C100 2 233 0 w
*-I'll III!
Hi III III il II ml 11 III III III i iiiiliiil 1 11 lliiliimi':! liPii III nil pill iiilii ii liiiiiii iliiiiliitiiiiiiiiii nil hi 1 :iiii 'i iiii iiiiiiii .. ._ P101 2 124 6 Bibliotheek TU Delft P 1012 1246 2 1 2 3 3 0Hen berekeningsmetliode ten lielioeve van de ontginning van niijnvelden
PRORFSCHRirr
TER VERKRIJGING VAN DE GRAAD VAN DOCTOR IN DE TECHNISCHE WEITENSCHAP AAN DE T E C H N I S C H E HOGESCHOOL TE D E L F T , OP GEZAG VAN DE R E C T O R MAGNIFICUS DR O. BOTTEMA, HOOGLERAAR IN DE AFDELING DER ALGEMENE WETEN-SCHAPPEN, VOOR EEN COMMISSIE UIT DE SENAAT TE VERDEDIGEN OP DONDERDAG
4 JULI 1957 DES NAMIDDAGS TE 2 UUR
DOOR
JAN STUFFKHN
MIJNINGENIEUR GEBOREN TE SAWAH LOENTO
Prof. Ir. Th.R.Seldenrath en
Staatsmijnen in Limburg voor het verlenen van toestemming om de resultaten van de/e studie als proefschrift te mogen publiceren.
Hierbij gaat mijn dank uit naar allen, die in enige vorm aan het tot stand komen hiervan hebben medegewerkt.
I N H O U D
Inleiding en doelstelling 7 Deel I. Literatuurbeschouwing 12
Hoofdstuk I. Onderlinge beïnvloeding tussen de kolenlagen ten aanzien van
ontgassing 12 Drukontlastingvan het
gesteen-te bij ontginning van een kolen-laag en de hierbij optredende
spleetvorming 14 Hoofdstuk II. Het ontstaan van mijngas bij
de inkoling 23 De inkolingsgraad van de
ko-lenlagen 30 Hoofdstuk i n . De grootte van de
mijngasaf-gifte bij de ontginning van
ko-lenlagen 33 Deel II. Eigen onderzoek en opstelling van een
werk-hypothese 36 Hoofdstuk I. De ontgassing van kolenlagen
tengevolge van de ontginning . 36 Hoofdstuk II. Uitwerking van het probleem . 42 Hoofdstuk III. De hoeveelheden mijngas, die
in de kolenlagen gevormd en
thans nog aanwezig zijn . . . . 57 Hoofdstuk rv. Invloed van de diepte van een
ontginning op de mijngasafgifte 66 Hoofdstuk V. De berekening van de
hoeveel-heid mijngas, die bij de ontginning van een kolenlaag v r i j
-komt 81 Deel n i . Toetsing en toepassing 87
Hoofdstuk I. Toetsing van de beschreven
berekeningsmethode 87 Hoofdstuk II. Toepassing en anomalieën . . . 97
Hoofdstuk III. Invloed van de tektoniek op de plaatselijk aanwezige
DeeirV. Samenvatting 106 Zusammenfassung 110
Résumé 114 Overzicht geraadpleegde literatuur 118
pag 7 21 16 31 31 33 44 45 52 52 58 62 63 75 76 112 119
laatste regel invullen: pae. 118 l i e 16^ 14^ 43e l i e 3 i e kleine lett )T ) t 2 é ' r e g e l " 21^ „ voetnoot l i e regel l i p " 41^ „ Philips (98)" , moet , (44) , „ T r o t t e r (115) , „ TeichmUller(llO) , ,, 1955 , „ , dy en dz , ,, 3r Phillips (142) , „ (fig. 32) , „ fig. 15 , „ (141) , „ C02 = o%Tx = 33 m3 „ ™4 = i}:i^=6m3 „ + 20% , „ A . H . G . C h a r m i n , „ 650 m , „ Kohl , ,, 77. Weber, H. , „ zijn ,^ '-^^ ,, .. Phillips (98) (76) (116) : (118) 1935 a„ en 0-(fig. 33) fig. 32 (149) 44 rxfi ,, : 8 n-fi „ : + 15% ) J a . H . G . C h e r m i n 450 m Kohle Spackeler, G GlUckauf 64,880/915(1928) Niemzeck. O Bergschadekunde.
I N L E I D I N G EN D O E L S T E L L I N G
Vrijkomen van mijngas
Bij de ontginning van een kolenlaag komt mijngas (CH4) vrij in de pijler en in de nabijheid daarvan. De luchtstroom, bestemd om het vrijkomende mijngas te verdunnen tot be-neden toegestane grenzen, komt via een galerij in de pijler, stroomt door de pijler en verlaat deze via de luchtgalerij. De intrekkende lucht is aan de ingang van een pijler nage-noeg vrij van mijngas. De lucht aan de uitgang echter bevat meestal reeds een belangrijke hoeveelheid mijngas. Deze neemt nog verder toe in het gedeelte van de uittrekkende luchtweg dat zich langs het ontgonnen gedeelte van de laag bevindt. Deze laatste hoeveelheid is gewoonlijk gelijk aan, of zelfs nog groter dan de hoeveelheid die in de pijler v r i j -komt (1,2) *).
Het mijngas dat vrijkomt bij een ontginning, is in hoeveel-heid afhankelijk van de kolenproduktie van de betreffende pijler. De afgifte wordt daarom meestal uitgedrukt in m"^ CH4 per ton ontgonnen kolen. De dagelijks ontwijkende hoe-veelheid wordt hiertoe gedeeld door de dagelijkse netto ko-lenproduktie (3,4).
Ontstaan en vóórkomen van het mijngas
Mijngas ontstaat bij het inkolingsproces; het vrijkomen e r -van wordt tegenwoordig door alle auteurs toegeschreven aan drukontlasting van het gesteente waarin het zich bevindt. Deze drukontlasting wordt- veroorzaakt door de ontginning
van een steenkolenlaag. Dit impliceert, dat het mijngas, dat bij het inkolingsproces is ontstaan, bij het begin van de ex-ploitatie nog in de kolenlagen aanwezig moet zijn, voor zover niet een gedeelte in vroegere geologische tijden is ontweken.
Aan het nevengesteente wordt gewoonlijk een minder be-langrijke rol toegekend als reservoir van mijngas (5, 6, 7, •) Met de cijfers tussen ( ) wordt verv/ezen naar de
8). Het mijngas dat hierin voorkomt, is in oorsprong af-komstig uit de kolenlagen, of is ontstaan uit bitumina in het gesteente. De holruimten in sterk gespleten zandsteen wor-den soms wél belangrijk geacht (9).
Binding van het m.ijngas aan de steenkool
Over de wijzen van binding van mijngas aan de kool be-staat geen overeenstemming. Het mijngas kan zich vrij in de poriën van de kool bevinden (10), aan de oppervlakte van de koUoiddeeltjes geadsorbeerd zijn (11), of geabsorbeerd zijn in de kool (12, 13, 14). Ook een binding als hydraat wordt verondersteld (15).
Evenivicht tussen vrij en gebonden inijngas
Proeven hebben aangetoond dat er evenwicht is tussen vrij mijngas in de poriën en gebonden gas in de kool. Aangetoond kan worden dat kool zwelt bij het opnemen van mijngas onder druk (16). Volgens het principe van 't Hoff en Le Chatelier heeft dit tot gevolg, dat mijngas wordt afgegeven als men kool samenperst, m . a . w . dat het evenwicht tussen vrij en gebon-den mijngas, bij het toenemen van mechanische druk, zal verschuiven naar een kleinere hoeveelheid gebonden en een grotere hoeveelheid vrij mijngas (17). Daarnaast werd ook gevonden (18) dat de permeabiliteit van kool door vergroting van eenzijdige mechanische druk wordt verlaagd, zodat het gas moeilijker naar de vrije ruimte kan migreren. Op enige afstand vóór het pijlerfront (5 a 15 m) treedt een zone op van hoge druk, de z.g. drukgoK van Weber. Tengevolge van deze hoge druk wordt, volgens het bovenstaande, mijngas vrijge-maakt, doch als gevolg van de verlaagde permeabiliteit kan dit mijngas niet ontwijken. Bij vooruitgang van het kolenfront blijkt de kool zowel als het gesteente in de omgeving van de „drukgolf" de daarbij optredende spanningen niet te kunnen vex'dragen, zodat er splijting in kool en gesteente optreedt (de z . g . „fissuration préalable" (19)). Hierdoor wordt de permeabiliteit plotseling zeer groot, zodat het mijngas kan ontwijken.
Een andere verklaring voor het vrijkomen van mijngas is de volgende (20): Bij verhoging van de absolute druk neemt de gesorbeerde hoeveelheid mijngas toe. Dit proces is om-keerbaar, zodat opgenomen mijngas ontwijkt als de druk
af-neemt. Dit zal dus kunnen plaatsvinden in de ontspannen ruimte achter de „surface enveloppe" (19).
Het beschreven mechanisme komt in grote trcKken overeen met de mening van andere onderzoekers (o. a. 21, 22, 23, 24, 25, 26), die eveneens aannemen dat het gesteende door breuk sterk doorlatend wordt.
