美國煤炭工業(yè)發(fā)展和煤礦安全相關(guān)性數(shù)據(jù)分析研究

樊 劭

(國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局信息研究院,北京市朝陽區(qū),100029)

★世界煤炭★

美國煤炭工業(yè)發(fā)展和煤礦安全相關(guān)性數(shù)據(jù)分析研究

樊 劭

(國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局信息研究院,北京市朝陽區(qū),100029)

梳理美國煤礦安全發(fā)展歷程,以SPSS軟件對美國煤炭產(chǎn)量、井工礦產(chǎn)量比重、煤礦數(shù)量、小煤礦數(shù)量、從業(yè)人員數(shù)量、機械化程度、人均煤炭產(chǎn)量等代表煤炭工業(yè)發(fā)展水平的重要因素和煤礦死亡人數(shù)、百萬噸死亡率的相關(guān)性進行了數(shù)據(jù)分析,找出影響煤礦安全狀況的主要因素,為我國推進煤炭工業(yè)改革、夯實煤礦安全基礎(chǔ)提供借鑒。

相關(guān)性數(shù)據(jù)分析 煤炭工業(yè)發(fā)展水平 煤礦安全 美國煤炭工業(yè)

美國煤炭工業(yè)的發(fā)展歷時百余年,經(jīng)歷了井工礦向露天礦的轉(zhuǎn)變,經(jīng)歷了人工作業(yè)向機械化作業(yè)的轉(zhuǎn)變,經(jīng)歷了行業(yè)無序發(fā)展向法規(guī)制度逐漸健全的轉(zhuǎn)變,經(jīng)歷了事故多發(fā)向重特大事故基本杜絕的轉(zhuǎn)變。本文利用SPSS軟件對代表美國煤炭工業(yè)發(fā)展水平的重要因素和美國煤礦安全的相關(guān)性進行數(shù)據(jù)分析,以期找到影響煤礦安全的主要因素,為推進我國煤礦安全工作提供借鑒。

1 美國煤礦安全狀況

1900-1930年,由于當(dāng)時美國煤礦主要采用傳統(tǒng)房柱式采煤法,機械化程度低,缺乏相應(yīng)安全監(jiān)管機構(gòu)和監(jiān)管法規(guī),經(jīng)常發(fā)生百人以上事故,每年美國煤礦事故死亡人數(shù)在2000人以上,百萬噸死亡率在4以上。其中,1907年美國煤礦死亡人數(shù)為3242人,百萬噸死亡率為7.144,達(dá)到歷史最高。1923年資本主義經(jīng)濟危機開始,羅斯福新政迫使美國各工業(yè)制定本行業(yè)的公平經(jīng)營章程和行業(yè)制度,煤炭行業(yè)向標(biāo)準(zhǔn)化和制度化邁進,從而促進煤礦安全水平的提高。1931-1951年,隨著機械化采煤和運煤在美國普及,煤礦事故大幅度減少,百萬噸死亡率降至1左右,1951年后,美國煤礦再沒有發(fā)生過百人以上特別重大事故。

1952年,《聯(lián)邦煤礦安全法》頒布實施,美國煤礦事故死亡人數(shù)和百萬噸死亡率持續(xù)降低,1970年,《聯(lián)邦煤礦安全和健康法》生效,在當(dāng)時被稱為保護礦工健康和安全最為嚴(yán)苛的法案,1971年,煤礦死亡人數(shù)下降至200人以下。

1977年至今,由于聯(lián)邦礦山安全與健康監(jiān)察局的成立以及《聯(lián)邦礦山安全與健康法》的出臺和相應(yīng)規(guī)范的完善,煤礦安全生產(chǎn)狀況持續(xù)好轉(zhuǎn)。2006年,美國頒布的《礦山改善和新應(yīng)急反應(yīng)法》進一步修正了《聯(lián)邦礦山安全與健康法》,要求井工煤礦提高應(yīng)對煤礦事故的能力。世界石油危機發(fā)生后,雖然美國煤炭產(chǎn)量大幅增加,但煤礦事故死亡人數(shù)和百萬噸死亡率卻持續(xù)降低,重大事故偶有發(fā)生,但杜絕了特別重大煤礦事故的發(fā)生。1900-2012年美國煤礦事故死亡人數(shù)和百萬噸死亡率情況如圖1所示。

