?          煤礦粉塵存在濃度大、粒徑小、游離二氧化硅含量高三大特點。井下粉塵濃度每立方米能超過1000毫克，粒徑5微米以下呼吸性粉塵占比超過30%。巖巷中，粉塵的游離二氧化硅含量普遍超過30%。煤礦粉塵防治難度較大。

游離二氧化硅是造成塵肺病的元兇。呼吸性粉塵進入肺部后，游離二氧化硅引起肺部廣泛纖維化，肺會變得像石塊一樣堅硬，逐漸失去呼吸功能。現有的治療手段僅能減緩病情進展，不能逆轉病程。因此，在掘進工作面高效防治粉塵，對塵肺病預防至關重要。

此外，粉塵具有爆炸隱患，易引發安全事故；高濃度粉塵會引起操作人員視線受阻，能見度不足1米，產生安全隱患；煤礦粉塵還會引起電器件短路、機械件磨損，影響井下設備可靠性；影響基于光學、微波原理的傳感器性能，制約煤礦智能化快速發展。如今，高效治理煤礦粉塵已迫在眉睫。

源頭入手實現綜合治理

掘進工作面粉塵治理涉及瓦斯治理、通風安全等多方面，單一的粉塵治理措施無法保證治理效果，必須從粉塵產生源頭、擴散路徑以及個體防護等多方面進行綜合治理。

粉塵防治關鍵技術主要包括源頭減塵（截割產塵）、路徑降塵（噴霧/泡沫降塵）、路徑控塵（空氣幕控塵）、個體防塵（個體防護）和集中除塵（干/濕式除塵器除塵）。

在源頭減塵方面，一為優化截割參數，減少粉塵含量。截齒在截割煤巖過程中，與煤巖接觸形成“密實核”。當巖屑崩落時，“密實核”承受的壓力突然釋放，產生向四周飛濺的粉塵。因此，應增加截割深度、優化截齒位姿以減小“密實核”尺寸、優化截割滾筒布局和截割工藝以減少巖石的過度破碎，從源頭上降低粉塵產生量。

二為水射流輔助截割，控制粉塵逃逸。在截齒與煤巖接觸點附近布置高壓水射流，在“密實核”承受的壓應力釋放之前對其進行潤濕、捕獲，從源頭上降低粉塵濃度。目前，由于密封承壓不足、鎬形截齒形態限制，水射流難以直接作用于“密實核”，技術更多處于實驗室階段。

在路徑降塵方面，一為噴霧降塵。利用水滴的攔截作用，對流經水滴附近的粉塵進行捕集。通過改進噴嘴結構、提高噴霧壓力、加入壓縮空氣等手段降低水滴的直徑、提高水滴的霧化效果，能提高降塵率。噴霧降塵設備結構簡單、成本低，適用于所有礦井。

二為泡沫降塵。在噴霧降塵的基礎上，加入表面活性劑和壓縮空氣，形成泡沫捕集體，增大捕集體的表面積、改善捕集體表面的吸附性能，可使降塵率最高達95%。泡沫降塵適用于所有類型的瓦斯礦井。

在路徑控塵方面，一為負壓抽出式控塵。負壓抽出式通風會在掘進迎頭產生負壓區，巷道內空氣在壓差作用下形成向掘進迎頭逐漸推出的風幕，使粉塵完全抑制在吸風口和掘進迎頭，最后由負壓風筒定向排除，控塵效果較好。但這種方式無法滿足瓦斯排放要求，無法在瓦斯礦井使用。

二為附壁風筒高效控塵。采用長壓短抽通風方式，結合附壁風筒實施控塵。附壁風筒原理為將原壓入的軸向風流改變為沿巷道壁的旋轉風流。中國煤炭科工集團相關團隊立足煤礦采掘機械裝備國家工程實驗室，在模擬巷道內對附壁風筒的抽風量、風口位置、附壁風筒開度等工藝參數進行了優化研究，獲取了最佳的參數匹配關系。

在集中除塵方面，一為應用濕式除塵器?；诙鄬咏饘俳z網的濕式除塵器，具有體積小、適應巷道能力強的優點。其對粒徑大于10微米粉塵的除塵效率達到99.4%。濕式除塵器核心元件“S”型水滴分離裝置，可實現對含泥水滴的完全脫除，保證除塵器出口的空氣干凈，避免二次污染。

二為應用干式除塵器。干式除塵器不需要使用水，對呼吸性粉塵的過濾效果更好，適用于巖巷粉塵的治理。相關的覆膜濾料表面高效過濾技術，即在傳統濾料表面涂覆聚四氟乙烯溶液涂層，控制溶液揮發參數，在表面形成均勻分布的微納孔洞，達到粉塵過濾高效低阻的目的。總塵過濾效率達99.998%，PM2.5過濾效果達96.58%。

干式除塵器自動化運行的關鍵元件氣動式積分器，能夠完成對各個濾布模塊的定時自動清灰，保證濾布處在高效低阻的過濾階段的除塵效果，降低除塵器運行阻力。此外，還能實現在掘進和檢修期間，不斷自動清灰。

在個體防護方面，一為佩戴智能動力送風防塵口罩。作為保障呼吸質量的最后一道屏障，傳統口罩一直存在呼吸阻力大、使用時間長、呼氣冷凝水多等難題。動力送風防塵口罩內置小型風機，將外界空氣經過三次過濾后以正壓形式送入呼吸罩內，改善呼吸質量。

