編者按

當(dāng)前，我國(guó)礦山作業(yè)環(huán)境粉塵濃度嚴(yán)重超標(biāo)，成為危害礦工身體健康與安全的“頭號(hào)殺手”。 為遏制塵肺病快速增長(zhǎng)、保障工人職業(yè)健康與安全，黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視粉塵工程防護(hù)工作，先后發(fā)布了《健康中國(guó)行動(dòng)(2019—2030年)》《國(guó)家職業(yè)病防治規(guī)劃(2021—2025年)》《塵肺病防治攻堅(jiān)行動(dòng)方案》等文件，多次提出了強(qiáng)化粉塵工程防護(hù)與源頭治理的任務(wù)要求。在此背景下，為保障工人職業(yè)健康與安全，推動(dòng)“健康中國(guó)”戰(zhàn)略與智慧礦山建設(shè)，推進(jìn)礦山行業(yè)進(jìn)入安全、綠色、智能開采時(shí)代，《金屬礦山》編輯部特邀北京科技大學(xué)金龍哲教授團(tuán)隊(duì)劉建國(guó)老師講授《礦山噴霧降塵技術(shù)裝備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀》，以饗讀者。

講授人簡(jiǎn)介

劉建國(guó)

北京科技大學(xué)副教授、博士（后）、碩士研究生導(dǎo)師，《金屬礦山》青年專家學(xué)術(shù)委員。主要從事礦山能源/資源領(lǐng)域職業(yè)安全與健康教學(xué)與科研工作，研究方向聚焦于礦山塵毒控制理論與技術(shù)。主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目2項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題3項(xiàng)，中國(guó)博士后面上項(xiàng)目、金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金、國(guó)家衛(wèi)健委粉塵危害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金等省部級(jí)項(xiàng)目3項(xiàng)，企業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目12項(xiàng)。參編教材/著作2部；參編國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)；發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇；以第一發(fā)明人申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利12項(xiàng)，完成專利許可轉(zhuǎn)化3項(xiàng)。獲得省部級(jí)以上科技獎(jiǎng)勵(lì)17項(xiàng)，榮獲2023年度中國(guó)職業(yè)安全健康協(xié)會(huì)青年科技獎(jiǎng)（全國(guó)10人）。團(tuán)隊(duì)代表性研究成果：

（1）構(gòu)建了礦井“三高兩隔一監(jiān)控”綜合控除塵技術(shù)體系。提出了由高效噴霧降塵、高效化學(xué)抑塵、高效除塵器除塵，高低粉塵區(qū)域隔離、人與粉塵隔離，井下粉塵在線監(jiān)控構(gòu)成的礦井“三高兩隔一監(jiān)控”綜合控除塵技術(shù)體系，為礦山企業(yè)粉塵防治技術(shù)管理、科研院所粉塵防治技術(shù)研究提供了技術(shù)框架。

（2）發(fā)明了工程爆破多組分水炮泥減塵降毒技術(shù)。研發(fā)了爆破炮煙絕對(duì)生成量精準(zhǔn)測(cè)試方法與裝備，研制了減塵降毒多組分水炮泥新型添加材料，提出了工程爆破多組分水炮泥制備與應(yīng)用工藝方法，形成了工程爆破多組分水炮泥減塵降毒技術(shù)。該技術(shù)對(duì)隧巷道爆破粉塵與CO平均抑制率高于60%。

（3）研發(fā)了對(duì)礦山呼吸性粉塵具有顯著捕捉效果的井下移動(dòng)式干霧隔降塵技術(shù)及裝備，配套開發(fā)了井下氣水共用型多級(jí)過濾裝置，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，該技術(shù)裝備在井下巷道綜掘面的平均降塵率達(dá)83%以上。

成果薦讀

《金屬礦山》“礦井粉塵智能防控理論及新技術(shù)進(jìn)展”專題

1

礦山噴霧降塵技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀綜述

成果概要：噴霧降塵技術(shù)以其操作簡(jiǎn)單、成本低、降塵效率顯著等優(yōu)勢(shì)，成為礦山井下應(yīng)用最為廣泛的降塵技術(shù)之一。但傳統(tǒng)噴霧降塵技術(shù)普遍存在霧滴粒徑大、耗水量多、呼塵沉降效率低等問題。針對(duì)以上問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)噴霧降塵技術(shù)開展了廣泛研究，但對(duì)其研究與應(yīng)用現(xiàn)狀缺少深入總結(jié)?；诖?，基于近20 a來礦山噴霧降塵技術(shù)的相關(guān)研究文獻(xiàn)，梳理了噴霧霧化降塵機(jī)理、噴霧霧化效果評(píng)價(jià)參數(shù)與測(cè)試方法、噴霧霧化效果影響因素、噴霧降塵效率及其影響規(guī)律的研究現(xiàn)狀。研究結(jié)果表明：噴霧霧化效果評(píng)價(jià)參數(shù)主要包括霧滴粒徑、霧滴速度、噴霧射程等;噴霧霧化效果與噴嘴結(jié)構(gòu)、氣水壓力、液體物理特性等參數(shù)密切相關(guān);噴霧霧滴粒徑越小、霧滴速度越快，其對(duì)粉塵的吸附沉降效率越高。針對(duì)礦山噴霧降塵技術(shù)研究現(xiàn)狀,分析了目前存在的不足,并提出了未來的主要研究方向，即進(jìn)一步探究噴霧霧化機(jī)理、完善噴霧霧化效果評(píng)價(jià)參數(shù)、規(guī)范噴霧降塵效率測(cè)定方法、關(guān)注噴霧添加劑對(duì)作業(yè)人員身體健康與工作環(huán)境的影響。

文獻(xiàn)引用：金龍哲，劉建國(guó)，林清俠，等.礦山噴霧降塵技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀綜述[J].金屬礦山，2023（7）：2-17.

