中国矿业大学李世航教授：选煤车间粉尘综合防控技术进展与展望

煤炭作为我国主体能源，支撑着国民经济的快速发展。随着“十四五”智能化建设与粉尘在线监测要求的推进，选煤车间粉尘治理正从单一技术应用向系统化、智能化、绿色化综合治理转变。然而，当前选煤车间普遍面临粉尘浓度超标、职业健康风险突出、防控技术协同性差、系统能效低下及绿色化水平不高等多重挑战。亟需通过智能化感知与调控、新材料研发、系统集成优化、个体防护升级及绿色低碳技术融合，构建全流程粉尘综合治理体系，以技术创新驱动选煤行业向安全、高效、环保方向转型，助力煤炭工业高质量发展。

中国矿业大学李世航团队立足我国煤炭工业清洁高效发展与职业健康保障的重大战略需求，聚焦于当前选煤车间粉尘防治系统性解析与协同治理框架发展存在的不足，分析了选煤厂给煤、转载、输送带运输、筛分及破碎等关键工序的产尘规律与粉尘扩散、迁移机理，讨论了当前通用除尘抑尘技术的原理与适用性，以及关键尘源的个性化防治技术与协同治理策略，构建了粉尘防治的系统性认知框架，认为现阶段挑战在于：智能感知不足、材料性能局限、系统协同性差、个体防护落后、绿色效能薄弱等

面向“十五五”更高水平的智能化与绿色化发展要求，提出了该领域的技术革新有必要紧密围绕智能感知与精准调控、材料研发与结构设计、系统集成与协同治理、个体防护与智能监测、绿色低碳与可持续化发展五大方向开展攻关，构建全流程、多层次、多要素协同的现代化粉尘综合治理体系，为煤炭工业高质量发展和本质安全型矿区建设提供关键技术支撑。

相关成果以《选煤车间粉尘综合防控技术进展与展望》为题，实现了《金属矿山》在线首发，作者来源于中国矿业大学江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室、中国矿业大学环境与测绘学院、中国矿业大学安全工程学院、山东科技大学安全与环境工程学院

Ⅰ 选煤车间粉尘产生与运移特性

选煤车间各生产工序中均会不同程度地产生粉尘，逸散的粉尘污染车间环境、威胁工人身体健康，且选煤车间生产工序复杂、设备集中等特性进一步增加了粉尘防控难度。

ⅰ 给煤。在给煤过程中，煤料从高处下落至给煤机时会产生剧烈碰撞。原煤含水量较低，煤块表面的细颗粒黏附性差，碰撞冲击力导致细颗粒剥离、破碎而产生粉尘。煤料下落过程引发诱导气流下落的冲击力，均会加剧粉尘飞扬程度。给料机下料口处粉尘颗粒受重力风流控制，粉尘运动轨迹主要集中在下料口周围，部分小颗粒粉尘在廊道内随气流扩散并悬浮于空气中。

给煤机现场配置

ⅱ 转载。转载点煤块下落过程中形成湍流，将煤块表面的粉尘卷起扬至空中，煤块下落到刚性平面造成巨大冲击导致二次扬尘。下层传送带的反向作用挤压煤块间隙中的空气，这些气流卷携着细小粉尘逸出。转载点入口风速的增加会显著提升粉尘的扩散强度与范围，但过高的风速会导致密闭罩内流场紊乱，降低吸尘罩的捕集效率。当煤块到转载点导料槽出口时，粉尘会向上呈散射状向周围运移，并在皮带上方沿风流方向做无规则运动。

转载点产尘

ⅲ 运输。胶带机运转带动周围空气形成牵引气流，该气流与煤流的速度差使煤体表面细小颗粒被剥离。胶带机的输送带与滚筒的挤压与摩擦，以及输送带晃动引发煤块间碰撞，造成细小颗粒剥离加剧。在回程过程中，输送带表面残留的粉尘暴露于空气中水分减少，颗粒的黏附力也随之显著降低，细小颗粒因重力脱离输送带表面，在经过滚筒时被抖落逸散到空气中。同时，皮带速度越大，产生的诱导气流越强，粉尘逸散和扩散也越明显。

