矿井瓦斯爆炸的危害性和破坏性十分严重,为煤矿各种灾害之首。瓦斯爆炸事故一旦发生,就会瞬间产生爆炸冲击波、高温气流、灾害气体,从而引起通风构筑物的破坏、造成矿井通风网络风流紊乱、导致人员窒息死亡。考虑瓦斯爆炸冲击波传播过程中可能会呈现特殊性和复杂性,因此,需要及时、准确掌握瓦斯爆炸时期各参数在矿井通风网络中的时空变化过程,为井下避灾救灾工作提供技术支持。本文采用理论分析、实验和数值模拟相结合的方法,研究了瓦斯爆炸冲击波在平直、拐弯、分叉、断面突变管道以及A型网络、并联网络中的传播特征和衰减规律,并以此为基础,开发了瓦斯爆炸灾变过程模拟仿真系统,并以我国某煤矿瓦斯爆炸事故案例为研究对象,验证仿真系统的应用效果。取得的主要研究成果如下:(1)建立了爆炸冲击波传播的基本关系式,分析了多爆源冲击波之间的相互影响关系。基于瓦斯爆炸平面模型,得出瓦斯爆炸冲击波在直巷中发生衰减后的超压、气流速度、传播速度与传播距离之间的关系。(2)搭建不同的瓦斯爆炸实验系统,开展了瓦斯量分别为0.23m3、0.28m3、0.31m3的瓦斯爆炸实验研究,得出直巷中修正后的瓦斯爆炸冲击波超压的衰减计算式;发现在拐弯或分叉管道中,瓦斯爆炸超压衰减主要受拐弯或分叉角度和初始压力的影响,由此建立拐弯或分叉处超压衰减系数与拐弯或分叉角度、初始压力的耦合关系式。(3)通过实验研究了冲击波超压在A型网络内的传播特征,发现A型网络两侧对称时,A型网络对称两侧及角联管道对称位置的爆炸波形和超压衰减特征呈现出明显的对称特征;当不对称时,即改变某一侧管道的阻塞率,发现阻塞率的增加对该侧冲击波超压起到加强作用。实验研究了冲击波超压在并联网络内的传播特征,得出最大超压整体呈现出单调减小的变化趋势,且沿着并联网络两侧的最大超压变化趋势相同。(4)通过数值模拟研究了冲击波超压在断面突变管道内的传播特征,发现断面由小到大突变时,冲击波超压减小;断面由大到小突变时,冲击波超压增加,且反射波的超压值超过了初始入射波的超压值;在此基础上,建立其突变处超压衰减系数、增大系数和反射系数分别与断面变化率、初始压力之间的关系。(5)给出了瓦斯爆炸灾变过程非稳态网络解算模型、风流温度传播和混合模型、火风压模型及灾害气体在通风网络中传播模型,提出了爆炸冲击波超压对通风构筑物破坏判定方法。通过对瓦斯爆炸各场量因素进行特性分析,提出瓦斯爆炸灾变过程的场量模型;由此建立瓦斯爆炸场模型类,并对场量时序性进行了分析,以瓦斯爆炸灾变过程仿真为核心,构建了一个集仿真计算、数据管理、时空过程可视化为一体的模拟仿真综合平台。(6)采用研发的瓦斯爆炸灾变过程仿真系统对我国某煤矿瓦斯爆炸事故案例进行仿真模拟,分析爆炸冲击波对通风构筑物的破坏情况、通风网络结构的动力演化、冲击波超压传播过程和灾害气体在网络中动态蔓延过程,并以此验证仿真系统效果。本研究成果不仅具有重要的理论和实践价值,而且对解决我国矿井瓦斯爆炸灾害事故及瓦斯爆炸后通风系统灾后修复具有重要的指导作用。