2

礦井降溫技術(shù)研究進(jìn)展與展望

成果概要：礦井高溫?zé)岷κ堑V井深部安全開采的重要影響因素之一，有效且經(jīng)濟(jì)的礦井降溫技術(shù)對(duì)于深部高溫礦井安全且高效開采尤為重要。分析了礦井熱源的種類及熱害對(duì)人的影響，并對(duì)目前礦井降溫技術(shù)的原理及應(yīng)用研究現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)述；研究了用于熱害較輕或淺部礦井的非人工制冷技術(shù)，著重闡述了用于熱害較重和深部礦井的多種人工降溫制冷技術(shù)；對(duì)比分析了液態(tài)氣體相變制冷技術(shù)、直膨式熱泵降溫技術(shù)、動(dòng)力性熱管降溫技術(shù)、個(gè)體防護(hù)服和渦流管結(jié)合礦井微氣候調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及其在礦山現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用研究進(jìn)展，指出了目前各類降溫技術(shù)存在的共性問題,討論了未來地?zé)峥刂萍坝酂峄厥绽玫募夹g(shù)發(fā)展趨勢(shì)，為選擇合適的深井降溫技術(shù)提供依據(jù)。研究表明：目前礦井降溫技術(shù)雖然飛速發(fā)展但存在能耗較大、制冷系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜且難以維護(hù)，只重視降溫而忽略礦井濕度過高，未能充分利用礦井地?zé)崮茉磧r(jià)值，非煤礦山專用降溫系統(tǒng)研究較少等不足。針對(duì)礦井降溫系統(tǒng)的共性問題提出了開發(fā)節(jié)能且高效的新型降溫技術(shù),著力開發(fā)制冷設(shè)備，堅(jiān)持降溫除濕并重的原則，充分利用礦井地?zé)崮茉匆约霸O(shè)計(jì)非煤礦山專用的礦井降溫技術(shù)等應(yīng)對(duì)措施。

文獻(xiàn)引用：柳靜獻(xiàn)，李國(guó)棟，常德強(qiáng)，等.礦井降溫技術(shù)研究進(jìn)展與展望[J].金屬礦山，2023（7）：18-27.

3

基于知識(shí)圖譜的我國(guó)礦井粉塵防治技術(shù)研究進(jìn)展與展望

成果概要：借助VOSviewer軟件以知識(shí)圖譜的形式展示了2000—2022年中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫中收錄的1 044篇文獻(xiàn)的作者共被引、關(guān)鍵詞共被引等數(shù)字特征,采取文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法分析了礦井粉塵防治領(lǐng)域發(fā)展的時(shí)間分布，探究了礦井粉塵防治研究動(dòng)態(tài)及進(jìn)展。研究結(jié)果表明：2000—2022年礦井粉塵防治研究整體呈上升趨勢(shì)，根據(jù)逐年發(fā)文量以及相對(duì)逐年發(fā)文量可以將其劃分為3個(gè)階段，即萌芽起步期(2000—2005年)、迅速發(fā)展期(2006—2015年)以及騰飛波動(dòng)期(2016年至今)。此外，1 831名作者的共被引分析表明,目前已形成了5個(gè)聯(lián)系較為密切的學(xué)術(shù)群體；3471個(gè)關(guān)鍵詞的共現(xiàn)分析表明，目前已經(jīng)形成了5個(gè)高相關(guān)性的關(guān)鍵字聚類，分別為煤礦粉塵治理研究聚類、粉塵危害研究聚類、粉塵治理研究聚類、粉塵濃度研究聚類以及數(shù)值模擬研究聚類。在上述分析的基礎(chǔ)上，剖析了現(xiàn)階段我國(guó)礦井粉塵防治研究存在的不足：① 粉塵防治理論研究成果轉(zhuǎn)化率有待提高；② 礦井粉塵精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)與體系有待進(jìn)一步升級(jí)；③ 智能礦山建設(shè)背景下,礦山粉塵智慧除塵系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用有待進(jìn)一步深入；④ 在綠色礦山建設(shè)背景下，社會(huì)環(huán)保要求不斷加強(qiáng)，導(dǎo)致不少傳統(tǒng)且行之有效的抑塵方法的應(yīng)用受到一定程度限制。認(rèn)為未來該領(lǐng)域的重點(diǎn)發(fā)展方向?yàn)椋孩?深化礦井粉塵防治理論研究，充分發(fā)揮多學(xué)科交叉研究?jī)?yōu)勢(shì)，開展校企聯(lián)合攻關(guān),加強(qiáng)理論與實(shí)踐的對(duì)話與結(jié)合，進(jìn)一步提升科技成果轉(zhuǎn)化率；② 加強(qiáng)基于粉塵精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與員工健康的礦井粉塵實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與連續(xù)性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及設(shè)備的研發(fā)；③ 深化精準(zhǔn)智慧除塵體系建設(shè)，提升礦山粉塵實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度，加強(qiáng)信息化技術(shù)應(yīng)用的深度與廣度；④ 通過技術(shù)突破打破環(huán)保性與經(jīng)濟(jì)性難以共存的困境，降低環(huán)保成本,提高環(huán)境效益。

文獻(xiàn)引用：李剛，周哲，胡錦華.基于知識(shí)圖譜的我國(guó)礦井粉塵防治技術(shù)研究進(jìn)展與展望[J].金屬礦山，2023（7）：28-39.

