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Centralny Osrodek Projektowo-
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Konstrukcyjny Maszyn Gõrniczych KCMAG Gliwice/ Polen Verfahren und
Vorrichtung zur Verminderung der Gasgefährdung im Bergbauuntertagebetrieb Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verminderung der Gasgefährdung im
Bergbauuntertagebetrieb durch Absaugen der Gase aus dem Kohlenflöz durch im Kohlenflöz
erbohrte Bohrungen bzw. durch Absaugen der Gase aus alten Kohlenabbauen,insbesondere
zum Entfernen von Methan und Kohlendioxid.
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Ein bekanntes Verfahren zur Verminderung der Gasgefährdung durch Methan
und Kohlendioxid, die sich im Kohlenflöz oder in alten Kohlenabbauräumen befinden,
beruht darauf, daß im Kohlenflöz Bohrungen erbohrt werden, durch welche die Gase
mit Absaugvorrichtungen entfernt werden. Zu diesem Zweck werden
in
die Bohrungen im Kohlenflöz Rohre eingesetzt, deren Enden aus der Oberfläche des
Kohlenflözes herausragen. Die Enden der Rohre werden mit der Absaugvorrichtung verbunden.
Die Absaugvorrichtung saugt Gase aus dem Kchlenflöz oder aus alten Kohleabbauen
und fördert sie durch Rohrleitungen an die Erdoberfläche, vo sie zu Industriezwecken
verwendet oder in die Atmosphäre verteilt werden.
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Die sich im Kohlenflöz oder in alten Kohlenabbauen befindenden Gase
sind meistens Gasmischungen, deren gefährliche Bestandteile Methan und Kohlendicxid
sind. Das Mischungsverhältnis von Methan und Kohlendicxid ist an verschiedenen Orten
unterschiedlich. Bergbauvorschriften gestatten das Absaugen dieser Gasmischung lediglich
in dem Falle, wenn der Anteil an Methan in der Gasmischung mindestens 3 a beträgt.
Das bedeutet, daß Kohle aus Flözen, die eine Gasmischung enthalten, die weniger
als 3 a Methan enthält, nicht bergbaulich gewonnen werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
anzugeben, Gasgemische mit beliebigem Methangehalt aus Kohlenflözen oder alten Kohlenabbauen
zu beseitigen, ohne dabei Rohrleitungen zu ziehen, durch welche die abgesaugt ten
Gasmischungen an die Erdoberfläche gefördert werden müssen.
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Der Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in einer
Verdünnung des Gasgemisches aus Methan und Kohlendiocid, das aus einem Flöz oder
einem alten Kohlenabbau abgesaugt wird, durch Mischen mit Luft aus dem Untertagebau.
Das Luftgasgemisch, welches durch dieses Mischen entsteht, soll Methan und/oder
Kohlendioxid nur bis zu einem bestimmten prozentualen Grenzanteil enthalten, z.B.
unter 2% der Zusammensetzung des Luftgasgemisches. Im Anschluß an das Mischen verteilt
man ein solches Luftgasgemisch in die Atmosphäre des Untertagebaues.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, die der Anwendung des
Verfahrens zur Verminderung der Gasgefährdung im Bergbauuntertagebetrieb dient.
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Der Grundgedanke der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt in einem
Mischer, welcher eine Kammer mit zwei in Reihe hintereinanderliegenden Öffnungen
enthält. Der Mischer ist am druckseitigen Ausgangsrohr der Absaugvorrichtung, insbesondere
einer Strahlpumpe, die die Gase aus dem Kohlenflöz absaugt, angeordnet, wobei das
Ausgangsrohr in einer der Öffnungen der Mischerkammer steckt. Der Durchmesser der
Öffnung der Mischer kammer ist dabei größer als der Durchmesser des Ausgangsrohres,
wodurch rund um das Ausgangsrohr ein Ringspalt entsteht.
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Durch diesen Ringspalt wird Luft aus der Umgebung in das Innere
der
Kammer angesaugt und dort mit abgesaugtem Methan und/oder Kohlendioxid gemischt.
