PL214852B1 - Sposób i układ do odgazowania pokładów węgla, zwłaszcza na znacznej głębokości - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest rozwiązanie sposobu odgazowania pokładów węgla oraz układu do odgazowania pokładów węgla, zwłaszcza na znacznej głębokości i w warunkach dużego zagrożenia wypływu gazów, dla umożliwienia odsysania gazów z górotworu do wartości poniżej progu zagrożenia oraz zapewnienia bezpiecznego prowadzenia urabiania i wydobycia urobku węglowego z tych pokładów w wyrobiskach ścianowych.

W górnictwie polskim węgla kamiennego eksploatacja pokładów węgla odbywa się w miarę wyczerpywania się tych zasobów na coraz większych głębokościach, przekraczających głębokość 800 m, a nawet już 1000 m od powierzchni terenu. W konsekwencji obecnie większość kopalń węgla kamiennego eksploatuje pokłady węgla na głębokości poniżej 800 m od powierzchni, co skutkuje wzrostem metanowości pokładów węgla, przekraczających znacznie wartości dopuszczalne. Dotychczas znane sposoby zmniejszenia zagrożeń gazowych, wynikających z występowania w górotworze metanu i dwutlenku węgla, polegają w przypadku usuwania tych gazów ze złoża górotworu na wierceniu otworów w tym złożu, a następnie odprowadzaniu gazów z tego złoża przez wywiercone otwory za pomocą znanych urządzeń ssących. Znajdujące się gazy w złożu węglowym górotworu lub w starych wyrobiskach górniczych w podziemiach kopalń węglowych są mieszaniną gazów, której niebezpiecznymi składnikami są metan i dwutlenek węgla o różnych ilościach składowych. Przepisy górnicze pozwalają na odsysanie tych gazów ze złoża znanymi urządzeniami ssącymi, jeżeli zawartość metanu w odsysanym gazie wynosi co najmniej 30%.

Powyższe sposoby nie zapewniały w miarę obniżania głębokości eksploatacyjnej węgla skutecznego zmniejszenia zagrożeń gazowych dla prowadzenia bezpiecznej eksploatacji pokładów węglowych kopalń głębinowych i wymagały wprowadzenia dodatkowych sposobów odsysania gazów ze złoża węglowego przez wywiercone otwory w tym złożu, lub przez odsysanie gazów ze starych zrobów kopalnianych, dla eliminowania występujących zagrożeń metanu i/lub dwutlenku węgla.

Znane jest z polskiego opisu patentowego nr 191996 rozwiązanie sposobu i układu do inertyzacji zrobów i wyrobisk górniczych, polegającego na wtłaczaniu do zrobów gazów obojętnych oraz na pomiarze zawartości składu gazów zrobowych oraz powietrza w obiegowym prądzie powietrza kopalnianego. Z chwilą osiągnięcia w trzech ostatnich pomiarach wartości wskaźnika Grahama, wyższej od 0,005 lub wzrostu stężenia tlenu w zrobach ponad 8% i/lub wystąpienia zjawiska zmian różnic ciśnień z dodatnich na ujemne, powodujących oddychanie zrobów, wprowadza się z odpowiednią intensywnością, porcjami lub w sposób ciągły, do zrobów ściany podczas jej eksploatacji i/lub jej postoju obojętny gaz inertny do momentu osiągnięcia w kolejnych trzech pomiarach przez wskaźnik Grahama wartości mniejszej lub równej 0,0025% i/lub osiągnięcia zawartości tlenu w zrobach poniżej 8% lub osiągnięcia zawartości tlenku węgla w powietrzu na wylocie ze ściany poniżej 0,0025%. Układ do inertyzacji gazem obojętnym zrobów wyrobisk górniczych składa się z instalacji dostarczającej gazy obojętne i rurociągów, doprowadzających gaz obojętny do źródła zagrożenia. Ściana jest wyposażona w magistralny rurociąg nadścianowy i/lub magistralny rurociąg podścianowy albo magistralny rurociąg ścianowy, usytuowany w chodniku lub chodnikach, doprowadzającym powietrze do ściany, do którego podłączone są odgałęzienia w postaci króćców rur wylotowych osadzonych odpowiednio w zrobach.

