针对煤矿井下含粗颗粒矿井水处理空间受限,处理量大,易造成水沟、沉淀池和水仓淤积等问题,本文提出了一种采用井下高压气作为动力源的气-液-固三相旋流分离器设备,利用“文丘里效应”,井下高压气可将地沟、沉淀池或水仓中的矿井水吸入三相旋流分离器,经分离后的气体排放到巷道,固体颗粒可以直接通过皮带外运,处理后的矿井水可以直接排入水仓。通过对矿井水进行井下就地分离,可降低水仓清仓难度,增大水仓有效容积,提高煤矿生产安全系数。采用雷诺应力湍流模型,Mixture多相流模型,对所设计的Φ100-75 mm三相旋流分离器进行了数值模拟研究,分析了三相旋流分离器内部的静压力分布规律、速度分布规律和颗粒运动规律。结果表明:随着气体速度的增大,压力损失、轴向速度和切向速度均增大;随着排气管直径的增大,压力损耗先减小后增大,当排气管直径20mm时,轴向速度和切向速度最大;排气管插入深度的变化对速度场无明显影响,压力损耗先减小后增大;随着底流口直径的增大,压力损耗基本不变,轴向速度和切向速度减小;随着物料浓度的增大,压力损耗增大,轴向速度和切向速度减小。颗粒运动轨迹分析表明,排气管直径20mm和排气插入深度60mm的情况下,5μn颗粒和10μm颗粒在分离器内运行轨迹更短,分离时间更短,分离效果更优。同时探究多种参数对三相旋流分离器一段分离器除气率和固相分离效率的影响规律。结果表明:一段分离器除气率和固相分离效率随气体速度增大而提高;排气管直径增大,一段分离器除气率下降,固相分离效率先升高后降低;排气管插入深度增大,一段分离器除气率先增大后减小,固相分离效率降低;一段分离器除气率不受底流口直径影响;物料浓度增大一段分离器除气率增大。在模拟分析基础上,搭建试验台,进行了三相旋流分离器分离性能试验。以压力降、一段分离器除气率、底流固相浓度、溢流固相浓度和固相分离效率为评价指标,研究了气体速度、排气管直径、排气管插入深度和底流口直径等操作参数和结构参数对Φ100-75mm三相旋流分离器分离性能的影响。研究结果与数值模拟结果规律一致,同时得到最优参数组合为:气体速度12m/s,排气管直径20mm,排气管插入深度60mm,底流口直径5mm,并进行验证试验得到底流固相浓度62%,固相分离效率82%。本研究通过数值模拟和试验研究的方法,系统性的分析了新型三相旋流分离器的结构参数、操作参数对其分离性能的影响,对于高效三相旋流分离设备的研发具有一定的理论指导意义。所设计的三相旋流分离设备结构紧凑,能耗较低,处理量大,分离效率高,特别适用于煤矿井下的受限空间,具有较强的工程应用价值。