EA028615B1

EA028615B1 - Method for recovering methane on the fields of abandoned coal mines and device for its implementation

Info

Publication number: EA028615B1
Application number: EA201401244A
Authority: EA
Inventors: Омир Каримович БАЯЛИЕВ; Омир Каримович Баялиев
Original assignee: Ауганбаев, Нурлан Жолдасович; Ауганбаев Нурлан Жолдасович; Омир Каримович БАЯЛИЕВ; Омир Каримович Баялиев
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2017-12-29
Also published as: EA201401244A1

Abstract

The invention relates to the mining industry and energy engineering, in particular to methods for recovering methane on the fields of abandoned coal mines and devices for their implementation. The method for recovering methane on the fields of abandoned coal mines where methane is collected above the upper layer of the liquid filling the mine and transported to the places of use consists in that the liquid with methane dissolved in it, which fills all the coal workouts, is moved from the lower layers to the surface of the liquid. The device for implementing the claimed method consists of a bell for collection of the gas and a gas extraction pipe connected to the upper part of the bell and is distinguished in that it additionally comprises a suction pipe connected from below to the delivery pipe located inside the bell, wherein the outside diameter of the pipe is smaller than the inner diameter of the bell , the upper end of the delivery pipe is located above the lower face of the bell, and a submersible pump is placed in the delivery pipe. The technical result of application of the claimed method and device for recovering methane on the fields of abandoned coal mines is increase of efficiency of methane extraction by recovering methane from the liquid enriched with dissolved methane.

Description

Изобретение относится к горной промышленности и энергетике, в частности к способам извлечения метана на полях ликвидированных угольных шахт и устройствам для их осуществления.The invention relates to mining and energy, in particular to methods for the extraction of methane in the fields of liquidated coal mines and devices for their implementation.

Давно и широко известен способ извлечения метана на полях ликвидированных как полностью, так и частично затопленных или незатопленных шахт путем сбора газовоздушной смеси, содержащей метан из шахтных стволов и дегазационных скважин, с дальнейшей транспортировкой к местам обогащения и потребления метана.A method of methane extraction has long been widely known in the fields of both completely and partially flooded or not flooded mines that have been eliminated by collecting an air-gas mixture containing methane from mine shafts and degassing wells, with further transportation to methane enrichment and consumption sites.

Недостатком данного способа является низкая эффективность извлечения метана и необходимость объединения в собирательную сеть большого количества шахтных стволов и множества дегазационных скважин с установкой на них специальных колоколов для сбора газовоздушной смеси со всей поверхности шахт и скважинThe disadvantage of this method is the low efficiency of methane extraction and the need to combine a large number of mine shafts and many degassing wells into a collecting network with the installation of special bells on them to collect the gas-air mixture from the entire surface of the mines and wells

Предлагаемый способ направлен на устранение вышеперечисленных недостатков и существенное повышение эффективности извлечения метана.The proposed method is aimed at eliminating the above disadvantages and a significant increase in the efficiency of methane extraction.

