DE3629220A1 - Methanabsaugrohr fuer gasabsaugungsbohrloecher des untertagebetriebes mit einer verrohrung durch muffenrohre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Methanabsaugrohr für Gasabsauglöcher des Untertagebetriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Erfindung bezieht sich auf das Absaugen von Methangas aus dem Hängenden oder dem Liegenden des im Abbau stehenden Flözes mit Hilfe von Bohrlöchern unterschiedlicher Länge, welche derart nach außen abgedichtet und über eine Gassaugleitung an ein Unterdruck erzeugendes Gebläse angeschlossen sind, daß Grubengas von dem Wetterstrom getrennt gehalten und gegebenenfalls für sich verwertet werden kann. Im allgemeinen handelt es sich hierbei um die sogenannte Zusatzausgasung, d.h. um den Anteil des sonst in den Wetterstrom gelangenden Methangases, welches aus dem Nebengestein kommt. Grubengas besteht zum überwiegenden Teil aus Methan (CH₄) und fällt hauptsächlich im Steinkohlenbergbau beim Abbau von Kohlenflözen an.

Die für die Gasabsaugung vorgesehenen Gasbohrlöcher müssen an einen starken Unterdruck angeschlossen werden, welcher von den unter und über Tage aufgestellten, meistens als Kolbengebläse, üblicherweise in Mehrfachanordnung ausgeführten Absauggebläsen erzeugt wird. Das erfindungsgemäße Methanabsaugrohr bildet zusammen mit weiteren Methanabsaugrohren einen Rohrstrang, mit dem die gesamte Länge des Gasbohrloches, mindestens aber ein Bruchteil seiner von dem Bohrlochmund ausgehenden Länge verrohrt wird. Diese Verrohrung dient nicht zum Ausbau der Bohrlochwandung, sondern zur Abdichtung des Unterdruckes auf der Bohrlochwand, um Kurzschlüsse zu verhindern, welche durch Wetter hervorgerufen werden, die zwischen Bohrlochwand und Verrohrung in das Gasbohrloch eindringen. Darüber hinaus dient die Verrohrung zur Herstellung einer nach außen abgedichteten Abgasleitung im Gasbohrloch, welche das Eindringen von Frischluft durch die Rohrverbindungen verhindert.

Bei solchen Methanabsaugrohren befinden sich auf bestimmten Rohren Abdichtungen, welche auf dem Rohrmantel und auf dem Gasbohrlochstoß abdichten. Alle Methanabsaugrohre haben eine geringe Wandstärke, weil sie im wesentlichen nur mit dem Unterdruck der Gasabsaugung belastet sind. Deswegen können die Muffenverbindungen nicht mit eingeschnittenen Gewinden versehen werden. Andererseits sind zugfeste Muffenverbindungen erforderlich, um den Zusammenhalt der Rohre in der Gasbohrung zu gewährleisten, sofern im Gefolge von Gebirgsbewegungen Veränderungen im Bohrloch eintreten, denen die Verrohrung zu folgen hat, ohne undicht zu werden oder gar ihren Zusammenhalt zu verlieren. Die in den Muffen vorgesehenen Ringdichtungen dichten auf benachbarten Rohren ab und sorgen für die Abdichtung des lichten Querschnittes der Verrohrung gegen das umgebende Bohrloch.

Das Herstellen der Verrohrung setzt voraus, daß wenigstens der zu verrohrende Teil des Bohrloches bereits hergestellt worden ist. In diesen Teil des Gasbohrloches werden die Rohre eingebracht und dabei laufend zusammengesteckt, wobei die Verbindungen hergestellt werden. Entweder reicht danach die Verrohrung über den zu verrohrenden Teil der Gasbohrung oder bis zum Tiefsten des Gasbohrloches; gelegentlich wird auch durch die Verrohrung hindurch das Bohrloch weiter vorgetrieben.

