实验室里的“呼吸保卫战”

科研名片

安徽理工大学粉尘防控与职业安全健康团队：团队依托学校安全科学与工程相关科研平台，围绕矿山粉尘防治、职业健康防护及煤尘爆炸灾害防控等方向开展科研攻关，长期服务国家能源安全和智慧矿山建设需求。团队坚持理论研究、实验验证、工程应用相结合，形成了较为完善的实验研究体系。

安徽理工大学粉尘防控与职业安全健康团队

“早期预警并不只是一个模型、一组指标，它关系到一名矿工的健康，也牵动着一个家庭。”安徽理工大学粉尘防控与职业安全健康团队的林汉毅副教授回忆起一次矿区现场应用中的成功预警案例说，“实验室中一组组数据只有真正转化为保护劳动者健康的实际行动，才能体现出科研工作的价值。”

十余年来，该团队始终围绕呼吸性粉尘治理持续开展研究，今年7月，由安徽理工大学牵头的“大型煤矿呼吸性粉尘治理与尘肺早期预警技术创新及工程推广”项目从人民大会堂捧回国家科学技术进步奖二等奖。

荣誉的余温尚未散去，盛夏淮南的校园里，团队师生已转身扎进实验室。模拟巷道内粉尘采样设备正在布置，风洞平台旁传感器标定有序推进，分析仪器前一组组样品等待检测。这个暑假，“呼吸保卫战”从未停歇。

重构粉尘防控完整体系

长期以来，呼吸性粉尘治理一直是世界矿山安全领域的难题。我国煤矿开采强度和生产规模更大、井下作业环境更加复杂，对呼吸性粉尘精准治理和职业健康保障提出了更高要求。

“传统粉尘治理更多关注‘总粉尘浓度’，而真正决定矿工职业健康风险的是能够进入肺泡的呼吸性粉尘。”鲁昆仑副教授介绍，团队围绕破解关键技术瓶颈，立足我国大型煤矿复杂开采条件，建立了从呼吸性粉尘精准采样、连续在线监测、暴露风险评估、尘肺早期预警到工程治理的完整技术体系，实现了从“治理粉尘”向“精准防控呼吸性粉尘和主动预警职业健康风险”的转变。

“过去，很多人认为喷雾降尘主要取决于喷水量和喷雾覆盖范围，只要水喷得足够多，降尘效果就会更好。但我们在现场调研中发现，一些工作面虽然开启了喷雾系统，呼吸性粉尘浓度仍然较高。”鲁昆仑解释道，这说明问题并不只是“喷多少水、水滴有多细”，而是雾滴是否能够与呼吸性粉尘有效碰撞并实现捕集。

“最大的瓶颈是实验室规律与井下实际工况之间的巨大差异。”林汉毅坦言。煤矿采掘空间受限，风流、产尘强度和设备位置不断变化，传统喷雾往往只追求扩大覆盖范围，却忽视了雾滴与呼吸性粉尘能否有效接触，现场常出现“水雾很大、呼尘仍高”的尴尬局面。

为此，团队建立了气—液—固三相耦合降尘实验平台，在模拟巷道中反复调节通风方式、风速条件和粉尘释放参数，研究粉尘运移以及雾滴润湿、凝并和沉降规律。

这一发现直接推动了现场降尘效率的跃升，掘进工作面呼吸性粉尘综合除尘效率由不足80%提高到98%以上，综采工作面由不足70%提高到95%以上。在陕煤红柳林煤矿建成的“井下空气质量革命”示范矿井中，作业区域呼吸性粉尘综合除尘效率较原有技术提高25个百分点。

可靠数据背后的冷与热

“早期研究中，不同矿区的检测标准、记录方式不一致，很多数据无法直接比较，模型结果也不稳定。”计犇副教授记得那段“数据泥潭”的日子。团队与矿方职业健康管理人员、医务人员反复核对，对数据进行重新分类和校正，逐步建立起较为完整的矿工粉尘暴露人群资料。

在模拟巷道试验中，为保证数据可比性，实验必须连续完成。一次，在进行最后一组工况测试时，部分数据出现异常。团队没有急于结束，而是重新检查设备、校验参数，一直忙到深夜，最终发现是发尘器线路接触不良。“一组可靠的数据背后往往需要反复验证和耐心坚持。”计犇说。

“让我印象最深的是最初呼吸性粉尘传感器风洞标定试验。”余昌飞副教授回忆，初期测试重复性始终不达标。团队逐项排查，连续多日校准调整，最终发现高湿度环境下粉尘颗粒吸湿增长是数据波动的主因。“控制温湿度并优化方案后，数据稳定性显著提升。”这段经历让他深刻认识到，科研突破源于对异常现象的持续追踪和对关键细节的反复验证。

