CS217384B1

CS217384B1 - A method for detecting cavities in a coal seam

Info

Publication number: CS217384B1
Application number: CS885980A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Weber; Jaroslav Kusy; Vladimir Hruby; Vladimir Kusy
Original assignee: Zdenek Weber; Jaroslav Kusy; Vladimir Hruby; Vladimir Kusy
Priority date: 1980-12-16
Filing date: 1980-12-16
Publication date: 1983-01-28

Abstract

Zjišťování dutin v uhelné sloji, například zavalenýoh i nezavalenýoh starých hlubinnýoh děl. Pro zjištění dutiny v uhelné sloji je využito prooesu přirozeného rozkladu uhlí, při kterém vzniká směs plynů složená ze HgS, S02, COS, C02, CO a uhlovodíků od Cj do Cg. Tyto plyny difundují porézní hmotou, uhlím, věemi směry, tedy i k povrohu uhelného nebo skrývkového řezu. Nad dutinou nebo štolou je největší konoentraoe difundujíoíoh-plynů, která klesá v závislosti na vzdálenosti od dutiny. Z vrtů na povrohu skrývkového nebo uhelného řezu se odeberou vzorky směsi plynů difundujíoícb zeminou a poloha vrtů, ve kterýoh je zjištěna zvýšená konoentraoe směsi plynů, určuje umístění dutiny.Detection of cavities in a coal seam, for example in old, unfilled and filled deep mines. To detect a cavity in a coal seam, the process of natural decomposition of coal is used, which creates a mixture of gases consisting of HgS, S02, COS, C02, CO and hydrocarbons from Cj to Cg. These gases diffuse through the porous mass, coal, in all directions, including to the surface of the coal or overburden section. Above the cavity or adit is the greatest concentration of diffusing gases, which decreases depending on the distance from the cavity. Samples of the mixture of gases diffusing through the soil are taken from boreholes on the surface of the overburden or coal section, and the position of the boreholes in which an increased concentration of the mixture of gases is detected determines the location of the cavity.

Description

Vynáles se týká způsobu zajišťování dutin τ uhelné sloji, například nezavalenýoh 1 zavalenýoh starýoh hlublnnýoh důlníoh děl·The invention relates to a method of securing cavities in a coal seam, for example in unfilled and filled old deep mine shafts.

S rozvojem těžby hnědého uhlí ve velkolomeoh, dosahuJíoíoh velkýoh hloubek a zásahu jloloh do prostorů starýoh hlublnnýoh dolů, vznlké nutnost vyhledávat podpovrobové dutiny. V některýoh přlpadeoh nejsou k dlspozlol mapové podklady a není možné v časo vém předstihu provést potřebné preventivní opatřeni proti propadnuti relkoatxojů nebo Jiné těžké důlní meohanlzaoe.With the development of brown coal mining in large-scale mines, reaching great depths and encroaching on the areas of old deep mines, there is a growing need to search for underground cavities. In some cases, map data are not available and it is not possible to take the necessary preventive measures against the collapse of the coal mines or other heavy mining operations in advance.

V současné době se provádí šaohovnioové předvrtání před postupujlolml velkostroji. Tento způsob využívajloí směny přítlačné sily na vrtáku při navrtáni dutiny je velloe časově náročný a pro vlastní vrtáni je zapotřebí mobilní nákladné zařízeni. Při předvrtánl nemusí být vždy postihnuta dutina nebo štola, protože tato může být ve větší hlouboe než Je dosah vrtného zařízeni, nebo dutina probíhá mezi vrty.Currently, pre-drilling is carried out in a staggered manner before the large-scale machine advances. This method of using the change of the pressure force on the drill when drilling the cavity is very time-consuming and requires expensive mobile equipment for the actual drilling. During pre-drilling, the cavity or tunnel may not always be affected, because this may be at a greater depth than the reach of the drilling equipment, or the cavity runs between the boreholes.

Dále byly při vyhledáváni dutin v uhelné sloji zkoušeny různé geofyzikální metody. Gravlmetrlokou metodou se vyhledávají dutiny na pxlnoipu změn tíhového zxyohlenl nebo Jeho derivací. Tato metoda Je velloe praoná, časově náročná a určuji se Jl pouze obodby v malýoh hloubkáoh. Geomagnetloká metoda má možnost měření vertikální složky, totálního magnetlokého pole nebo totálního pole a jeho derivaoí. Tato metoda je omezena na dutiny se zbytky kolejového nebo železného zařízení a má velmi malý doshh, asi 6 m. Metoda selsmloká je založena na principu měřeni ryohlosti složky směrového vlněni nebo Rayleyghova vlněni. Metoda není vhodná pro svoji praonost k operativnímu vyhledáváni dutin.Furthermore, various geophysical methods were tested in the search for cavities in the coal seam. The gravity method searches for cavities based on changes in the gravity field or its derivatives. This method is very laborious, time-consuming and can only be determined in shallow depths. The geomagnetic method has the ability to measure the vertical component, the total magnetic field or the total field and its derivatives. This method is limited to cavities with remnants of railway or iron equipment and has a very short range, about 6 m. The seismic method is based on the principle of measuring the speed of the directional wave component or Rayleigh wave. The method is not suitable for operational search for cavities due to its laboriousness.