4

我國(guó)露天礦粉塵防治理論技術(shù)近 20 a 研究進(jìn)展與展望

成果概要：近年來，國(guó)內(nèi)在露天礦粉塵防治方面進(jìn)行了大量深入的研究和實(shí)踐，粉塵防治工作取得了較為顯著的成效，但露天礦各生產(chǎn)環(huán)節(jié)粉塵至今仍難以徹底遏制，粉塵職業(yè)危害防治形勢(shì)依然十分嚴(yán)峻。為了進(jìn)一步完善露天礦粉塵防治理論并發(fā)展新興技術(shù)，提升我國(guó)露天礦粉塵防治水平及效果，根據(jù)近20 a我國(guó)露天礦粉塵防治理論與技術(shù)取得的研究成果，詳細(xì)闡述了露天礦各環(huán)節(jié)產(chǎn)塵機(jī)理及運(yùn)移規(guī)律，系統(tǒng)總結(jié)了露天礦粉塵預(yù)測(cè)及監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，重點(diǎn)論述了露天礦粉塵防治技術(shù)研究進(jìn)展，并提出了未來露天礦粉塵防治發(fā)展趨勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者分環(huán)節(jié)闡明了露天礦產(chǎn)塵機(jī)理,分析了各因素對(duì)粉塵運(yùn)移的影響，采用各類非線性預(yù)測(cè)方法結(jié)合智能優(yōu)化算法構(gòu)建了多種粉塵濃度預(yù)測(cè)組合模型，開發(fā)了粉塵在線監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，逐步形成了粉塵監(jiān)測(cè)云服務(wù)平臺(tái)，提出了多方式協(xié)同精準(zhǔn)控塵方法。但相關(guān)研究主要針對(duì)露天礦單一生產(chǎn)環(huán)節(jié)的粉塵，露天礦各環(huán)節(jié)產(chǎn)塵機(jī)理及粉塵運(yùn)移規(guī)律需要系統(tǒng)、關(guān)聯(lián)研究，適宜露天礦各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的綠色、高效、經(jīng)濟(jì)抑塵劑有待進(jìn)一步開發(fā)，露天礦粉塵精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)有待進(jìn)一步完善，粉塵智能防治技術(shù)及裝備亟需攻關(guān)，粉塵危害風(fēng)險(xiǎn)分析及預(yù)警平臺(tái)尚需探索構(gòu)建。未來，需多學(xué)科、多手段協(xié)同推進(jìn)各環(huán)節(jié)產(chǎn)塵機(jī)理及粉塵運(yùn)移規(guī)律研究，研制綠色、高效、經(jīng)濟(jì)的抑塵劑,研發(fā)粉塵濃度高精度、寬量程、耐污染、連續(xù)在線監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)及裝備，研制露天礦粉塵精準(zhǔn)智能防治技術(shù)及裝備，構(gòu)建粉塵危害風(fēng)險(xiǎn)大數(shù)據(jù)分析與預(yù)警平臺(tái)。

文獻(xiàn)引用：肖雙雙，馬亞潔，李衛(wèi)炎，等.我國(guó)露天礦粉塵防治理論技術(shù)近20 a研究進(jìn)展與展望[J].金屬礦山，2023（7）：40-56.

5

基于環(huán)境參數(shù)協(xié)同預(yù)測(cè)風(fēng)速的掘進(jìn)面智能變頻通風(fēng)控制系統(tǒng)

成果概要：針對(duì)傳統(tǒng)局部風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)隨掘進(jìn)巷推進(jìn)而實(shí)時(shí)產(chǎn)生偏移的生產(chǎn)安全問題，為研究多環(huán)境參數(shù)(粉塵濃度、甲烷濃度、溫濕度等)對(duì)掘進(jìn)巷風(fēng)速的影響、探究智能控制技術(shù)指導(dǎo)局部風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行的途徑，實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)面通風(fēng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、協(xié)同預(yù)測(cè)、變頻控制，設(shè)計(jì)了一種掘進(jìn)面智能變頻通風(fēng)控制系統(tǒng)?；谥悄芸刂评碚?，采用灰色關(guān)聯(lián)分析算法提取影響掘進(jìn)巷道需風(fēng)量的關(guān)鍵因素，以關(guān)鍵因素作為輸入層建立了遺傳—神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)速預(yù)測(cè)優(yōu)化模型，開發(fā)了組態(tài)王上位機(jī)監(jiān)控程序及遠(yuǎn)程控制界面，并運(yùn)用S7-200 SMART PLC搭建了基于比例—積分—微分(PID)風(fēng)量閉環(huán)調(diào)控技術(shù)的掘進(jìn)面智能變頻通風(fēng)控制系統(tǒng)。研究結(jié)果表明：遺傳—神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)速預(yù)測(cè)優(yōu)化模型可根據(jù)掘進(jìn)面不同工況環(huán)境參數(shù)協(xié)同預(yù)測(cè)風(fēng)速。智能變頻通風(fēng)控制系統(tǒng)能夠通過組態(tài)界面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下掘進(jìn)面環(huán)境參數(shù),還提供自動(dòng)和手動(dòng)2種遠(yuǎn)程控制方式。相比于恒定電源頻率調(diào)控風(fēng)機(jī)風(fēng)量，采用PID風(fēng)量閉環(huán)調(diào)控技術(shù)能遠(yuǎn)程智能變頻控制風(fēng)機(jī)風(fēng)量，從而使巷道實(shí)際風(fēng)速持續(xù)穩(wěn)定逼近預(yù)測(cè)值。所研發(fā)的智能變頻通風(fēng)控制系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于不同類型的礦井，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)設(shè)備自適應(yīng)調(diào)控響應(yīng)。

文獻(xiàn)引用：蔣仲安，楊向東.基于環(huán)境參數(shù)協(xié)同預(yù)測(cè)風(fēng)速的掘進(jìn)面智能變頻通風(fēng)控制系統(tǒng)[J].金屬礦山，2023（7）：57-65.

