基于井下生态保护的煤矿职业健康防护理论与技术体系.pdf

第4 6 卷第3 期 2 0 2 1 年3 月 煤 炭学报 J O U R N A LO FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 6N o ．3 M a r ．2 0 2 l 鞲≤∞臻霉j 囊萋j 爱舞撼慧≥r 誊i 黪墨麓≤譬、黪善至未_ 囊鬻i 攀溪篝鬻蔫簧羹萎i ；{ ； ■⋯奠◆i 鬈毫一一| ■簟穆簟o “‘■o 基于井下生态保护的煤矿职业健康防护 理论与技术体系 顾大钊1 ’2 ’3 ，李全生1 ’2 ’3 1 ．煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室，北京1 0 2 2 0 9 ；2 ．国家能源投资集团有限责任公司科技部，北京1 0 0 0 1 1 ；3 ．北京低碳清洁能 源研究院，北京1 0 2 2 0 9 摘要职业健康是人类社会发展过程中的焦点问题。煤矿采掘活动伴生的粉尘、尾气、噪声等恶 化了井下生态环境。由于井下空间有限，仅靠人工通风难以快速将污染空气稀释至清洁空气的标 准，对人员健康等均有不同程度的损害，甚至引发尘肺病。针对煤矿生产过程中尘肺病防治难，且 从业人员众多的问题，分析了我国尘肺病治理现状；以煤矿井下生态保护为基础，系统分析了采掘 过程中产尘途径和井下人员工作及设备运行环境，阐释了井下生态的概念及内涵，提出了以开发前 规划、开发中保护、开发后利用为内涵的煤矿井下生态全生命周期保护利用理念；形成了以采掘源 头降尘、除尘，扩散过程控尘及增强人员有效防护的“源头控尘一扩散降尘一有效防护”的系统防护 模式；建立了基于开采源头减尘、降尘的煤矿开采规划布局及开采工艺优化的井下生态保护与高可 靠、轻量化、智能化个体防护装置有机结合的煤矿职业健康防护技术体系。提出了基于源头减尘降 尘的煤炭开采布局、煤层高效注水增润、高效环保抑尘降尘剂、干式高效过滤除尘、液压支架架间局 部密闭隔尘、采煤机尘源自动跟踪喷雾降尘、难密封尘源高效捕收，综掘机气液联动吸风喷雾降尘 等煤矿井下生态保护关键技术。 关键词职业健康；井下生态保护；煤矿粉尘；尘肺病；智能化个体防护 中图分类号T D 7 1 4文献标志码A文章编号0 2 5 3 - 9 9 9 3 2 0 2 1 0 3 - 0 9 5 0 - 0 9 T h e o r e t i c a lf r a m e w o r ka n dk e yt e c h n o l o g i e so fu n d e r g r o u n de c o l o g i c a l p r o t e c t i o nb a s e do nc o a lm i n eo c c u p a t i o n a lh e a l t hp r e v e n t i o n G UD a z h a 0 1 ’2 P ．L IQ u a n s h e n g ‘’2 3 I ．S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fW a t e rR e s o u r c eP r o t e c t i o na n dU t i l i z a t i o ni nC o a lM i n i n g ，B e i j i n g1 0 2 2 0 9 ，C h ／n a ；2 ．S c i e n c ea n dT e c h n o l o g yD e v e l o p m e n tD e p a r t - r a e n t ，C h i n aE n e r g yI n v e s t m e n tC o r p o r a t i o n ，B e i j i n g1 0 0 0 1 I ，C h i n a ；3 ．N a t i o n a lI n s t i t u t eo f C l e a na n dL o wC a r b o nE n e r g y 。B e i n g1 0 2 2 0 9 ，C h i n a A b s t r a c t O c c u p a t i o n a lh e a l t hi st h ef o c u so ft h ed e v e l o p m e n to fh u m a ns o c i e t y ．