Znane jest także z polskiego opisu patentowego nr 186689 rozwiązanie sposobu zwiększania wytwarzania metanu z podziemnego złoża węgla, penetrowanego przez co najmniej jedną studzienkę wtłaczającą i co najmniej jedna studzienkę produkcyjną przez wytwarzanie metanu ze złoża węgla, przepuszczanie co najmniej części metanu ze strefy gazu syntezowego, w której co najmniej główną część metanu poddaje się reakcji z gazem zawierającym tlen z wytworzenia mieszaniny tlenku węgla i wodoru, przepuszczanie co najmniej części mieszaniny do strefy syntezy węglowodoru, w której tlenek węgla i wodór poddaje się reakcji wytworzenia cięższej mieszaniny węglowodorów, zawierających więcej niż jeden atom węgla w cząsteczce i gazu resztkowego obejmującego azot i dwutlenek węgla, oddzielanie co najmniej głównej części gazu resztkowego od co najmniej głównej części węglowodorów i odzyskanie węglowodorów jako strumienia produktu, sprężanie co najmniej części gazu resztkowego do ciśnienia właściwego dla wtłaczania do złoża węgla i wtłaczania co najmniej części gazu resztkowego do złoża węgla.

Znane jest również z polskiego opisu patentowego nr 188377 rozwiązanie sposobu uzyskiwania metanu z podziemnej formacji węglowej, w szczególności z podziemnego pokładu węgla penetrowanego przez przynajmniej jedną studzienkę, który charakteryzuje się tym, że obejmuje wstrzykiwanie gazowego utleniacza do pokładu węgla, utrzymywanie przynajmniej części gazowego utleniacza

PL 214 852 B1 w pokładzie węgla przez wybrany okres czasu dla stymulowania formowania płaszczyzn łupliwości w pokładzie węgla oraz produkowania metanu z pokładu węgla ze zwiększoną wydajnością.

Także znane jest z polskiego opisu zgłoszenia wynalazku nr P.356376 rozwiązanie sposobu eksploatacji pokładów węglowych kopalń w warunkach dużego zagrożenia wypływu gazów, dla odsysania gazów z górotworu do wartości poniżej progu zagrożenia gazowego podczas prowadzenia eksploatacji pokładu węglowego w wyrobisku ścianowym z zawałem stropu przez otwory drenażowe, które wykonuje się z wyrobiska korytarzowego przyścianowego kolejno w odległościach co 50 do 70 metrów i o długościach co najmniej 150 metrów w kierunku frontu eksploatacyjnego wyrobiska ścianowego w strefę drobnych spękań pozawałowych górotworu nad tym wyrobiskiem i strefą grubych spękań pozawałowych górotworu, z usytuowaniem na wysokości powyżej 15 miąższości eksploatowanego pokładu węglowego. W miarę zbliżania się frontu eksploatacyjnego wyrobiska ścianowego podłącza się rurociąg ssący urządzenia odsysającego gazy kolejno do następujących po sobie otworów drenażowych i odciąga się gazy ze strefą drobnych spękań pozawałowych górotworu nad powyższym frontem eksploatacyjnym wyrobiska ścianowego do czasu zaniku w nich depresji, wskutek oddziaływań zawału stropu tego wyrobiska ścianowego.

Opisane powyżej oraz inne znane i stosowane rozwiązania w zakresie ujmowania i zwiększania produkcji gazów metanowych cechują się znacznymi osiągnięciami technicznymi i ekonomicznymi, lecz mają pewne niedogodności i ograniczenia w możliwości zapewnienia pełnego bezpieczeństwa pracy, zwłaszcza przy wzroście zwięzłości pokładów gazonośnych w czasie eksploatacji pokładów węgla poniżej głębokości 800 m. Nasycony gazem pokład węgla stanowi w tej sytuacji znaczne zagrożenie metanowe w trakcie jego eksploatacji, ponieważ jego urabianie powoduje przez jego rozdrabnianie wydzielenie się metanu, przekraczając dopuszczalne wartości w powietrzu wentylacyjnym i hamując wskutek tego postęp eksploatacji pokładu węglowego. Zatem przy dużych metanonośnościach eksploatowanego pokładu węglowego składowa wydzielania się metanu w prognozie metanowości dochodzi do 50% całkowitej ilości wydzielającego się metanu do rejonu wyrobiska ścianowego, stanowiąc odczuwalny hamulec prędkości postępu eksploatacji tego wyrobiska ścianowego. Natomiast naruszenie warunków równowagi wody i metanu w pokładzie węgla w celu odwadniania porów węgla może skutkować dopływem metanu do otworu pod warunkiem usuwania wody z otworu oraz prowadzenie eksploatacji i odwadniania otworu w znacznym okresie czasu. Takie postępowanie może skutkować obniżeniem się metanonośności pokładu węgla w znacznym procencie, na przykład o 20%, co pozwoli w podobnym procencie na wzrost postępu eksploatacji wyrobiska ścianowego, a co jest ważne w przypadku konieczności dużego postępu tej eksploatacji, związanego z profilaktyką przeciwpożarową dla pokładu skłonnego do samozapalania.

Powyższe niedogodności zostały wyeliminowane przez nowe rozwiązanie sposobu i układu do odgazowania pokładów węgla, zwłaszcza na znacznej głębokości i w warunkach dużego zagrożenia wypływu gazów, dla umożliwienia odsysania gazów z górotworu do wartości poniżej progu zagrożenia oraz zapewnienia bezpiecznego prowadzenia urabiania i wydobycia urobku węglowego z tych pokładów w wyrobiskach ścianowych.

Zgodnie z wynalazkiem sposób odgazowania pokładów węgla, zwłaszcza na znacznej głębokości i w warunkach dużego zagrożenia wypływu gazów polega na tym, że po rozcięciu złoża węglowego wyrobiskami korytarzowymi przygotowuje się daną parcelę wyrobiska ścianowego do przyszłej eksploatacji przez wykonanie drenażowych otworów odgazujących pomiędzy przyszłym podścianowym wyrobiskiem korytarzowym a przyszłym nadścianowym wyrobiskiem korytarzowym równolegle do płaszczyzny urabiania węgla przewidywanej w tym wyrobisku ścianowym i w ustalonych obliczeniowo odległościach, zależnych od wielkości metanonośności pokładu węglowego. Wykonanie drenażowych otworów odgazujących rozpoczyna się w tym podścianowym wyrobisku korytarzowym niżej leżącym od powierzchni, zaś każdy kolejny drenażowy otwór odgazujący z podścianowego wyrobiska korytarzowego wierci się przez dolną rurę obsadową po wzniosie w pokładzie węglowym do wyżej leżącego nadścianowego wyrobiska korytarzowego. Po wyciągnięciu z tego drenażowego otworu odgazującego przewodu wiertniczego wylot tego drenażowego otworu odgazującego w nadścianowym wyrobisku korytarzowym uszczelnia się górną rurą obsadową, którą podłącza się do rurociągu metanowego, natomiast wlot tego drenażowego otworu odgazującego w podścianowym wyrobisku korytarzowym uszczelnia się dolną rurą obsadową, przyłączoną do układu odwadniania lub bezpośrednio do odwadniaczy.

Przyłączonym rurociągiem metanowym prowadzi się odgazowanie przygotowanej do eksploatacji parceli wyrobiska ścianowego do czasu uzyskania wartości poniżej progu zagrożenia.