Die zweite Öffnung des Mischers liegt hinter der ersten Öffnung. Der Mischer arbeitet
bei einer solchen Anordnung der Öffnungen und des Ausgangsrohres der Absaugvorrichtung
als eine Strahlpumpe, in der der Strom des abgesaugten Methans und/oder Kohlendioxids
als Treibstrahl der Strahlpumpe wirkt. Die zweite Öffnung des Mischers verläßt ein
Luftgasgemisch, d.h. ein Gemisch aus abgesaugten Gasen aus dem Kohlenflöz oder alten
Kohlenabbauen und Luft, die durch den Ringspalt aus der Umgebung des Untertagebaues
in die Mischerkammer angesaugt wurde.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen einstellbaren Drosselhahn
auf, der vor der Absaugv-orrichtung angeordnet ist, die die Gase aus dem Kohlenflöz
oder dem Kohlenabbauhohlraum absaugt. Mittels des Drosselhahnes wird die Menge der
aus dem Kohlenflöz abgesaugten Gase reguliert und gleichzeitig wird auch die Zusammensetzung
des aus dem Mischer entweichenden Luftgasgemischs reguliert.
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Ausserdem befindet sich vor der Absaugvorrichtung im Gehäuse des Drosselhahns
oder in dem im Kohlenflöz steckenden Rohr eine Öffnung. Der Querschnittt dieser
Öffnung ist regelbar. Durch die Öffnung wird Luft aus der Umgebung angesaugt,die
sich mit den abgesaugten Gasen, bevor diese in die Absaugvorrichtung gelangen1 mischt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist an der Absaugvorrichtung ein
auswechselbares Ansatzstück auf, das in der Mischerkammer steckt. Durch Auswechseln
des Ansatz stückes gegen ein anderes mit einem anderen Außendurchmesser ändert sich
die Weite und damit auch die wirksame Fläche des Ringspalts in der Öffnung des Mischers.
Eine Änderung der Weite des Ringspalts im Mischer beeinflußt die Zusammensetzung
des Luftgasgemisches, das den Mischer verläßt, weil die Arbeitsbedingungen des als
Strahlpumpe arbeitenden Mischers verändert werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist außerdem eine Leitung auf,
die mit der Öffnung des Mischers, durch die das Luftgasgemisch den Mischer verläßt,
verbunden ist. Die Leitung kann eine beliebige Länge aufweisen und dient zur Abführung
des aus dem Mischer herausströmenden Luftgasgemischs in die Grubenatmosphäre an
einer beliebigen Stelle.
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Wenn eine solche Leitung verwendet wird, die mit der Öffnung des Mischers,
durch die das Luftgasgemisch den Mischer verläßt, verbunden ist, wird die erfindungsgemäße
Vorrichtung mit einer zusätzlichen Vorrichtung ausgerüstet. Die Länge der Leitung
oder deren Form kann für das durchströmende Luftgasgemisch einen beträchtlichen
Widerstand darstellen, so daß sich die Leitung des Mischers als Strahlpumpe verschlechtert.
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Diese Nachteile der langen Leitung werden durch eine zusätzliche Vorrichtung,
und zwar einen Ventilator oder ein pneumatisches
Strahl~ rohr ausgeglichen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt zwei Methanneßgeräte.
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Eines der Methanmeßgeräte liegt im Strom der aus den Kohlenflöz oder
den alten Abbauen abgesaugten Gase. Das zweite ist im Strom des Luftgasgemisches,
das in die umgebende Untertageatmosphäre verteilt wird, angeordnet. Die beiden Methanmeßgeräte
sind mit einer Einrichtung verbunden,die die Anzeigen der Methanmeßgeräte vergleicht
und gleichzeitig auf einen Hervor mechanismus einwirkt. Der Servomechanismus verstellt
den einstellbaren Drosselhahn, der sich vor der Absaugvorrichtung befindet, oder
ändert die Querschnittsfläche der Öffnung, die sich im Gehäuse des Drosselhahns
befindet und der Zumischung zusätzlicher Luft zum Strom der aus dem Kohlenflöz oder
alten Kohlenabbauen abgesaugten Gase dient. Der S>rvomechanismus kann gleichzeitig
auf den Drosselhahn und auf den Qierschnitt der Öffnung einwirken.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtrlng wird nachstehend
unter Bezug auf die Zeichnung, die eine erfindungsgemäße Vcrrichtung in Seitenansicht
zeigt, näher erläutert.
