随着煤矿开采程度的加快、加深,矿井废水逐渐呈现悬浮物含量高、粒级细、比重轻等新特点,加重了处理过程中的设备负荷,提高了运行成本。针对此类问题,本文提出“静态混合器+内置导流筒旋流澄清器”的矿井水处理新工艺。在处理过程中利用重介质(微砂)加强絮体比重、强度,在内置导流筒旋流澄清器离心力场、重力场的基础上实现泥水快速沉降分离。通过理论分析、数值模拟的方法对内置导流筒旋流澄清器内部水体流场特性与颗粒相互作用情况进行探究,通过沉降分离试验探究操作参数与结构参数对分离性能的影响规律,完善旋流分离理论,指导内置导流筒旋流澄清器在工业领域中的应用。以混凝动力学、旋流分离等理论为基础,推导内置导流筒装置的结构参数计算方法。建立内置导流筒旋流澄清器内流体运动方程,对复合力场下的微砂絮体进行受力分析,得出内置导流筒旋流澄清器絮凝区内微砂絮体粒径分布规律。利用Fluent对澄清器内部流场进行数值模拟,全面分析了进口速度、内置导流筒外径、内置导流筒插入深度、内置导流筒倾斜角对流场中速度、湍动能、湍动能耗散率的影响规律。结果表明:适当增加进口速度可以提高初始剪切强度,有利于絮体絮凝;适当增加插入深度可以延长水力沿程,有利于絮体生长;适当增加倾斜角可以减小速度梯度变化差值,避免大絮体破碎;适当增大外径可以提高初始速度梯度,有利于絮体絮凝。综合分析,选取最优参数组合:进口速度0.93m/s,插入深度50mm、倾斜角2°、外径180mm。通过试验对内置导流筒旋流澄清器的分离性能进行研究,对旋流澄清器有、无内置导流筒进行对比试验,通过单因素试验分析了不同操作参数,结构参数对分离性能的影响规律,并对比较重要的参数进行正交试验研究,得到最优参数组合。试验结果表明:内置导流筒旋流澄清器对比普通旋流澄清器处理性能显著提高,SS(悬浮物)稳定在50mg/L以下,悬浮物去除率稳定在95%以上,适当增大进口速度,有利于提高出水水质,但过大的进口速度则对絮体造成破坏;随着倾斜角度、插入深度、外径的增加,溢流出水水质呈现先降低后升高的变化趋势;随着筒体高度的增加,溢流出水水质呈现先降低后逐渐趋于稳定的变化趋势。通过正交试验得进口速度0.93 m/s、外径180mm、插入深度50mm、倾斜角2°时,SS(悬浮物)可降低到36.2 mg/L,浊度可降低为7.7NTU,溢流颗粒数为12010个/ml。影响澄清器分离性能的主次顺序为:进口速度>外径>倾斜角>插入深度。在理论及试验研究的基础上,对宁夏某矿高达1000mg/L的矿井废水进行了工业试验研究,澄清系统预计处理量5m3/h,运行结果表明出水SS(悬浮物)稳定在10mg/L以下,底流浓度10%以上,实现矿井废水高效处理和底泥的快速回收,为矿井水高效处理系统的设计及模拟放大提供了设计依据。