Wijzen van vrijkomen van mijngas
Door verandering in de spanningstoestand van de gesteen-ten komt dus mijngas vrij. Meer in detail kan men dit naar de volgende facetten onderscheiden:
Mijngas komt vrij bij de winning, door ontspanning bij het losbreken of vergruizen van steenkool, z.g. „vergruizings-gas". De ontgassingssnelheid van vergruisde kool is afhan-kelijk van de korrelgrootte en is voor fijnkool groter dan voor stukken (27) en kan bovendien als diffusieverschijnsel nog worden beïnvloed door de erlangs stromende hoeveelheid ventilatielucht (28).
Door de evenwichtsverstoring ten gevolge van tektonische verschijnselen of mijnbouwkundig ingrijpen, komt ook uit de kolenlagen en riffels in het omringende gesteentepakket mijn-gas vrij, z . g . „ontspanningsmijn-gas". Het mijnmijn-gas dat in spleten of poriën van het gesteente voorkomt, kan worden aangeduid als „holruimtegas" en komt vrij als deze holruimten in v e r -binding worden gebracht met de open ruimte.
Beïnvloeding van de mijngasuitstrom.ing door ontspanning
De hoeveelheid mijngas die in een pijler of uit de daarbij behorende oude werken vrijkomt, is op verschillende wijzen te beïnvloeden. Een gedeelte van dit mijngas komt vrij door vergruizing bij het losbreken van de kool aan het winnings-front, dus afhankelijk van de hoeveelheid geivonnen kool. Een ander gedeelte zal bij de ontginning (door de spleetvorming) uit kolenlagen en riff els in het nevengesteente als ontspan-ningsgas ontwijken. Deze hoeveelheid is o. a. afJiankelijk van
de snelheid waarmede het pijlerfront vooruitgaat. Tijdelijk
kan deze hoeveelheid worden beïnvloed door wijzigingen in de drukverschillen van de ventilatielucht (29, 30, 31).
Uittreden van mijngas vindt dus steeds plaats, indien steenkool rechtstreeks of via spleten in verbinding staat m,et open ruimten.
Invloed van inkolingsgraad en diepte op de mijngasafgifte
In de mijn constateert men bij het ontginnen dat er meer mijngas vrijkomt uit vetkoollagen dan uit e s s - of magerkool (32, 33, 34, 35). Hieruit blijkt, dat de inkolingsgraad ook van invloed is op de hoeveelheid mijngas.
Naarmate de ontginning op grotere diepte plaatsvindt, wordt in het algemeen geconstateerd dat de hoeveelheden mijngas toenemen (36, 37, 38). Hierdoor ontstaat bij het dieper worden van de vetkoolmijnen meer behoefte aan bij-zondere hulpmiddelen ter voorkoming van een te hoog mijn-gasgehalte. zoals mijngaswinning door afzuiging, of suppletie van lucht (39, 40).
Mijngasafgifte en planning
Het is duidelijk, dat bij de planning een zo nauwkeurig mo-gelijke raming van de hoeveelheden mijngas die in de onder-grondse werken zullen vrijkomen, belangrijk is om de beno-digde hoeveelheid ventilatielucht vast te stellen. Dit gegeven
is van belang voor berekening van capaciteit en opvoerhoogte der hoofdmij nventilatoren en voor bepaling van de doorsneden der luchtgalerij en.
Bij bestudering van het probleem blijkt dat de grootte van de mijngasafgifte, uitgedrukt in m^ per ton geivonnen kolen, in hoofdzaak door de volgende factoren wordt bepaald:
- de verandering in de spanningstoestand van het gesteente rondom de te ontginnen kolenlaag;
- het voorkoTnen van andere kolenlagen en riffels in het bij de ontspanning betrokken carboonpakketrondom deze kolen-laag;
- de inkolingsgraad van deze kolenlagen en riff els; - de diepte ivaarop de ontginning plaatsvindt.
In de volgende hoofdstukken zullen deze factoren systema-tisch ivorden behandeld.
Doelstelling
Als doel ivordt gesteld het leren kennen van de hoeveel-heden mijngas die vrijkomen bij de ontginning van elke kolen-laag.
Hiervoor zal een berekeningsmethode worden ontwikkeld, waarmee de te verwachten hoeveelheden mijngas, uitgedrukt in m«* CH4 per ton netto ontgonnen kolen, kunnen worden be-paald.
Bij de becijfering zijn bedrijfsgegevens uit het Zuidlim-burgse kolenbekken verwerkt. Deze becijfering mag daarom niet zonder nadere studie op andere kolenbekkens worden toegepast.
D e e l I
L I T E R A T U U R B E S C H O U W I N G H o o f d s t u k I
§ 1. Onderlinge beïnvloeding tussen de kolenlagen, ten
aan-zien van de ontgassing
Men kan waarnemen, dat bij de ondergrondse ontginning van kolenlagen de hoeveelheden mijngas die hierbij vrijko-men, zeer verschillend zijn. Hierbij valt op, dat bepaalde lagen belangrijk meer mijngas afgeven dan andere lagen. Bijzonder karakteristiek is, dat de eerste kolenlaag die van een pakket ontgonnen wordt, steeds belangrijk meer mijngas vrij doet komen, dan de lagen die daarna worden ontgonnen. Dit feit wordt wel algemeen aanvaard (41, 42, 43). In het verleden heeft men hiermee reeds rekening gehouden. Bij lagen van verschillende dikte ontgint men daarom bij voor-keur de dikste laag het eerst, omdat door een pijler in een dikke kolenlaag een grotere hoeveelheid ventilatielucht voor verdunning van het vrijkomende mijngas kan worden gevoerd (44, 45) dan door een dunne kolenlaag. Bij de daaropvolgende ontginning van de dunnere lagen blijkt dan dat een groot deel van het mijngas reeds eerder is afgevoerd. Hierdoor kan men dan met minder ventilatielucht volstaan.
Het bovenstaande betekent dus, dat de winning van de eer-ste kolenlaag, reeds uit later te ontginnen lagen, uit riffels en uit het omringende gesteente een additionele hoeveelheid mijngas doet vrijkomen.
Dit voert tot de voorlopige conclusie, dat kolenlagen van een lagenpakket elkaar hij de ontginning beïnvloeden.
Reeds door Weber (46) en Rtdand (47) wordt gewezen op de mogelijkheid, dat een kolenlaag, die boven een in ontgin-ning zijnde laag ligt, mede ontgast. Gaskell (48) toont aan, dat dit gas voornamelijk afkomstig i s uit de kolenlaag die wordt ontgonnen. Hinsley (49) komt tot een soortgelijke con-clusie.
O. a. Budge (50), Gassmann en Mommertz {51) evenals Z)e
Braaf, Itz en Maas (52) komen op grond van waarnemingen
ontgas-sing van nabij liggende kolenlagen en kolenriffels veroor-zaakt. Waarnemingen aan boorgaten waaruit mijngas ont-wijkt, in de nabijheid van een lopende ontginning, brengen
Forstmann en Schulz (53) tot eenzelfde gevolgtrekking.
Patteisky wijst in verschillende van zijn publicaties (54,
55) ook op ontgassing van hoger en dieper liggende kolenlagen bij ontginning van een tussenliggende laag. Door open spleten stroomt een additionele hoeveelheid mijngas uit deze lagen naar de luchtgalerij achter een pijler. Hij geeft zelfs een ontgassingspercentage aan voor de beïnvloede lagen (zie b . v . (56) en fig. 1).
Figuur 1
Ontgassing van kolenlagen tengevolge van spleetvorming in het nevengesteente van een ontgonnen kolenlaag
(Patteisky).
Door Winter (57) en ook door Vance (58) zijn de begrippen „Grundausgasung" en „Zusatzausgasung" ingevoerd; ook zij veronderstellen, dat nog niet ontgonnen lagen ontgassen door-dat een nabijliggende laag ontgonnen wordt. Naast de hoe-veelheden mijngas, afkomstig uit de in ontginning zijnde laag (Grundausgasung), komt ook mijngas vrij uit de door deze winning beïnvloede kolenlagen of riff els (Zusatzausgasung).
Schidz geeft in een rapport van de O. E. E. C. (59) aan, hoe
kunnen worden berekend. Verondersteld wordt, dat alle ko-lenlagen en riffels ontgassen, die onder een „halve cirkel" liggen. Deze halve cirkel steunt op de galerijen aan w e e r s -kanten van de pijler (zie fig. 2).
Figuur 2
De "halve cirkel" boven een ontgonnen kolenlaag. Binnen dit gebied ontgassen
alle kolenlagen en riffels volledig (Schulz).
§ 2. Drukontlasting van het gesteente bij ontginning van een
kolenlaag, en de hierbij optredende spleetvorming
In de vorige § werd erop gewezen dat zich, bij ontginning van een kolenlaag, mijngas uit omliggende lagen door het gesteente naar de ontginningsruimten beweegt. Voor deze b e -weging van het mijngas door het gesteente heen moeten spleten aanwezig zijn. In maagdelijke toestand vertonen de m e e s -te ges-teen-ten ech-ter geen open sple-ten (60), -terwijl de poro-siteit zeer klein is (61, 62). Slechts enkele kwartsitische zandstenen vertonen een werkelijk spleetvolume (63). Bij het drijven van galerijen in maagdelijk terrein komt dan ook betrekkelijk weinig mijngas vrij in vergelijking met de hoe-veelheden, die bij ontginning van een kolenlaag ontwijken (64, 65). Het bovenstaande betekent, dat een beweging van grotere hoeveelheden mijngas door het nevengesteente van een kolenlaag slechts mogelijk wordt, nadat spleetvorming heeft plaatsgevonden tengevolge van de ontginning en de d a a r -mee gepaard gaa^ide drukontlasting van het gesteente.
Weber (66), hierin ondersteund door Ruland (67), wees op
het ontstaan van openingen tussen gesteentelagen (fig. 3). Deze holruimten, die gevuld zijn met mijngas, staan onder bepaalde omstandigheden via min of meer verticale spleten in verbinding met het ontgonnen laaggedeelte of de luchtgale-rij achter een pijlerfront, waardoor dan uitstroming van mijngas mogelijk wordt.
Ook Gaskell (68) en Budge (69) nemen aan dat verticale spleten boven een breukveld aanwezig zijn. Hinsley (70) (fig.
Figuur 3
Vorming van holruimten tussen de laagvlakken van het nevengesteente van een ontgonnen kolenlaag (Weber).
4) geeft een voorbeeld, waarbij door spleten in het gesteente achter een voortschrijdend kolenfront mijngas ontwijkt.
Figuur 4
Spleetvorming en stroming van het mijngas in de omgeving van een pijler (Hinsley).
Wijffels (71) wijst erop dat bij spleetvorming,
veroor-zaakt door een eerdere ontginning, een verhoogde mijngas-uitstroming plaatsvindt in een later gedreven doortocht door een dieper liggende kolenlaag. Patteisky (72, 73) geeft, zoals reeds eerder vermeld, verschillende voorbeelden van de aan-wezigheid van spleten, zowel boven als onder een in ontgin-ning zijnde kolenlaag.
Uit deze gegevens m.oet men concluderen dat bij ontginning van een kolenlaag het mijngas dat in de omringende kolen-lagen en riffels aanwezig is, geheel of gedeeltelijk naar de ontgonnen laaggedeelten achter een pijlerfront kan ontwijken door min of meer verticaal gerichte spleten.
Indien mijngas door een spletensysteem rondom het voort-schrijdende kolenfront ontwijkt, wordt het van belang ook na te gaan in hoeverre dit systeem zich achter en eventueel vóór het pijlerfront uitbreidt. De gesteentedruktheorieën (waarin nog weinig eenheid van opvatting bestaat) voeren ten aanzien
van het optreden van spleten tot zeer verschillende resulta-ten.
De oudste, en in Duitsland en Engeland nog veel aange-hangen theorie, is die van het drukgewelf. Daarnaast vindt men de platentheorie. Pas in de laatste 15 jaren hebben zich nieuwe theorieën ontwikkeld, die zowel de gewelf- als de pla-tentheorie verwerpen.
Haack (74), Spackeler (75) en Spruth (76) hangen de
ge-welftheorie aan (fig. 5 en 6). Zij nemen aan dat zich boven het voortschrijdend kolenfront een drukgewelf ontwikkelt, waarvan één voet rust op het kolenfront en de tweede op de vulling, op een zekere afstand achter het kolenfront. Hier-mede wordt de waargenomen drukgolf van Weber (77) duide-lijk verklaard. In de regel wordt de drukgolf achter het kolenfront in de literatuur aangegeven op wisselende afstan-den, met als gemiddelde ongeveer 30 a 40 m (44). Schulz (78) neemt zelfs een boog aan tussen de toe- en afvoer galerij en van een pijler, dus een overspanning tot ca. 200 meter.
/ \ L \ /l^Trompel'eriche Zone \ / -•( / \ Weberscher Hohlraum verfesliater 1 j - ^ V e r s a t V -^ Figuur 5
Verdeling van de gesteentedruk rondom een ontginning volgens de gewelftheorie
(Spackeler).
Figuur 6
Verdeling van de gesteendruk rondom een pijler volgens de gewelftheorie (Spruth).
De zone onder het drukgewelf wordt beschouwd als een zone met gedesintegreerd gesteente en spleetvolume.
Grond (79, 80) hangt slechts gedeeltelijk de
„gewelftheo-r i e " aan. Hij neemt aan dat het gewelf bij het voo„gewelftheo-rtsch„gewelftheo-rij- voortschrij-den van het pijlerfront slechts tot zekere grens bestaanbaar i s . Tenslotte stort het aan de achterzijde in. Dit leidt tot het toevloeien van gesteente naar de oude werken en tot de vorming van een breukvlak (fig. 7).
7?
7~~r~r1 \[%://
.c" rust
Ontginningsrichting i^n^ 7
Figuur 7
Gesteentebewegingen rondom een pijler volgens Grond.
Weöer (81) verklaart de door hem waargenomen holruimten tussen de gesteentebanken uit een ongelijke doorbuiging van gesteenteplaten of -balken. Voor zover de platen niet breken, treedt geen verticale spleetvorming op en kan mijngas niet uit de holruimten ontwijken.
Ook Kegel (82) verdedigt op het congres over gesteentedruk
te Luik nog^de platentheorie (fig. 8).
Figuur 8
Verdeling van de gesteentedruk rondom een pijler volgens de platentheorie (Kegel).
Hoffmann (83) wijst op een geval waarin een zandsteenbank
-toont. Dit ondersteunt de platentheorie. In een latere publi-catie (84) wordt echter toch verondersteld dat deze plaat in de omgeving van het pijlerfront op haar spleten is gebroken, onder behoud van een sterke mate van samenhang.
Uit waarnemingen van Jacobi (85) blijkt, dat op de vulling achter het pijlerfront geen drukzone is te constateren. Het ontbreken van deze drukzone (86, 87, 88), die o. a. door
Spruth (89) wél steeds wordt verondersteld, wijst meer in de
richting van de platentheorie, waarbij moet worden gedacht aan een buigende gesteenteplaat, die een zwakke Sbocht v e r -toont, rustend enerzijds op de kool (drukgolf van Weöer) en anderzijds op de vulling (zie fig. 9).
.Ki^npJrdr„A- .K.n,rtkrd™ck"
OfufcanWnj «Mr an acMn- <lt pljltr ( tamlf - maom)
dniK '1
Figuur 9
De verticale gesteentedruk vóór en achter een pijler volgens de gewelftheorie en de platentheorie (88).
Labasse (90) - hierin ondersteund door Seldenrath (91,
92) — verdedigt de gedachte van afgebroken overkragende
balken, waarbij tengevolge van de optredende dwarskrachten
de drukgolf van Weber kan worden verklaard. Het gesteente breekt reeds op zekere afstand vóór het kolenfront (fissura-tion préalable) in de drukzone van Weber. Deze splijting, die zich bij het voortschrijden van het kolenfront telkens h e r -haalt, betekent dus, dat boven de ontkoolde ruimte het ge-steente gebroken is.
Hij geeft de begrenzing van de ontspannen ruimte aan door een omhullende (surface enveloppe) (fig. 10). Deze omhullen-de begint in omhullen-de drukzone van Weber en verloopt zowel in het dak- als in het vloergesteente in de richting van de ontkoolde ruimte. De hellingshoek hangt onder meer af van de aard van het gesteente en van de snelheid waarmede het pijlerfront vooruitgaat.
Labasse neemt aan, dat op enige tientallen meters achter
het pijlerfront de oorspronkelijke gesteentedruk zich weer herstelt. Doch in tegenstelling met de voorstelling bij de „gewelftheorie" laat hij deze zone naar boven hellen en pa-rallel aan de „surface enveloppe" verlopen. In het gebied
« - \ SurfjBce \ <le limile Terrain:; t"nflo«noBS Fissuration .^\ préalable A U
-y.
Figuur 10Gesteentedruk en gesteentebewegingen rondom een pijler volgens Labasse .
tussen deze twee zones ligt de ruimte waar het gesteente
ontspannen i s . De splijtvlakken die vóór de „surface enve-loppe" gevormd zijn (fissuration préable), ontwikkelen zich hier tot open spleten (fig. 10). Boven het ontgonnen gedeelte is dit het gebied met de grootste zakkingen. Hierbij kan „bed-separation" optreden als de gesteentebanken onderling van ongelijke hardheid zijn (ongelijke elasticiteits-modulus) (fig. 11).
Figuur 11
Het optreden van "bed-separation" in de ontspannen ruimte (Labasse).
In de gevormde spleten kan mijngas vrij circuleren tot aanzienlijke hoogte. Juist dit gedeelte is voor de theorie betreffende de ontgassing tengevolge van het ontginnen van een kolenlaag, zo uitermate belangrijk. Wat de bovenste be-grenzing van de ontspannen ruimte betreft neemt Labasse aan dat deze zich - hoewel geleidelijk — verplaatst tot aan het dekterrein of het maaiveld.
Seldenrath (93), evenals later Hoffmann (94), neemt aan,
dat door het optreden van de S-bocht in het gesteente boven de ontkoolde ruimte, de reeds gevormde spleten zich gaan
openen, tengevolge van de lengte-verandering in het ge-steente. Er treedt in verticale zin een lengte-verandering op, zodat de S-bocht steeds flauwer wordt. Hierdoor zal de zakking naar boven tenslotte zo gering moeten worden, dat een hardere gesteentebank niet meer breekt, maar mee-buigt. Dit betekent dat er een bovenste grens is aan de ont-spannen zone waarin open spleetjes voorkomen.