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In einer Bohrung 15, die in einem Kohlenflöz 16 erbdhrt ist, steckt
ein Rohr 9. Das Ende des Rohres 9 ragt aus dem Kohlenflöz 16 hervor. Am Ende des
Rohres 9 ist eine Absaugvorrichtung 5
angeordnet. Es ist vorteilhaft,
als Absaugvorrichtung 5 eine pneumatische Strahlpumpe zu verwenden,die über eine
Luftleitung 21 rit Pressluft versorgt wird. Das Rohr 9 ist mit einem Absperrventil
20 versehen, das zwischen dem Kohlenflöz 16 und der Absaugvorrichtung 5 angeordnet
ist. Das Ausgangsrohr 4 der Absaugvorrichtung 5 steckt in einer Öffnung 2 eines
Mischers 1.
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Da der Aulendurchiesser des Ausgangsrchres 4 kleiner ist als der Durchnesser
der Öffnung 2 des Mischers 1, entsteht ein Ringspalt 6,durch den das Innere des
Mischers 1 mit der Atmcsphäre der Grube in Verbindung steht. Der Mischer 1 besitzt
eine zweite in Reihe hinter der Öffnung 2 angeordnete Öffnung 3.
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Die Offnung 3 öffnet sich direkt in die Umgebung der ist mit einer
Leitung 17 verbunden. Die Mündung 19 der Leitung 17 kann man an einer beliebigen
geeigneten und günstigen Stelle des Untertagebaus Jiflailieren. In die Leitung 17
ist eine zusätzliche vcrrichtung 18 eingeschaltet, z.B. ein Ventilator oder pneumatisches
Strahlrchr, die zusätzlich das Luftgasgemisch in der Leitung 17 weiterfördert.
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In einer vorzugsweisen Ausführung des Inneren des Mlschers 1 ist dieses
in Form einer Düse ausgebildet, was die Strahlwirkung In Inneren des Mischers 1
verstärkt.
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Vor der Absaugvcrrlchtunq 5 weist die erfindung @@emäße Vorrichtung
sowdbl einen regulierbaren Drosselhahn 7, nin auch eine Öffnung 8 auf, die einen
regulierbaren Querschnitt besitzt und
den Strom der aus dem Kohlenflöz
16 abgesaugten Gase mit der Atmosphäre der Umgebung verbindet.
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In den Strom der aus dem Kohlenflöz 16 abgesaugten Gase ist in der
erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Methanmeßgerät 11 eingeschaltet. Ein zweites Methanmeßgerät
12 ist im Strom des Luftgasgemisches, das den Mischer 1 verläßt, angeordnet. Die
Methanmeßgeräte 11 und 12 sind mit einer Einrichtung 13 verbunden, die die Anzeigen
der Methanmeßgeräte vergleicht und ein Signal zum Servomechanismus 14 weitergibt.
Der Servomechanismus 14 wirkt auf die Einstellung des Drosselhahnes 7 und/oder auf
die Größe der Querschnittsfläche der Öffnung 8.
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Auf dem Ausgangsrohr 4 der Absaugvorrichtung 5 sitzt ein auswechselbares
Ansatzstück 10. Die auswechselbaren Ansatzstücke 10 haben verschiedene äußere Durchmesser,
was es erlaubt, durch Auswechseln der Ansatzstücke 10 die Weite des Ringspalts 6,
der vom Rand der Öffnung 2 des Mischers 1 und der Oberfläche des Ansatzstückes 10
gebildet wird, zu verändern.
