DE2517342C3

DE2517342C3 - MeBsonde

Info

Publication number: DE2517342C3
Application number: DE752517342A
Authority: DE
Inventors: G. Dr. 4300 Essen Muecke; K. Dr.-Ing. 4630 Bochum Renner; W. 4200 Oberhausen Stegmanns
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1975-04-19
Filing date: 1975-04-19
Publication date: 1979-03-08
Also published as: DE2517342B2; DE2517342A1; FR2308089B1; GB1482401A; BE840855A; FR2308089A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßsonde für Gasabsaugebohrlöcher im Bergbau, die aus einem mit einem Gaseinlauf versehenen Rohrstück besteht, das einen haubenförmigen, mit Bohrungen versehenen Kopf aufweist, an dem sich eine Schutzvorrichtung gegen Fremdkörpereindringen befindet, und das an ein Führungsgestänge anschließbar ist sowie Halte- und Ab- > dichtelemente aufweist.

In Bohrlöchern für die Gasabsaugung im Steinkohlenbergbau unter Tage ist es erwünscht, im Betrieb Gas- oder Luftvolumenströme mit;stark veränderlichen Zustandsgrößen, z. B. Unterdruck, Überdruck,

ίο Gaskonzentration, Temperatur, Feuchtigkeit und ähnlichem zu messen und zu überwachen. Neben der reinen Strömungsmessung ist es darüber hinaus von Vorteil, gleichzeitig die Gaskonzentration (% CH₄), den Druck (mm WS) und die Temperatur (⁰C) für

π Planungs- und Untersuchungszwecke zu messen. Es ist weiterhin wichtig, den Gaseinzugsbereich bzw. die genauen Gaseintrittsstellen aus dem Nebengestein in das Bohrloch zu ermitteln. Gleiches gilt für Bohrlöcher mit natürlicher Ausgasung in der Kohle.

Versuche haben gezeigt, daß Meßsonden, die nach dem Heißleiter-Meßprinzip arbeiten, weniger gut geeignet sind, weil deren Anzeige von der Wärmeleitfähigkeit und der Dichte des zu messenden Gases abhängig iit. Jede Änderung einer der o. a. Zustandsgrößen macht eine Berichtigung der tatsächlich gemessenen Ergebnisse erforderlich.

Bei Meßverfahren nach der Differenzdruckmethode sind wegen der Abhängigkeit von der Gasdichte ebenfalls mehr oder weniger umfangreiche Umrechnungen notwendig. Der dynamische Druck in einer Rohrströmung ist außer von der Strömungsgeschwindigkeit von der Gasdichte abhängig, die gerade in Gasabsaugebohrlöchern weitgehend von Druck, Temperatur und Zusammensetzung des Mediums bc-

r> einflußt wird. Deshalb scheiden Meßverfahren nach der Differenzdruckmethode aus praktischen Gründen ebenfalls weitgehend aus.

Aus dem DE-Gbm 1 935014 ist eine Meßsonde der eingangs genannten Gattung bekannt, die jedoch nur für reine Druckmessungen geeignet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßsonde zu entwickeln, die besonders für genaue Gasgeschwindigkeits- bzw. Gasstrommengenmessungen unmittelbar im Bohrloch geeignet ist, die sich me-

4^ chanisch einfach handhaben läßt und bei der eine einfache, keine besonderen, umfangreichen Auswertungen erforderlich machende Meßwerterfassung sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Meßsonde der eingangs genannten Gattung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 niedergelegten Merkmale gelöst.

Aus »Glückauf«, 1935, Seite 964, ist zwar schon im Prinzip eine Meßanordnung bekannt, um Gasgeschwindigkeits- bzw. Gasstrommessungen (sowie alternativ Konzentrations- oder Druckmessungen) an Bohrlöchern vorzunehmen. Die Meßanordnung für die Gasgeschwindigkeits- bzw. Gasstrommessungen ist hierbei jedoch außerhalb des Bohrlochs selbst an-

bo geordnet, und es werden nur vergleichsweise grobe Durchschnittswerte und keine genauen Werte erhalten, weil die Meßleitung wegen ihrer Länge und wegen der unvermeidlichen Umlenkungen solche genauen Meßwerte von vornherein ausschließt.