Die Erfindung geht von einem Methanabsaugrohr aus. Hierbei ist die Muffe im allgemeinen U-förmig profiliert, wobei der eine Schenkel des Muffenprofils auf das Rohrende aufgeschweißt ist und der andere Schenkel einen nach innen gerichteten Ringflansch der Muffe bildet. Die Verbindung besteht aus einem Bajonettverschluß. Dieser wird von nach innen gerichteten Nieten in der Muffe und von Wulsten gebildet, welche auf dem Einsteckende angebracht sind und nach außen vorstehen. Die Wulste lassen sich durch Aussparungen im Muffenringflansch einführen. Die Stifte der Niete können durch eine Drehung des Einsteckendes auf die Wulste getrieben werden, wodurch gleichzeitig eine axiale Versperrung und eine drehfeste Rohrverbindung erzielt wird. Der Dichtring besteht aus einem im Querschnitt S-förmigen Formring, der auf diese Weise einen Teil der Muffe ausgehend von dem aufgeschweißten Schenkel des Muffenprofils bis zu den Nieten ausfüllt und dadurch u.a. auch nicht durch den Unterdruck in die Verrohrung eingezogen werden kann.

Nachteilig ist die Aufwendigkeit einer solchen Muffenverbindung bei der Herstellung und im praktischen Einsatz. Die Teile müssen genau gearbeitet und trotz ihrer geringen Wandstärken unbeschädigt eingebracht werden, wenn die spätere Funktion gesichert sein soll. Die Ringdichtung stellt eine Sonderbauart dar und ist dementsprechend unpraktisch. Sie erfordert zudem einen Muffenaußendurchmesser, welcher erheblich den Außendurchmesser des Rohres übersteigt und dadurch unpraktisch ist. Die Betätigung der Bajonettverbindung setzt einiges Geschick voraus, jedoch ist die Verbindung, insbesondere bei Beanspruchung durch das Bohrgestänge beim Weiterbohren des Gasbohrloches durch die Verrohrung nicht hinreichend drehfest.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Methanabsaugrohr der als bekannt vorausgesetzten Art zu vereinfachen und seine Handhabung, insbesondere beim Einbau der Verrohrung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Gemäß der Erfindung gelingt die Verwendung eines Glattrohreinsteckendes durch den Kippring, der eine zugfeste Rohrverbindung bildet, weil er selbst auf dem nach innen vorstehenden Ringflansch der Muffe festgelegt ist. Dieser Kippring hat einen lichten Durchmesser, der bei radialer Ausrichtung des Kippringes das Einführen des Glattrohrabschnittes gestattet, der jedoch das Zurückziehen des Glattrohrabschnittes durch seine Kippwirkung verhindert, die infolge der Mitnahme des Kippringes durch die Rückwärtsbewegung des Einsteckendes ausgelöst wird. Durch diese Kippbewegung schneiden die inneren Ringkanten in den Mantel des Glattrohrabschnittes ein und erzeugen dort die für die axiale Versperrung nötige Kraftschlüssigkeit. Die Verbindung ist zudem in gewissem Maße auch drehfest. Keinesfalls führt aber eine Verdrehung des Einsteckendes im Kippring zur Lockerung der Verbindung. Andererseits kann durch Zurückdrücken des Ringes in die radiale Ausfluchtung mit der Muffe die Verbindung auch gelöst werden.

Durch die beschriebene zugfeste Verbindung ist es möglich, an der Innenseite des äußeren Ringflansches der Muffe eine Fläche zu gewinnen, auf der die Ringdichtung abdichten kann. Das ermöglicht im erfindungsgemäßen Methanabsaugrohr die Verwendung eines Rolldichtringes, im allgemeinen eines O-Ringes entsprechenden Durchmessers, der auf der Außenseite des Einsteckendes abdichtet. Dieser Ring wird erfahrungsgemäß nicht von dem Unterdruck in das Rohr eingezogen.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie durch den Wegfall des Bajonettverschlusses einerseits eine wesentliche bauliche Vereinfachung erzielt und andererseits die radialen Abmessungen der Muffenverbindung in der Verrohrung geringer als bislang ausfallen. Dadurch ist es u.a. möglich, die Einwirkung des Gebirgsdruckes auch bei größeren Beeinträchtigungen der Gasbohrlochstöße von der Verrohrung fernzuhalten.

