بررسی تأثیر پارامترهای فنی روش گاززدایی گمانه‏های متقاطع بر میزان گاز خروجی (مطالعه موردی: معدن شماره یک زغال‏سنگ پروده طبس)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه یزد

چکیده

انتشار زیاد گاز متان از محدوده کارگاه استخراج فعال و همچنین از لایه‏ های بالا و پایین لایه استخراجی می‏ تواند بر ایمنی و بهره‌وری معادن زیرزمینی زغال‌سنگ اثرگذار باشد. ازآنجاکه تهویه به‌تنهایی ممکن است برای کنترل سطح گاز متان در محیط استخراج جبهه کار طولانی کافی نباشد، استفاده از گزینه‌های استاندارد کنترل متان مانند گاززدایی لازم است انجام شود. استفاده از روش‌های مختلف گاززدایی می‌تواند منجر به کاهش انتشار متان به محیط کاری استخراج و پایین آمدن خطر انفجار و نهایتاً افزایش ایمنی و تولید شود. در معدن زغال‌سنگ شماره یک پروده طبس، گاززدایی با روش گمانه‌های متقاطع صورت می‌پذیرد. این روش با حفر گمانه‏هایی از راهرو بالایی در لایه‏های بالای لایه زغال‏سنگ در حال استخراج و در ایستگاه‏هایی با فواصل متفاوت در طول پهنه استخراجی صورت می‏گیرد. هدف اصلی این تحقیق تعیین مقادیر مناسب پارامترهای مختلف گمانه‏های گاززدایی به‌منظور افزایش راندمان گاززدایی است. پارامترهای موردبررسی شامل طول گمانه‏های گاززدایی، زاویه گمانه‏ها نسبت به محور راهرو بالایی و زاویه گمانه‏ها نسبت به کف راهرو یا افق می‌باشند. بر این اساس تحلیل داده‌های عملیاتی حاصل از گاززدایی از پهنه E4 نشان داده است که با افزایش شیب پهنه زاویه گمانه‏های گاززدایی نسبت به محور راهرو بالایی را باید کمتر در نظر گرفت همچنین به‌طورمعمول دبی گاز خروجی ایستگاه‏های گاززدایی در فاصله بین 15 تا 25 متری از لبه کارگاه شروع به افزایش می‏کند درنتیجه طول گمانه‏های گاززدایی را نباید بیشتر از 45 متر در نظر گرفت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of technical parameters of cross-measure boreholes methane drainage method on the amount of exhaust gas (Case study: Tabas Parvadeh coal mine No.1)

نویسندگان [English]

  • Ali Hosseini
  • Mehdi Najafi
  • Amin Hussein morshedy
Department of Mining and Metallurgical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده [English]

Summary
This research deals mainly with the degassing method with cross-measure boreholes in the longwall mining method. Determining the appropriate values ​​of different parameters of methane drainage boreholes is necessary to increase efficiency. These parameters include the length of the methane drainage boreholes, the angle of the boreholes relative to the axis of the tailgate, and the inclination of the boreholes. Accordingly, the analysis of operational data obtained from the methane drainage of the E4 panel has shown that with increasing the dip of the panel, the angle of boreholes relative to the axis of the tailgate should be considered less. Also, typically, the exhaust gas flow of methane drainage stations starts to increase at a distance of 15 to 25 meters from the edge of the face, so the length of methane drainage boreholes should not be considered more than 45 meters.
 
Introduction
Cross-measure boreholes method involves drilling boreholes from the tailgate to a stress-free area in the roof and floor layers of a working seam of coal. To prevent methane from entering the work area or reducing the amount of gas entering, it is necessary to perform methane drainage in this area. After specifying this area, the parameters of methane drainage boreholes can be specified. These parameters include the distance between the degassing stations, the angle of the drainage boreholes to the horizon, the angle to the longitudinal axis of the upper corridor, and the length of the drainage boreholes. Therefore, the main purpose of this paper determines the appropriate value of cross-methane drainage borehole parameters to increase the amount of removed gas from each borehole by analyzing operational data.
 
Methodology and Approaches
To determine the appropriate values of the parameters of methane drainage boreholes in the cross-measure boreholes method, data from 67 methane drainage stations including 280 boreholes drilled in the E3 panel and 68 stations containing 152 boreholes in the E4 panel were collected.  These data include the length of the boreholes, the angle to the axis of the upper corridor, the dip of the borehole, the distance between the stations, and the amount of exhaust gas from each station and borehole in cubic meters per minute. The collected data had been analyzed using Minitab and Excel software.
 
Results and Conclusions
The steeper the dip of the coal seam, the more the boundary of the methane disposal area tends to the tailgate. As a result, the angle of methane drainage boreholes relative to the tailgate axis should be considered less. Reducing the distance of gas stations from 18 to 22 meters to about 9 to 12 meters leads to an increase in exhaust gas from the stations. The discharge of the stations starts to increase at a distance of about 15 to 25 meters from the edge of the face, so considering the boreholes angle and other parameters it is suggested that the length of the boreholes be between 35 and 45 meters. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Coal
  • Longwall
  • Methane drainage
  • Cross measure boreholes method

متان به‌عنوان گازی بی­رنگ، بی‌بو و قابل اشتعال است که 17 درصد از گازهای گلخانه­ای موجود در جو را تشکیل می­دهد. معادن زیرزمینی زغال‌سنگ به‌عنوان یکی از منابع اصلی انتشار متان شناخته می­شوند [1]. انتشار و دفع متان عمدتاً به دلیل استخراج زیرزمینی زغال‌سنگ است. متان آزادشده در هنگام استخراج زغال‌سنگ شرایط کاری ناامنی را در بسیاری از معادن زیرزمینی زغال‌سنگ در سراسر جهان ایجاد می­کند که منجر به تلفات انسانی و کاهش تولید می­شود.

