★ 煤矿安全 ★
煤矿水害事故分析与防治对策研究
自我国垂直管理的煤矿安全监察体制建立以来，国务院和有关部门陆续出台了一系列重大政策制度措施，煤矿安全生产形势逐渐实现稳定好转，特别是2015年以来，煤矿智能化建设逐步推进，煤矿机器人也在井下探索应用，煤矿基础建设水平不断提高，煤矿工人的工作环境持续改善[1]。据有关部门统计，2021年全国煤矿事故共发生91起、死亡178人，同比分别下降26%、21.9%。经过20多年的努力，煤矿安全生产状况持续稳定好转。而我国煤炭生产安全事故仍时有发生，特别是近3年来水害事故呈现抬头趋势，煤矿安全生产形势依然严峻。笔者对2019-2021年全国矿井水害事故进行了调查和统计分析，目的是根据事故发生的特点，从注重预防、强化改进的角度，重点在技术、装备、工艺、材料、科技管理等方面，总结分析水害事故特点规律、致灾原因，分析预测同类事故发生的风险，并提出“十四五”期间在技术和管理方面防范事故发生的对策建议，旨在为国家制定能源和安全战略性决策提供技术支撑。
1 事故统计与分析
1.1 2019-2021年全国煤矿水害事故情况
我国煤矿地质赋存条件较为复杂，是世界上遭受煤矿水害最严重的国家之一。根据国家矿山安全监察局统计，2008 年以来，煤矿水害事故起数逐年增加，至 2010 年达到峰值，但随着国家煤炭产能政策的整体调控，煤矿企业进行了兼并重组并关闭不达标煤矿，使得煤矿水害事故发生情况显著好转[2-3]。2017-2021年间我国发生煤矿水害事故28起，死亡人数113人。2017-2021年煤矿水害事故统计如图1所示。
图1 2017-2021年煤矿水害事故统计
由图1可看出近两年我国煤矿水害事故起数和死亡人数一改以往持续减少的趋势，相比往年显著增加，特别是2021年发生的煤矿重大生产安全事故中以水害事故居多 [4-6]。值得注意的是，近3年水害涉险事故不断增加，且带来很大的破坏性和较大的经济损失，更应引起重视，本文将涉险事故(2019年以来)一并进行分析。
根据国家矿山安全监察局官方网站以及煤矿安全网公布的数据资料，2019-2021年，煤矿共发生水害重大事故3起，死亡54人；发生较大事故5起，死亡22人；发生一般事故7起，死亡9人；发生涉险事故12起。具体事故数和死亡人数统计见表1。
表1 2019-2021年煤矿水害事故数和死亡人数统计
事故类型2019起数/ 起死亡人数/人2020起数/ 起死亡人数/人2021起数/ 起死亡人数/人重大00113241较大292815一般114424涉险104070合计41011251250
1.2 水害事故的特征分析
(1)老空透水依然是近期水害事故的主要类型。2019-2021年的27起水害事故(含涉险事故)中，老空水为危险源的有9起，死亡51人，另外3起重大事故中有2起、5起较大事故中有3起事故的危险源为老空水。2019-2021年水害事故类型和死亡人数如图2和图3所示，由图2可以看出，老空透水是水害的主要事故类型。
图2 2019-2021年水害事故类型起数(含涉险事故)
图3 2019-2021年水害事故死亡人数
由于存在着未知边界、未知水量的采空区，使正在推进的工作面成为主要透水部位[7]。特别是掘进工作面老空水害频繁，发生的直接原因是以往小煤窑都分布在浅部，因此遗留的采空区都位于现有基建矿井或生产矿井的上方，现掘进工作面有一部分处于顶水掘进状态，在没有探明老空积水区的情况下，直接将巷道掘进到老空积水区，造成突水。例如，2020年9月9日，广西省环江县下金煤矿进风巷上山掘进放炮后，岩柱变薄，老空积水突破岩柱发生透水，造成1人死亡；在山西万通源煤业事故中，由于老空区积水边界勘查不清、老空水“三线”标注不合理、矿井未按照相关规定进行探放水、未做到“三专两探一撤”和“探掘分离”、对井田内老空区分布和积水范围不掌握，在施工中造成透水事故，死亡5人。
