Качество газа дренажа контроля и количество от подземных угольных шахт, чтобы увеличить его варианты использования
Автор: Сюэ С и Го Х.
Рис. 1 Изменение уровня потока газа от системы перед дренажом
Автор: Сюэ С и Го Х.
Исследование CSIRO и горная промышленность.
Почтовый ящик 883, Кенмор, QLD, Австралия 4069
Автор перевода: Никулин Д.М.
Газовый дренаж был осуществлен в загазированных подземных угольных шахтах, чтобы управлять выбросами газа и минимизировать риск выбросов газа при добыче полезных ископаемых. Уменьшать воздействие оранжереи исходящего метана, варианты использования истощаемого метана исследованы. Качество и количество истощенного газа определяют возможные варианты его использования. Эта работа представляет поток и концентрацию изменения концентрации дренажа газа в австралийских загазированных шахтах, факторы, вносящие изменение, и много вариантов управления изменчивостью.
В загазированных подземных угольных шахтах газ из угольных пластов должен быть частично дренирован, чтобы предотвратить выброс угля и газа и управлять выбросом газа во время добыча угля. Операторы шахты используют как предварительный дренаж так и постдренажные методы, чтобы дренировать газ из угольных пластов. Позже, шахты были поощрены взять на себя ответственность исследования вариантов использования истощенного газа и смягчить парниковое воздействие. Есть приблизительно 17 подземных угольных шахт с активными газовым дренажными системами в Австралии. Количество газа захвачено от систем дренажа приблизительно 350 Mm3. Большая часть захваченного газа выбрасывается в атмосферу.
Одна из главных трудностей в эффективном использовании истощенного газа-изменчивость в поставке и концентрации. Потоком газа от предварительного дренажа управляет, главным образом, трещиноватость, в некоторых случаях дебит потока газа 3000 л/с достигнут. Газовая чистота от предварительного дренажа может изменяться от 60 до 90%, и концентрация метана может достигнуть целых 97%. Поток газа и чистота от постдренажа зависит от многих факторов включая: газовое содержание и состав в угольных пластах и окружающих породах, проектах и методах и определении для пласта геологических и добывающих параметров. Ставка потока газа 4000 л/с достигла от постдренажа в Австралийская шахта, хотя поток газа колеблется от 500 до 2000 л/с. концентрация метана от постдренажа колеблется от 20 до 80%, и до
90%-ое извлечение метана достигнуто в некоторых случаях. Количество газа, захваченного от дренажа, зависит от особых условий места добычи включая: газовое содержание и проходимость угольных пластов, время дренажа, количество отрицательного давления, и других переменных геологических систем и систем дренажа.
Процент метана в газе, захваченном в дренаже, зависит от многих факторов, таких как количество газа угольных пластах и окружающих породах, газовых методов дренажа и определенных для места геологических и добывающих параметров. Хотя метан преобладает в швах большинства угольных пластов, есть некоторые случаи, когда газ шва состоит из существенного углекислого газа, такого как в угольных пластах в шахт Tahmoor и Dartbrook Австралии. Предварительный дренаж обычно приводит к более высокому качественному газу, чем пост-методы дренажа. Другие факторы, затрагивающие процент метана, включают спелеологические особенности,.В системе дренажа газа, колебания в уровне потока газа и составе может быть очень существенным. Рисунки 1 и 2 показывают почасовый расход и изменения состава от системы перед дренажом в газовых австралийских угольных шахтах. Рисунок 1 показывает существенное изменение в уровня потока газа, и даже в пределах довольно короткого периода времени , уровень потока газа может измениться. С точки зрения процента метана в захваченном воздухе используя систему перед дренажом, это колеблется между 60 - 90% в большую часть времени, хотя это может также спасть меньше чем до 60% очень быстро в течение нескольких дней. Степень изменения в расходе и составе газа от системы дренажа, очевидно, препятствует эффективному использованию газа. Много мер могли быть приняты, чтобы управлять качеством и количеством газ, захваченный от системы дренажа, чтобы увеличить возможные варианты использования. Эти меры обсуждены в следующих разделах.
Рис. 1 Изменение уровня потока газа от системы перед дренажом
Рис. 2 Газовое изменение состава от системы перед дренажом
Метан угольного пласта (МУП) может быть объединен с добычей полезных ископаемых.(МУП) можеть быть добыт за несколько лет перед добычей полезных ископаемых так, чтобы разрабатываемая зона была предварительно истощена. В дополнение к встречающимся требованиям безопасности для того, чтобы добыть, истощенный газ высокого качества может быть использован. С недавним развитием бурения среднего радиуса и технологии трудной тренировки радиуса, выбор иссушения газа перед горной промышленностью становится довольно привлекательным.