T h ed u s t ，e x h a u s tg a sa n dn o i s er e s u l - t e df r o mc o a lm i n i n ga c t i v i t i e sh a v ew o r s e nt h eu n d e r g r o u n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ．D u et ot h ec o n f i n e du n d e r g r o u n d s p a c e ，i ti sd i f f i c u l tt od i l u t et h ep o l l u t e da i rt om e e tt h es t a n d a r d so fc l e a na i ro n l yb ym i n ev e n t i l a t i o n ，i n e v i t a b l yc a n - 收稿日期2 0 2 1 0 1 1 8 修回日期2 0 2 1 0 2 2 5 责任编辑常明然D O I 1 0 ．1 3 2 2 5 ／j ．c n k i ．j C O S ．2 0 2 1 ．0 1 4 0 基金项目国家重点研发计划资助项目 2 0 1 6 Y F C 0 5 0 1 1 0 9 ；煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室资助项目 G J N Y 一1 8 7 7 ，S H G F 一1 6 2 4 作者简介顾大钊 1 9 5 8 一 ，男，江苏盐城人，中国工程院院士。E - m a i l d a z h a o ．g u c h n e n e r g y ．c o r n ．c n 通讯作者李全生 1 9 6 5 一 ，男，河南洛阳人，教授级高级工程师，博士。E - m a i l q u a n s h e n 昏l i c h n e n e r g y ．c o m ．c a 引用格式顾大钊，李全生．基于井下生态保护的煤矿职业健康防护理论与技术体系[ J ] ．煤炭学报，2 0 2 1 ，4 6 3 9 5 0 9 5 8 ． G UD a z h a o ，L IQ u a n s h e n g ．T h e o r e t i c a lf r a m e w o r ka n dk e yt e c h n o l o g i e so fu n d e r g r o u n de c o l o g i c a l p r o t e c t i o nb a s e d O nc o a lm i n eo c c u p a t i o n a lh e a l t hp r e v e n t i o n [ J 】．J o u r n a lo fC h i n aC o a lS o c i e t y ，2 0 2 1 ，4 6 3 9 5 0 - 9 5 8 ． 移动阅读 万方数据 第3 期顾大钊等基于井下生态保护的煤矿职业健康防护理论与技术体系 s i n gv a l ‘O U Sd e g r e e so fi m p a c tt ow o r k e rh e a l t ha n de v e nl e a d i n gt op n e u m o c o n i o s i s ．C o n s i d e r i n gt h ed i f f i c u l t y i nt h e p r e v e n t i o na n dc o n t r o lo fp n e u m o c o n i o s i si nc o a lm i n ep r o d u c t i o np r o c e s sa n dt h el a r g en u m b e ro fe m p l o y e e s ，t h ec u r - r e n ts i t u a t i o no fp n e u m o c o n i o s i sc o n t r o lw a sa n a l y z e di nC h i n a ．