6

基于強(qiáng)化傳熱和流阻特性的礦用空冷器結(jié)構(gòu)優(yōu)化

成果概要：礦用空冷器作為井下水冷降溫系統(tǒng)的末端設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于各類高溫礦井中。針對(duì)現(xiàn)有礦用空冷器換熱效率及冷量利用率低的問題，采用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，從管程和殼程兩個(gè)角度出發(fā)，對(duì)表面式空冷器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)比了光管空冷器和波紋管空冷器的傳熱性能，揭示了管程波峰高度以及殼程管道排列方式對(duì)于礦用空冷器綜合性能(傳熱性能和流阻特性)的影響。結(jié)果表明：波紋管空冷器相較于光管空冷器具有更好的傳熱性能；改變波高可以使傳熱特性提高24%～135%，但同樣會(huì)使管內(nèi)流動(dòng)阻力增大176%～767%；在所模擬的5種波峰高度內(nèi)，波峰高度為3 mm的波紋管具有最佳的綜合性能，并且在雷諾數(shù)為4 977時(shí)達(dá)到最佳性能，綜合評(píng)價(jià)因子達(dá)到最大值1.27；在4種管道排列方式中，管道叉排相較于傳統(tǒng)的順排方式，可以使得換熱量提高約13%。研究成果對(duì)于提高礦用空冷器的傳熱效率,改善井下高溫?zé)岘h(huán)境具有一定的參考意義。

文獻(xiàn)引用：杜翠鳳，晉偉博，王九柱，等.基于強(qiáng)化傳熱和流阻特性的礦用空冷器結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].金屬礦山，2023（7）：66-73.

7

連采機(jī)截割塵源高壓霧化封閉控降塵系統(tǒng)研究與應(yīng)用

成果概要：為有效治理連采掘進(jìn)工作面截割區(qū)域的粉塵，針對(duì)連采機(jī)傳統(tǒng)的噴霧降塵措施存在的霧化效果差、覆蓋范圍小等不足，對(duì)降塵用噴嘴進(jìn)行參數(shù)優(yōu)選試驗(yàn)，得到具有封控特性的等效孔徑1.8 mm扇形噴嘴和具有霧化捕塵特性的等效孔徑2 mm實(shí)心錐形噴嘴?；诩t柳林煤礦15218連采掘進(jìn)工作面現(xiàn)場(chǎng)條件和連采工藝特征，對(duì)該工作面連采機(jī)截割區(qū)域進(jìn)行防塵設(shè)計(jì)，研發(fā)了連采機(jī)新型外噴霧控降塵裝置，在霧化噴嘴與外噴霧控降塵裝置之間加裝可調(diào)節(jié)萬向球頭，采用“外噴霧控降塵裝置+可調(diào)節(jié)萬向球頭+霧化噴嘴”組合模式，不僅減少了頻繁拆卸噴嘴對(duì)外噴霧控降塵裝置內(nèi)螺紋的磨損，還便于調(diào)節(jié)霧化噴嘴噴霧方向，滿足連采機(jī)降塵需要。為了提高連采機(jī)供水管路水壓，通過對(duì)連采機(jī)機(jī)載各裝置耗水量和連采機(jī)供水管路沿程壓力損失的計(jì)算,優(yōu)選使用了額定流量250 L/min、額定壓力6.3 MPa的增壓泵對(duì)連采機(jī)用水進(jìn)行增壓，綜合形成了適用于紅柳林煤礦連采掘進(jìn)工作面的連采機(jī)截割塵源高壓霧化封閉控降塵系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：使用該系統(tǒng)后連采機(jī)截割區(qū)域全塵降塵率≥82.3%，呼塵降塵率≥72.5%，有效降低了截割區(qū)域的產(chǎn)塵量和溢塵量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)連采機(jī)截割塵源的封閉式高效防控。

文獻(xiàn)引用：唐明云，王樂樂，周亮，等.連采機(jī)截割塵源高壓霧化封閉控降塵系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].金屬礦山，2023（7）：74-81.

