近10年我國(guó)民爆物品爆炸事故統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)*

張飛燕，張念思，韓 穎，何 鑫

(1.河南理工大學(xué) a.安全科學(xué)與工程學(xué)院；b.能源科學(xué)與工程學(xué)院，焦作 454003；2.煤炭安全生產(chǎn)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(jīng)濟(jì)區(qū)煤層(頁(yè)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(guó)家安監(jiān)局科技支撐平臺(tái)，焦作 454003；5.河南省瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室——省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，焦作 454003)

“十四五”時(shí)期是推進(jìn)民爆行業(yè)安全、高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。民爆行業(yè)是推進(jìn)現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施體系建設(shè)、保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)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(xiǎn)性，在其生產(chǎn)、運(yùn)輸、貯存和使用等過(guò)程都不利于安全管理[2-4]，因此，許多學(xué)者針對(duì)民爆物品的安全管理進(jìn)行了研究。高海松等指出我國(guó)民爆物品安全管理存在管理模式粗放、缺乏專(zhuān)業(yè)技術(shù)、安全意識(shí)淡薄和監(jiān)管不到位4大問(wèn)題[5]；劉治兵認(rèn)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(chǎng)進(jìn)行分析[7]，認(rèn)為民爆物品的流向和使用存在監(jiān)管盲區(qū)，建議有關(guān)部門(mén)加強(qiáng)管理。民爆物品安全管理問(wèn)題突顯，安全事故時(shí)有發(fā)生，由民爆物品爆炸事故所帶來(lái)的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失不容小覷[8,9]。因此，統(tǒng)計(jì)我國(guó)的民爆物品爆炸死亡事故，科學(xué)研判民爆物品安全形式，對(duì)預(yù)防民爆物品爆炸死亡事故的發(fā)生十分重要。

目前，我國(guó)許多學(xué)者對(duì)災(zāi)害事故的統(tǒng)計(jì)進(jìn)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(duì)于民爆物品事故的統(tǒng)計(jì)相對(duì)較少，不能夠直觀地看到民爆物品爆炸所帶來(lái)的危害?；诖?，通過(guò)中國(guó)爆破網(wǎng)和安全管理網(wǎng)，搜集統(tǒng)計(jì)了2012—2021年我國(guó)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(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并采用灰色馬爾可夫預(yù)測(cè)模型對(duì)未來(lái)兩年我國(guó)的民爆物品爆炸事故起數(shù)和死亡人數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以期加強(qiáng)對(duì)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(guó)民爆物品爆炸事故統(tǒng)計(jì)

1.1 基于事故年份的統(tǒng)計(jì)

為了保證民爆物品爆炸事故的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)全部來(lái)源于中國(guó)爆破網(wǎng)和安全管理網(wǎng)[14,15]。2012—2021年我國(guó)發(fā)生了102起民爆物品爆炸傷亡事故，死亡479人。近10年來(lái)的民爆物品爆炸死亡事故統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1，民爆物品事故傷亡趨勢(shì)如圖1所示。

表 1 2012—2021年民爆物品爆炸事故情況統(tǒng)計(jì)表

由圖1可以看出：2012年、2014年、2016年我國(guó)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(duì)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(shì)。

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

1.2 基于事故等級(jí)的統(tǒng)計(jì)

按照我國(guó)《生產(chǎn)安全事故報(bào)告和調(diào)查處理?xiàng)l例》[16]，可將事故等級(jí)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(guó)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(jì)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(jiàn)表2。

表 2 2012—2021年我國(guó)民爆物品爆炸事故等級(jí)統(tǒng)計(jì)

1.3 基于事故發(fā)生區(qū)域的統(tǒng)計(jì)

2012—2021年我國(guó)共有24個(gè)省份發(fā)生國(guó)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(jiàn)表3。

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

1.4 基于爆炸事故環(huán)節(jié)的統(tǒng)計(jì)

我國(guó)民爆行業(yè)發(fā)展迅速，在民爆物品的生產(chǎn)、運(yùn)輸、貯存和使用等過(guò)程爆炸死亡事故時(shí)有發(fā)生。根據(jù)爆炸事故發(fā)生的環(huán)節(jié)對(duì)我國(guó)2012—2021年的民爆物品爆炸事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表4，其中生產(chǎn)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(xiāo)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(yùn)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(jì)顯示民爆物品的生產(chǎn)和爆破作業(yè)環(huán)節(jié)發(fā)生的事故起數(shù)相對(duì)最多，主要是因?yàn)槊癖锲飞a(chǎn)企業(yè)作業(yè)環(huán)境不安全、管理缺陷等風(fēng)險(xiǎn)因素以及爆破作業(yè)單位從業(yè)人員專(zhuān)業(yè)能力不足[18]、作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)管不到位而導(dǎo)致爆炸事故發(fā)生[19]。