皮带运输产尘

ⅳ 筛分。筛分粉尘的产生源于强烈的机械作用与伴随的气流扰动，筛面的大振幅、高频率振动迫使煤料与筛面之间发生剧烈碰撞与摩擦，最终使煤块表面的微细颗粒大量脱落。上层来煤到振动筛设备过程中会产生诱导风流和空气冲击波风流，加剧煤块表面与空气摩擦的力度，导致越来越多的粉尘颗粒从煤块表面脱落。同时，筛分机内部构件对气流产生局部阻力使其能量耗散，导致气流速度降低，在流经设备时发生粉尘汇聚，角落处流速最低成为粉尘颗粒易于沉积的区域；出口处流速最高，粉尘颗粒被气流卷起并随气流长距离扩散。

筛分产尘

ⅴ 破碎。破碎机通过挤压、冲击与剪切等作用力使煤块内部结构发生破坏，紧密相连的大煤块分散为小煤块，表面松软的部分被打碎，生成大量细小粉尘。且破碎机内部齿辊的旋转与挤压会带动气流形成诱导风，加剧粉尘的飞扬与扩散。粉尘颗粒于破碎过程产生后，在气流作用下于破碎室空间内部循环运动。由于在破碎机上方的密闭罩，粉尘扩散空间受到限制，部分自尘源散发的粉尘颗粒在运动过程中被迫挤入矿仓沉降，小部分粉尘由于密闭罩密封不严等原因扩散到破碎机外。

破碎产尘

Ⅱ 选煤车间产尘影响因素

ⅰ 水分主要通过改变煤体的力学性质和对原煤的润湿作用而影响选煤工艺过程中的产尘。水通过吸附或黏附在煤炭表面或气孔裂缝中，较高的含水量增强了粉尘润湿作用与黏附效果，减少了煤破碎产生的粉尘。高水分含量使得煤体更容易沿着现有的裂缝平面破裂，这些原生裂缝中的粉尘被润湿，其逸散潜能得以降低，从源头上抑制了粉尘产生。

ⅱ 煤流量是选煤工艺生产负荷的重要指标。相关研究结果表明，随着煤流量增加，粉尘浓度也随之增大。这是由于较大的煤流量使得煤流具备更高的动能与冲击力，进而产生更为紊乱的诱导气流，加剧了扬尘现象。且输送带上的煤流量越大，煤流的截面高度越高，与风流接触的面积亦随之增大，从而导致扬尘作用增强、粉尘浓度升高。

ⅲ 煤块粒径分布差异导致大颗粒与小颗粒煤的产尘量不同，大颗粒煤产尘受输送机振动能作用及转运点高度差引发的重力加速度影响，但其产生的粉尘量相对有限；而小颗粒煤部分在振动与诱导气流作用下发生逸散，其余则通过依附于较大煤块表面实现协同输送，且由于小颗粒容易长时间滞留在空气中，此外已沉降颗粒在机械冲击等扰动下会反复悬浮，导致形成持续的二次污染。

ⅳ 较快的输送带运行速度会使煤块表面与周围空气因黏性力发生摩擦，煤块在输送带上高速运动时，其表面附着的细粉尘因摩擦力及惯性作用难以跟随煤块转向或加速，导致粉尘剥离煤块。且随着输送带速度增加，PM10和PM50等细颗粒粉尘悬浮扩散加剧。

ⅴ 溜槽呈倾斜布置，煤流在溜槽内下落时，煤块重力可分解为与溜槽方向平行的加速力和与溜槽方向垂直的冲击压力。溜槽倾角过大时，其对溜槽底部和输送带的冲击加剧，进而破碎产生粉尘，且更强的冲击气流会挟带更多粉尘。溜槽倾角过小引起煤块在溜槽内堆积，增大内壁摩擦，导致粉尘量增加。

ⅵ 破碎机转速过高或齿板间隙过大均会加剧煤块与煤块、煤块与破碎装置之间的碰撞挤压，增加煤的粉碎率，导致细颗粒占比提升，产尘量增大。此外，振动筛过大的振幅和过高的频率也会增强对气流的扰动作用，进一步增加扬尘量。

