文/李 波

霧滴與塵粒實驗系統(tǒng)平臺建設(shè)已完成，液壓支架負壓卷吸除塵器已投入使用，同心旋流濕式除塵風機、徑向控風裝置研制與實驗已完成，3種礦工專用洗護用品研發(fā)已完成，6套呼吸用品方案設(shè)計已完成，井下空氣質(zhì)量在線監(jiān)測與智能預警平臺投入使用……陜煤集團紅柳林礦業(yè)公司“井下空氣質(zhì)量革命”示范礦井建設(shè)成績斐然，礦工在百米井下呼吸到新鮮空氣正逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實。

產(chǎn)學研用一體，填補行業(yè)空白

在煤炭行業(yè)，關(guān)于“井下空氣質(zhì)量革命”這一領(lǐng)域的研究尚屬空白。出發(fā)點在哪里？關(guān)鍵痛點在哪里？如何從根本上解決礦井空氣污染問題？紅柳林礦業(yè)公司以打造首個“井下空氣質(zhì)量革命”示范礦井的實踐，為行業(yè)提供了方案。

紅柳林礦業(yè)公司智能化程度高、生產(chǎn)速度快，井下割煤、掘進、轉(zhuǎn)載、運輸?shù)冗^程產(chǎn)塵量大，井下粉塵積聚，井下空氣環(huán)境質(zhì)量低，影響職工健康?！耙郧拔覀冸m然采取了一系列綜合防塵措施，但都沒能從根本上解決問題?！奔t柳林礦業(yè)公司生產(chǎn)技術(shù)中心負責人坦言，井下采掘面現(xiàn)有的防塵技術(shù)措施較為單一，采用全斷面噴霧、安裝凈化水幕等措施治標不治本。

2020年6月，紅柳林礦業(yè)公司與安徽理工大學袁亮院士團隊共同成立項目團隊，開展“井下空氣質(zhì)量革命”課題研究。項目成立之后，袁亮院士團隊聯(lián)合西安交通大學、中國礦業(yè)大學、華中科技大學、山東科技大學、煤炭開采國家工程技術(shù)研究院5家科研院所，到公司展開調(diào)研。

“關(guān)鍵要解決井下粉塵、燃油車輛尾氣等空氣污染問題，建立有效的煤礦粉塵、燃油車輛尾氣等職業(yè)有害因素的識別與防治體系。通過搭建平臺，實現(xiàn)井下空氣質(zhì)量在線監(jiān)測和智能預警，提高空氣凈化水平，真正讓職工在井下也能呼吸到新鮮空氣?！奔t柳林礦業(yè)公司黨委副書記、總經(jīng)理常波峰表示。

“以25210智能化綜采工作面為例，采煤機區(qū)域粉塵濃度占比超過50%，液壓支架行人側(cè)粉塵濃度占比約為24.4%，回風巷區(qū)域粉塵濃度占比約為6.79%?！卑不绽砉ご髮W唐明云教授介紹，礦井粉塵高效防控的難點在于礦井空氣污染問題復雜，缺乏針對性，沒有形成分區(qū)域、分層級、分源頭的空氣凈化體系，缺乏關(guān)鍵技術(shù)支撐。

在經(jīng)歷數(shù)次可行性論證的基礎(chǔ)上，一份《陜北礦區(qū)煤礦空氣凈化與職業(yè)健康基礎(chǔ)研究及關(guān)鍵技術(shù)裝備與示范》項目實施方案應運而生。方案提出“井下受限空間污染物理化性質(zhì)及分布運移基礎(chǔ)研究”“采煤區(qū)域粉塵分源高效防控技術(shù)及裝備”等6項課題攻關(guān)，從突破陜北礦區(qū)礦井空氣污染物防控的理論瓶頸出發(fā)，研發(fā)空氣污染物防控關(guān)鍵技術(shù)與裝備。

抓住關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提升技術(shù)支撐

“如果說布局優(yōu)化礦井現(xiàn)有防塵裝備設(shè)施是做加法，那么從礦井生產(chǎn)全要素環(huán)節(jié)出發(fā)，尋求關(guān)鍵技術(shù)突破就是做乘法，為井下空氣凈化賦予更強的動能?！闭劶啊熬驴諝赓|(zhì)量革命”示范礦井建設(shè)，紅柳林礦業(yè)公司總工程師苗彥平如此強調(diào)。

在紅柳林礦業(yè)公司25211智能化綜采工作面，液壓支架工將粉塵數(shù)值錄入系統(tǒng)，數(shù)據(jù)顯示總塵降塵率達到了72.7%。據(jù)了解，該工作面安裝40臺液壓支架負壓卷吸除塵器，實際生產(chǎn)過程中，除塵效果明顯。而之前采用的除塵裝置總塵降塵率僅為42.7%。這樣的裝置將在幾個綜采工作面陸續(xù)得到應用。

“通過不同抽壓比對通風除塵率影響實驗，我們發(fā)現(xiàn)距離工作面9m時粉塵濃度大幅降低，隨著抽壓比增加，巷道不同位置除塵率均增大?！卑不绽砉ご髮W薛生教授介紹，結(jié)合掘進工作面粉塵濃度分布及運移規(guī)律，通過實驗研究，研制出首套巷道壓抽風流智能除塵實驗系統(tǒng)，實現(xiàn)了掘進面壓風量的調(diào)配，同心旋流濕式風機等裝備技術(shù)的應用將有效提升工作面空氣凈化水平。

截至2022年5月，在采煤、掘進區(qū)域粉塵分源高效防控技術(shù)及裝備課題研究領(lǐng)域，紅柳林礦業(yè)公司已先后完成潤濕—凝聚復合型抑塵劑及其自動添加裝置、截割塵源封閉式抑塵技術(shù)、巷道全斷面霧幕捕塵技術(shù)等技術(shù)裝備的研發(fā)。

