景國勛，田國良，蔣 方

(1.河南理工大學 安全科學與工程學院，河南 焦作 454000；2.安陽工學院，河南 安陽 455000)

目前，我國仍處于工業(yè)化快速發(fā)展階段，在復雜的國際環(huán)境下，煤炭在我國能源安全穩(wěn)定供應中起到了重要作用[1]。同時我國也是世界上最大的煤炭資源生產與消費國[2]。頂板事故在采煤安全生產時是最容易發(fā)生的事故，在煤礦中分布廣泛、種類多樣且機理復雜[3]，對工人的人身安全造成了嚴重威脅。因此，深入探究頂板事故的規(guī)律和機理，對于提高煤礦安全生產水平、減少事故的發(fā)生具有重要的意義。

針對頂板事故的統(tǒng)計分析與防治對策研究，國內外均有學者涉及。國外方面：2009年，Palei等[4]最先對印度1996—2001年發(fā)生的頂板事故進行了統(tǒng)計，借助二元回歸模型成功預測了頂板事故的影響因素。國內方面：1986年，邢兆銘等[5]首次對常見頂板事故進行了統(tǒng)計分析，得出了要掌握頂板活動規(guī)律、針對不同煤層頂板條件選擇合適支護方式的建議。2016年，徐秀華[6]對福建煤礦頂板事故進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)福建小煤礦受復雜地質構造的影響，頂板事故“零敲碎打”。2017年，鄭萬波等[7]對重慶市煤礦頂板事故風險進行了評估工作，制定了頂板事故風險的管理標準、技術措施、管理措施和應急準備方案。2018年，李強[8]利用事故樹的方法從地質、支護、監(jiān)測和管理等方面分析了導致煤礦頂板事故的因素。2019年，趙健[9]圍繞官地煤礦“4·22”事故展開分析，提出了改進措施。2020年，郭隆鑫等[10]提出了將改進層次分析法與突變理論相結合的分析方法，得到頂板事故風險影響指標主觀因素重要度大于客觀因素重要度的結論。2021年，王慧雯等[11]對過去10年185起頂板事故進行分析，總結出主觀的人為因素或管理因素是事故風險中更活躍的因素，與客觀的設備因素或環(huán)境因素耦合易引發(fā)頂板事故。2022年，秦巖等[12]利用貝葉斯網絡研究事故風險概率，結果表明在人為因素方面，未履行作業(yè)規(guī)程和監(jiān)督檢查不到位的比例較高；在管理因素方面，安全管理混亂是主要誘因；頂板垮落、支護問題、是否進入垮落區(qū)是導致事故的重要因素。2023年，田水承等[13]運用文本挖掘、R語言及關聯(lián)規(guī)則技術進行分析，結果表明安全管理混亂、安全教育培訓不足、安全監(jiān)督檢查不到位、技術措施不完善、安全意識淡薄、違章操作等6項致因對事故的發(fā)生起主要作用。

從前人研究中發(fā)現(xiàn)對于煤礦頂板事故發(fā)生特點、規(guī)律的研究一直存在，主要針對于具體地域的事故或一段時間內事故進行規(guī)律分析并提出建議，但缺少近期頂板事故統(tǒng)計以及深部開采下頂板事故發(fā)生井深及誘因分析。本研究對2016—2022年我國頂板事故進行統(tǒng)計分析，以期為進一步提高煤礦頂板事故安全管理、防治水平提供更加有效的保障和參考。

1 數(shù)據來源及分析方法

本研究通過對煤礦安全生產網[14]與國家礦山安全監(jiān)察局[15]公布的2016—2022年全國煤礦頂板事故(統(tǒng)計數(shù)據不包括上海、天津、浙江、廣東、海南、西藏等直轄市、省、自治區(qū)及港澳臺地區(qū))進行事故案例統(tǒng)計。

事故統(tǒng)計分析方法為綜合分析法，數(shù)據處理主要采用Excel軟件匯總事故案例，運用SPSS22.0進行迭代聚類分析與顯著性檢驗。通過對事故發(fā)生趨勢、誘因、區(qū)域、時段、月份以及事故發(fā)生井深方面進行分析。

2 煤礦頂板事故基本情況統(tǒng)計

2.1 事故占比統(tǒng)計

據本研究統(tǒng)計，2016—2022年我國煤礦共發(fā)生事故652起，其中頂板事故共發(fā)生181起，占比高達27.8%；煤礦事故共死亡人數(shù)1568人，頂板事故死亡人數(shù)421人，占比26.8%。頂板事故起數(shù)及死亡人數(shù)占比如圖1所示。

圖1 頂板事故起數(shù)及死亡人數(shù)占比

2.2 事故等級統(tǒng)計

按照我國《煤礦生產安全事故報告和調查處理規(guī)定》[16]發(fā)布的事故等級劃分標準對我國2016—2022年頂板事故進行等級分類，統(tǒng)計結果見表1。