Vorzugsweise und mit den Merkmalen des Patentanspruches 2 sichert man das neue Methanabsaugrohr für beliebige Saugdrücke gegen das Einziehen des Rollringes auf besonders einfache Weise, weil die den einwandernden Rollring festhaltende konische Verjüngung des Muffenendes zugleich dazu dient, den Durchmesser der Muffe so zu vermindern, daß sich eine einfache Verbindung mit dem Rohr ergibt; diese kann insbesondere durch eine umlaufende Winkelnaht geschaffen werden.

Mit den Merkmalen des Patentanspruches 3 läßt sich der Kippring leicht befestigen und erhält gleichzeitig eine glatte Fläche, auf der der Rollring abdichten kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, den Ringraum zwischen Bohrlochstoß und Verrohrung auf einfache und sichere Weise gasdicht abzuschließen.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit Hilfe der Merkmale des Anspruchs 4. Der Druckanstieg innerhalb der Manschettendichtung preßt die elastische Wand gegen den Bohrlochstoß, so daß die Außenfläche der elastischen Wand als Dichtfläche dient. Läßt im Laufe der Zeit die Dichtwirkung der Dichtung nach, so kann durch erneute Druckbeaufschlagung die alte Dichtigkeit schnell wieder hergestellt werden. Das war bei den bisherigen aus Moosgummi bestehenden Dichtungen nicht möglich, welches im Laufe der Zeit mürbe wird. Es muß daher immer wieder durch eine neuen Moosgummidichtung ersetzt werden, was zeit- und kostenintensiv ist.

Gemäß dem Merkmal des Anspruchs 5 wird zur Zufuhr des Druckmediums vorteilhafterweise der in der Manschettendichtung vorhandene Ringraum über eine im Bohrloch verlegte Leitung mit dem Druckmedium beaufschlagt.

Gemäß den Merkmalen der Ansprüche 6 und 7 kann der Ringraum innerhalb der Manschettendichtung entweder von einer elastischen Wand, die auf dem Bohrlochstoß abdichtet und der Oberfläche des Muffenrohres gebildet werden, wobei der obere und der untere Rand der elastischen Wandung fest mit der Außenfläche des Muffenrohres verbunden ist, beispielsweise durch Vulkanisation. Die zweite Alternative ist die, daß der Ringraum innerhalb der Manschettendichtung von zwei elastischen Wandungen gebildet wird, wobei die eine auf der Oberfläche des Muffenrohres aufliegt und die andere die Dichtfläche bildet, die gegen den Bohrlochstoß gedrückt wird. Hierbei sind die oberen und unteren Ränder der elastischen Wandungen dicht miteinander verbunden. Eine Vulkanisierung auf dem Muffenrohr kann dabei entfallen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Ringraum innerhalb der Manschettendichtung mit einem Medium gefüllt, das aufgrund eines chemischen Prozesses Gas entwickelt, welches im Ringraum einen Überdruck erzeugt.

In vorteilhafter Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Ringraum durch eine dünne, zerstörbare Wand in einen oberen und einen unteren Teilraum unterteilt ist und daß die Teilräume jeweils eine Komponente des Mediums enthalten. Die Komponenten können z.B. Komponenten eines Polyurethanschaum bildenden Mediums sein.

Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen eines Methanabsaugrohres, die in einer Verrohrung üblicherweise zusammen verwendet werden. Es zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform mit außen liegender Manschettendichtung in Seitenansicht,

Fig. 2 in der Fig. 1 entsprechender Darstellung eine Ausführungsform, welche vor oder hinter bzw. zwischen mehreren Manschettendichtungen benutzt wird,

Fig. 3 in den Fig. 1 und 2 entsprechender Darstellung eine am Bohrlochmund benutzte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine längs der Mittellinie der Fig. 2 abgebrochen wiedergegebene Teildarstellung in vergrößertem Querschnitt,

Fig. 5 eine Einzelheit der Ausführungsform nach Fig. 3,

Fig. 6 teilweise im Schnitt eine Manschettendichtung mit eingeführter Druckzuführleitung,

Fig. 7 alternative Ausführungsform gemäß Fig. 6,

Fig. 8 zwei Kammern aufweisende Manschettendichtungen (teilweise geschnitten).

In sämtlichen Ausführungsformen der Erfindung weist das Methanabgassaugrohr (1) auf dem größeren Teil seiner Länge einen außen und innen glatten Hohlzylinder (2) auf.

An einem Ende ist mit dem Hohlzylinder (2) eine Muffe (3) verbunden. Die Einzelheiten der Muffe sind insbesondere aus Fig. 4 zu erkennen. Hiernach besteht die Muffe (3) ihrerseits aus einem Hohlzylinderabschnitt (4) mit einem nach innen umgebördelten Ringflansch (5), einer konischen Verjüngung (6) und einem im Durchmesser verminderten Hohlzylinder (7), welcher mit einer Kehlnaht (8) auf die Außenseite (9) des Hohlzylinders (2) aufgeschweißt und dadurch mit diesem verbunden ist.

In der Muffe liegt eine als Rollring ausgebildete Ringdichtung (9), die auf der Innenseite (10) des Ringflansches (5) abdichtet.

Außerdem weist jedes Methanabsaugrohr an seinem Muffenende eine zugfeste Verbindung (11) auf, deren Einzelheiten ebenfalls aus der Darstellung der Fig. 4 entnommen werden können. Danach besteht die zugfeste Verbindung (11) aus einem auf die Außenseite (12) des Ringflansches (5) über einen Bruchteil (14) seiner Länge aufgeschweißten Kippring (15). Dieser Ring wird von einem Blechausschnitt gebildet. Er weist einen kreisförmigen lichten Querschnitt auf, dessen Durchmesser wenig größer als der Durchmesser des als Glattrohrabschnitt ausgeführten Einsteckendes (16) ist, welches an jedem Methanabsaugrohr ausgebildet ist.

Im übrigen unterscheiden sich die dargestellten Ausführungsformen des Methanabsaugrohres durch einzelne, für die Verrohrung eines Gasbohrloches notwendigen Baugruppen. So ist auf der Außenseite des Hohlzylinders (2) eine Manschettendichtung (17) befestigt, welche sich mit ihrem Mantel (18) der nicht dargestellten Bohrlochwand anlegt und dadurch den Ringraum zwischen Bohrlochstoß und Verrohrung gasdicht abschließt. Eine solche Manschettendichtung ist auch auf dem Methanabsaugrohr gemäß der Darstellung der Fig. 3 wiedergegeben. Dagegen ist das Methanabsaugrohr gemäß der Darstellung der Fig. 2 ohne Manschette ausgebildet.

In der Ausführungsform nach Fig. 3 dient das Methanabsaugrohr (19) als Anfangsrohr. Es weist hinter seiner Manschettendichtung (17) drei jeweils um 1/3-Kreis gegeneinander versetzte Rippen (20, 21) auf, die in Seitenansicht in Fig. 5 wiedergegeben sind. Danach besteht jede Rippe aus einem Blechabschnitt (22) von allgemein rechteckiger Form, jedoch mit einer Schrägkante (23), welcher als Abweiser für die Bohrlochstöße dient.

An seinem dem Einsteckende (16) gegenüberliegenden Ende weist das Rohr (19) einen Flansch (24) auf, der außerhalb des Bohrloches verbleibt und zum Anschluß an eine Saugleitung dient, deren Einzelheiten nicht wiedergegeben sind.

