DE2255267C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Gasabsaugen mit in Bohrlöcher eingebrachten Gasabsaugrohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gasabsaugen aus dem Gebirge im Steinkohlenbergbau mit in Bohrlöcher eingebrachten, gegenüber deren Wandungen abgedichteten Gasabsaugrohren, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bekanntlich wird im Steinkohlenbergbau versucht, einen großen Anteil gefährlichen Gases aus dem Gebirge, wie eine starke CH₄-Ausgasung, mittels Gasabsaugung vor dem Eintritt der Gase in den Wetterstrom abzufangen, so daß der CH₄-Gehalt im Abwetterstrom innerhalb zulässiger Grenzen bleibt.

In das Hangende oder Liegende des Abbaues werden dabei Löcher gebohrt, aus welchen mit Unterdruck über abgedichtete Gasabsaugrohre CH₄ aus dem Gebirge abgesaugt wird.

Da aufgrund des Abbaues eines Flözes es zu Gebirgsbewegungen kommt, sind dabei besondere Verrohrungsverfahren und Abdichtmethoden entwikkelt worden, um die Absaugung möglichst nicht zu behindern.

Indes tragen die bekannten Verfahren zum Gasabsaugen aus dem Gebirge im Steinkohlenbergbau den Besonderheiten der Gebirgsbewegungen und der CH4-Ausgasung nicht Rechnung.

So werden die Dachschichten über den Abbauen und die unteren Schichten des Haupthungenden in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Gesteinsfestigkeiten der unterschiedlichen Gesteinsschichten bis zu außerordentlich stark schwankenden Höhenbereichen infolge der Gebirgsbewegurig in ihrem Zusammenhang zerstört. Das absaugbare CH₄ befindet sich also über oder unter dem gebauten Flöz in verschiedenartig beschaffenen Gesteinsschichtenzonen, nämlich

1. in einer bis zu etwa 15 m über den gebauten Flöz reichenden, durch den Abbau stark zerstörten Gesteinsschichtenfolge,

2. in einer darüber anschließenden, weniger stark zerstörten Gesteinsschichtenfolge von unterschiedlicher Mächtigkeit, in der über ursprünglich vorhandene Spalten und Klüfte CH₄-Strömungswege vergrößert werden.

ίο Diese beiden Zonen werden von den Gasbohrlöchern durchörtert Im Zustand der Gasabsaugung bildet sich im oberen, unverrohrten Bohrlochteil eine Unterdruckzone, die nach oben und unten in die Spalten und Klüfte hinein wirksam ist

Über die unteren, stark zerstörten Schichtenbereiche werden aus dem Abbau Wetter angesaugt, aus den oberen Schichtenbereichen strömt das CH₄ zum Gasbohrloch (F ig. 3).

Die CH₄-Menge im abgesaugten Gas-Luftgemisch aus dem Gasbohrloch hängt also in sehr hohem Maße davon ab, inwieweit es von der Verrohrung möglich ist, diese auf die richtige CH₄-Ergiebigkeitshöhe meßbar einzufahren und ob das Dichtungselement eine sichere, anhaltende Dichtungsfunktion zwischen Verrohrung

und Bohrlochwand im Dichtungsbereich ausübt. Keines der bisher im Steinkohlenbergbau üblichen Verrohrungsverfahren und keine der Abdichtungsarten füi Standrohr e erfüllt diese Funktionsmerkmale gemeinsam, so daß die Verrohrung im allgemeinen nicht auf die richtige CH₄-Ergiebigkeitshöhe eingestellt ist.

Alle bisher angewandten Verrohrungsverfahren gehen davon aus, daß die Gasbohrlöcher vom Bohrlochmund bis zum Sitz der Dichtungen einen unveränderlichen gleichbleibenden Durchmesser haben. Sie berücksichtigen nicht die bohrlochdurchmesserändernde Auswirkung der Gebirgsbewegung auf das Gasbohrloch, die in Verengungen, Erweiterungen, Schichtenverschiebungen und Verkrümmungen erkennbar sind. So zeigt sich beim Verrohrungsverfahren mit einzementierten Standrohren, daß in den meisten Fällen schon kurz nach dem Abbindeprozeß der Zementtrübe Undichtigkeiten auftreten. Die umgebende Gebirgsbewegung zerstört den Zementmantel um das Standrohr, der stark rissig wird, so daß Wetterkurzschlüsse im Verrohrungsbereich schon nach kurzer Standdauer auftreten.

