DE2618787C3 - Verfahren und Einrichtung zur Absaugung von Grubengas aus im streckennahen Bereich verrohrten Bohrlöchern im Untertagebetrieb von Steinkohlenbergwerken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absaugung von Grubengas aus im streckennahen Bereich verrohrten Bohrlöchern im Untertagebereich von Steinkohlenbergwerken, wobei im Bohrloch ein die äußere Verrohrung überragender innerer Bohrstrang vorgesehen ist, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Mit der Absaugung von Grubengas in den untertägigen Abbaubetrieben des Steinkohlenbergbaus wird in erster Linie das Ziel verfolgt, 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 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 Verfugung steht. Bei Einhaltung eines vorgegebenen Sicherheitsniveaus läßt sich die Förderkapazität eines Abbaubetriebes also um so mehr steigern, je vollständiger die Absaugung der Zusatzausgasung gelingt.

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 Absaugeleitungcn nicht unterschritten werden.

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.

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 unver-

JO meidbaren 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.

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 Grubengasgehait von Absauggemischen mit steigendem Unterdruck ab und mit sinkendem Unterdruck zu. Eine Erhöhung des Grubengasgehaltes ist demnach durch Drosseln des Gasbohrloches et reichbar. Allerdings verhält sich der abgesaugte Grubengasstrom gegenläufig zur Konzentration, so daß bei Gasbohrlöehern, deren Grubengasgehalte auf diese Weise erhöht wurden, 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.

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.

Aus dem DE-Gm 17 65 009 ist eine Vorrichtung bekannt, um Grubengas aus verrohrten Bohrlöchern abzusaugen, wobei der Absaugevorgang über einen Rohrstrang erfolgt, der am vorderen tiefsten Ende mit einer Gummimanschette, die durch einen Treibkeil gegen die Bohrlochwandung angepreßt ist, abgedichtet ist. Der Treibkeil wird durch ein Mantelrohr nach vorn gedrückt.

b5 Es ist schon vorgeschlagen worden (»Glückauf«, 1953, Si ι le 563), das Bohrloch auf größere Länge mit einer V urrohrung und diese mit einem Durchgangshahn in der Verbindung zur Sammelleitung zu versehen.

Mit der Vorrichtung nach DE-OS 22 55 267, einer mit elastischer Dichtung versehenen Verrohrung, soll diese in beiden Richtungen verschiebbar sein, um jeweils an die günstigste Stelle verschoben zu werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Absaugeverfahren vorzustellen, bei dem das Grubengas möglichst vollständig, gleichzeitig aber auch in ausreichender Konzentration abgesaugt werden kann, wobei insbesondere auch der im streckennahen Bereich vorhandene Grubengasanteil mindestens so weit miterfaßt wird, da." im Wetterstrom der Strecke die bergbehördlich vorgeschriebenen Höchstwerte nicht überschritten werden und andererseits in der Gassammelleitung die dort bergbehördlich vorgeschriebenen Mindestwerte nicht unterschritten werden.

Die Aufgabe wird, ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß über den inneren Rohrstrang Grubengas aus den streckenfernen Teilen des Bohrlochs und gleichzeitig über den Ringraum zwischen der äußeren VeiiOhrung und dem inneren Rohrstrang Grubengas aus dem streckennahen Teil des Bohrlochs unter der Zunahme von eintretenden Undichtigkeiten entsprechender Drosselung in eine gemeinsame Gassammelleitung abgesaugt wird.

Bei diesem Verfahren wird anders als bisher mit zwei Drucksenken anstatt nur mit einer Drucksenke gearbeitet, wovon die eine tiefer im Bohrloch und die andere in Bohrlochnähe angeordnet ist.

Das Anlegen zweier Drucksonden an ein Bohrloch ergibt unterschiedliche Strömungsrichtungen des angesaugten Mediums, wobei der Strömungs-Nullpunkt in Abhängigkeit vom Unterdruck verlegbar ist.

Mit Hilfe der Drucksenke am Bohrlocheingang wird das im streckennahen Bereich vorhandene Grubengas angesaugt, das bekanntlich stärker mit Falschluft versetzt ist. wobei der Falschluftanteil mit zunehmender Standdauer wegen gleichfalls zunehmender Auflockerung des Gebirges größer wird. Dies wird aber aus sicherheitlichen Gründen in Kauf genommen, um in jedem Fall den Grubengasgehalt im Wetterstrom der Strecke möglichst klein zu halten (max. zulässig sind 1%). Die zweite Drucksenke im tieferen Teil des Bohrloches dient dazu, mindestens jeweils soviel hochprozentiges Grubengas zusätzlich abzusaugen, um — ebenfalls aus sicherheitlichen Gründen — in der Gassammelleitung den dort zulässigen Grubengasgehalt nicht zu unterschreiten (mind, erforderlich sind 20%). Wenn das Grubengas wirtschaftlich verwertet werden soll, sind noch höhere Konzentrationen erwünscht, und zwar möglichst über 40%, was sich ebenfalls mit Hilfe des anmeldungsgemäßen Verfahrens einfacher als bisher verwirklichen läßt.

