瓦斯爆炸感应期内光学特征及微观动力学研究

在多个瓦斯爆炸实验平台上进行多参数大批次实验，利用光谱仪获取的瓦斯爆炸火焰发射光谱和利用高速摄影机获取的瓦斯爆炸火焰图像，采用光谱分析方法、数值分析方法和图像处理技术，分析得出瓦斯爆炸感应期内火焰发射光谱和图像光学特征的分析方法、特征参数及其分布规律，以及出现概率较高的自由基、分子及其特征光谱；利用量子化学软件结合实验分析结果，对瓦斯氧化微观动力学过程进行分析，得出瓦斯氧化的关键基元反应、自由基和其微观动力学参数，以及与光学特征的关系；提出感应期内瓦斯爆炸探测系统的设计构想和原理，分析探测系统中利用光学特征辨识瓦斯爆炸火焰的方法，在实验室条件下实现对瓦斯爆炸感应期内火焰的辨识。瓦斯爆炸感应期内光学特征及微观动力学研究，可以为基于光学特征的感应期内瓦斯爆炸探测技术提供方法指导和数据支持，为瓦斯抑爆技术提供理论支持，为最终实现在矿井下及时预报瓦斯爆炸并抑制其发展成灾提供研究基础。

瓦斯爆炸早期特别是感应期内的光学特征及微观动力学研究，为有针对性的研制瓦斯爆炸抑制剂提供理论支持，为提高瓦斯爆炸探测技术的可靠性提供方法指导和数据支持。.本项目在2套瓦斯爆炸实验系统上，先后开展了300余组瓦斯爆炸相关实验。采用图形图像处理技术，利用高速摄影仪获取的瓦斯爆炸火焰图像，结合热爆炸理论和化学反应动力学，分析了瓦斯爆炸火焰图像光学特征，得出了瓦斯爆炸初期火焰前沿位置和传播速度随时间变化的整体趋势近似呈指数型增长，瓦斯爆炸感应期内反应速率常数与瓦斯爆炸传播速度的平方近似成正比，瓦斯爆炸判定条件，瓦斯爆炸感应期的确定方法。采用光谱分析的方法，利用光谱仪获取的瓦斯爆炸火焰发射光谱，分析了瓦斯爆炸火焰光谱特征，得出了瓦斯爆炸感应期内火焰发射光谱频域光谱参数、时域光谱参数和特性参数等特征参数的分析方法及其规律；得出了瓦斯爆炸感应期内火焰中被探测到概率较大的自由基/分子及其特征光谱，特征光谱相对强弱，瓦斯体积分数对自由基/分子含量的影响，自由基/分子含量随时间变化过程。采用密度泛函理论下的（U）B3LYP方法，模拟分析了瓦斯爆炸的微观反应动力学过程，重点分析了单碳自由基的反应过程，涉及共132个反应，得出瓦斯爆炸链引发过程中的关键反应，瓦斯爆炸链传递过程中的关键自由基，瓦斯爆炸微观反应过程最有可能的历程。在借鉴已有火焰探测技术的基础上，结合研究得到的瓦斯爆炸感应期内光学特征，提出了瓦斯爆炸感应期内瓦斯爆炸探测系统的设计构想和原理，选取神经网络中的感知器和BP网络算法对瓦斯爆炸火焰进行了辨识，在实验室条件下，实现了对瓦斯爆炸感应期内火焰的辨识。.项目在国内外重要期刊发表学术论文13篇（9篇已刊出，4篇已录用），其中SCI源刊1篇，EI源刊5篇（2篇已收录），CA收录2篇，CSCD收录及中文核心期刊5篇，完成硕士学位论文2篇，正在申请国家发明专利1项。