8

濕式除塵器中氣水噴霧降塵效果試驗(yàn)研究

成果概要：為提高煤礦井下濕式除塵器降塵效率,改善作業(yè)人員工作環(huán)境，提出了在濕式除塵器中安裝內(nèi)混式空氣霧化噴嘴的降塵方法。首先,基于激光多普勒噴霧霧化特性測(cè)試平臺(tái),對(duì)比3種空氣帽結(jié)構(gòu)空氣霧化噴嘴的霧化角和霧滴索特爾平均直徑D_[3,2]，優(yōu)選出了霧化效果最佳的噴嘴。其次，基于濕式除塵器與氣水噴霧降塵試驗(yàn)平臺(tái)，選定噴嘴與風(fēng)機(jī)距離、噴嘴供氣壓力、噴嘴供水壓力和風(fēng)機(jī)供氣壓力進(jìn)行單因素試驗(yàn)，得到單一最佳水平。最后，基于正交試驗(yàn)理論，設(shè)計(jì)4因素3水平正交試驗(yàn)，開展了不同工況下的降塵試驗(yàn)。結(jié)果表明：在同一工況下，孔徑為2.0 mm的壓力扇形噴嘴霧化角最大且霧滴粒徑最小，D_[3,2]為33.20～50.51 μm，更有利于微細(xì)粉塵的捕集與沉降；4因素降塵效率顯著性水平排序?qū)τ谌珘m和呼塵均為：噴嘴與風(fēng)機(jī)距離>噴嘴供水壓力>風(fēng)機(jī)供氣壓力>噴嘴供氣壓力；降塵系統(tǒng)最優(yōu)參數(shù)組合為：噴嘴與風(fēng)機(jī)距離2.25 m、噴嘴供氣壓力0.4 MPa、噴嘴供水壓力0.4 MPa和風(fēng)機(jī)供氣壓力0.2 MPa，全塵與呼塵的降塵效率可分別達(dá)到90.06%和75.91%。研究成果可為礦井濕式除塵系統(tǒng)的優(yōu)化及應(yīng)用提供理論參考。

文獻(xiàn)引用：江丙友，張琦，朱志輝，等.濕式除塵器中氣水噴霧降塵效果試驗(yàn)研究[J].金屬礦山，2023（7）：82-90.

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連采面壓風(fēng)口和抽風(fēng)口風(fēng)流調(diào)控下除塵效果分析

成果概要：為降低連采面粉塵濃度，對(duì)加入抽、壓風(fēng)口垂直下偏角對(duì)降塵效果的影響規(guī)律進(jìn)行了研究。以紅柳林煤礦25211工作面為例，將壓風(fēng)筒直徑d₁、壓風(fēng)口水平偏轉(zhuǎn)角α₁、壓風(fēng)口垂直下偏角β₁、抽風(fēng)筒直徑d₂、抽風(fēng)口水平偏轉(zhuǎn)角α₂和抽風(fēng)口垂直下偏角β₂等6個(gè)參數(shù)作為風(fēng)流調(diào)控參數(shù),通過數(shù)值模擬獲取了不同風(fēng)流調(diào)控參數(shù)調(diào)控后的粉塵濃度數(shù)據(jù)。基于響應(yīng)曲面法和粒子群優(yōu)化算法，以司機(jī)位置處和呼吸帶高度粉塵濃度為優(yōu)化目標(biāo)，獲得了連采面最佳風(fēng)流參數(shù)。研究結(jié)果表明：加入抽、壓風(fēng)筒垂直下偏角,改變壓抽比和壓風(fēng)筒距塵源的位置，粉塵濃度均降低；工作面與連采機(jī)之間的作業(yè)空間內(nèi)，巷道下部粉塵濃度高于上部粉塵濃度；在距迎頭40 m巷道范圍內(nèi)，粉塵濃度呈現(xiàn)出先逐漸增加后逐漸減小的變化趨勢(shì)；各參數(shù)對(duì)司機(jī)位置處和呼吸帶高度的粉塵濃度影響程度分別為α₁>β₁>d₁>d₂>α₂>β₂、d₂>α₁>d₁>β₁>β₂>α₂；通過上述分析獲得的連采面最佳風(fēng)流參數(shù)為d₁=0.9 m、d₂=1.1 m、α₁=0°、β₁=1°、α₂=10°、β₂=8°。經(jīng)調(diào)控后司機(jī)位置處粉塵濃度由297.09 mg/m³降低到134.98 mg/m³，降低了54.57%；呼吸帶高度粉塵濃度由217.35 mg/m³降低到86.50 mg/m³，降低了60.20%，有效降低了巷道內(nèi)粉塵濃度，實(shí)現(xiàn)了連采面粉塵的高效防控。

文獻(xiàn)引用：邱進(jìn)偉，鄒云，呂逸飛.連采面壓風(fēng)口和抽風(fēng)口風(fēng)流調(diào)控下除塵效果分析[J].金屬礦山，2023（7）：91-98.

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礦用濕式渦旋一體式除塵器凈化特性

成果概要：為解決現(xiàn)有礦用濕式除塵器脫水效果差、體積大等問題，研發(fā)了一種由特制葉輪、防堵噴頭、導(dǎo)流葉片、防爆電機(jī)、一級(jí)脫水器、二級(jí)脫水器等組成的濕式渦旋除塵器，通過內(nèi)部五重粉塵捕捉和三重脫水過程，實(shí)現(xiàn)含塵氣流的高度凈化。除塵器集高能吸風(fēng)、旋流捕塵、雙級(jí)脫水三效合一，特制葉輪既作為動(dòng)力部件又作為霧化和捕塵部件，整體結(jié)構(gòu)極致簡(jiǎn)約、一體化。利用搭建的除塵器凈化性能測(cè)試試驗(yàn)平臺(tái)，開展了濕式渦旋除塵器除塵和脫水性能試驗(yàn)，研究了不同耗水量下除塵器的脫水效果及對(duì)不同濃度粉塵的除塵效果。結(jié)果表明：隨著耗水量和粉塵濃度增加，除塵器除塵效率先增加后減小，且當(dāng)耗水量為1 m³/h時(shí)，全塵和呼塵的平均除塵效率最佳,分別達(dá)到95.8%和88.6%以上；隨著耗水量增大，除塵器脫水效率整體呈遞增的變化趨勢(shì),平均脫水效率達(dá)到95.5%以上。研究結(jié)果可為所研發(fā)的濕式渦旋一體式除塵器的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

文獻(xiàn)引用：胡勝勇，孫健，郭舒云，等.礦用濕式渦旋一體式除塵器凈化特性[J].金屬礦山，2023（7）：99-105.

