努力让矿工在井下呼吸到新鲜空气
2021年1月，在陕煤集团陕北矿业红柳林公司，我们见到了一份让人耳目一新报告：《陕北矿区煤矿空气净化与职业健康基础研究及关键技术装备与示范》项目。合同总费用5012.26万元。这表明，2020年6月开始筹划的陕煤集团陕北矿业红柳林公司井下空气质量革命，终于迎来风清气爽，在行业空白领域搞这样的探索，成为千百万矿工的殷切期盼。
勇于担当：从“被动治病”到“主动保健”
“越到关键时刻，越要勇担当善作为。”这是2020年5月上任的陕煤集团陕北矿业红柳林公司党委书记、董事长张宏常说的一句话。
从2012年建成全国首个七米大采高智能化综采工作面起，陕煤集团陕北矿业红柳林公司已先后建成9个智能化综采工作面。现在，矿井采煤机械化程度高达100%，掘进机械化程度达到90%。截至目前，该公司主要生产系统实现了远程集中控制，生产辅助系统实现了现场监测的可视化和智能化远程集中控制，集中控制率达100%，固定岗位人员大幅减少，机房、硐室实现了“有人巡检，无人值守”。
智能化采煤大面积推行，井下工人的减少，使建设井下新鲜空气矿井成为可能。从“被动治病”到“主动保健”， 推进职业病危害源头治理被陕煤集团陕北矿业红柳林公司领导班子提到了重要议事日程。
为此，张宏提出：红柳林公司完全具备打造“行业第一、世界一流”现代化煤炭企业的条件。我们将与安徽理工大学袁亮院士展开合作，对井下空气质量问题进行攻关，打造首个井下新鲜空气矿井。
“十四五”期间，如何实现“行业第一、世界一流”现代煤炭企业目标成为张宏反复思考的问题。他坚信，只有走出一条新路子，才会有所突破。他决定，通过创建“智能协同、井下空气质量革命、绿色立体生态”示范矿井，最终实现企业愿景目标。
时刻关注项目进展的张宏认为，井下空气质量革命项目是打造“行业第一、世界一流”现代煤炭企业过程中践行企业以人为本理念的具体实践。开展井下空气革命就是要解决井下粉尘、燃油车辆尾气等空气污染问题，让职工在井下呼吸到新鲜空气，让采煤成为受人尊重的职业。
合作攻关：迎来理工医学科大融合
年产量1500万吨的陕煤集团陕北矿业红柳林公司智能化程度高、生产速度快，井下割煤、掘进、转载、运输等过程产尘量大，造成井下粉尘危害较为严重。虽然先后采取矿井负压式通风、湿式除尘风机、全断面喷雾等一系列降尘措施，但是对于追求极致的红柳林而言，这还远远不够。目前井下采掘面现有的防尘技术措施较为单一。加之井下车辆尾气污染物的存在，造成井下空间的空气污染问题更加复杂化，导致煤矿井下的空气污染物防控工作更加艰巨。
2020年 7月11日，安徽理工大学承担，中国工程院袁亮院士主持的《陕北矿区矿井空气净化与职业健康基础理论及关键技术装备研究与示范》项目实施方案通过专家评审。
中国工程院金智新院士等专家认为，项目拟结合红柳林等典型矿井工程实际，采用现场实测、实验室研究、物理模拟实验、数值模拟计算等“四位一体”科研方法，通过理工医学科融合，开展矿井空气净化与职业健康基础理论及关键技术装备研究与示范，这对提高井下空气质量，改善矿工作业环境，保障煤矿从业人员职业健康具有重要意义。
之后，安徽理工大学袁亮院士研究团队联合西安交通大学、中国矿业大学、华中科技大学、山东科技大学、煤炭开采国家工程技术研究院等五家科研院所，一行38人来到陕煤集团陕北矿业红柳林公司。
目标有多大，责任就有多大。陕煤集团陕北矿业红柳林公司党委副书记、总经理常波峰提出：要分区域、分区段、分级分策进行研究，充分应用新材料、新技术、新装备，形成全矿井、全时段、闭环管理的煤矿空气净化体系和作业流程。要加强跨界学习，将其他领域的新技术、新成果应用到项目研究中来。
项目部成立后，以课题组为单位，项目启动、课题对接、安全培训等立即得到了落实。计划2年内完成的该项目，支出预算合计5012.26万元，包括设备费、材料费、测试化验加工费、国际合作与交流费等。
来自安徽理工大学、中国矿业大学、山东科技大学、煤炭开采国家工程技术研究院、复旦大学附属肿瘤研究所、华中科技大学同济医学院的8名教授任项目跟踪专家，40名专家为项目研究骨干。
