DE10210331B4

DE10210331B4 - Verfahren zur Verhinderung des Entstehens eines zündfähigen Gemisches bei einer in gasführende Hohlräume von abgeworfenen Abbaubereichen des Steinkohlenbergbaus reichende Tiefbohrung

Info

Publication number: DE10210331B4
Application number: DE2002110331
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Geol. Schniggenfittig; Walter Dr. Hermülheim; Rüdiger Mrosek; Georg Dipl.-Ing. Bresser
Original assignee: RAG AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2022-03-09
Also published as: DE10210331A1

Abstract

Verfahren zur Verhinderung des Entstehens eines zündfähigen Gasgemisches bei einer in gasführende Hohlräume von abgeworfenen Abbaubereichen des Steinkohlenbergbaus reichenden Tiefbohrung, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines an das Ende einer Bohrlochverrohrung angeschlossenen Messgeräts die Gaskonzentration im Bohrlochinneren überwacht und vor Auftreten einer kritischen Gaskonzentration ein Wassernebel in den oberen Bohrlochsbereich derart eingebracht wird, dass der Wassernebel in dem Bohrloch eine dem vom Bohrlochstiefsten nachströmenden Gas entgegengerichtete Strömung ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verhinderung des Entstehens eines zündfähigen Gasgemisches bei einer in gasführende Hohlräume von abgeworfenen Abbaubereichen des Steinkohlenbergbaus reichende Tiefbohrung.
Soweit insbesondere in abgeworfenen Abbaubereichen des Steinkohlenbergbaus Tiefbohrungen von über Tage in einen Hohlraum, im besonderen in Bruchräume aufgegebener oder auch noch in Betrieb stehender Bergwerke niedergebracht werden müssen, ist davon auszugehen, dass es während des Bohrbetriebs insbesondere mit Anbohren des Hohlraumes zu einem Verlust der in dem Bohrloch bzw. in der über einen Teilbereich der Bohrung in diese eingebrachten Bohrlochverrohrung anstehenden Spülflüssigkeit kommt. In solchen Fällen soll der Bohrbetrieb unter ständiger Spülungsergänzung aufrechterhalten werden.
Insbesondere bei Spülungsverlust besteht jedoch die Gefahr, dass in den angebohrten Hohlräumen anstehendes Gas in das Bohrloch eintritt und unter ungefähren Normaldruckbedingungen in dem Ringraum zwischen der Bohrlochwandung und dem Bohrgestänge zu Tage strömt, so dass insbesondere im Bereich des Bohrlochmundes ein zündfähiges Gasgemisch entstehen kann. Erfahrungsgemäß dürften dabei unter den Verhältnissen des Ruhrreviers Gas-Zuströme von mehreren 10 m³/min nicht auszuschließen sein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mittels dessen eine fortdauernde Bohrarbeit auch bei Auftreten von zufließendem Gas sichergestellt bzw. bei Zündung eines schnellwirkende Löschung vorgenommen werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Anspruch 1; vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung sieht hierzu in ihrem Grundgedanken vor, dass mittels eines an das Ende einer Bohrlochverrohrung angeschlossenen Messgeräts die Gaskonzentration im Bohrlochinneren überwacht und vor Auftreten einer kritischen Gaskonzentration ein Wassernebel in den oberen Bohrlochsbereich derart eingebracht wird, dass der Wassernebel in dem Bohrloch eine dem vom Bohrlochstiefsten nachströmenden Gas entgegengerichtete Strömung ausbildet. Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, dass das Auftreten einer kritischen Gaskonzentration durch das Einbringen des Wassernebels verhindert werden kann.

Reicht diese Maßnahme zur Begrenzung der Gaskonzentration nicht aus, so ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, ein flüssiges oder gasförmiges Medium, beispielsweise Wasser oder Stickstoff, in entsprechend großer Menge einzubringen, und damit ein Ansteigen der Gaskonzentration zu verhindern bzw. in einem eventuellen Ereignis – d. h. Zündfall – eine Löschung vorzunehmen.

Zur Durchführung eines derartigen Verfahrens ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Vorrichtung vorgesehen, die aus wenigstens einer an das Ende der Bohrlochverrohrung angeschlossenen und mit einem Messgerät zur Bestimmung der Gaskonzentration verbundenen Gasentnahmevorrichtung sowie aus einem gasdicht an das Ende der Bohrlochverrohrung angeschlossenen Sperrkopf mit wenigstens einer sich in die Bohrlochverrohrung öffnenden, der Einbringung des Wassernebels dienenden Nebeldüse und aus wenigstens einer, mit einer Absperrvorrichtung versehenen Anschlussöffnung für eine Zufuhrleitung für das gasförmiges oder flüssiges Medium besteht.