(2)水害事故区域分布呈现新的特点。2019-2021年水害事故地区分布如图4所示。由图4可以看出，新疆、青海等省(区)水害事故凸显；地质条件复杂的河南、四川、湖南等省水害事故占比也较大。2021年发生的4起煤矿水害事故中有3起发生在西北地区，这与当地的气候和地质条件有关系，煤矿水害防范意识和措施还有待于提高。
图4 2019-2021年水害事故地区分布
(3)事故救援难度普遍较大。根据国家矿山安监局的有关报道，在2021年的水害事故中，抢险救援均持续较长时间，事故救援难度普遍较大，比如新疆丰源煤矿事故历时35 d，陕西郝家梁煤矿事故历经37 d后才搜寻出5名遇难人员，四川大枫树煤矿历经30 d，仍未搜寻到遇险人员。
(4)洪水倒灌涉险事故突出。2019-2021年共发生洪水倒灌类事故7起，其中涉险事故5起，从地域上看，河南发生4起、四川发生2起、重庆发生1起。尽管未发生重大人身伤亡事故，但此类事故集中频发还需引起足够重视。
2 事故发生原因分析
2.1 水文地质条件不清
部分煤矿企业存在技术管理不规范、地质资料不全等问题，矿区周边停产关闭的煤矿大都没有留下相关图纸、台账等水文地质资料，有的煤矿留下的资料与现场施工情况完全不一致。一些矿区水文地质勘探水平偏低、勘探工作严重不足。同时，由于隐蔽致灾因素普查不落实，治理不重视，预测预报水平严重偏低，从而造成水害事故。在新疆丰源煤矿事故中，在隐蔽致灾地质因素普查不到位、采区及周边水文地质情况没有完全掌握、相邻煤矿老空积水情况不明的情况下，便将邻近工作面划为可采区域，导致事故发生；广西环江下金煤矿开采历史较长，采空区和老巷道较多，在没有详细掌握旧巷分布的情况下违法违规施工，导致透水事故发生；四川杉木树煤矿发生事故前，矿井平均涌水量较大，且矿井周边存在大量相邻煤矿采(老)空水，采(老)空水范围、积水量均未查清，并且未经过充分论证，仍将矿井水文地质类型划分为中等，从而导致发生透水事故。
2.2 探放水措施落实不到位
《煤矿安全规程》和《煤矿防治水规定》(以下简称《规程》和《规定》)要求，对于采掘工作面受水害影响的矿井，应当坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则；对于水文地质条件复杂、极复杂的矿井，也做出了加强探放水措施的相关规定。由2019-2021年水害事故的分析发现，发生事故煤矿的掘进工作面大都没有按照《规定》进行探放水，或者探放水的工程不够。新疆丰源煤矿事故中，探放水设计照抄照搬，未按《规程》和《规定》的相关要求设计钻孔，设计编制滞后于探放水作业，在施工中探放水与掘进同步进行，严重违反规定；广西环江下金煤矿也存在类似情况，在设计中已经明确巷道掘进方向有采空区，且老空积水情况不明，《规定》中要求探水钻孔要打到采空区，可在实际施工中并未打探水钻孔。
2.3 物探代替钻探致使探放水工程量不足
部分煤矿对“探”的理解发生很大偏差，他们将经过验证的物探结果直接用于老空水探查。有的煤矿甚至用探煤钻孔代替探水钻孔，造成探放水钻孔严重不足，引发水害事故。目前，国内外地球物理勘探设备在煤系地层中探查矿井水文地质条件尚无法达到生产要求的精度。如果将物探代替钻探或部分代替钻探将导致探水钻孔工程量不足，漏掉对老空积水区的探查。山西长治西故县煤业公司事故中，物探结果已经表明在发生事故的地点附近有低阻异常区域，怀疑有采空区存在，但该矿仍然组织施工，未通过钻探等方法进行验证，导致事故发生。
2.4 违法违规组织开采