表1 2016—2022年我國頂板事故等級統(tǒng)計

2.3 事故空間維度統(tǒng)計

空間維度上，根據礦床開采工作所面臨的地壓問題，可按開采深度將礦山分為：①開采深度小于300 m，稱淺井開采；②開采深度300～800 m，稱為中深井開采；③開采深度超過800 m，為深井開采。2016—2022年我國頂板事故發(fā)生井深統(tǒng)計見表2。

表2 2016—2022年我國頂板事故發(fā)生井深統(tǒng)計

表3 2016—2022年各省直轄市頂板事故聚類分析

頂板事故與煤礦所處地域有顯著相關性，故根據事故發(fā)生所屬區(qū)域進行分類統(tǒng)計，2016—2022年我國頂板事故區(qū)域統(tǒng)計結果如圖2所示。

圖2 2016—2022年我國頂板事故區(qū)域統(tǒng)計

2.4 事故時間維度統(tǒng)計

時間維度上，為了探究事故發(fā)生月份與時段規(guī)律特征，對其按發(fā)生月份與時段進行統(tǒng)計，2016—2022年我國頂板事故時間維度統(tǒng)計結果如圖3所示。

圖3 2016—2022年我國頂板事故時間維度統(tǒng)計

3 煤礦頂板事故規(guī)律分析

3.1 事故發(fā)生趨勢分析

2016-2022年我國頂板事故及較大及以上事故變化趨勢如圖4所示，我國頂板事故在2016—2022年期間呈現(xiàn)先上升后下降然后在上升的趨勢，其中2016—2018年為上升階段，2019—2021年為下降階段，在2022年又出現(xiàn)上升趨勢；死亡人數(shù)也呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。2016—2018年頂板事故逐年增高的原因是由于隨著我國煤礦開采深度逐漸增加，地質條件越來越復雜，使用原來頂板管理的手段及設備應對復雜地質，造成頂板事故的頻發(fā)。2020年開始隨著我國面臨新型冠狀病毒疫情，部分煤礦存在停工停產，而且全國各行業(yè)對于煤炭需求也同比下降[17]，是出現(xiàn)下降趨勢的原因。2016—2022年期間煤礦頂板事故以一般事故居多，由事故誘因分析可知，一般事故多由違規(guī)作業(yè)引起，因此需對員工與管理人員加強安全培訓與監(jiān)督管理。

圖4 2016—2022年我國頂板事故及較大以上事故變化趨勢

3.2 事故發(fā)生誘因分析

將事故誘因分為違規(guī)作業(yè)、技術條件、自然因素、違章指揮四個主導因素，頂板事故誘因事故起數(shù)及死亡人數(shù)占比如圖5所示。

圖5 頂板事故誘因事故起數(shù)及死亡人數(shù)占比

分析顯示，違規(guī)作業(yè)是造成事故的主要原因，占比74%，造成死亡人數(shù)占比62.7%。違規(guī)作業(yè)包括空頂作業(yè)、冒險作業(yè)、未及時撤離、違反紀律進入采空區(qū)和缺乏檢查等，這些多是由于監(jiān)管不力、工人文化程度低和安全培訓不到位造成的。技術條件方面，由于支護方法不當、支護材料硬度不夠、支護設計不符合規(guī)定和使用淘汰工藝等原因。自然因素是事故發(fā)生的內在原因，由于巖石強度低和局部空隙造成應力集中，引發(fā)事故的嚴重程度較大，死亡比例高達17.1%。違章指揮則是由于負責人指揮不當，進行冒險拆除支護等行為造成事故，因此需要加強對管理人員的安全技術理論培訓。

3.3 事故發(fā)生區(qū)域分析

由于我國各地區(qū)地質條件的差異，其煤礦的賦存條件不盡相同[18]。不同的地質條件會造成頂板事故發(fā)生的概率不同。利用SPSS根據事故發(fā)生次數(shù)及死亡人數(shù)進行迭代聚類分析，有利于對我國頂板事故的整體把控。根據迭代聚類分析結果，將我國各省直轄市在2016—2022年期間頂板事故數(shù)分為四類。2016—2022年各省直轄市頂板事故聚類分析見表6。