Seldenrath raamt voor Zuid-Limburg de hoogte van deze
grens op 100 a. 200 m boven de in ontginning zijnde kolenlaag. Deze getallen zijn aangenomen op grond van metingen in drie steengangen op r e s p . 80, 180 en 280 m boven een lopende pij-l e r . In deze drie steengangen werden vopij-lkomen verschipij-lpij-lende zakkingsbeelden verkregen. Hij maakt hierover de volgende opmerking (95):
„The only conclusions which I could draw were:
The fracture plane had been developed to a point somewhere between 80 and 180 meters above the coal face - this can be attributed to a time factor.
The subsidence curves at 180 and 280 meters above the coal face were very flat S-curves, so that we can speak more certainly of a „flexure". This last conclusion brought me to the hypothesis that above an advancing face, some-where between 100 and 200 meters above the coal face, Coal Measure strata are only bent, producing a „flexure" within a distance of between 100 meters in front of and 100 meters behind the coal face (in the case of relative soft rock such as found in the Dutch Collieries). "
Van belang voor de ontgassing is niet alleen de begrenzing van de ontspannen ruimte boven het pijlerfront, maar vooral ook de begrenzing aan de randen van het reeds ontgonnen veldgedeelte. Deze laatste begrenzing zou men kunnen
be-schouwen als die van een front waarvan de snelheid van voor-uitgang nul nadert (statisch kolenfront). Volgens Labasse zal de hellingshoek van de omhullende dan 90° naderen (fig. 12). Hier ontstaat een breukvlak.
Het voorgaande heeft ook Wijffels (96) gebracht tot het ont-werpen van een ruimtebeeld van het ontspannen gesteente (fig. 13). Hij schrijft hierover:
„De publicaties van o. m. Labasse en Grond zijn aanleiding geweest tot het ontwerpen van deze figuur, die de omhul-lende vormt van het gesteente, waarvan allereerst de spanningstoestand en daarna ook de vorm verandert tenge-volge van gedeeltelijke ontginning van de kolenlaag. Aanvankelijk zal de spanningstoestand slechts geleidelijk v e r -anderen, daar het gesteente oorspronkelijk met zijn omge-ving in evenwicht verkeert.
tg e 5.10 2.47 1.7J Hcllings surf. en m7>< \ hocK Mloppe ^ t S » * ^ ^ ^ 55* 0.50 10» 1.50 2.00 7.50 «looruitgang m/ijag Figuur 12
De hellingshoek van de "surface enveloppe" als functie van de dagelijkse vooruitgang
van het pijlerfront (Labasse).
Figuur 13
Ruimtebeeld van het ontspannen gesteente boven en onder een ontgonnen kolenlaag (Wijffels).
Daarom kan men in het begin de grenzen der verandering aangeven met gebogen vlakken. De ervaringen van de mijn-meters wijzen onbetwistbaar op een uiteindelijke begren-zing volgens platte vlakken, indien de ontginning zelf in de lagen door rechte lijnen wordt begrensd. "
Behalve boven een ontginning worden ook eronder kolen-lagen en riff els ontgast (pag. 15). Dit impliceert ook spleet-vorming in het vloergesteente. Waarnemingen wijzen op be-weging van het gesteente onder een ontginning. Wijffels (97) rapporteert een heffing van het vloer gesteente van 10 cm op 500 m diepte. Philips (98) geeft voor deze diepte eenzelfde getal aan. Patteisky (99) noemt een opheffing van gesteente tot op een diepte van 100 m onder een ontginning. Metingen van de gesteentedruk onder een lopende pijler, met behulp
van drukdozen in boorgaten (100), hebben ons doen zien, dat op aanzienlijke diepte (30 meter) en vrijwel loodrecht onder het pijlerfront, vergaande ontspanning in het gesteente op-treedt.
Indien de ontgassing van kolenlagen en riffels boven of on-der een ontginning bevoron-derd wordt door spleten, die als ge-volg van de ontspanning van het gesteente ontstaan, is het waarschijnlijk dat het vullen van een pijler invloed uitoefent op de ontgassing. In Engeland (101) werd geconstateerd, dat bij vulpijlers in het algemeen minder mijngas vrijkomt dan bij breukpijlers. Hoewel dit in het Ruhrgebied niet het geval blijkt te zijn (102. 103), werd dit ook in het Donetzbekken waargenomen (104). In het Saargebied bleek mij hetzelfde.
Hoofdstuk II
§ 1. Het ontstaan van mijngas bij de inkoling
Mijngas werd gevormd bij de inkoling van plantenmassa's, waaruit de steenkool is ontstaan. Hierbij splitst zich ook koolzuur en water af; deze produkten begeleiden het methaan in meer of minder grote hoeveelheden. Dezelfde gassen ont-staan eveneens bij kunstmatige inkolingsproeven van planten-massa's (105). Bij de inkoling neemt het koolstofgehalte ten opzichte van het zuurstof- en water stof gehalte relatief toe, als gevolg van de afsplitsing van voornoemde gassen. Behalve
een weinig stikstof komen in onze steenkoollagen andere gas-sen niet in noemenswaardige hoeveelheden voor (106). Dit wettigt de conclusie, dat het inderdaad uitsluitend de boven-genoemde drie gassen zijn, welke zich als afbraakprodukten afsplitsen.
Wanneer men de verandering in samenstelling van kool, van een weinig ingekoold stadium tot antraciet volgt, kan men de hoeveelheden van elk afsplitsingsprodukt berekenen bij verschillende stadia van de inkoling, Hierbij doet zich echter de moeilijkheid voor, dat men bij berekening uit de elementair-analyses slechts twee vergelijkingen krijgt voor de drie onbekende hoeveelheden der afbraakprodukten (CH4, CO2, H2O). Voor de oplossing zal dus een derde vergelijking nodig zijn.
De elementaire samenstelling van steenkool in verschil-lende stadia van het inkolingsproces, vat Van Krevelen (o. a. 107) samen in een diagram, waarin de H / C - en O/C-verhou-dingen van de kolenmonsters r e s p . als ordinaat en abscis werden uitgezet. Bij een voldoend aantal gegeyens verkrijgt men de in fig. 14 aangegeven lijn. Het verloop van deze lijn geeft nu een aanwijzing, welk produkt tijdens het onderhavige inkolingsstadium afgescheiden wordt.
De in deze grafiek aangeduide stadia van vorming van één of meer afbraakprodukten stemmen in het algemeen overeen met in de praktijk waargenomen feiten:
- Turf- tot bruinkoolstadium: vorming van water en methaan (moerasgas).
- Bruinkool- tot vlamkoolstadium: vor:aiing van koolzuur (108).
DecartXKylenng DehYdratering Demethanering 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 07 U 0-9 10 ^ Atomaire S verhouding Atomaire ü verhouding ^ Figuur 14
H / C - O/C diagram (Van Krevelen).
Bitumineuze kool tot antracietstadium: vorming van m e -thaan.
Patteisky (109) berekent uit de elementair-analyse van een
kolensoort de hoeveelheid mijngas, die bij die inkolingsgraad is afgesplitst.
Hierbij wordt aangenomen, dat K kg kool aequivalent is met 1000 kg koolstof + M kg methaan + C kg koolzuur. Deze
K kg kool bevat per kg c kg koolstof h kg waterstof
o kg zuurstof.
Nu bindt de waterstof zich met koolstof tot methaan. In dit 12
CH4 is YR van het gewicht koolstof en 4
T-Q van het gewicht waterstof.
-in aanwezige waterstof, dus hK kg waterstof bev-inden zich in 4 hKkg CH4, waaruit volgt dat M = 4 hK. Evenzo is:
C - ^ ^ 2 x 1 6 ^ ^ " ^ " 1,375 oK. Men krijgt dus:
K (kg kolen) = 1000 (kg koolstof) + 4 MC (kg methaan) + 1,375 oK (kg koolzuur)
Uit deze vergelijkingen wordt stap voor stap de maximale vorming van de afsplitsingsprodukten bij verschillende inko-lingsgraden van de kool berekend.
Ten aanzien van de vorming van water worden verschillen-de mogelijkheverschillen-den overwogen. Als meest waarschijnlijk wordt
echter aangenomen, dat vanaf het stadium van vlamkolen geen water meer wordt gevormd. Patteisky stelt daarbij het vol-gende vast:
„Ein Vergleich der errechneten Mindestwerte der Methan-abspaltung mit dem Höchstwerte der möglichen Methanbil-dung laszt erkennen, dasz sich diese Bedingungen im Be-reich der höheren Inkohlungsgrade der Steinkohle einander
sehr naheren. Den unter der mittleren Voransetzung e r
-rechneten Werten kommt demnach eine praktische Bedeu-tung zu, und zwar auch dann, wenn sich der Ablauf der In-kohlung nicht streng unter der Bedingung volltragen ha-ben sollte, nach der nur Methan und Kohlensaure abgespal-ten worden sind und Wasser weder gebildet noch in den geochemischen Vorgang eingetreten ist. "
In fig. 15 zijn in een grafiek de resultaten weergegeven van een berekening, die op bovenstaande wijze werd uitge-voerd. In deze grafiek is het gevormde CH4 uitgedrukt in m3 per ton eindprodukt. De kolensoort van een kolenlaag kan men immers beschouwen als het eindprodukt van een afgelegd inkolingstraject van die laag.
Ook Mott (110) heeft getracht de hoeveelheden gas te bere-kenen, die bij de inkoling ontstaan. Hij gaat daarbij even-eens uit van representatieve elementair-analyses van een groot aantal kolenmonsters, samengevat in een figuur die ongeveer overeenstemt met fig. 14. Hierin zijn de waterstof-en zuurstofgehaltwaterstof-en uitgezet tegwaterstof-en het koolstofgehalte (fig. 16).