[1]   Dingqi, Li. (2016). A new technology for the drilling of long boreholes for gas drainage in a soft coal seam. Journal of Petroleum Science and Engineering, 137: 107-112.
[2]   Krause, E. and Skiba. J. (2014). Formation of methane hazard in longwall coal mines with increasingly higher production capacity. International Journal of Mining Science and Technology. 24, 403
[3]   Szlazak, Justyna., Borowski, Marek., Obracaj, Dariusz., Swolkien, Justyna. and Korzec, Marek. (2014). Comparison of methane drainage methods use in polish coal mine. Arch. Min. Sci. Vol. 59, No 3, pp. 655–675.
[4]   orowski, M. and Kuczera, Z. (2018). Comparison of Methane Control Methods in Polish and Vietnamese Coal Mines. E3S Web of Conferences. 35, 01004.https://doi.org/10.1051/e3sconf/20183501004
[5]   Szlazak, Justyna., Borowski, Marek., Obracaj, Dariusz., Swolkien, Justyna. and Korzec, Marek. (2014). Selected issues related to methane hazard in hard coal mines. AGH university of science and technology press. Krakow. Poland. pp 102-105.
[6]   Saghafi, A. and Pinetown, K, L. (2015). A new method to determine the depth of the de-stressed gas-emitting zone in the underburden of a longwall coal mine. International Journal of Coal Geology. (152): 156–164.
[7]   Zhang, Y., Zhang, Xibin., Li, Ch. and Liu, Ch. (2011). Methane moving law with long gas extraction holes in goaf. First International Symposium on Mine Safety Science and Engineering, Procedia Engineering 26. 357 – 365.
[8]   Li, T., Wu, B. and Lei, B. (2019). Study on the Optimization of a Gas Drainage Borehole Drainage Horizon Based the Evolution Characteristics of Mining Fracture. Energies. 12, 4499.
[9]   Qin, J., Qingdong, Q. and Guo, H. (2017). CFD simulations for longwall gas drainage design optimization. International Journal of Mining Science and Technology. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijmst.2017.07.012
[10]   Qin, Zo., Yuan, Li., Guo, Hu. and Qu, Qi. (2015). Investigation of longwall goaf gas flows and borehole drainage performance by CFD simulation. International Journal of Coal Geology. (150-151): 51–63.
[11]   Wang, K. and Xue, S. (2008). Gas drainage practices and challenges in coal mines of China. Conference, University of Wollongong & the Australasian Institute of Mining and Metallurgy. 178-185.
[12]   Swolkien, Nikodem. (2015). "Utilizing of Methane from Polish Hard Coal Mines". Journal of Energy and Power Engineering 9. 149-160
[13]   Hosseini, A. and Najafi M. (2021). Determination of Methane Desorption Zone for the design of drainage boreholes Pattern (Case Study: E4 Panel of Tabas Mechanized Coal Mine, Iran). The Mining-Geology-Petroleum Engineering Bulletin. pp. 61-75, doi.10.17794/rgn.2021.1.6
[14]   Karacan CÖ., Ruiz FA, Cotè M. and Phipps S. (2011). Coal mine methane: A review of capture and utilization practices with benefits to mining safety and to greenhouse gas reduction. International Journal of Coal Geology 86:121-156. doi: 10.1016/j.coal. 02.009.
[15]   Whittles, DN., Lowndes, IS., Kingman, SW., Yates, C. and Jobling, S. (2007). The stability of methane capture boreholes around a long wall coal panel. International Journal of Coal Geology. 71:313-328
[16]   Campoli, A., Cervik, J. and Schatzel, S. (1983). Control of Longwall Gob Gas with Cross-Measure Boreholes. (Upper Kittanning Coalbed)-RI 8841.
[17]   Lunarzewski, LW. (1998). Gas emission prediction and recovery in underground coal mines. International Journal of Coal Geology. 35:117-145.
[18]   Noack, K. (1998). Control of gas emissions in underground coal mines. International Journal of Coal Geology. 35:57-82.
[19]   Szlazak, N. and Swolkien, J. (2016). The effectiveness of the methane drainage of rock mass with a U ventilation system. Arch. Min. Sci. 61(3), 617-634.
[20]   Anon. (2005). Basic Design of Tabas Coal Mine Project”, Report-Mining. Vol 1 of 5.
[21]   S, S. Peng. (2006). Longwall mining”. Jhon Wielly & Sons, New York. PP.337-386
[22]   Ataei, M. (2006). Underground mining. university of Shahrood). 411-509(In Persian)
[23]   Technical project of methane drainage for E3 Longwall in C1 seam Tabas Parvadeh Coal Company TPCCO) – Mine No. 1, (2017): Becker mining systems group of companies.