Ⅲ 选煤车间粉尘综合防控技术

ⅰ 选煤车间通用除尘抑尘技术

负压除尘技术在产尘点设置密闭罩，利用除尘设备在罩内形成负压，通过引风管将粉尘吸入并净化，实现从隔离、抽吸到集中处理的闭环管控。但其存在密闭性不足、抗冲击能力弱、微细粉尘捕获效率有限等问题。

云雾抑尘技术通过高压雾化产生超细干雾，形成“云雾层”，使雾滴与粉尘碰撞、凝聚后因重力沉降。该技术对微细粉尘捕获效率有限，且可能增加环境湿度，耗水量大，在开放环境中易受气流干扰。

化学抑尘剂通过吸湿、黏结、增重等作用抑制粉尘扬散，主要用于静态物料表面抑尘，对动态高强度尘源效果有限，且可能存在药剂残留影响煤质或造成环境污染。

ⅱ 选煤车间关键尘源针对性防治技术

在给煤机作业环节，采用封闭导料槽可初步抑制因落煤冲击产生的粉尘扩散。然而，落煤过程中形成的冲击正压仍会造成煤尘从导料槽中逸出。在导料槽处加装智能袋式除尘器，利用其负压效应与高效过滤系统，在槽内形成稳定密闭气流场，实现粉尘源头控制。为进一步强化抑尘，增设无动力降尘导料槽，通过引导物料与气流促进粉尘沉降，减轻后续除尘负荷，从而构建起全流程闭环治理体系，全面提升粉尘治理效能与运行稳定性。

转载落料环节的粉尘防控旨在解决落料扬尘与细微粉尘扩散问题，并降低物料损耗。传统单一措施效果有限，因此推荐采用密闭干雾降尘智能联动控制技术，通过多维度协同实现粉尘从生成到沉降的全过程控制。该技术通过曲线溜槽将物料的自由落体运动转为沿壁滑行，提升填充率并减少诱导风，促进大颗粒沉降；同时在导料槽设置机械密封部件防止粉尘外溢，并布置双流体微雾装置，利用微米级干雾通过湿润凝并作用使粉尘团聚沉降，形成“机械密封—微雾凝并—重力沉降”协同防控体系。

输煤皮带机粉尘防控存在粉尘扩散控制不足、高速气流扰动沉降难、雾滴接触效率低、二次扬尘严重、水资源浪费大、粉尘逃逸率高及工况适应性差等问题。输煤皮带机防尘罩系统通过构建局部密闭空间、优化内部气流并集成智能喷雾装置，实现对输送过程中粉尘的有效控制。该防尘系统采用多层密封罩封闭产尘点，内部导流板将高速风流转为螺旋形态，延长雾滴与粉尘作用时间，系统顶部喷雾装置，通过传感器智能控制启停。结合PLC远程调控，能根据工况自动调整运行参数，在确保抑尘效果的同时实现节能降耗。

筛分机粉尘防控存在密封性不足、粉尘扩散难控制、二次污染风险高、工况适应性差及微细粉尘难捕集等问题，推动了密封阻隔、气流调控、智能喷雾和声波团聚等技术的研发与综合应用。筛分环节粉尘防控的主要思路是通过阻隔、湿润、调控的多维协同，构建覆盖产生、扩散与暴露全过程的防控体系。针对进料口、筛面等关键扬尘点，采用密封结构抑制粉尘外逸，结合通风除尘系统实现含尘气流的定向净化，通过参数优化与喷雾引导降低源头扬尘。

破碎系统粉尘防控存在尘源封闭不严且密封易失效、气流紊乱导致抑尘效率低下、微细粉尘捕集困难以及调控低效和维护不便等问题，在破碎系统中的除尘技术主要通过尘源密封隔离、粉尘收集和粉尘抑制3种方式实现。机组封闭与液膜抑尘技术的结合应用，通过物理阻隔和液膜捕尘的协同作用有效控制粉尘。结合设备运行状态与粉尘浓度的智能感应，实现喷雾系统的精准启停与强度调节，高效捕捉筛分过程中扬起的微细粉尘。