在划定矿界煤柱的情况下，为了扩大矿井储量，采出更多的煤炭，一些企业特别是小煤矿非法开采煤柱，甚至越界盗采而进入采空区，导致水害事故发生。山西西故县煤业公司事故中，在没有编制相关设计、规程和安全技术措施的情况下，非法组织开采，而且采用巷道式采煤，以掘代采，严重违法违规；湖南源江山煤矿事故中，超深越界开采周边煤矿的资源，通过篡改施工数据和图纸等方式逃避检查，隐瞒非法行为。另外，《规程》明确要求，矿井探放水工作应当使用专用钻机、由专业人员和专职队伍进行设计和施工，但研究发现有些煤矿不符合“三专”要求，并没有配备探水专用钻机，也没有探放水专职人员和专业队伍。
2.5 透水征兆重视不够
通过分析2019-2021年水害事故还发现，有些事故在发生前已经出现透水征兆，但个别煤矿不够重视以及专业人员结构不健全、不懂得相关征兆等原因，仍然组织生产导致事故发生。新疆丰源煤矿事故发生前，已经有技术人员发现淋水、短探孔出水、煤壁挂汗等典型透水征兆，但未引起足够重视，依然组织生产，人员也没有撤出，在掘进施工中导通老空水发生事故；陕西郝家梁煤矿在事故发生前也出现了架前漏矸，架后掉红土块等现象；青海柴达尔煤矿事故发生前也有征兆，工作面发生了多次冒顶，出现溃水、溃砂现象，工作面施工人员发现后向上级举报，但矿方没有理睬，仍组织生产，最终导致事故发生。
2.6 应对极端天气能力薄弱
一些煤矿雨季“三防”措施落实不到位，防排水系统不完善。2021年河南省遭遇历史罕见特大暴雨，发生严重洪涝灾害，7月20日至28日接连发生4起涉险事故，大部分煤矿都未按规定配备防排水系统，排水设施配备不足。四川大枫树煤矿特大暴雨后洪水倒灌，堵塞逃生通道，矿工未及时撤出；同时，事故也存在人为因素，事故发生前，相关责任人已经接到暴雨预警，但未通知值班人员，没有执行停产撤人指令，违法违规组织入井进行抽水作业，导致2名水泵司机被困失联。
3 安全、技术与管理问题分析
3.1 探测技术与装备的准确性、实用性不够
近年来我国矿井常用的水文地质物探设备的国产化率大大提高，采样方法和数据处理方法也进一步完善，但探查精度和抗干扰能力并没有提高。探查煤矿水情的准确性严重不足，导致探测结论存在误导现象。目前国有大中型煤矿都建立了专门探水队伍、购买了探水钻机，开展顶板、底板和掘进工作面超前探水工作，对企业探查老空积水发挥了较大作用。但由于钻探速度慢、工程量大、工期长，严重影响掘进速度，使得许多煤矿在急功近利的思想驱使下，不采用钻探工程，或者偷工减料，减少钻孔数量，使得探查老空积水的工程量不足。
3.2 矿井水害监测预警技术还不成熟
准确的水害预警不仅能为掘进工作面的工作人员提供逃生时间，还可以为身处矿井深处(例如暗斜井或下山掘进工作面)的工作人员提供逃生机会。但一直以来，我国对老空透水预警技术研究较少，没有可靠的预警技术和设备，无法实现有效的预测预报。据调查和观测，老空区水害实质上具有细微的前兆，例如存在微弱的渗流和硫化氢气体等化学征兆，可以开展针对化学特点进行预警的相关理论和技术研究。
3.3 救援技术不规范、救援设备不配套
我国现有快速钻进等救援装备和设备费用较高，使用不便捷，一些大型救援设备因距离太远，加上交通不便，不能及时到达灾区，造成救灾速度慢、效率低。地面大直径救援钻孔是煤矿事故救援的有效方式之一，但相关技术和装备还需要进一步发展完善。现有水闸门因为不可移动，或因障碍物无法自动关闭而起不到作用。从近3年事故救援情况看，有些设备很少用或不用，在救援中未发挥应有的作用。
3.4 监管监察技术力量薄弱
由于煤矿事故多发，煤监部门采取了多种方法对煤矿、特别是对整合煤矿和发生伤亡事故的企业进行了监管，主要的监督方法是依据国家《规程》和《规定》，对煤矿防治水工程进行审批和监督，并委派专门人员驻矿盯守。但据调查，驻矿盯守人员大多没有经过正规院校培养，没有监管的技术能力，难以及时发现煤矿越界开采的弄虚作假行为。
4 事故防范的对策建议
4.1 加大对水文地质管理的监管监察力度