B a s e do nt h ep a t h o g e n e s i so fp n e u m o c o n i o s i si nc o a l m i n e ，t h ed u s tg e n e r a t i o nm e c h a n i s m ，d i f f u s i o nl a w ，t h ee n v i r o n m e n to fu n d e r g r o u n dp e r s o n n e lw o r ka n de q u i p m e n t 叩- e r a t i o nw e r es t u d i e ds y s t e m a t i c a l l y ．T h ec o n c e p ta n di m p l i c a t i o no fu n d e r g r o u n de c o l o g yw e r ee x p l a i n e d ．T h es y s t e m i c p r o t e c t i o nc o n c e p to fd u s tr e d u c t i o na tt h es o u r c eo fe x c a v a t i o n ，d u s tc o n t r o li nt h ep r o c e s so ft r a n s m i s s i o na n de f f e c t i v e p r o t e c t i o no fp e r s o n n e lw e r ep r o p o s e d ．T h et e c h n i c a ls y s t e mo fc o a lm i n eo c c u p a t i o n a lh e a l t hp r o t e c t i o nw a se s t a b l i s h e d ，w h i c hc o m b i n e st h eu n d e r g r o u n de c o l o g i c a lp r o t e c t i o nw i t h c o a lm i n ep l a n n i n gl a y o u ta n dm i n i n gt e c h n o l o g y o p t i m i z a t i o no fd u s tr e d u c t i o na tt h es o u r c ea n du s e sh i g h l yr e l i a b i l i t y ，l i g h t w e i g h ta n di n t e l l i g e n tp e r s o n a lp r o t e c t i v ee - q u i p m e n t P P E ．Ak e yt e c h n o l o g ys y s t e mf o re c o l o g i c a lp r o t e c t i o ni nu n d e r g r o u n dc o a lm i n e si sp r o p o s e d ．A n dt h e k e yt e c h n o l o g ys y s t e mi n c l u d e sc o a lm i n i n gl a y o u tt e c h n o l o g yb a s e do ns o u r c ed u s tr e d u c t i o na n dd u s tr e d u c t i o n ，c o a l s e a mh i l g h - e f f i c i e n c yw a t e ri n j e c t i o na n dm o i s t u r i z a t i o nt e c h n o l o g y ，h i g h e f f i c i e n c ye n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nd u s ts u p - p r e s s a n tt e c h n o l o g y ，d r yh i g