù)預測值為5起，死亡人數(shù)為17人。預測結果符合我國民爆物品爆炸事故起數(shù)和死亡人數(shù)逐漸下降的總體趨勢。

4 結論

(1)2012—2021年我國民爆物品爆炸事故起數(shù)和死亡人數(shù)總體呈下降趨勢，安全形式總體比較平穩(wěn)。

(2)我國民爆物品爆炸事故發(fā)生地多在湖南、河北和陜西省份，要因地制宜開展民爆物品的安全管理工作；民爆物品爆炸事故主要發(fā)生在民爆物品生產和爆破作業(yè)環(huán)節(jié)；而發(fā)生爆炸的主要原因是生產和運輸過程中的機械撞擊和摩擦，導致熱量積聚從而引發(fā)爆炸，要強化生產企業(yè)的安全管理制度，提高從事民爆行業(yè)人員的安全意識。

(3)采用灰色馬爾可夫預測模型對2022和2023年的民爆物品爆炸事故起數(shù)和死亡人數(shù)進行預測，預測2022年我國民爆物品爆炸事故起數(shù)為6起，死亡人數(shù)為18人；2023年的民爆物品爆炸事故起數(shù)預測值為5起，死亡人數(shù)為17人。預測結果表明：我國未來兩年的民爆物品爆炸事故起數(shù)和死亡人數(shù)呈下降趨勢。但需要說明的是：預測結果的準確度還需時間和事實驗證。