Документ описывает инновационный патент на способ добычи чистого метана из нетронутого угольного пласта, включающий создание камер в пласте и извлечение метана через дренажные галереи. Устройство для осуществления этого способа включает насос, струйный аппарат и емкости для каптажа и осветления воды. Основной результат изобретения заключается в получении чистого метана для энергетических нужд и снижении влияния на климат за счет уменьшения выбросов метана в атмосферу.

1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28937
(51) E21C 41/18 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/0951.1
(22) 18.07.2013
(45) 15.09.2014, бюл. №9
(72) Халманов Хабил
(73) Акционерное общество "Национальный
научно-технический центр промышленной
безопасности" Министерства по чрезвычайным
ситуациям Республики Казахстан
(56) Инновационный патент РК №26488, кл.Е21С
41/18, 14.12.2012, бюл.№12
(54) СПОСОБ ДОБЫЧИ ЧИСТОГО МЕТАНА
ИЗ НЕТРОНУТОГО ПЛАСТА УГЛЯ И
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(57) Изобретение относится к горному делу,
преимущественно к добыче газа-метана,
выделяющегося из угольного пласта, при его
разрушении в локальной области с образованием
полости и последующей фильтрации газа из
прилегающего объема в эту полость и может быть
использовано при дегазации нетронутых угольных
пластов.
Задачей изобретения является создание способа
добычи чистого метана без отработки угольного
пласта и устройства для его осуществления.
Способ извлечения чистого метана из
нетронутого пласта угля через дренажные галереи,
расположенные в кровле, при в нетронутом
угольном пласте создают камеры, а метан и
продукты разрушения (угольная мелочь) извлекают
через скважину, соединяющую галерею и угольный
пласт.
Устройство для извлечения метана и продуктов
разрушения (угольная мелочь), включающее
емкость с водой, насос с всасывающим патрубком,
напорные трубопроводы рабочей воды,
герметизаторы, струйный аппарат, запорную
арматуру, емкость для каптажа метан, при этом
устройство снабжено транспортным трубопроводом
аэрогидровзвеси (уголь, метан, вода), емкостью для
приема гидровзвеси (уголь, вода) и осветления
воды, а струйный аппарат оснащен эжектором и
камерой с тангенциальными каналами отвода
рабочей воды к соплам.
Технический результат изобретения - добыча
чистого метана для использования в энергетических
целях, снижение выбросов метана в атмосферу,
уменьшение антропогенного воздействия на общее
потепление климата.
(19)KZ(13)A4(11)28937

2. 28937
2
Изобретение относится к горному делу,
преимущественно к добыче газа-метана,
выделяющегося из угольного пласта, при его
разрушении в локальной области с образованием
полости и последующей фильтрации газа из
прилегающего объема в эту полость и может быть
использовано при дегазации нетронутых угольных
пластов.
Известен способ предварительной дегазации из
нижерасположенных относительно пласта полевых
дренажных выработок, которые проводят
заблаговременно до раскроя шахтного поля
подготовительными выработками, проводимыми по
угольному пласту. Полевые дренажные выработки
располагают соосно будущим пластовым
выработкам и на расстоянии 10 ÷ 14 м от пласта. Из
дренажных выработок по определенной схеме бурят
скважины до угольного пласта, эти скважины
трубной разводкой соединяют с центральным
газопроводом (Патент №16196 РК, МПК E21F 7/00
15.09.2005, бюл. №9).
Недостатком способа является то, что
интенсивность дегазации определяется
фильтрационным процессом в пласте, что в свою
очередь, лимитируется проницаемостью пласта.
Проницаемость пласта возрастает при
взаимовлиянии разгружающего действия полевой
выработки и концентрации давления вблизи
подготовительной выработки, поэтому период
высокой продуктивности скважин не велик. Газ-
метан почти в два раза легче воздуха, поэтому
движение его сверху вниз существенно снижает
эффективность процесса дегазации. Кроме того,
указанный способ не работает после прохождения
фронтом добычных работ свода дренажной
выработки.
Близким аналогом способа заявляемого
изобретения является способ извлечения чистого
метана из камер выработанного пространства через
дренажные галереи, расположенные в кровле, в
котором 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
(Инновационный патент №26488 РК, МПК Е21С
41/18, опуб. 14.12.2012, бюл. №12).
Недостатком данного способа являются:
необходимость отработки пласта для образования
камер для скопления газа-метана, выделяющегося
при разрушении угольного пласта, поэтому способ
не пригоден для извлечения газа-метана из
нетронутого пласта.
Известна гидровакуумная установка, состоящая
из смонтированных на автомашине поршневого
насоса, емкости для воды с вертикальной трубой
для отвода метано-воздушной смеси в атмосферу,
гидроэлеватора с патрубком для подключения к
дегазационной скважине и напорного сливного
трубопровода. (Патент №2038482, РФ, МПК Е21F
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
подлежит каптированию и выбрасывается в
атмосферу, кроме того, используется пульсирующее
давление в системе, создаваемое поршневым
насосом.
Прототипом устройства является 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 вакуумирующее
действие локализируется герметизаторами,
размещенными в скважинах выше струйных
аппаратов, устройство также содержит емкость для
каптажа метана, запорную арматуру
(Инновационный патент №26488 РК, опуб.
14.12.2012, бюл. №12).
Недостатки известного устройства: струйные
аппараты создают только вакуум и расположены на
сопряжении скважин с куполом свода равновесия, а
трубопровод предусматривает транспортировку
только водно-метановой смеси.
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 F04F 5/00, опуб. 15.04.2004).
Недостатком известного устройства является то,
что вихревая камера реализует потенциальную
энергию вихревого потока на перемешивание
различных фаз среды, но не разрушает
прилегающую к камере внешнюю среду.
Задачей изобретения является создание способа
добычи чистого метана без отработки угольного
пласта и устройства для его осуществления.
Технический результат изобретения - добыча
чистого метана для использования в энергетических
целях, снижение выбросов метана в атмосферу,
уменьшение антропогенного воздействия на общее
потепление климата.
Поставленная задача решается тем, что в способе
извлечения чистого метана из нетронутого
угольного пласта через дренажные галереи,
расположенные в кровле, при этом в нетронутом
угольном пласте создают камеры, а метан и
продукты разрушения (угольная мелочь) извлекают