Способ основан на разности растворимости газов в жидкости, находящейся под разным давлением. Ликвидированные шахты зачастую заполняются грунтовыми водами. Например, в г. Караганда глубина заброшенных шахт составляет от 200 до 500 м, и в настоящее время эти шахты затоплены грунтовыми водами, уровень которых постоянно поднимается естественным образом и достигает 50-100 м от поверхности земли. Таким образом, глубина водяного столба в шахтах достигает величины от 100 до 450 м, а давление водяного столба на дне шахт составляет свыше 45 атм. Зонами притока и скопления метана являются подземные горные выработки, заполненные водой и выполняющие функцию газосборных коллекторов, в которые метан поступает из окружающего углепородного массива. При нормальных условиях в 1 м³ воды растворено 35 г метана, т.е. около 0,05 м³ метана. При давлении 40 атм на глубине 400 м в 1 м³ воды растворено количество метана, занимающее около 2,0 м³ при давлении в 1 атм.. При перемещении воды из нижней части водяного столба в верхнюю давление воды будет уменьшаться с 40 до 1 атм, что приведёт к интенсивному выделению растворённого в воде метана. Понижение давления воды с 40 до 1 атм приведёт к выделению растворённого в ней метана в объёме 1,95 м³ газа на каждый кубометр перекачанной воды. Выделившуюся газовоздушную смесь с содержащимся в ней метаном собирают и транспортируют к потребителям.The method is based on the difference in the solubility of gases in a liquid under different pressures. Liquidated mines are often filled with groundwater. For example, in the city of Karaganda, the depth of abandoned mines ranges from 200 to 500 m, and currently these mines are flooded with groundwater, the level of which constantly rises naturally and reaches 50-100 m from the surface of the earth. Thus, the depth of the water column in the mines reaches from 100 to 450 m, and the pressure of the water column at the bottom of the mines is over 45 atm. The zones of methane inflow and accumulation are underground mine workings filled with water and acting as gas collection reservoirs, into which methane comes from the surrounding coal-bearing massif. Under normal conditions, 35 g of methane is dissolved in 1 m ^{3 of} water, i.e. about 0.05 m ³ methane. At a pressure of 40 atm at a depth of 400 m in 1 m ^{3 of} water, the amount of methane dissolved in about 2.0 m ³ at a pressure of 1 atm is dissolved. When water moves from the lower part of the water column to the upper pressure, the water will decrease from 40 to 1 atm , which will lead to intensive release of methane dissolved in water. Lowering the water pressure from 40 to 1 atm will lead to the release of methane dissolved in it in the volume of 1.95 m ^{3 of} gas for every cubic meter of pumped water. The evolved air-gas mixture with the methane contained in it is collected and transported to consumers.

Заявленный способ извлечения метана на полях ликвидированных угольных шахт осуществляется устройством, схематически изображенным на фиг. 1 и 2.The claimed method for methane extraction in the fields of liquidated coal mines is carried out by the device schematically depicted in FIG. 1 and 2.

Для обеспечения подачи воды из нижних горизонтов шахт на поверхность используется погружной насос, размещённый в подающей трубе, расположенной в колоколе для сбора газа, причём наружный диаметр трубы меньше внутреннего диаметра колокола, а верхний конец подающей трубы расположен выше нижнего среза колокола. К подающей трубе снизу крепится всасывающая труба, длина которой определяется глубиной водозаполненной шахты или скважины. В верхней части колокол для сбора газа соединен с трубой отбора газа.To ensure the supply of water from the lower horizons of the mines to the surface, a submersible pump is used, which is located in the supply pipe located in the bell to collect gas, the outer diameter of the pipe being smaller than the inner diameter of the bell, and the upper end of the supply pipe located above the lower cut of the bell. A suction pipe is attached to the supply pipe from below, the length of which is determined by the depth of the water-filled shaft or well. In the upper part, a gas collection bell is connected to a gas extraction pipe.

В предпочтительном варианте исполнения устройство дополнительно содержит датчик нижнего уровня для определения верхней границы жидкости, заполнившей шахту.In a preferred embodiment, the device further comprises a lower level sensor for detecting the upper boundary of the liquid filling the shaft.

При интенсивном газовыделении всплывающая масса угольной пыли и вспененной смеси воды, газа, пыли, глины и т.п. может достичь верхнего свода колокола и затруднить или полностью блокировать процесс отвода газа. В предпочтительном варианте исполнения устройство содержит дополнительно датчик верхнего уровня, который при срабатывании подаст сигнал на снижение производительности или отключение насоса.With intense gas evolution, a pop-up mass of coal dust and a foamed mixture of water, gas, dust, clay, etc. can reach the upper arch of the bell and impede or completely block the process of gas removal. In a preferred embodiment, the device further comprises an upper level sensor, which, when activated, will give a signal to reduce performance or turn off the pump.