圖1 1900-2012年美國煤礦事故死亡人數(shù)和百萬噸死亡率

2 數(shù)據(jù)相關(guān)性研究方法

相關(guān)性分析是衡量事物之間或變量之間線性相關(guān)程度的強弱并用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計指標(biāo)表示出來。相關(guān)性分析的方法較多,比較直觀的用于定性分析的方法就是繪制散點圖法。為了能夠更加準(zhǔn)確地描述變量之間的線性相關(guān)程度,可以通過計算相關(guān)關(guān)系進行相關(guān)分析。相關(guān)系數(shù)是衡量變量之間相關(guān)程度的一個量值。如果是根據(jù)樣本數(shù)據(jù)計算而來的,則稱為樣本相關(guān)系數(shù),記為r。在統(tǒng)計學(xué)中,一般用樣本相關(guān)關(guān)系r來推斷總體相關(guān)系數(shù)。

對于相關(guān)分析中的兩個變量X、Y,其方差lxx,lyy分別反映了各自的變異程度,計算公式分別為：

式中：Xi——變量X;

Yi——變量Y;

lxx——X的離均差平方和;

lyy——Y的離均差平方和;

lxy——X和Y的離均差積和。

上式即為相關(guān)系數(shù)的計算公式,r可以用來度量定距型變量間的線性關(guān)系。相關(guān)系數(shù)的取值范圍為-1≤r≤＋1。

(1)若0＜r＜1,表明變量之間存在正相關(guān)關(guān)系,即兩個變量的相隨變動方向相同。

(2)若-1＜r＜0,表明變量之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系,即兩個變量的相隨變動方向相反。

(3)當(dāng)r＝1時,表明變量之間完全正相關(guān),當(dāng)r＝-1時,表明變量之間完全負(fù)相關(guān)。

(4)當(dāng)r＝0時,說明變量之間不存在線性相關(guān)關(guān)系,但這并不排除變量之間存在其他非線性關(guān)系的可能。

在說明變量之間線性相關(guān)程度時,根據(jù)經(jīng)驗可將相關(guān)程度分為以下幾種情況：

3 影響美國煤礦安全的主要因素

選取美國煤炭產(chǎn)量、井工礦產(chǎn)量比重、煤礦數(shù)量、小煤礦數(shù)量、從業(yè)人員數(shù)量、機械化程度、人均煤炭產(chǎn)量等代表煤炭工業(yè)投入、科技、發(fā)展等方面的重要因素與煤礦安全的絕對指標(biāo)煤礦事故死亡人數(shù)、煤礦安全的相對指標(biāo)百萬噸死亡率進行相關(guān)性分析。

3.1 煤炭產(chǎn)量

煤炭是美國重要的礦物資源和能源資源,自19世紀(jì)工業(yè)革命以后一直是美國國民經(jīng)濟的主要動力保證。20世紀(jì)30年代受經(jīng)濟危機影響,煤炭產(chǎn)量急劇下降,從1923年的5.12億t跌至1933年的3.48億t。第二次世界大戰(zhàn)導(dǎo)致能源和鋼鐵需求快速增長,煤炭產(chǎn)量急劇上升,1947年美國煤炭產(chǎn)量增至6.24億t。20世紀(jì)50-60年代,由于廉價石油和天然氣的沖擊,煤炭產(chǎn)量保持在4～5.5億t。1973年中東產(chǎn)油國對美國實行石油禁運,美國提出了“能源自給計劃”,采取重視發(fā)展煤炭生產(chǎn)的能源政策,煤炭產(chǎn)量持續(xù)回升,煤炭產(chǎn)量從1973年的5.37億t增長至1998年的10億t,此后至今美國煤炭產(chǎn)量一直在9億t左右波動,如圖2和圖3所示,2015年跌至8億t左右。

圖2 美國1900-2012年煤炭產(chǎn)量與死亡人數(shù)變化趨勢

圖3 美國1900-2012年煤炭產(chǎn)量與百萬噸死亡率變化趨勢

美國1900-2014年煤炭產(chǎn)量與事故死亡人數(shù)和百萬噸死亡率之間的變化趨勢,利用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件進行相關(guān)性計算分析可知,1900-1934年煤炭產(chǎn)量和煤礦死亡人數(shù)相關(guān)性系數(shù)0.59為中度正相關(guān), 1935-1954年兩者相關(guān)性系數(shù)0.179為不相關(guān);1900 -1934年煤炭產(chǎn)量和百萬噸死亡率相關(guān)性系數(shù)0.461為低度正相關(guān),1935-1954年兩者相關(guān)性系數(shù)0.185為不相關(guān);1955-2014年煤炭產(chǎn)量與死亡人數(shù)和百萬噸死亡率的相關(guān)性系數(shù)分別為-0.874、-0.867,均為高度負(fù)相關(guān)性。

