革故鼎新 聚力赋能 于创新中求发展
——陕煤集团红柳林矿业公司“井下空气质量革命”示范矿井建设巡礼之二
2021年1月，在红柳林矿业公司，我们见到了一份让人耳目一新的报告：《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“井下空气质量革命”示范矿井创建，终于迎来了突破。
把脉定向：课题研究路径清晰
打造全国首个“井下空气质量革命”示范矿井。在煤炭行业，关于这一领域的研究尚属空白，出发点在哪里?关键点在哪里?如何从根本上解决矿井空气污染问题?在红柳林矿业公司“井下空气质量革命”示范矿井的实践中，我们找到了答案。
“关键要解决井下粉尘、燃油车辆尾气等空气污染问题，建立有效的煤矿粉尘、燃油车辆尾气等职业有害因素的识别与防治体系，通过搭建平台实现井下空气质量在线监测和智能预警，提高空气净化水平，真正让职工在井下也能呼吸到和地面一样的新鲜空气。”该公司党委副书记、总经理常波峰表示。
项目成立后，袁亮院士团队以课题组为单位，以红柳林矿业公司25210综采工作面和25211掘进工作面为依托，进行了深入的调研。“以25210智能化综采工作面为例，采煤机区域粉尘浓度占比超过50%，液压支架行人侧粉尘浓度占比约为24.4%，回风巷区域粉尘浓度占比约为6.79%。”安徽理工大学唐明云教授透露，矿井粉尘高效防控的难点在于矿井空气污染问题复杂，缺乏针对性，没有形成分区域、分层级、分源头的空气净化体系，缺乏关键技术支撑。
从《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》项目报告中来看，“井下空气质量革命”所开展的“井下受限空间污染物理化性质及分布运移基础研究”“采煤区域粉尘分源高效防控技术及装备”等6项课题研究，旨在于建立适用于矿井全要素生产场景的空气净化体系，突破了以往矿井负压式通风、湿式除尘风机、全断面喷雾等降尘措施的局限性，对于煤矿井下粉尘、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。
精准施策：项目预期成效显著
路径已经明确，关键在于怎么实施。“作为全国首个开展‘井下空气质量革命’的矿井，空气质量革命的成效，承载着煤炭行业和数百万矿工新期待，因此在项目实施上，我们做了很多探索实践。”该公司党委书记、董事长张宏介绍，项目拟结合红柳林矿井工程实际，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，计划2年内完成该项目。
项目预期目标在于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I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。
开展井下空气质量革命，归根结底在于改善作业环境，保障煤矿从业人员的职业健康。2020年项目初期，红柳林矿业公司就已经完成了生产区队不同作业现场职业有害因素的识别，对1531名矿工职业健康情况进行了调研，开展早期健康指标筛选与预测预警研究。与此同时，课题组经过多次讨论，形成了3套适合不同粉尘和汽车尾气浓度的呼吸防护用品方案并在内部进行了推广试行。
如何更加高效的进行职业病预防，降低职业病发病率?“以长期困扰煤矿职工的煤肺病为例，要深入研究及寻找新的煤肺发病机制，获得早期预防和治疗方案，从而形成职业危害机理及健康保障体系。”安徽理工大学薛生教授认为。为此，课题组构建了实验性煤工肺和矽肺小鼠模型，利用单细胞测序技术方法，经过30余次细胞动物实验，得到了煤尘诱导肺部炎症和纤维化的机制及维生素D干预治疗的效果和潜在机制。这一关键发现，有效预防了粉尘暴露所致的肺部损伤。
革故鼎新：井下迎来新鲜风流
经过两年多的不断实践，红柳林矿业公司“井下空气质量革命”取得了多个标志性成果。2022年5月，在采煤、掘进区域粉尘分源高效防控技术及装备课题研究领域，该公司已先后完成了润湿-凝聚复合型抑尘剂及其自动添加装置、截割尘源封闭式抑尘技术、巷道全断面雾幕捕尘技术等装备技术的研发，并在该公司25212智能化综采工作面落地应用。经过测试，工作面总尘降尘率达到了72.7%，而在此之前总尘降尘率仅为42.7%，取得了良好效果。
同时，还建成了以25211智能化综采工作面为原型的矿井受限空间多重尘源粉尘及车辆尾气运移物理模拟平台。“这对分析井下粉尘和尾气浓度的空间分布特性及关键影响因素起着至关重要的作用，实现了关键性突破。”安徽理工大学袁亮院士团队驻矿负责人王佰顺说。
井下空气质量能否长期保持，实现井上井下实时监控是关键。开展井下空气质量在线监测与智能预警平台研发是该项目的重要课题之一。截至7月底，该平台已完成了监测预警系统架构、数据库、设备管理、综合评价等主要功能模块设计，以及空气质量指标体系、评价模型、预警模型的软件编制。井下空气质量状况分析、数据检测实现了“一键直达”，这也是国内首个井下空气质量在线监测与智能预警平台。
2022年8月，“掘进区域粉尘分源高效防控技术及装备”(课题三)，连采机外置湿式旋流除尘器优化及总体降尘效果考察完成100%，研究报告及其他结题材料已完成75%，总体项目完成97%，论文、专利等完成100%，为推进“井下空气质量革命”迈入“深水区”，提供了强有力的理论技术支撑和装备保障。
“结果出来了，掘进过程中总降尘率达到80%以上，呼尘降尘率达到70%以上，完全实现了我们的预期目标。”8月26日，是该公司15218掘进工作面“掘进区域粉尘分源高效防控技术装备”试运行的第21天。经过三周的运行，最终测试结果令现场所有人欣喜不已。
从2020年“井下空气质量革命”的铿锵呐喊，到今天百米井下呼吸新鲜空气的生动写实。两年来，红柳林矿业公司不断探索前行，聚合多家科研院所、院士团队科研力量，进行课题研讨、项目攻关，成果丰硕、成效喜人。“井下空气质量革命”示范矿井的创新实践，必将造福陕煤集团乃至全国煤炭行业全体矿工。同时，也为同行业未来发展探索出了一条新路径。(李波、秦祺、孙国伟)