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井下受限空間尿素脫硝除塵參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)研究

成果概要：隨著采礦作業(yè)的機(jī)械化、自動(dòng)化水平不斷提升，井下環(huán)境越來越復(fù)雜，為開展礦井空氣凈化研究，探究尿素脫硝除塵技術(shù)對(duì)井下多相污染物治理效率的影響，自主搭建了小型試驗(yàn)臺(tái)模擬受限空間多相污染物擴(kuò)散系統(tǒng)，采用響應(yīng)面中心復(fù)合試驗(yàn)法建立二次回歸方程分析試驗(yàn)因素之間的交互作用，確定了最佳參數(shù)。結(jié)果表明：尿素溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)脫硝率影響程度最高,同時(shí)可以提高除塵率；供氣壓力影響噴嘴霧化效果，對(duì)污染物治理影響顯著，供氣壓力過大會(huì)降低污染物的治理效率；尿素含量增加，溶液黏度增大，NO和NO₂的液相擴(kuò)散系數(shù)和溶解度下降,脫硝效率受限，但對(duì)PM₁₀粉塵治理有一定的作用；兩個(gè)因素的交互作用對(duì)污染物治理均有不同程度的影響，對(duì)脫硝率和PM₁₀除塵率的影響顯著，對(duì)PM_2.5除塵效果貢獻(xiàn)度較小;響應(yīng)面分析確定的最佳配伍參數(shù)為尿素溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.471%、供氣壓力0.603MPa，根據(jù)試驗(yàn)操作得到的治理效率與預(yù)測(cè)值基本一致。該研究可為進(jìn)一步凈化受限空間多相污染物提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

文獻(xiàn)引用：陳曦，李偉超，葛少成，等.井下受限空間尿素脫硝除塵參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)研究[J].金屬礦山，2023（7）：106-112.

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掘進(jìn)工作面不同通風(fēng)方式的粉塵運(yùn)移規(guī)律研究

成果概要：為了解決掘進(jìn)工作面粉塵污染嚴(yán)重的問題,運(yùn)用COMSOL軟件對(duì)某礦1019掘進(jìn)工作面進(jìn)行了幾何模型構(gòu)建，并基于k-ε湍流模型和流體流動(dòng)顆粒跟蹤模型，計(jì)算了在壓入式和長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)方式下的速度切面、風(fēng)流流線分布以及粉塵粒子的運(yùn)移軌跡，分析了兩種通風(fēng)方式對(duì)粉塵粒子運(yùn)移的影響，并研究了掘進(jìn)工作面在兩種通風(fēng)方式下的粉塵運(yùn)移規(guī)律。結(jié)果表明：壓入式通風(fēng)方式下，由壓風(fēng)筒將新鮮空氣壓入巷道內(nèi)，迫使掘進(jìn)工作面的粉塵隨風(fēng)流排出巷道，導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)前方區(qū)域風(fēng)流曲線非常密集形成多處渦流導(dǎo)致粉塵粒子在渦流處聚集，同時(shí)部分粉塵粒子沉淀在巷道底部，還有部分粉塵粒子沿右側(cè)巷道壁面向后方移動(dòng)，其控塵效果較差；長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)方式下，兩風(fēng)筒前方區(qū)域速度較大，且壓風(fēng)筒和抽風(fēng)筒之間風(fēng)流流線密集；壓風(fēng)筒吹出氣流裹挾粉塵粒子移動(dòng)，同時(shí)利用抽風(fēng)筒的抽吸作用將粉塵粒子吸入排出巷道，與壓入式通風(fēng)方式相比長(zhǎng)壓短抽的降塵效果更好。

文獻(xiàn)引用：荊德吉，闞琦笙，張?zhí)?，?掘進(jìn)工作面不同通風(fēng)方式的粉塵運(yùn)移規(guī)律研究[J].金屬礦山，2023（7）：113-119.

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基于水射流引射與干霧降塵技術(shù)的新型孔口除塵裝置研發(fā)

成果概要：為有效控制煤礦井下干式鉆孔作業(yè)的粉塵污染問題，在分析干式鉆孔產(chǎn)塵擴(kuò)散特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合水射流負(fù)壓引射與干霧降塵技術(shù)優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)研發(fā)了新型干式鉆孔孔口除塵裝置。通過理論分析與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究了該裝置各組件的具體結(jié)構(gòu)和主要性能參數(shù)，并在楊柳煤礦順層孔鉆場(chǎng)開展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，實(shí)測(cè)了該裝置的除塵效果。結(jié)果表明：新型孔口除塵裝置由孔口集塵裝置、水射流負(fù)壓引射裝置、干霧降塵裝置三部分組成，分別具備塵源密閉、抽吸粉塵、捕集外溢粉塵等功能。水射流負(fù)壓引射裝置的工作水流量、抽吸量及引射系數(shù)均隨工作水壓的增大呈線性增大。氣壓0.70 MPa、水壓0.18 MPa為單個(gè)干霧噴頭的最佳工況參數(shù)，當(dāng)干霧發(fā)生器掛載15個(gè)干霧噴頭、干霧降塵裝置距孔口1.2 m時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)孔口全部漏塵點(diǎn)的霧場(chǎng)覆蓋。新型孔口除塵裝置現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，鉆機(jī)下風(fēng)側(cè)6 m和20m的全塵除塵率分別達(dá)到了88.9%和87.5%,取得了顯著的除塵效果。

文獻(xiàn)引用：王天暘，石晶，周玉竹，等.基于水射流引射與干霧降塵技術(shù)的新型孔口除塵裝置研發(fā)[J].金屬礦山，2023（7）：120-128.

