随着煤矿开采深度的进一步加深,瓦斯涌出量急剧增加,瓦斯爆炸灾害的威胁也日益严重。我国煤矿所发生的特大事故大多属于瓦斯爆炸事故,要防治瓦斯爆炸事故,首先要掌握瓦斯爆炸特性参数(如爆炸极限、爆炸压力以及火焰传播速度)的变化规律及其影响因素。研究气体爆炸常用的装置有20L圆柱型罐体、1m3球型罐等,但这些装置并不适于用来研究瓦斯爆炸；研究瓦斯爆炸现象需要借助于模拟巷道或实验管道,通过实验或模拟找出瓦斯爆炸特性参数。为此,本文建立了一套新的水平管道式气体爆炸实验系统,管道最长可达9.7m,内径为0.14m,长径比为70,该系统包括水平管道式燃烧爆炸管、爆炸压力测试系统以及自行设计的电气控制系统和火焰速度测试系统,并完成了对整个实验系统的安装调试,使之达到了实验要求。瓦斯的主要成分是甲烷(CH4),因此瓦斯爆炸可以看作是甲烷-空气(CH4-Air)预混气体在外界火源诱导激发下的爆炸过程。本文利用新建立的水平管道式气体爆炸实验系统对甲烷-空气预混气体的爆炸过程进行了系统研究。首先在0.7m管道内对甲烷的爆炸极限进行了实验研究,结果表明在本文所采用的实验条件下甲烷爆炸极限范围为5%-15%；在甲烷爆炸极限范围内选取了5种不同浓度的甲烷,对其爆炸压力进行了实验研究,结果表明甲烷的最佳爆炸浓度为10%,在该浓度下甲烷的爆炸压力和爆炸压力上升速率最大,达到最大爆炸压力的时间最短；用自行设计的火焰速度测试系统分别对9.7m光滑管道和置障管道内甲烷爆炸火焰传播速度进行了实验研究,实验结果表明甲烷在置障管道内的火焰传播速度明显大于其在光滑管道内的火焰传播速度,在管道两端密闭的条件下无论是光滑管道还是置障管道火焰传播速度均随其在管道内传播距离的增大而减小。针对管道长度、障碍物、配气方法和传感器安装深度等因素对管道内甲烷-空气预混气体爆炸压力的影响开展了对比性的实验研究。通过三种不同长度管道内的甲烷爆炸实验发现3.1m管道内甲烷的爆炸压力和爆炸压力上升速率最大,同时二者还随爆炸波在管道内传播距离的增大而增大；以阻塞率为60%的圆环型障碍物为例,通过实验研究了障碍物对甲烷爆炸压力的影响,结果表明当障碍物数量为3片时甲烷的爆炸压力和爆炸压力上升速率最大,二者在置障管道内随爆炸波在管道内传播距离的增大呈现出先减小后增大的变化规律；针对传统的两端配气法对长管道配气时气体混合均匀度低的问题,自行设计了一套配气装置并建立了多点多节配气法,结果表明多点多节配气法可显著提高长管道内甲烷-空气预混气体的均匀度,对于体积浓度为10%的甲烷气体,气体混合均匀度越高其爆炸压力和爆炸压力上升速率越大；改变传感器在管道内的安装深度可使传感器敏感面位于管道直径方向四个不同的位置,通过对这四个位置甲烷的爆炸压力的实验研究发现随着传感器敏感面到管道中心距离的增大,甲烷最大爆炸压力及最大爆炸压力上升速率依次减小,管道中心处的最大爆炸压力约为管道壁面最大爆炸压力的1.8倍。利用Fluent软件对管道内甲烷-空气预混气体爆炸过程进行了数值模拟。针对甲烷-空气预混气体分别在光滑管道和置障管道内的爆炸火焰阵面进行了模拟,并将数值模拟结果与实验结果进行了对比分析,结果表明二者有较好的一致性。