群集1包括江西、四川、山西3個省份，為頂板事故高發(fā)區(qū)域。其中江西省煤炭資源分布廣泛，全省有84個市、縣均有煤炭資源，具有煤礦數(shù)量多，生產規(guī)模小、受自然災害嚴重、技術水平低，安全狀況較差的特點[19]，造成頂板事故頻發(fā)。四川省煤礦則具有地質條件極其復雜、多為私營煤礦及管理十分復雜的特點[20]。山西省煤礦具有覆蓋范圍廣、產量十分巨大的特點。并且全省煤炭主體企業(yè)131家，其中民營企業(yè)占91家[21]，管理困難，事故多發(fā)。群集2則為我國北部地區(qū)黑龍江、內蒙古兩省以及河南、安徽與貴州，有著豐富的煤炭資源煤礦數(shù)量多，并且隨著深部開采的趨勢增加，造成地質條件復雜，頂板管理困難。群集3和群集4為我國煤礦儲量相對較少地區(qū)，且西部地區(qū)多為露天及淺部開采、易于管理防范，頂板事故相對較少，但仍需嚴加防范。

3.4 事故發(fā)生時段分析

為了對頂板事故發(fā)生時段進行檢驗分析，利用SPSS 22.0進行假設檢驗。提出假設H：時間段與煤礦頂板事故數(shù)和死亡人數(shù)相關性不明顯。通過對事故數(shù)及死亡人數(shù)分別進行單樣本t檢驗，得到漸近概率sig=0.000<0.05。故拒絕原假設H，認為各時間段發(fā)生頂板事故數(shù)與死亡人數(shù)具有顯著差異。

2016-2022年我國頂板事故各時段事故數(shù)及死亡人數(shù)分布如圖6所示，在7時至9時、15時至17時、23時至1時這三個時段，頂板事故的發(fā)生次數(shù)明顯增多。這與煤礦生產的“三八工作制”有關，在交接班及其前后1～2 h，工人工作時間過長，身心疲憊，同時思想也會松懈，從而導致不安全行為的產生[22]。另外，根據人體生物規(guī)律，夜晚工作時會因為疲勞而出現(xiàn)注意力不集中、安全意識淡薄的情況，也容易導致安全事故的發(fā)生。

圖6 2016—2022年我國頂板事故各時段事故數(shù)及死亡人數(shù)分布

3.5 事故發(fā)生月份分析

為了檢驗死亡人數(shù)及事故數(shù)分別與月份是否相關，使用SPSS 22.0進行卡方檢驗。提出假設：各月份的頂板事故死亡人數(shù)與事故數(shù)均服從均勻分布。根據表4的數(shù)據對死亡人數(shù)進行顯著性檢驗，得出卡方統(tǒng)計量為93.048，自由度為11，漸近顯著性為0.000<0.05，因此拒絕原假設，證明死亡人數(shù)與事故發(fā)生月份不服從均勻分布。同理對事故數(shù)進行顯著性檢驗，得出卡方統(tǒng)計量為20.815，自由度為11，漸近顯著性為0.035<0.05，同樣拒絕原假設，得出事故數(shù)與事故發(fā)生月份不服從均勻分布。

表4 中深井及深井事故具體誘因頻次統(tǒng)計

2016—2022年我國頂板事故各月份事故數(shù)及死亡人數(shù)分布如圖7所示，我國的頂板事故存在明顯的季節(jié)性差異，有著冬季事故起數(shù)相對較少，夏季安全事故發(fā)生較多的現(xiàn)象。而1月與10月死亡人數(shù)明顯增多，可能是部分煤礦年末趕工期而造成安全管理薄弱，從而導致重大事故的發(fā)生。5—8月份事故高發(fā)，主要是因為我國進入夏季，氣溫升高，蚊蟲繁多，容易導致工人心理壓力增大和身體疲勞，出現(xiàn)工作懈怠的現(xiàn)象[23]。

圖7 2016—2022年我國頂板事故各月份事故數(shù)及死亡人數(shù)分布

3.6 事故發(fā)生井深分析

2016—2022年我國頂板事故發(fā)生井深占比如圖8所示，2016—2022年我國頂板事故中深井及深井事故所占比例在2016—2020年期間逐步增大，隨后有所降低并趨于平緩，但兩者總占比超過60%，由此可見頂板事故的頻繁發(fā)生已經受我國煤礦深部開采的影響。由于我國煤礦企業(yè)開采逐漸向中深井發(fā)展，如今煤礦已經形成淺礦井數(shù)量大幅減少，中深礦井數(shù)目明顯增加，甚至出現(xiàn)更多特深礦井的局面[24]。在此局面下各煤礦企業(yè)對于頂板的防護與管理工作遇到了更大的困難與挑戰(zhàn)，落后的頂板管理技術與手段不再適用于深部礦井，而工人在新的環(huán)境下進行工作面頂板管理時也更容易處置不到位，造成安全生產事故頻發(fā)。