3. 28937
3
через скважину, соединяющую галерею и угольный
пласт.
Устройство для извлечения метана и продуктов
разрушения (угольная мелочь), включающее
емкость с водой, насос с всасывающим патрубком,
напорные трубопроводы рабочей воды,
герметизаторы, струйный аппарат, запорную
арматуру, емкость для каптажа метан, при этом
устройство снабжено транспортным трубопроводом
аэрогидровзвеси (уголь, метан, вода), емкостью для
приема гидровзвеси (уголь, вода) и осветления
воды, а струйный аппарат оснащен эжектором и
камерой с тангенциальными каналами отвода
рабочей воды к соплам.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображено устройство для извлечения
чистого метана и принципиальная схема способа
извлечения чистого метана.
На фиг.2 изображен общий вид струйного
аппарата. На фиг.3 - разрез А-А.
Устройство для извлечения чистого метана
содержит: емкость с водой 1, всасывающий
патрубок 2, насос 3, напорные трубопроводы
рабочей воды 4, транспортный трубопровод
аэрогидровзвеси (уголь, метан, вода) 5,
герметизаторы 6, струйный аппарат 7, запорную
арматуру 8, емкость для каптажа метана 9, емкость
для приема гидровзвеси и осветления воды 10,
струйный аппарат 7 оснащен эжектором 11 с
корпусом 12, камерой рабочей воды 13, диффузором
14, камерой смешения 15, насадкой 16 с соплом 17,
камерой 18 с тангенциальными каналами отвода
рабочей воды 19 к соплам 20.
На принципиальной схеме показано, кроме того,
разрабатываемый пласт 21, технологические
скважины 22 и технологическая выработка 23.
Способ с помощью устройства для извлечения
чистого метана осуществляется следующим
образом.
Из емкости с водой 1, по всасывающему
патрубку 2 под действием насоса 3, по напорному
трубопроводу рабочей воды 4 вода попадает в
струйный аппарат 7 (фиг.1), в котором вода под
высоким давлением поступает в камеру рабочей
воды 13 (фиг.2, 3) через сопло 17 насадки 16, далее
в камеру смешения 15. При выходе воды из сопла 17
насадки 16 образуется зона пониженного давления и
создается инжектируемый поток транспортируемой
среды. Одновременно из камеры 18 вода под
давлением через тангенциальные каналы 19 и сопла
20 в виде высокоскоростной струи разрушает
угольный пласт 21, прорезая в нем полость в виде
диска. При разрушении угля выделяется газ-метан,
при этом вблизи полости процесс разрушения
ускоряется выделяющимся газом. На всасе
струйного аппарата 7 образуется среда, состоящая
из частиц угольного вещества, воды и газа, которая
инжектируется в камеру смешения 15 и далее через
диффузор 14 вводится в трубопровод 5 (фиг. 1), по
которому доставляется в емкость 10, после чего газ
каптируется в емкость 9, осветленная вода
поступает в емкость 1, угольные частицы остаются в
емкости 10.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ извлечения чистого метана из
нетронутого пласта угля через дренажные галереи,
расположенные в кровле, отличающийся тем, что в
нетронутом угольном пласте создают камеры, а
метан и продукты разрушения (угольная мелочь)
извлекают через скважину, соединяющую галерею и
угольный пласт.
2. Устройство для извлечения метана и
продуктов разрушения (угольная мелочь),
включающее емкость с водой, насос с всасывающим
патрубком, напорные трубопроводы рабочей воды,
герметизаторы, струйный аппарат, запорную
арматуру, емкость для каптажа метан,
отличающееся тем, что устройство снабжено
транспортным трубопроводом аэрогидровзвеси
(уголь, метан, вода), емкостью для приема
гидровзвеси (уголь, вода) и осветления воды, а
струйный аппарат оснащен эжектором и камерой с
тангенциальными каналами отвода рабочей воды к
соплам.

4. 28937
4
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч