Gasseksplosjoner i gruver utgjør en termisk kjedereaksjon (også kalt en kjede-lås-reaksjon). Når den eksplosive blandingen absorberer en spesifikk energiterskel (vanligvis termisk energi fra en antenningskilde), gjennomgår molekylkjeden spaltning og dissocierer til to eller flere frie radikaler. Disse svært reaktive frie radikalene fungerer som aktiveringssentre og opprettholder reaksjonens fremgang.Under passende forhold kan hvert fritt radikal spaltes videre og generere to eller flere nye frie radikaler. Denne syklusen fortsetter i det uendelige, med frie radikaler som formerer seg og den kjemiske reaksjonen som akselererer til den kulminerer i en forbrenning eller eksplosiv oksidasjonsreaksjon. Gasseksplosjoner er altså i hovedsak voldsomme oksidasjonsreaksjoner som oppstår når metan i en bestemt konsentrasjon kommer i kontakt med luft.Forutsetningene for gasseksplosjoner er: en bestemt konsentrasjon av gass, tilstedeværelse av en høytemperatur-antennelseskilde og tilstrekkelig oksygen. La oss nå se nærmere på disse forholdene.
Gasseksplosjoner i gruver utgjør en termisk kjedereaksjon (også kalt en kjede-lås-reaksjon). Når den eksplosive blandingen absorberer en bestemt mengde energi (typisk termisk energi fra en antenningskilde), gjennomgår molekylkjeden spaltning og dissocierer til to eller flere frie radikaler (også kjent som radikaler). Disse frie radikalene har betydelig kjemisk reaktivitet og blir de aktiverte sentrene som opprettholder reaksjonens progresjon.Under passende forhold kan hvert fritt radikal spaltes videre og generere to eller flere ekstra frie radikaler. Denne syklusen fortsetter i det uendelige, med frie radikaler som formerer seg og den kjemiske reaksjonen som akselererer til den kulminerer i en forbrenning eller eksplosiv oksidasjonsreaksjon. Gasseksplosjoner er altså i hovedsak voldsomme oksidasjonsreaksjoner som oppstår mellom metan i en bestemt konsentrasjon og luft under passende forhold.Forutsetningene for gasseksplosjoner er: en bestemt konsentrasjon av gass, tilstedeværelse av en høytemperatur-antennelseskilde og tilstrekkelig oksygen. Nedenfor skal vi se nærmere på forholdene for gasseksplosjoner.
(1) Gasskonsentrasjon
Gasseksplosjoner oppstår innenfor et definert konsentrasjonsområde. Konsentrasjonsområdet der gass i luft kan antennes ved kontakt med en flamme, kalles gasseksplosjonsgrensen.Eksplosjonsgrensene for metan varierer fra 5 % til 16 %. Når metankonsentrasjonen er under 5 %, eksploderer den ikke ved antenning, men danner et forbrenningslag rundt flammen. Ved en konsentrasjon på 9,5 % er eksplosjonskraften maksimert (fullstendig reaksjon mellom oksygen og metan). Over en konsentrasjon på 16 % mister den sine eksplosive egenskaper, men vil fortsatt brenne i luft når den antennes.Gasseksplosjonsgrensene er ikke faste; de påvirkes av faktorer som temperatur, trykk og tilstedeværelse av kullstøv, andre brennbare gasser eller inerte gasser.Dette varierer imidlertid avhengig av faktorer som gasskonsentrasjon, antennelseskildens egenskaper og blandingens trykk. Metan antennes lettest når konsentrasjonen er mellom 7 % og 8 %. En økning i blandingstrykket senker antennelsestemperaturen. Ved samme antennelsestemperatur øker sannsynligheten for metantennelse ved større antennelseskildeareal eller lengre brennetid.Tilstedeværelsen av en høytemperatur antennelseskilde er en av de viktigste forutsetningene for en gasseksplosjon. Aktiviteter som røyking under jorden, elektriske gnister, uautorisert sprengning, spontan forbrenning av kull og arbeid med åpen ild kan alle lett forårsake gasseksplosjoner. Derfor er det viktig å følge de relevante bestemmelsene i sikkerhetsforskriftene for kullgruver nøye når man arbeider i gruver som inneholder gass.
(3) Oksygenkonsentrasjon
Praktiske erfaringer viser at når oksygenkonsentrasjonen i luften synker, krymper metaneksplosjonsgrensen tilsvarende. Når oksygenkonsentrasjonen faller under 12 %, mister metan-luftblandingen sine eksplosive egenskaper.Denne egenskapen har betydelig innvirkning på forseglede brannsoner under jorden. Slike soner akkumulerer vanligvis betydelige mengder metan og inneholder antennelseskilder, men eksplosjoner forekommer ikke på grunn av lave oksygennivåer. Hvis tilførsel av frisk luft øker oksygenkonsentrasjonen til over 12 %, blir det mulig med detonasjon.Det er derfor viktig med streng kontroll av brannsoner, og man må være særlig forsiktig når man åpner dem. Forseglingen må først fjernes etter at brannen er fullstendig slukket.
De høye temperaturene og trykkene som genereres av en gasseksplosjon, driver gasser i nærheten av eksplosjonskilden utover med enorm hastighet, noe som forårsaker personskader, skader på veier og utstyr og virvler opp store mengder kullstøv som deltar i eksplosjonen og forsterker den ødeleggende kraften.I tillegg genererer eksplosjonen betydelige mengder giftige gasser, som fører til dødsfall på grunn av forgiftning. Det er viktig å forstå disse forholdene for gasseksplosjoner for å effektivt kunne forhindre at de oppstår og analysere faktorene som bidrar til dem.