天然气作为重要的清洁能源之一,在工业上有着很重要的应用的同时也是民用的重要能源。甲烷不仅是天然气的主要成分气体之一,同时也是在煤矿开采过程最危险的气体。甲烷/空气预混气体无论在煤矿开采还是工业的应用中,一旦发生爆炸,会造成巨大的危害。在煤矿的开采过程中,虽然井下安装了一些防火防爆的措施,但是井下瓦斯爆炸事故的发生依旧频繁。主要原因在于对瓦斯爆炸机理的研究不够深入。由于煤层瓦斯释放,在有限空间内形成具有不同浓度分布的预混气体,遇到点火源之后发生瓦斯爆炸事故。因此,本文以瓦斯爆炸实验装备为平台,研究不同瓦斯浓度分布以及障碍物对甲烷爆炸特性的影响,探讨障碍物对不同甲烷浓度分布的爆炸特性机理。本文结合实际情况,搭建实验平台。采用两段100 mm 100 mm 500 mm的管道,与点火源相连接的管道称为点火源端管道,与泄压口端相连接的管道称为泄压口端管道,两段管道之间采用密封膜进行隔断密封,之后分别对两管道充入实验所需不同浓度的甲烷气体。研究内容主要如下:(1)点火源端管道充入甲烷气体浓度分别为:8%、9.5%、12%,泄压口端的管道内充入甲烷气体浓度分别为4%、8%、9.5%、12%、16%,构成不同浓度分布的实验工况气体。(2)在泄压口端的管道上设置障碍物,其中在点火源端管道采用浓度9.5%甲烷气体,泄压口端管道采用甲烷浓度为4%、8%、9.5%、12%、16%。(3)研究不同形状与不同阻塞率的障碍物,在管道截面位置的变化对9.5%甲烷浓度气体的爆炸特性的影响。通过实验研究得出以下结论:在对分布不同浓度区间管道内甲烷爆炸特性研究中,可以发现,当点火端口管道内甲烷浓度为12%,泄压口端管道内甲烷浓度为8%时,管道内甲烷爆炸能够产生最大爆炸峰值压力。同时在爆炸管道内,高浓度甲烷向低浓度甲烷气体燃烧传播时产生的爆炸压力,比甲烷气体低浓度向高浓度燃烧时产生的爆炸压力大。对比有无障碍物爆炸压力峰值随泄压口管道浓度变化趋势可以看出,两者的变化趋势不同。无障碍物时,压力峰值随浓度的增减呈现先增后减的趋势;有障碍物时,压力峰值与浓度大小呈正相关。火焰传播速度整体呈现增加-减少-增加的变化过程,且火焰传播速度在前期的变化情况,与泄压端口管道甲烷浓度分布情况的相关性较小。在泄压端口管道甲烷浓度小于9.5%(包括9.5%),火焰的平均传播速度与障碍物距离点火源的距离呈负相关;在泄压端口管道中甲烷浓度大于9.5%时,火焰的传播时间随着障碍物距离点火源的增加而增加。在研究不同类型的间距比对甲烷爆炸特性的影响中,间距比与爆炸压力呈正相关性。其中当障碍物在管道中心位置使传播火焰均匀分布时,对瓦斯爆燃特性的影响最大。障碍物与管道壁面间距比改变,对阻塞率50%的长方平板障碍物爆炸压力增加率的影响最大,相比于间距比为0时的爆燃超压,间距比为0.25和0.5的爆燃超压分别增加了55.6%、101.8%。