礦山開采過程中產(chǎn)生大量的粉塵，高濃度粉塵危害工人健康，容易誘發(fā)塵肺病。礦山主要產(chǎn)塵場所包括采掘工作面、錨噴工作面、鉆孔作業(yè)空間等。噴射混凝土工藝于1907年首次投入使用，因其施工速度快、工序簡單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于橋梁、隧道、涵洞以及井巷等眾多施工領(lǐng)域。

根據(jù)噴漿物料加水時間的不同及泵送工藝區(qū)別，混凝土噴漿從工藝上可分為干式噴漿潮式噴漿濕式噴漿。干噴粉塵濃度最大、濕噴粉塵濃度最小，潮噴粉塵濃度居中。傳統(tǒng)的干式噴漿工藝粉塵濃度大（可達(dá)到500 mg/m以上），施工過程中嚴(yán)重污染巷道環(huán)境。鑒于濕式噴漿工藝低粉塵、低回彈等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，如今歐美發(fā)達(dá)國家逐漸將濕噴作業(yè)看作是最合理、最環(huán)保、最主要的混凝土噴射作業(yè)方式，濕噴技術(shù)應(yīng)用已占據(jù)隧道噴射混凝土作業(yè)的主導(dǎo)地位。

“健康中國2030”規(guī)劃綱要》提出了加強(qiáng)對高危粉塵、高毒物品等職業(yè)病危害進(jìn)行源頭治理的要求，在“碳中和”“新能源替代”等背景下，積極研究噴漿粉塵控制技術(shù)顯得尤為重要。噴漿粉塵的主要成分是水泥塵，水泥塵在空氣中極易擴(kuò)散、具有腐蝕性，長期接觸會對皮膚、眼睛造成嚴(yán)重危害，更有甚者會使從業(yè)人員患上水泥塵肺病。目前有關(guān)粉塵控制的技術(shù)大多基于濕式除塵的改進(jìn)創(chuàng)新而來，物理方法主要集中于提高噴霧技術(shù)的降塵性能，包括氣水噴霧降塵、磁化水等。雖然各類粉塵控制方法很多，但針對噴漿作業(yè)所設(shè)計(jì)的設(shè)備及防塵措施很少。

雖然近年來我國在噴漿粉塵控制方面取得了一些成果，但與其他領(lǐng)域相比，噴漿粉塵控制在工程應(yīng)用上仍處于發(fā)展階段，有一些問題尚未得到有效解決。比如：潮噴設(shè)備無法滿足噴漿作業(yè)對粉塵濃度的要求，濕式裝備體積大、價格高、難清理等問題尚未得到有效解決，智能化精準(zhǔn)控塵裝備研發(fā)仍處于起步階段等。

在此背景下，山東科技大學(xué)劉國明團(tuán)隊(duì)立足噴漿粉塵控制領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與問題的分析需求，充分梳理了近50 a業(yè)內(nèi)相關(guān)經(jīng)典成果，以“噴漿粉塵控制”相關(guān)文獻(xiàn)為研究對象，繪制了噴漿粉塵控制知識圖譜，梳理了研究脈絡(luò)及技術(shù)特征，凝練了目前行業(yè)的共性難點(diǎn)，并結(jié)合團(tuán)隊(duì)研究積累指出了后續(xù)發(fā)展方向

???研究脈絡(luò)

我國噴射混凝土粉塵控制研究起步相對較晚但發(fā)展迅猛，大致經(jīng)歷了4個階段：1970年代萌芽探索（設(shè)備突破應(yīng)用）、80年代成長發(fā)展（濕噴工藝推廣）、21世紀(jì)初成熟增長（政策護(hù)航+設(shè)備優(yōu)化）、2018年后疫情低谷。

噴漿粉塵控制技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)

噴漿粉塵研究關(guān)鍵詞-時間線圖

???技術(shù)特征

技術(shù)迭代成效顯著。從干噴（粉塵濃度＞500 mg/m）到濕噴（粉塵濃度≤10 mg/m），我國形成了具有特色的濕式噴射粉塵控制路徑，解決了干噴高塵、濕噴堵管等難點(diǎn)，多數(shù)噴漿作業(yè)已采用濕噴工藝。

ii研究實(shí)力全球領(lǐng)先。中英文核心作者/機(jī)構(gòu)高度重疊，以山東科技大學(xué)為核心的科研團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)該領(lǐng)域研究，該團(tuán)隊(duì)揭示了噴漿多源頭陣發(fā)性粉塵發(fā)生機(jī)制，研發(fā)了集“攪拌—泵送—噴射”于一體的濕噴裝備。

iii研究熱點(diǎn)多元延伸。聚焦設(shè)備優(yōu)化、新材料應(yīng)用、數(shù)值模擬、粉塵運(yùn)移規(guī)律等，初步形成了“機(jī)理研究—裝備研發(fā)—工程應(yīng)用”的研發(fā)與應(yīng)用體系。

