DE1758628A1

DE1758628A1 - Verfahren zur Gewinnung von Grubengas

Info

Publication number: DE1758628A1
Application number: DE19681758628
Authority: DE
Inventors: Vandesande Marcel Ju Theophile
Original assignee: THY MARCINELLE MONCEAU FORGES
Current assignee: THY MARCINELLE MONCEAU FORGES
Priority date: 1967-07-10
Filing date: 1968-07-09
Publication date: 1970-12-23
Also published as: BE701140A; GB1236232A; NL6809638A

Description

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHDNWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Köln, den 8.7.1968 Ke/Ax

FORGES DE ΊΉΥ-MARCINELIS BT HONCBAU S.A., 136, rue de M>rchleM*e, Maroiaelle (Belgiern).

Verfahren zur Gewinnung von Grubengas

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung des Grubengases einer vorher teilweise ausgebeuteten unterirdischen Steinkohlenlagerstätte.

Die Gewinnung des G'rubengases einer Steinkohlenlagerstätte ist bereits in unterirdischen Steinkohlengruben verwirklicht worden. Bei einem ersten bekannten Verfahren zur Gewinnung des Grubengases, dem sog. Hill-Verfahren, wird das Grubengas aus der Steinkohlenlagerstätte durch ein Netz von Leitungen abgesaugt, die in den höchsten Hohlräumen der Abbaustellen dieser Lagerstätte während der Ausbeutung münden. Dieses Gewinnungsverfahren ergibt keine genügende Methankonzentration des abgesaugten Grubengases und rechtfertigt nicht die zu seiner Durchführung notwendigen bedeutenden Aufwendungen.

Bei einem zweiten bekannten Verfahren zur Gewinnung des Grubengases leitet man das vom Versatz der Steinkohlenlagerstätte während der Ausbeutung abgegebene Grubengas zur Oberfläche. Das bei diesem Verfahren gewonnene Grubengas hat im allgemeinen ebenfalls eine niedrige Konzentration und ist somit teohnisoh wenig interessant. Dieses wenig

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rentable Verfahren wird insbesondere durchgeführt, um die in Tätigkeit befindlichen Gruben zu bewettern.

Bei einem dritten bekannten Verfahren zur Gewinnung des Grubengases zieht man das Grubengas aus der Kohlenlagerstatte während der Ausbeutung entweder durch willkürliche Bohrungen, die in das ausgebeutete Flöz eingebracht werden, oder durch einfallende oder abfallende Bohrungen ab, die

Schichten durch die hangenden /des ausgebeuteten Flözes von der Kopfstrecke oder Unterstrecke der Arbeitsorte- aus eingebracht werden. Dieses Verfahren wird im allgemeinen zur Gewinnung des Grubengases der Kohlenlagerstätten während der Ausbeutung angewendet. Das gewonnene Grubengas hat gewöhnlich eine genügende Konzentration, um seine technische Verwertung zu ermöglichen. Es enthält jedoch ständig eine gewisse Luftmenge, bedingt dadurch, daß die Bohrungen nicht vollkommen dicht sind. Im allgemeinen hat es eine Methankonzentration von etwa 80% entsprechend etwa 20jl Luft.

Bei einem vierten bekannten Verfahren zur Gewinnung des Grubengases, dem sog. Hirchbaoh-Verfahren, leitet man das Grubengas der Kohlenlagerstätte während der Ausbeutung durch parallele Wetterstrecken, die über der Flöigruppe der auszubeutenden Lagerstätte gebohrt werden. Diese Wetterstrecken werden vor der Ausbeutung der Lagerstätte eingebracht und können durch ein Netz von Bohrlöchern senkrecht

Schichten. zu den hangenden / nach oben und unten oder parallel zu dem ausgebeuteten Flöz ergänzt werden. Die Mündungen der Wetterstrecken werden durch dichte Dämme verschlossen. Um die Entgasung zu begünstigen, erzeugt man in der Lagerstätte einen Unterdruck von etwa 1 bis 3 m WS. Das bei diesem Verfahren gewonnene Grubengas hat im allgemeinen eine genügende Methankonzentration, um technisch verwertet werden zu können.