Není možné vyčlenit jednotlivé dutiny, časově je metoda náročná a při povrohové selsmloe Je dosah maximálně 6 až 8 m. Texmloké metoda je založena na prlnolpu měřeni rezlstentnloh teplot nebo teplotního spádu, je vhodná jen za speolflokýoh podmínek, u uhlí maximálně do hloubek 6 až 10 m. Nelze rozlišit Jednotlivé dutiny v bezprostřední blízkosti.It is not possible to isolate individual cavities, the method is time-consuming and in surface sediments the range is a maximum of 6 to 8 m. The Texmo method is based on the measurement of resistive temperatures or temperature gradients, it is only suitable under special conditions, for coal to a maximum depth of 6 to 10 m. It is not possible to distinguish individual cavities in the immediate vicinity.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob zajišťování dutin v uhelné sloji podle vynálezu, Jehož podtatou je, že se z vrtů na povrohu skrývkového nebo uhelného řezu odeberou vzorky směsi plynů dlfundujloloh zeminou, složené z HgS, S0₂, COS, C0₂, CO a uhlovodíků od C^ do Cg, vznikajíoíoh přirozeným rozkladem uhlí v dutině, přičemž poloha vrtů, ve kterýoh Je zjištěna zvýšená konoentraoe směsi plynů, určuje umístěni dutiny.The above-mentioned shortcomings are eliminated by the method of providing cavities in a coal seam according to the invention, the essence of which is that samples of a mixture of gases buried in the soil, consisting of HgS, S0 ₂ , COS, C0 ₂ , CO and hydrocarbons from C^ to Cg, formed by the natural decomposition of coal in the cavity, are taken from boreholes on the surface of an overburden or coal cut, while the position of the boreholes in which an increased concentration of the gas mixture is detected determines the location of the cavity.

Způsob podle vynálezu umožňuje určovat dutiny v hlouboe 30 až 40 m. Při určováni nepůsobí žádné rušivé vlivy. Způsob je nenáročný na obsluhu, má možnost rozlišovat jednotlivé dutiny a je operativní. V předstihu Je možné provést potřebná mšřenl a preventivní opatření. . ·The method according to the invention allows to determine cavities at a depth of 30 to 40 m. There are no disturbing influences during the determination. The method is easy to operate, has the ability to distinguish individual cavities and is operational. It is possible to carry out the necessary measurements and preventive measures in advance. . ·

Přo zjištění dutiny v uhelné sloji využívá způsob podle vynálezu procesu přirozeného rozkladu uhlí, podporovaného vzdušným kyslíkem. Při rozkladu vzniká směs plynů složená z H₂S, S0₂, COS, C0₂, CO a uhlovodíků od C^ do Cg, Tyto plyny difunduji porézní hmotou, v tomto případě uhlím všemi směry, tedy 1 k povrohu uhelného řezu. Znamená to, že nad dutinou nebo štolou je největší konoentraoe dlfundujloloh plynů, která klesá v závislosti na vzdálenosti od dutiny a blíží se limitně k nulové hodnotě.To detect a cavity in a coal seam, the method according to the invention uses the process of natural decomposition of coal, supported by atmospheric oxygen. During decomposition, a mixture of gases is formed consisting of H ₂ S, S0 ₂ , COS, C0 ₂ , CO and hydrocarbons from C^ to Cg. These gases diffuse through the porous mass, in this case coal, in all directions, i.e. 1 to the surface of the coal cut. This means that above the cavity or adit there is the greatest concentration of dlfundujloloh gases, which decreases depending on the distance from the cavity and approaches the limit to zero.

Odběr vzorků plynů se provádí pomooí sond uložených na povrohu skrývkového nebo uhelného řezu do vrtů hlubokýoh asi 40 om a rozmlstěnýoh šaohovnloovým způsobem, nejlépe ve vzdálenostech 5 metrů, Sonda Je opatřena vpiohovacím místem, pxo možnost odsátí vhodného množství vzorku přes konoentrační stupeň, využívající adsorbce plynů na povrohové aktivníoh látkách, kterými mohou být organloké polyméry, například Porapak, Tenax, Chromosorh apod. Další možností je využití anorganiokýoh adsorbentů jako ÁlgO^, Porasll, Silikagel a další. Průchodem vzorku přes adsorbent nastává soxpoe a zakoncentrovéní plynů. Tímto způsobem je možné je uchovat několik dní a déle zpracovávat .Gas sampling is carried out using probes placed on the surface of the overburden or coal cut into wells about 40 m deep and spaced in a staggered manner, preferably at distances of 5 meters. The probe is equipped with a connection point, allowing the possibility of suctioning a suitable amount of sample through a concentration stage, using the adsorption of gases on surface-active substances, which can be organic polymers, for example Porapak, Tenax, Chromosorh, etc. Another option is the use of inorganic adsorbents such as AlgO^, Porasll, Silicagel, etc. As the sample passes through the adsorbent, the gases are adsorbed and concentrated. In this way, it is possible to store them for several days and process them for longer periods.