20世紀(jì)60年代之前,美國煤炭產(chǎn)量與安全生產(chǎn)狀況有一定的相關(guān)性,表現(xiàn)為隨產(chǎn)量上升或下降,死亡人數(shù)和百萬噸死亡率相應(yīng)上升或下降。進入20世紀(jì)60年代,因煤炭需求逐年提高,煤炭產(chǎn)量逐年增長,更多的資金和技術(shù)投入到煤炭開采中,為煤炭安全生產(chǎn)提供了有力保證,從而打破了這種正相關(guān)性,改變了煤礦安全狀況受到煤炭生產(chǎn)強度的影響,雖然煤炭產(chǎn)量持續(xù)提高但安全狀況持續(xù)好轉(zhuǎn)。

3.2 井工礦產(chǎn)量比重

1931年美國的露天礦產(chǎn)量比重僅為5.7%,由于長時間的開采,原先煤炭主產(chǎn)地美國東部地區(qū)的井工礦開采深度逐漸增加,導(dǎo)致生產(chǎn)成本和安全成本不斷提高。煤炭生產(chǎn)逐漸轉(zhuǎn)向露天礦,特別是在20世紀(jì)70年代,美國加大了西部露天礦資源的開發(fā)力度,至2010年露天礦產(chǎn)量比重超過70%,同時露天礦數(shù)量也占美國煤礦數(shù)量的70%以上。

井工礦產(chǎn)量比重的大幅度降低,減少了煤炭生產(chǎn)過程中傷亡事故發(fā)生的幾率,也減少了重特大事故發(fā)生的幾率。

美國1900-2012年井工礦產(chǎn)量比重與事故死亡人數(shù)和百萬噸死亡率之間的變化趨勢,如圖4和圖5所示。利用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件進行相關(guān)性定量研究,1930-2012年井工礦產(chǎn)量比重與死亡人數(shù)相關(guān)性系數(shù)0.909、與百萬噸死亡率相關(guān)性系數(shù)0.92,均為高度相關(guān)性,表明隨著井工礦產(chǎn)量比重的持續(xù)下降,煤礦安全狀況逐漸好轉(zhuǎn)。

圖4 美國1931-2012年井工礦產(chǎn)量比重與死亡人數(shù)變化趨勢

圖5 美國1931-2012年井工礦產(chǎn)量比重與百萬噸死亡率變化趨勢

3.3 煤礦數(shù)量

美國煤礦數(shù)量隨煤炭需求量顯著變化,在20世紀(jì)40年代和80年代分別因為第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)和石油危機導(dǎo)致煤炭需求量顯著提升,帶動煤礦數(shù)量的增長。隨著西部露天礦井產(chǎn)能的逐步釋放和市場競爭力的突顯,生產(chǎn)重心轉(zhuǎn)移至西部大型露天礦井,導(dǎo)致美國煤礦數(shù)量至今一直保持下降趨勢。

煤礦數(shù)量的減少導(dǎo)致煤炭生產(chǎn)企業(yè)間的競爭減弱,非法違法行為顯著降低,同時礦井?dāng)?shù)量減少使相對的監(jiān)管力量和監(jiān)管效率大大提升都促進煤礦安全形勢的好轉(zhuǎn)。

美國1931-2012年煤礦數(shù)量與事故死亡人數(shù)和百萬噸死亡率之間的變化趨勢,如圖6和圖7所示。利用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件進行相關(guān)性定量研究得出,1955-2012年煤礦數(shù)量與死亡人數(shù)和百萬噸死亡率之間相關(guān)性系數(shù)分別為0.589、0.591,表現(xiàn)為中度的正相關(guān)性,隨著煤礦數(shù)量的減少煤礦事故死亡人數(shù)和百萬噸死亡率也隨之減少。

