Вклад в развитие представлений о механизме воспламенения МВС сделал Е. Одибер, предположив, что воспламенение зависит от общей энергии ПВ, либо от удельной энергии, приходящейся на один моль газообразных продуктов взрыва. Механизм процесса воспламенения МВС следующий. При взрыве заряда ВВ продукты взрыва, имеющие высокую температуру, смешиваются с МВС (поэтому механизм иногда называют "механизмом воспламенения путем смешения"). Если в процессе разбавления ПВ метано-воздушной смесью будет достигнута температура вспышки, то произойдет воспламенение МВС. Одибер показал также, что ВВ с положительным или отрицательным кислородным балансом являются опасными в отношении воспламенения метана. Наименьшую опасность представляют ВВ с нулевым кислородным балансом. По мере накопления опыта все больше возникало оснований для возражения против "механизма смешения".

Ф.М. Галаджий и Б.И. Вайнштейн утверждали, что воспламенение взрывчатой газовой смеси при сжатии ее в ударной волне более вероятно, чем смешение МВС с быстро остывающими ПВ. Это утверждение основано на экспериментальных результатах. Известно, что смесь метана СН4 с воздухом дает наиболее сильный взрыв при содержании в ней метана 9,46% и воздуха 90,54% по объему. Взрывная реакция идет без изменения объема газов. Теплота взрыва (QР), приходящаяся на 1 кмоль МВС составляет 75,8 МДж, а на 1 м3 – 3377,14 кДж (как и при взрыве 1 кг аммонита ПЖВ-20). При большем содержании метана или кислорода взрыв будет слабее, поскольку избыточный компонент, не участвуя в химической реакции взрыва, поглощает часть теплоты взрыва на собственное нагревание. Пределы содержания метана, за которыми смесь его с воздухом перестает гореть и взрываться, зависят от давления – чем оно больше, тем шире эти пределы, табл.10.

Таблица 10

Взрывоопасные пределы содержания метана в МВС

Взрывоопасность характеризуется температурой вспышки (ТВСП) и задержкой вспышки (τВСП). На чувствительность МВС к нагреванию влияют примеси некоторых газов и распыленных твердых веществ. Известно, например, что повышают чувствительность к нагреванию СО, NО2, О2, а уменьшают – СО2, N2, NаСl, КСl.

Вспышка МВС происходит с некоторым замедлением, зависящем от температуры нагревания. Величина замедления (период индукции) с повышением температуры уменьшается (табл.11).

Таблица 11

Задержка вспышки в зависимости от температуры

Действие солей (NаСl, КСl) как отрицательных катализаторов объясняется тем, что реакции окисления СН4 до СО2 и Н2О являются цепными и цепи обрываются на поверхности частиц указанных солей.

СН4+2О2-->СО2+2Н2О.

Цепная реакция – это химическая реакция, в каждом элементарном акте которой появляется по крайней мере одна активная частица, что вызывает цепи превращений. Цепи превращений – это последовательность химических реакций, в которых продукты предыдущих стадий являются реагентами для последующих. Для понижения величин QР и TВЗР взрывчатых веществ, содержащих большое количество аммиачной селитры, используют добавки инертных солей NаСl и КСl. Например, добавки 20% NаСl снижают QР и TВЗР на 25-30%. NаСl и КСl являются не только отрицательными катализаторами (табл.12), но и пламегасителями.

Рис.30 Схема взаимодействия кислорода воздуха с молекулой метана.

Таблица 12

Период индукции в зависимости от типа отрицательного катализатора

Некоторые главные факторы, влияние которых на зажигание МВС наиболее существенно:

- воздушная ударная волна;

- раскаленные или горящие твердые частицы;

- горячие газообразные ПВ.

Существующие гипотезы учитывают именно эти факторы, но даже и в этом случае они позволяют делать меньше ошибок при подборе предохранительных ВВ и условий взрывания.

Основные требования, предъявляемые ко всем предохранительным ВВ, являются обязательными и для высокопредохранительных составов. Эти требования сводятся к следующему:

- иметь небольшую теплоту и температуру взрыва;

- иметь небольшую работоспособность – порядка 200–240 см3 при взрывании по углю, а в особо опасных забоях – 170 см3; 240–300 см3 – при взрывании по породе;

- энергия взрыва должны быть ограничена;

- ВВ должны хорошо детонировать;

- иметь кислородный баланс, близкий к нулю;

- в состав ВВ целесообразно вводить инертные вещества, обладающие в то же время отрицательными каталитическими свойствами относительно реакции окисления метана;

- не должны содержать посторонних включений (металлических и др.), способных гореть в воздухе с развитием высокой температуры.

Отвечая этим требованиям, предохранительные ВВ имеют свои, присущие только им особенности, благодаря которым они обеспечивают высокую степень безопасности при взрывных работах. Современные предохранительные ВВ, безопасные с точки зрения воспламенения МВС, можно считать безопасными и в отношении воспламенения пылевоздушной смеси.

По оценкам специалистов до 25% от количества случаев воспламенения МВС или ПВС в опасных выработках шахт являются взрывные работы. Анализ взрывов в шахтах показывает (опыт России и Украины), что главными причинами являются выгорание зарядов (~25%) и их обнажение (~25%), далее идут трещины в массиве пород (~20%), отсутствие или недостаточность забойки (~12%), низкая водоустойчивость зарядов. Таким образом, почти 50% аварий связаны с применением ВВ, которые не соответствуют указанному классу предохранительности и воспламеняют газ в результате обнажения заряда, при наличии трещин в массиве пород и отсутствии забойки. Существующий ассортимент предохранительных ВВ имеет ряд недостатков. Например, предохранительные аммониты способны к выгоранию, слеживаемости, они обладают малой водоустойчивостью, высокой чувствительностью к уплотнению и т.д. ВВ, содержащие нитроэфиры, имеют сложный состав, содержат токсичные соединения, обладают высокой чувствительностью к механическим воздействиям, имеют высокую стоимость.

В настоящее время предохранительные ВВ еще не могут быть признаны абсолютно безопасными для ведения взрывных работ во взрывоопасносной атмосфере шахт. Поэтому необходимо их дальнейшее совершенствование в направлении повышения антигризутности, т.е. увеличения массы предельного заряда в МВС. Решение этого вопроса является важной задачей, имеющей большое научное и практическое значение для повышения техники безопасности и охраны труда.

Наиболее перспективным направлением повышения уровня предохранительных свойств ВВ является применение в их составе химически активных солей- ингибиторов реакции окисления метана кислородом воздуха. В результате торможения этой реакции ингибитором, который находится в составе предохранительного ВВ, удается обеспечить предупреждение взрывов МВС при взрывных работах. Однако было установлено, что соли-ингибиторы, введенные непосредственно в состав предохранительных ВВ, в оболочку заряда или забойку, могут под действием взрыва терять свойства отрицательных катализаторов (ингибиторов), что является аномальным явлением, которое ранее не было известно. Это явление характеризуется тем, что в течение определенного времени под действием продуктов детонации ВВ соли-ингибиторы становятся не способными тормозить реакцию окисления метана, в результате чего происходит воспламенение МВС. Считается, что ответственным за каталитическое ингибирующее действие соли является образующий ее металл. Ионы металла на поверхности кристалла соли сначала захватывают или адсорбируют радикал, а затем происходит его рекомбинация с другими радикалами. В результате рекомбинации на поверхности соли-ингибитора радикалы выводятся из зоны реакции, и скорость реакции окисления метана резко тормозится вплоть до полного прекращения реакции.