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

1.5 基于事故原因的統(tǒng)計(jì)

民爆物品發(fā)生爆炸產(chǎn)生的沖擊波會(huì)引起相隔一定距離的炸藥爆炸，而爆炸產(chǎn)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(lèi)：靜電/火花、機(jī)械作用撞擊或摩擦以及違章作業(yè)。靜電/火花導(dǎo)致爆炸事故是因?yàn)樵谏a(chǎn)過(guò)程中機(jī)械之間的接觸、摩擦使電荷聚集而產(chǎn)生靜電火花或者在爆破作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的明火飛濺引燃其他民爆物品而發(fā)生爆炸。機(jī)械撞擊、摩擦導(dǎo)致爆炸事故是因?yàn)樵诿癖锲飞a(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中，生產(chǎn)車(chē)間機(jī)械之間的摩擦、運(yùn)輸過(guò)程中民爆物品與車(chē)廂之間的撞擊摩擦發(fā)熱，熱量積聚導(dǎo)致民爆物品燃燒爆炸。違章作業(yè)主要包括在爆破施工時(shí)違反國(guó)家規(guī)定、銷(xiāo)毀炸藥時(shí)操作不當(dāng)?shù)?。?duì)2012—2021年的民爆物品爆炸事故原因進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，其中因機(jī)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(guó)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(guó)各省份民爆物品的安全監(jiān)管力度。2012—2021年我國(guó)的民爆物品爆炸事故涉及各個(gè)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(dāng)?shù)卣畬?duì)于民爆物品的監(jiān)管不到位，因此，國(guó)家應(yīng)加大對(duì)各省份民爆物品的安全監(jiān)管力度，落實(shí)危險(xiǎn)品的安全管理制度。

健全民爆物品生產(chǎn)企業(yè)的管理制度，強(qiáng)化生產(chǎn)企業(yè)的管理責(zé)任。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)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(chǎn)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(chǎn)水平，企業(yè)必須要健全管理制度，建立具有專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平的安全管理隊(duì)伍，加強(qiáng)對(duì)從事民爆行業(yè)人員的專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，提高安全管理人員的專(zhuān)業(yè)水平，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)民爆物品儲(chǔ)存庫(kù)的監(jiān)管。

3 事故起數(shù)和傷亡人數(shù)預(yù)測(cè)

目前，經(jīng)過(guò)許多學(xué)者的研究，出現(xiàn)了大量的預(yù)測(cè)方法，主要有非線(xiàn)性回歸預(yù)測(cè)、時(shí)間序列預(yù)測(cè)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)等[21-24]。但是，這些預(yù)測(cè)方法如果想要得到穩(wěn)定的預(yù)測(cè)結(jié)果，需要有大量的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)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(shì)隨機(jī)波動(dòng)且樣本數(shù)據(jù)有限。所以，為了提高預(yù)測(cè)的精確度，采用灰色馬爾可夫預(yù)測(cè)模型對(duì)未來(lái)兩年的我國(guó)民爆物品爆炸事故起數(shù)和傷亡人數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。灰色馬爾可夫預(yù)測(cè)模型是灰色模型與馬爾可夫模型的結(jié)合，融合了這2種模型的優(yōu)點(diǎn)，比較適用于數(shù)據(jù)波動(dòng)大、樣本數(shù)量小的系統(tǒng)預(yù)測(cè)[26]，如今在建筑、火災(zāi)、?；贰⒔煌ǖ阮I(lǐng)域的事故預(yù)測(cè)都有應(yīng)用[27-30]。

3.1 模型建立

3.1.1 灰色GM(1，1)預(yù)測(cè)模型

灰色GM(1，1)預(yù)測(cè)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(yùn)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(chēng)為一階灰色微分方程，記為GM(1，1)，式中a和u為待辨識(shí)參數(shù)。

設(shè)參數(shù)向量

由下式求得最小二乘解

(3)

得到響應(yīng)方程式為

(4)

(5)