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基于多孔材料的抑塵劑組分緩釋性能測(cè)試方法

成果概要：為有效解決抑塵劑在露天使用過程中易受大氣降水侵蝕而導(dǎo)致有效組分流失、有效抑塵作用時(shí)間短的問題，提出了一種基于多孔材料的抑塵組分緩釋性能的研發(fā)思路，確定了抑塵組分吸附率和緩釋率的性能評(píng)估指標(biāo)，并設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法。采用尼龍濾布包裹30～40目粒徑的多孔材料20 g，在質(zhì)量濃度0.5%的聚丙烯酰胺(PAM)溶液中完全浸泡90 min后取出進(jìn)行干燥，將多孔材料吸附溶質(zhì)質(zhì)量占總?cè)苜|(zhì)質(zhì)量的百分比作為吸附率；將吸附溶質(zhì)的多孔材料完全浸泡在純水中10 min后取出進(jìn)行干燥,將溶解到水中溶質(zhì)的質(zhì)量占總吸附溶質(zhì)質(zhì)量的比值作為緩釋率。選用活性炭進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)，結(jié)果表明：基于多孔材料的抑塵劑組分具有吸附和緩釋功能，選用的吸附率、緩釋率測(cè)試指標(biāo)及其測(cè)試方法合理可行，所構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試試驗(yàn)方案具有良好的可操作性，試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果反映出活性炭具有良好的抑塵劑吸附和緩釋性能。

文獻(xiàn)引用：李明，殷婉捷，唐納德，等.基于多孔材料的抑塵劑組分緩釋性能測(cè)試方法[J].金屬礦山，2023（7）：129-134.

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綜掘工作面氣霧渦旋降塵技術(shù)研究及應(yīng)用

成果概要：針對(duì)綜掘工作面空間狹小、產(chǎn)塵量大、二次揚(yáng)塵污染嚴(yán)重等問題，以玉華煤礦柴家溝井4^-2煤層42221綜掘工作面為例，實(shí)測(cè)分析了綜掘巷道沿程粉塵分布規(guī)律，提出了基于通風(fēng)和重力降塵理論的綜掘工作面氣霧渦旋降塵技術(shù)。結(jié)合氣水噴霧降塵和離心力降塵，設(shè)計(jì)了可并聯(lián)裝配的氣霧渦旋發(fā)生器，闡述了不同粒徑粉塵在氣霧渦旋發(fā)生器中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；采用模塊化設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)了由風(fēng)流捕集、初級(jí)過濾、氣霧團(tuán)聚、渦旋分離、重力卸灰及二次氣霧6個(gè)模塊組成的綜掘工作面氣霧渦旋降塵裝置。采用試驗(yàn)測(cè)試方法分析了氣霧渦旋降塵裝置中供水供氣壓力對(duì)降塵效率的影響，并研究了降塵效率與氣水比、液氣比的關(guān)系。結(jié)果表明：隨著與掘進(jìn)頭處距離的增加，42221綜掘巷道生產(chǎn)期間沿程粉塵濃度逐漸減小。全塵降塵效率隨著供水壓力和供氣壓力增大而升高；呼塵降塵效率隨著供水壓力增大而升高，隨著供氣壓力增大先升高后降低；處理風(fēng)量隨著供水和供氣壓力增大而增大；液氣比隨著供水壓力增大而增大，隨著供氣壓力增大而減小。當(dāng)供水壓力和供氣壓力為0.4 MPa(即氣水比為1)或液氣比控制在0.070～0.075時(shí)，氣霧渦旋降塵裝置的綜合性能最佳。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，柴家溝井42221綜掘巷道平均降塵率約88%。

文獻(xiàn)引用：司俊鴻，王昊宇，霍小泉，等.綜掘工作面氣霧渦旋降塵技術(shù)研究及應(yīng)用[J].金屬礦山，2023（7）：135-141.

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金屬濾袋除塵器流場(chǎng)特征研究和優(yōu)化

