粉尘是煤矿开采所面临的主要灾害之一，严重威胁着井下职工的身心健康及企业的安全生产。水喷雾作为煤矿井下应用最为广泛的粉尘防治方法，但降尘效果不佳，尤其是对粒径小、疏水性强的呼吸性粉尘降尘效率更低，难以满足矿尘防治要求。为高效防治煤矿井下粉尘，增强水溶液和粉尘(尤其是呼吸性粉尘)间的湿润凝并性能，基于活性添加剂与磁场磁化在水溶液理化性能方面的协同增效作用，本论文提出了活性磁化水降尘的新思路。

并围绕煤矿井下活性磁化水降尘机制及技术，采用理论分析、实验研究、数值模拟相结合的方法系统开展了活性添加剂与磁化协同增效改善溶液湿润性能作用机理、活性磁化水高效磁化理论、煤矿井下高效雾化降尘方法等方面的研究，取得了以下研究成果:采用动力学模拟与实验相结合的方法从分子结构层面揭示了磁化与活性添加剂协同增效的活性磁化水润湿粉尘机理。研究表明:磁化能改变水分子径向分布函数增强水分子扩散系数，破坏水分子间的氢键结构，使得大分子团簇破裂为更多小分子集团，降低了溶液内聚力，进而使得水溶液湿润粉尘能力得到加强。此外，活性添加剂(含有阴离子、非离子活性剂)通过自身所具有的活性基团大幅改善了水溶液湿润性能，并在磁化作用下阴离子、非离子活性剂在水溶液表面形成更为紧密的隔离层，促使活性添加剂临界胶束浓度降低的同时也增加了溶液湿润性能。

活性磁化水通过磁化(物理方法)与活性添加剂(化学方法)间有机结合，大幅增强了降尘雾滴湿润凝并粉尘的能力。基于磁化与活性添加剂在改善溶液湿润性能方面的协同增效作用机理，并结合阴离子、非离子活性剂间复配增效作用机制，研发了制备活性磁化水的高效活性剂。构建了以表面张力、接触角及粉尘沉降时间为基础评价参数，溶液铺展功、浸入功、发泡性及湿润性能增长率为辅助性能参数的溶液湿润性能评价体系，系统分析了不同单体及复配表面活性剂对溶液湿润性能的作用效果，同时研究了磁化对复配活性剂溶液性能的影响，结果表明:在磁化作用下阴离子活性剂溶液湿润性能相对于非离子活性剂更易于得到改善，相同复配条件下活性添加剂(F+C)湿润性能最强且与磁化协同作用最好。在此基础上，研发了能与磁化具有较强协同增效作用的低成本活性磁化水添加剂，即在非离子活性剂F含量15%时与阴离子活性剂C复配得到的，其井下降尘使用量仅为0.03%。利用构建的活性添加剂溶液小型磁化实验系统，研究了磁化方式、磁场强度、磁程及穿过磁场的水流速度对活性磁化水湿润性能的作用效率，探明了高效制备活性磁化水所需的最佳磁化参数，并提出了基于脉动切割与螺旋扰流耦合作用的高效磁化方法。

结果表明:含有0.03%活性添加剂的溶液以4 m/s的速度穿过磁场强度为300-350 mT的脉动切割与螺旋扰流耦合磁场(磁程为8 m)，所制备得到的活性磁化水湿润性能最佳，其接触角相对于原有活性添加剂溶液减少了29.93%，降低到23.97°;同时，其表面张力有了进一步的降低，达到了26.37 mN/m。在此基础上，研究并确立了磁化装置高效制备活性磁化水所需的内部结构及内外磁铁分布方式，成功研发了活性磁化水高效磁化装置。基于所搭建的水基介质喷雾雾化降尘测试系统，开展了活性磁化水高效雾化方法及降尘特性实验研究，并据此构建了适用于煤矿井下粉尘防治的活性磁化水喷雾雾化技术体系。

研究表明:喷雾压力及喷嘴孔径是影响活性磁化水降尘雾场雾化特性的关键，所选孔径1.5 mm的喷嘴在喷雾压力5 MPa时所形成的降尘喷雾场雾化效果趋于最大化;活性磁化水降尘效率与喷雾压力间符合指数函数关系，其拟合函数方程为:η=-151.51*exp(-P/1.24)+80.07，同时活性磁化水对不同粒径区间呼尘具有高效降尘效率，对于0~2.5μm粒径区间的煤尘，其降尘效率相对于纯水有了31.46%的提高。此外，基于对不同喷嘴排布方式与活性磁化水雾化特性关系的研究，研制出了一种喷嘴排布装置，以互补式的喷雾方法排布喷嘴，显著提高了雾场对主要产尘源的覆盖面积。

现场应用证实了煤矿井下活性磁化水降尘技术能高效防治井下悬浮粉尘，特别是呼吸性粉尘。郑煤集团邹庄煤矿3109掘进工作面现场应用表明:活性磁化水降尘技术能有效降低煤矿井下粉尘浓度，全尘、呼尘浓度分别降至11.94 mg/m~3、7.74 mg/m~3;同时经山东鲁泰控股集团鹿洼煤矿采煤工作面现场应用表明:活性磁化水降尘技术能高效捕捉井下粉尘，其全尘、呼尘降尘效率分别达到了89.1%、87.6%，相对于水喷雾降尘，其全尘、呼尘降尘效率分别提高了34%、46.29%，大幅改善了煤矿井下职工的工作环境，保障了企业的安全生产。此外，现场应用进一步证实了磁化与活性添加剂溶液间的协同增效降尘作用。