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煤矿建设生产过程中都会产生粉尘,随着机械化程度的提高和生产接替的加快,掘进工作面的粉尘浓度急剧上升,而喷雾降尘水基介质湿润性差、恶化工作环境,通风除尘系统复杂、体积噪音大,降尘效果比较差。传统的泡沫降尘技术降尘效果较好,但由于喷射分散,导致泡沫利用率较低、使用成本较高。在大量现场调研的基础上,作者提出了针对掘进机截割头进行局部“淹没式”的内喷泡沫降尘工艺,通过现场调研、理论分析、数值模拟等综合手段,进行了掘进机内喷泡沫降尘关键技术的试验研究。本文从宏观和微观两方面分析了掘进机破岩产尘的机理,结合对泡沫降尘技术发展历程的研究,提出了掘进机内喷泡沫高效降尘的应用工艺,即局部“淹没式”泡沫降尘技术。在截割过程中密实核处于约束状态时即对其进行湿润、黏附,从旁侧喷射出的泡沫继续湿润截割下来的煤岩体,覆盖在煤岩体表面,从根源上减少粉尘的产生。基于对掘进机内喷雾的大量调研和传统泡沫降尘技术的分析,明确了该技术耗水量小、泡沫产生量多、泡沫输送压力低,从根本上克服了内喷输送管路密封不可靠、大口径喷射解决了喷嘴堵塞的难题,但掘进机内喷输送管路弯曲细窄、压力损失较大,传统发泡剂添加工艺不能正常吸液,扰流式发泡装置压力损失较大,发泡能力弱,为此开展了高背压水射流吸液特性和多孔螺旋式耦合发泡机制的研究。通过对现有技术的剖析以及实验研究,借鉴射流泵的原理设计了高背压水射流低比例稳定吸液装置,理论分析了喷嘴口径、喉管直径、喉嘴距、喉管长度与流量比、扬程比、装置效率的关系,数值模拟探明了关键尺寸对吸液装置内部流场特性和背压恢复能力的影响规律,实验验证了关键尺寸对吸液装置吸液性能和背压恢复能力的影响规律。为提高内喷泡沫降尘技术的发泡能力,设计了多孔螺旋式气液混合发泡装置,以多孔螺旋叶片的形式将网式和扰流式两种发泡方式集合在一起,阐述了多孔螺旋式气液混合发泡装置的发泡原理及优势,数值模拟探明了关键尺寸对发泡装置内静压力和湍动能的影响规律,实验验证了不同发泡元件对发泡装置的压力损失和发泡性能的影响规律。在实验室中以EBZ260型掘进机内喷输送系统为模型,构建了掘进机内喷泡沫降尘模拟实验系统,实现了掘进机内喷泡沫降尘技术的联合模拟实验,在供水流量为1.6m3/h、供水压力为2.13MPa、供气流量为45~60m3/h、供气压力为0.45~0.56MPa时,发泡剂添加比例约为1.0%,可以实现发泡量达46.9m3/h,发泡倍数达28.74倍,水射流吸液装置能够稳定低比例吸液,气液混合发泡装置能够高效率发泡,泡沫喷射压力充足。