???存在的難點(diǎn)

噴漿產(chǎn)塵、降塵機(jī)理研究不充分

噴漿產(chǎn)塵方面，無論何種噴漿工藝（干噴、潮噴和濕噴），都存在噴漿粉塵成分復(fù)雜的問題，既有水泥塵、砂塵，還有石子塵等，并且涉及水泥的水化反應(yīng)，增加了粉塵控制難度。此外，噴漿塵源多，物料運(yùn)輸、卸料、上料、攪拌、噴射等環(huán)節(jié)均會產(chǎn)生粉塵。不同工序下的各塵源產(chǎn)塵機(jī)理仍不明晰。

噴漿降塵方面，現(xiàn)有的噴漿降塵主要通過濕（潮）式攪拌方式從根源上實(shí)現(xiàn)抑塵，降塵手段單一，效果往往不理想。作業(yè)中加水量多時混凝土難以成型，噴涂厚度不足、結(jié)構(gòu)松散；加水量少時粉塵成團(tuán)僅表面顆粒潤濕，但內(nèi)部仍然存在干粉塵，粉塵團(tuán)在管道輸送中容易造成堵管，在噴射過程中會由于壓力和風(fēng)流的作用破裂形成逸散粉塵。如何根據(jù)各工況噴射物料的細(xì)微差別科學(xué)確定加水量以實(shí)現(xiàn)有效降塵亟待研究。此外，噴漿粉塵在“濕式攪拌—管道輸送—噴射”等多工序作用下的“凝并”降塵機(jī)理研究也有待深入。

ii基于濕式控塵的智能化精準(zhǔn)噴漿技術(shù)/裝備研發(fā)水平不高

濕噴本身就是一種有效的濕式控塵技術(shù)，傳統(tǒng)噴漿主要依靠人工作業(yè)，各環(huán)節(jié)獨(dú)立控制，雖然已有團(tuán)隊(duì)研制出了噴漿一體機(jī)，但能夠集攪拌、泵送、噴漿、風(fēng)壓于一體的智能控制系統(tǒng)目前尚不成熟，濕噴機(jī)普遍存在占用人工多、勞動強(qiáng)度大、操作工藝復(fù)雜、混凝土噴射不均、噴層質(zhì)量不一、粉塵濃度大等問題。同時噴漿作業(yè)控制精度不高，難以實(shí)現(xiàn)對噴涂厚度和結(jié)構(gòu)的精確控制，在復(fù)雜幾何形狀作業(yè)面上的應(yīng)用尚不完善。國內(nèi)目前應(yīng)用較多的噴漿機(jī)械手仍需人工操控或遠(yuǎn)程遙控進(jìn)行作業(yè)、自動化程度低。開發(fā)低塵化乃至無塵化智能一體濕噴技術(shù)是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。

iii便捷高效小型化濕式噴漿裝備亟需開發(fā)

隨著礦山機(jī)械化掘進(jìn)速度的提高，濕式噴漿裝備必須克服體積大、難以移動、操作復(fù)雜的問題。傳統(tǒng)濕式裝備體積大、價格高、噴射中易堵管，噴射后難清理，缺少熟練的操作人員，推廣難度大。盡管濕噴因其粉塵濃度小、回彈率低、可實(shí)現(xiàn)長距離輸送等優(yōu)點(diǎn)被看作最合理的噴射混凝土作業(yè)方式，但在地下巷道、隧道掘進(jìn)等密閉空間或復(fù)雜地形中，由于目前濕噴機(jī)體積普遍偏大，人員在狹小空間內(nèi)難以接近并操縱設(shè)備，使得濕式噴漿應(yīng)用場景受限。濕噴機(jī)前期投入和維護(hù)成本較高，濕噴技術(shù)要求噴射前準(zhǔn)備好新拌混凝土，涉及混凝土攪拌站建立、噴射過程中堵管以及噴射后管道清等一系列難題，增加了濕噴法應(yīng)用難度，在很大程度上制約了濕噴混凝土的推廣應(yīng)用。