Ⅳ 不足与展望

ⅰ 现有粉尘防治技术存在的不足

»»智能感知不足。选煤车间的复杂工况如高温高湿、高粉尘浓度等对粉尘监测与调控系统安全高效运行构成了严峻挑战，现有技术难以满足精细化治理需求。当前粉尘浓度传感器、风速传感器等设备在高粉尘环境中易被颗粒覆盖，导致精度下降，多源监测数据难以实现有效集成，无法实现“尘源—环境—设备”的联动监测。

»»材料性能局限。粉尘防控所用过滤材料、抑尘剂等在性能稳定性、环境适应性与成本效益上存在明显短板。目前过滤材料梯度结构设计不合理，导致滤袋对微细粉尘捕集效率低，表面功能化涂层在高湿环境中易脱落、寿命短，气凝胶隔热材料在高温尘源中易老化而无法长期抑制热压扬尘等。

»»系统协同性差。现有的选煤车间粉尘防控技术多聚焦单一环节，缺乏“源头—过程—末端”的全链条协同设计，导致治理效果大打折扣。如导料槽密封可靠性不足、组合抑尘装置协同性差、多级过滤系统衔接不畅等，限制了全流程防控网络稳定运行和高效治理。

»»个体防护落后。现有个体防护装备难以应对选煤车间高浓度、多组分粉尘的暴露风险。普通防尘口罩在高湿度环境中易因呼气凝结堵塞，且缺乏与环境监测联动的预警功能。智能净化口罩传感器在高粉尘浓度下响应延迟，且无法实时有效地匹配呼吸频率，存在智能个体防护装备研发滞后于实际需求的问题。

»»绿色效能薄弱。现有的选煤车间粉尘防控技术存在能耗与资源浪费、绿色可持续性不足等问题，不完全符合“双碳”目标和循环经济发展理念。多尘源车间缺乏智能调控系统导致车间总能耗显著偏高，喷雾抑尘系统因频繁补水造成水资源浪费与设备腐蚀风险。选煤粉尘中所含大量可利用成分未能有效利用，未形成“除尘—回收—再利用”的循环经济模式。

粉尘防治技术存在的不足

ⅱ 选煤车间粉尘防控技术发展展望

① 在智能感知与精准调控方面，智能除尘系统是利用物联网、大数据、云计算和人工智能技术，实现粉尘排放的实时识别、监测和分析，引入人工智能算法，实现除尘设备参数自适应调整，实现除尘效果的最优化。未来智能除尘系统的研究应聚焦于：

»»研发高精度、长寿命、低成本、抗恶劣环境的多参数传感器。可引入毫米波雷达技术，扩大粉尘颗粒的实时监测与追踪范围，动态获取粉尘空间分布信息。同时在监测系统中引入先进的光纤传感技术，利用光纤对环境参数敏感的特性，提升对粉尘浓度变化的感知能力。

»»构建基于物联网（Internet of Things，IoT）的智能监测系统，结合数字孪生技术构建三维流场模型，实现粉尘运动轨迹的精准模拟。通过引入人工智能算法开发基于深度强化学习、模型预测控制（Model Predictive Control，MPC）的智能决策引擎，实现计算机科学、环境工程、通信工程多科学交叉协同，优化系统响应速度以匹配最优防控策略，实现从“监测—报警—响应”到“预测—优化—调控”的跃升。

»»推动巡检模式由人工主导转向“机器人巡检+人工复核”。对于人工巡检难以覆盖转载点、溜槽底部等隐蔽尘源的问题，可将激光粉尘监测技术与机器人自主导航、AI视觉识别、物联网等技术深度融合，实现粉尘治理由“被动应对”向“主动预防”转变。通过智能感知、决策优化、巡检执行等流程协同，构建动态自适应的智能除尘系统，实现粉尘治理的主动预防与精准管控

② 在材料研发与结构设计方面，新型材料可通过对微观孔径结构与表面特性调整，实现对微细粉尘的高效拦截与低阻过滤，提升破碎机等高速产尘点的粉尘捕集能力。未来材料与结构设计方向的研究应聚焦于：

»»建立或优化从分子尺度到宏观尺度的多层级设计理论，发展基于机器学习的材料性能预测模型。构建材料服役性能与环境参数的耦合模型，融合表面科学、振动疲劳理论、可控释放技术开发具有高效梯度结构的过滤材料

