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Verfahren und Einrichtung zur Absaugung von Grubengas
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aus im streckennahen Bereich verrohrten Bohrlöchern im Untertagebetrieb
von Steinkohlenbergwerken Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absaugung von
Grubengas aus im streckennahen Bereich verrohrten Bohrlöchern im Untertagebetrieb
von Steinkohlenbergwerken und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Es ist bekannt, daß mit der Absaugung von Grubengas in den untertägigen
Abbaubetrieben des Steinkohlenbergbaus in
erster Linie das Ziel
verfolgt wird, das den Grubenbauen aus den hangenden und liegenden Begleitschichten
zuströmende Grubengas - die sogenannte Zusatzausgasung - möglichst vollständig zu
erfassen und abzuführen. Dadurch wird dieses Grubengas daran gehindert, in die Wetter
(Luft) einzutreten, so daß die Grubengasaufnahmekapazität des Wetterstromes, die
durch bergbehördlich vorgeschriebene Grenzwerte für den Grubengasgehalt bestimmt
ist, für das aus dem gebauten Flöz selbst austretende Grubengas - die sogenannte
Grundausgasung - zur Verfügung steht Bei Einhaltung eines vorgegebenen Sicherheitsniveaus
läßt sich die Förderkapazität eines Abbaubetriebes also umso mehr steigern, je vollständiger
die Absaugung der Zusatzausgasung gelingt.
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Darüber hinaus wird aber auch angestrebt, ein möglichst hochkonzentriertes
Grubengas-Luft-Gemisch abzusaugen; denn einerseits steigen die Verwertbarkeit des
abgesaugten Gemisches und der Erlös für das verwertete Grubengas mit dem Grubengasgehalt,
andererseits dürfen aus Sicherheitsgründen bestimmte bergbehördlich festgelegte
Grenzkonzentrationen in den Absaugeleitungen nicht unterschritten werden.
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Langjährige Erfahrungen mit der Bohrlochabsaugung haben gezeigt, daß
die beiden genannten Ziele, nämlich vollständige Erfassung der Zusatzausgasung und
hoher Grubengasgehalt des abgesaugten Gemisches, nur dann miteinander vereinbart
werden können, wenn der Eintritt von Luft in die Bohrlöcher weitgehend verhindert
wird. Dies ist jedoch aufgrund der Gebirgsbewegungen, denen die Bohrlöcher ausgesetzt
sind, häufig schon gleich nach der Herstellung, fast immer aber mit zunehmendem
Alter der Bohrlöcher nur sehr unvollkommen zu erreichen. Um das
Ansaugen
von Luft zu verringern, bietet die bisher angewandte Absaugetechnik nur zwei Möglichkeiten,
von denen die eine vor und die andere nach der Inbetriebnahme des Bohrloches eingesetzt
werden kann.
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Die erste Möglichkeit besteht in der Wahl der richtigen Art und der
richtigen Länge der Verrohrung: Die Luft gelangt vorzugsweise durch den Ringraum
zwischen der Verrohrung und der Bohrlochwand sowie außerdem durch das aufgelockerte
Gebirge im Bereich des Streckenmantels hindurch in das Bohrloch. Es wird also versucht,
den Ringraum wirksam abzudichten und die Abdichtung während der gesamten Betriebszeit
des Bohrloches wirksam zu erhalten, und weiterhin eine so lange Verrohrung zu wählen,
daß diese über den stark durchlässigen Streckenmantel hinausreicht. Beide Maßnahmen
weisen aber Unzulänglichkeiten auf: Eine vollständige Abdichtung des Ringraumes
ist, wie jüngste Messungen in Absaugebohrlöchern gezeigt haben, mit den bisher üblichen
Abdichtelementen nicht zu verwirklichen. Die Abdichtung wird außerdem mit zunehmender
Standzeit wegen der auftretenden unvermeidbaren Gebirgsbewegungen immer schlechter.
Bei einer Vergrößerung der Verrohrungslänge muß in Kauf genommen werden; daß das
Grubengas aus streckennahen Flözen gar nicht erst in die Absaugeleitung, sondern
unmittelbar in die Wetter (Luft) abströmt.