iv噴漿作業(yè)操作規(guī)范性及現(xiàn)場管理水平有待進(jìn)一步提升

在目前以人工噴漿為主的現(xiàn)場施工情況下，基于濕式控塵的噴漿技術(shù)對物料配比要求嚴(yán)格，不合理的配比容易引起管道堵塞及降低噴層結(jié)果質(zhì)量。此外，工人操作水平在很大程度上決定了噴漿作業(yè)效率和粉塵濃度。在工人層面，存在兩方面突出問題：一是操作人員的專業(yè)能力不足，對噴漿理論知識掌握不扎實(shí)、操作不熟練，難以按要求嚴(yán)格控制物料配比及操作步驟；二是工人對粉塵危害的認(rèn)識普遍不足，未能正確使用個人防護(hù)裝備，導(dǎo)致粉塵持續(xù)危害其健康。在管理人員層面，問題同樣明顯：企業(yè)相關(guān)負(fù)責(zé)人對噴漿作業(yè)的職業(yè)安全健康重視程度有待進(jìn)一步提升，安全衛(wèi)生責(zé)任意識有待增強(qiáng)。持續(xù)培養(yǎng)、提升員工對粉塵危害的認(rèn)知能力，是減少噴漿作業(yè)中水泥塵危害見效最快的方法。噴漿工人操作水平和礦山安全管理水平協(xié)同提升是礦山噴漿粉塵控制面臨的另一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

噴漿粉塵控制領(lǐng)域科研團(tuán)隊(duì)力量薄弱，理論與實(shí)踐的結(jié)合有待深化

目前業(yè)內(nèi)學(xué)者多聚焦于綜采綜掘領(lǐng)域的粉塵防控研究，對噴射混凝土粉塵控制的關(guān)注度不足。加之該領(lǐng)域研究涉及材料學(xué)、流變學(xué)、流體力學(xué)等多學(xué)科，需跨學(xué)科學(xué)者協(xié)同攻關(guān)并將成果創(chuàng)造性轉(zhuǎn)化應(yīng)用，因此成熟的理論研究團(tuán)隊(duì)較少?，F(xiàn)階段，從事該領(lǐng)域理論研究的學(xué)者多來自高校，科研院所則側(cè)重于噴漿機(jī)控塵裝置研發(fā)及現(xiàn)場應(yīng)用，導(dǎo)致理論與實(shí)踐的結(jié)合較為薄弱。這也使得當(dāng)前噴漿粉塵控制領(lǐng)域存在理論研究與現(xiàn)場實(shí)踐銜接不緊密的問題，“產(chǎn)—學(xué)—研—用”的良好閉環(huán)尚未形成。盡管相關(guān)學(xué)者專業(yè)儲備深厚，但科研力量與專業(yè)人才仍相對獨(dú)立、協(xié)同性不足，科研成果轉(zhuǎn)化周期較長，噴漿設(shè)備改進(jìn)多依賴試驗(yàn)反饋，“產(chǎn)—學(xué)—研”融合有待深入，跨區(qū)域、跨領(lǐng)域交叉協(xié)作也有待加強(qiáng)。

???未來發(fā)展的思考

深化噴漿粉塵產(chǎn)塵與降塵機(jī)理研究，針對性研發(fā)抑塵方案。采用試驗(yàn)分析、數(shù)值模擬與現(xiàn)場測試相結(jié)合的方式，對噴漿作業(yè)各環(huán)節(jié)（物料運(yùn)輸、攪拌、噴射等）塵源開展理化特性分析，通過接觸角試驗(yàn)、X 射線衍射等手段明確粉塵粒徑分布、成分等特性，厘清不同工序的產(chǎn)塵機(jī)理。重點(diǎn)研究“濕式攪拌—管道輸送—噴射”全流程粉塵“凝并”規(guī)律，結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)精準(zhǔn)構(gòu)建巷道模型，模擬粉塵擴(kuò)散、沉降過程，明確射流結(jié)構(gòu)與粉塵軌跡，為設(shè)備優(yōu)化與抑塵劑研發(fā)（如適配多塵源的礦山專用抑塵劑）提供理論支撐。

ii構(gòu)建智能化噴漿粉塵精準(zhǔn)控制體系。推動人工智能、機(jī)器視覺等技術(shù)與噴漿控塵技術(shù)相融合，通過傳感器實(shí)時采集粉塵濃度、井下環(huán)境等數(shù)據(jù)，結(jié)合機(jī)器視覺技術(shù)對噴漿作業(yè)圖像進(jìn)行智能化分析，實(shí)現(xiàn)噴漿角度、風(fēng)壓等參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整。同時，基于歷史數(shù)據(jù)建模預(yù)測粉塵濃度變化趨勢，挖掘影響控塵效果的關(guān)鍵因素；將設(shè)備、傳感器與相關(guān)智能算法程序整合至物聯(lián)網(wǎng)平臺，形成智慧系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同工程場景下的最優(yōu)降塵工藝與噴射參數(shù)一鍵輸出。此外，還需重點(diǎn)攻克機(jī)械臂軌跡規(guī)劃、自主運(yùn)動等核心技術(shù)難點(diǎn)，提升噴漿作業(yè)的智能化水平。