h e f f i c i e n c yf i l t e ra n dd u s tr e m o v a lt e c h n o l o g y ，h y d r a u l i cs u p p o r tP a r t i a l l ya i r t i g h td u s ti s o - l a t i o nt e c h n o l o g yb e t w e e nr a c k s ，c o a ls h e a r e rd u s ts o u r c ea u t o m a t i ct r a c k i n gs p r a yd u s tr e d u c t i o nt e c h n o l o g y ，e f f i c i e n t c o l l e c t i o nt e c h n o l o g yf o rd i f f i c u l t - t o - s e a l e dd u s ts o u r c e s ，g a s l i q u i dl i n k a g es u c t i o ns p r a yd u s tr e d u c t i o nt e c h n o l o g yf o r c o m p r e h e n s i v er o a dh e a d e r s ． K e yw o r d s o c c u p a t i o n a lh e a l t h ；e c o l o g i c a lp r o t e c t i o ni nc o a lm i n e ；c o a ld u s t ；p n e u m o c o n i o s i s ；i n t e l l i g e n tp e r s o n a lp r o - t e c t i o n 职业健康是当今社会人类面临的一个严重问题， 是工业化进程的产物。目前，我国已处于职业病高发 和凸显期，患病及死亡人数均处世界首位。近2 0a 来，国家颁布一系列职业健康方面的法律法规，规范 工业生产活动及保障从业人员身体健康，并逐年完善 法规与技术，提供资金保障做好职业健康防护工作。 为加强尘肺病预防控制和尘肺病患者救治救助工作， 切实保障劳动者职业健康权益，2 0 1 9 年7 月，国家卫 生健康委等1 0 部门联合制定了尘肺病防治攻坚行 动方案，从总体要求、重点任务、保障措施方面对各 省自治区、直辖市人民政府，国务院各部委、各直属机 构进行通知安排。指出将煤矿、非煤矿山、冶金等行 业作为重点专项治理领域。 煤炭是我国重要的基础能源，未来一定时期仍为 我国主体能源⋯。我国煤炭以井工生产为主，在井 下有限的作业空间内，规模化采掘产生大量煤尘、矽 尘而引发的职业健康问题正成为制约煤炭行业可持 续高质量发展的瓶颈。煤炭生产、运输、贮存等产尘 途径的统计表明，无防尘措施时，综掘工作面粉尘质 量浓度为l0 0 0 15 0 0m s ／m 3 ，个别硬岩工作面可达 30 0 0m s ／m 3 ，综采工作面的粉尘质量浓度可达 25 0 0 30 0 0m s ／m 3 ，其中呼吸性粉尘占比近 4 0 ％[ 2 I 。 粉尘引起的尘肺病更加普遍，广泛存在于世界各 主要产煤国[ 3 - 6 ] 。2 0 1 9 年我国接尘工人超过20 0 0 万人，其中煤矿有数百万接尘矿工；全国职业性尘肺 病1 58 9 8 例，其中煤工尘肺病人数占全国尘肺病患 者总数的5 0 ％左右 2 0 1 1 年5 3 ．0 3 ％【7J ，2 0 1 2 年 5 1 ．2 5 ％1 8 1 ，2 0 1 3 年6 0 ．2 8 ％一1 ，死亡率高达 2 2 0 4 ％0 | ，远超各类煤矿生产事故总死亡人数 2 0 1 9 年死亡3 1 6 人 ，尘肺病防治形势日趋严峻。 如何实现煤炭开发与矿工职业健康保护相协调，是煤 炭高质量发展面临的重大难题⋯叫4 。。 为解决煤矿尘肺病问题，国内外学者在粉尘产生 机理、扩散规律和抑制方法上进行了大量研究，尤其 在粉尘防护装备方面进行了大量系统研发【1 5 - t g ] 。根 据粉尘粒径分布及其沉降状态、风流速度与粉尘浓度 关系、粉尘浓度沉降数学模型等，研制出一系列先进 适用的粉尘防治技术及装备，促进了井下防尘技术发 展，但现有防尘技术在成本和防护效果方面仍难以满 足实际需求。