由综掘机截割头旋转破煤产生大量粉尘引发的污染控制问题,引发了国内学者广泛重视。因地下矿井狭长巷道结构特征,悬浮在空气中的粉尘随巷道内部风流扩散污染整条巷道,很难及时排除,严重危害人体健康,而且粉尘具有爆炸危险性,会造成更严重的人员伤亡和财产损失。因此,采用合理的治理技术和有效的控尘设备,防止综掘面粉尘污染具有着重要研究意义。为解决上述问题,本文采用理论分析、数值模拟与实验研究相结合的研究方法,对新提出的气动涡旋雾幕控尘技术理论进行系统的研究分析,主要研究成果如下:依据旋转射流理论、液体喷雾理论等提出并设计了气动涡旋雾幕控尘原理和方法。即以内环空气射流为动力,利用旋转空气幕的冲击效应冲击外环高压水喷雾,增加了液滴动能,也提高了雾滴的二次破碎性能,同时所形成的气动涡旋雾幕能完整封闭巷道,有效提高了雾幕的工作范围和经济性。涡旋射流风速流场中的雾滴扩散是一种综合性较强的研究课题,本文以COMSOL模拟软件中液体流动模块液滴雾化破碎模型,结合线性多尺度k-ε湍流模型,构建了用于模拟液滴运动的气—粒湍流动力学模型。通过计算求解得到了不同射流风速条件下气相流场速度分布规律、以及射流风速对雾化半径、液滴速度与粒度分布的影响规律。研究揭示了涡旋射流场与高压喷雾的相间流态和雾化干涉过程,对气动涡旋雾幕控尘系统雾化机理进行了具体阐述。采用自主构建的气动涡旋雾幕控尘系统相似实验模型,对气动涡旋雾幕的雾化性能及控尘性能进行研究分析。雾化性能实验探究了引射风流风速、雾化压力、喷嘴工作夹角对雾化性能之间的函数关系及影响规律,确定了雾化性能参数选择依据。研究表明雾化半径随射流风速的增大而增大,随喷雾压力的增大而降低,随喷嘴工作角度的先增大后减小的变化规律;控尘性能实验结果表明选择合理的选择雾化参数,可形成完整旋转雾幕封闭工作区域,隔绝煤尘污染,对粉尘的捕集效果更为优秀。构建了包含掘进系统的地下巷道颗粒运移动力学模型,并模拟分析了不同风速条件下气相流场与粉尘场的运移规律。推导了不同高度,不同风速条件下50mg/m3以上粉尘浓度分布的函数关系式。并根据所获得的综掘面粉尘扩散规律,设计了气动涡旋雾幕控尘系统与局部通风装置相结合的综合控尘系统。选取合理的雾化参数对气动涡旋雾幕综合控尘系统进行模拟分析及相似实验研究。模拟分析综合控尘系统旋转雾幕在不同通风条件下雾滴颗粒的运动过程。当压风综合式Q 压大于4m3/min,长压短抽Q压大于3m3/min时都会破坏气动涡旋雾幕的形成。将综合雾化干扰实验分析结果与模拟结果进行比较,验证了综合控尘系统模拟结果的准确性。并通过对降尘效率进行的测定,充分反映了通风系统对综合控尘系统的降尘效率影响。综合控尘系统捕尘性能效果显著,证明了新型设备控尘的可行性,为新型除尘技术的推广及应用提供了理论支持。该论文有图68幅,表14个,参考文献167篇。