甲烷爆炸或甲烷-煤尘爆炸是煤矿井下爆炸事故的主要形式，受到社会的广泛关注。甲烷-空气混合物、煤粉-空气混合物的混合过程与爆炸特性是爆炸事故发生的基础问题，因此开展此项研究工作具有重要理论意义和现实意义。本文利用以大尺寸密闭容器10m3爆炸罐为主体的多元气体混合及浓度监测实验系统；通过系统性实验，研究了进气装置结构尺寸、进气速率及不同进气压差等因素对甲烷-空气二元混合效果的影响，结果表明，当进气系统开孔直径为1.5mm、开孔间距为100mm、进气速率控制在8m3/h和初始真空度为-0.04MPa时，气体混合效果达到最佳状态。在甲烷-空气快速均匀混合的条件下，对大尺寸密闭容器10m3爆炸罐内甲烷在空气中的爆炸极限进行了测试，通过压力发展和光学测试相结合的评判标准，按照一定程度“绝对安全”的理念，确定10m3爆炸罐内甲烷在空气中的不爆炸下限为5.5%，不爆炸上限为15.5%。在对甲烷空气混合物燃爆压力波形分析后发现，接近甲烷爆炸下限浓度处存在三种压力波形式且存在前导弱压力波和二次发展形成的燃烧波共存的状态。基于爆炸波驱动固体颗粒抛撒的相关理论及基础研究成果，建立了适用于大尺寸空间内煤粉云团均匀稳定形成的方法。通过系统实验，对爆炸波驱动煤粉抛撒的过程进行动态分析，发现煤尘云团边界层速度呈现三个运动阶段：加速、减速和湍流阶段；通过分析不同驱动能量对煤粉云团的边界速度及云团体积的影响，发现在本实验条件下，中心药量的增加并不能获得较大的云团体积，可以获得较大的初始边界运动速度；当中心药质量百分比为1.3%时，煤粉量范围在320g到1110g之间的抛撒形成云团体积均达到最大值。利用AutoReaGas软件模拟研究了巷道内甲烷浓度、甲烷积聚区位置、障碍物阻塞比、初始压力、初始温度等因素对甲烷-空气混合物爆炸特征参数的影响；对比分析了甲烷-空气和甲烷-煤粉-空气混合物爆炸特征参数。结果发现，有煤粉参与的燃烧爆炸混合物的爆炸超压更大，最大超压出现的位置更靠近点火源。上述取得的大尺度条件下甲烷及煤尘空气中混合与爆炸特性研究的成果，为煤矿井下爆炸预防和控制打下了基础。