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Eine andere Möglichkeit zur Verbesserung des Absaugergebnisses ist
die Regelung des Unterdruckes, der an das Gasbohrloch angelegt wird: Wie durch Messungen
belegt worden ist, nimmt nämlich der Grubengasgehalt von Absauggemischen mit steigendem
Unterdruck ab und mit
sinkendem Unterdruck zu. Eine Erhöhung des
Grubengasgehaltes ist demnach durch Drosseln des Gasbohrloches erreichbar. Allerdings
verhält sich der abgesaugte Grubengasstrom gegenläufig zur Konzentration, so daß
bei Gasbohrlöchern, deren Grubengasgehalte auf diese Weise erhöht wurde, die Ausbeute
entsprechend geringer geworden ist. Mithin widerspricht diese Art der Regelung der
erstgenannten Forderung, das Zusatzgas möglichst restlos abzusaugen. In vielen Fällen
hat sie auch eine vorzeitige Aufgabe der Gasbohrlöcher zur Folge.
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Die bisherige Absaugetechnik versagt somit dann, wenn die Bohrlöcher
undicht werden, weil von diesem Zeitpunkt an entweder zu niedrige Gemischkonzentrationen
oder zu geringe absolute Mengen abgesaugt werden und die Bohrlöcher als zwingende
Folge zu früh aufgegeben werden müssen.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diese Nachteile zu beseitigen
und das Grubengas ganz oder teilweise schon dort zu erfassen, wo es frei wird und
noch nicht mit Luft vermischt ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß in das Bohrloch ein
den verrohrten Bereich überragender zweiter Rohrstrang eingebracht wird und hierdurch
das Grubengas aus den streckenfernen Teilen des Bohrloches abgesaugt wird. Der innere
Rohrstrang führt hierbei immer hochkonzentriertes Gemisch. Es ist somit auf einfache
Weise gewährleistet, daß den Sicherheitsarforderungen ebenso genügt wird wie den
wirtschaftlichen Ansprüchen. Eine nachteilige Drosselung wegen zu hoher Falschluftansaugung
ist während der gesamten Zeit der
Gasabsaugung nicht erforderlich.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung kann teilweise mit Luft vermischtes
Grubengas aus den streckennahen Teilen des Bohrloches aus dem Ringraum zwischen
der Verrohrung und dem zweiten Rohrstrang unmittelbar am Bohrlocheingang zusätzlich
abgesaugt werden und das Grubengas aus dem Rohr strang mit dem Grubengas-Luftgemisch
aus dem Ringraum gemischt werden. Dadurch lassen sich optimale Grubengas-Luft-Gemische
erzeugen.
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Grundsätzlich kann das Verhältnis aer beiden Durchflußmengen schon
vor der Inbetriebnahme des Bohrloches durch die Wahl des Verhältnisses der beiden
Durchmesser und des Verhältnisses der beiden Längen beeinflußt werden.
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Gleiche Durchflußmengen in beiden Verrohrungen stellen sich dann ein,
wenn der Druckverlust der Strömung im inneren Rohr dem Druckverlust der Strömung
im Ringraum zwischen innerem und äußerem Rohr gleich ist. Während des Betriebes
kann mit Hilfe eines Regelventils, das vorzugsweise der äußeren Verrohrung zugeordnet
wird, jede beliebige Mengenverteilung eingestellt werden.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Einrichtung
vorgeschlagen, wie sie in den Ansprüchen 3 bis 8 näher gekennzeichnet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung in einem Beispiel
naher erläutert. Es zeigen: Figur 1 in schematischer Darstellung einen Achsialschnitt
durch ein Bohrloch mit der erfindungsgemäßen Einrichtung; Figur 2 konstruktive Einzelheiten
der Ausbildung des Gegenstandes der Figur 1;
Figuren 3, 4, 5 Radialschnitte
durch das Bohrloch mit der erfindungsgemäßen Einrichtung; Figur 6 ein Diagramm,
in dem die Abhängigkeit der absaugbaren Grubengasmenge bzw. Gemischmenge sowie des
Grubengasgehaltes in Abhängigkeit vom angelegten Unterdruck an das Bohrloch dargestellt
ist.
