目前煤矿井下泡沫除尘技术所采用的喷射工艺较为粗放,其体现于:泡沫喷射流型不合理,导致泡沫利用率较低,部分泡沫无法与粉尘相互作用;泡沫喷头设计粗糙,缺乏依据和针对性,致使泡沫雾化破碎严重,泡沫流场连续性不高。本文在前期现场调研的基础上,针对掘进作业中广泛使用的纵轴式掘进机的产尘特点以及目前所使用的泡沫喷射流型,提出了更为高效的泡沫抑尘喷射流型——环形泡沫流场,并针对该流型提出了新型泡沫喷头的设计方案。通过对掘进机炮头结构的研究与理论计算相结合,确定了泡沫喷头的设计思路和设计标准。通过数值模拟分析比较与实验印证相结合的研究方式最终确定了泡沫喷头的理想结构及尺寸。从微观层面分析了采掘作业粉尘的产生及运移特性,阐释了井下相对封闭作业空间内粉尘宏观分布规律的内在原因,指出并说明了近尘源粉尘治理技术的必要性和优越性。以比较的方式说明了泡沫除尘技术相对于水雾除尘的优势,详细阐述了泡沫除尘技术的捕尘和抑尘机理。阐释了粉尘的运移特性与泡沫捕尘机理二者对降尘效果的相互增益作用。对现场掘进机的使用情况进行了调研,对纵轴式掘进机的产尘特征进行了分析,探讨了目前所使用的泡沫喷射流型存在的不足,在此基础上提出了环形封闭泡沫流型理念。针对该理念提出了3种新型弧面泡沫喷头的外型设计方案,并结合泡沫的流动特性对3种泡沫喷头的设计可行性进行了分析,最终选择对外导流型弧面泡沫喷头进行设计。使用Fluent软件中的VOF模型对泡沫流场进行了数值模拟,分析了弧面泡沫喷头主要结构参数对泡沫流场形态的影响,通过正交分析对模拟结果进行了定量统计分析,明确了影响弧面泡沫流场形态的主要结构参数并确定了弧面泡沫喷头的最优结构参数组合。在泡沫喷头性能实验系统下对弧面泡沫喷头进行了实验,设计了前期可调节式弧面泡沫喷头及支架,实验测定并绘制了泡沫扩展角和连续段长度与导流冲击角和导流体长度的变化曲线,印证了数值模拟结果的准确性,并最终确定了弧面泡沫喷头的加工尺寸最佳结构参数为导流体曲率半径510mm,导流体长41mm,导流冲击角26.3°,导流体宽30.7mm,泡沫喷头口径为12mm。设计了泡沫喷头的流量分布测试实验系统,测试结果表明,较于平扇和实心锥喷头,弧面泡沫喷头的导流方式能有效分散泡沫在流场塑型阶段所受的冲击力,并减少泡沫雾化损失。设计适用于作业现场的分体和一体式环形支架,通过球接头和法兰结构相结合,实现了泡沫喷头安装角度的调节,进一步提高了环形抑尘喷射工艺的抑尘效果;通过在泡沫喷头四周增设钢制保护罩体,有效地防止了掘进机作业过程中由高处垮落的煤岩块对弧面喷头的损坏。进行了新型泡沫喷头的现场实验,对泡沫除尘系统的安装方式进行了设计。为了考察新设计的泡沫喷头的效果,在现场分别安装了平扇、实心锥和弧面泡沫喷头,使用个体采样器对除尘前后呼尘浓度分别进行了测定。测定结果显示,凹弧面外导流泡沫喷头在掘进机司机处的除尘效率达87.2%,在掘进机司机后5m处的除尘效率达88.9%,均高于平扇泡沫喷头和实心锥泡沫喷头的除尘效率,该结果也印证了近尘源除尘方式的显著效果。