主要技术难点在于，现有防护技术和工 程措施难以有效地将粉尘浓度降至国家标准以内，导 致个体防护用品成为煤矿粉尘防护的最后一道防线， 但传统白吸过滤式口罩存在防护指数低、呼吸阻力 高、容尘量低和密合性较差等缺陷，防护效果差；而主 动送风过滤式防尘呼吸器存在耗电量大，有效佩戴时 长短，呼吸器防护可靠性低，佩戴舒适性差等问题，导 致口罩使用与工作时间难匹配，职工个体防护装备的 开发也面临较大挑战。 代表我国煤炭现代化生产水平的神东矿区，在煤 炭采掘与运输过程中同样面临高质量浓度粉尘危害 问题。采掘区煤尘为主要尘源，在综采工作面采取了 万方数据 煤炭学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 水幕净化风流、煤机内外喷雾降尘、支架间喷雾除尘、 捕尘网捕尘等综合防尘措施9 。2 1 | ，均起到了积极的 防护效果，但仍未从煤尘产生源头有效控制产尘量， 针对这一问题，笔者提出了基于井下生态保护的煤矿 职业健康防护理念，从煤矿职业健康防护源头出发， 系统研究井下生态保护理论框架与关键技术，提出以 煤炭开采源头减尘降尘规划布局为基础，研发粉尘分 源防控关键技术，研制高效率个体防护技术装备，形 成煤炭开采全生命周期防尘、减尘、降尘理论与技术 体系，以期为井下生态环境改善提供技术支撑。 1 我国尘肺病发病现状 尘肺病是我国发病率最高、危害性最大的一种职 业病。2 0 1 0 - - 2 0 1 9 年全国职业病统计 表1 表明， 我国新增各类职业病总数为2 7 15 5 4 人，其中尘肺病 占全国职业病发病总人数的8 1 ．8 3 ％～8 9 ．6 6 ％；尘 肺病发病年龄以3 6 ～5 5 岁的青壮年为主，发病工龄 主要分布在1 0 ～3 0a m 喇J ，该病具有隐匿性、流动性 大、周期长、迟发等特点，一旦发病，即使避免与粉尘 接触，肺部纤维化病变也不会停止，最终导致肺功能 障碍，呼吸衰竭至死亡。 我国高粉尘危害领域主要集中在矿山、冶金、石 油、化工、制造加工等行业。从业人员数量多和职业 病防护意识淡薄是造成职业病逐年增多的主要原因。 其中生产规模的扩大，使用人单位的劳动力需求也越 来越多；从业人员主要是一些文化水平低、工作流动 性大、缺乏法律意识与职业病防护意识的农民工。加 上部分生产规模小、工艺落后、工作人员流动大、只追 求经济效益的中小型企业，在无防护或简单防护下生 产，是造成尘肺病患者增加的另一重要根源。目前农 民工是我国职业病患者的重点群体。每年尘肺病发 病数量与采矿业和制造业城镇单位就业人员数量呈 正相关关系，由此说明采矿业和制造业是职业病防 治，尤其是尘肺病防治的关键领域；政府干预可起到 积极有效的防护效果，但无法杜绝尘肺病的发生，其 有效控制还有赖于在粉尘的产生、扩散传播、接尘人 员的吸人等环节的技术控制，任意环节的有效阻断均 可起到显著效果。 表12 0 1 0 - - 2 0 1 9 年我国主要接尘城镇单位就业人员和主要职业病发病情况 T a b l el E m p l o y e dp e r s o n sa n dm a j o ro c c u p a t i o n a ld i s e a s e si nC h i n a ’Sm a i nd n s t - e x p o s e dc i t i e sa n dt o w n sf r o m2 0 1 0t o2 0 1 9 2 煤矿井下生态保护理念 2 ．1 煤矿井下生态的内涵 煤矿井下生态是煤矿井下安全生产与职工身体 健康相协调的一种状态。由于煤炭开采活动改变了 原始岩层的边界条件，引起煤层中瓦斯、C O 等气体逸 出、粉尘扩散、顶板下沉和垮落、上覆岩层和地表沉 降、含水层或隔水层破坏，井下渗水、涌水或突水溃沙 等，这些均是煤炭开采过程中人员与设备工作环境面 临的主要生态问题。此外，煤炭生产过程中产生的粉 尘、设备运行产生的尾气与有毒有害气体、生产过程 中排放的乳化液及高盐水的水循环污染，以及高温高 湿噪音等，均会对人员及设备造成严重危害瞄J 。 2 ．2 煤矿井下生态全生命周期保护理念 煤矿井下生态保护理念是以人员健康安全为目 标，以开发前规划、开发中保护、开发后利用为内涵的 煤矿井下生态全生命周期保护利用理念，如图1 所 示。