»»面向复杂工况的材料研发与功能制剂绿色化需求，攻克高湿度、高浓度工况下的滤袋黏结与失效难题，从而增强复杂工况下的设备运行稳定性。

»»深入研究粉尘与材料相互作用机理，开发温敏、湿敏聚合物实现按需释放的环境响应型抑尘剂，减少抑尘剂残留提高煤的燃烧效率。

»»优化抑尘剂分子结构，强化对煤尘颗粒的亲和吸附作用，在保持优异抑尘效果的同时大幅降低用水量，避免水雾引发的二次污染问题。

»»明晰纳米复合材料自组装机理，解决生物纳膜脆性问题，构建气凝胶材料热—力—化多场耦合模型，从源头防控热压扬尘产生。

③ 在系统集成与协同治理方面，单一技术的局限性促使粉尘防控向多技术耦合的系统化方向发展，未来有必要形成“源头控制—过程抑制—末端净化”的全流程防控网络。粉尘防控系统化方向未来研究应聚焦于：

»»理论层面创新发展上，实现系统控制理论的突破，通过融合计算流体力学与离散元方法建立“尘源产生—扩散—沉降”全流程动力学模型，探究多尘源耦合作用理论以解析不同工序间的粉尘交互影响机制，并构建粉尘治理能效评估模型来量化各环节的治理贡献度。

»»学科交叉融合发展上，进行跨学科理论融合，融合粉尘特性、密封设计、系统优化等学科知识，引入复杂系统理论指导全链条设计以优化资源配置，如研发压力自适应密封条的智能密封系统，打造基于数字孪生的多设备动态调度算法的协同控制平台，开发脉冲除尘与变频风机联动控制的能效优化技术等。

»»系统集成与协同治理上，推进智慧化粉尘防控系统集成，开发粉尘治理“一站式操作系统”，构建边缘计算节点网络，部署自适应控制执行器阵列，实现粉尘治理从单点突破到系统集成、协同治理跨越，为矿山行业提供可复制、可推广的全流程协同治理方案，助力智慧矿山建设迈向新阶段。

④ 在个体防护与智能监测方面，针对选煤车间作业人员的个体防护，未来装备研发与应用将突破传统防尘口罩的性能瓶颈，从被动防护向“高效低阻、智能适配、舒适安全”方向发展。未来个体防护方向的研究应聚焦于：

»»开发高效低阻的新型过滤材料，优化口罩结构，显著提升防尘口罩性能。

»»利用人工智能、边缘计算和5G物联网技术，解决智能净化口罩在复杂工况下的送风量动态匹配问题，实现精准的个体防护。

»»建立健康风险预警模型，实现“设备防护+人体监测”的双重保护模式，通过结合体外环境数据和可穿戴生理参数监测数据，为高粉尘环境作业人员提供全方位、自适应的职业健康保障，推动个体防护技术向智能化、精细化方向发展

⑤ 在绿色低碳与可持续化方面，注重多维度创新实现节能降耗与粉尘精准防控协同是实现矿业绿色可持续模式转型的具体要求。该方向的研究应聚焦于：

»»优化系统运行策略，借鉴多负压除尘系统的节能优化思路，进一步探索多负压口布局与气流组织的动态匹配，开发自适应的负压控制系统，实现除尘效率与能耗的双重优化

»»优化固废、废水资源化的粉尘治理循环体系，研究回收粉尘用于建材、土壤改良或作为化工原料的技术与经济可行性，开发高效的粉尘与水分离技术实现喷雾用水的循环利用，进一步推动粉尘防治技术的绿色低碳与可持续化发展。

»»构建绿色低碳的粉尘治理新模式，通过整合高效除尘、智能控制、精细化气流组织等技术，建立集成化系统能效优化理论，推动选煤车间粉尘防控技术向“低能耗、高效率、零污染”的可持续模式转型，为绿色矿山建设提供关键技术支撑。