圖6 1931-2012美國煤礦數(shù)量與死亡人數(shù)變化趨勢

圖7 1931-2012美國煤礦數(shù)量與百萬噸死亡率變化趨勢

3.4 小煤礦井?dāng)?shù)量比例

小煤礦井是指煤炭產(chǎn)量低于30萬t/a的煤礦, 1983年美國礦井?dāng)?shù)量為3199處,產(chǎn)量不足30萬t/a的小煤礦數(shù)量為2795處,占礦井?dāng)?shù)的87.37%;小型煤礦總產(chǎn)量為2.03億t,占美國煤礦總產(chǎn)量的28.9%。2012年美國礦井?dāng)?shù)量降為1973處,其中產(chǎn)量不足30萬t/a的小煤礦數(shù)量為878處,占總礦井?dāng)?shù)的44.5%;小煤礦井總產(chǎn)量0.83億t,占美國煤礦總產(chǎn)量的8%,小煤礦的煤炭產(chǎn)量占煤炭總產(chǎn)量的比例也持續(xù)降低。

隨著小型礦井?dāng)?shù)量比例的下降,煤礦安全狀況趨于好轉(zhuǎn)。美國1983-2012年小煤礦數(shù)量比例與事故死亡人數(shù)和百萬噸死亡率之間的變化趨勢,如圖8和圖9所示,利用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件進行相關(guān)性定量研究得出,1983-2012年小煤礦數(shù)量比重與死亡人數(shù)和百萬噸死亡率之間相關(guān)性系數(shù)分別為0.607、0.587,表現(xiàn)為中度的正相關(guān)性。

圖8 美國1983-2012年小煤礦數(shù)量比例與死亡人數(shù)變化趨勢

圖9 美國1983-2012年小煤礦數(shù)量比例與百萬噸死亡率變化趨勢

3.5 從業(yè)人員數(shù)量

隨著采煤機械化的普及,美國從事煤炭開采的人數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢,人員的減少降低了安全培訓(xùn)和安全管理方面的投入,有效保證每名參與生產(chǎn)的礦工得到足夠的安全培訓(xùn),配備充足的安全保護設(shè)備。1931-2011年,美國煤礦職工人數(shù)基本保持下降趨勢,從原先的60萬人下降至2011年的14.3萬人。

美國1931-2012年美國礦工人數(shù)與事故死亡人數(shù)和百萬噸死亡率之間的變化趨勢,如圖10和圖11所示,利用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件進行相關(guān)性定量研究得出,1931-2012年,礦工人數(shù)與死亡人數(shù)和百萬噸死亡率之間相關(guān)性系數(shù)分別為0.925、0.91,表現(xiàn)為高度的相關(guān)性。煤礦職工人數(shù)的減少,表明礦井生產(chǎn)機械化水平的提高,也促進煤礦安全狀況不斷改善。

圖10 1931-2012年美國礦工人數(shù)與死亡人數(shù)變化趨勢

圖11 1931-2012年美國礦工人數(shù)與百萬噸死亡率變化趨勢

3.6 采煤機械化程度

美國井工礦采煤方法主要有傳統(tǒng)房柱式、連續(xù)采煤機房柱式和綜合機械化長壁式。美國傳統(tǒng)的房柱采煤法是沿煤層掘多條平行巷道,巷間隔一定距離開聯(lián)絡(luò)橫貫,在前面開掘煤房的同時,后面回采殘留的煤柱。20世紀(jì)前,這種采煤方法基本是手工掏槽、電鉆或風(fēng)鉆打眼放炮落煤,人工裝煤。1916年出現(xiàn)了電動截煤機,1936年,采用井下運煤的電動梭車使房柱式采煤法逐漸實現(xiàn)了機械化。1948年,連續(xù)采煤機的出現(xiàn)實現(xiàn)了房柱式采煤法的全面機械化。房柱式連續(xù)采煤機機械化程度高、高效安全,迅速在美國國內(nèi)推廣。20世紀(jì)60年代,美國從西歐引進長壁綜采技術(shù),解決了厚砂巖堅硬頂板控制的難題。70年代開始逐步推廣應(yīng)用,長壁綜采在地下井工開采量中所占比重逐漸增高。

美國1950-1975年美國采煤機械化程度與事故死亡人數(shù)和百萬噸死亡率之間的變化趨勢,如圖12和圖13所示,利用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件進行相關(guān)性定量研究得出,1950-1975年,采煤機械化程度與死亡人數(shù)和百萬噸死亡率之間相關(guān)性系數(shù)分別為-0.9、-0.931,表現(xiàn)為高度的負(fù)相關(guān)性。機械化采煤程度的提高大大減少煤炭生產(chǎn)過程中人員受傷的幾率。