Eine Variante des Hirchbach-Verfahrens besteht darin, daß man das Grubengas einer Lagerstätte gewinnt, deren Aus-

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beutung erfolgt ist oder in den Flözen unterhalb der bereits ausgebeuteten Flöze weiter Tonstatten geht. Im letzteren Fall werden die alten Abbauorte verschlossen. Diese Sperren, die im allgemeinen bei einen geregelten b Druck gehalten werden, sind häufig nicht sehr dicht. Hierdurch enthält das abgesaugte Grubengas häufig nicht unbeträchtliche Luftmengen.

einer weiteren Variante des Hirchbach-Verfahrens werden Bohrlöcher von großem Durchmesser eingebracht, die die Wetterstrecken ersetzen, die im allgemeinen sehr kostspielig sind. Das gewonnene Grubengas hat hierbei eine genügende Methankonzentration, um technisch verwertet werden zu können·

rei einer, fünften bekannten Verfahren zur Gewinnunf des Gruteneases, dem sog. Verfahren der aufgegebenen Schächte, verschlieit man die Zugangsschächte zur vorher teilweise ausgebeuteten Lagerstätte und leitet das Grubengas von den unterirdischen Abbauorten dieser Lagerstätte an die Oberfläche. Las bei diesem Verfahren gewonnene Grubengas hat einen hohen Hethangehalt und enthält keine Luft. Dieses Verfahren ist jedoch bisher nur in begrenztem Umfange angewendet worden, da die gewonnenen Grubengasmengen gering sind und abnehmen.

Gegenstand der Erfindung ist ein neues Verfahren *ur Gewinnung des Grubengases einer vorher teilweise ausgebeuteten SteinkohlenlagerstUtte. Dieses neue Verfahren unterscheidet sich von den bekannten Verfahren, insbesondere vom Verfahren der aufgegebenen Schächte darin, daß man das Gas, das die äußere Gasphase in der Lagerstätte bildet, bei niedrigem Druck derart absaugt, daß nan diese äußere Gasphase bei einem verhältnismäßig niedrigen Druck hält, der den Austritt des Grubengases aus den inneren adsorbierten Gasphasen dieser Lagerstätte in die äußere Phase stark erleichtert. Das neue Verfahren verbessert erheblich die

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Entgasung und die Desorption der Kohlenlagerstätte und ermöglicht hierduroh eine erheblich· Steigerune der Menge des gewonnenen Grubengases. Die Tatsache» dafl die Grubengasmenge, die beim Verfahren gemäß der Erfindung gewonnen wird, größer ist als bei den bekannten Verfahren, ist gleichseitig auf die Überaus große Berührungsfläche βwischen der Kohlenlagerstätte und den durch den Abbau entstandenen Hohlräumen, die als Sammelsystem dienen, der Isolierung und vollkommenen Dichtigkeit dieses Systeme und dieser Lagerstätte gegenüber der Atmosphäre und der eventuellen Schaffung des Unterdruckes in diesem System und in der Lagerstätte gegenüber dem atmosphärischen Druck zurückzuführen.

Durch das neue Verfahren kann aus einer -vorher teilweise ausgebeuteten Steinkohlenlagerstätte das Grubengas in einer regelbaren Menge abgezogen werden, die viel höher 1st als die Menge, die bei den besten bekannten Verfahren erzielbar 1st, wobei die Methankonzentration dieses Grubengases ebenso hoch oder höher als bei diesen bekannten Verfahren ist.

Das Gesamtsystem, das durch die vorher teilweise ausgebeutete Steinkohlenlageratäte und durch alle durch den vorherigen Abbau zurückgebliebenen Hohlräume gebildet wird, bildet das Gewinnungssystem und hat für das Grubengas eine Durchläseig kelt, die höher ist als bei den bekannten Verfahren. Die Gesamtheit der Stollen, Strecken und Grubenräume, die durch die Abbauarbeiten entstehen, bildet ein riesige· verzweigtes Grubengassammeinets, das direkt einerseits mit den Rohrleitungen zur Gewinnung des Gases und andererseits mit der Un- zahl Ton Spalten und Rissen verbunden ist, die durch Bergbewegungen als Folge der Abbauarbeiten in der Lagerstatt« entstanden sind. Di··· stark« Aufgliederung oder Zersplitterung der vorher teilweise ausgebeuteten Lagerstatt· steigert dl« Durchlässigkeit des Gesteine und erleichtert somit die

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Bewegung des Grubengases, das von der umgebenden, nicht ausgebeuteten Lagerstätte deeorbiert wird.

Sie durch alle gebohrten Hohlräume und alle Spalten und Risse gebildete riesige Berührungsfläche zwischen dem eigentlichen Raum des Gewinnungsnetzes und dem Gestein der Lagerstätte erleichtert außerdem die Diffusion des aus der umgebenden, nicht ausgebeuteten Lagerstätte desorbierten Grubengases.