Deze twee lijnen geven enige karakteristieke punten te zien, waaruit het moment kan worden vastgesteld waarop een verandering optreedt bij de vorming van de afbraakprodukten.
150
100
50
m^CH+Zton eindprodukt gevormd
[ = ^ ^ = S ^ * ^ . \ 1 1 vitriet — — d u r i e t 1 ^ ^ 10 15 20 25 30 35 40 */o vluchtige bestanddelen
0) > i nr. monster 11 10 12 14 13 11 10 12 14 13 % v l . best. delen 25 33 25 16 15 39 34 24 17 14,5 kg kool 1446 1423 1347 1300 1284 1460 1394 1336 1310 1234 kg CH4 gevormd 19 41 14 2,5 20 41 14 29 m 3 CH4/ton eindprodukt gevormd 19 43 15 3 20 43 15 33 m^ CH4/ton eindprodukt totaal gevormd 19 62 77 80 1 20 63 78 111 1 Figuur 15
Hoeveelheid CH4 gevormd bij inkoling (Patteisky).
f t t o «• «e I t TO to St
CARBON I0 ( n m u u t )
Figuur 16
C / H en C/O verhoudingen van amerikaanse kool (Mott).
„The chief reaction which accounts for the conversion of wood to low-rank lignite is loss of water with some
me-thane, and possibly a small amount of carbon dioxide. Con-version of low-rank lignite to low-rank bituminous coal can only be accounted for by the loss of carbon dioxide,
and by the loss of carbon dioxide alone. The conversion of
lowrank bituminous coal to semi anthracite can be a c -counted for by the loss of water, methane and carbon di-oxide, or by the loss of methane and carbon didi-oxide, but in either event, the reactions take place in three stages with
increasing rations of methane to carbon dioxide in
suc-ceeding stages. In the final stage of anthracitisation the change can only be accounted for by loss of methane with a little water. "
Op grond van de verandering in waterstof- en zuurstofge-halten komt Mott - met behulp van een „trial and e r r o r " me-thode - tot de resultaten vermeld op pag. 28 en 29.
Mott merkt op, dat de reacties in het gebied van
„low-rank bituminous coal" naar „semi-anthracite" het meest complex zijn. Zij kunnen door alternatieven worden vervan-gen.
De resultaten van de berekeningen van Mott zijn weerge-geven in fig. 17, zij zijn in fig. 18 omgewerkt tot m^ CH4 per ton eindprodukt. Tevens is in laatstgenoemde grafiek het C-gehalte voor de inkolingsgraad vervangen door het gehalte aan vluchtige bestanddelen van deze kool. Bovendien is slechts het gedeelte met een gehalte aan vluchtige bestand-delen van 40% en minder beschouwd (koolstofgehalte groter dan + 79%). Dit is derhalve het traject waar de CH4-afsplit-sing wederom optreedt. Uit het navolgende zal blijken dat slechts dit inkolingstraject voor onze beschouwing van be-lang is.
m ' gas/ton begin produkt •"» "«n begingewicht
Figuur 17
1. W o o d (A) 2. P e a t ( B ) 3. L o w - r a n k l i g n i t e ( 0 ) 4. L o w - r a n k b i t u m i n o u s coal (D) 5. (a) M e d i u m - r a n k b i t u m i n o u s c o a l (b) M e d i u m - r a n k b i t u m i n o u s coal 0. (a) H i g h - r a n k b i t u m i n o u s coal ( F ) {b} S e m i - a u t h r a c i t e (Q) 7. (a) A n t h r a c i t e (jTi (h) A n t h r a c i t e Ö2 (c) A n t h r a c i t e ( i j (d) A n t h r a c i t e G t ;e) A n t h r a c i t e G5 50-0 5 7 0 65'0 7 9 0 85-8 88-0 91-7 92-3 93-0 94-0 95-0 96-0 97-0 P e r c e n t , by w e i g h t . H . 6-25 5-15 4-0 5-45 5-5 5-25 4-5 4-2 3-7 2-9 2-1 1-4 0-6 O. N . 1 0 1 0 1-0 1-55 1-7 1-75 1 6 1-5 1-4 1-2 1 0 0-8 0-6 A t o m i c p r o p o r t i o n s . f o r m o l e c u l a r w e i g h t of 300. C. 12-5 14-25 16-25 19-75 21-4 22-0 22-9 2 3 1 23-3 23-5 23-7 2 4 0 24-2 H. 18-75 15-5 12-0 16-5 16-5 15-75 13-5 12-6 11-1 8-7 6-3 4-2 1-8 10 67 6-9 5-67 2-6 1-3 0-94 0-41 0-37 0-35 0-35 0-35 0'33 0-33 N. 0 2 1 0-21 0 2 1 0 33 0-33 0-33 0-31 0 3 2 0-30 0-25 0-21 0-17 0 13
II.—Reactions and Loss at Each Stage.
S t a g e . 1 - 3 3 - 4 4 - 5a 5 a - 5fe 56- 66 66- 7c C h a n g e . W o o d - 1 . r. l i g n i t e L . r. l i g . - l . r . b i t . L. r. b i t . - i n . r. bit. (a) M. r. b i t . (a) - m . r. b i t . (6) M . r. b i t (6) s e m i -a n t h r -a c i t e S e m i a n t h r a c i t e -a n t h r -a c i t e C. 50 65 65-79 79-85-8 85-8-88 88-92-3 92-3-95 R e a c t i o n p r o d u c t s . (i) 6 2 H , 0 + 9 C H . (ii) 6 4 H j -i-8CH. + C 0 , C O , (i) 6 C H , - i - 8 C O , (ii) 1 0 H , O - i - 3 C H . + 7 C O , (i) e C H . - l - l C O s (ii) 5 H . , 0 - H 3 C H , - H C O S (i; 7 2 C H . - H 9 C 0 2 (ii) 1 6 H , 0 - t - 6 4 C H . + IICO.. H j O + 3 6 C H . E n d p r o d u c t s of r e a c t i o n . C 65-0 6 5 0 79-1 85-8 86-2 88-4 88-4 92-2 92-3 9 5 0 H . 3-95 3-92 5-5 5-53 5-44 5-31 5-24 4-20 4 0 9 2 1 3 0 . 30-0 30-0 13-9 7-0 6-75 4-6 5-03 a-06 2-09 1-94 L o s s in w t . p . c . p e r 1 p . c . i n c r e a s e in C. 1-77 1-77 1-93 2 08 1-59 2-23 1-63 2-54 1-95 3-66
6 H O 4- O H T h e l o s s of — 7 —*-^ w o u l d a c c o u n t t'or 3 4 2 4 a l o t a l l o s s of 3 1 p a r t s T h e r e s i d u e w o u l d b e 47 2-26 1 8 75 in 69 p a r t s E q u a l t o t - ^ l 3-26 27 1 i n 100 p a r t s A l t e r i n g t h e p r o p o r t i o n t o l o s s of —-TQ ^ g i v e s 6 4 8 3 ' 9 5 3 0 0 i n 1 0 0 p a r t s A n d t h e l o s s of ' - ^ ^ - ^ ^ ^ - ^ g i v e s 64-7 3-91 30-0 i n 100 p a r t s T A B L E I I . — P O S S I B L E R E A C T I O N P R O D D O T S A N D L O S S E S IN W E I Ö H T D U K I N O G O A L I F I C A T I O N . S t a g e . 1-3 3-4 4-5a 5a-56 56-66 66-7c C h a n g e . W o o d - 1 . r. l i g n i t e L . r. l i g . - l . r. b i t . [ L . r. b i t , - s e m i - ' J a n t h r a c i t e 1 Semi a n t h r a c i t e -a n t h r -a c i t e 50-65 65-79 79-85-8 85-8-88 88-92-3 92-3-95 R e a c t i o n p r o d u c t s . 6 4 H , 0 + 8 C H . + C O j C O , 1-42 H . O + 0 - 4 3 C H . - ^ C O j 5 H , 0 ^ 3 - ü C H . 1- C O , 1-45 H , 0 + 5-8 C H . + C O , 36 C H . + H , 0 Yield p c . wood = 1(0 73-5 53-4 47-4 45-1 41-3 37-2 Loss 1 in wt. p.c. per Ip.c.^C i n c . -1-77 1-93 1-59 1-63 1-95 1 3C6 G a s c u . ft./ t o n . 1,350 475 510 2,600 5,140 150 5,180 1,220 lii5 430 N i l * Loss in weight based on 100 per cent, at the be^innin^ of each staife.
m * CHt/tan in «indprodukt
• ^ vluchHg* btstarvMHen in M eindproAjkt _ Figuur 18
Hoeveelheid CH4 gevormd bij inkoling van bitumineuze kool (Mott).
De gegevens van Mott zijn, wat betreft de aangenomen ele-mentaire samenstellingen in het gebied van „lignite", be-twistbaar. Op onze beschouwingen heeft dit geen invloed daar deze immers betrekking zullen hebben op een koolstofgehalte van 79% en hoger.
Ook andere auteurs hebben soortgelijke berekeningen gemaakt, o.m. Hickling (112). Hij komt tot eenzelfde r e s u l -taat.
