李德文，研究员、博士生导师，享受国务院政府特贴专家，重庆市劳动模范，重庆市优秀专业技术人才。煤矿灾害防控全国重点实验室副主任，重庆研究院技术委员会主任，中煤科工集团二级首席科学家、重庆英才粉尘职业危害防治技术创新创业团队负责人。曾任中煤科工集团重庆研究院粉尘研究分院院长、集团公司技术委员会委员。

一直从事粉尘防治技术研究及成果推广应用工作，致力于煤矿粉尘浓度在线监测、粉尘治理以及大气颗粒物浓度在线监测等方面的研究工作。主持国家科技攻关、重点研发计划课题及省部级纵向及横向项目100余项。获得科技成果53项、发明专利51项，发表论文27篇，出版专著3部（均排名第一）；获得省部级科技进步奖20余项，其中一等奖6项、二等奖10项；完成技术服务近100项。目前，作为项目负责人承担课题4项，其中国家自然科学基金面上项目1项，重庆市重点科技项目1项。

主要的社会兼职：第五届国家安全生产专家；煤炭工业煤矿安全标准化技术委员会粉尘防治及设备分会主任；中国煤炭工业安全生产委员会粉尘专业委员会主任；中国职业安全健康协会工业防尘专业委员会委员；中国煤矿尘肺病防治基金会第二届理事会理事；重庆大学博士研究生导师；《矿业安全与环保》《矿业科学学报》编委会委员。

主要内容

我国在“十四五”期间继续加大了煤矿粉尘防治关键技术及装备的研发力度。在采煤工作面，研发出大于等于4 m大采高液压支架系列防尘技术、综采工作面回风巷控风除尘技术及成套装备；在综掘工作面，开展了快掘工作面长压短抽自适应控风除尘技术、喷浆机器人及综合除尘技术的研究。在粉尘监测方面，研发出无动力光散射式粉尘浓度监测技术和新型静电感应式粉尘浓度监测技术。在煤尘爆炸预防方面，研发了沉积尘传感器。在露天矿粉尘防治方面，研发了露天矿运输道路智能洒水抑尘系统等。这些研究使得我国煤矿粉尘防治水平得到进一步提高。笔者对这些技术进行介绍，并提出下一步的研究方向。

1.  综采工作面粉尘防治

1.1   大采高综采工作面液压支架系列防尘技术

图  1  大采高液压支架系列防尘装置示意图

表  1  液压支架密闭装置降尘效果

1.2   综采工作面回风巷控风除尘技术及成套装备

图  2  综采工作面回风巷控风除尘器结构及除尘系统示意图

表  2  综采工作面回风巷控风除尘成套技术及装备降尘效果

2.     掘进工作面自适应控风除尘技术

2.1   快掘工作面长压短抽自适应控风除尘技术

图  3  机载式除尘器示意图

图  4  长压短抽自适应控风除尘系统平台

        该系统既能监测粉尘、瓦斯、风量、距离等参数，还能自动调节除尘器抽尘风量、控风装置的控风风量、控风装置到端头的距离等参数。系统平台实时监测工作面的降尘效率，当一个参数发生变化时，其余参数将根据调控模型进行自适应调整，使降尘效率保持在90%以上。

2.2   喷浆机器人及综合除尘技术

图  5  喷浆机器人及上料除尘装置布置示意图

该技术在河南能源陈四楼煤矿进行了应用，使喷浆机处总粉尘质量浓度降低了98.3%、呼吸性粉尘质量浓度降低了95.9%；履带式控除尘装置综合降尘效率达到了97.1%。最终使喷浆机下风侧时间加权平均质量浓度降低到3.44 mg/m3。目前，正在陕煤集团红柳林煤矿应用。

3.  粉尘连续监测技术

3.1   无动力光散射式粉尘浓度监测技术

图  6  无动力粉尘浓度传感器现场安装图

3.2   新型静电感应式粉尘浓度监测技术

静电感应法检测粉尘浓度的原理：在煤尘的产生和运动过程中，由于摩擦作用带有一定量的静电荷，附有静电荷的动态粉尘在静电探测电极表面感应出波动电压信号，分析这些感应信号的波动强度与粉尘浓度的关系，即可计算得到粉尘浓度[18-19]。

静电感应法粉尘浓度传感器具有免维护的优势，经过十几年的发展，技术逐渐成熟。2014年，该传感器首次开发成功时，测量下限偏高、功耗较大，当粉尘质量浓度低于50.00 mg/m3时，测量误差超过标准要求(15%)；传感器的工作电流达90 mA(24 V DC)。“十四五”以来，通过设计高灵敏度的静电探测电极，测量下限降低至10.00 mg/m3，实现了10.00~1 000.00 mg/m3宽量程的粉尘浓度精准检测；通过优化风筒结构，降低了风筒内部的风速，传感器的额定工作电流降低到35 mA(24 V DC)。静电感应法粉尘浓度监测技术水平得到了显著提升。