圖12 美國1950-1975年采煤機械化率與死亡人數(shù)變化趨勢

圖13 美國1950-1975年采煤機械化率與百萬噸死亡率變化趨勢

3.7 人均產(chǎn)煤量

隨著煤礦機械化程度的提高,美國煤礦人均月采煤效率也不斷提高,從1931年的56 t增長至2004年的770 t,此后由于煤炭價格快速增長,煤炭企業(yè)雇傭人數(shù)少量增加,使人均月采煤量略微降低。

美國1931-2012年美國人均每月產(chǎn)煤量與事故死亡人數(shù)和百萬噸死亡率之間的變化趨勢,如圖14和圖15所示,利用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件進行相關(guān)性定量研究得出,1931-2012年人均產(chǎn)煤量與死亡人數(shù)和百萬噸死亡率之間相關(guān)性系數(shù)分別為-0.72、-0.717,表現(xiàn)為中度的負(fù)相關(guān)性。

圖14 1931-2012年人均月產(chǎn)煤量與死亡人數(shù)變化趨勢

圖15 1931-2012年人均月產(chǎn)煤量與百萬噸死亡率變化趨勢

4 總結(jié)

(1)從以上數(shù)據(jù)分析可知,從業(yè)人員數(shù)量、井工礦產(chǎn)量比重、采煤機械化率、煤炭產(chǎn)量的變化和煤礦安全狀況具有顯著相關(guān)性;人均每月采煤量、煤礦數(shù)量、小煤礦數(shù)量比重和煤礦安全狀況具有中度相關(guān)性。具體表現(xiàn)為隨著煤礦開采技術(shù)的進步,提高了煤礦生產(chǎn)效率,使露天礦井的開發(fā)變?yōu)榭赡?降低了作業(yè)人數(shù),減少了群死群傷的可能性,有效避免了事故發(fā)生。

(2)從對美國煤礦安全發(fā)展的歷程可以看出,煤礦安全不僅和政府監(jiān)管、法治有關(guān),煤礦安全水平和煤炭工業(yè)發(fā)展的一系列指標(biāo)有關(guān)。我國煤炭工業(yè)發(fā)展主要指標(biāo)和美國相比仍存在較大的差距,如表1所示。雖然在煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察機構(gòu)的持續(xù)努力下,我國煤礦安全狀況較以往有了巨大提升,但重大事故仍時有發(fā)生,這說明我國煤礦安全基礎(chǔ)仍存在提升空間。我國煤炭工業(yè)發(fā)展具有顯著的“二元化”特征,我國既有先進的大規(guī)模的露天礦井、井工礦和無人生產(chǎn)工作面,也有大量的9萬t/a以下的炮采礦井。因此,我國煤炭工業(yè)表現(xiàn)出的平均水平與世界發(fā)達(dá)國家仍差距較大。

表1 “十二五”期間中國和美國煤礦安全基礎(chǔ)指標(biāo)對比

(3)參照美國煤礦安全發(fā)展的歷程和途徑,結(jié)合我國實際情況,建議在當(dāng)前我國煤炭產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的情況下,推進供給側(cè)改革,關(guān)閉盈利困難、不具備安全生產(chǎn)條件的煤礦,減少危險崗位作業(yè)人員數(shù)量,調(diào)整煤炭產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),有利于夯實煤礦安全基礎(chǔ),從根本上杜絕重特大事故的發(fā)生的可能性。

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(責(zé)任編輯 張 夢)

Correlative data analysis and research on US coal industry development and coal mine safety

Fan Shao
(China Coal Information Institute,Chaoyang,Beijing 100029,China)

The author introduced process of US coal mine safety development,used SPSS software to analyze the correlation between main factors that presenting coal mine development level including US coal production,production proportion of underground mines,quantities of coal mines and small coal mines,number of employees,level of mechanization,percapita coal yield and coal mine death toll,million tons death rate．The analysis results helped to locate the main factors impacting coal mine safety,which providing

for China to promote reform of coal industry and consolidate coal mine safety foundation．

correlative data analysis,coal industry development level,coal mine safety,US coal mine industry

TD79

A

樊劭(1983-),男,天津人,碩士,工程師,現(xiàn)就職于國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局信息研究院。