Eine vergleichbare Vorrichtung ist beispielsweise für den sogenannten Bohrlochbergbau insbesondere auf Erdöl und Erdgas aus den US-Psen 5 890 549 und 5 992 544 bekannt, wonach an sogenannte Preventern zum druckdichten Abschluss des Bohrlochs in einem Gefahrenfall zusätzliche Möglichkeiten zum Einleiten von Feuerlöschmitteln und dergleichen vorgesehen sind.

Um gegebenenfalls eine ausreichende Menge an Wassernebel über den Sperrkopf in die Bohrlochverrohrung einbringen zu können, kann vorgesehen sein, daß über den Umfang des Sperrkopfes sternförmig verteilt mehrere Nebeldüsen angeordnet sind.

Soweit die Nebeldüsen bei Auftreten einer kritischen Gaskonzentration in Betrieb zu nehmen sind, kann vorgesehen sein, daß die Nebeldüsen an eine mittels einer Sperreinrichtung öffenbare und absperrbare Wasserzufuhrleitung angeschlossen sind. Hierbei kann die Sperrvorrichtung aus einem handbetätigten Absperrhahn oder aus einem automatisch angesteuerten Magnetventil bestehen.

Ebenso aus Gründen der Zufuhr einer ausreichenden Menge von Wasser oder Stickstoff ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß über den Umfang des Sperrkopfes sternförmig mehrere Anschlußöffnungen angeordnet sind.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Gasentnahmevorrichtungen durch eine mittels eines Magnetventils öffenbare und absperrbare Entnahmeöffnung gebildet, wobei in zweckmäßiger Weise über den Umfang der Bohrlochverrohrung verteilt mehrere Gasentnahmevorrichtungen angeordnet sind, die im Wechsel miteinander an das Meßgerät angeschlossen werden. Hierbei kann vorgesehen sein, daß die Gasentnahmevorrichtungen mit in dem Sperrkopf, zusätzlich zu den Nebeldüsen und den Zufuhröffnungen, integriert sind, oder daß die Gasentnahmevorrichtungen in einem gesonderten Bauteil angeordnet sind, welches an dem Sperrkopf angeschlagen werden kann, vorzugsweise nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zwischen dem Ende der Bohrlochverrohrung und dem Sperrkopf. Zum Schutz des Meßgerätes vor der Feuchtigkeit der entnommenen Meßgase ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in die Verbindung zwischen Gasentnahmevorrichtung und Meßgerät ein Wasserabscheider eingeschaltet.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, daß an das Meßgerät eine bei Überschreitung eines voreingestellten Grenzwertes ausgelöste Warneinrichtung angeschlossen ist, so daß eine Grenzwertüberschreitung optisch durch eine Warnleuchte oder akustisch durch einen Signalgeber angezeigt werden kann.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben, welches nachstehend beschrieben ist. Es zeigen:
1 einen auf das Ende einer Bohrlochverrohrung aufzusetzenden Sperrkopf in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,
2 den Sperrkopf gemäß 1 in einer Draufsicht.
Wie sich aus 1 ergibt, hat der Sperrkopf 10 einen unteren Flansch 11, mit welchem er auf den Endflansch einer Bohrlochverrohrung aufgesetzt und mit dieser verbindbar ist. Hierzu sind in dem Flansch 11 Bohrungen 15 zur Aufnahme entsprechender Befestigungsmittel ausgebildet. In gleicher Weise hat der Sperrkopf 10 einen oberen Flansch 12, so daß an diesem oberen Flansch 12 weitere, für die Funktion der Bohreinrichtung wesentliche Bauteile angeflanscht werden können, beispielsweise auch ein nicht weiter dargestelltes Bauteil mit den Gasentnahmevorrichtungen, wobei dieses Bauteil auch zwischen dem unteren Flansch 11 und dem nicht dargestellten Endflansch der Bohrlochverrohrung angeordnet sein kann.
Wie sich im einzelnen der Zeichnung entnehmen läßt, sind über den Umfang des Sperrkopfes in einer sternförmigen Anordnung verteilt jeweils drei Nebeldüsen 13 und drei Anschlußöffnungen 14 für jeweils eine Zufuhrleitung für ein gasförmiges oder flüssiges Medium angeordnet. Wie nicht weiter dargestellt, sind zur Versorgung der Nebeldüsen 13 an diese entsprechende Wasserleitungen angeschlossen, wobei diese Wasserleitungen über entweder einen Absperrhahn oder ein Magnetventil öffen- oder absperrbar sind. Entsprechendes gilt auch für den Anschluß von gesonderten Zufuhrleitungen für Wasser oder Stickstoff an die Anschlußöffnungen 14.
Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung wird beispielsweise jede Gasentnahmevorrichtung durch Ansteuerung der zugeordneten Magnetventile intermittierend alle 20 Sekunden beprobt, wobei das aus dem Sperrkopf 10 und damit dem Bohrlochsbereich entnommene Gas bei gleichzeitiger Durchflußüberwachung einem Meßgerät zugeführt wird, welches die jeweilige Gaskonzentration an CH₄ feststellt. Zum Schutz des Meßgerätes vor der Feuchtigkeit der entnommenen Gase ist ein Wasserabscheider in die entsprechende Leitung integriert.
Überschreitet die durch das Meßgerät ermittelte Gaskonzentration einen eingestellten Grenzwert von beispielsweise 0,3 % CH₄, wird die Wasserversorgung für die Nebeldüsen 13 freigegeben, so daß über die Nebeldüsen 13 Wassernebel in den Sperrkopf 10 und damit die Bohrlochverrohrung eingebracht werden, die eine abwärts gerichtete Strömung im Bohrloch erzeugen. Aufgrund der Aufgabe der entsprechenden Wassermenge in Nebelform wird eine Beschädigung der Bohrlochwandung und damit ein Festsetzen des Bohrmeißels durch von der Bohrlochwandung abgebröckeltes Material vermieden.
Bei Überschreitung eines weiteren Grenzwertes von beispielsweise 1,0 % CH₄ kann der Wasserdurchsatz in die Bohrlochverrohrung durch zusätzliche Aufgabe über die Anschlußöffnungen 14 gesteigert werden. Alternativ ist auch die Zufuhr von Stickstoff möglich. Hiermit wird ein Sauerstoffeintrag in das Bohrloch vermieden.