为实践该理念，需要进一步推进煤炭无害化开 采，提高井下作业场所空气质量，保证井下作业环境 质量良好。 万方数据 第3 期顾大钊等基于井下生态保护的煤矿职业健康防护理论与技术体系 9 5 3 3 煤矿职业健康保护理论与技术体系 井下生态保护的目标是人员安全健康。煤矿 井下生态保护涉及采矿工程、地质工程、环境工程 和职业健康等各学科，是复杂的系统工程，煤矿井 开发前规划 矿井选址规划 工业场地规划 开拓方式优选 巷道布置优化 回采方法优选 通风方式优选 采煤沉陷地利用规划 地下水系统利用规划 采掘接续规划 下粉尘防治与个体防护是煤矿职业健康保护的重 点。经过在神东矿区多年的研究与工程实践，提 出了基于井下生态保护的煤矿职业病防护理论框 架和技术体系和基于煤矿井下粉尘的分源分级分 类治理原则 图2 。 叠 保护，生产安全 保{ ，地F 水 煤矿地下水综合利川 保护井I 、卜下’卜态平衡 矿井川采巷道综台利用 减仓降尘 采煤沉陷地综合利川 降低噪声 煤矿6 L 斯等腥气综f } 利川 发电 减少宵毒仃害‘i 体 避免烫伤 矿外粉尘综合利J } J I 一壤段良 降低皮肤发病牢 图1煤矿井下生态全生命周期保护利用理念 F i g ．1C o n c e p to fe c o l o g i c a lp r o t e c t i o na n du t i l i z a t i o ni nt h ew h o l el i f ec y c l eo fu n d e r g r o u n dc o a lm i n e s 研究 目标 关键技术内容技术手段／9 7 泫 r I 采煤、掘进、歼拓过程产尘机制I _ l 转运、破碎、支护过程产乍机制1 k I - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ．- - - - - - - - - - - - - - - _ _ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 一 『l 气流卜导型粉二b 逃逸机制 _ l 机械振动卡导型粉乍运移十J L 1 J 『l 粉尘订’。≮元素成分。I I I ；。 测预测 一 l 游离氧化硅快速嘛测预测 L - _ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 一 | | 二} J 式高效过滤除尘系统 | | 濉式r 留效过滤除尘系统 人，心三维煤矿升 下粉7 垃物理模拟 实验’F 台 煤矿井卜粉尘分 源r 。尘计算模型 。实验室煤岩 产尘性质测试 煤矿井r 粉尘 分区分类监测 实验室粉尘 运移规律模拟 高效除尘 过滤材利研发 个体防尘 呼吸器仿真模拟 基．F 5 G 通信的 l 上F 粉尘数据传输 图2煤矿职业病防护的井下生态保护理论框架和技术体系 F i g ．2 T h e o r e t i c a lf r a m e w o r ka n dt e c h n i c a ls y s t e mo fe c o l o g i c a lp r o t e c t i o ni nc o a ln l i n e s 通过掌握粉尘产生机理与扩散规律，制定基于源 头减尘、降尘的煤炭开采规划布局，研发基于源头减 尘、降尘的煤炭开采工艺技术，研制基于开采全过程 粉尘捕集与处理的降尘、减尘技术与装备，研制基于 高压保护状态阻止粉尘侵入的封闭式、舒适型、轻型 化的个体防护装备，实现煤炭采掘机转运等环节有效 减尘降尘及个体有效防护。 4 煤矿井下生态保护关键技术 4 ．1 基于源头减尘降尘的煤炭开采布局 源头减尘降尘主要指在开采、掘进或其他井下施 工过程中产生粉尘的区域降低粉尘产生量。途径有 ①产尘区总量的降低，如采掘巷道总数及总断面与 长度的减少；②采掘工作面单次产尘量的降低，这依 醒丽 神东矿区矿井粉尘分源防控示范工程建设 园园圜圈圈圈囡圆圈 煤矿井下安全生产与职业健康相协调 万方数据 9 5 4 煤炭学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 赖于采掘技术与装备水平的提高。其中，基于源头减 尘降尘的煤炭开采规划布局是实现无尘化矿井建设 与生产的必然选择。 