选煤车间粉尘防控技术发展趋势

作者简介

李世航

中国矿业大学教授、博士生导师

中国矿业大学交叉学科教授委员会委员、职业健康研究院副院长。曾获江苏省“333”高层次人才、煤炭行业青年岗位能手、江苏省科技进步奖一等奖、中国煤炭工业协会科学技术奖特等奖、首届江苏专利奖银奖、江苏省青年科技人才托举工程、江苏省科技副总、江苏省低碳技术学会拔尖青年科学家/青年科技奖等科技奖励/荣誉称号。兼任徐州市泉山区政协委员、徐州市青年联合会第十五届委员/民族宗教与港澳台海外学人界别工作委员会副主任委员、海洋工程安全与健康专业委员会第一届委员会委员、中国职业安全健康协会噪声与振动控制专业委员会委员、长三角区域职业病危害工程防护专家库专家。

近10年，发表学术论文110余篇，其中SCI检索论文85篇（第一作者/通信作者50篇），ESI高被引论文4篇；已授权国内外发明专利56项（第一发明人34项）；主持国家自然科学基金面上项目2项、国家重点研发计划专题、重大横向科技攻关项目等20余项。

团队在职业安全健康与环境保护领域的研究方向如下：

（1）工矿生产性粉尘防治。紧扣“健康中国”战略，针对工矿企业高浓度粉尘危害，以“源头控制—过程治理—末端净化”全链条思路，研发适配不同场景的粉尘捕集分离技术及装备，通过优化通风、改进工艺、开发抑尘剂等，精准控尘以降低尘肺病风险，为工矿安全与人员健康提供支撑。

（2）空气净化与呼吸防护。聚焦工业复杂环境下的呼吸健康，聚焦“高效过滤—智能调节—舒适佩戴”一体化方向，研发新型复合过滤材料提升净化效率，结合传感与智能算法实现装备自适应调节，优化结构增强佩戴舒适性，全方位保障作业人员呼吸健康。

（3）工贸涉爆粉尘安全治理。针对工贸涉爆粉尘爆炸隐患，立足本质安全，构建“风险辨识—机理研究—防控技术—标准规范”框架，研究铝镁等粉尘特性与爆炸规律，开发在线监测、抑氢抑尘等材料技术装备，建立双重预防机制，从源头遏制爆炸事故发生。

（4）爆破尘毒协同高效控制。围绕矿山、建筑爆破产生的尘毒危害，结合工程特点，研究其产生机理、扩散规律及控制技术，通过优化参数、采用新器材、研发捕集净化技术，减少尘毒产生与扩散，降低对环境和人员的危害，实现爆破作业绿色安全开展。

（5）功能微生物防灾与固碳。响应绿色低碳战略，结合职业安全健康与环保需求，研究功能微生物的筛选驯化及应用，利用其代谢特性降解工业污染物，探索微生物固碳潜力，研发碳捕获和封存技术，为实现工业污染防治与“双碳”目标提供新路径。

成果荐读

李世航，柴佳华，何畅，周刚，佘晓东，张旭，户书达.选煤车间粉尘综合防控技术进展与展望[J/OL].金属矿山,1-19[2025-11-11].

《金属矿山》简介

《金属矿山》由中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司和中国金属学会主办，主编为中国工程院王运敏院士，现为北大中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊（中国科技核心期刊）、中国精品科技期刊（F5000顶尖学术论文来源期刊）、中国百强报刊、RCCSE中国核心学术期刊（A）、中国期刊方阵双百期刊、国家百种重点期刊、华东地区优秀期刊，被美国化学文摘（CA）、美国剑桥科学文摘（CSA）、波兰哥白尼索引（IC）、日本科学技术振兴机构数据库（JST）等世界著名数据库收录。主要刊登金属矿山采矿、矿物加工、机电与自动化、安全环保、矿山测量、地质勘探等领域具有重大学术价值或工程推广价值的研究成果，优先报道受到国家重大科研项目资助的高水平研究成果。根据科技部中国科技信息研究所发布的《2024中国科技期刊引证报告（核心版）》，《金属矿山》核心总被引频次位列26种矿业工程技术学科核心期刊第1位；根据中国知网发布的《中国学术期刊影响因子年报》（2024版），《金属矿山》学科影响力位居73种矿业期刊第9位。

编排：余思晨

审核：王小兵

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