Die an den beiden Drucksenken jeweils erforderlichen Unterdrücke bestimmen sich nach den jeweiligen örtlichen Gegebenheiten und lassen sich in praktischen Versuchen ermitteln.

Steuerbar sind Absaugemenge und Konzentration des Grubengas-Luftgemisches durch Veränderung des angelegten Unterdruckes in Verbindung mit den geometrischen Abmessungen der Absaugeeinrichtung, sowohi absolut als auch relativ. Relative Druckänderungen der beiden ürucksenken lassen sich am einfachsten durch Drosselung einer der beiden Absaugeleitungen erzielen, wenn man davon ausgeht, was die Regel ist, daß der anliegende absolute Unterdruck in der Gassammelleitung erzeugt wird.

Grundsätzlich kann das Verhältnis der beiden Durchflußmengen schon vor der Inbetriebnahme des Bohrloches durch die Wahl des Verhältnisses der beiden Durchmesser und des Verhältnisses der beiden Längen beeinflußt werden. Gleiche Durchflußmengen in beiden Verrohrungen stellen sich dann ein, wenn der Druckveilust 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 Regelventil, das

ίο vorzugsweise der äußeren Verrohrung zugeordnet wird, jede beliebige Mengenverteilung eingestellt werden.

Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Einrichtung vorgeschlagen, wie sie im Anspruch 2 näher gekennzeichnet ist

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung in einem Beispiel näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung einen Axialschnitt durch ein Bohrloch mit der erfindungsgemäßen Einrichtung;

F i g. 2 konstruktive Einzelheiten der Ausbildung des Gegenstandes der Fig. !.

In den Fi g. 1 und 2 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 15/4 bis D durchschneidet. Dieses hat in seinem oberen Teil den Durchmesser de und in seinem unteren Teil den größeren Durchmesser dv. Der untere

so 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 dia und den Innendurchmesser du- An die äußere

J5 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. auch bis ins Bohrlochtiefste reichen kann. Der Außendurchmesser des Rohrstranges 3 ist d\„, sein Innendurchmesser d\_h Der Außendurchmesser du muß kleiner sein als der Innendurchmesser d₂.

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

so auf dem Spezialstutzen 9 ab. Um den Rohrstrang 3 gegenüber der äußeren Verrohrung 4 abzudichten, befindet sich in der Ringnut unterhalb des Rohrstranges 3 eine O-Ring-Dichtung 8. Der Rohrstrang 3 hat über den Spezialstutzen 9. den Verbindungsschlauch 10, die Meßstrecke 11 und den Krümmer 12 ebenfalls Verbindung mit der Gassammelleitung 14. 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.

Insbesondere für den Rohrstrang 3 kann aus Gewichtsgründen Kunststoff verwendet werden. Der Rohrstrang 3 braucht im übrigen nicht über die ganze Länge 'entrisch im Bohrloch 2 angeordnet zu sein,

t>5 sondern er kann sich auch an die Bohrlochwand anlegen.

Die möglichen Strömungsverhältnisse im Bohrloch 2

sind der besseren Veranschaulichung wegen in Fig. 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 dem Ringspalt 16 zwischen äußerer Verrohrung 4 und Rohrstrang 3 kennzeichnen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Absaugung von Grubengas aus im streckennahen Bereich verrohrten Bohrlöchern im Untertagebetrieb von Steinkohlenbergwerken, wobei im Bohrloch ein die äußere Verrohrung überragender innerer Rohrstrang vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß über den inneren Rohrstrang Grubengas aus den streckenfernen Teilen des Bohrlochs und gleichzeitig über den Ringraum zwischen der äußeren Verrohrung und dem inneren Rohrstrang Grubengas aus dem streckennahen Teil des Bohrlochs unter der Zunahme von eintretenden Undichtigkeiten entsprechender Drosselung in eine gemeinsame Gassammelleitung abgesaugt wird.

2. Einrichtung zur Absaugung von Grubengas zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 aus einer äußeren Verrohrung zur Abdichtung im streckennahen Bereich des Bohrlochs und einem die äußere Verrohrung überragenden inneren Rohrstrang, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Verrohrung (4) gegen den inneren Rohrstrang (3) einseitig durch einen Stutzen (9) abgedichtet ist, der innere Rohrstrang (3) und der den Rohrstrang (3) umgebende Ringraum (16) je einen Anschluß (7, 10) an die Gassammelleitung (14) aufweisen und mindestens einer der Anschlüsse (7, 10) mit einer Drosselvorrichtung versehen ist.