为有效控制挖掘作业中由煤尘扩散引起的巷道内部环境污染,通过CFD软件数值模拟与相似实验平台相结合的方法,研究分析了气动旋转射流风速场的空间分布和控尘性能。研究结果表明射流风速20~30 m/s时可形成稳定风幕;气相流场速度分布随射流风速的增大逐渐提高,且风幕形成度越高,同时会形成旋转的环状风速区域;射流风速随扩散距离沿流向迅速衰减,出口射流风速具有较契合的衰减率,相似实验与数值模拟具有接近的相似度;最佳控尘射流风速为30 m/s,测点Ⅰ的全尘浓度由433.9 mg/m3降至161.4 mg/m3,呼吸性粉尘由135.5 mg/m3降至55.3 mg/m3,测点Ⅱ的全尘浓度和呼吸性粉尘分别降至121.4 mg/m3和30.3 mg/m3。研究结果说明,气动旋转射流风幕单独用于控制掘进工作面的粉尘污染时,其控尘性能较低。

直旋混合射流是由通过喷嘴叶轮中心孔的直射流和叶轮加旋槽产生的旋转射流经混合段混合而成的一种新型高效射流，它综合了旋转射流破岩面积大和直射流破岩深度大的优点。试验研究了叶轮中心孔直径、混合段长度、扩展腔扩展角、喷距和压力等5个主要参数对直旋混合射流破岩效果的影响规律。结果表明，叶轮中心孔直径为2mm、混合段长度为8mm、扩展腔扩展角为60。的喷嘴产生的射流具有较强的破岩能力；试验条件下，直旋混合射流破岩最优喷距约为喷嘴出口直径的6倍；增大射流压力可以大幅提高直旋混合射流的破岩体积。

设计了一种适用径向水平井技术的旋转射流多孔喷嘴。其前端面均布3个不同切向倾角15°、30°、45°的孔眼。利用数值模拟方法，采用 RNG k －ε湍流模型对该喷嘴流场特征进行了研究，并与试验破岩结果进行了对比。结果表明，15°孔眼轴向速度较大，扩散性差，衰减缓慢，类似直射流，破岩效果适中；30°孔眼轴向、径向、切向速度均较大，扩散性适中，衰减较慢，其破岩效果最佳；45°孔眼虽具有较高切向、径向速度，但扩散性较强，衰减较严重，可形成较大破岩面积，但破岩深度有限；3个孔眼破岩面积在径向存在重叠，当喷嘴旋转时，可轨道扫描式完成联合破岩；不同倾角破岩效果不同，本试验中30°倾角的孔眼破岩效果最佳。流场数值模拟结果与实际破岩效果基本一致。