让微细粉尘不再飞扬——记中国矿业大学省科学技术一等奖主创人员

本报记者 王正喜

6月9日，省委、省政府举行全省科学技术奖励大会，表彰了2021年度江苏省科学技术奖获奖单位和个人。中国矿业大学牵头，大屯煤电（集团）有限责任公司、徐州徐工基础工程机械有限公司、徐州赛孚瑞科高分子材料有限公司等多家单位联合参与完成的“巷/隧道干式过滤除尘技术研究与工程应用”项目凭借4项重难点突破，解决巷道施工痛、难点，获得2021年度省科学技术一等奖。

井下采掘过程中产生的粉尘不仅影响健康，还可能引发爆炸。传统的巷/隧道以湿式除尘为主，除尘率往往只有50%至70%，许多细颗粒物无法收集。该项目在国内首次提出巷/隧道干式滤筒过滤除尘新技术。项目研究团队主要成员、中国矿业大学碳中和研究院副研究员、职业健康研究院副院长李世航介绍，我国煤矿巷道、隧道每年的掘进长度高达13600公里。在巷/隧道施工过程中，粉尘问题不解决，会造成严重的资源浪费和环境污染，这些问题是我国煤矿安全生产中面临的严峻挑战，也是矿山安全领域的世界性难题。

经过大量理论研究和实验测试，该项目开发了粉尘时空分布精准预测软件，能够分析预测粉尘分布。该项目团队在掘进现场布置了干式过滤除尘系统，包括吸尘罩、负压风筒、干式过滤除尘器、压入式风筒、抽出式风机。含尘气流在风机的负压作用下被捕集在负压风筒表面，被干式过滤除尘器过滤后，变成了清洁空气穿过滤筒经风机排出。当滤筒表面附着过多的粉尘时，采用高压气体脉冲喷吹清灰技术，将滤筒表面的粉尘清除，粉尘净化效率高达95%以上。

聚焦前沿 破解世界性难题

为了解决上述科技难题、形成有国际影响力的研究成果，长江学者特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、中国矿业大学副校长周福宝教授，带领科研团队年复一年奋战在煤矿安全生产第一线，足迹遍布全国60多个矿区。

早在2013年，周福宝就牵头成立了“矿山安全及资源环境保护”创新团队，汇聚了中国矿业大学安全工程学院、材料科学与工程学院、化工学院，以及北京大学、美国犹他大学、澳大利亚西澳大学、澳大利亚联邦科学与工业研究组织、新疆煤田灭火局、山西潞安集团等高校、研究所、国有重点企业，组成跨学科、跨学校、跨行业、跨国界的交叉型、创新型研究团队。那一年，李世航成为创新团队一员。

团队成功突破国外技术壁垒，研制出我国首套具有自主知识产权的适用于煤矿井下掘进工作面的“一体式安装和移动的巷（隧）道施工干式过滤除尘系统”，在冀中能源葛泉煤矿、淮南矿业集团丁集煤矿、中铁四局京沈客专朝阳隧道、青岛地铁八号线海底隧道等处成功应用。

一项新技术的开发需要消耗大量的人力和物力，不仅要搭建实验平台，还要学会使用各式各样的检测仪器，对各类故障进行排查检修。

在周福宝教授的鼓励、支持和指导下，李世航带领团队搭建平台、开展实验，晚上经常睡在实验室，几个月的付出后一个个难题被攻克，在结构优化、性能提升等方面取得了突破性成果。之后，李世航设计的“长大隧（巷）道干式过滤除尘系统”成为挑战杯备选项目，他将大部分精力投入到备赛中，经常在工厂一待就是十六七个小时，工人下班了，他还会继续查看模型、修改加工方案到深夜。2017年11月，李世航作为第一完成人，以“长大隧（巷）道干式过滤除尘系统”项目荣获第十五届“挑战杯”全国一等奖、江苏省特等奖，他也因此获得了中国青少年科技创新奖。

为了更深切了解煤矿粉尘污染状况，李世航主动要求前往煤矿现场，白天下井现场调研，与经验丰富的矿工探讨技术方案，晚上则利用空闲时间查阅文献，有时候为了跟进现场进度、获得第一手的资料，在井下一待就是十几个小时。

经过一个多月的井下一线实践，设计了适用于我国煤矿巷道的干式除尘系统安装方案，具有极高的应用推广价值。在除尘系统安装过程中，李世航更深刻地体验了煤矿井下现场的辛苦。下井要穿水靴，对于一些老矿井，要在井下巷道里走一个多小时，升井后脚上都是已经磨破的水泡。那段时间身体是疲惫的，可精神是愉悦的，更重要的是在磨练中得到了成长。

校地合作 抢占产业制高点

6月12日，记者来到江苏淮海科技城，10号楼整栋楼都是校地共建的中国矿业大学科研成果产业化基地。省科学技术一等奖参与单位徐州赛孚瑞科高分子材料有限公司，作为“巷/隧道干式过滤除尘技术研究与工程应用”项目的转化平台，就位于这栋楼的五层。90后博士李世航是这一平台的成果转化负责人。李世航同时还是大楼六楼江苏世安健康科技研究院有限公司的核心团队人员。

走进中国矿业大学职业健康研究院实验室，刚从西安出差回来的李世航，正在带领研究生们做模拟巷道粉尘实验。如果能在掘进开采的过程中，加载一个简便的除尘器，是否能实现更便捷的高效除尘呢？为此，该项目研究团队通过大量理论研究和实验测试，开发了粉尘时空分布精准预测软件，这一软件能够预测粉尘的分布特征。李世航说：“得到粉尘的分布特征之后，我们就知道哪里的粉尘多，在粉尘多的地方使用干式滤筒过滤除尘器，便能够很好地达到预期效果。这一软件为除尘器的现场布置提供了基础保障。”

李世航介绍，干式过滤除尘系统包括吸尘罩、负压风筒、干式过滤除尘器、压入式风筒、抽出式风机。整个系统的工作原理是，含尘气流在风机的负压作用下被捕集在负压风筒表面，被干式过滤除尘器过滤后，变成清洁空气穿过滤筒经风机排出，当滤筒表面附着过多粉尘时，采用高压气体脉冲喷吹清灰技术，将滤筒表面的粉尘清除。

该项目核心技术获授权发明专利30件，项目成果入选原国家安全生产监督管理总局《煤矿安全生产先进适用技术装备》。项目成果在大屯煤电（集团）有限责任公司姚桥煤矿、淮南矿业集团丁集煤矿、中铁四局京沈客专高铁隧道等场所应用，现场除尘率均达95%以上。

目前，该技术已经在国内14家企业转化推广，市场占有率达90%以上，已在600多个掘进面和30余条隧道推广应用，实现了煤岩颗粒物年均减排10.5万吨，近两年累计新增经济效益6.5亿元，推动了我国粉尘防治的科技进步。

徐工基础工程机械有限公司参与研发了适应掘进工作面的支撑式、机载式、车载式等过滤除尘装备，推动了过滤除尘装备的市场化应用和产业化推广。目前，项目产品已在内蒙古、宁夏、陕西、山东、河南等地区，在神华宁夏煤业集团公司、神火集团有限公司、山东能源集团有限公司、河南能源化工集团有限公司等大型煤矿企业配套掘进机进行了应用，改善了煤矿巷道、工程隧道的施工作业环境，保障了作业人员健康，取得了显著的经济社会效益。同时，随着本项目产品的推广，促进了徐工基础公司煤矿、隧道掘进装备的推广与应用，新增经济效益超亿元，推动了我国粉尘防治的科技进步。