Desgasificación : medidas para eliminar concentraciones peligrosas de combustibles, explosivos y otros gases nocivos en las operaciones mineras.
La desgasificación de minas es un conjunto de medidas destinadas a extraer y capturar el metano liberado de diversas fuentes, con su remoción aislada a la superficie o dentro de labores mineras, en las que es posible la dilución a concentraciones seguras. [Manual de desgasificación de minas de carbón 1990 ]
El sistema de desgasificación está compuesto por una estación de bombeo al vacío, gasoductos, pozos, así como equipos de control de corte y seguridad, incluyendo herramientas de control y gestión. Los enlaces individuales incluidos en el sistema están ubicados en áreas relativamente grandes. La lejanía de algunos pozos de la estación de bombeo de vacío es de hasta 5 km o más. El número de pozos a veces llega a 50-60.
Los cabezales de pozo se conectan a las tuberías locales con la ayuda de secciones de tuberías que, a su vez, se conectan a la tubería principal que transporta la mezcla de metano y aire a las bombas de vacío. El diámetro de las tuberías de perforación es de 100-150 mm (en la actualidad, rara vez se utilizan tuberías de diámetros más pequeños), los diámetros de las tuberías locales son de 150-250 mm y los principales son de 200-400 mm. A menudo, se utilizan dos gasoductos principales para garantizar el rendimiento requerido del sistema. Las tuberías locales y de fondo de pozo tienen válvulas de cierre y accesorios para el muestreo de gas y el control de la temperatura, la presión y el flujo de la mezcla de gases. El lugar para medir los parámetros de la mezcla de gases se elige en la dirección de su movimiento detrás de las válvulas de cierre o control. En la Fig. 1 se muestra un diagrama esquemático del sistema de desgasificación. Las características distintivas de las redes de este sistema son: la posibilidad de colocar secciones de la red en algunos casos en lugares de difícil acceso; a menudo falta de fuentes de energía eléctrica cerca de pozos y tuberías; estructura de red variable en el tiempo, determinada por la velocidad de avance de las caras.
De acuerdo con las condiciones de operación, todos los dispositivos de control y automatización se pueden dividir en subterráneos, destinados a la operación en labores mineras, y de superficie, instalados en los edificios de las VNS (estaciones de bombeo al vacío) y las instalaciones del despachador general de minas.
Para el primer grupo de dispositivos, por analogía con los dispositivos y equipos de automatización utilizados en condiciones subterráneas, las condiciones de operación se caracterizan por los siguientes datos:
Figura 1. Diagrama esquemático del sistema de desgasificación de la mina: 1-pozos; 2- gasoducto de fondo de pozo; Gasoducto de 3 secciones: 4 - gasoducto principal; 5 líneas de derivación; 6- vela para la liberación de la mezcla de gases a la atmósfera; 7 - tubería de gas a presión; 8 - equipos de cierre y control; 9- estación de bombeo al vacío; 10- cuarto de calderas (consumidor de la mezcla gaseosa)
humedad relativa del ambiente hasta 98% (a una temperatura de +35 °С); el ambiente es agresivo, explosivo de 1ra categoria; velocidad del chorro de aire en trabajos hasta 8 m/s; contenido de polvo del entorno que rodea a los dispositivos subterráneos del sistema de desgasificación, hasta 800 mg/cm3.
Para los dispositivos de control y automatización ubicados en la superficie, las condiciones de operación son las siguientes: presión barométrica 840-1070 hPa; temperatura ambiente de +10 a +35°С; humedad relativa del ambiente hasta 80% a una temperatura de + 25°С; contenido de metano en la atmósfera de los edificios VNS hasta I vol. % De gran importancia para la selección de los medios necesarios de control y automatización de los sistemas de desgasificación son la información sobre los modos de operación de los enlaces individuales de este sistema y, en primer lugar, sobre los límites de cambio en los parámetros de la mezcla de gases en tuberías y en la boca de pozo.
Los parámetros de la mezcla de gases pueden variar de la siguiente manera: rarefacción en boca de pozo de 0 a 270 (raramente hasta 330) hPa, en tuberías locales y principales - de 0 a 530 hPa; humedad relativa de la mezcla de gases: hasta el 100% (es posible la presencia de gotas de humedad); el contenido de metano en la mezcla es de 0 a 100 vol. %; contenido de dióxido de carbono de 0 a 2 vol. %; velocidad del chorro de la mezcla de gases en la tubería de 0,5 a 20 m/s; temperatura de la mezcla de gases de -5 a + 35 ° C (a excepción de las tuberías en las que se observa humedad por goteo; para tales tuberías de gas, la temperatura de la mezcla de gases varía de +5 a + 35 ° C); mezcla gaseosa - explosiva, agresiva 1ra categoria.
La mezcla de gases en la tubería de inyección de la WPS tiene prácticamente los mismos parámetros que la mezcla en las tuberías subterráneas, a excepción de la presión de la mezcla, que supera el valor barométrico de 0 a 250 hPa . Si es necesario suministrar la mezcla de gases a los consumidores a una distancia considerable, este valor aumenta un poco.
Las bombas de vacío (anillo de agua), ampliamente utilizadas en los sistemas de desgasificación existentes en la actualidad, tienen características tales que proporcionan la máxima eficiencia a un valor de vacío del 40-60% de la presión atmosférica. Al calcular la red de desgasificación, se supone que este valor es de 465 hPa.
Desde el punto de vista de la dinámica , los sistemas de desgasificación de minas tienen características muy heterogéneas. Entonces, por ejemplo, un cambio brusco en el vacío debido a una violación del sellado de los pozos, daños a las tuberías de gas, el bloqueo de la sección transversal de las tuberías con un tapón de agua provoca un cambio bastante rápido (de varios segundos a varios minutos) en el concentración de metano cerca del sitio del daño o la formación de un tapón de agua. Al mismo tiempo, el cambio en la concentración de metano en la cabeza del pozo durante la redistribución de los valores de rarefacción ocurre con bastante lentitud. En estos casos, la duración del proceso transitorio (en términos de concentración de metano) puede variar desde decenas de minutos hasta varias horas.
Las características estáticas de los objetos de las plantas desgasificadoras, incluso las del mismo nombre, son diferentes. Así, por ejemplo, incluso desde pozos ubicados en la misma zona , se suministra una mezcla con diferentes concentraciones de metano . Además, estas características pueden cambiar significativamente con el tiempo a medida que avanza el frente minero. Las características de las tuberías también son muy variables, cuya configuración cambia durante la minería.
1. Orientación sobre desgasificación de minas de carbón. M, 1975.
2. Regla de seguridad en minas de carbón y esquisto. M., Nedra, 1973.
3. Instrucciones para la desgasificación de minas de carbón . Registrado en el Ministerio de Justicia de la Federación Rusa el 29 de diciembre de 2011, número de registro 22811.