成果初现：对于研发落地充满期待
“我们对井下空气净化与职业健康基础研究效果充满期待。”陕煤集团陕北矿业红柳林公司总工程师苗彦平充满信心地说。他认为，粉尘防控与尾气治理是职业安全健康监管工作的重点核心，完善的降尘措施以及空气质量在线监测与智能预警平台的建设投运，必将从源头上改善井下空气质
量，最大限度地预防和减少职业病危害。
该项目设置六个课题。“2020年工作进展报告”展示，以红柳林公司25210综采工作面和25211、25212掘进工作面为依托，项目团队已摸清底细，相关研究有了初步成果。
井下受限空间污染物分布运移及演化基础研究有了5项结论或成果。井下主要大巷及采掘实验工作面粉尘及车辆尾气浓度分布、采掘实验工作面多源粉尘基础理化性质、采掘实验工作面风流与粉尘耦合流动矢量流线、粉尘流动扩散规律。开展了采煤工作面风流场作用下粉尘与车辆尾气耦合运移物理模拟试验平台、喷雾降尘实验系统方案设计。
采煤区域粉尘分源高效防控技术及装备研究上，构建了激光多普勒喷雾降尘仿真实验平台;建立了皮带运输和转载物理模型;设计了灵敏度可调节皮带触控传感装置;得到了捕尘网结构对过滤阻力和捕尘效率的影响规律。
掘进区域粉尘分源高效防控技术及装备研究课题，得到了煤尘的润湿性程度，并在分子层面建立了煤尘分子;建立了喷雾物理及数值模拟模型;得出了轨道式高效湿式除尘器的理论构造;开展了掘进工作面多向分控风流阻隔尘技术研发，建立了多向旋流风幕产生装置三维模型结构图，研究得出多向分控风流阻隔尘机理;确定了巷道全断面雾幕捕尘装置的研究方案及现场安装应用方案。
燃油车辆排放物净化关键技术及装备上，开展了目前井下国Ⅱ和国Ⅲ标准燃油车辆尾气初排放量对比测试分析;完成了CH催化转化催化剂制备，获得的催化剂实现了甲烷的高效转化;完成了燃油车发动机尾气污染物排放量实验系统设计。
职业危害机理及健康保障体系方面，完成煤矿粉尘、噪音、温湿度、CO、和风速等职业有害因素检测结果汇总与统计分析;开展燃油车辆尾气致病机理实验;构建实验性煤工尘肺和矽肺小鼠模型;研发了一种快速有效从含粉尘的细胞悬液中分离细胞的技术;发现了肺纤维化巨噬细胞新标志物。
由6个应用部分组成的井下空气质量在线监测与智能预警平台建设，完成了氮氧化物等传感器的选型，完成了相关电源、备用电源设计及安标申请，完成了监控分站电路板制板，完成平台基本功能规划与数据库设计。
预期创新：首个井下新鲜空气矿井
项目执行负责人、安徽理工大学薛生教授介绍，该项目将在11个方面取得创新成果。这些成果是：矿井受限空间粉尘和车辆尾气耦合运移规律;综采面分源分级分区分策控降尘科学构思与技术;综采面支架区域负压引射控除尘技术;掘进区域气液联动吸风射流抽尘降尘技术;采掘区域除尘智能控制系统;燃油车排放量预测软件系统;燃油车尾气特殊形貌的催化剂;燃油车组合运行优化软件系统;矿井职业有害因素暴露与健康风险关联评价及预警系统;一种简易可穿戴过滤正压通气装置;定制红柳林矿业公司人员职业健康体检计划;矿井三维可视化空气质量在线监控和智能预警平台。
项目预期成果最突出的是，建成陕北矿区井下职业健康保障体系综合集成示范工程;建立1个典型矿井综采工作面的粉尘防治示范应用工程，采掘面总尘降尘率达90%以上，呼尘降尘率达到85%以上;实现井下燃油车尾气高效净化，在180℃下CO转化率达到70%、CH转化率达到60%;排气烟度光吸收系数小于1.61、林格曼黑度1级，达到国家《非道路柴油移动机械排气烟度限值及测量方法》标准;构建井下空气质量在线监控与智能预警平台。
薛生教授认为，该项目对于陕北矿区，乃至全国煤矿井下粉尘、车辆尾气等空气污染物的有效治理及矿工职业健康的保障意义重大，对促进安全高效生产、提高经济效益具有重要的实用价值与现实意义。
“《煤矿空气净化与职业健康基础研究及关键技术装备与示范项目》的实施，是我们推进职业病危害源头治理的重大举措。把矿工健康放在优先发展战略地位，从关注职工生命安全提升到关爱职工身体健康，全周期保障职工身体健康，我们责无旁贷。”张宏说。(焦亮、李波)