iii研發(fā)便捷高效的小型化濕式噴漿裝備。針對地下巷道等密閉空間應(yīng)用需求，突破裝備體積與移動性技術(shù)瓶頸，開發(fā)體積小、易操作的濕噴設(shè)備；聚焦堵管與清理難題，研制無堵管濕噴技術(shù)及自清洗裝置，同時探索地面攪拌站集中供料模式，解決新拌混凝土制備難題，降低濕噴應(yīng)用成本與操作難度。通過裝備的小型化、低阻化改進(jìn)，打破濕式噴漿應(yīng)用場景限制，推動其大范圍應(yīng)用。

iv提升噴漿作業(yè)規(guī)范性與人員綜合素養(yǎng)。一方面強(qiáng)化操作培訓(xùn)，針對濕式控塵技術(shù)對物料配比的要求，開展專項(xiàng)技能培訓(xùn)，提升作業(yè)人員對噴漿理論的掌握度與操作熟練度；另一方面加強(qiáng)粉塵危害宣傳，通過案例教學(xué)等方式增強(qiáng)作業(yè)人員的防護(hù)意識，確保個人防護(hù)裝備的科學(xué)有效使用。同時，壓實(shí)企業(yè)管理責(zé)任，推動企業(yè)增加職業(yè)安全健康投入，建立健全安全管理制度，通過“培訓(xùn)+考核+監(jiān)管”的閉環(huán)管理，規(guī)范作業(yè)流程與人員行為。

推動“產(chǎn)—學(xué)—研—用”深度融合與跨域協(xié)作。著力培育多學(xué)科融合的科研團(tuán)隊(duì)，鼓勵高校、科研院所與企業(yè)開展協(xié)同攻關(guān)，明確高校理論研究與科研院所裝備研發(fā)的分工與銜接，縮短科研成果轉(zhuǎn)化周期。積極搭建跨區(qū)域、跨領(lǐng)域合作平臺，促進(jìn)國內(nèi)外學(xué)者與技術(shù)人員的交流協(xié)作，推動理論研究與現(xiàn)場實(shí)踐精準(zhǔn)對接。同時，以實(shí)際應(yīng)用需求為導(dǎo)向，將實(shí)驗(yàn)室成果在礦山等場景中積極開展試點(diǎn)驗(yàn)證，通過“實(shí)踐反饋—理論優(yōu)化—再實(shí)踐”循環(huán)，持續(xù)完善噴漿粉塵控制理論與技術(shù)體系

學(xué)者風(fēng)采

劉國明

副教授、博士（后）

山東科技大學(xué)

現(xiàn)任山東科技大學(xué)安全工程系副主任，山東省青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。主要從事職業(yè)安全健康、智能噴漿技術(shù)、水泥基CO?封存等領(lǐng)域研究。主持國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2項(xiàng)）、山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2項(xiàng)）等多項(xiàng)縱橫向項(xiàng)目；首位或通訊發(fā)表SCI論文50余篇（ESI高被引/熱點(diǎn)6篇，中科院一區(qū)TOP18篇）；首位授權(quán)發(fā)明專利13項(xiàng)（成果轉(zhuǎn)化3項(xiàng)）；制定行業(yè)/團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)。獲山東省科學(xué)技術(shù)發(fā)明二等獎、中國煤炭工業(yè)協(xié)會科學(xué)技術(shù)獎一等獎等多項(xiàng)獎勵，擔(dān)任《Materials》等多種SCI期刊客座編輯。

團(tuán)隊(duì)主要研究方向及學(xué)術(shù)成果如下：

（1）噴漿多源頭陣發(fā)性粉塵發(fā)生及污染機(jī)制研究

以噴漿攪拌、泵送及噴射全流程工藝為研究載體，系統(tǒng)解析了攪拌區(qū)物料下落撞擊的產(chǎn)塵機(jī)理及空氣卷吸特性，明確了上料高度、井下風(fēng)速、噴射距離、噴射角度等關(guān)鍵參數(shù)對噴漿粉塵擴(kuò)散污染的調(diào)控規(guī)律。通過優(yōu)化噴漿上料設(shè)備結(jié)構(gòu)與落料工序參數(shù)，闡明了陣發(fā)性上料粉塵與噴射產(chǎn)塵的多源疊加、陣發(fā)溢散迭代特征，最終提出適配狹長噴漿巷道空間的高效控塵策略，為粉塵源頭防控提供理論支撐。

