氧气是燃烧与爆炸的三要素之一，如果能控制可燃性气体混合物中的氧含量，使其处于临界氧浓度氧体积百分数以外，就可以防止发生爆炸。许多工业生产场合都将可燃性气体氧含量作为重要的安全技术指标。而随着目前煤矿瓦斯爆炸事故的频繁发生，对煤矿瓦斯爆炸条件也有着广泛而深入地研究。目前许多关于气体燃烧与爆炸的文献中对气体中氧的含量有一些论述，但是对于可燃性气体临界氧浓度的研究不是很多，对于混合气体氧浓度数据国内外还未见到文献报道。因此本文就煤矿瓦斯的主要成分甲烷及甲烷混气进行了氧浓度的实验研究，得出的数据和结论对矿井瓦斯灾害的肪治和治理提供了一些理论基础。
1 实验装置及原理
1.1 实验装置系统
主要由4个部分组成：高压爆炸反应器、配气系统、点火系统和测量系统(实验装置图略)。设备情况见文献。
1.2 实验原理
理论分析可知在可燃性混合气体中，当加入惰性气体，如二氧化碳、氮气，可燃性混合气体中的氧浓度会相应减小，同时会有效缩小可燃性混合气体的爆炸极限范围，使爆炸下限上升，而爆炸上限下降，爆炸范围最终聚为一点，超过此点混合气体即退出爆炸范围，此点则为可燃性混合气体的爆炸极限临界点，此点对应的氧浓度即为爆炸极限临界氧浓度。如果加入的惰性气体能使可燃性混合气体中的氧浓度在临界值以下，无论可燃性气体与惰性气体含量发生任何变化，均不会发生爆炸。
1.3 实验条件
本实验选用纯甲烷、甲烷与氢气比例为10：1的混气、甲烷与乙烯比例为10：1的混气这三种气体，通过充入不同比例的二氧化碳或氮气对这三种气体的爆炸极限及氧浓度进行实验测定，得出这三种气体的爆炸极限及氧浓度变化图。实验使用配气装置，将实验所需气体(采用分压比的方法进行配气)经过配气系统充入爆炸室充分混合，进行点火爆炸实验。
2 实验结果与分析
2.1 甲烷、甲烷＋氢气、甲烷＋乙烯爆炸极限及氧浓度的对比分析
从图1中看出随着二氧化碳气量的增加，氧气体积分数逐渐下降，甲烷混气爆炸极限范围逐渐缩小。其中，爆炸下限随着二氧化碳充入量的增加而升高，爆炸下限变化比较缓慢；爆炸上限随着二氧化碳充入量的增加而减少，爆炸上限变化较快。随着充入二氧化碳体积分数的增加，氧气体积分数变化比较平缓，爆炸上限和爆炸下限对应的氧浓度都是平滑的下降，而爆炸上限值的变化相对于上限氧浓度的变化较快，爆炸下限值的变化与下限氧浓度变化相比，差别不大。所以充入二氧化碳后，氧浓度对爆炸上限的影响比对爆炸下限的影响大。可见增加混气中二氧化碳的体积分数除了减小了混合气体中的氧浓度外，同时还体现了二氧化碳的惰化作用，使爆炸极限发生变化。
图1 甲烷及甲烷混气在空气中充入二氧化碳爆炸极限及氧浓度图