Bei der Durchführung der Verrohrung werden je nach den örtlichen Verhältnissen mehrere Rohre (1) nach Fig. 1 und (25) nach Fig. 2 zu einer Verrohrung zusammengebracht. Das geschieht dadurch, daß das Einsteckende (16) in den Kippring (15) eingeführt wird, bis seine Stirnseite (26) auf einen Widerstand, vorzugsweise auf die Stirnseite (27) des Hohlzylinders (2) in der Muffe (4) trifft. Hierbei legt sich der Kippring (15) aus seiner abgewinkelten Stellung nach Fig. 4 der Außenseite (12) des Ringflansches (5) der Muffe an. Außerdem dichtet der Rollring (9) auf der Außenseite des Glattrohreinsteckendes (16) ab.

Wird das betreffende Rohr in umgekehrter Richtung bewegt, so tritt bei geringfügiger Abwinklung des Kippringes (15) ein starker Formschluß zwischen dem Ring und dem Einsteckende (16) auf. Dieser verhindert einerseits das Herausziehen des Einsteckendes (16) aus der Muffe (4) und sorgt andererseits für eine drehfeste Verbindung, so lange der Formschluß entsprechend stark ist.

Die beschriebene Montage wird fortgesetzt, indem man die fertig montierten Rohrzüge in das Gasbohrloch einschiebt und laufend weitere Gasabsaugrohre (1) in der beschriebenen Weise miteinander koppelt. Hat die Verrohrung ihre volle Länge erreicht, so wird als letztes das Rohr (19) eingebaut, am Bohrlochmund festgelegt und abgedichtet sowie schließlich an die Gasabsaugleitung angeschlossen.

In den Fig. 6 bis 8 ist in abgebrochener Darstellung der Hohlzylinder (2) eines Methanabgassaugrohres (1) dargestellt, welches koaxial in einem Bohrloch (30) angeordnet ist. Der Hohlzylinder (2) ist von einer Manchettendichtung (31) ringförmig umgeben. In der Fig. 6 ist die Manschettendichtung (31) von einer elastischen Wandung (32) gebildet, die mit ihrem oberen und unteren Rand (33, 34) fest mit der Oberfläche des Rohres (2) verbunden ist. Die Befestigung der Ränder kann durch Vulkanisation hergestellt werden. Im Bereich des unteren Randes (34) mündet in den durch die elastische Wandung (32) und die Oberfläche des Rohres (2) gebildeten Ringraum (35) eine Leitung (36), die entweder von einem Schlauch oder einem Rohr gebildet ist. Wird nun über die Leitung (36) der Ringraum mit einem Druckmedium beaufschlagt, so dehnt sich der Ringraum (35) aus bis die Außenfläche der elastischen Wandung (32) dichtend auf dem Bohrlochstoß anliegt. Bei einem Ausbau der Rohre wird über die Leitung (36) das Druckmedium wieder abgezogen, wodurch die Manschettendichtung erschlafft und das Rohr problemlos aus dem Bohrloch herausgezogen werden kann.

In der Fig. 7 ist eine analoge Dichtung dargestellt, deren einziger Unterschied zur Dichtung gemäß Fig. 6 darin besteht, daß der Ringraum (35) durch die elastische Wandung (32), die auf der Bohrlochwand dichtet und einer weiteren elastischen Wand (37) gebildet ist, welche mit ihrer ganzen Fläche auf der Oberfläche des Rohres (2) aufliegt. Die oberen und unteren Ränder (33, 34) der elastischen Wandungen (32 und 37) sind aufeinandervulkanisiert.

Die Fig. 8 schließlich zeigt eine Manschettendichtung die vergleichbar ist mit der Dichtung gemäß Fig. 7. Allerdings wird hier das Druckmedium nicht mit Hilfe einer Leitung zugeführt. Der Ringraum (35) ist in zwei Teilräume (38 und 39) unterteilt, die mit Hilfe einer dünnen, zerstörbaren Wand (40) voneinander getrennt sind. In den Teilräumen (38 und 39) befinden sich die Komponenten eines Mediums, die zusammengebracht chemisch miteinander reagieren. Bei dieser chemischen Reaktion wird Gas gebildet, das z.B. zum Aufschäumen des im Ringraum befindlichen Mediums führt. Damit verbunden ist naturgemäß eine Volumenvergrößerung, welche dazu führt, daß die elastische Wand (32) gegen den Bohrlochstoß gepreßt wird. Somit ist eine dauerhafte Dichtung geschaffen. Damit die beiden Komponenten miteinander reagieren können, muß die Wand (40) zerstört werden, was durch äußere Schlageinwirkung geschehen kann.