PL 214 852 B1

Układ do odgazowania pokładów węgla, zwłaszcza na znacznej głębokości i w warunkach dużego zagrożenia wypływu gazów ma w przygotowanej do eksploatacji parceli wyrobiska ścianowego wykonany sposobem zgodnie z wynalazkiem ciąg drenażowych otworów odgazujących o przekroju od 65 mm do 150 mm, korzystnie 150 mm pomiędzy przyszłym podścianowym wyrobiskiem korytarzowym a przyszłym nadścianowym wyrobiskiem korytarzowym, wywierconych równolegle w ustalonych obliczeniowo odległościach, korzystnie w przedziale 10 m do 30 m oraz równolegle do płaszczyzny urabiania węgla, przewidywanej w tym wyrobisku ścianowym.

Wyloty drenażowych otworów odgazujących w przyszłym nadścianowym wyrobisku korytarzowym są uszczelnione górnymi rurami obsadowymi, które są podłączone posobnie do rurociągu metanowego.

Wloty drenażowych otworów odgazujących w przyszłym podścianowym wyrobisku korytarzowym są uszczelnione dolnymi rurami obsadowymi, które są przyłączone do układu odwadniania lub bezpośrednio do odwadniaczy.

Zastosowanie sposobu i układu do odgazowania pokładów węgla, zwłaszcza na znacznej głębokości według wynalazku umożliwia w warunkach dużego zagrożenia wypływu gazów w pełni bezpieczne odsysanie gazów z górotworu do wartości poniżej progu zagrożenia przed rozpoczęciem eksploatacji przygotowanego wyrobiska ścianowego, dla zapewnienia bezpiecznego prowadzenia urabiania i wydobycia urobku węglowego z tego wyrobiska ścianowego na znacznej głębokości, zwłaszcza poniżej 800 m oraz prowadzenia jego dalszego bezpiecznego odgazowania w warunkach eksploatacyjnych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony schematycznie w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ do odgazowania pokładów węgla, zwłaszcza na znacznej głębokości i w warunkach dużego zagrożenia wypływu gazów w przygotowanej do eksploatacji parceli wyrobiska ścianowego z ciągiem drenażowych otworów odgazujących w przekroju poziomym, natomiast fig. 2 przedstawia powyższą parcelę wyrobiska ścianowego z ciągiem drenażowych otworów odgazujących w przekroju poprzecznym pionowym.

Układ do odgazowania pokładów węgla, zwłaszcza na znacznej głębokości według wynalazku jest wykonany sposobem według wynalazku i zawiera w przygotowanej do eksploatacji parceli wyrobiska ścianowego 1 pomiędzy przyszłym podścianowym wyrobiskiem korytarzowym 2 a przyszłym nadścianowym wyrobiskiem korytarzowym 3 wykonany ciąg drenażowych otworów odgazujących 4 o przekroju 150 mm, które są wywiercone równolegle w ustalonych obliczeniowo odległościach od 15 m do 25 m, jak również równolegle do płaszczyzny urabiania, przewidzianej w tej przygotowanej parceli wyrobiska ścianowego 1. Wyloty drenażowych otworów odgazujących 4 w tym nadścianowym wyrobisku korytarzowym 3 są uszczelnione przyłączonymi górnymi rurami obsadowymi 5, które są podłączone posobnie do rurociągu metanowego 6. Natomiast wloty drenażowych otworów odgazujących 4 w tym podścianowym wyrobisku korytarzowym 2 są uszczelnione przyłączonymi dolnymi rurami obsadowymi 7, które są podłączone do układu odwadniania 8.

Wykonanym sposobem według wynalazku układem do odgazowania pokładów węgla prowadzi się rurociągiem metanowym 6 odgazowanie przygotowanej do eksploatacji parceli wyrobiska ścianowego 1 do czasu uzyskania parametrów odsysania gazów z górotworu do wartości poniżej progu zagrożenia metanowego, co umożliwia następnie bezpieczne prowadzenie urabiania i wydobycia z tego wyrobiska ścianowego 1 urobku węglowego oraz równolegle prowadzenie w warunkach eksploatacyjnych jego dalszego bezpiecznego odgazowania.