В другом варианте исполнения устройство содержит обратный клапан в трубе для транспортирования газа, предотвращающий обратный поток собранной газовоздушной смеси в случае падения давления в пространстве под колоколом.In another embodiment, the device includes a check valve in the pipe for transporting gas, preventing the return flow of the collected air-gas mixture in the event of a pressure drop in the space under the bell.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Колокол для дегазации опускается в ствол заброшенной шахты до уровня грунтовых вод (обозначить на рисунке), до срабатывания датчика нижнего уровня воды, который подаёт сигнал на включение погружного насоса. Вода, перекачиваемая насосом, поднимается из нижних горизонтов шахты по всасывающей трубе, подающей трубе, далее попадает в колокол и вытекает из него в зазор между колоколом и подающей трубой обратно в шахту. Выделившийся из воды метан собирается в колоколе и попадает в трубу отбора газа, а далее через обратный клапан - в трубу для выхода газа после дегазации и далее в газораспределительную систему.The degassing bell is lowered into the shaft of an abandoned mine to the groundwater level (indicated in the figure), until the lower water level sensor triggers, which sends a signal to turn on the submersible pump. The water pumped by the pump rises from the lower horizons of the mine through the suction pipe, the supply pipe, then falls into the bell and flows out of it into the gap between the bell and the supply pipe back to the shaft. Methane released from the water is collected in a bell and enters the gas sampling pipe, and then through the check valve to the gas outlet pipe after degassing and then to the gas distribution system.

В заявляемом способе газ извлекается из водяного слоя, охватывающего все выработки заброшенных шахт, причем слой пополняется в процессе извлечения метана при возврате жидкости в ствол шахты или скважину. В качестве мест расположения предлагаемого устройства наиболее эффективно будет использовать уже имеющиеся шахтные стволы, через которые ранее обеспечивалась доставка людей и оборудования в угольные забои, а также дегазационные и иные инженерные скважины. Таким образом, отсутствует необходимость в бурении дополнительных скважин при наличии уже имеющихся шахтных стволов и инженерных скважин.In the inventive method, the gas is extracted from the water layer, covering all the workings of abandoned mines, and the layer is replenished in the process of extracting methane when the fluid is returned to the shaft of the mine or well. As the locations of the proposed device, it will be most efficient to use existing shaft shafts through which people and equipment were delivered to coal faces, as well as degassing and other engineering wells. Thus, there is no need to drill additional wells in the presence of existing shaft shafts and engineering wells.

Техническим результатом применения заявляемых способа и устройства для извлечения метана на полях ликвидированных угольных шахт является увеличение эффективности добычи метана за счёт из- 1 028615 влечения метана из жидкости обогащенной растворенным метаном.The technical result of the application of the proposed method and device for the extraction of methane in the fields of liquidated coal mines is to increase the efficiency of methane production due to the extraction of methane from a liquid enriched with dissolved methane.

Claims

1. A methane extraction device, consisting of a gas collection bell and a gas sampling pipe attached to the upper part of the bell, characterized in that it further comprises a suction pipe attached from below to a supply pipe placed inside the bell, and the outer diameter of the pipe is smaller than the inner diameter bells, the upper end of the feed pipe is higher than the lower cut of the bell, and a submersible pump is placed in the feed pipe.

2. The device according to claim 1, characterized in that it further comprises a lower level sensor located inside the bell above the upper end of the supply pipe.

3. The device according to PP.1, 2, characterized in that it further comprises a top level sensor located inside the bell near its connection with the gas sampling pipe.

4. The device according to claims 1 to 3, characterized in that it further comprises a check valve located in the gas sampling pipe.

5. A method of extracting methane in the fields of liquidated coal mines using the device according to any one of claims 1 to 4, in which methane is collected over the upper layer of liquid filling the mine, and transported to places of use, characterized in that the liquid with methane dissolved in it filling all coal production is moved from the lower layers to the surface of the liquid.