Les explosions de gaz dans les mines constituent une réaction thermique en chaîne (également appelée réaction en chaîne). Lorsque le mélange explosif absorbe un seuil d'énergie spécifique (généralement l'énergie thermique provenant d'une source d'inflammation), la chaîne moléculaire subit une scission et se dissocie en deux ou plusieurs radicaux libres. Ces radicaux libres hautement réactifs servent de centres d'activation, entretenant la progression de la réaction.Dans des conditions appropriées, chaque radical libre peut se décomposer davantage, générant deux ou plusieurs radicaux libres supplémentaires. Ce cycle se poursuit indéfiniment, les radicaux libres se multipliant et la réaction chimique s'accélérant jusqu'à aboutir à une combustion ou à une réaction d'oxydation explosive. Ainsi, les explosions de gaz sont essentiellement des réactions d'oxydation violentes qui se produisent lorsque du méthane à une concentration spécifique interagit avec l'air.Les conditions préalables à une explosion de gaz sont les suivantes : une concentration spécifique de gaz, la présence d'une source d'inflammation à haute température et une quantité suffisante d'oxygène. Examinons maintenant ces conditions en détail.
Les explosions de gaz dans les mines constituent une réaction en chaîne thermique (également appelée réaction en chaîne). Lorsque le mélange explosif absorbe une quantité spécifique d'énergie (généralement l'énergie thermique provenant d'une source d'inflammation), la chaîne moléculaire subit un clivage et se dissocie en deux ou plusieurs radicaux libres (également appelés radicaux). Ces radicaux libres possèdent une réactivité chimique importante et deviennent les centres activés qui soutiennent la progression de la réaction.Dans des conditions appropriées, chaque radical libre peut se décomposer davantage, générant deux ou plusieurs radicaux libres supplémentaires. Ce cycle se poursuit indéfiniment, les radicaux libres proliférant et la réaction chimique s'accélérant jusqu'à aboutir à une combustion ou à une réaction d'oxydation explosive. Ainsi, les explosions de gaz sont essentiellement des réactions d'oxydation violentes qui se produisent lorsque du méthane à une concentration spécifique interagit avec l'air.Les conditions préalables à une explosion de gaz sont les suivantes : une concentration spécifique de gaz, la présence d'une source d'inflammation à haute température et une quantité suffisante d'oxygène. Nous examinerons ci-dessous en détail les conditions nécessaires à une explosion de gaz. (1) Concentration de gaz Les explosions de gaz se produisent dans une plage de concentration définie. La plage de concentration dans laquelle le gaz présent dans l'air peut s'enflammer au contact d'une flamme est appelée limite d'explosivité du gaz.Les limites d'explosivité du méthane vont de 5 % à 16 %. Lorsque la concentration en méthane est inférieure à 5 %, il n'explose pas lors de l'inflammation, mais forme une couche de combustion autour de la flamme. À une concentration de 9,5 %, la force explosive est maximisée (réaction complète entre l'oxygène et le méthane). Au-delà d'une concentration de 16 %, il perd ses propriétés explosives, mais continue de brûler dans l'air lorsqu'il est enflammé.Les limites d'explosivité du gaz ne sont pas fixes ; elles sont influencées par des facteurs tels que la température, la pression et la présence de poussière de charbon, d'autres gaz combustibles ou de gaz inertes.Cependant, cela varie en fonction de facteurs tels que la concentration du gaz, les caractéristiques de la source d'inflammation et la pression du mélange. Le méthane s'enflamme plus facilement lorsque sa concentration est comprise entre 7 % et 8 %. Une augmentation de la pression du mélange abaisse la température d'inflammation. À température d'inflammation égale, une source d'inflammation plus importante et une durée de combustion plus longue augmentent le risque d'inflammation du méthane.La présence d'une source d'inflammation à haute température est l'une des conditions essentielles à une explosion de méthane. Des activités telles que fumer sous terre, les étincelles électriques, les explosions non autorisées, la combustion spontanée du charbon et le travail avec des flammes nues peuvent facilement provoquer des explosions de méthane. Par conséquent, lorsque l'on travaille dans des mines contenant du méthane, il est impératif de respecter strictement les dispositions pertinentes du règlement sur la sécurité dans les mines de charbon.
(3) Concentration en oxygène
Des preuves pratiques démontrent que lorsque la concentration en oxygène dans l'air diminue, la limite d'explosivité du méthane diminue en conséquence. Lorsque la concentration en oxygène tombe en dessous de 12 %, le mélange méthane-air perd ses propriétés explosives.Cette propriété a un impact significatif sur les zones d'incendie scellées sous terre. Ces zones accumulent généralement une quantité importante de méthane et abritent des sources d'inflammation, mais aucune explosion ne se produit en raison des faibles niveaux d'oxygène. Si l'entrée d'air frais fait passer la concentration en oxygène au-dessus de 12 %, une détonation devient possible.Il est donc essentiel de gérer rigoureusement les zones d'incendie et de faire preuve d'une prudence particulière lors de leur ouverture. Le scellement ne doit être levé qu'après l'extinction complète de l'incendie.
Les températures et pressions élevées générées par une explosion de gaz propulsent les gaz situés à proximité de la source de l'explosion vers l'extérieur à une vitesse considérable, causant des victimes, endommageant les routes et les équipements, et soulevant une quantité importante de poussière de charbon qui participe à l'explosion, amplifiant ainsi la force destructrice.De plus, l'explosion génère des quantités importantes de gaz toxiques, entraînant des décès par empoisonnement. Il est essentiel de comprendre ces conditions d'explosion de gaz pour prévenir efficacement leur occurrence et analyser leurs facteurs contributifs.