V laboratoři se pak provede tepelná desorboe vzorků při teplotě 150 až 300 °C za průtoku inertního nosného plynu, například helia, argonu a dusíku.In the laboratory, thermal desorption of the samples is then performed at a temperature of 150 to 300 °C with a flow of inert carrier gas, such as helium, argon and nitrogen.

Vlastní zpracování vzorku je možno provést dvěma způsoby. Pro výzkumné účely tak, že lze vzorek analýzovat paralelně na několika typech přístrojů, například plynovou ohromatograflí, spektrofotometrií, hmotovou spektrometrií a dalšími. Pro servisní stanovení tak, že se směs plynů přímo tepelně desorbuje do analyzátoru.The actual sample processing can be performed in two ways. For research purposes, the sample can be analyzed in parallel on several types of instruments, such as gas chromatography, spectrophotometry, mass spectrometry, and others. For service determination, the gas mixture is directly thermally desorbed into the analyzer.

První způsob pro výzkumné zpraoování se provádí tepelnou deaorboí vzorku, který se vymražuje v kondenzační bažoe'kapalným dusíkem. Odtud se vzorek ohřevem přesaje do evakuované oohlazené vzorkovnlce opatřené penlcllinovým uzávěrem, pro možnost dávkování. Ve vzorkovnloi doohází k několikanásobnému zkonoentrování vzorku. Předešlá příprava umožňuje analytické zpraoování, například, na plynové chromatografii a plamenoionlzačním detektorem, v daném případě selektivním pro organické složky.The first method for research processing is carried out by thermal desorption of the sample, which is frozen in a condensation bag with liquid nitrogen. From there, the sample is transferred by heating to an evacuated cooled sampler equipped with a penicillin cap, for the possibility of dosing. In the sampler, the sample is concentrated several times. The previous preparation allows analytical processing, for example, by gas chromatography and a flame ionization detector, in this case selective for organic components.

Druhý způsob vhodný pro servisní stanovení spočívá v přímé tepelné desorboi směsi plynů do vhodného analyzátoru. V tomto případě Je možno koncentrační stupeň zapojit do prostoru plynového dávkovaoího ventilu, kde se provede tepelná desorboe ohřevem při 150 až 300 °C. V této fázi je napojen na vlastní okřuh nosného plynu analyzátoru. Tento způsob umožňuje mnohonásobně větší zkonoentrování a daleko menší časovou náročnost a pracnost.The second method suitable for service determination consists in direct thermal desorption of the gas mixture into a suitable analyzer. In this case, the concentration stage can be connected to the gas metering valve area, where thermal desorption is carried out by heating at 150 to 300 °C. At this stage, it is connected to the analyzer's own carrier gas circuit. This method allows for many times greater concentration and is much less time-consuming and labor-intensive.

Příklad:Example:

Na připojeném výkresu je znázorněna změna konoentraoe propanu a propylénu v jedné vzorkované řadě a srovnána s polohou dutiny, kterou byla otevřená nehořící štola s nadložím 17 m.The attached drawing shows the change in the concentration of propane and propylene in one sampled row and compares it with the position of the cavity through which a non-combustible adit with an overburden of 17 m was opened.

Odběr vzorků byl proveden v jedné řadě ze šesti vrtů vzdálenýoh od sebe po 5 m a hlubokých 40 onuSampling was carried out in a row of six boreholes, 5 m apart and 40 cm deep.

V jednotlivých vzoroíoh byla zjištěna konoentraoe:The following concentrations were found in individual samples:

vrt čís. Konoentraoe (ppm)well No. Konoentraoe (ppm)

propan propane propylén propylene 1 1 0,04 0.04 0,06 0.06 2 2 0,05 0.05 0,07 0.07 3 3 3,1 3.1 4,2 4.2 4 4 0,9 0.9 1,2 1.2 5 5 0,05 0.05 0,07 0.07 6 6 0,04 0.04 0,06 0.06

Z tabulky vyplývá, Se zvýšené konoentraoe Jsou u vrtů šišlo 3 a 4 a hledaná dutina je proto v prostoru mezi těmito vrty, avšak blíže k vrtu čís. 3.The table shows that the increased concentrations are in boreholes Nos. 3 and 4 and the cavity sought is therefore in the space between these boreholes, but closer to borehole No. 3.

Claims

Method for detecting cavities in a coal seam, for example, non-overburdened and overburdened old underground mining works, characterized in that they take samples of a mixture of gases diffusing through soil consisting of HgS, SO ₂ , COS, CO ₂ and hydrocarbons from The gas is ventilated by natural decomposition of the coal in the cavity, wherein the position of the boreholes in which the increased gas concentration of the gas mixture is determined determines the location of the cavity.