Kaivoskaasuräjähdykset ovat lämpöketjureaktioita (kutsutaan myös ketjureaktioiksi). Kun räjähtävä seos absorboi tietyn energiakynnyksen (tyypillisesti syttymislähteestä peräisin olevan lämpöenergian), molekyyliketju hajoaa ja dissosioituu kahdeksi tai useammaksi vapaaksi radikaaliksi. Nämä erittäin reaktiiviset vapaat radikaalit toimivat aktivointikeskuksina, jotka ylläpitävät reaktion etenemistä.Sopivissa olosuhteissa kukin vapaa radikaali voi hajota edelleen ja tuottaa kaksi tai useampia uusia vapaita radikaaleja. Tämä sykli jatkuu loputtomasti, kun vapaat radikaalit moninkertaistuvat ja kemiallinen reaktio kiihtyy, kunnes se huipentuu palamiseen tai räjähtävään hapettumisreaktioon. Kaasuräjähdykset ovat siis pohjimmiltaan voimakkaita hapettumisreaktioita, jotka tapahtuvat, kun tietty pitoisuus metaania reagoi ilman kanssa.Kaasuräjähdysten edellytykset ovat: tietty kaasupitoisuus, korkean lämpötilan syttymislähde ja riittävä määrä happea. Tarkastellaan nyt näitä olosuhteita yksityiskohtaisesti.
Kaivoskaasuräjähdykset ovat termisesti ketjutettuja reaktioita (kutsutaan myös ketjureaktioiksi). Kun räjähtävä seos absorboi tietyn määrän energiaa (tyypillisesti syttymislähteestä peräisin olevaa lämpöenergiaa), molekyyliketju hajoaa ja dissosioituu kahdeksi tai useammaksi vapaaksi radikaaliksi (tunnetaan myös nimellä radikaalit). Nämä vapaat radikaalit ovat erittäin kemiallisesti reaktiivisia ja muodostavat aktivoituneita keskuksia, jotka ylläpitävät reaktion etenemistä.Sopivissa olosuhteissa kukin vapaa radikaali voi hajota edelleen ja tuottaa kaksi tai useampia uusia vapaita radikaaleja. Tämä sykli jatkuu loputtomasti, kun vapaat radikaalit lisääntyvät ja kemiallinen reaktio kiihtyy, kunnes se huipentuu palamiseen tai räjähtävään hapettumisreaktioon. Kaasuräjähdykset ovat siis pohjimmiltaan voimakkaita hapettumisreaktioita, jotka tapahtuvat, kun tietty pitoisuus metaania reagoi ilman kanssa.Kaasuräjähdyksen edellytykset ovat: tietty kaasupitoisuus, korkean lämpötilan syttymislähde ja riittävä määrä happea. Seuraavassa tarkastellaan kaasuräjähdyksen edellytyksiä. (1) Kaasupitoisuus Kaasuräjähdys tapahtuu tietyllä pitoisuusalueella. Pitoisuusalue ilmaan, jossa kaasu syttyy kosketuksessa tulen kanssa, kutsutaan kaasun räjähdysrajaksi.Metaanin räjähdysrajat ovat 5–16 %. Kun metaanipitoisuus on alle 5 %, se ei räjähdä syttyessään, vaan muodostaa liekin ympärille palokerroksen. 9,5 %:n pitoisuudella räjähdysvoima on suurimmillaan (happi ja metaani reagoivat täydellisesti). Yli 16 %:n pitoisuudella se menettää räjähdysominaisuutensa, mutta palaa silti ilmassa syttyessään.Kaasun räjähdysrajat eivät ole kiinteitä, vaan niihin vaikuttavat tekijät kuten lämpötila, paine ja hiilipölyn, muiden palavien kaasujen tai inerttien kaasujen läsnäolo.Tämä vaihtelee kuitenkin tekijöiden, kuten metaanipitoisuuden, syttymislähteen luonteen ja seoksen paineen, mukaan. Metaani syttyy helpoimmin, kun sen pitoisuus on 7–8 %. Seoksen paineen kasvaessa syttymislämpötila laskee. Samalla syttymislämpötilalla suurempi syttymislähteen pinta-ala ja pidempi palamisaika lisäävät metaanin syttymistodennäköisyyttä.Korkean lämpötilan syttymislähteen läsnäolo on yksi kaasuräjähdyksen välttämättömistä edellytyksistä. Tupakointi maanalaisissa tiloissa, sähköiset kipinät, luvaton räjäytys, hiilen itsesyttymisreaktiot ja avotulen käyttö voivat kaikki helposti aiheuttaa kaasuräjähdyksiä. Siksi kaasua sisältävissä kaivoksissa työskenneltäessä on ehdottomasti noudatettava tiukasti hiilikaivosten turvallisuusmääräysten asiaankuuluvia säännöksiä.
(3) Happipitoisuus
Käytännön kokemukset osoittavat, että ilman happipitoisuuden laskiessa metaaniräjähdyksen raja pienenee vastaavasti. Kun happipitoisuus laskee alle 12 %, metaani-ilma-seos menettää räjähtävät ominaisuutensa.Tämä ominaisuus vaikuttaa merkittävästi suljettuihin paloalueisiin maanalaisissa tiloissa. Tällaisilla alueilla kertyy tyypillisesti huomattavia määriä metaania ja niissä on syttymislähteitä, mutta räjähdyksiä ei tapahdu alhaisen happipitoisuuden vuoksi. Jos raitisilman virtaaminen nostaa happipitoisuuden yli 12 %, räjähdys on mahdollinen.Siksi paloalueiden tiukka hallinta on välttämätöntä, ja erityistä varovaisuutta on noudatettava niiden sulkemista avattaessa. Sulkeminen saa poistaa vasta, kun palo on täysin sammutettu.
Kaasuräjähdyksen aiheuttamat korkeat lämpötilat ja paineet työntävät räjähdyslähteen lähellä olevat kaasut ulospäin valtavalla nopeudella, aiheuttaen uhreja, vahingoittamalla teitä ja laitteita sekä nostattamalla ilmaan huomattavia määriä hiilipölyä, joka osallistuu räjähdykseen ja vahvistaa sen tuhoavaa voimaa.Lisäksi räjähdys tuottaa huomattavia määriä myrkyllisiä kaasuja, jotka voivat aiheuttaa kuolemaan johtavia myrkytyksiä. Kaasuräjähdysten syntymiseen vaikuttavien olosuhteiden ymmärtäminen on välttämätöntä, jotta niitä voidaan tehokkaasti ehkäistä ja analysoida niiden syntyyn vaikuttavia tekijöitä.