Výbuchy důlního plynu představují tepelnou řetězovou reakci (nazývanou také řetězová reakce). Jakmile výbušná směs absorbuje určitou energetickou hranici (obvykle tepelnou energii ze zdroje zapálení), molekulární řetězec se rozštěpí a rozloží se na dva nebo více volných radikálů. Tyto vysoce reaktivní volné radikály slouží jako aktivační centra a udržují průběh reakce.Za vhodných podmínek se každý volný radikál může dále rozkládat a vytvářet dva nebo více dalších volných radikálů. Tento cyklus pokračuje donekonečna, volné radikály se množí a chemická reakce se zrychluje, až vyvrcholí spalovací nebo explozivní oxidační reakcí. Výbuchy plynu jsou tedy v podstatě násilné oxidační reakce, ke kterým dochází, když metan v určité koncentraci reaguje se vzduchem.Předpoklady pro výbuchy plynu jsou: specifická koncentrace plynu, přítomnost zdroje vznícení s vysokou teplotou a dostatečné množství kyslíku. Podívejme se nyní na tyto podmínky podrobněji.
Výbuchy důlního plynu představují termálně řetězovou reakci (nazývanou také řetězová reakce). Po absorpci určitého množství energie (obvykle tepelné energie ze zdroje zapálení) výbušnou směsí dochází k rozštěpení molekulárního řetězce, který se rozloží na dva nebo více volných radikálů (známých také jako radikály). Tyto volné radikály mají významnou chemickou reaktivitu a stávají se aktivovanými centry, která udržují průběh reakce.Za vhodných podmínek se každý volný radikál může dále rozkládat a vytvářet dva nebo více dalších volných radikálů. Tento cyklus pokračuje donekonečna, volné radikály se množí a chemická reakce se zrychluje, až vyvrcholí spalovací nebo explozivní oxidační reakcí. Výbuchy plynu jsou tedy v podstatě násilné oxidační reakce, ke kterým dochází, když metan v určité koncentraci reaguje se vzduchem.Předpoklady pro výbuchy plynu jsou: specifická koncentrace plynu, přítomnost zdroje vznícení s vysokou teplotou a dostatečné množství kyslíku. Níže podrobně prozkoumáme podmínky pro výbuchy plynu.
(1) Koncentrace plynu
Výbuchy plynu se vyskytují v definovaném rozmezí koncentrací. Rozmezí koncentrací, při kterém se plyn ve vzduchu může vznítit při kontaktu s plamenem, se nazývá mez výbušnosti plynu.Limity výbuchu metanu se pohybují v rozmezí 5 % až 16 %. Pokud je koncentrace metanu nižší než 5 %, při zapálení nevybuchne, ale vytvoří kolem plamene spalovací vrstvu. Při koncentraci 9,5 % je výbušná síla maximální (což znamená úplnou reakci kyslíku a metanu). Při koncentraci vyšší než 16 % ztrácí své výbušné vlastnosti, ale při zapálení stále hoří na vzduchu.Meze výbušnosti plynu nejsou pevně dané; ovlivňují je faktory jako teplota, tlak a přítomnost uhelného prachu, jiných hořlavých plynů nebo inertních plynů.To se však liší v závislosti na faktorech, jako je koncentrace plynu, vlastnosti zdroje zapálení a tlak směsi. Metan se nejlépe zapaluje, když je jeho koncentrace mezi 7 % a 8 %. Zvýšení tlaku směsi snižuje teplotu vznícení. Při stejné teplotě vznícení zvyšuje pravděpodobnost vznícení metanu větší plocha zdroje zapálení a delší doba hoření.Přítomnost zdroje vznícení s vysokou teplotou je jednou z nezbytných podmínek pro výbuch plynu. Činnosti, jako je kouření v podzemí, elektrické jiskry, neoprávněné odstřely, samovolné hoření uhlí a práce s otevřeným ohněm, mohou snadno způsobit výbuch plynu. Při práci v dolech obsahujících plyn je proto nezbytné přísně dodržovat příslušná ustanovení bezpečnostních předpisů pro uhelné doly.
(3) Koncentrace kyslíku
Praxe ukazuje, že s poklesem koncentrace kyslíku ve vzduchu se odpovídajícím způsobem zmenšuje hranice výbuchu metanu. Když koncentrace kyslíku klesne pod 12 %, směs metanu a vzduchu ztrácí své výbušné vlastnosti.Tato vlastnost má významný vliv na uzavřené požární zóny v podzemí. V těchto zónách se obvykle hromadí značné množství metanu a jsou zde zdroje vznícení, ale díky nízké hladině kyslíku zůstávají nevýbušné. Pokud by vniknutí čerstvého vzduchu zvýšilo koncentraci kyslíku nad 12 %, mohlo by dojít k výbuchu.Proto je nezbytné přísné řízení požárních zón, přičemž je třeba věnovat zvláštní pozornost jejich odpečetění. Pečeť smí být odstraněna až po úplném uhašení požáru.
Vysoké teploty a tlaky vznikající při výbuchu plynu vymrští plyny v blízkosti zdroje výbuchu ven obrovskou rychlostí, což způsobuje oběti na životech, poškození silnic a zařízení a zvíří značné množství uhelného prachu, který se podílí na výbuchu a zesiluje jeho ničivou sílu.Kromě toho výbuch generuje značné množství toxických plynů, které vedou k úmrtím v důsledku otravy. Porozumění těmto podmínkám pro výbuchy plynu je nezbytné pro účinnou prevenci jejich výskytu a analýzu faktorů, které k nim přispívají.