煤矿回风流中的瓦斯属于低浓度瓦斯，浓度大概只有百分之零点几，难以利用，基本上都是直接排空，每年向大气中排放的瓦斯量有200亿m3，为了能让这部分低浓度瓦斯得到充分的利用，现如今很多研究工作者对此做着不懈的努力，但研究成果都有很大的局限性，对于大量低浓度瓦斯提纯的经济价值都比较低，很难在工业生产中开发利用，因此，需要亟待开创一项高效、经济的低浓度瓦斯提纯技术，无论对环境保护还是资源高效利用都具有重大的研究意义。　　本论文在对煤矿回风流气体成分和浓度充分调研的基础上，依据自由扩散理论、涡流场理论等，提出了运用机械方法富集瓦斯的设想，随后自主研发了模拟低浓度瓦斯富集规律的涡流塔装置。本论文采用理论分析、数值计算和实验室试验方法，对涡流塔内部低浓度瓦斯的富集规律进行分析研究。　　通过理论分析表明，可知在重力场中作用下，甲烷在空气中的自由扩散是不可能达到完全均匀态的；涡流场可以促进低浓度瓦斯的富集。　　运用自主研发的涡流塔装置对不同状态的瓦斯的进行试验研究，得出了各自情况下的富集规律，试验结果表明：自由扩散情况下，从下到上瓦斯浓度逐渐增加；弱涡流场情况下，中部瓦斯浓度最大，上部略小，底部最小；最后在试验数据的基础上，利用回归分析原理，拟合出了涡流塔顶部、中部瓦斯浓度与相关参数之间的函数表达式，根据耦合原理，建立了自由扩散（流速）和弱涡流场（转速）共同作用下的低浓度瓦斯浓度的具体函数表达式。FLUENT软件模拟的结果与实验室研究结果基本一致。