Claims (9)

1. Methanabsaugrohr für Gasabsaugungsbohrlöcher des Untertagebetriebes mit einer Verrohrung durch Muffenrohre, welche in der Muffe eine Ringdichtung und eine zugfeste Verbindung für das der Muffe gegenüberliegende Einsteckende des folgenden Muffenrohres aufweisen, wobei die Verbindung durch Einstecken der Rohre in die Muffen herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsteckende (16) ein Glattrohrabschnitt und die zugfeste Verbindung ein an der Muffe angeordneter Kippring (15) ist, durch den das Einsteckende (16) in die Muffe (3) einführbar ist, und daß der Kippring (15) auf einen nach innen vorstehenden Ringflansch (5) der Muffe (3) auf einem Bruchteil der Länge seiner Wandung befestigt ist, wobei eine Ringfläche (10, 12) des Muffenringflansches (5) als Axiallager der aus einem Rollring (9) bestehenden Ringdichtung dient.

2. Methanabsaugrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Muffenende (6, 7) konisch verjüngt und auf das der Muffe zugeordnete Rohrende aufgeschoben ist.

3. Methanabsaugrohr nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippring (15) auf der Außenseite (12) des nach innen vorstehenden Ringflansches (5) der Muffe (3) angeschweißt ist und in der Ringfläche (10) des Ringflansches (5) zur Anlage des Rollringes (9) dient.

4. Methanabsaugrohr für Gasabsaugungsbohrlöcher des Untertagebetriebes mit einer Verrohrung durch Muffenrohre, welche in der Muffe eine Ringdichtung und eine zugfeste Verbindung für das der Muffe gegenüberliegende Einsteck­ ende des folgenden Muffenrohres aufweisen, wobei die Verbindung durch Einstecken der Rohre in die Muffen herstellbar ist, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf der Außenseite des Muffenrohres (1) eine Manschettendichtung (31) angeordnet ist, welche zumindest eine elas­ tische Wandung (32, 37) aufweist, die einen Ringraum (35; 38, 39) umschließt, der mit Druck beaufschlagbar ist.

5. Methanabsaugrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring­ raum (35) über eine Leitung (36) mit einem Druckmedium beaufschlagbar ist.

6. Methanabsaugrohr nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (35) gebirgsseitig von einer elastischen Wand (32) und bohrlochseitig von der Außenfläche des Muffenrohres (1) abgeschlossen ist und die elastische Wand (32) an ihrem oberen und unteren Rand (33, 34) fest mit der Außen­ fläche des Muffenrohres (1) verbunden ist.

7. Methanabsaugrohr nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (35; 38, 39) gebirgsseitig von einer ersten elastischen Wandung (32) und bohrlochseitig von einer zweiten elastischen Wandung (37) abgeschlossen ist, die die Außen­ fläche des Muffenrohres (1) dichtend umschließt und die oberen und die unteren Ränder (33, 34) der beiden elastischen Wände (32, 37) dicht mit­ einander verbunden sind.

8. Methanabsaugrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (38, 39) mit einem Medium gefüllt ist, das aufgrund eines chemischen Prozesses Gas entwickelt, welches im Ringraum (39, 38) einen Überdruck erzeugt.

9. Methanabsaugrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (38, 39) durch eine dünne, zerstörbare Wand (40) in einen oberen (38) und einen unteren Teilraum (39) unterteilt ist und daß die Teilräume (38, 39) jeweils eine Komponente des Mediums enthalten.