Die Bohrlochabdichtung mit Zementtrübe strebt dabei eine ganzflächige Abdichtung des Verrohrungsbereiches gegenüber der Bohrlochwand an.

Bei mit Denso-Binden abgedichteten Standrohren soll, da man heute weiß, daß es bei der Gasabsaugung in erster Linie auf eine vollwirksame Abdichtung am oberen Teil der Verrohrungssäule ankommt, eine punktuelle Abdichtung erreicht werden. Der Vorteil einer plastischen Abdichtung bei diesem Verfahren wird jedoch wieder aufgehoben, wenn beim Einfahren der Verrohrung der am oberen Rohr aufgewickelte Denso-Bindepropfen stark abgeschliffen und verformt wird. Er muß, wenn er eine Dichtungsfunktion ausüben soll, gegen einen Bohrlochabsatz gepreßt werden, wozu eine Erweiterungsbohrung des Verrohrungsbereiches erforderlich ist.

Desweiteren ist nach der DE-OS 19 39 989 und dem DE-GM 69 10 937 eine Verrohrung für zur Grubengasabsaugung dienende Bohrlöcher bekannt, bei der im Gegensatz zu den mit Denso-Binden abgedichteten Standrohren beim Einbringen der Verrohrung bzw. Dichtung nicht mehr die Gefahr besteht, daß die

Dichtung stark abgeschliffen und verformt wird.

Bei der Verrohrung nach der genannten DE-OS 19 39 989 wird eine elastische Dichtung in Form einer zylindrischen, das Rohr umgebenden Manschette verwendet, die mit einer mantelförmigen Hülle auf einen den Bohrlochdurchmesser unterschreitenden Durchmesser bis nach dem Einbringen des Rohres zusammengepreßt ist Nach Einbringen des Rohres wird dann die Hülle von der Manschette mittels eines Zugmittels gelöst, so daß die elastische Manschette als Dichtung an der Bohrlochwandung wirksam wird. Die Manschette besteht aus mehreren Zylinderkörpern eines offenporigen Elastomeren, auf deren Stirnseiten Folienringe angeordnet sind. Die Zylinderkörper sind mit einer Gleitmittelschicht versehen oder weisen Ringnuten oder Kammern auf, die mit Gleitmittel gefüllt sind.

Ein Abschleifen und eine Verformung der zylindrischen Dichtmanschette wird bei dieser Verrohrung also dadurch verhindert, daß zunächst die Manschette bis zur endgültigen Positionierung im Bohrloch einen kleineren äußeren Durchmesser besitzt als das Bohrloch selbst

Der Aufbau der Dichtungsmanschette für Absaugrohre gemäß dem genannten DE-GM 69 10 937 entspricht bis auf die zusammenpressende Hülle der vorbeschriebenen im wesentlichen.

Alle bisher bekannten Verrohrungsverfahren haben gemeinsam, daß die Obereinstimmung der sich ergebenden Verrohrungshöhe mit der richtigen CH₄-Ergiebigkeitshöhe dem Zufall überlassen bleibt Die im Abdichtungsprinzip beruhenden Unsicherheitsfaktoren hinsichtlich des Erfassens der Richtigen, in jedem Gasbohrloch unterschiedlichen CH4-Ergiebigkeitshöhe, bleiben auch dann aufrechterhalten, wenn man davon ausgeht, daß die Gasbohrlöcher vor dem Einbringen der Verrohrung mit einer Meßsonde auf den Verlauf der (^-Konzentration in Abhängigkeit von den Höhenbereichen durchgemessen werden können, weil der Verlauf der CH4-Konzentration im Bohrloch allein noch keine stichhaltige Kenngröße des Ausgasungsverlaufes im Betriebszustand der Gasabsaugung darstellt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Gasabsaugen aus dem Gebirge im Steinkohlenbergbau mit in Bohrlöchern eingebrachtem, gegenüber deren Wandung abgedichteten Gasabsaugrohr zu schaffen, wobei das Gasabsaugrohr in einer derartigen Verrohrungshöhe positioniert wird, die der maximalen CH^-Ergiebigkeitshöhe im Gasbohrloch entspricht, damit ein qualitativ hochwertiges Luft-CH4-Gasgemisch in größtmöglicher Menge aus dem Hangenden oder Liegenden abgeführt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, daß das Gasabsaugrohr zusammen mit seiner Dichtung im Bohrloch hin- und herbewegt wird, dabei Messungen des CH4-Gehaltes und der Ausströmungsgeschwindigkeit vorgenommen werden, und das Absaugen dann in der Stellung des ermittelten Höchstwertes erfolgt.