b5 Es sind außerdem auch bereits Meßsonden bekannt, z. B. aus der GB-PS 958 509, bei denen ein Flügelrad für Wasserströmungsmessungen verwendet wird, das in ein Rohrstück eingebaut ist; dieses Rohr-

stück ist aber keine Meßstrecke, denn es ist für die Reproduzierbarkeit der Messung wichtig, daß das Flügelrad gleichmäßig angeströmt und beaufschlagt wird. Dies ist bei der bekannten Sonde nur in Sonderfällen, und zwar dann gegeben, wenn sie in einem > Rohr mit definiertem Querschnitt geführt wird; d. h. sie muß bei jedem neuen Einsati: erneut kalibriert werden. Außerdem ist es erforderlich, die Bohrlochwand vorzubehandeln, um reproduzierbare Meßergebnisse zu haben. ι»

Es ist weiterhin zwar auch bereits bekannt, z. B. aus der US-PS 2277898, Meßsonden aus einem Rohrstück mit Eintrittsöffnungen an einem Ende sowie mit Führungselementen zum Zentrieren zu versehen. Diese Einirittsöffnungen sind jedoch Druckab- r> nahmebohrungen, keine Strömungsgleichrichter. Die Führungselemente sind für eine Anwendung unmittelbar in Bohrlöchern nicht geeignet, denn dort sind .mindestens zwei Führungsstegpaare oben und unten erforderlich, um auch bei nicht genar kalibrierter, z. B. ausgebrochener Bohrlochwand eine Zentrierung zu erreichen, da Verkantungen zu Meßwertverfälschungen Anlaß geben.

Die genaue Messung von Gasströmen kleiner Strömungsgeschwindigkeiten unmittelbar im Bohrloch 2~> und an jeder Stelle gelingt mit der vorgeschlagenen Meßsonde dadurch, daß

a) ein Kleinflügelradanemometer verwendet wird, das auf Grund seiner Konstruktion und seines kleinen Gewichtes unabhängig von Dichte, jn Druck und Temperatur der zu messenden Gase ist. Dies stellt sicher, daß die Meßsonde aucii bei vergleichsweise starker Änderung der Zustandsgrößen an jeder beliebigen Stelle im Bohrloch zuverlässige Meßergebnisse des Gasvolumen- r. Stroms gewährleistet.

b) das Kleinflügelradanemometer in ein Rohrstück, das als glatte, genügend lange Meßstrecke ausgebildet ist, eingebaut ist, in der eine gleichbleibende sowie eine höhere Gasgeschwindigkeit als im Bohrloch selbst vorliegt;

c) die Geschwindigkeitsverteilung im Meßstrekkenquerschnitt vergleichniäßigt wird, indem die Anström- und Schutzhaube durch die Anordnung der vielen gleichmäßig verteilten Löcher mit großem Gesamtquerschnitt und durch die düsenförmige Einengung am Meßstreckeneingang wie ein Strömungsgleichrichter ausgebildet ist;

d) die Halte- und Abdichtelemente als Führungs- >o elemente die Meßsonde über ihre gesamte Länge im Bohrloch zentrieren und damit eine gleichmäßige Anströmung bzw. Beaufschlagung der Anströmhaube erreicht wird, und schließlich

e) durch diffusorartige Ausbildung des Abström-Röhrstücks im Bereich der Gestängebefestigung der Druckverlust der Gesamtströmung im Bohrloch, der infolge des Einfahrens der Meßsonde entsteht, klein gehalten wird.

Der Sondenkörper kann gemäß einer Weiterbil- bo dung der Erfindung als Zentriersonde mit Führungsstegen ausgebildet sein, um ihn beim Messen in der Bohrlochachse zu zentrieren. Das Gasgemisch strömt bei dieser Ausbildung des Sondenkörpers sowohl durch diesen hindurch als auch außerhalb vorbei. Bei es der Zentriersonde muß durch Vergleichsmessungen für verschiedene Durchmesser von Gasabsaugebohrungen auf einem Prüfstand in Rohrstrecken mit äquivalentem Bohrlochdurchn;esser das Verhältnis der jeweils von dem Anemometer in der Rohrachse angezeigten Geschwindigkeit zur jeweiligen mittleren Geschwindigkeit des gesamten Gasvolumenstroms für Auswertezwecke im voraus festgelegt werden. Dieser meßtechnische Nachteil wird durch die einfache Handhabung und den geringen zusätzlichen Strömungswiderstand im Bohrloch, der durch den Sondenkörper verursacht wird, aufgewogen.