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In den Figuren 1 bis 5 sind mögliche Ausführungen der Einrichtung
gemäß der Erfindung dargestellt: Im Gebirge 1 ist von einer Strecke 6 aus ein im
Beispiel aufwärts in die hangenden Schichten gerichtetes Bohrloch 2 hergestellt
worden, das mehrere Kohlenflöze 15 A bis D durchschneidet. Dieses hat in seinem
oberen Teil den Durchmesser dB und in seinem unteren Teil den größeren Durchmesser
dV (vgl. Schnitte A-A - Figur 3 - und B-B - Figur 5 -). Der untere erweiterte Teil
des Bohrloches 2 mit dem Durchmesser dV nimmt eine äußere Verrohrung 4 auf, die
mit Dichtelementen 5 gegen die Bohrlochwand abgedichtet ist. Die äußere- Verrohrung
4 hat den Außendurchmesser d 2a und den Innendurchmesser d2i (vergl. Schnitt B-B
- Figur 5 -) . An die äußere Verrohrung 4 ist ein T-Stück 7 angeflanscht. Dieses
ist an seiner Stirnseite mit einem ebenfalls angeflanschten Spezialstutzen 9 abgeschlossen.
Im Inneren der äußeren Verrohrung 4 und des Bohrloches 2 befindet sich ein Rohrstrang
3, der wesentlich länger ist als die äußere Verrohrung 4 und der ggfs.
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auch bis ins Bohrlochtiefste reichen kann. Der Außendurchmesser des
Rohrstranges 3 ist dla, sein Innendurchmesser dii (vgl. Schnitt A-A - Figur 3 -).
Der Außendurchmesser dla muß kleiner sein als der Innenduchmesser d2i.
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Die äußere Verrohrung 4 ist über den seitlichen Stutzen des T-Stückes
7, einen Verbindungsschlauch 10, eine Meßstrecke 11, ein Regelventil 13 und einen
Krümmer 12 mit der Gassammelleitung 14 verbunden. Der Rohrstrang 3 stützt sich im
Beispiel in einer Ringnut auf dem Spezialstutzen 9 ab. Um den Rohrstrang 3 gegenüber
der äußeren Verrohrung 4 abzudichten, befindet sich in der Ringnut unterhalb des
Rohrstrangs 3 eine O-Ring-Dichtung 8.
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Der Rohrstrang 3 hat über den Spezialstutzen 9, den Verbindungsschlauch
10, die Meßstrecke 11 und den Rrümmer 12 ebenfalls Verbindung mit der Gassammelleitung
14.
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Durch Betätigen des Regelventils 13 kann die Mengenverteilung im Rohrstrang
3 und im Ringspalt 16 und damit der resultierende Grubengasgehalt des abgesaugten
Gemisches beliebig gesteuert werden.
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Insbesondere für den Rohrstrang 3 kann aus Gewichtsgründen Kunststoff
verwendet werden. Der Rohrstrang 3 braucht im übrigen nicht über die ganze Länge
zentrisch im Bohrloch 2 angeordnet zu sein, sondern er kann sich auch an die Bohrlochwand-anlegen
(vgl. Schnitt A-A -Figur 4 -).
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Die möglichen Strömungsverhältnisse im Bohrloch 2 sind der besseren
Veranschaulichung wegen in Figur 1 näher erläutert, wobei die Pfeile mit durchgezogenen
Linien den Zustrom der Luft in den Unterdruckbereich des Bohrlochs 2, die Pfeile
mit gestrichelten Linien den konzentrierten Grubengaszustrom in das Bohrloch 2 und
durch den Rohrstrang 3 hindurch und die Pfeile mit den Wellenlinien den Grubengas-Luft-Gemischstrom
aus den Ringspalt 16 zwischen äußerer Verrohrung 4 und Rohrstrang 3 kennzeichnen.
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Aus dem Diagramm in Figur 6 lassen sich die Zusammenhänge entnehmen,
die zwischen dem angelegten Unterdruck am Bohrloch 2 und der jeweils absaugbaren
Grubengasmenge und Gemischmenge bzw. dem Grubengasgehalt bestehen.
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Patentansprüche