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Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im Absaugen
der Gase Methan oder Kohlendioxid oder Gemische von Methan un Kohlendioxid aus einem
Kohlenflöz 16 oder alten Kohlenabbauen und einer Vermischung dieser Gase zwecks
Verdünnung mit Luft, die aus der Untertageatmosphäre entnommen wird. Die aus dem
Kohlenflöz abgesaugten Gase werden mit
Luft gemischt und nicht
eher mit der umgebenden Untertageatmosphäre in Berührung gebracht, ehe sie nicht
verdünnt wurden. Die aus dem Kohlenflöz oder alten Kohlenabbauen abgesaugten Gase
müssen so verdünnt werden, daß sie nur zu einem bestimmten Bruchteil im erzeugten
Luftgasgemisch enthalten sind; z. B. soll das Luftgasqemisch nur 2% der abgesaugten
Gase enthalten, was bedeutet, daß das Luftgasgemisch keinerlei Gefährdung mehr darstellt.
Das im Mischer erhaltene Luftgasgemisch bestimmter Zusammensetzung wird in die umgebende
Untertageatmosphäre verteilt bzw. ausgestoßen. Eine zweckmäßige Anwendung des Verfahrens
sieht vor, das Luftgasgemisch an einer solchen Stelle untertage zu verteilen, wo
eine intensive Umwälzung der Grubenatmosphäre unter dem Einfluß der Lüftungszirkulation
der Grube herrscht.
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Die Verwendung des Verfahrens be freit den Bergbaubetrieb von Kosten
für die Installierung langer Leitungen, die sich vom Kohlenflöz bis zur Erdoberfläche
ziehen um den entsprechenden Instandhaltungskosten. Die Vorteile des Verfahrens
sind besonders groß, wenn die abgesaugten Gase aus dem Kohlenflöz keinen industriellen
Wert haben. Der wesentlichste Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß es das Absaugen
von Gasen aus einem Kohlenflöz ermöglicht, dessen Gase weniger als 30% Methan oder
Kohlendioxid enthalten. Gemäß den Bergbauvorschriften dürfen nämlich bis jetzt Kohlenflöze
dann nicht entgast werden, wenn
ein Gasgemisch weniger als 3C Methan
enthält und damit explosionsfähig ist und die Förderung dieses Gasgemisches durch
lange Leitungen bis an die Erdoberfläche somit eine besondere Gefahr darstellt.
Die Gewinnung der Kohle aus Kohlenflözen, die ein Gasgemisch mit weniger als 3 a
Methan enthalten, war wegen der Explosionsgefahr unmöglich. Das erfindungsqemäße
Verfahren macht ein solches Gasgemisch unmittelbar nach dem Absaugen unschädlich
und ermöglicht damit die sichere Entgasung des Kohlenflözes und damit überhaupt
erst dessen Abbau.
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Im Kohlenflöz 16 sitzt in der Bohrung 15 das Rohr 2, welches mit einem
Absperrventil 20 versehen ist. Das Absperrventil 2C ist vor Inbetriebsetzung der
ganzen Vorrichtung geschlossen.
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Nach Inbetriebsetzung der Absaugvcrrichtung 5 wird das Absperrventil
20 geöffnet und von diesem Moment an werden Gase aus dem Kohlenflöz 16 abgesaugt.
Die abgesaugten Gase werden durch das Ausgangsrohr 4 aus der Absaugvorrichtung 5
entfernt. Die aus dem Ausgangsrohr 4 ausströmenden Gase treten mit bestimmter Geschwindigkeit
in den Mischer 1 ein und strömen dort in Richtung der Öffnung 3 weiter. Damit bewirkt
der Stran der Gase, der dem Ausgangsrohr 4 entströmt, einen Sog im Mischer 1. Infolgedessen
tritt Luft aus der Umgebung durch den Ringspalt 6 ins Innere des Mischers 1. Diese
Luft mischt sich im Mischer 1 mit den abgesaugten Gasen und durch die Öffnung 3
verläßt ein = uftgasgemisch den Mischer, das beträchtlich ärger an den gefährlichen
Bestandteilen Methan oder Kohlendioxid ist, als die aus
dem Kohlenfloz
16 abgesaugten Gase.