对于生产矿井，要进一步强化煤矿水文地质管理的基础性工作，开展隐蔽性致灾因素勘查，规范、完善水文地质图纸和台账，加大监管监察力度，提高煤矿防治水基础资料的准确性、完整性；对于整合煤矿，应严格根据其水文地质条件，合理准确地划分煤矿水文地质类型，对水文地质条件中等及以上的煤矿，应请有资质的单位进行水害治理设计。各生产煤矿和在建煤矿要和相邻煤矿保持业务联系，定期和相邻煤矿交换图纸，保证资料及时更新，防止误揭采矿积水区。
4.2 监督煤矿主体严格落实探放水措施
要针对辖区内水害状况有针对性地开展监管监察工作，如防治水工程布置、程序、技术人员配置，探放水技术和设备等是否符合《规程》和《规定》中的要求。特别是防治水技术人员配置如果不符合要求，是否委托中间机构执行，探放水制度和应急预案是否有效，水害防治措施是否落实等。根据隐蔽致灾因素普查的结果，实施水害可采区、缓采区、禁采区分区管理，严格落实“三专两探一撤”措施，缓采区要组织编制探查设计，查明隐患，提出治理措施并经过论证后，才可将缓采区转为可采区，对于采取措施后仍然无法保证施工安全的，要将该区域设为禁采区，禁止在该区域进行采掘施工。
4.3 研究制定应对极端天气的防范技术措施
近3年洪水倒灌事故及涉险事故频发，尤其是西北地区，要加强雨季防范洪水倒灌技术措施，要将可能与地表连接的地方封闭或采取相应措施，有效阻挡地表水涌入矿井。位于山区的煤矿，要注意防范暴雨引发的山体滑坡，应在危险区域设置坚实且有排水孔的墙。要严格按照《规程》规定设置水仓，配备足够的水泵，严格落实三防工作，保证排水设备、供电装置的稳定运行。同时要加强安全监察、气象、国土、海洋等部门的协调联动，建立和完善自然灾害引发生产安全事故的预报、预警和预防机制。
4.4 加强防治水专业人才队伍建设
在水文地质条件复杂、受老空水威胁的煤矿，应配备正规院校毕业的防治水技术人员或委托具备此类资质的机构为其进行防治水技术服务。建立防治水专业人员培训制度，培养更多探放水专业技工，弥补我国目前探放水技术工人的不足，保障井下探放水工程质量。从事煤矿水害监管监察的工作人员应取得与煤矿防治水相关的工程师证，或正规院校毕业的学历证明，同时还要附加煤矿防治水工作经验证明，对专业技术人员不足的监管监察部门，应积极聘请专家，依靠专家的技术经验开展相关监管监察工作。
4.5 不断提高事故救援技术及装备水平
进一步提高救援速度和效果，建立国家级水害救援中心和省级、市级和矿区级水害救援分中心，各分中心应能够满足《煤矿安全规程》对救援队伍的要求。支助排水和救援设备研发机构和企业，支持新技术、新材料和新工艺应用，鼓励性能可靠、使用轻便、经久耐用、拆装方便的潜水泵等配套设备研发[8]。加强专职化和集中化救援队伍建设，培养一批能够操作先进救援设备、技术过硬的快速反应救援人才，组织省级、市级政府分管安全的领导干部和企业安全高管进行救援指挥技术培训，掌握指挥设备运用和救援程序。
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Research on coal mine water disaster accidents analysis and prevention and control measures
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LI Fangwei. Research on coal mine water disaster accidents analysis and prevention and control measures[J].China Coal,2022,48(5)∶14-19. doi:10.19880/j.cnki.ccm.2022.05.004