% 2. De inkoli7igsgraad van de kolenlagen
Bepalend voor de maximaal afgesplitste hoeveelheid CH4 is het huidige inkolingsstadium van de kolenlagen. Als maat voor de inkolingsgraad van de verschillende kolenlagen neemt men meestal het gehalte aan vluchtige bestanddelen. Deze maatstaf wordt in de mijnbouwkunde algemeen gebruikt en is eenvoudig te bepalen.
Bij een normaal carboonpakket neemt het gehalte aan vluchtige bestanddelen van de kolenlagen naar de diepte af. Hierop werd door Hilt (113) voor het eerst de aandacht ge-vestigd („Regel van Hilt"). Dit verschijnsel is begrijpelijk, als men in aanmerking neemt, dat de onderste kolenlagen het e e r s t zijn gevormd. Zij zijn dus ook het eerst bedekt en be-vinden zich normaal op de grootste diepte. De factoren die op de inkoling van invloed zijn: de druk en vooral ook een v e r -hoogde temperatuur (114), hebben op deze lagen het langst kunnen inwerken.
De vermindering van het gehalte aan vluchtige bestandde-len is dus een functie van de diepte der kobestandde-lenlagen. De hierop betrekking hebbende inkolingsgradiënt is karakteristiek voor een bepaalde mijn of een bepaald mijngebied. Dit althans voor zover de lagen in horizontale richting geen anomalieën ver-tonen in het gehalte aan vluchtige bestanddelen en voor zover men deze inkolingsgradiënt vergelijkt in hetzelfde deel van het carboonpakket. Men kan n. 1. vaststellen, dat de gradient verschillend is in het bovenste en in het onderste deel van het carboon. Hiertussen vindt men een gebied van geleidelijke overgang. Zet men grafisch het gehalte aan vluchtige be-standdelen van de kolenlagen af tegen hun laagafstanden dan verkrijgt men in het algemeen een S-lijn.
Wellman{115) en Trotter (115) hebben daarom de logaritme
van het gehalte aan vluchtige bestanddelen afgezet tegen de laagafstanden. Op half-logaritmische schaal verkregen zij nu een rechte lijn. Zij gaven hiervoor geen nadere verklaring.
Jones (117) is de enige, die een formule heeft gegeven
waar-uit bovengenoemd gedrag van de inkolingsgradiënt valt af te leiden. Hij neemt aan dat het inkolingsproces een chemische reactie is en komt onder sterk vereenvoudigde aannamen tot
-xt
de volgende betrekking Vo = Vje . Deze vergelijking geeft aan: de verandering in gahalte aan vluchtige bestanddelen (V) als functie van de tijd (t), sinds welke een bepaalde kolen-laag met sedimenten bedekt is geworden. Hierdoor ziin de factoren welke de inkoling bepalen (druk en temperatuur) zo-danig veranderd, dat het gehalte aan vluchtige bestanddelen van Vl tot V2 verminderd is. De constante A stelt volgens
Jones het gecombineerde effect voor van chemische en
phy-sische factoren. Deze constante is echter sterk afhankelijk van de temperatuur. Bij toenemende bedekking stijgt de temperatuur van het gesteente, zodat A niet constant is. In de beschouwing van Jones wordt dus een gemiddelde waarde genomen, hetgeen niet geheel juist is.
De door de voortgaande bedekking vain de kolenlagen ver-oorzaakte inkolingscondities geven een exponentiële functie van tijd en gehalte aan vluchtige bestanddelen, met andere woorden de aanvankelijk snelle inkoling zal, naarmate zij verder is gevorderd, in steeds langzamer tempo voortgaan, hetgeen een S-lijn als resultaat oplevert.
In het algemeen is men tegenwoordig van mening dat de in-koling vooral een gevolg is van verhoging van de tempera-tuur. Teichmüller (110) geeft hiervan enige voorbeelden en neemt aan dat deze verhoging van temperatuur een gevolg is van grotere bedekking of van b . v . de nabijheid van plutonen.
De hoge inkolingsgraad van de kolenlagen in het Akense ge-bied wordt o. a. door Patteisky (119) verklaard uit het optre-den van tektonische krachten. Teichmüller (120) wijst er ech-ter op dat de isovolen *) eenzelfde plooiingsbeeld vertonen als de gesteentelagen (fig. 19). Hieruit is af te leiden dat het
Figuur 19
De isovolen vertonen eenzelfde plooiingsbeeld als de gesteentelagen (TeichmOller).
bereikte inkolingsstadium reeds aanwezig was vóór de plooi-ing en dat deze plooiplooi-ing dus op het reeds bereikte stadium weinig invloed meer heeft uitgeoefend. Het grote verschil in de inkolingsgraad tussen de onderste en bovenste kolenlagen van ons carboon, is dus reeds tot stand gekomen voordat de plooiingen werden gevormd. Dit wijst er op, dat de inkoling in het carboontijdvak reeds vrijwel teneinde is gekomen.
*) Lijnen die plaatsen met gelijk gehalte aan vluchtige be-standdelen in de kolenlagen met elkaar verbinden.
H o o f d s t u k I I I
§ 1. De grootte van de mijngasafgifte bij de ontginning van
kolenlagen
De meest mijngasrijke kolenlagen zijn als regel de vet-koollagen. De gas- en gasvlamkoollagen zijn minder mijn-gashoudend dan de vetkoollagen. Hoe verder de inkoling on-der de vetkoollagen is voortgeschreden, des te geringer is de mijngasafgifte. De magerkoollagen geven iveinig of geen mijngas af (121, 122, 123, 124, 125).
In de „Genehmigungsbedingungen für die Ausführung der Schieszarbeit" volgens art. 207 van de Bergpolizeiliche Ver-ordnung (Dortmund) van 1 mei 1955, worden met betrekking tot de mijngasafgifte als ongevaarlijk beschouwd, de lagen
onder de bovenste esskoollagen en boven de gaskoollagen. Williams, Jeffrey en Taylor (126) komen wél tot de conclusie
dat „bituminous coal" weinig mijngas zal vrijgeven, vetkool
v o l u m e CH4. volume Kool 60 50 40 30 20 10 O ./ y / / ^ / / y'
y
« ^ rükor rrfijnC ^ n e n d asy
— \ TotanI m i j n g a s in situ Geabsorbeerd gas In gewonnen kool 80 52 84 ge 88 90 92 9* 96 7o C 4/1 VI ?0 in f) 3 y 1 3 / 5 3y
3 3 ' ' 1 2 vnjk mij a 2 % amen n g n 1 1 vtuc ^ d 1 , htig 5 3 e be 30 23 15 8 0 st. delen Figuur 20De hoeveelheden mijngas die vrijkomen uit gewonnen kool volgens Williams, Jeffrey en Taylor.
het meeste mijngas, doch verwachten voor esskool en antra-ciet nog een vrij belangrijke afgifte (zie fig. 20), dit in tegen-stelling tot de conclusie van Hoffmann (123) (zie fig. 20a).
l o o
'namm Gas- Gas Fett Halbfett' Maqertóhie Ausgasung der Mat^kohle
.. , . „ Glanztohle
Figuur 20a
Het vrijkomen van inijngas uit kool volgens Hoffm ann.
De hoeveelheden mijngas, die tijdens ontginning van vet-koollagen kunnen ontwijken, bedragen dikwijls 50 a 70 m^/ton bij uitzondering ca. 100 m3/ton (127, 128). In het rapport van de O. E. E . C . (129) komt men echter tot de conclusie dat
6.egemiddelde mijngasafgifte van vetkoollagen 20 m^/ton niet
overschrijdt (dit cijfer houdt in: de gemiddelde mijngasafgifte van ontgonnen lagen inclusief van de lagen, die door de ont-ginning zijn beïnvloed).
Het feit dat de ess- en magerkoollagen minder mijngas-houdend zijn dan de vetkoollagen is opvallend, omdat eerst-genoemde lagen verder ingekoold zijn en derhalve meer CH4 m,oeten hebben afgescheiden.
Patteisky (130) tracht dit te verklaren door aan te nemen,
dat tijdens of n i een eerste inkolingsfase het gehele carboon-complex is ontgast. Hierdoor is het tot zover gevormde mijngas dus ontweken. De inkoling is daarna opnieuw door-gegaan tengevolge van tektonische krachten uit Z.G.-richting. Volgens Teichmüller (131) is echter niet aan te nemen, dat bij deze plooiing de inkolingsgraad gewijzigd i s . Patteisky (132) neemt bovendien aan, dat bij de hernieuwde inkoling de „Mattkohle" bijzonder veel mijngas vormde, hetgeen volgt uit een sterke afname van het H-gehalte ten opzichte van dat van de vitriet (133) (zie ook (123)).
KUhlwein (134) en Hoffmann (135) gemaaltt, die aannemen dat vooral de „Mattkohle" in het vetkoolstadium veel mijngas vormt.
De mijngasafgifte van een bepaalde kolenlaag is wisselend en neemt toe naarmate men deze laag in de hellingsrichting naar de diepte volgt (136, 137). Kolenlagen die een dagzoom met het dekterrein hebben, zijn dikwijls tot zekere diepte volledig ontgast (138). Petras check (124) wijst in dit verband op het ontwijken van mijngas door diffusie naar het dekter-rein.
Naarmate de mijnen de ontginning op grotere diepte doen plaatsvinden, neemt de mijngasafgifte dus toe. Dit heeft o. a. geleid tot de noodzaak mijngas te gaan £tfzuigen. Ook in En-geland constateert men een toename van de mijngasafgifte op diepere niveaus (139), evenals o.a. in het Donetzbekken (140). Overigens vindt men deze toename in de literatuur niet duidelijk vermeld.
