Способ добычи чистого метана из обрушенных пород массива при разработке угольных пластов и устройство для его осуществления

(51) 21 7/00 (2012.01) 21 41/18 (2012.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ атмосферой проветривания, подаваемой в очистную выработку с поверхности земли. Способ извлечения чистого метана из камер выработанного пространства через дренажные галереи, расположенные в кровле, отличающийся тем, что камеры создают в породах кровли угольного пласта в виде куполов (свод равновесия),ограничивающих обрушенные породы, метан,скопившийся в подкупольном пространстве,извлекают специальным устройством, размещенным в технологической выработке, созданной в породах кровли и скважинах, соединяющих (связывающих) выработку с подкупольным пространством камер. Устройство для извлечения метана, включающее насос, емкость для воды, гидроэлеватор с патрубком(струйный аппарат), напорный трубопровод рабочей воды отличающееся тем, что струйные аппараты расположены в скважинах на сопряжении с выработанным пространством в куполах свода равновесия,а их вакуумирущее действие локализуется герметизаторами, размещенными в скважинах выше струйных аппаратов, установка содержит емкость для каптажа метана, запорную арматуру. Технический результат изобретения - добыча чистого метана для использования в энергетических целях, снижение выбросов метана в атмосферу,уменьшение антропогенного воздействия на общее потепление климата, а также уменьшение общего объема атмосферного воздуха, подаваемого в горные выработки для снижения концентрации метана в выработанном пространстве до безопасного уровня, создание безопасных условий труда для шахтеров.(72) Хамимолда Бауржан Жексембеклы Халманов Хабил(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский государственный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности Республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения Национальный научно-исследовательский центр по проблемам промышленной безопасности Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Казахстан(56) Руководство по наилучшей практике эффективной дегазации источников метановыделения и утилизации метана на угольных шахтах. Серия публикаций ЕЭК по энергетике 31. Организация Объединенных Наций, Нью-Йорк и Женева, 2010, с. 82 Патент 2038482 , кл. 21 7/00, 1995(54) СПОСОБ ДОБЫЧИ ЧИСТОГО МЕТАНА ИЗ ОБРУШЕННЫХ ПОРОД МАССИВА ПРИ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к горному делу,преимущественно к добыче газа-метана выделяющегося из угольного пласта и вмещающих(боковых) пород при их разрушении до и после добычного забоя. Задача изобретения - создание такого способа и устройства для его осуществления, в которых извлекается газ-метан,выделившийся в выработанное пространство, без его смешивания с Изобретение относится к горному делу преимущественно к добыче метана выделяющегося из угольного пласта и вмещающих (боковых) пород при их разрушении до и после движущейся лавы(добычного забоя). Известен способ текущей дегазации из вышерасположенных и нижерасположенных относительно пласта галерей, в котором выше или ниже разрабатываемого пласта до начала горных работ проводят транспортный штрек. Затем работы в подготовительном штреке прекращают, и обеспечивают его подсоединение к системе дегазации рудничного воздуха с помощью трубопровода,проходящего через противопожарную шахтную перемычку. (Руководство по наилучшей практике эффективной дегазации источников метановыделения и утилизации метана на угольных шахтах. Серия публикаций ЕЭК по энергетике 31. Организация Объединенных Наций, Нью-Йорк и Женева, - 2010, - с. 80). Недостатком способа является утечки вентиляционного воздуха вместе с извлекаемым метаном, что снижает концентрацию метана в извлекаемой газовой смеси и повышает риск возникновения пожара в угольных пластах,склонных к самовозгоранию. Эффективность способа снижается, когда между дренажной галереей и длинным очистным забоем присутствует мощное отложение пластов. В целом, способ не является адаптируемым к изменениям в горных работах. Близким аналогом способа заявляемого изобретения, является способ текущей дегазации из камер или трубопровода в выработанных пространствах, в котором в выработанном пространстве за забоем сооружают камеру, которую соединяют через изоляционные перемычки с системой дегазации. (Руководство по наилучшей практике эффективной дегазации источников метановыделения и утилизации метана на угольных шахтах. Серия публикаций ЕЭК по энергетике 31. Организация Объединенных Наций, Нью-Йорк и Женева, 2010, - с. 82). Недостатками данного способа являются низкая эффективность каптажа метана из-за смеси газа и вентиляционной струи,востребованность значительных мощностей для дегазации источников метановыделения, передача воспламеняющихся газовых смесей при каптаже,создающую недопустимую опасность для шахтеров. Известен способ ввода среды в транспортную систему и устройство для его осуществления, в котором описано устройство для ввода среды в транспортную систему, включающее эжектор,согласно изобретению, эжектор снабжен вихревой камерой, выполненной в виде стакана, боковая стенка которого снабжена тангенциальными каналами подвода рабочей среды, при этом стакан открытой частью обращен в сторону,противоположную движению транспортируемой среды, и установлен с образованием кольцевой полости. (Предварительный патент 14215 РК,МПК 04 5/00, опуб. 15.04. 