Gemäß einer anderen Weiterbildung kann der Sondenkörper auch als Abdichtsonde mit Führungsringen, Halteringen und Blähkörper ausgebildet sein. In diesem Fall erfolgt auf Grund der Abdichtung an den Meßstellen eine Zwangsführung des Gasvolumenstroms durch das Innere des Sondenkörpers und das Anemometer hindurch. Die Abdichtsonde muß zunächst mit Hilfe des beispielsweise pneumatischen Blähkörpers gegen die Bohrlochwand abgedichtet werden. Da der Durchströmquerschnitt des Anemometers nur einen vergleichsweise geringen Teil des Bohrlochquerschnitts ausmacht, tritt hierbei eine erhebjiche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit ein. Die Abdichtsonde ist deshalb insbesondere für Messungen in solchen Gasabsaugebohrlöchern geeignet, in denen kleine Strömungsgeschwindigkeiten des Gasvolumenstioms auftreten. Vorteilhaft ist weiterhin, daß die durch Vergleichsmessungen in einer Rohrstrecke zu ermittelnde Anzeigekennlinie für verschiedene Bohrlochdurchmesser ohne umzurechnen gültig ist.

Vorzugsweise ist das Kleinflügelradanemometer mit einer Mikrowellendiode als Meßwertgeber versehen.

Die erfindungsgemäße Meßsonde kann aus den eingangs genannten Gründen zweckmäßig mit weiteren Meßgeräten bestückt sein, beispielsweise mit CH₄-Meßgerät, Temperatur-Meßgerät oder Druckmeßgerät, ohne daß sich an dem grundsätzlichen Aufbau der Meßsonde etwas ändert.

An den Sondenkörper kann aber auch ein dünner Schlauch, z. B. aus Kunststoff, angeschlossen sein, um Gaskonzentrations-, Temperatur-, Druck- oder Feuchtemessungen gegebenenfalls auch außerhalb des Bohrlochs an durch die Schlauchleitung hindurch abgesaugten Gasproben vornehmen zu können.

Für diesen Zweck kann aber auch das Führungsgestänge verwendet werden, das dazu aus hohlen Gestängestücken gebildet ist.

Es ist zwar aus der US-PS 2745 282 bereits bekannt, laufende Gasgehaltsmessungen von Spülflüssigkeiten mittels Strömungsmesser und Gasdetektor außerhalb des Bohrlochs vorzunehmen, wobei die Probenentnahme nicht im Bohrloch erfolgt, was jedoch bei Gasabsaugebohrlöchern unbedingt notwendig ist, da die Gaskonzentration gerade an der Entnahmestelle von Interesse ist.

Um die von den an den Sondenkörpern befestigten Meßgeräten ermittelten Meßwerte nach außerhalb zu melden, wird zweckmäßig ein Meßkabel mit nachgeschaltetem Anzeigegerät und/oder Registriergerät vorgesehen, die in üblicher Weise auch über eine Fernwirkleitung an die Grubenwarte angeschlossen sein können.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung in einem Beispiel näher besehrieben. Es zeigt

Fig. 1 die Meßsonde in einer Prinzipskizze, wobei der Sondenkörper als Zentriersrinde ausgebildet ist,

Fig. 2 bis 5 in teilweise geschnittenen Längs- und Queransichten einen als Abdichtsonde ausgebildeten Sondenkörper

In Fig. 1 ist ein Gasabsaugebohrloch 1 dargestellt das von oinei strecke 1.4 aus in das uaigebende Gc-Hrge 10 eingebracht ist. Das Gasabsaugebohiloch 1 ist in seinem streckennahen Bereich mit einer Bohrlochverrohrung 11 vorsehen. In der Strecke 14 ist an die Bohrlochverrohrung 11 ein T-Stück 12 angeschlossen, dessen eines freies Ende an die Gasabsaug-'sleitung 15 anschließt und dessen anderes freies Ende mit einem Dichtflansch 13 verschlossen ist.

In der Bohrlochverrohrung 11 ist im Beispiel ein Sondenkörper 2 untergebracht, der als Zentriersonde 20 mit Führungsstegen 27, z. B. aus Hartgummi, ausgebildet ist. Der Sondenkörper 2 ist an einem Ende mit einem Schutzgitter 210 abgekleidet, um zu vermeiden, daß Bergestückchen in sein Inneres gelangen. Am anderen Ende ist an den Sondenkörper 2 ein Führungsgestänge 3 aus hohlen Gestängestücken 30 angeschlossen, das durch den Dichtflansch 13 hindurch bis in den Querschnitt der Strecke 14 reicht.