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Das Luftgasgemisch, das aus der Öffnung 3 des Mischers 1 herausströmt,
kann unmittelhar in die Atmosphäre der Grube abgegeben werden. Eine oft zweckmäßigere
Lösung ist allerdings das Abführen des Luftgasgemisches in die Grubenatmosphäre
an einer etwas weiter entfernten Stelle, beispielsweise in eine intensiv gelüftete
Strecke. Dazu verwendet man zusätzlich die Leitung 17, deren Mündung 19 an einer
günstigen Stelle angeordnet wird. Sind die Untertagebedingungen derart, daß sie
eine lange Leitung 17 mit vielen Biegungen verlangen, ist es möglich, daß der Widerstand
in der Leitung 17 die Strahlpumpenwirkung des Mischers 1 unmöglich macht. In einem
solchen Falle verwendet man eine zusätzliche in der Leitung 17 angeordnete Vorrichtung
18, z.B. ein pneumatisches Strahlrohr.
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Aus Sicherheitsgründen ist es notwendig, die Zusammensetzung des aus
der Öffnung 3 des Mischers 1 aus strömenden Luftgasgemisches stets so einzustellen,
daß der Gehalt an Mehtan oder Kohlendioxid im Luftgasgemisch die Grenze von 2% nicht
übersteigt. Das Einhalten einer solchen Zusammensetzung des Luftgasgemisches ist
von folgenden Faktoren abhängig: Von der Menge der Gase, die aus dem Rohr in den
Mischer 1 gelangen, von der Zusammensetzung dieser Gase und von der Menge der Luft,
die durch den Ringspalt 6 in den Mischer 1 gelangt.
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Besonders die Menge der Gase im Kohlenflöz 16 und die Zusammensetzung
dieser
Gase in verschiedenen Kohlenflözen 16 sind veränderlich, wobei diese Änderungen
als zeitliche Schwankungen auf treten können. Das verlangt eine anpassende Regulierung
der ganzen Vorrichtung. Die Erfindung sieht drei Möglichkeiten der Regulierung vor.
Die Regulierung der Menge der aus dem Kohlenflöz oder alten Kohlenabbauen zuströmenden
Gase wird durch einen Rohr 9 angeordneten, regelbaren Drosselhahn 7 erreicht. Die
im Regulierung der Zusammensetzung der abgesaugten Gase erfolgt durch Zuführung
einer bestimmten Menge Falschluft aus der Grubenatmosphäre. in den Strom der abgesaugten
Gase, was durch die Öffnung 8 erfolgt. Die Öffnung 8 weist einen veränderlichen
Querschnitt auf, was es ermöglicht, die Menge der angesaugten Falschluft den Verhältnissen
entsprechend zu ändern.
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Der dritte Parameter, der die Zusammensetzung des Luftgasgemisches,
das den Mischer 1 verläßt, beeinflußt, ist die Menge der Luft, die durch den Ringspalt
6 in den Mischer 1 eintritt. Die Menge der durch den Rinspalt 6 zufließenden Luft
wird durch Änderung der Weite des Ringspalts 6 mit Hilfe auswechselbarer Ansatzstücke
10 reguliert.
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Um die durch den Ringspalt 6 in den Mischer 1 strömende Menge an Luft
zu verringern, wird ein Ansatzstück 10 mit großem Außendurchmesser verwendet. Will
man die Menge der in den Mischer 1 strömenden Luft vergrössern, setzt man ein Ansatzstück
10 mit kleinererem Außendurchmesser ein, oder man betreibt den Mischer
sogar
ohne Ansatzstück 10.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Ventil 22 im Rohr 9 auf.
Das Ventil 22 arbeitet automatisch unter dem Einfluß der durch die Energieleitung
21 zur Absaugvorrichtung 5 zugeführten Energie. Zu diesem Zweck ist das Ventil 22
durch eine Umwegleitung 23 mit der Energieleitung 21 verbunden. Sooft der Energiezufluß
zur Absaugvorrichtung 5 unterbrochen wird, was durch ein bewußte oder zufälliges
Abschalten des Energiestromes in der Energieleitung 21 erfolgen kann, schließt das
Ventil 22 das Rohr 9.
