引言随着机械化程度的加深，工业原材料在装卸过程中产生的粉尘量也在逐渐增大，同时由于人员走动、机械设备运行、粉尘物化特性等原因，导致粉尘扩散速率加快。粉尘危害主要包括3方面：由呼吸性粉尘引发的呼吸道疾病和肺部疾病；粉尘浓度随着生产的进行逐渐升高，引起爆炸事故；污染环境。转载点粉尘受到牵引、卷吸、碰撞等作用，运动较为复杂，目前常采用吸尘罩除尘和喷雾降尘。前者耗能高，且造成资源浪费；后者导致设备作业时出现打滑，不利于生产。负压除尘技术与正压除尘方式不同，将引风机设置在除尘器后方，利用引风机营造负压区，引导部分粉尘进入负压区，再进行除尘。该技术降低了能耗，改善作业人员工作环境。本文对转载过程负压除尘技术的研究现状以及研究成果进行综述，提出在负压除尘技术发展过程中存在的问题及建议，以期探索该项技术未来的发展前景。1转载点特点及影响因素卸料、输运散状物料时，转载点处为主要尘源。对于尘源点大多数作业现场采用单一通风除尘技术，并不能满足生产需求[1]。国内外学者对转载点产尘因素进行研究，叙述选煤厂胶带转载点处的产尘原因主要有卸料落差、原料含水率、物料高速运动时引起的尘化作用、煤块间歇下落受到剪切力作用导致的扬尘等[2-4]。有研究通过对皮带输运散状物料产尘因素的研究发现，转运点处粉尘主要受到诱导气流影响[5-6]，如图1所示。目前对输送物料转运点产尘机理的研究较少，转运点卸料具有间歇性、开放性的特征，早先的研究也提出不同的解决措施，但是治理策略受到条件限制并不具有广泛适用性。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.020.F001图1皮带转载点产尘示意图2负压除尘技术研究正压除尘技术将引风机安装在除尘器前方，整个除尘过程处于正压状态下[7]，含尘气流先经过引风机再进入除尘器，而负压除尘技术与之相反。负压除尘技术主要包括：密封负压除尘技术、负压喷雾降尘技术和气囊负压诱导式除尘技术。2.1密封负压除尘技术该技术对整个装置的密封要求较高，装置严密性对内部气流分布和粉尘迁移规律都有影响。密封负压除尘技术在作业过程中利用导料槽和挡尘帘将卸料区域围成密闭空间，卸料时由于皮带运行，引起诱导气流和牵引风流，导致粉尘扩散。输送机机头处设置吸尘罩连通除尘器，在导料槽和除尘器的双重作用下消除正压[8]。对密封负压除尘技术的颗粒进行研究，既要考虑滑移运动，又要考虑扩散运动，前者为主要运动。模拟过程中采用粒子追踪技术，不仅能分析产尘机理，而且可以显示不同颗粒粒径分布情况，以此观察全尘和呼吸性粉尘的运动轨迹[9]。2.2负压喷雾降尘技术张连勇[10]等提出在综采工作面采用“负压二次降尘技术”，该技术使用喇叭口进行喷雾降尘，通过试验验证发现全尘和呼吸性粉尘平均总浓度分别降低65.1%和66.4%。喇叭口的使用扩大喷雾降尘范围，有效降低悬浮粉尘。但对于有工人作业的场所，使用喷雾会打湿设备和人员，给施工带来安全隐患。Nie[11]等采用数值模拟分析综采工作面粉尘扩散规律，根据粉尘扩散机理，在液压支架、牵引开孔位置与采煤机之间设计负压喷雾降尘，粉尘浓度明显下降。Zhou[12]等通过试验找到综采工作面上最优的喷雾降尘参数，并在采煤机摇臂上设计新型喷嘴，经过现场应用验证，与传统喷雾相比，新型喷雾降尘装置使全尘和呼吸性粉尘提高8%以上，有效改善煤矿井下作业环境。Swanson[13]等在矿山开采过程中为防止粉尘排放，建立一个风洞，模拟不同环境条件下的地下工作，正确评估了液滴、粉尘和流动气流之间的相互作用，为针对单个粉尘源开发合理的粉尘控制系统奠定基础。荆德吉[14]利用现场实测和数值模拟的方法，对落料管处的高压诱导气流进行密封，同时在皮带输送机导料槽上方设置袋式除尘器，在皮带尾部处安装超声波喷雾，通过在不同尘源位置设计合理的除尘方式，使粉尘治理效果得到明显提升。负压喷雾降尘技术是干式除尘与湿式除尘的结合，该方式在综掘工作面以及带式输运机领域应用较多。对于综采工作面，粉尘主要集中在采煤区和支架区，由于开采环境处于空旷区域，粉尘扩散速度快、范围大，且采煤过程复杂，多应用可拆卸部件连接，转载点相对较多，与喷雾降尘的方式结合使用，双重净化后的气体排放到大气中减少污染[15]。对带式输运机而言，卸料过程产生粉尘的浓度受到落料高差、皮带运行速度的影响，利用负压除尘技术进行初步除尘，随后漂浮的粉尘在喷雾作用下凝结下落，但该技术容易造成皮带清理困难的问题。