圖8 2016—2022年我國頂板事故發(fā)生井深占比

中深井及深井事故具體誘因頻次統(tǒng)計見表4，其中深井及中深井發(fā)生事故主要還是由于工人缺乏知識，文化程度較低，存在僥幸心理，且安全管理不到位，未嚴格執(zhí)行規(guī)章制度，造成事故頻發(fā)。而在技術方面由于新的地質條件下，舊的支護方式與理念、支護材料的強度不夠，造成多次事故發(fā)生。深井煤巖體自重應力較高，同樣造成多起重大事故的發(fā)生。同時管理人員的違章指揮直接造成了事故的發(fā)生，需要加強對管理人員安全意識培訓及專業(yè)知識學習，確保掌握最新的安全管理理論。

4 防治對策

1)我國的頂板事故存在顯著的地域性差異，應因地制宜開展安全工作。對于煤礦企業(yè)較多地區(qū)，安全監(jiān)管部門要加強監(jiān)管力度，建立健全責任落實制。在監(jiān)察期間發(fā)現(xiàn)問題要責令其立即停工停產進行整改，確保隱患排除后在復工復產；做好事故應急預案，確保在發(fā)生事故后第一時間啟動應急救援，并在救援結束后將安全責任及時落實到個人，做到問責到人。對于地質條件復雜地區(qū)，要確保在巷道掘進、維修和工作面布置前做好圍巖地質力學測試與評估，清楚了解煤巖層構造，選擇合適的錨桿支護方式，并在必要時進行加強支護，如“注漿加固、棚式支護”等。同時加強對于隱蔽致災因素的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)風險并及時預警。

2)頂板事故起數(shù)與死亡人數(shù)有明顯的季節(jié)性差異與時段性差異。在復工復產時，選擇合適的工作量與安全培訓相結合的方式，在度過適應期后在合理的增加工作量；年底面臨停工停產時，要加強安全監(jiān)督檢查，避免事故發(fā)生。煤礦企業(yè)應根據實際情況，在夏季合理的調整交接班時間，注意防暑防蟲，加強安全培訓次數(shù)，提出激勵性政策等。

3)煤礦企業(yè)要實施全周期覆蓋的安全管理模式，對安全管理、員工行為、機械設備、作業(yè)環(huán)境等進行從數(shù)據獲取、數(shù)據分析、診斷決策、精準提升的管理模式。通過對數(shù)據的分析，清楚了解各方面的欠缺，從而進行精準提升。對于員工及管理人員應做到“進行不安全行為記錄與重點人群管理、建立不安全行為監(jiān)督與反饋管理”等行為管控，“通過不間斷訓練塑造良好作業(yè)習慣、通過應急訓練提升危機應對素質”等行為養(yǎng)成，“定期進行安全教育培訓提升專業(yè)素質、定期進行能力考核測試”等素質提升的模式來提高工人及管理人員的安全能力和技能。

4)隨著礦井開采深度的不斷增加，發(fā)生在深井及中深井的事故占比較大。要積極開展科技創(chuàng)新和技術改進，引進新技術、新裝備和新理念。利用煤礦地質保障系統(tǒng)與數(shù)字信息化技術，實現(xiàn)三維實體地質建模與信息提取分析，打造“透明化煤礦”。在深部開采下，針對頂板應力大、易破碎的特點，要選擇全封閉式、帶伸縮梁和護頂裝置的液壓支架。選擇剛度較好的材料進行頂板支護支撐，并在工作時采取帶壓擦頂移架，必要時采取超前支架措施。利用互聯(lián)網5G技術，對井下工作實現(xiàn)實時監(jiān)測感知[25]，最大限度控制不安全因素。

5 結 論

1)2016—2022年期間，我國煤礦共發(fā)生頂板事故181起，死亡421人，分別占總事故與總死亡人數(shù)的27.8%與26.8%。其中一般事故居多，要加強安全監(jiān)督檢查，采取措施有效減少事故發(fā)生。

2)違規(guī)作業(yè)是導致我國頂板事故發(fā)生的主要原因，事故頻率較高。自然因素為內部因素，多導致事故較大以上事故。

3)通過對發(fā)生地域迭代聚類分析可知頂板事故在地域上高發(fā)于山西、四川、江西三省，都具有煤炭資源豐富、地質條件復雜，煤礦企業(yè)眾多的特點。通過對發(fā)生時間及時段顯著性檢驗分析可知頂板事故在時間上高發(fā)于夏季5—8月份，面臨停工停產以及復工復產時高發(fā)。在時段上高發(fā)于交接班時段及交接班前后1～2 h，以及人體生理疲憊時期。

4)煤礦中深井及深井開采時事故逐年增多后趨于穩(wěn)定且占比超過60%，其中空頂作業(yè)是主要原因，支護方式及材料需及時更新以適應深部開采條件，同時需加強管理人員理論知識學習更新。

5)針對頂板事故的發(fā)生規(guī)律，從煤礦分布特點、安全管理、技術理念創(chuàng)新等方面對煤礦和企業(yè)提出了頂板防治建議及發(fā)展意見。