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Das Ventil 22 verhindert ein Ausströmen der Gase aus dem Kohlenflöz
16 oder aus alten Abbauen in die Untertageatmosphäre.
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Dieser charakter des Ventils 22 bestimmt seine Anordnung im Rohr 9
und zwar zwischen der Öffnung 8 und dem Kohlenflöz 16.
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Für eine hohe Qualität des Mischers ist eine pneumatische Strahl -pumpe
als Absaugvorrichtung 5 am geeignetsten. Die Luft, die eine derartige Strahlpumpe
antreibt, verdünnt gleichzeitig die aus dem Kohlenflöz 16 oder alten Bergabbauen
abgesaugten Gase.
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Besonders vorteilhaft ist es, eine pneumatische Strahlpumpe mit tangentialer
Luftzufuhr zu verwenden. Dieser Vorteil ergibt sich aus dem hohen Wirkungsgrad von
Strahlpumpen dieser Art, wie auch aus den besseren Bedingungen für das Mischen durch
den die Strahlpumpe antreibenden wirbelnden Luftstrom.
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Weil die Zusammensetzung des Luftgasgemisches, das den Mischer 1 verläßt
reguliert werden muß, ist es notwendig, die erfindungsgemäße
Vorrichtung
mit einer Einrichtung zu versehen, die die Zusammensetzung des Luftgasgemisches
kontrolliert. Dazu dienen Methanmeßgeräte 11 und 12. Die Anzeigen des Methanmeßgerätes
11 dienen der Regulierung des Zuflusses der Luft durch die Öffnung 8 und den Ringspalt
6. Die Anzeigen des Methanmeßgeräts 12 dienen der Regulierung des Zuflusses der
Luft durch den Ringspalt 6 und schaffen zugleich eine Bezugsmöglichkeit, um die
Anzeigen des Mehtanmeßgerätes 11 zu vergleichen.
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Bei einer automatischen Regulierung bewirken die Anzeigen der Methanmeßgeräte
11 und 12 über eine vergleichende Einrichtung 13 und einen Servomechanismus 14 die
Einstellung des Drosselhahnes 7 und der Größe der Querschnittsfläche der Öffnung
8.
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Wenn sich der Gehalt an gefährlichen Bestandteilen in den aus der
Bohrung 15 abgesaugten Gasen ändert, z.B. sich vergrößert, wirkt die Anzeige des
Methanneßgeräts 11 nach der Umformung durch die Einrichtung 13 auf den Servomechanismus
14, welcher den Querschnitt der Öffnung 8 vergrößert, um die Menqe der zufließenden
Falschluft zu vergrößern und damit die Zusammensetzung desL tiftgasgemisches, das
aus der Öffnung 3 des Mischers 1 ausströmt, den gewünschten Verhältnissen anzupassen.
Wenn die Menge der Gase, die durch Rohr 9 strömt, sich vergrößert, bewirkt das eine
Änderung der Zusammensetzung des Luftgasgemisches, welches den Mischer 1 durch die
Öffnung 3 verläßt. Diese Änderung wird vom Methanmeßgerät 12 gemessen. Die Anzeige
des Methanmeßgerätes 12 wirkt nach Umformung durch die Einrichtung 13
auf
den Servomechanismus 14, der den Drosselhahn 7 verstellt, was eine Verringerung
der Menge der durch Rohr 9 fließenden Gase bewirkt und die Zusammensetzung des Luftgasgemisches
im gewünschten Sinn verändert.
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Sind die Methanmeßgeräte 11 und 12 nicht kontinuierlich messende Geräte,
sondern messen die Zusammensetzung einzelner Gasproben, so verwendet man in der
Einrichtung 13 einen Uhrmechanismus, der den Methanmeßgeräten periodisch Befehle
zur Durchführung von Messungen schickt.
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L e e r s e i t e