Эти улучшения систематически не исследовались кроме в контекст улучшения газового удаления. Не было существенной работы направленный к управлению метаном течет к трудным техническим требованиям. Поставки метана стали дренажом от метрополитена, поверхностным дренажом, и у воздуха рудничной вентиляции и каждого из них есть отдельные требования.
В операциях иногда трудно уравновесить все факторы, затрагивающие поток газа, поскольку подробные данные по различным газовым входам часто не собираются. Весь собранный газ обычно помещается в те же самые трубы, и это может быть чрезвычайно трудно определить, что ответственно за изменения со временем. Подземный дренаж затронут многими факторами и часть наиболее важных из них обсуждена ниже. В большинстве случаев технологии требуемые управлять газовым качеством и потоком уже существуют, но они не были собранны в полную систему и продемонстрированы.
Дизайн образцов буровой скважины требует хорошего понимания угольного пласта проходимость, довольный газ, геологические аномалии, и место и выбор времени вызванная проходимость как деформация происходит о горных выработках. Газ особенности угольного пласта будут управлять расположением буровой скважины и графиком эффективно слить газ. В выявлении разломов в лежании в основе или лежании швы, местоположение буровых скважин должно непрерывно регулироваться к изменениям в местоположения перелома.
Помещены в уголь или скалу, окружающую шахту, чтобы каптировать газ из определенных источников газа. Они могут быть на месте девственного газа или вызванными в места проходимости, где происходят потоки газа в шахту. Эффективность из дренажа касается разработки образца дренажа, правильного расположения буровой скважины и обслуживание открытых буровых скважин для необходимых для продления дренажа.
Газ извлеченный под всасыванием, и потоком газа управляет трубопровод дизайн, и должен гарантировать, что газ, входящий в буровые скважины, эффективно извлеченный из шахты и соответствующих давлений всасывания применены в буровая скважина. Способность трубопровода систем должна соответствовать ожидаемым потокам к оптимизируйте качество и количество поставленного метана. Утечка воздуха в трубы растворяют газ, поставляемый, и это может быть минимизировано регулярным обслуживанием из систем и тщательной связи с буровыми скважинами и установки буровой скважины воротники. Устройства безопасности были развиты, чтобы закрыть систему в случай мои несчастные случаи.
Теперь возможно контролировать потоки газа и качество в режиме реального времени, и отдаленно управлять целой системой. Установка этого контроля будет важна для управления системой, чтобы управлять газовым качеством и произведенным количеством. Простое устройство - то, которое выключает буровую скважину, если ее газовая концентрация падает ниже, нa указанный уровень.
Предварительный дренаж от поверхностных отверстий чрезвычайно подобен рекламе производство метана угольного пласта без прямой связи с горной промышленностью. Метан восстановленный имеет высокую чистоту, и производство следует за типичным циклом для каждого отверстие. В целом упорядочивание хорошо развития и осушения может выравниваться производство от области. Поверхностные отверстия перед дренажом вообще не используются в Австралийские шахты. Основная цель состоит в том, чтобы ограничить вторжение газа. Очевидный источник - сам обработанный шов, который граничащий с трещиной и если не полностью извлеченный частично остается в трещине. В некоторых шахтах большое количество газа прибывает из пласта и основных швов разрушенных деформациями, связанными с забоем, и достигают пустот посредством горной промышленности вызванных водопроницаемых зон. Есть также связь между током лавы и предыдущими лавами, которые действуют как резервуар. Проблемы, которые влияют на метан дренаже содержат:
Отверстие дренажа должно быть помещено так,чтобы оно проникает через водопроницаемые зоны в goaf и позволяет газу стекать в отверстие. В то время как это трудно чтобы знать точно, что происходит с обрушением пустоты, эксперименты имеют показанный то, что у краев есть более высокая проходимость и центральная область, более уплотненный, где груз является самым большим. Погрузка и потеря проходимости не симметрично, и искажен смежным лавами. Природа спелеологии воздействует на области трещин, которым можно управлять также использование единственного отверстия дренажа или многих отверстий при необходимом интервале к истощите целый goaf. Интервал изменяется от одного отверстия только за лавой в Teralba, к интервалу 100 м отверстий в Центральной Угольной шахте, с другими в промежуточный интервал. Этим управляют в зоне разделения страт выше спелеология. Где есть непрерывное разделение страт вдоль длины лавы это позволяет единственному калибру истощать целый пласт.