基于煤矿井下生态全生命周期保护利用理念，煤 炭开采规划布局是在矿井开发前优化矿井选址和采 掘布局，依据矿井煤层赋存条件和未来采煤沉陷地等 情况，充分利用采煤沉陷区地形特征，根据未来采煤 沉陷地综合利用情况确定工业广场位置，实现采煤沉 陷地土地经济合理利用；依据煤矿地下水赋存情况以 及煤层赋存情况，最大限度地减小煤矿开采对地下水 以及地表生态的影响，确定井下巷道开拓布局和开采 方法；依据煤岩物理性质、采煤掘进方法、开拓方式以 及煤矿防尘要求，在保证煤矿安全生产的基础上，最 大程度地减少采掘巷道的数量以减少产尘量，降低煤 尘对井下作业人员的健康影响。 在开发过程中采取相应的技术措施，充分保护煤 矿地下水与生态循环平衡、地表生态稳定，降低煤尘 对井下作业人员的影响，避免煤尘爆炸，降低井下机 械设备噪声，减少有毒有害气体对作业人员的伤害。 开发后，充分利用煤矿现有的井巷充分保护地下 水，同时充分利用矿井水进行地表生态修复，充分利 用采煤沉陷地进行景观再造、建设湿地公园以及建筑 物，利用瓦斯气体发电，利用收集的矿井粉尘进行土 壤改良等。 4 ．2 煤层高效注水增润技术 通过对煤层注水，使煤体润湿，可从源头上减少 工作面采煤机割煤时浮尘的生成量，然而煤层注水必 然会影响工作面回采，因此优化煤层注水与工作面回 采工艺流程，需要研发高效煤层注水增润技术。2 6 t7 I 。 基于“水锲”疲劳损伤机理和采动应力变化特 征。2 扣2 9J ，研发的由脉冲式气动高压注水泵、脉冲调频 器、变压溢流阀、信息动态采集器为主的煤层交变一 脉冲注水减尘技术工艺及装备，可在短时问内实现煤 层高效注水增润。 含尘 气体入 雾 除尘装置原理示意 4 ．3 高效环保抑尘降尘剂 化学抑尘主要以润湿黏结粉尘为主，通过将 抑尘剂添加到喷雾系统中，利用雾滴颗粒捕尘，完 成有效降尘，是控制井下粉尘扩散最直接最有效 的方法之一。利用天然有机高分子材料‘3 0 ‘”o ，通 过自由基聚合以及光协同催化等反应，制备出价 格低廉、无毒无害、无二次污染的抑尘材料；借助 现代化分析测试手段测定材料的抑尘性能，通过 分子动力学模拟实现抑尘机理推演。3 3 。”。，获得影 响材料性能的主要因素并改进优化合成方法；对 复合型抑尘材料。3 ”3 8 。进行现场应用，并构建更为 科学合理的评价指标体系。 4 ．4 干式高效过滤除尘技术 研究褶结构与滤料有效过滤面积内在关系，研发 适用于煤矿井下狭小空间高浓度粉尘作业场所的褶 式滤筒，针对分排脉冲清灰各滤筒之间清灰均匀性差 的问题，构建喷吹管均匀性优化方法，研发高均匀性 行喷脉冲清灰系统 图3 ”4 ⋯。 ‘- 嘲一 确峪浦◆ 。蛔蝴 fa 不同褶皱结构滤料 b 行喷脉冲清灰系统 图3干式高效过滤除尘材料 F i g ．3D r yh i g h e f f i c i e n c yf i l t e r 1 u s tr e n l o v a lm a t e r i a l 4 ．5 采煤机配套一体化高效除尘技术 通过优化除尘装备安装位置及进、出风口布置方 式，实现采煤工作面尘源粉尘高效捕集，同时研发高 效、低阻、高容尘量的新型复合金属网滤料，优化除尘 装备内设结构和高压雾化参数，实现含尘气流高效净 化 图4 。 肝滚筒 J L 机除等器H 川、 湿滤除尘器 前滚筒 除尘器入口 ＼一 氍I 狲愫统 前摇臂 采煤机配套一体化除尘装备 图4 采煤机配套一体化高效除尘 F i g ．4I n t e g r a t e da n de f f i c i e n t 1 u s tr e m o v a lf oz ’c o a ls h e a r e r 万方数据 第3 期顾大钊等基于井下生态保护的煤矿职业健康防护理沦与技术体系 9 5 5 4 ．6 液压支架架间局部密闭隔尘技术 针对工作面移架过程中会产生大量粉尘的问题， 研发液压支架架间局部密闭隔尘装置，该装置向采空 区方向倾斜，便于顶板落煤通过自重下滑至支架后方 采空区，同时前梁处安装的局部密闭隔尘装置垂向长 度应满足支架前移相同距离的偏移量，进而实现液压 支架移架产尘的源头减尘 图5 。 4 ．7 采煤机尘源自动跟踪喷雾降尘技术 根据现场支架型号、采高、距离、喷雾装置安装位 置等进行喷雾装置的设计，选取合理的雾化角和有效 射程以及抗风性能。一般将喷雾装置安装在支架前 方顶梁上，根据安装位置、支架可利用预留孑L 进行安 装组件的没计和定制。