金属矿山广泛采用溜井转运矿石,因矿石下落过程形成强大的冲击气流,粉尘随冲击气流扩散至采场,严重污染井下作业环境。本文以李楼铁矿采场高溜井为研究背景,采取理论分析、现场实测、相似实验、数值模拟及现场应用相结合的研究方法,对高溜井卸矿时冲击气流的产生和粉尘的扩散规律进行了研究,并对其影响因素进行了分析。通过研究气水喷雾降尘机理,提出了适用于高溜井的气水喷雾降尘系统并予以现场实施。通过分析矿石颗粒和粉尘在溜井内运动的受力分析,揭示了高溜井卸矿时粉尘的产生机理及影响因素,建立了冲击气流产生及粉尘运动的气固耦合三维数学模型;根据相似原理,推导出了高溜井卸矿时冲击气流产生和粉尘时空分布的相似准则数,建立了高溜井相似模型,并对不同卸矿条件下的冲击气流和粉尘的分布情况进行了实验研究。结果表明:最大冲击风速和粉尘平均浓度随卸矿流量及卸矿高度的增大而增大;矿石粒径范围及溜井阻力系数越大冲击气流越小,粉尘浓度也越小;粉尘浓度随含水率的增大迅速下降,含水率达到3.31%以上时,下降趋势不明显;同时卸矿的中段越多,冲击气流会产生叠加而增大。依据气固耦合相关理论,将矿石颗粒按离散体系处理,通过牛顿定律求解每个颗粒的运动,将气体按连续介质处理,通过求解Navier-Stokes方程得到气流的运动,采用DEM-CFD耦合的方法对溜井卸矿过程冲击气流和粉尘浓度的时空分布特征进行了数值模拟,对比现场实测结果,验证了该方法的准确性和适用性。结合相似实验和数值模拟对各影响因素的分析,在现有高溜井结构参数基础上,气水喷雾是控制高溜井卸矿粉尘最便捷有效的方法。本文通过实验研究了气水喷嘴的雾化特性,得出气水喷嘴的最佳气水流量比约为100-150。在溜井卸矿口及联巷内安装气水喷雾降尘系统,通过现场测定数据表明,喷雾降尘系统平均降尘效率可以达到80%以上,有效改善了采场的作业环境。