为研究井下瓦斯爆轰特性,本文对管道内的甲烷气体爆轰特性进行了实验研究及仿真计算,并分析了甲烷气体爆轰产生的波形。为设计井下救生舱结构并进行优化,本文计算了作用载荷下救生舱舱体的冲击响应。首先,在内径63.5mm的圆柱形管道、内径50.8mm的圆形管道及小尺寸矩形截面管道内进行了CH4+2O2预混气爆轰实验。得到烟膜轨迹后,计算出横波间距数据的柱状图、方差曲线、自相关函数结果,与其它预混气进行对比,确定CH4+2O2是一种爆轰十分不稳定的气体。分析三种管道内得到的甲烷爆轰速度曲线,确定边界条件对爆轰速度的影响不明显,且爆轰波压力-时间曲线随传播距离有所改变。然后,用‘Chemical Equilibrium Analysis’程序,通过逼近法获得计算所需的爆轰初始压力,使用Autodyn建立瓦斯(以CH4为代表性气体)在全尺寸大型试验巷道中爆轰的有限元模型,得到了迎爆面、后端面以及各舱段的爆轰波压力-时间曲线。模拟结果与实验结果波形变化规律基本吻合,验证了该瓦斯爆轰模型的正确性。之后,通过分析北京科技大学进行的试验中舱体破坏情况,指出了救生舱设计要点及仿真标定的基础。采用非线性显示分析软件LS-DYNA计算救生舱在冲击波作用下的响应。采用单面多区域加载方式,加载Autodyn计算出的载荷曲线。获得整舱体应力结果、位移结果,重点部位位移、应力结果及联接结构多个位置的相对位移结果。对比数值模拟结果与真实试验结果,验证建立的数值仿真模型是有效可行的。仿真结果同时给出了救生舱在爆炸冲击下的薄弱结构,为设计优化打下了基础。为了分析不同参量对救生舱舱体抗冲击性能的影响,从静力学、有效容积、运输、舱段间密封风险等角度综合移动式中压钢制容器的结构标准确定救生舱舱体厚度,结合简支梁的最大弯矩、惯性矩及最大应力表达式、侧面简支梁及端面简支梁的最大挠度公式、有效体积等式计算出圆形截面和矩形截面舱体壳体长宽高尺寸及合适的舱段。设计了四种筋架结构,进行仿真计算,分析了一体式和分段式舱体、圆形截面和矩形截面舱体四种不同筋架结构舱体的薄弱环节及各自的适用情况。最后,根据分析出的救生舱舱体薄弱环节改进了救生舱结构,以避免变形失效及强度失效。按照舱体结构尺寸建立了有限元分析模型,整舱应力、应变、位移及重点部位计算结果表明救生舱结构安全,各联接位置均无密封失效,且在流场冲击载荷下表现出很好的力学性能。具有可标准化生产、可适用于不同的井矿需求、运输方便、综合性能高等优点。