讓礦工在百米井下呼吸新鮮空氣
—— “井下空氣質(zhì)量革命”的紅柳林實(shí)踐

文/李 波

霧滴與塵粒實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺建設(shè)已完成，液壓支架負(fù)壓卷吸除塵器已投入使用，同心旋流濕式除塵風(fēng)機(jī)、徑向控風(fēng)裝置研制與實(shí)驗(yàn)已完成，3種礦工專用洗護(hù)用品研發(fā)已完成，6套呼吸用品方案設(shè)計(jì)已完成，井下空氣質(zhì)量在線監(jiān)測與智能預(yù)警平臺投入使用……陜煤集團(tuán)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(shí)。

產(chǎn)學(xué)研用一體，填補(bǔ)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(diǎn)在哪里？關(guān)鍵痛點(diǎn)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(gè)“井下空氣質(zhì)量革命”示范礦井的實(shí)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(jìn)、轉(zhuǎn)載、運(yùn)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。“以前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。”紅柳林礦業(yè)公司生產(chǎn)技術(shù)中心負(fù)責(zé)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(biāo)不治本。

2020年6月，紅柳林礦業(yè)公司與安徽理工大學(xué)袁亮院士團(tuán)隊(duì)共同成立項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，開展“井下空氣質(zhì)量革命”課題研究。項(xiàng)目成立之后，袁亮院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合西安交通大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)、山東科技大學(xué)、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(shí)現(xiàn)井下空氣質(zhì)量在線監(jiān)測和智能預(yù)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。”紅柳林礦業(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(jī)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(fēng)巷區(qū)域粉塵濃度占比約為6.79%。”安徽理工大學(xué)唐明云教授介紹，礦井粉塵高效防控的難點(diǎn)在于礦井空氣污染問題復(fù)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(xiàng)目實(shí)施方案應(yīng)運(yùn)而生。方案提出“井下受限空間污染物理化性質(zhì)及分布運(yùn)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(xiàng)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(qiáng)的動(dòng)能。”談及“井下空氣質(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(qiáng)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(dá)到了72.7%。據(jù)了解，該工作面安裝40臺液壓支架負(fù)壓卷吸除塵器，實(shí)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(gè)綜采工作面陸續(xù)得到應(yīng)用。

“通過不同抽壓比對通風(fēng)除塵率影響實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)距離工作面9m時(shí)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。”安徽理工大學(xué)薛生教授介紹，結(jié)合掘進(jìn)工作面粉塵濃度分布及運(yùn)移規(guī)律，通過實(shí)驗(yàn)研究，研制出首套巷道壓抽風(fēng)流智能除塵實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)面壓風(fēng)量的調(diào)配，同心旋流濕式風(fēng)機(jī)等裝備技術(shù)的應(yīng)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(jìn)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(fù)合型抑塵劑及其自動(dòng)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(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，繼續(xù)加大攻關(guān)力度，其預(yù)期目標(biāo)是建立1個(gè)典型礦井綜采工作面的粉塵防治示范應(yīng)用工程，采掘面總塵降塵率達(dá)90%以上，呼塵降塵率達(dá)到85%以上。

井下受限空間污染物理化性質(zhì)及分布運(yùn)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(jìn)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(yùn)移物理模擬平臺進(jìn)入實(shí)施階段；完成燃油車凈化裝置安裝及初步性能測試，達(dá)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(shí)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(jìn)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(shí)獲取尾氣中CO、NO、NO2污染物在不同階段的濃度極值，進(jìn)而采取有針對性的防治措施。“經(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(jī)理，完成了碳煙高效催化劑的制備，為指導(dǎo)礦井燃油車最優(yōu)運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)污染物的源頭控制奠定了基礎(chǔ)。”課研組負(fù)責(zé)人介紹道。

目前，該項(xiàng)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(xiàng)國家發(fā)明專利、《煤礦井下輸送帶運(yùn)輸觸控噴霧除塵技術(shù)》等5篇核心學(xué)術(shù)論文，獲得《礦井燃油車組合優(yōu)化系統(tǒng)》等2項(xiàng)軟件著作權(quán)，為項(xiàng)目的深入開展提供了強(qiáng)有力的學(xué)術(shù)理論支撐。

找準(zhǔn)制勝機(jī)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(xiàng)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(duì)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(jìn)行了調(diào)研，開展早期健康指標(biāo)篩選與預(yù)測預(yù)警研究。與此同時(shí)，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(hù)用品方案，并在職工內(nèi)部推廣試行。

“建立職業(yè)危害機(jī)理及健康保障體系，要深入研究及尋找新的煤肺發(fā)病機(jī)制，獲得早期預(yù)防和治療方案。”薛生教授指出。為此，課研組構(gòu)建實(shí)驗(yàn)性煤工肺和矽肺小鼠模型，利用單細(xì)胞測序技術(shù)方法，經(jīng)過30余次細(xì)胞動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，得到了煤塵誘導(dǎo)肺部炎癥和纖維化的機(jī)制及維生素D干預(yù)治療的效果和潛在機(jī)制。這一關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)，可以有效預(yù)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(yù)測預(yù)防帶來了新的發(fā)展機(jī)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(yù)警平臺，完成了監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫、設(shè)備管理、綜合評價(jià)等主要功能模塊設(shè)計(jì)，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(yù)警系統(tǒng)軟件。”紅柳林礦業(yè)公司智能化部負(fù)責(zé)人介紹，井下空氣質(zhì)量狀況分析、數(shù)據(jù)監(jiān)測實(shí)現(xiàn)了“一鍵直達(dá)”，這也是國內(nèi)首個(gè)井下空氣質(zhì)量在線監(jiān)測與智能預(yù)警平臺。

中國工程院院士金智新等專家認(rèn)為，該項(xiàng)目結(jié)合紅柳林礦區(qū)等典型礦井工程實(shí)際，采用現(xiàn)場實(shí)測、實(shí)驗(yàn)室研究、物理模擬實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬計(jì)算“四位一體”的科研方法，通過理、工、醫(yī)學(xué)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(yuǎn)來看，井下空氣凈化是一個(gè)持續(xù)推進(jìn)、不斷深化的過程。紅柳林礦業(yè)公司所進(jìn)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(yīng)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(diǎn)，為煤炭行業(yè)提供了可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>