（2）人體呼吸道粉塵運(yùn)移沉積規(guī)律及粉塵暴露危害特征研究

聚焦人體呼吸生理特征，系統(tǒng)探究穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)兩種呼吸模式下呼吸道內(nèi)氣流場的動態(tài)變化規(guī)律，揭示了呼吸強(qiáng)度、屏氣時長、呼吸周期等關(guān)鍵參數(shù)對粉塵顆粒運(yùn)移軌跡及沉積效率的調(diào)控機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，開展粉塵暴露生態(tài)毒理專項(xiàng)研究，通過構(gòu)建涵蓋不同粒徑、濃度及種類的粉塵暴露體系，精準(zhǔn)量化其對微生物細(xì)胞及植物生長的脅迫效應(yīng)，為明晰粉塵生物危害機(jī)制提供數(shù)據(jù)支撐。

（3）復(fù)雜巷道環(huán)境下自修復(fù)增強(qiáng)噴漿材料開發(fā)

針對稠密噴漿物料輸送噴射瓶頸與復(fù)雜巷道材料需求，系統(tǒng)分析物料氣泡特征、流變參數(shù)演化規(guī)律，揭示骨料管道運(yùn)移路徑及氣泡時變機(jī)制，厘清噴射物料分布與勻質(zhì)性調(diào)控方法；基于氣墊緩沖效應(yīng)闡明“減彈增粘”機(jī)理，明確物料硬化后動靜載荷破壞特征。同時探究聚合物基噴漿材料在高溫高濕下的性能演化與劣化路徑，通過微膠囊自修復(fù)技術(shù)，明確不同條件下材料修復(fù)效率與性能恢復(fù)規(guī)律，為濕噴工藝優(yōu)化及高性能材料研發(fā)提供支撐。

（4）水泥基材料二氧化碳封存及礦化機(jī)制研究

以多孔水泥基材料的碳化反應(yīng)及其微觀結(jié)構(gòu)演變?yōu)檠芯枯d體，系統(tǒng)解析了二氧化碳在水泥基材料中的擴(kuò)散、吸附及化學(xué)反應(yīng)機(jī)制，明確了二氧化碳濃度、孔隙結(jié)構(gòu)、養(yǎng)護(hù)壓力與溫度等關(guān)鍵參數(shù)對碳化效率及封存能力的調(diào)控規(guī)律。通過優(yōu)化膠凝體系配比與養(yǎng)護(hù)工藝參數(shù)，闡明了多孔材料—混凝土孔隙體系等多通道的耦合協(xié)調(diào)性及固碳路徑，提出適配工業(yè)固廢摻混水泥基材料的高效封存方案，為“碳中和”目標(biāo)下的二氧化碳資源化利用提供理論支撐，推動工業(yè)固廢高值化與二氧化碳負(fù)排放技術(shù)融合發(fā)展。

成果精讀

劉國明，侯明慧，程衛(wèi)民，劉建國，陳連軍.噴漿粉塵控制研究進(jìn)展與展望——基于CiteSpace數(shù)據(jù)[J].金屬礦山，2025（9）：1-13.

《金屬礦山》簡介

《金屬礦山》由中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國金屬學(xué)會主辦，主編為中國工程院王運(yùn)敏院士，現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊（中國科技核心期刊）、中國精品科技期刊（F5000頂尖學(xué)術(shù)論文來源期刊）、中國百強(qiáng)報刊、RCCSE中國核心學(xué)術(shù)期刊（A）、中國期刊方陣雙百期刊、國家百種重點(diǎn)期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊，被美國化學(xué)文摘（CA）、美國劍橋科學(xué)文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫（JST）等世界著名數(shù)據(jù)庫收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機(jī)電與自動化、安全環(huán)保、礦山測量、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域具有重大學(xué)術(shù)價值或工程推廣價值的研究成果，優(yōu)先報道受到國家重大科研項(xiàng)目資助的高水平研究成果。根據(jù)科技部中國科技信息研究所發(fā)布的《2024中國科技期刊引證報告（核心版）》，《金屬礦山》核心總被引頻次位列26種礦業(yè)工程技術(shù)學(xué)科核心期刊第1位；根據(jù)中國知網(wǎng)發(fā)布的《中國學(xué)術(shù)期刊影響因子年報》（2024版），《金屬礦山》學(xué)科影響力位居73種礦業(yè)期刊第9位。

編排：余思晨

審核：王小兵

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