4. 沉积粉尘传感器

实时监测煤矿沉积粉尘质量对保障煤矿安全具有重要作用。煤矿在作业过程中产生的大量煤尘会随着风流扩散，并在巷道的底部、两帮、设备表面等地方沉积，形成沉积粉尘[20]。在冲击波作用下，具有一定厚度的沉积粉尘重新扩散到空气中，可达到或超过煤尘浓度爆炸下限，形成煤尘爆炸隐患，对煤矿工人和矿井的安全构成重大威胁。 

“十四五”期间，重庆研究院研发出的GFC100(A) 型沉积粉尘传感器，实现了煤矿沉积粉尘质量的实时在线监测。该传感器由传感器的主机和传感器探头2个部分组成，质量测量范围为0~100.0 g，分辨率0.1 g，测量误差±0.1 g。

5.露天煤矿运输道路粉尘综合防治技术

“十四五”以来，重庆研究院研制出经第三方无毒无害检测的运输道路生物自降解高效保湿型抑尘剂，通过试验研究，得到了在不同气象条件(温度、湿度、风速等)及运输卡车碾压特性影响下的抑尘效率的计算模型。在此基础上，研发出一套集“感知—控制”于一体的露天矿运输道路智能洒水抑尘系统。该系统通过实时监测运输路段温度、湿度、风速等气象条件及抑尘效率，运用智能控制系统嵌入的算法模型，计算得出最佳的智能喷淋桩的喷洒参数(喷洒水量、抑尘剂添加比例、喷洒压力、喷洒范围等)和喷洒路径，对运输道路进行洒水抑尘，使其抑尘效率始终保持在设定值(90%)以上。由于在洒水抑尘过程中添加了保湿型抑尘剂，路面抑尘时间相较于清水，有效延长了50%以上，大幅降低了洒水抑尘的用水量。同时，智能控制系统中嵌入了喷洒水量和运输卡车摩擦因数的数学模型，可根据当前道路的坡度计算出最大允许喷洒水量，有效避免运输卡车打滑。

该项技术先后在陕西神延煤炭有限责任公司西湾露天煤矿和甘肃窑街煤电天宝露天矿进行了工业性试验，试验结果表明：该系统可实现运输道路粉尘污染的智能化高效治理，抑尘效率可持续维持在90%以上，相较于洒水车抑尘，平均耗水量减少了54%，并且可有效避免运输卡车打滑。抑尘效果对比如图 7所示。抑尘效果对比如图 7所示。

图  7  露天煤矿运输道路抑尘效果对比

6. 存在的问题及发展方向

6.1   存在的问题

1) 综采工作面的粉尘浓度仍严重超标。我国有三分之二以上的煤矿的煤体属于难注水煤层，其注水难题一直未能得到解决，根本性防尘措施的效果尚未得到有效发挥；同时，采煤机的内喷雾降尘技术一直未攻克，割煤时的产尘量还未能得到有效抑制；研究的4 m以上大采高综采工作面液压支架粉尘治理技术效果显著，工作面的粉尘浓度降低了90%左右，但采高小于4 m的综采工作面液压支架的粉尘治理技术水平还较低，效果较差。

2) 虽然综掘、快掘工作面长压短抽自适应控风除尘技术的研究成果为掘进工作面粉尘防治提供了安全及持续高效的技术及装备，但是，适应于不同条件的控风风幕的技术指标体系尚未建立，适应于自适应控风除尘系统变化的智能化湿式除尘器、压入式风筒快速接续技术等尚属空白，工作面粉尘超标的问题还存在。自适应控风除尘技术的运行高效性、可靠性还有提升空间。 

3) 在粉尘监测技术方面，国外发达采煤国已从监测粉尘浓度向更为科学地监测人体二氧化硅吸入量的方向转变，而我国还停留在粉尘浓度上。

4) 粉尘职业危害监测预警精度还比较低，尚不能满足尘肺病精准监测的需求。

5) 防止沉积煤尘爆炸的技术研究还刚起步，沉积煤尘引起的煤尘爆炸危险控制技术还不成熟。

6.2   煤矿粉尘防治技术发展方向展望

1) 在综采工作面，研究难注水煤层的注水工艺及装备，使割煤时的呼吸性粉尘产生量减少50%~70%；研究采煤机内喷雾降尘技术及装备，减少采煤机割煤时的粉尘产生量80%以上；研究采高小于4 m的综采工作面液压支架新型粉尘治理技术，使液压支架移架时的粉尘浓度降低85%以下。通过这3种措施，使工作面的粉尘产生量进一步减小，工作面的粉尘浓度接近或达到《煤矿安全规程》的限值要求。

2) 在掘进工作面，研究不同巷道断面大小、不同生产技术条件及不同环境条件下的控风除尘技术，建立控风除尘风幕技术指标体系，研发智能化湿式除尘器、压入式风筒快速接续技术。为综掘工作面的智能化高效防尘奠定基础。

3) 粉尘中游离二氧化硅含量的快速测定技术研究：短期内实现测定时间少于30 min的目标，最终实现在线连续监测。结合呼吸性粉尘浓度传感器，实现人体内二氧化硅累积吸入量的实时测定，最终达到对尘肺病的精准预警。