2.3气囊负压诱导式除尘技术国内外对于气囊负压诱导式除尘技术的研究较少，瞬态产尘具有阵发性、瞬时性的特点，给研究带来很大的困难，该除尘技术的提出为研究瞬态产尘提供新思路。谢亚辰[16]通过数值模拟和理论分析的方法，对抓斗间歇卸载氧化铝粉末过程采用气囊阻挡粉尘。气囊形成挡尘板将铝粉限制在特定范围，既减少铝粉的扩散，又节省动力。李彬[17]设计呼吸气囊卷吸粉尘，气囊依靠机械设备提升和开启。当卸煤终止后，被卷吸进气囊的粉尘自动沉降，气囊依靠自身重力和设备拉力作用下降，同时设计风幕对粉尘隔离，减少粉尘外泄。气囊和风幕的使用，一方面降低整个装置的能耗损失，另一方面满足环保要求。任晓芬[18]等将抓斗卸料场所围成一个环形区域，环形空腔中放置弹性气囊，弹性气囊可迅速泄气形成真空腔诱导粉尘至环形空间，降低对风机的耗损。于欣[19]运用理论分析、数值模拟、试验等多种研究方法，将间歇卸料过程分为两部分，认为延长间歇卸料时间和改善卸料板角度能够降低粉尘浓度。从以上对气囊负压诱导式除尘技术研究中发现，该技术的研究目前还停留在起步阶段，缺乏理论分析、试验、模拟等方法的研究，对于未来发展仍需要不断探索。利用气囊形成有效诱导气流能够抑制粉尘扩散至整个工作面，排尘效率高，所需动力较小，且初投资费用低，安装维修方便[20-21]。关于负压除尘技术的研究，大多聚焦在产尘机理及粉尘治理策略方面，并已取得较好的研究成果，但对以上提到的负压除尘技术现场应用情况无较多研究，在未来发展中仍旧面临巨大挑战，表1列出负压除尘技术具体应用实例及困难。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.020.T001表1负压除尘技术应用实例及困难分类应用场合现场应用实例挑战方向密封负压除尘技术大型港口专用码头大唐锡林浩特矿对装置气密性要求是未来发展中的难点。负压喷雾降尘技术综掘工作面、带式输运机大唐胜利东二矿液滴粒径与喷射压力未来研究中的难点。气囊负压诱导式除尘技术港口装卸—产尘间歇性、开放性以及有效负压大小是未来研究中存在的难点。3存在问题3.1研究内容方面存在问题（1）目前，对不同除尘方式的研究内容多集中在对除尘效率影响因素分析以及各影响因素引起流场变化上，如：诱导气流、卸料高差等对粉尘治理的影响；对气相分布图、颗粒相运动轨迹图分布状况的研究。然而，随着工业化进程的加快和机械化程度的提高，卸料、转运过程粉尘污染越来越严重，仅仅依靠以上内容的研究并不能满足除尘要求。（2）对于连续卸料除尘的研究相对于间歇性、阵发性卸料产尘而言更为丰富，现有研究尽管对汽车、抓斗卸料阵发性产尘过程的粉尘治理研究有一定基础，但研究成果相对还是较为缺乏。（3）学者对转载点粉尘治理领域的研究随时间的推移更加丰富，随着科学技术发展步伐的加快，各类先进传感器、控制器以及粉尘监测仪器被广泛应用，如何实现连续实时监测，提高人员安全性已成为研究内容中的一个难点。3.2研究方法方面存在问题理论分析、试验研究、数值模拟成为研究粉尘扩散行为的主要方法，3种方法的运用虽然可以观察到粉尘的宏观运动规律，但目前研究只在特定环境下进行。对于复杂情境，受到试验技术的限制，加上理论分析和数值模拟往往需要简化，因此所得结论与实际值存在偏差，并不具有普遍适用性。4结语本文所述密封负压除尘技术、负压喷雾降尘技术以及气囊诱导式除尘技术都是基于负压除尘原理提出。当前对此负压除尘技术的研究大多集中在负压喷雾降尘方面，且主要应用在带式输送机与综采工作面，针对气囊负压诱导式除尘技术的研究较少，未来可以对气囊形成的有效负压、极限负压大小进行研究，从而降低整个除尘过程动力消耗。针对负压除尘技术提出几点展望：（1）装卸料、转运、开采等过程产生的瞬态扬尘污染严重，对生产设备以及工作人员都有一定影响，在接下来的研究中可扩充间歇性、阵发性卸料的气流和粉尘扩散的相关内容。如影响间歇卸料的因素、间歇卸料产尘过程随时间的变化规律、气流场与粉尘场的分布规律等。（2）现有研究方法基础上，借鉴前人总结的理论计算公式，增加分析内容的系统性。（3）粉尘黏附到设备内部导致清理困难的问题尚未解决，以往研究中提到设置振动器振落依附在设备内表面的粉尘，然而振动器的使用难免会对设备位置产生影响，且频繁振动导致连接部位断裂。设计负压除尘装置过程中考虑装置清理问题，及时清理设备，以延长装置作业时间，如添加反吹机构。