Die Desorption und die Diffusion des Grubengases aus den Gasphasen, die im Innern des Gesteins einer Steinkohlenlagerstätte adsorbiert sind, ergeben sich aus" Erscheinungen, die von der Innenstruktur abhängen, die gewissen Gesteinsarten (Steinkohle und Kohlenschiefer) eigen ist. Die spezifische innere Oberfläche gewisser Kohlearten kann beispielsweise 100 m /g erreichen. Der Gasaustausch zwischen dem Gas außerhalb des Gesteins und der Gasphase, die im inneren Gefüge dieses Gesteins absorbiert und adsorbiert oder gebunden ist, hängt insbesondere von der Art und dem Druck,des äußeren Gases, das sich mit dem Gestein in Beruhrung befindet, von der Art und dem Druok dieser im Innern dieses Gesteins adsorbierten Gasphasen, von der Größe der Berührungsfläohe zwischen der äußeren Gasphase und dem Gestein, von der Art, der Innenstruktur, von der Durchlässigkeit, von der Größe der inneren Oberfläche, von der Temperatur und vom Adsorptionsvermögen des jeweiligen Gesteins ab.

In der vorliegenden Beschreibung wird als äußere Gasphase das Gas bezeichnet, d$B sich in dem Teil des Eigenvolumens der Lagerstätte befindet, der außerhalb des Gesteins liegt und duroh das restliche Volumen sämtlioher Hohlräume gebildet wird, die beispielsweise auf die früheren Abbauarten und auf die Zugangssohäohte der Lagerstätte zurückzuführen sind« Als innere Gasphase ist das Gas zu verstehen, das sich

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in dem Teil des Bigenvolumens der Lagerstätte befindet, der im Innern des Gesteins liegt und die freien Räume der Innenstruktur des Gesteins ausfüllt. Als adsorbierte Phase wird das Gas bezeichnet, das sich im inneren Gefüge des Gesteins befindet und dessen innere Oberfläohe bedeckt. Die innere Phase und die adsorbierte Phase des Gases, die durch die Innenstruktur des Gesteins adsaoiert sind, befinden elBh normalerweise im Gleichgewicht mit der äußeren Gasphase. Dieses Gleichgewicht hängt u.a. vom Druok dieser äußeren Gasphase ab· Hieraus ergibt sich insbesondere, daß die Diffusion, die Bewegung und die Desorption des von der Innenstruktur des Gesteins der Steinkohlenlagerstätte adsorbierten Grubenpsts insbesondere durch eine Senkung des Drucks der äußeren Gasphase stark erleiohtert werden.

Demgemäß wird das Gas, das die vorstehend genannte äußere Phase bildet, gemäß einer Besonderheit der Brfindung bei einem Druok abgesogen, der bei oder unter dem atmosphärischen Druck liegt, der in Bodenhöhe herrsoht, und der vorteilhaft in Abhängigkeit von der Menge des zu gewinnenden

Grubengases geregelt wird.

Weitere Einzelheiten und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Beispiels der Gewinnung von Grubengas.

Im vorgesehen Fall wird das Grubengas einer vorher teilweise ausgebeuteten unterirdischen Steinkohlenlagerstätte gewonnen. Diese Lagerstätte hat ein außerhalb des Gesteins befindliches, duroh den Abbau zurückgebliebenes Volumen, das einerseits aus den Sohäohten, Stollen und absichtlich während des Abbaues ausgeräumten Arbeitsorten und andererseits aus den Spalten, Rissen und Hohlräumen besteht, die sich während des Abbaues und nach dem Abbau gebildet haben. Beim gewählten Bfispiel kann geschätzt werden, daß dieses restliohe äußere Volumen etwa 10.000.000 m⁵ beträgt. Dieses

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restliche äußere Volumen ist andererseits mit einem Gasgefüllt, das als "äußere Gasphase¹¹ bezeichnet wird.

Vor der Herrichtung dieser Lagerstätte für die Gewinnung des Grubengases besteht dieses restliche äußere Gas aus der Grubenluft, die beispielsweise die foleende mittlere Zusammensetzung hat!

CO₂ 0,5*

CH₄ 1,5*

O₂ 19,6*

N₂ 78,4*

Diese äußere Gasphase steht unter einem Druck von etwa 1 Atm. und hat einen Heizwert von etwa 190 kcal/Nm .

Das oben genannte restliche äußere Volumen wird durch das Gestein der Steinkohlenlagerstätte begrenzt, das u.a. Steinkohle und Schiefer enthalt. Dieses Gestein enthält eine gewisse Grubengaomengä, die es aufgenommen hat· Dieses aufgenommene Grubengas setzt sich aus einer Inneren Gasphase und einer adsorbierten Güspha;© zusammen. Das aufgenommene Grubengas steht unter einem Druck, der in der Nähe der Berührungsfläche zwischen der äußeren Gasphase und dem Gestein etwa 1 Atm. beträgt und progressiv beispielsweise bis auf 50 Atm. in dem Maße steigt, in dem man sich von der entgasten und desorbierten Zone dieser Berührungsfläche zur nicht desorbierten und urwlnrÜ&sI·* Zone der Kohlenlagerstätte entfernt.