成果概要：在礦山、冶金等行業(yè)中,金屬濾袋除塵器因其體積小、能在更高過濾風(fēng)速下使用而得到廣泛應(yīng)用。而高過濾風(fēng)速狀態(tài)下的金屬濾袋除塵器內(nèi)部流場(chǎng)存在過濾氣流紊亂、流場(chǎng)分布不均勻等問題，導(dǎo)致濾袋頂端粉塵堆積、清灰失效，限制了其穩(wěn)定運(yùn)行及優(yōu)勢(shì)發(fā)揮。采用流體動(dòng)力學(xué)軟件CFD-Fluent對(duì)高過濾風(fēng)速狀態(tài)下除塵器內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)風(fēng)速度由4.5 m/s增至8.9 m/s時(shí)，濾袋上部處理風(fēng)量增幅由1.97%增至4.76%，流場(chǎng)分布均勻性較差。據(jù)此,設(shè)計(jì)并制作了Ⅰ型導(dǎo)流板(2塊矩形板,對(duì)齊濾袋放置)和Ⅱ型導(dǎo)流板(3塊矩形板,對(duì)齊濾袋間隔放置)，并將每種導(dǎo)流板模型與水平面呈0°、10°、20°放置。通過對(duì)比分析6種優(yōu)化方案下的氣流運(yùn)動(dòng)特性、濾袋表面速度以及流量分配系數(shù)，進(jìn)行了流場(chǎng)均勻性優(yōu)化評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：① Ⅱ型導(dǎo)流板安裝模型優(yōu)化效果優(yōu)于Ⅰ型，隨著安裝角度增大，濾袋底部受到氣流沖擊增大，優(yōu)化效果逐漸減弱；② Ⅱ-0型導(dǎo)流板優(yōu)化效果最佳,能使濾袋表面平均速度標(biāo)準(zhǔn)差降至0.209 8，降幅47.4%，使流場(chǎng)綜合流量不均幅值降至0.003 4，降幅69.2%。上述研究結(jié)果為金屬濾袋除塵器在高過濾風(fēng)速下處理煙氣時(shí)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

文獻(xiàn)引用：顏翠平，李世龍，毛文浩，等.金屬濾袋除塵器流場(chǎng)特征研究和優(yōu)化[J].金屬礦山，2023（7）：142-152.

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礦用局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)量補(bǔ)給及測(cè)定組合裝置研發(fā)及應(yīng)用

成果概要：掘進(jìn)作業(yè)中產(chǎn)生的粉塵若不能及時(shí)地稀釋并排出，容易形成積聚現(xiàn)象，對(duì)作業(yè)人員的身體健康造成極大的危害。研發(fā)了一種適合于金屬礦山礦用局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)量補(bǔ)給及測(cè)定組合裝置，并在山東省某金礦-300 m水平探礦穿脈獨(dú)頭作業(yè)面進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)果表明：引入該裝置后,隨著掘進(jìn)作業(yè)推進(jìn)，在不變更原局部通風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)和型號(hào)的情況下，通過對(duì)風(fēng)筒內(nèi)的風(fēng)壓和風(fēng)量進(jìn)行可控式補(bǔ)償，作業(yè)面排塵風(fēng)速始終維持在0.36 m/s左右，滿足《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》(GB 16423—2020)的相關(guān)通風(fēng)設(shè)計(jì)要求。該裝置實(shí)現(xiàn)了局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)量補(bǔ)給和測(cè)定一體化，較好地解決了因掘進(jìn)距離變長(zhǎng)、通風(fēng)阻力增大造成經(jīng)柔性風(fēng)筒送達(dá)工作面風(fēng)量減小以及風(fēng)量測(cè)定安全性低、精準(zhǔn)度差的問題，對(duì)于改善井下作業(yè)環(huán)境、保障金屬礦山獨(dú)頭掘進(jìn)安全生產(chǎn)具有重要意義。

文獻(xiàn)引用：周偉，李剛，賈敏濤，等.礦用局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)量補(bǔ)給及測(cè)定組合裝置研發(fā)及應(yīng)用[J].金屬礦山，2023（7）：153-158.

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引射分級(jí)氣動(dòng)噴霧降塵技術(shù)研究及應(yīng)用

成果概要：為了貫徹實(shí)行“健康中國(guó)”戰(zhàn)略，解決井下粉塵危害嚴(yán)重、傳統(tǒng)濕式降塵手段能耗高、工效差的現(xiàn)實(shí)問題，提出了引射分級(jí)氣動(dòng)噴霧降塵技術(shù)，并研制了引射分級(jí)氣動(dòng)噴霧降塵裝置。利用數(shù)值模擬分析了引射分級(jí)裝置內(nèi)部流場(chǎng)、速度場(chǎng)，通過搭建引射分級(jí)氣動(dòng)噴霧降塵試驗(yàn)平臺(tái)開展吸風(fēng)風(fēng)速試驗(yàn)和降塵試驗(yàn)，進(jìn)行了噴頭選型以及引射結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)，同時(shí)以吸風(fēng)風(fēng)速和試驗(yàn)降塵效果作為關(guān)鍵監(jiān)測(cè)指標(biāo)，探究了引射分級(jí)氣動(dòng)噴霧降塵裝置的可行性。研究結(jié)果表明：引射分級(jí)裝置內(nèi)部形成引射氣流且吸風(fēng)口風(fēng)流向噴霧處運(yùn)移；引射分級(jí)霧幕降塵裝置最優(yōu)選擇為SV980噴頭搭配B型引射結(jié)構(gòu)模型，吸塵口中心風(fēng)速最高為1.27 m/s，吸塵口側(cè)壁風(fēng)速最高為1.53 m/s；B型引射結(jié)構(gòu)模型總降塵效率、一級(jí)降塵效率、二級(jí)降塵效率分別達(dá)到83.9%、76.6%、7.4%，優(yōu)于單一噴頭及A型引射結(jié)構(gòu)模型?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：掘進(jìn)司機(jī)位置處總粉塵和呼吸性粉塵的降塵效率分別為85.67%和81.02%，有效降低了井下粉塵濃度,保障了人員健康。

文獻(xiàn)引用：佟林全，賈鑫，孫凱，等.引射分級(jí)氣動(dòng)噴霧降塵技術(shù)研究及應(yīng)用[J].金屬礦山，2023（7）：159-167.