Claims

Verfahren zur Verhinderung des Entstehens eines zündfähigen Gasgemisches bei einer in gasführende Hohlräume von abgeworfenen Abbaubereichen des Steinkohlenbergbaus reichenden Tiefbohrung, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines an das Ende einer Bohrlochverrohrung angeschlossenen Messgeräts die Gaskonzentration im Bohrlochinneren überwacht und vor Auftreten einer kritischen Gaskonzentration ein Wassernebel in den oberen Bohrlochsbereich derart eingebracht wird, dass der Wassernebel in dem Bohrloch eine dem vom Bohrlochstiefsten nachströmenden Gas entgegengerichtete Strömung ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der gemessenen Gaskonzentration Wasser in entsprechender Menge in das Bohrloch eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der gemessenen Gaskonzentration ein gasförmiges Medium in das Bohrloch eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als gasförmiges Medium Stickstoff in das Bohrloch eingeleitet wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bestehend aus wenigstens einer an das Ende der Bohrlochverrohrung angeschlossenen und mit einem Messgerät zur Bestimmung der Gaskonzentration verbundenen Gasentnahmevorrichtung sowie aus einem gasdicht an das Ende der Bohrlochverrohrung angeschlossenen Sperrkopf (10) mit wenigstens einer sich in die Bohrlochverrohrung öffnenden, der Einbringung des Wassernebels dienenden Nebeldüse (13) und mit wenigstens einer, mit einer Absperrvorrichtung versehenen Anschlussöffnung (14) für eine Zufuhrleitung für das gasförmige oder flüssige Medium.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang des Sperrkopfes (10) sternförmig verteilt mehrere Nebeldüsen (13) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebeldüsen (13) an eine mittels einer Sperreinrichtung öffenbaren und absperrbare Wasserzufuhrleitung angeschlossen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß über den Umfang der Bohrlochverrohrung verteilt mehrere Gasentnahmevorrichtungen angeordnet sind, die im Wechsel miteinander an das Meßgerät angeschlossen werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentnahmevorrichtungen in dem Sperrkopf (10) integriert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentnahmevorrichtungen in einem an dem Sperrkopf (10) anschlagbaren Bauteil angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das die Gasentnahmevorrichtungen aufweisende Bauteil zwischen dem Ende der Bohrlochverrohrung und dem Sperrkopf (10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung zwischen Gasentnahmevorrichtung und Meßgerät ein Wasserabscheider angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an das Meßgerät eine bei Überschreitung eines voreingestellten Grenzwertes auslösbare Warneinrichtung angeschlossen ist.