2004). 2 Недостатком известного устройства является наличие вихревой камеры, которая разрушает локализацию вакуума, формируемого эжектором. Наиболее близким к заявляемому устройству является гидровакуумная установка, состоящая из смонтированных на автомашине поршневого насоса,емкости для воды с вертикальной трубой для отвода метановоздушной смеси в атмосферу,гидроэлеватора с патрубком для подключения к дегазационной скважине и напорного и сливного трубопроводов. (Патент 2038482, РФ, МПК 21 7/00, опуб. 27.06.1995). Недостатком известного устройства является то,что вакуумная камера находится на поверхности земли, при этом вакуумируется все пространство от угольного пласта до поверхности земли, и происходит смешивание газа метана и воздуха,подаваемого для проветривания добычного забоя, в результате, извлекаемая газо-воздушная смесь не полежит каптированию и выбрасывается в атмосферу, кроме того, используется пульсирующее давление в системе, создаваемое поршневым насосом. Задачей изобретения является создание такого способа и устройства для его осуществления, в котором извлекается метан, выделившийся в выработанное пространство, без его смешивания с атмосферой проветривания, подаваемой в очистную выработку с поверхности земли. Технический результат изобретения - добыча чистого метана для использования в энергетических целях, снижение выбросов метана в атмосферу,уменьшение антропогенного воздействия на общее потепление климата, а также уменьшение общего объема атмосферного воздуха, подаваемого в горные выработки для снижения концентрации метана в выработанном пространстве до безопасного уровня, создание безопасных условий труда для шахтеров. Поставленная задача решается тем, что в способе извлечения чистого метана (угольного метана) из камер выработанного пространства через дренажные галереи, расположенные в кровле, при этом камеры создают в породах кровли угольного пласта в виде куполов (свод равновесия),ограничивающих обрушенные породы, метан,скопившийся в подкупольном пространстве,извлекают специальным устройством, размещенным в технологической выработке, созданной в породах кровли и скважинах, соединяющих (связывающих) выработку с подкупольным пространством камер. Устройство для извлечения метана, включающее насос, емкость для воды, гидроэлеватор с патрубком(струйный аппарат), напорный трубопровод рабочей воды, при этом струйные аппараты расположены в скважинах на сопряжении с выработанным пространством в куполах свода равновесия, а их вакуумирущее действие локализуется герметизаторами, размещенными в скважинах выше струйных аппаратов, устройство также содержит емкость для каптажа метана, запорную арматуру. Изобретение поясняется чертежом,где изображено устройство для извлечения чистого метана и принципиальная схема способа извлечения чистого метана. Устройство для извлечения чистого метана содержит мкость с водой 1, всасывающий патрубок 2, насос 3, напорный трубопровод рабочей воды 4, транспортный трубопровод аэрогидросмеси(вода с метаном) 5, герметизаторы скважин 6,струйные аппараты - 7, запорную арматуру 8,мкость для каптажа метана 9. В предлагаемом нами устройстве струйные аппараты располагаются на сопряжении скважин с выработанным пространством и осуществляют локальное вакуумирование и инжекционный захват метана, и его ввод в транспортную систему. На принципиальной схеме показано, кроме того,разрабатываемый пласт угля 10, обрушенные породы 11, свод равновесия 12, технологическая выработка в породах кровли 13, скважины 14. Способ с помощью устройства реализуется следующим образом. Рабочую среду (воду) от источника повышенного давления 3 (насос) подают в напорный трубопровод рабочей воды 4 и на струйные аппараты 7, где создают зону пониженного давления и формируют инжектируемый поток транспортируемой среды(метана), который подают в транспортный трубопровод аэрогидросмеси 5 в виде аэрогидросмеси и доставляют в емкость рабочей воды 1, где из аэрогидросмеси метан выдавливают вверх в емкость для каптирования метана 9. Вода без газа снова уходит в рабочий цикл. Запорная арматура 8 на напорном трубопроводе рабочей воды и на транспортном трубопроводе аэрогидросмеси служит для управления процессом извлечения метана из каждой камеры индивидуально. Герметизаторы 6 исключают попадание метана в скважины и далее в выработку. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ извлечения чистого метана из камер выработанного пространства через дренажные галереи, расположенные в кровле, отличающийся тем, что камеры создают в породах кровли угольного пласта в виде куполов, свод равновесия,ограничивающих обрушенные породы, метан,скопившийся в подкупольном пространстве,извлекают специальным устройством,размещенным в технологической выработке,созданной в породах кровли и скважинах,соединяющих,связывающих выработку с подкупольным пространством камер. 2. Устройство для извлечения метана,включающее насос,емкость для воды,гидроэлеватор с патрубком, струйный аппарат,напорный трубопровод рабочей воды отличающееся тем, что струйные аппараты расположены в скважинах на сопряжении с выработанным пространством в куполах свода равновесия,а их вакуумирущее действие локализуется герметизаторами, размещенными в скважинах выше струйных аппаратов, установка содержит емкость для каптажа метана, запорную арматуру.