D e e l 2
E I G E N O N D E R Z O E K E N O P S T E L L I N G V A N E E N W E R K H Y P O T H E S E
H o o f d s t u k I
DE ONTGASSING VAN KOLENLAGEN TEN GEVOLGE VAN DE ONTGINNING
§ 1. Waarnemingen
Bij de ontginning van een kolenlaag komt niet alleen uit d e z e laag mijngas v r i j , m a a r ook uit l a t e r te ontginnen k o l e n -lagen, uit riff e l s en uit het o m r i n g e n d e g e s t e e n t e . Wordt d a a r n a een tweede kolenlaag ontgonnen, dan kan deze d u s voor een d e e l ontgast zijn. D e z e onderlinge beïnvloeding kan m e t een aantal praktijkvoorbeelden worden verduidelijkt * ) .
§ 2. Voorbeelden:
1. Als van twee kolenlagen de bovenste het e e r s t w o r d t ontgonnen, i s de mijngasafgifte van de bovenste laag het g r o o t s t e .
Wordt d a a r e n t e g e n de o n d e r s t e het e e r s t ontgonnen dan i s de mijngasafgifte van d e z e onderste laag het g r o o t s t e .
F i g . 21 geeft h i e r v a n een v o o r b e e l d : twee kolenlagen liggen * Het cijfer voor de mijngasafgifte in deze voorbeelden i s de
t o t a l e mijngasafgifte in m 3 / t o n bij de ontginning.
Het mijngasgehalte i s v o l u m e t r i s c h bepaald. De h o e -veelheid mijngas p e r e t m a a l in m 3 wordt berekend uit de v e r b r u i k t e luchthoeveelheid en het mijngasgehalte. Voor bepaling van de mijngasafgifte p e r ton ontgonnen kolen worden de in 24 uur v r i j g e k o m e n m^ mijngas gedeeld door de netto-kolenproduktie p e r dag.
De mijngasafgifte i s aan s c h o m m e l i n g e n onderhevig, de c i j f e r s geven e c h t e r het gemiddelde over een maand aan. Dagelijks zijn de l u c h t m o n s t e r s genomen, tijdens de e e r s t e helft van de tweede ontkoo ld l e n s t .
Figuur 21
Mijngasafgifte bij de ontginning van een kolenlaag o n d e r een laag die slechts
gedeeltelijk ontgonnen is.
op een afstand van 12 meter van elkaar. De bovenste laag is eerst tot het midden van het veld ontgonnen; hierna de onder-ste laag over de gehele lengte van dit veld. Op het ogenblik, dat de pijler in de onderste laag de eindstand van de pijler in de bovenste laag passeert, neemt de afgifte yan mijngas plotseling zeer sterk toe, n. 1. van ca. 10 m3/ton tot ca. 30 m3/ton.
2. In fig. 22 ziet men het omgekeerde geval. Hier zijn n . l . eerst een aantal vakken ontgonnen in de onderste laag van twee kolenlagen en daarna pas in de bovenste. Ook hier wordt een verhoging van de mijngasafgifte geconstateerd, bij ont-ginning van de bovenste laag waar de onderste laag nog aan-wezig is. De verhoogde mijngasafgifte in deze zone moet
Figuur 22
Mijngasafgifte bij de ontginning van een kolenlaag b o v e n een laag die slechts gedeeltelijk ontgonnen is.
worden verklaard uit de aanwezigheid van een plaatselijk nog niet ontgonnen gedeelte van de onderste kolenlaag.
3. In geval van „scharing" *) zal bij gelijktijdige ontginning van onder- en bovenbank ongeveer evenveel mijngas vrijko-men als bij ontginning van slechts één van beide lagen.
Fig. 23 geeft hiervan een voorbeeld. Hier zijn eerst onder-en bovonder-enbank samonder-en ontgonnonder-en. Na verloop van tijd wordt, tengevolge van het dikker worden van het steenmiddel, alleen de bovenbank ontgonnen. De totale dagelijkse afgifte van mijngas is — ofschoon de produktie nagenoeg werd gehal-veerd — ongeveer gelijk gebleven.
^ ^ ^ alleen bovenbanli Figuur 23
Mijngasafgifte bij ontginning van een "scharende" kolenlaag.
4. De in bovenstaande voorbeelden waargenomen v e r -schijnselen zijn slechts verklaarbaar, als men aanneemt, dat zich tijdens de ontginning van de kolenlagen genoeg gaswegen van voldoende doorsnede in het gesteente tussen de kolenla-gen hebben kunnen vormen. Het ligt voor de hand dat de gas-af gif te via deze gaswegen groter zal zijn rondom breukpijlers dan rondom vulpijlers: de gaswegen in het gesteente boven en onder een vulpijler zullen minder ver geopend zijn en de aangebrachte vulling kan het vrij uittreden van mijngas ver-hinderen. Een en ander wordt dan ook bij de ontginning van vulpijlers geconstateerd.
In fig. 24 ziet men in dezelfde laag ontginningen van breuk -pijlers en vul-pijlers (pneumatische vulling). Bij de vul-pijlers *) Onder scharing verstaat men het verschijnsel dat een
kolenlaag met een steenmiddel, vanaf een bepaald punt, door het dikker worden van dat steenmiddel, uiteen gaat lopen in twee afzonderlijk te ontginnen kolenlagen.
lïreukptjler
Profiel
& a™. ?9/3D
Figuur 24
Mijngasafgifte van vulpijlers en van breukpijlers in dezelfde kolenlaag.
is aanmerkelijk minder mijngas vrijgekomen dan bij de breukpijlers.
5. Indien de geringere ontgassing van de begeleidende lagen wordt veroorzaakt door het opvullen, moeten deze la-gen, wanneer zij op hun beurt worden ontgonnen, meer mijn-gas gaan afgeven.
Dit wordt inderdaad geconstateerd en wordt in fig. 25 toe-gelicht. De bovenste laag (laag G.B. no. 23) is het eerst
ont-<''^^ffffff,> kl GB no 23 onfqonnen m«t at««nhbbin (— ' l ^ , . « _ i _ . ^ ^ • , ^////^é ^ ' ^ 1 1.1 I ig. 6.B.no. 20 ontgonom ata tw^ukpijler. ^ ^ » . . 23 . . wlhng Ctjfers - m> CH*/t
»r-^/ww . . . 23 . als breukpiiter Figuur 25
Mijngasafgifte bij de ontginning van een kolenlaag onder een laag die gedeeltelijk als breukpijler, als vulpijler en als pijler
gonnen en wel gedeeltelijk met vulpijlers, een klein gedeelte met steenribben en voor het overige gedeelte met breukpij-l e r s . Na enige jaren is de 40 meter dieper gebreukpij-legen breukpij-laag G. B. no. 20 ontgonnen met breukpijlers. In deze laag is de mijn-gasafgifte in het gedeelte, dat onder de vulpijlers van laag G. B. no. 23 ligt, belangrijk groter dan in het gedeelte dat onder de breukpijlers ligt. De mijngasafgifte voor het ge-deelte onder de steenribben ligt zoals te verwachten hier-tussen in.
6. Bij ontginning van een van de vleugels van een over-schuiving kan de mijngasafgifte belangrijk toenemen. Ook dit i s meestal terug te brengen tot het vrijkomen van een extra hoeveelheid mijngas, die afkomstig is uit de kolenlaag in de ovejrschoven vleugel.
Fig. 26 geeft hiervan een voorbeeld. De ontginning van de bovenvleugel zal weinig mijngas meer doen vrijkomen.
Plattegrond
3c 100»
Clpbr.375
Figuur 26
Mijngasafgifte bij ontginning van een kolenlaag onder een overschoven vleugel.
§ 3. Richtlijnen voor nadere beschouwingen
De getoonde voorbeelden uit het Limburgse kolenbekken vragen om een nadere verklaring van het verschijnsel, dat de ontginning van één kolenlaag invloed heeft op de ontgassing van andere kolenlagen en rif f els.
Uit de voorbeelden blijkt duidelijk, dat de bij ontginning in een bepaalde laag geconstateerde hoeveelheid mijngas, uitge-drukt in m3/ton, geen maat kan zijn voor de hoeveelheid
mijngas, die uitsluitend uit de betrokken kolenlaag afkomstig is.
Het wordt mogelijk een prognose op te stellen over de hoe-veelheden mijngas die bij een ontginning vrijkomen, als men weet of en in hoeverre de lagen elkaar bij de ontginning be-ïnvloeden. Hiervoor moeten wel de oorspronkelijk in elk de-zer lagen bekend zijn.
Het bepalen van de mate der onderlinge beïnvloeding ten aanzien van de ontgassing wordt nu het eerste doel. Voor-lopig zal daartoe worden verondersteld, dat kolenlagen met een nagenoeg gelijk gehalte aan vluchtige bestanddelen, per ton gelijke hoeveelheden mijngas kunnen afgeven.
H o o f d s t u k II
UITWERKING VAN HET PROBLEEM
§ 1. De ontspannen zone, als ruimte waarin het mijngas zich
kan bewegen
Verplaatsing van het mijngas in het gesteente boven een ontgonnen kolenlaag is mogelijk door open breukvlakken en ook door poriën van het gesteente. Uit de literatuur blijkt duidelijk, dat boven een lopende pijler spleetvorming op-treedt in de z . g . ontspannen-zone. De begrenzingen van de ontspannen zone boven een pijler en boven een galerij zijn niet gelijk. Beschouwt men een doorsnede loodrecht op de richting van het pijlerfront, dan wordt de ontspannen zone be-grensd door een terugwijkend vlak, hellend over het ontgon-nen gedeelte.