Insofern wird Qualität und Quantiät des Gasgemisches erfindungsgemäß wesentlich dadurch erhöht, daß aus allen Höhenbereichen des Gasbohrloches in seiner Gesamterstreckung bei voll wirksamer Dichtung im Zustand der Gasabsaugung der CH4-Gehalt und die Strömungsgeschwindigkeit des absaugbaren Gasgemisches auf den Strömungsquerschnitt bezogen, gemessen werden. Dazu wird eine neue Vorrichtung mit einem neuen Abdichtungsverfahren verwendet, so daß bei ständig vollwirksamer Abdichtung des Verrohrungsbereiches gegenüber dem Bohrloch der gesamte Höhenbereich des Gasbohrloches in beiden Richtungen befahren werden kann.

Aufgrund der nunmehr möglichen Einstellung der Verrohrungshöhe auf die richtige CH4-Ergiebigkeitshöhe und der somit möglichen Ab'iuhrang eines qualitativ und quantitativ hochwertigen ChU-Gasgemisches lassen sich ausgasungsbedingte Stillstandzeiten im Steinkohlenbergbau erheblich beschränken und somit die maschinell erreichbaren Fördermengen bei gleichzeitiger Verringerung der Betriebskosten vergrößern. Gleichzeitig ergibt sich eine höhere Betriebssicherheit bei der Gasabsaugung.

Zur Durchführung des Verfahrens wird dabei eine Vorrichtung verwendet bestehend aus einem Gasabsaugrohr mit einem daran befestigten elastischen Schaumgummi- Dichtungskörper von größerem als dem Bohrloch-Durchmesser, auf dem sich und gegebenenfalls in dem sich zusätzlich in Ausnehmungen eine Dichtungsmasse befindet, über der ein Gewebe-Überzug angeordnet ist der den Dichtungskörper zusammendrückt, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist daß der Überzug aus abriebfestem und dehnbarem Stretch besteht der den Dichtungskörper mit Gleitmasse umhüllt und diesen auf einen Durchmesser, der größer ist als der Bohrlochdurchmesser, vorspannt

Ein derartiger zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gasabsaugen vorgesehener Dichtungskörper, gewährleistet eine innige selbstabdichtende Anlage und Anpassung der Bohrlochabdichtung an jede Änderung der Bohrlochflächenquerschnitte in den Bereichen starker Gebirgsbewegung und eine Vor- und Rückwärtsbewegung der Verrohrung bei ständig vollwirksamer Abdichtung des Verrohrungsbereiches auch im gleitenden Zustand.

Im Gegensatz zur Manschette nach der DE-OS 19 39 989 besitzt der Dichtungskörper gemäß der vorliegenden Erfindung bereits vor dem Einbringen im Bohrloch eine äußere Querschnittsabmessung, die größer als der Durchmesser des Bohrloches ist, wobei der Dichtungskörper jeweils unter Anpreßdruck an den verschiedenen Bereichen der Bohrlochwandung selbstabdichtend anliegt

Bei einer derartigen Dichtungsmanschette ergibt sich die Möglichkeit, die in ihrer Höhe von der Durchlässigkeit der Gesteinsschichten abhängige Kurzschlußzone am Bohrloch, mit der Verrohrung so einzumessen, daß im Gasbohrloch maximale CH₄- Ergiebigkeit erreicht wird und das qualitativ hochwertige Gasgemisch mit der über den Unterdruck regelbaren günstigsten Strömungsgeschwindigkeit in größtmöglicher Menge der Gassammelleitung zugeführt wird.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal ist vorgesehen, die Vorrichtung derart auszubilden, daß am Kopf des Dichtungskörpers eine zusammendrückbare Führungskralle aufgesetzt ist.

Die am Kopf des Dichtungskörpers befindliche Führungskralle ermöglicht dabei eine gute Führung der Vorrichtung im Bohrloch, wobei eine Einstellung des aus elastischem Schaumgummi besiehenden Dichtungskörpers über die zusammendrückbare Führungskralle auf eine sich ändernde Bohrlochwandung bzw. auf einen sich ändernden Bohrlochdurchmesser möglich ist.

i.n folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispiels das erfindungsgemäße Abdichtungsverfahren anhand von Zeichnungen im einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Dichtung vor

ihrem Einsatz,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Dichtung im Bohrloch,

F i g. 3 einen schematischen lotrechten Schnitt durch ein eingesetztes Gasrohr mit Dichtung, wobei die Wirkungsweise des Abdichtungsverfahrens kenntlich gemacht ist.

