粉尘防治是煤矿灾害治理的一个重要难题，综掘工作面在生产过程中会产生大量粉尘，对工人健康和煤矿安全生产造成巨大威胁。然而煤矿井下环境复杂，综掘工作面产尘量高、通风量大、空间狭小等特点导致目前仍无法有效将粉尘控制在规定的安全范围内。本文结合煤矿综掘面现场实际，针对当前存在的迎头处喷雾受风流干扰折返、司机处于高浓度粉尘回流通道上、含尘风流污染后方工作区域、水质恶劣堵塞喷嘴及煤尘难湿润易二次飞扬等问题，依据分级除尘、综合治理的理念，采用理论分析、数值模拟、实验测试及井下工业试验应用相结合的方法，提出了综掘工作面区域分级除尘系统，为综掘面粉尘防治提供了新思路，主要成果如下：
　　建立了压入式通风系统单相风流的三维κ-ε紊流数学模型，对综掘工作面风流场进行了数值模拟，分析了巷道中风流的运移和分布特征，结果表明：掘进机的影响导致综掘面迎头区域含尘风流呈现多种分布特征。迎头附近流场复杂，风速快且存在较多涡流；掘进机上方区域存在明显回流现象；掘进机后方区域风速突然降低。基于此，针对综掘面迎头处紊流区产尘源、回流通道上司机位置和后方工人工作区域这几个关键位置提出了“迎头区射流抑尘、司机区隔尘吸尘、转载区过滤除尘”的区域分级除尘思路，构建了由迎头封闭式射流抑尘、司机处气幕隔尘吸尘及转载处雾幕过滤除尘构成的综掘工作面气载粉尘关键除尘系统，对应设计了聚焦型抑制设备、隔尘风刀、气动吸尘风机、散射型除尘设备、过滤集控装置及高效湿润粘尘添加剂组成的系统成套装备和材料。
　　依据射流喷雾的表征原则初步确定了射流抑尘设备结构，设计出角度可调型射流喷嘴，构建了雾化特性试验系统，试验确定出射流抑尘设备的最佳运行工况为：水压2.5MPa，喷嘴角度10~15°；运用水动力学基本方程分析了结构参数对喷雾效果的影响，初步确定出散射除尘设备结构，优选出扇形雾化喷嘴，试验确定出散射除尘设备的最佳运行工况为：水压3.5~4.5MPa，风压0.4~0.6MPa；基于风洞测试系统对旋流除尘风机的运行参数进行了测试，结果显示：0.5MPa风压条件下，风机的噪音为79.1dB,振动为0.198mm，吸尘半径1.2m，处理风量约110m3/min，满足设计要求。依据滤芯过滤精度和尺寸参数的选用原则，计算分析了过滤滤芯的尺寸参数，确定出滤网的基本孔径为75μm，滤芯的过滤面积约0.3m2。实验复配出新型湿润粘尘剂，确定出最佳配方为：表面活性剂SAS-60与AEO7比例为1∶4，增效离子为NaSO4与MgCl2·6H2O，纤维素PAM与HPMC比例为1∶4。复配后的湿润粘尘剂粘度为28MPa·s。
　　在某矿综掘工作面对本文区域分级除尘系统进行了工业性试验，结果表明：采用本文研究成果后，综掘工作面有人工作区域除尘效率达到95%以上，较传统除尘技术提高40%以上。