Das vcx Gestein der Steinkohlenlageratätte aufgenommene Grubengas hat ungefähr die folgende Bittlere Zusammensetzung:

H₂ 0,083*

CH₄ 98,387*

C₂H₆ 1,13*

CO₂ 0,40*

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und einen mittleren Heizwert von etwa 8*855 koal/Km · Vor Beginn der Gewinnung dee Grubengases einer solohen Stein» kohlenlagerstätte existiert im Inneren dar Lagerstätte ein Ungleichgewicht der DrUoke der äußeren Gasphase und der inneren und adsorbierten Gasphase· «Dieser Druckgradient hat eine Wanderung des Grubengases der inneren Phase oder des im Gestein der Lagerstätte adsorbierten Grubengases zur äußeren Gasphase hin sur folge«

Man erreicht die Gewinnung des Grubengases dieser Steinkohlenlagerstätte durch Verschließen der Schächte und Strecken und ganz allgemein der Zugangestollen der Lagerstätte. In kurzer Zeit reagiert die äußere Gasphase, im vorliegenden Fall die Grubenluft, Bit dam Gestein der Steinkohlenlagerstätte durch eine komplexe, aber wohlbekannte Erscheinung der "Oxyreaktivität" der besonderen chemischen Struktur der Steinkohle.

Nachdem die	Lagerstätte	ainan Monat verschlossen	ist, hat
die äußere	Gasphase die	folgende mittlere Zusammt	insetzungs
	0O₂	4Ji
	°2	0,5Jt
	GH,	51.5*
	H₂	44Ji
Anschließen	d wird das Gi	ι« dieser äußeren Gaanhasi	• allmäh-

lioh bei niedrigem Druck abgezogen. Durch das allmähliohe Abslehen des Gases der äußeren Gasphase ersaugt man ein Ungleichgewicht zwischen dem Druck dieser äußeren Gasphase und dem Druck der Gasphasen, die im Innern das Gesteins der Lagerstätte adsorbiert sind. Dieser letztgenannte Druok beträgt etwa 50 Atm· Die Erhöhung dieses Ungleichgewichts erhöht den Gradienten des Antriebedrucke und beschleunigt die Wanderung des im Gestein befindlichen Grubengases zur äußeren Gasphase·

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Durch dieses Absaugen bei dem genannten niedrigen Druck entgast und desorbiert man das Gestein der Steinkohlenlagerstätte von dem Grubengas, während man die äußere Gasphase, die die folgende Zusammensetzung annimmt, mit Methan anreiohert:

GO₂	(Spuren	von H₀	3*
CH₄	und C₂	^H6>

N₂

Diese neue Zusammensetzung entspricht einem mittleren Heizwert von etwa 8400 kcal/Nm , der mit dem zur Zeit verwendeten Erdgas des öffentlichen Netzes identisch ist.

Das Abziehen der äußeren Gasphase kann unter einem Druck erfolgen, der bei oder unter dem in Bodenhöhe herrschenden atmosphärischen Druck liegt· Außerdem wird dieser Druok vorteilhaft in Abhängigkeit von der au gewinnenden Grubengasmenge geregelt.

In diesem Sinne kann man bei einem gegebenen Zustand der Steinkohlenlagerstätte beispielsweise diesen Druok einerseits auf einen absoluten Wert von etwa 730 mm Hg zur Gewinnung einer Grubengasmenge von etwa 30.000 Nm /Tag und andererseits auf einen absoluten Wert von etwa 750 mm Hg zur Gewinnung einer Grubengasmenge von etwa 100.000 Nm /Tag einstellen.

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Claims

- ίο - Patentansprüche

1.)I Verfahren zur Gewinnung des Grubengases einer teilweise
ausgebeuteten Steiiucohlenlagerstätte unter Schließen der
Zugangsschächte und Leiten des Grubengases von den Abbauorten zur Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß man das die äußere Gasphase in der Lagerstätte bildende Gas unter niedrigem Druck derart absaugt, 4&& war/diese äußere Gasphase bei einem verhältnismäßig niedrigen Druck hält und
so den Austritt des Grubengases aus den inneren Gasphasen der Lagerstätte in die äußere Gasphase erleichtert.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Drucken in der Nähe oder unter dem in Bodenhöhe herrschenden atmosphärischen Druck arbeitet.

J.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Druck in Abhängigkeit von der zu gewinnenden
Grubengasmenge regelt.

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