掘进工作面是煤矿中至关重要的工作场所之一。掘进机在割煤时会产生大量粉尘,且掘进工作面的空间狭小,产生的粉尘会聚集在掘进工作面中无法有效扩散,造成粉尘浓度过高,造成非常大的安全隐患,并危害人体健康。为了解决该问题,基于喷雾及雾幕除尘的原理,本文设计了多层螺旋气动雾幕除尘装置。运用数值模拟及实验相结合的方法,对新型的掘进工作面除尘装置进行了研究。通过实验进行传统除尘方法与多层螺旋雾幕方法的对比,分析了多层雾幕除尘技术的优势。首先,查找与本次研究相关的研究现状,并指出了传统喷雾除尘方法的缺陷与不足,设计了多层螺旋雾幕除尘装置,该装置在气幕隔尘的基础上实现了多层雾幕,在井下掘进巷道空间内,提高了水雾与粉尘结合的几率,提高了雾滴的捕尘能力。对多层螺旋雾幕装置的各个组成部分进行了详细介绍,分析了该喷雾装置的工作机理与优势。其次,利用Comsol软件模拟了不同数量的相邻气动喷嘴的气流变化,采用k-ε湍流模型与K-H液滴破碎模型,通过建立实物模型和数学模型对多层螺旋雾幕装置工作时的风流场和粒子轨迹进行了数值模拟。结果表明,将气动喷嘴的方向以弧形的切线排列时,各个喷嘴的喷射方向会沿弧线的方向偏移。若建立10只以两层向前扩张的螺旋状的喷嘴,工作时则会形成二层旋转流动的雾幕,同时也会形成圆台状的围绕巷道中心轴流动的水雾,可阻隔粉尘的扩散,水雾的破碎主要在二层雾幕的区域内进行,雾幕中的水雾破碎后粒径在1~3μm之间。最后,首先测量自然降尘、传统气动喷雾和多层螺旋雾幕三种除尘方法的除尘速率进行除尘速率实验,之后对传统喷雾与多层螺旋喷雾两种除尘方法进行降尘效率实验,对隔尘效果进行对比分析。结果表明利用多层螺旋雾幕的方法除尘速率最高,对全尘与呼尘的除尘速率分别达到了2.582 mg/(m3·s)和0.182mg/(m3·s)。同时多层雾幕方法的降尘效率分别达到了97.19%和94.54%,效果相比传统气动喷雾高出10%左右。该除尘装置扩大了有效除尘范围,多层雾幕可阻止掘进工作面的粉尘的扩散,水雾受喷嘴产生的旋转气流的作用使得雾滴破碎后的粒径更小,增加水雾与粉尘接触的概率,对呼吸性粉尘的沉降效果也得到更大提高。为进一步提高掘进工作面的除尘效率、改善掘进工作面的环境条件提供依据。该论文有图28幅,表3个,参考文献59篇。