二為單兵呼吸健康防護系統。單兵呼吸健康防護系統包括便攜式智能過濾送風、流程優化的呼吸送風以及智能聯網健康檢測三大系統。系統采用全面罩結構形式，可實現對工作人員眼鼻耳的全面防護。

加快推廣快速掘進粉塵控制技術

如今，中國煤炭科工集團相關團隊已研發出基于粉塵防治與人體健康的快掘技術。其應用可使巷道掘進速度提高3倍以上，暴露在掘進巷道粉塵中的作業人員相應減少2/3。隨著掘進智能化的加速推進，快掘系統作業人員將進一步減少，職業健康水平會進一步提高。

該技術主要包括低擾動低粉塵截割滾筒及截割工藝、“三幕”控塵技術創新、高性能機載除塵器、大風量除塵器受限空間移動方式創新、干式錨鉆支護除塵系統等。

在低擾動低粉塵截割滾筒及截割工藝方面，根據礦井巖石性質，以試驗數據為基礎，實現低擾動低粉塵截割滾筒個性化設計；在截割煤炭時，將截割深度延伸到50毫米以上，提高成塊率，減少粉塵產生；在截割巖石時，在滿足截割深度的情況下，采用掏槽進刀的方式，將截割粉塵封閉。在滾筒與巖壁之間，減少供風將其帶出的概率。

在“三幕”控塵技術創新上，第一道防線為截割頭外噴霧構建的液態幕（由截割頭上的多組外噴霧組成），第二道防線為擋塵構建的固態幕（由截割頭后方的擋塵簾組成），第三道防線為附壁風筒構建的空氣幕（由附壁風筒產生的空氣幕組成）。團隊在國家工程實驗室進行了“三幕”控塵技術試驗，使巷道粉塵綜合除塵效率提高到95%以上。

在高性能機載除塵器方面，研制了與掘進機、連采機、掘錨一體機等掘進裝備集成的多種型號除塵器。

在大風量除塵器受限空間移動方式創新方面，根據巷道條件，開發了膠帶機機架、單軌吊以及履帶小車的多種除塵器移動方式。

在干式錨鉆支護除塵系統方面，研發了由“空心鉆機—空心鉆桿—空心馬達—旋風除塵器—負壓風機”組成的干式鉆孔除塵系統，在保證高效鉆孔的基礎上，解決了人員在操作濕式錨桿過程中受水淋的困擾。

該技術在陜煤集團檸條塔礦業公司井下得到應用。該公司采用掘錨一體機+錨桿轉載機后置濕式除塵器的配套方式，在截割半煤巖工況下，操作人員位置粉塵濃度大幅下降，保障了半煤巖掘錨同步作業。

超過130臺濕式除塵器在華陽集團、淮北礦業集團、山東能源兗礦能源、陜煤集團等井下的快速掘進系統中配套使用。巷道綜合除塵效率超過92%，除塵器后方的呼吸性粉塵濃度每立方米小于2毫克。

此外，在全巖巷道中，粉塵中粒徑5微米以下呼吸性粉塵占比超過30%，游離二氧化硅含量也較大，采用干式除塵器效果更佳。

快速掘進粉塵控制技術發展方向

未來，快速掘進粉塵控制有幾大發展方向，主要為除塵與巷道通風的協調統一、通風除塵系統智能化運行、建立全礦粉塵智能監控系統。

在除塵與巷道通風的協調統一方面，考慮到除塵器實際使用效果遠未到既定目標，需要對礦方原有通風工藝進行改進和調整。需要根據礦井和巷道所屬的瓦斯等級，分類別建立基于掘進面除塵效果的通風規范。

第一等級為無瓦斯礦井或巷道：在嚴格掘進迎頭瓦斯監測的情況下，建議采用抽出式通風規程，以保證除塵效果為主要目標；第二等級為低、中級瓦斯礦井或巷道：在實現通風、除塵智能協同控制的集成上，采用長壓短抽式+附壁風筒的通風除塵工藝，兼顧通風安全和除塵效果；第三等級為高瓦斯、瓦斯突出礦井或巷道，以通風安全為主要目標，禁止采用除塵器除塵，而采用泡沫除塵。

在通風除塵系統智能化運行方面，建立掘進工作面瓦斯濃度、風速、供風風量、除塵器風量以及粉塵濃度的實時感知系統，全面識別掘進工作面的空氣狀態。建立供風系統、除塵系統、附壁風筒系統的聯動控制策略，以通風安全和粉塵濃度為綜合控制目標，實現對掘進工作面通風除塵系統的智能調節。

在建立全礦粉塵智能監控系統方面，研制個體佩戴的呼吸性粉塵在線監測儀、固定崗位粉塵在線監測儀，通過網絡將各點粉塵監測數據集中監控。當監測粉塵濃度超標時，自動啟動除塵裝置或強制停止相關施工設備。研制風筒自動延伸、拆接、吊掛裝置，降低工人勞動強度。結合納米纖維在過濾方面的優勢，將其引入煤礦用口罩及干式除塵器的研發，進一步降低過濾阻力，解決個體防護口罩的呼氣冷凝水問題。

煤礦工作環境特殊，粉塵防治任重道遠。產學研用應緊密結合，產出更多成果，為井下作業人員打造良好的工作環境。（作者系中國煤炭科工集團首席科學家，本文由本報記者根據“青年溝路5號”礦山職業健康和個體防護主題論壇上的發言整理）

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