系统采用红外对射原理来识 别采煤机位置，发射器安装于采煤机背面中部位置， 并从采煤机上引出1 2V 直流电作为发射器供电电 源 图6 。 接收器 高压球阀 顶梁 布兜连接器 图5液压支架架问局部密闭隔尘装置示意 F i g ．5 S c h e m a t i cd i a g r a mo fl o e a la i r t i g h td u s ti s o l a t i o n d e v i c eb e t w e e nh y d r a u l i cs u p p o r t s 4 ．8 难密封尘源高效捕收技术 通过对转运、卸载等过程扬尘扩散规律的研究， 揭示气流主导型粉尘逃逸机制H 卜42 。，研发风幕软密 封与携尘气流适当衰减的协同收尘技术。43 1 图7 ， 解决难密封源粉尘逃逸的难题。 0 分2 ’j 分30 分2 0 0 号分 I - - } 9 ．a “ J 箱控制箱控制牢『；i 采集器托制莉 控制箱 传感化传度 滤器A C l 2 7 ／2 2 0 V器镰溪囊I | I 器 l 图6 采煤机尘源自动跟踪喷雾降，卜系统组成示意 F i g ．6 S c h e m a t i cd i a g r a mo ft h ec o m p o s i t i o no ft h ec o a ls h e a r e rd u s ts o u r c ea u t o m a t i ct r a c k i n gs p r a yd u s ts u p p r e s s i o ns y s t e m 峨 _ 刁_ ，焉 图7 风幕软密封控尘系统 F i g ．7 A i rc u r t a i ns o f ts e a l i n gd u s tc o n t r o ls y s t e m 4 ．9 综掘机气液联动吸风喷雾降尘技术装、布控等技术 图8 。 №。，基于“兰竺篡‘i 、、竺差鬻耋”曼竺‘’ 窑篓豢鼍眙宁 高效率个体防护技术与装备 构尺, ．．, u 从3 9 , 工1 作面煤尘产生规律，秉承“不影响作业人 5 ⋯。“。～““”一1 ’”“9 员作业、质量轻、尺寸小、易安装、易操作、噪声低、防个体防护用品对保证煤矿工人健康安全至关重 堵塞、不用电”等原则，开发有效覆盖掘进尘源的综要。做好井下粉尘的个体防护，首先要引入以呼吸性 掘机机载气液联动吸风喷雾技术，并优化了装罱安粉尘为主的煤矿职业危害在线监测技术，将人员呼吸 万方数据 9 5 6 煤炭学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 图8 截割尘源负压抽尘技术不意 F i g ．8 T h e o r e t i c a lf r a m e w o r ka n t it e c h n i c a ls y s t e mo f e c o l o g i c a lp r o t e c t i o ni nc o a lm i n e s 情况与监测点粉尘实时浓度数据相结合，有效评估个 体累积接尘量，相关信息实时上传职业健康评价系 统；其次，开展多种技术路线的个体防护装备研制，包 括基于个体呼吸需求的智能送风技术、自带动力的压 差型过滤式供风呼吸器，携带高压清洁瓶装空气的过 滤式供风呼吸器等，保证工人吸入清洁的空气；最后， 基于职业健康监控系统实时数据，充分利用粉尘分源 防控技术，做到井下空间粉尘浓度控制与高效佩戴个 体防护装备相互匹配。 5 ．1 个体粉尘质量浓度在线监测技术 研发基于锥形元件振荡质量天平原理的个体呼 吸性粉尘监测仪，通过粉尘气样连续采集、称重、质量 浓度测定与流态控制等，实现煤矿工人个体粉尘暴露 浓度的实时在线监测。 5 ．2 个体动态呼吸流量实地实时监测技术 基于风流穿过滤网时压降与流速之间的二次函 数关系，研究工人佩戴个体防尘呼吸器作业时的呼吸 阻力可视化呼吸流量时变曲线，研发新型便携式个体 呼吸监测仪Ⅲo 图9 ，实地实时无干扰监测工人作 业状态的呼吸流量。 5 ．3 个体呼吸流量仿真模拟技术 图1 0 为仿人呼吸仪工作原理，该仪器主要由数 据输入系统，内置控制系统以及电动传动缸3 部分组 成。通过数据输入系统导入呼吸特征参数，这些数据 被传输至内置控制系统，继而被