3.1.2 灰色馬爾可夫模型

(1)狀態(tài)劃分

運(yùn)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(yù)測(cè)值，將其與實(shí)際值做差得到誤差，用誤差除以實(shí)際值得到相對(duì)誤差，將序列以相對(duì)誤差值為標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)移概率

(6)

Eij為狀態(tài)i到j(luò)的一步轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移概率矩陣為

(7)

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

(3)預(yù)測(cè)值的計(jì)算

(8)

式中：X(0)為灰色模型預(yù)測(cè)值；φ1n,φ2n為狀態(tài)區(qū)間的邊界值，當(dāng)大于實(shí)際值時(shí)取正號(hào)，當(dāng)小于實(shí)際值時(shí)取負(fù)號(hào)。

3.2 模型在民爆物品爆炸事故中的應(yīng)用

以2012—2021年我國(guó)民爆物品爆炸事故為原始數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)2022和2023年我國(guó)民爆物品爆炸事故起數(shù)及死亡人數(shù)，先通過(guò)灰色模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后再對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行馬爾可夫預(yù)測(cè)優(yōu)化。2012—2021年我國(guó)民爆物品爆炸事故和死亡人數(shù)見(jiàn)表1。

3.2.1 事故起數(shù)預(yù)測(cè)

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(yīng)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(yù)測(cè)值，見(jiàn)表5。

根據(jù)表1中結(jié)果顯示，近10年民爆物品事故的灰色預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的相對(duì)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(guó)民爆物品事故起數(shù)各年所處的狀態(tài)，見(jiàn)表5。

根據(jù)各年所處的狀態(tài)，由式(6)和式(7)可知，一步轉(zhuǎn)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(yù)測(cè)值的狀態(tài)為E2，則2013年的民爆物品爆炸事故起數(shù)的預(yù)測(cè)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(zhuǎn)移矩陣對(duì)其他年份的灰色預(yù)測(cè)值進(jìn)行修正，并對(duì)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(jìn)行預(yù)測(cè)，最終得到的修正預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。

表 6 灰色馬爾可夫預(yù)測(cè)結(jié)果

3.2.2 民爆物品爆炸死亡人數(shù)預(yù)測(cè)

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(yīng)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(yù)測(cè)值，見(jiàn)表7。

表 7 事故死亡人數(shù)灰色預(yù)測(cè)、相對(duì)誤差和狀態(tài)

根據(jù)表7中的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，近10年民爆物品爆炸死亡人數(shù)的灰色預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的相對(duì)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(guó)民爆物品爆炸死亡人數(shù)各年所處的狀態(tài)，見(jiàn)表7。

由式(6)和式(7)可知，一步轉(zhuǎn)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(yù)測(cè)值的狀態(tài)為E3，則2013年的民爆物品爆炸死亡人數(shù)的預(yù)測(cè)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(zhuǎn)移矩陣對(duì)其他年份的灰色預(yù)測(cè)值進(jìn)行修正，并對(duì)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(jìn)行預(yù)測(cè)，最終得到的修正預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表8。

表 8 灰色馬爾可夫預(yù)測(cè)結(jié)果

由表6和表8可知，灰色馬爾可夫預(yù)測(cè)值比灰色預(yù)測(cè)值更接近實(shí)際值，所以運(yùn)用灰色馬爾可夫模型來(lái)預(yù)測(cè)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(guó)民爆物品爆炸事故起數(shù)預(yù)測(cè)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(yù)測(cè)值為5起，死亡人數(shù)為17人。預(yù)測(cè)結(jié)果符合我國(guó)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(shì)。

4 結(jié)論

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

(2)我國(guó)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(kāi)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(chǎn)和爆破作業(yè)環(huán)節(jié)；而發(fā)生爆炸的主要原因是生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中的機(jī)械撞擊和摩擦，導(dǎo)致熱量積聚從而引發(fā)爆炸，要強(qiáng)化生產(chǎn)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(shí)。

(3)采用灰色馬爾可夫預(yù)測(cè)模型對(duì)2022和2023年的民爆物品爆炸事故起數(shù)和死亡人數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)2022年我國(guó)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(yù)測(cè)值為5起，死亡人數(shù)為17人。預(yù)測(cè)結(jié)果表明：我國(guó)未來(lái)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(shì)。但需要說(shuō)明的是：預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度還需時(shí)間和事實(shí)驗(yàn)證。