市場星報、安徽財經網(m.mjvf.cn)、掌中安徽訊 (施培松 趙永莉) 2020年6月，安徽理工大學黨委副書記、校長袁亮院士團隊與陜煤集團紅柳林礦業(yè)有限公司共同成立項目團隊，開展“井下空氣質量革命”課題研究。項目成立之后，袁亮院士團隊聯合西安交通大學、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研究院5家科研院所，一行38人來到該公司展開調研。今年2月24日，袁亮院士再次攜團隊赴陜煤集團紅柳林礦業(yè)有限公司，就智能礦井、煤礦空氣凈化與職業(yè)健康、煤礦綠色立體生態(tài)建設進行調研交流。袁亮對公司的發(fā)展成績予以肯定，并針對企業(yè)走智能高效、綠色低碳高質量發(fā)展道路，尤其是煤礦空氣凈化與職業(yè)健康基礎研究的難點、痛點提出了中肯的建議。
如今，翻開陜煤紅柳林礦業(yè)公司“井下空氣質量革命”示范礦井建設成績單，霧滴與塵粒實驗系統(tǒng)平臺建設已完成，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套呼吸用品方案設計已完成，井下空氣質量在線監(jiān)測與智能預警平臺投入使用，六個課題均已完成80%以上，礦工在百米井下呼吸到新鮮空氣正在變?yōu)楝F實。
產學研用一體，填補行業(yè)空白
打造首個“井下空氣質量革命”示范礦井在該公司正發(fā)生著一場影響深遠的蝶變。在煤炭行業(yè)，關于這一領域的研究尚屬空白，出發(fā)點在哪里?關鍵痛點在哪里?如何從根本上解決礦井空氣污染問題?在該公司井下空氣質量革命的實踐中，我們找到了答案。
該公司智能化程度高、生產速度快，井下割煤、掘進、轉載、運輸等過程產塵量大，井下粉塵積聚，井下空氣環(huán)境質量低，影響職工健康。“過去我們雖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。”該公司生產技術中心負責人坦言，井下采掘面現有的防塵技術措施較為單一，采用全斷面噴霧、安裝凈化水幕等措施治標不治本。
“關鍵要解決井下粉塵、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，通過搭建平臺實現井下空氣質量在線監(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。”該公司黨委副書記、總經理常波峰表示。
為此，安徽理工大學與紅柳林礦業(yè)公司深度對接，召開了《陜北礦區(qū)煤礦空氣凈化與職業(yè)健康基礎研究及關鍵技術裝備與示范》項目推進會。袁亮院士就井下空氣質量革命示范基地建設核心關鍵技術及落地應用實踐同紅柳林礦業(yè)有限公司相關團隊展開深入研討，充分討論了項目持續(xù)改進、全力推進的意見與建議。
“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%。”安徽理工大學安全學院教授唐明云介紹，礦井粉塵高效防控的難點還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，缺乏關鍵技術支撐。
在經歷數次可行性論證的基礎之上，《陜北礦區(qū)煤礦空氣凈化與職業(yè)健康基礎研究及關鍵技術裝備與示范》項目實施方案應運而生。方案提出了“井下受限空間污染物理化性質及分布運移基礎研究”“采煤區(qū)域粉塵分源高效防控技術及裝備”等6項課題攻關，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)空氣污染物防控關鍵技術與裝備。
抓住關鍵環(huán)節(jié)，提升技術支撐
“如果說布局優(yōu)化礦井現有防塵裝備設施是做加法，那么從礦井生產全要素環(huán)節(jié)出發(fā)，尋求關鍵技術突破就是做乘法，為井下空氣質量凈化賦予了更強的提升動能。”談及“井下空氣質量革命”示范礦井建設，該公司總工程師苗彥平信心滿滿，井下空氣質量必將從源頭上得到改善，最大限度地預防和減少職業(yè)危害。
在該公司25211智能化綜采工作面，液壓支架工田軍濤將粉塵數值錄入系統(tǒng)，數據顯示總塵降塵率達到了72.7%。據了解，該工作面安裝有40臺液壓支架負壓卷吸除塵器，實際生產過程中，除塵效果明顯，之前采用的除塵裝置總塵降塵率僅為42.7%。
“通過不同抽壓比對通風除塵率影響實驗，我們發(fā)現距離工作面9m時粉塵濃度大幅降低，隨著抽壓比增加，巷道不同位置處除塵率增大”。安全學院教授薛生介紹說，“我們結合掘進工作面粉塵濃度分布及運移規(guī)律，通過實驗研究，研制了首套巷道壓抽風流智能除塵實驗系統(tǒng)，實現掘進面壓風量的調配，同心旋流濕式風機等裝備技術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及裝備課題研究領域，該公司已先后完成了潤濕—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、巷道全斷面霧幕捕塵技術等裝備技術的研發(fā)。對該公司而言，這還遠遠不夠，預期目標在于建立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及分布運移基礎研究、燃油車輛排放物凈化關鍵技術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，礦井粉塵及車輛尾氣基礎參數庫構建完成，完成了凈化裝置安裝及初步性能測試，180℃下CO轉化率90%，HC轉化率77%，碳煙吸光系數小于1.61，實現了尾氣的低溫高效凈化。
據了解，目前該項目已完成《一種濕度及噴速可調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》等5篇核心學術論文、獲得《礦井燃油車組合優(yōu)化系統(tǒng)》等2項軟件著作權，為項目的深入開展提供了強有力的學術理論支撐。
找準制勝機理，探索砥礪前行
開展井下空氣質量革命，歸根結底在于改善作業(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，將觀念從關注職工生命安全轉變?yōu)殛P愛職工身體健康，全周期保障職工身體健康。”這是該公司黨委書記、董事長張宏經常掛在嘴邊的一句話。
2020年項目初期，該公司就已經完成了生產區(qū)隊不同作業(yè)現場職業(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部進行了推廣試行。
“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。”薛生認為。為此，課題組構建了實驗性煤工肺和矽肺小鼠模型，利用單細胞測序技術方法，經過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。這一關鍵發(fā)現，有效預防了粉塵暴露所致的肺部損傷。
“依托工業(yè)互聯網平臺搭建的井下空氣質量在線監(jiān)測與智能預警平臺完成了監(jiān)測預警系統(tǒng)架構、數據庫、設備管理、綜合評價等主要功能模塊設計，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。”該公司智能化部負責人介紹說，智能化礦井建設也為職業(yè)健康研究、預測預防帶來了新的發(fā)展機遇，井下空氣質量狀況分析、數據檢測實現了“一鍵直達”，這也是國內首個井下空氣質量在線監(jiān)測與智能預警平臺。
中國工程院院士金智新等專家認為，項目結合紅柳林礦區(qū)等典型礦井工程實際，采用現場實測、實驗室研究、物理模擬實驗、數值模擬計算“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)健康基礎理論及關鍵技術裝備研究與示范。這對提高井下空氣質量，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。
