Gasexplosioner i gruvor utgör en termisk kedjereaktion (även kallad kedjelåsreaktion). När den explosiva blandningen absorberar en viss energitröskel (vanligtvis termisk energi från en antändningskälla) genomgår molekylkedjan en klyvning och dissocieras till två eller flera fria radikaler. Dessa mycket reaktiva fria radikaler fungerar som aktiveringscentra och upprätthåller reaktionens förlopp.Under lämpliga förhållanden kan varje fri radikal sönderdelas ytterligare och generera två eller flera ytterligare fria radikaler. Denna cykel fortsätter i oändlighet, med fria radikaler som förökar sig och den kemiska reaktionen som accelererar tills den kulminerar i en förbränning eller explosiv oxidationsreaktion. Gasexplosioner är alltså i huvudsak våldsamma oxidationsreaktioner som inträffar när metan i en viss koncentration interagerar med luft.Förutsättningarna för gasexplosioner är: en specifik gaskoncentration, närvaro av en högtemperaturantändningskälla och tillräckligt med syre. Låt oss nu undersöka dessa förhållanden i detalj.
Gruvgas explosioner utgör en termisk kedjereaktion (även kallad kedjelåsreaktion). När den explosiva blandningen absorberar en viss mängd energi (vanligtvis värmeenergi från en antändningskälla) genomgår molekylkedjan en klyvning och dissocieras till två eller flera fria radikaler (även kända som radikaler). Dessa fria radikaler har betydande kemisk reaktivitet och blir de aktiverade centra som upprätthåller reaktionens progression.Under lämpliga förhållanden kan varje fri radikal sönderdelas ytterligare och generera två eller flera ytterligare fria radikaler. Denna cykel fortsätter i oändlighet, med fria radikaler som förökar sig och den kemiska reaktionen som accelererar tills den kulminerar i en förbrännings- eller explosiv oxidationsreaktion. Gasexplosioner är alltså i huvudsak våldsamma oxidationsreaktioner som inträffar när metan i en viss koncentration interagerar med luft.Förutsättningarna för en gasexplosion är: en specifik gaskoncentration, närvaro av en högtemperaturantändningskälla och tillräckligt med syre. Nedan undersöker vi villkoren för gasexplosion. (1) Gaskoncentration Gasexplosioner inträffar inom ett definierat koncentrationsintervall. Koncentrationsintervallet i luft där gas antänds vid kontakt med eld kallas gasens explosionsgräns.Metanens explosionsgränser ligger mellan 5 % och 16 %. När metankoncentrationen är under 5 % exploderar den inte vid antändning utan bildar ett förbränningsskikt runt lågan. Vid en koncentration på 9,5 % är explosivkraften maximal (vilket indikerar en fullständig reaktion mellan syre och metan). Vid en koncentration över 16 % förlorar den sina explosiva egenskaper men brinner fortfarande i luft när den antänds.Gasens explosionsgränser är inte fasta, utan påverkas av faktorer som temperatur, tryck och förekomsten av koldamm, andra brännbara gaser eller inerta gaser.Detta varierar dock beroende på faktorer som gaskoncentration, antändningskällans egenskaper och blandningens tryck. Metan antänds lättast när koncentrationen ligger mellan 7 % och 8 %. En ökning av blandningens tryck sänker antändningstemperaturen. Vid samma antändningstemperatur ökar sannolikheten för metantändning med större antändningskälla och längre brinntid.Förekomsten av en högtemperaturantändningskälla är en av de väsentliga förutsättningarna för en gasexplosion. Aktiviteter som rökning under jord, elektriska gnistor, otillåten sprängning, självantändning av kol och arbete med öppen eld kan alla lätt orsaka gasexplosioner. Därför är det absolut nödvändigt att strikt följa de relevanta bestämmelserna i säkerhetsföreskrifterna för kolgruvor när man arbetar i gruvor som innehåller gas.
(3) Syrekoncentration
Praktiska erfarenheter visar att när syrekoncentrationen i luften minskar, minskar också metanens explosionsgräns. När syrekoncentrationen sjunker under 12 % förlorar metan-luftblandningen sina explosiva egenskaper.Denna egenskap har en betydande inverkan på slutna brandzoner under jord. I sådana zoner ackumuleras vanligtvis betydande mängder metan och det finns antändningskällor, men de förblir icke-explosiva på grund av den låga syrehalten. Om frisk luft tränger in och höjer syrekoncentrationen över 12 % kan detonerar.Därför är det viktigt att brandzoner hanteras strikt, och särskild försiktighet krävs när de öppnas. Förseglingen får endast avlägsnas efter att branden är helt släckt.
De höga temperaturer och tryck som genereras av en gasexplosion driver gaser nära explosionskällan utåt med enorm hastighet, vilket orsakar personskador, skador på vägar och utrustning och virvlar upp stora mängder koldamm som deltar i explosionen och förstärker den destruktiva kraften.Dessutom genererar explosionen betydande mängder giftiga gaser, vilket leder till dödsfall på grund av förgiftning. Det är viktigt att förstå dessa förhållanden för gasexplosioner för att effektivt kunna förebygga att de inträffar och analysera de faktorer som bidrar till dem.