對紅柳林礦業(yè)公司而言，這還遠遠不夠，繼續(xù)加大攻關(guān)力度，其預期目標是建立1個典型礦井綜采工作面的粉塵防治示范應用工程，采掘面總塵降塵率達90%以上，呼塵降塵率達到85%以上。

井下受限空間污染物理化性質(zhì)及分布運移基礎(chǔ)研究、燃油車輛排放物凈化關(guān)鍵技術(shù)及裝備等課題的研究也都取得了階段性的進展。以25210智能化綜采工作面為原型的受限空間多重塵源粉塵及車輛尾氣運移物理模擬平臺進入實施階段；完成燃油車凈化裝置安裝及初步性能測試，達到了180℃下CO轉(zhuǎn)化率90%、HC轉(zhuǎn)化率77%、碳煙吸光系數(shù)小于1.61，實現(xiàn)了尾氣低溫高效凈化。

此外，紅柳林礦業(yè)公司還對礦井燃油車尾氣污染物尾氣基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，構(gòu)建完成了礦井粉塵及車輛尾氣基礎(chǔ)參數(shù)庫。這對燃油車輛排放物凈化起到了關(guān)鍵作用，能夠及時獲取尾氣中CO、NO、NO2污染物在不同階段的濃度極值，進而采取有針對性的防治措施?！敖?jīng)過分析測試，我們獲取了汽車尾氣碳煙、氣態(tài)污染物生成機理，完成了碳煙高效催化劑的制備，為指導礦井燃油車最優(yōu)運行、實現(xiàn)污染物的源頭控制奠定了基礎(chǔ)?！闭n研組負責人介紹道。

目前，該項目已完成《一種濕度及噴速可調(diào)矩陣式多粒徑粉塵發(fā)生器》等11項國家發(fā)明專利、《煤礦井下輸送帶運輸觸控噴霧除塵技術(shù)》等5篇核心學術(shù)論文，獲得《礦井燃油車組合優(yōu)化系統(tǒng)》等2項軟件著作權(quán)，為項目的深入開展提供了強有力的學術(shù)理論支撐。

找準制勝機理，砥礪探索前行

開展井下空氣質(zhì)量革命，歸根到底在于改善作業(yè)環(huán)境，保障煤礦從業(yè)人員的職業(yè)健康。

“把職工健康放在首位，將觀念從關(guān)注職工生命安全轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)愛職工身體健康，全周期保障職工身體健康。”這是紅柳林礦業(yè)公司黨委書記、董事長張宏經(jīng)常掛在嘴邊的一句話。

2020年項目開展初期，紅柳林礦業(yè)公司便已經(jīng)完成了生產(chǎn)區(qū)隊不同作業(yè)現(xiàn)場職業(yè)有害因素的識別，對1531名礦工職業(yè)健康情況進行了調(diào)研，開展早期健康指標篩選與預測預警研究。與此同時，課題組經(jīng)過多次討論，形成了3套適合不同粉塵和汽車尾氣濃度的呼吸防護用品方案，并在職工內(nèi)部推廣試行。

“建立職業(yè)危害機理及健康保障體系，要深入研究及尋找新的煤肺發(fā)病機制，獲得早期預防和治療方案?！毖ι淌谥赋觥榇?，課研組構(gòu)建實驗性煤工肺和矽肺小鼠模型，利用單細胞測序技術(shù)方法，經(jīng)過30余次細胞動物實驗，得到了煤塵誘導肺部炎癥和纖維化的機制及維生素D干預治療的效果和潛在機制。這一關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)，可以有效預防粉塵暴露所致的肺部損傷。

智能化礦井建設(shè)也為職業(yè)健康研究、預測預防帶來了新的發(fā)展機遇。“依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺搭建的井下空氣質(zhì)量在線監(jiān)測與智能預警平臺，完成了監(jiān)測預警系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫、設(shè)備管理、綜合評價等主要功能模塊設(shè)計，基于JEE開發(fā)平臺，以SpringMVC作為后臺框架，開發(fā)了監(jiān)測與預警系統(tǒng)軟件?！奔t柳林礦業(yè)公司智能化部負責人介紹，井下空氣質(zhì)量狀況分析、數(shù)據(jù)監(jiān)測實現(xiàn)了“一鍵直達”，這也是國內(nèi)首個井下空氣質(zhì)量在線監(jiān)測與智能預警平臺。

中國工程院院士金智新等專家認為，該項目結(jié)合紅柳林礦區(qū)等典型礦井工程實際，采用現(xiàn)場實測、實驗室研究、物理模擬實驗、數(shù)值模擬計算“四位一體”的科研方法，通過理、工、醫(yī)學科融合，開展礦井空氣凈化與職業(yè)健康基礎(chǔ)理論及關(guān)鍵技術(shù)裝備研究與示范。這對提高井下空氣質(zhì)量、改善作業(yè)環(huán)境、保障煤礦從業(yè)人員職業(yè)健康具有重要意義。

長遠來看，井下空氣凈化是一個持續(xù)推進、不斷深化的過程。紅柳林礦業(yè)公司所進行的“井下空氣質(zhì)量革命”，顛覆了以往礦井空氣污染防治模式，應用新材料、新技術(shù)、新裝備，形成了全礦井、閉環(huán)管理的煤礦空氣凈化體系和作業(yè)流程，一定程度上破解了煤礦井下空氣污染物防治的難點，為煤炭行業(yè)提供了可供借鑒的經(jīng)驗模式。