Глубина, в которой отверстие закончено или перфорировано, важна по отношению к соединению газы, которые извлечены. В пределах пустоты различные газы, которые могут быть существующий до некоторой степени дифференцированы их плотностью, и таким образом, тип полученный газ связан с газами, найденными на уровне основания хорошо.
Газы в пустоты прибывают или из угля, или из рудничной вентиляции воздух на лице забоя. Плохо помещенное отверстие могло потянуть воздух от лица в пустоту и разведенный газ шва извлечен. Отверстие, слишком далеко удаленное от лица вызывает больший поток газа от шва в отверстие дренажа, но не уменьшает или управляет потоком газа шва на лицо. Вентиляция давления, всасывание относилось к отверстию и давлению газа в пределах шва все взаимодействует, чтобы затронуть поток газа
К вычислительным моделям Fluid Dynamics относились поток газа, и методы развились, чтобы предсказать газовое извлечение и проектировать положение отверстия и давления всасывания, требуемые достигнуть желаемых результатов. До настоящего времени эти методы использовались, чтобы управлять потоком газа в рабочее лицо, они одинаково действительны в определении природы газа извлеченный.
Все потоки метана колеблются значительно в ответ на газоснабжение в угле, добывая деятельность, соединение методов дренажа, используемых, и внешние факторы. Как может быть много причин к колебаниям, это требует a индивидуальное исследование, чтобы определить, что может быть сделано, чтобы обусловить метан поставляйте определенным требованиям. Некоторые причины изменения могут быть обращенный, но многие из них врожденные к методу горной промышленности или естественные условия. Некоторые главные причины колебаний:
Сокращение угля увеличивает потоки газа и с угля сокращения и с волнения созданный в окружающих стратах. Примеры - цикл, связанный с полной лавой. Потоки газа минимальны при переключении перед горной промышленностью начинается. Газовый выпуск строит через жизнь лавуи затем уменьшается снова. В ежедневном цикле газ делает, следует за самыми активными угольными режущими периодами и падения нерабочих изменений.
Есть существенные изменения в газовом содержании и газовом типе угольных пластов в масштаб единственной лавы. Это может быть довольно существенно для операции если горная промышленность изменений в новую область арендного договора с различным газом. Газовый контроль методы, успешно примененные в одной части шахты, больше могут не быть применимый.
Эффективность систем дренажа зависит от отверстий дренажа будучи помещенным в их положения дизайна и правильное предсказание место дренажа. Дизайн и операция сетей дренажа метана под влиянием изменений в геологии и добывающей практике. Внимательное и осторожный инженер дренажа, который сохраняет его систему дренажа "настроенной", может иметь сильное воздействие на его работу. Если отверстия дренажа пропускают свою цель, газ уменьшение потоков.
Потоки газа чувствительны к изменениям давления. Они могут прибыть от постоянного клиента дневные изменения в температуре, случайных исключительных погодных явлениях такой как штормы, изменения дизайна вентиляции и практики дренажа, и изменения в давлениях газа в угле. В то время как некоторые из них наложены на ситуация, они могут быть обработаны, управляя рудничной вентиляцией и всасывания дренажа, чтобы дать компенсацию за их эффекты.
Есть некоторые существенные изменения в количестве (расход и продолжительность) и качество (концентрация метана) газа, захваченного от предварительного дренажа и почтовые системы дренажа в австралийских gassy угольных шахтах. Эти изменения представьте собой некоторые проблемы к эффективному использованию захваченного газа. Это бумага показывает много мер, которые могли быть приняты, чтобы управлять и управляйте изменениями.
Задача решалась в следующей постановке – исследовалась связь между средним значением эквивалентных напряжений на контуре скважины(k' ?) и параметрами бурения шпуров: относительного радиуса шпура (менялся с шагом 0,2), относительной ширины перемычки (L с шагом 0,1) и количества шпуров. Для обеспечения разгрузки значение k' ? должно быть меньшим величины напряжений неразгруженного массива (k'?). По известному решению Динника-Савина [13] k' ? = 2?H. Принимая, что разгрузка должна составлять не менее 10%, то есть k'? ? 1,83 ?H – первое ограничение. В связи исследованиями [13], о влиянии ширины перемычки на величину напряжений было внесено второе ограничение: . Для оптимизации моделирования было проведено технико-экономическое обоснование выбора основных параметров бурения. Главным фактором, принятым во внимание, было отношение общего объема разгрузочного бурения шпуров (Qш., м3, рассчитывалось при длине скважины 120 м) к объему работ по бурению дегазационной скважины (Qс, м3,при длине шпура 5 м). Принималось, что Qш. не должно превышать 40% от Qс.(третье ограничение).Значение объемов бурения, для всех 900 вариантов моделирования, приведены в табл. 1.