In dem Sondenkörper 2 ist ein Kleinflügelradanemometer 6 parallel zur Längsachse angeordnet. Weitere Meßgeräte 7, 8, 9 für Gaskonzentrations-, Temperatur- oder Druckmessungen sind in seitlichen Ausnehmungen geschützt am Sondenkörper 2 angebracht. Im Beispiel ist, vom Sondenkörper 2 ausgebond, ein Meßkabel 5 aus dem Gasabsangebohrlocli f heu: ..»geführt ut>d an ein Anzeigegerät 50 und/ouc: Registriergerät 51 angesch'c -m n, von denen aus eiiiL Fernwirkleitung 52 zur hier nicht dargestellten Gru-' benwarte führen kann. Das Kleinfiügelradunemome-, U-T 6 ist mil einer Mikrowellendiode 61 ;<ls Meßwertgeber ausgestattet. Neben dem McHkabel 5 Kann auch ein dünner Schlauch 4, beispielsweise aus Kunststoff, vom Soiidenkörper 2 bis zur Strecke 14 geführt sein,

"' um i'ber diesen Weg Gasproben zu entnehmen, deren Zustandsgrößen in diesem Falle außerhalb des Gasabsaugebohrlochs 1 zu ermitteln sind. Schließlich können die Gasproben auch durch das höhlt Führungsgestänge 3 hindurch entnommen werden.

¹' In den Fig. 2 bis 5 ist ein als Abdichtsondc 21 ausgebildeter Sondenkörper 2 dargestellt, dessen Schutzhaube 200 Bohrungen 24 aufweist, durch die hindurch der im Kleinflügelradanemometer 6 zu messende Gasvolumenstrom in das Innere eines Rohr-

^¹ Stücks 22 eintritt. An dem Rohrstück 22 sind Führungsringe 25 befestigt sowie Halteringe 28, die einen Blähkörper 26 festhalten, der zur Abdichtung de; Sondenkörpers 2 in dem Gasabsaugebohrloch 1 dient. Am freien Ende des Rohrstücks 22 ist ein Dif-

-'"> fusorrohr 23 angeordnet, das seinerseits mit dem Gestängestück 30 des hohlen Führungsgestänges 3 verbunden ist. Das Kleinflügelradanemometer 6 ist zum Zwecke der Zentrierung in der Bohrlochachse an einem Flachsteg 62 befestigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßsonde für Gasabsaugebohrlöcher im Bergbau, die aus einem mit einem Gaseinlauf versehenen Rohrstück besteht, das einen haubenförmigen, mit Bohrungen versehenen Kopf aufweist, an dem sich eine Schutzvorrichtung gegen Fremdkörpereindringen befindet, und das an ein Führungsgestänge anschließbar ist sowie Halte- und A.bdichtelemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (22) gerade und hindernisfrei und in ihm zentral ein Kleinflügelradantmometer (6) angeordnet ist; der zugleich als Schutzvorrichtung dienende Kopf eine Anströmhaube (200, 210) mit einer Vielzahl von achsparallelen Bohrlöchern (24) und einer zum Meßquerschnitt hin düsenförmigen Querschnittsverengung ist; an das Rohrstück (22) abströmseitig ein Diffusorrohr (23) anschließt, an dem das Fiihrungsgestänge (3, 30) befestigt ist, und die Halte- und Abdichtelemente als Führungselemente (25, 26, 27, 28) zum Zentrieren der Meßsonde ausgebildet sind.

2. Meßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkörper (2) Führungsstege (27) besitzt.

3. Meßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkörper (2) mit einem abdichtenden Blähkörper (26) ausgerüstet ist.

4. Meßsonde nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kleinflügeiradanemometer (6) mit einer Mikrowellendiode (61) als Meßwertgeber versehen ist.

5. Meßsonde nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkörper (2; 20, 21) mit einem CH₄-Meßgerät (7) ausgerüstet ist.

6. Meßsonde nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkörper (2; 20,21) mit einem Temperaturmeßgerät (8) ausgerüstet ist.

7. Meßsonde nach den Ansprüchen i und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkörper (2; 20, 21) mit einem Druckmeßgerät (9) ausgerüstet ist.

8. Meßsonde nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Sondenkörper (2; 20, 21) ein dünner Schlauch (4) angeschlossen ist.

9. Meßsonde nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsgestänge (3) aus hohlen Gestängestücken (30) gebildet ist.

10. Meßsonde nach den Ansprüchen 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Sondenkörper (2; 20,21) ein Meßkabel (S) mit nachgeschaltetem Anzeige- (50) und/oder Registriergerät (51) angeschlossen ist.