Claims (5)

1. Sposób odgazowania pokładów węgla, zwłaszcza na znacznej głębokości i w warunkach dużego zagrożenia wypływu gazów, dla odsycania gazów z górotworu do wartości poniżej progu zagrożenia oraz zapewnienia bezpiecznego prowadzenia urabiania i wydobycia urobku węglowego w wyrobiskach ścianowych tych pokładów, znamienny tym, że po rozcięciu złoża węglowego wyrobiskami korytarzowymi przygotowuje się daną parcelę wyrobiska ścianowego do przyszłej eksploatacji przez wykonanie drenażowych otworów odgazujących pomiędzy przyszłym podścianowym wyrobiskiem korytarzowym a przyszłym nadścianowym wyrobiskiem korytarzowym równolegle do płaszczyzn y urabiania węgla, przewidywanej w tym wyrobisku ścianowym i w ustalonych obliczeniowo odległościach, zależnych od wielkości metanonośności pokładu węglowego, przy czym wykonanie drenażowych

PL 214 852 B1 otworów odgazujących rozpoczyna się w tym podścianowym wyrobisku korytarzowym niżej leżącym od powierzchni, zaś drenażowy otwór odgazujący z podścianowego wyrobiska korytarzowego wierci się przez rurę obsadową po wzniosie w pokładzie węglowym do wyżej leżącego nadścianowego wyrobiska korytarzowego, a następnie po wyciągnięciu z tego drenażowego otworu odgazującego przewodu wiertniczego wylot tego drenażowego otworu odgazującego w nadścianowym wyrobisku korytarzowym uszczelnia się górną rurą obsadową, którą podłącza się do rurociągu metanowego, natomiast wlot tego drenażowego otworu odgazującego w podścianowym wyrobisku chodnikowym uszczelnia się dolną rurą obsadową, przyłączoną do układu odwadniania lub bezpośrednio do odwadniaczy, po czym prowadzi się rurociągiem metanowym odgazowanie przygotowanej do eksploatacji parceli wyrobiska ścianowego.

2. Sposób odgazowania pokładów węgla, zwłaszcza na znacznej głębokości według zastrz. 1, znamienny tym, że odgazowanie przygotowanej do eksploatacji parceli wyrobiska ścianowego prowadzi się rurociągiem metanowym do czasu uzyskania parametrów odsycania gazów z górotworu do wartości poniżej progu zagrożenia metanowego.

3. Układ do odgazowania pokładów węgla, zwłaszcza na znacznej głębokości i w warunkach dużego zagrożenia wypływu gazów, wykonany sposobem według zastrz. 1, znamienny tym, że ma w przygotowanej do eksploatacji parceli wyrobiska ścianowego (1) wykonany ciąg drenażowych otworów odgazujących (4) o przekroju od 65 mm do 150 mm, korzystnie 150 mm pomiędzy przyszłym podścianowym wyrobiskiem korytarzowym (2) a przyszłym nadścianowym wyrobiskiem korytarzowym (3), wywierconych równolegle w ustalonych obliczeniowo odległościach, korzystnie w przedziale od 10 m - 30 m oraz równolegle do płaszczyzny urabiania węgla, przewidywanej w tym wyrobisku ścianowym (1).

4. Układ do odgazowania pokładów węgla, zwłaszcza na znacznej głębokości według zastrz. 3, znamienny tym, że ma wyloty drenażowych otworów odgazujących (4) w przyszłym nadścianowym wyrobisku korytarzowym (3) uszczelnione górnymi rurami obsadowymi (5), które są podłączone posobnie do rurociągu metanowego (6).

5. Układ do odgazowania pokładów węgla, zwłaszcza na znacznej głębokości według zastrz. 3, znamienny tym, że ma wloty drenażowych otworów odgazujących (4) w przyszłym podścianowym wyrobisku korytarzowym (2) uszczelnione dolnymi rurami obsadowymi (7), które są podłączone posobnie do układu odwadniania (8) lub bezpośrednio do odwadniaczy.