如今，团队研制的矿用振荡天平个体呼尘连续监测仪能够实时获取矿工短时间暴露量和当日累积暴露量；尘肺早期风险快速预警仪可在3分钟内完成风险评估，早期风险辨识准确率达到86.7%以上。成果应用后，两淮矿区年均新增尘肺病例由2011-2013年的203例下降至2022-2024年的56例，降幅达72.4%。

“支撑我们坚持下去的动力其实很简单，就是希望通过科研解决矿山安全生产中的实际问题，为一线矿工创造更加安全、健康的工作环境。” 余昌飞说，每一次下矿调研都会接触到井下一线的作业人员，也更加深刻地认识到，科研成果体现在论文和奖项上固然重要，但能否真正服务现场、改善生产条件、以人为本、保障劳动者健康一直是研究过程中要思考的要点，“这也是团队多年来始终坚持扎根工矿安全领域的重要原因。”

从“跟跑者”到“接棒人”

“每天早上先开简短的工作讨论会，明确当天任务；白天做模拟巷道试验、采样分析；晚上整理数据、阅读文献、规划第二天方案。”2024级硕士研究生辛侠龙描述着暑期实验室的日常节奏。有时一天都在处理一个“小问题”——某段支气管网格质量差、某个截面速度分布与文献差异较大，“科研节奏并不总是紧张热烈，更多时候是安静、重复和需要耐心。”

对于粉尘防控与职业安全健康团队的师生而言，暑假并不意味着科研工作的暂停，反而是集中开展试验、整理数据、攻克关键问题的重要阶段。今年暑期，团队将依托前期已从矿井现场采集获得的煤岩混合粉尘样品，重点开展不同抑尘剂作用下煤岩混合粉尘润湿性差异研究。

“刚进团队时，我觉得把实验做完、软件学会就算完成任务。”2022级博士研究生周于说，真正参与研究后，才明白高水平科研更重要的是提出问题、验证问题，并对每个结论负责。“模型结构极其复杂，任何预处理不当都可能导致计算不稳定。”对国外学者的实验结果进行数值验证时，他反复核对参数、调整模型，靠文献核对、与师兄讨论、分阶段验证，最终完成复现。

“青年科研力量最大的优势是思维活跃、敢于尝试。”郑皓天副教授说，当前人工智能、大数据正赋能传统产业，青年科研人员既要肯坐冷板凳，也要将先进方法与传统行业融合，让更多成果走出实验室、走向生产现场。

“我的科研初心是希望通过科技手段改善矿工作业环境，减少粉尘对劳动者健康的伤害。”郑皓天说，安徽是重要能源基地，高校贴近产业、熟悉现场，有责任与企业、医疗机构协同创新，把论文、专利和仪器转化为矿井能用、企业愿用、职工受益的成果。服务实体经济不是科研的附加任务，而是工科高校的重要使命；衡量成果的价值，不仅要看学术水平，更要看能否解决产业难题、改善劳动者条件，“只有把科研方向融入国家能源安全、健康中国和安徽产业发展需求，安徽高校的科技创新力量才能真正体现应有的责任与价值。”

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科创心语

习近平总书记在国家科学技术奖励大会、两院院士大会、中国科协第十一次全国代表大会上强调，“‘十五五’时期是科技强国建设的关键攻坚期。必须抓住历史机遇，迎接时代挑战，加快推进高水平科技自立自强，扎扎实实以科技创新支撑和引领中国式现代化”。习近平总书记的重要讲话为新时代科技创新指明了方向，也进一步坚定了我们服务国家重大战略需求的信心。

作为高校科研工作者，我们深知，矿山粉尘防控不仅关系煤矿安全生产，更关系广大劳动者的职业健康。团队将始终坚持“四个面向”，聚焦矿山粉尘运移机理、精准监测、职业暴露评价与灾害防控等关键科学问题，持续提升原始创新能力，加强实验研究与工程应用深度融合，推动科研成果更好服务行业发展。

未来，我们将以更加严谨的科研态度和更加开放的创新思维，加强青年科技人才培养，深化多学科交叉协同创新，把实验室里的科研成果不断转化为保障矿山安全生产和劳动者职业健康的实际成效，为建设科技强国、平安中国贡献高校科研团队的智慧和力量。

□安徽理工大学粉尘防控与职业安全健康团队

（□记者 沈思佳）