In den Figuren bezeichnet 1 das Gasabsaugrohr, an das ein Schaumgummikern 2 ringsherum angeklebt ist. Am äußeren Umfang hat der Kern eine oder mehrere Einschnürungen 6, die der den Kern umschließenden plastischen Dichtpaste 3 einen besseren Halt bieten. Die Dichtpaste 3 dient gleichzeitig als Gleitmasse. Über den Kern 2 und die Dichtpaste 3 ist ein dehnbarer und reibungsfester Stretchüberzug 4 gezogen, der diese Teile zu einem kompakten Dichtungskörper zusammenhält. Die Einführung des Dichtungskörpers in das Bohrloch 7 wird durch eine zusammendrückbare Führungskralle 5 aus Stahlblech oder Nickelbronze erleichtert.

Die Wirkungsweise der Bohrlochabdichtung sei anhand der Figuren beschrieben. Der auf die Verrohrung aufgeklebte Schaumgummiring 2 und die auf den Schaumgummiring 2 aufgetragene plastische Dichtpaste 3 werden von dem Stretchüberzug 4 auf den Dichtungsdurchmesser D\ (Fig. 1) vorverdichtet. Die auf D₁ vorverdichtete Dichtung wird im Bohrloch mit den Durchmessern Di oder Eh (Fig.2) auf die vom jeweiligen Bohrlochdurchmesser bestimmten Volumen V₂ oder V3 verdichtet und dichtet dabei den Ringraum zwischen Verrohrung 1 und Bohrlochwand mit dem vom Schaumgummiring 2 verursachten Spannungsdruck P(Fig. 3), der dichtungsflächig auf die Bohrlochwandung wirkt, ab. Durch den flexiblen Schaumgummikern 2 und die plastische Dichtmasse 3 sowie den dehnbaren Stretchüberzug 4 paßt sich die Dichtung jeder Bohrlochwandunebenheit an, behält ihren Dichtungseffekt in verzerrten Bohrlöchern und bleibt auch dann mit der Spannungskraft Pselbstdichtend wirksam, wenn sie mit der Verrohrung 1 im Bohrloch vor- oder rückwärts bewegt wird, wodurch im Bohrloch mit der Verrohrung an allen Bereichen im Bohrloch / bis n, wobei der Meßpunkt / am Bohrlochmund, der Meßpunkt η am äußersten Höhenbereich im Bohrloch liegen kann, die höhenabhängige Zusammensetzungen des Gas-Luftgemisches und die Menge an allen Höhenbereichen aus dem Bohrloch erkennbar werden, weil die Kenngrößen der Ausgasung, nämlich die CHi-Konzentration und die Strömungsgeschwindigkeit auf den Meßquerschnitt im Meßstutzen bezogen, den Ausgasungsverlauf im Bohrloch im Betriebszustand der Gasabsaugung wiederspiegeln.

Dieses im gleitenden Zustand vollwirksame Abdichtungsprinzip des Verrohrungsbereiches im Gasbohrloch erlaubt im Gegensatz zu den bisher bekannten Verrohrungsverfahren, daß die sehr stark schwankende Ergiebigkeitshöhe auf das qualitativ und quantitativ günstigste Gasgemisch aus jedem Gasbohrloch mit der Verrohrung im Betriebszustand der Gasabsaugung meßbar eingestellt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Gasabsaugen aus dem Gebirge im Steinkohlenbergbau mit in Bohrlöcher einge brachten, gegenüber deren Wandung abgedichteten Gasabsaugrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasabsaugrohr zusammen mit seiner Dichtung im Bohrloch hin- und herbewegt wird, dabei Messungen des CH₄-Gehaltes und der Ausströmgeschwindigkeit vorgenommen werden, und das Absaugen dann in der Stellung des ermittelten Höchstwertes erfolgt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Gasabsaugrohr mit einem daran befestigten elastischen Schaumgummi-Dichtungskörper von größerem als dem Bohrloch-Durchmesser, auf dem sich und gegebenenfalls in dem sich zusätzlich in Ausnehmungen eine Dichtungsmase befindet, über der ein Gewebe-Überzug angeordnet ist, der den Dichtungskörper zusammendrückt, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (4) aus abriebfestem und dehnbarem Stretch besteht, der den Dichtungskörper (4) mit Gleitmasse (3) umhüllt und diesen auf einen Durchmesser (D₁), der größer ist als der Bohrlochdurchmesser (A), vorspannt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Kopf des Dichtungskörpers eine zusammendrückbare Führungskralle (5) aufgesetzt ist.