De begrenzing, gezien in een doorsnede evenwijdig aan het pijlerfront, vertoont dicht achter de pijler een soortgelijk beeld. Verderop staat dit vlak meer verticaal en gaat het geleidelijk hellen over de vaste kool aan weerszijden van het ontgonnen gedeelte.
Ook naar boven, naar beneden en achter het pijlerfront wordt een begrenzing van de ontspannen ruimte aangenomen (zie Labasse en Seldenrath, pag. 18 e . v . ) .
De breukvlakken in de ontspannen ruimte openen zich ten-gevolge van bewegingen en zettingen in het gesteente. Hier-door wordt het mogelijk dat mijngas kan ontwijken uit de kolenlagen en riff els, die zich binnen deze zone bevinden. § 2. Begrenzing van de te ontgassen kolenlagen in de
ont-spannen zone
Bij vooruitgang van het pijlerfront wordt telkens opnieuw een strook ontspannen onder vorming van nieuwe breukvlak-ken. De lengte van deze strook i s gelijk aan de pij Ier lengte, de breedte telkens gelijk aan de pandbreedte. De consequen-tie hiervan is, dat de begrenzing van de zone waarin ontgas-sing der nevenlagen voorkomt, samenvalt met de begrenzing van de ontspannen ruimte. Aangezien deze met het pijlerfront voortschrijdt, is het ontgaste gedeelte van de nevenlagen in
oppervlak vrijwel even groot als het ontgonnen gedeelte van de betreffende laag.
§ 3. Bovenste begrenzing van de ontspannen ruimte
De bovenste begrenzing van de ontspannen zone wordt aan-genomen op 100 a 200 m hoogte boven de ontginning, in overeenstemming met de literatuur. De zakking van het ge-steente boven de oude werken vindt over deze hoogte plaats in steeds meer vertraagd tempo. Tengevolge van deze be-wegingen zullen zowel in horizontale als verticale richting verlengingen optreden. Hierdoor zullen in de ontspannen ruimte de spleten opengaan en zal bed-separation optreden.
Bij de achterste begrenzing van de ontspannen zone sluiten deze spleten zich weer volledig; dit zet zich geleidelijk voort naar boven. De bovenste grens hiervoor wordt gesteld op een hoogte van ca. 100 m.
Hierboven, tussen 100 en 200 m, treden volgens waarne-mingen van de mijnmeters, nog slechts geringe en geleide-lijk Eifnemende zakkingsverschillen op. Aangenomen wordt, dat in dit bovenste gedeelte een geringe blijvende volumever-meerdering optreedt. In fig. 27 is dit weergegeven.
Figuur 27
Het percentage zakking van het gesteente achter een voortschrijdend kolenfront (145).
Het bovenstaande kan worden verklaard uit een sterke
des-integratie van het gesteentepakket in de eerste 100 m
dakge-steente van de ontgonnen kolenlaag. Boven ca. 100 m is de desintegratie gering geweest en blijft de samenhang van het
gesteente nagenoeg bestaan, waarbij nog enige bed-separa-tion kan optreden onder harde gesteentebanken.
Na de ontspanning, die gepaard gaat met de desintegratie van het gesteente, zullen open spleten aanwezig zijn. Deze spleten ontwikkelen zich geleidelijk en in afnemende mate van beneden naar boven, tot op ca. 100 m boven de ontgin-ning.
Metingen van de druk in het gesteente, op 40 m boven een lopende pijler (141), hebben aangetoond, dat recht boven het pijlerfront sterke ontspanning in het gesteente optreedt. Deze metingen werden uitgevoerd met behulp van drukdozen in horizontale boorgaten boven één van de pijlers van fig. 25 (zie pag. 39).
§ 4. Elastische vervortning
De ontspanning van het gesteente gaat gepaard met spleet-vorming. Voor de berekening van de spleetbreedte moet worden nagegaan of in horizontale richting ook elastische v e r -vormingen optreden. Er wordt verondersteld, dat het ge-steente zich gedraagt als een elastisch materiaal, waarvoor de wet van Hooke geldt. De absolute grootte van een elasti-sche ontspanning kan dan worden uitgedrukt in de specifieke verlenging ~?" of e, die afhankelijk is van de spanningsver-anderingen Aö van de drie hoofdspanningen ox, oy en a^, van de elasticiteitsmodulus E, en van het getal van Poisson m
(Seldenrath (142)).
Beschouwt men een elementaire gesteentekubus met r i b -ben dx, dy en dz onder de drie hoofdspanningen, dan geldt
^ x - ^ mE mE ^ ' waarbij: 02 == de verticale spanning
Ox = Oy de horizontale spanning.
Toename van o^ geeft een verkorting, van dy en dz een verlenging van de ribbe dx.
Tengevolge van de zwaartekracht zijn ox, oy en 07 hoofd-spanningen, tektonische spanningen buiten beschouwing ge-laten. Op een diepte van z meter i s :
<^z^TW^ ^^^^^^ (^^
Als men nu aanneemt, dat alle elementair-kuben horizon-taal opgesloten zijn en de bedekking z toeneemt, zoals ge-schiedt in een geosynclinaal, dan worden de elementair-kuben samengedrukt in de verticale richting. Hierbij treedt een verkorting van dz op, maar horizontaal vinden geen ver-anderingen plaats, dus geldt ex = ey = 0. De vergelijking (1) kan nu geschreven worden als:
waaruit volgt:
0 = — i
-E m-E m-E= o,j =
y ~ m - 1 (3)
Bij volledige ontspanning, waarbij .a^ nadert tot nul, blijven de ribben dx en dy dus steeds constant.
Als het gesteente beschouwd wordt als elastisch m a t e r i a a l , dan vindt men op een diepte van 600 m leisteen:
O , = 600
10 2 , 5 = 1 5 0 k g / c m 2 (2)
^ y m
150 150
T = 5 7 m =475" = 33 ''8/'='" "*3 (3) Het Getal van Poisson (m) is voor leisteen op 600 m diepte volgens Phillips (14j) gesteld op 5 , 5 .
V<3<Sr een lopende pijler is een boorgat gemaakt b o v e n het nog te ontginnen gedeel-te van de kolenlaag. In dit boorgat is een drukdoos verticaal aangebracht. Met deze drukdoos konden dus de h o r i z o n t a l e spanningen gemeten worden bij het passeren van het pijlerfront onder het boorgat. Het verloop van deze spanningen is in fig. 28 weerge-geven .
Uit deze figuur blijkt, dat bij het passeren van het pijlei-front, de spanning van de on-der voorspanning aangebrachte drukdoos met 30 k g / c m 2 afneemt.
• ^ / c i 160 140 120 100 So 60 Ao 30 20 10 o 10 20 A f s t a n d in m voor p i j l e r [ _ A f s t a n d in m a c h t e r p i j l e r . Figuur 28
Het verloop van de horizontale spanning in het gesteente boven een voortschrijdend kolenfront.
—i->0 kg/cm*
A
n,
\r^.
h-"-l^^
-tl?-— I l
Daar mag worden aangenomen, dat het dakgesteente boven de oude man volledig ont-spannen is (open spleten), bedroeg de horizontale hoofdspanning dus oorspronkelijk 30 k g / c m 2 . Dit cijfer stemt overeen met het berekende cijfer. Hieruit kan worden ge-concludeerd, dat de gebruikte veronderstellingen en formules op ons geval mogen wor-den toegepast.
§ 5. Zakking van het gesteente als gevolg van de ontginning
veroorzaakt een lengtevermeerdering en spleetvorming
Bij de zakking van het gesteente boven de oude werken ne-men de gesteentebanken van het dak de vorm aan van een S-bocht. Hierbij treedt een lengtevermeerdering op, waardoor de spleetjes van het reeds gebroken gesteente zich gaan ope-nen.
Daar in horizontale zin blijkens het voorgaande geen elas-tische vervormingen plaatsvinden, kan voor deze S-bocht de specifieke verlenging worden uitgedrukt als Ali.n', voor iede-r e meteiede-r van de n meteiede-r lange bocht. De som van alle spieet-wijdten voor deze S-bocht is gelijk aan de totale verlenging van de S-bocht en dus gelijk aan 2^" Al.^De gemiddelde spleet-breedte over n meter wordtdan S " Al.'
n § 6. Conclusie
De gemiddelde spleetbreedte is bij aanwezigheid van splij-ting onafhankelijk van de aard van het gesteente en treedt op zoivèl in zandsteen, zandige leisteen, leisteen als in kool.
§ 7. Bepaling van de spleetbreedten
Om in horizontale zin de begrenzing naar boven van het gebied van de open spleten te bepalen, zal de t-otale verlen-ging 2i" Al worden bepaald, die optreedt als gevolg van de zakking van het gesteente boven de oude werken. Hoewel in de literatuur de lengteverandering van de S-bocht theoretisch is becijferd (144), zijn de regionale omstandigheden, in het bijzonder de aard van het nevengesteente, hierop van invloed.
Beter is om voor een berekening uit te gaan van praktijk-gegevens uit Zuid-Limburg, waarvoor waarnemingen van de mijnmeters ter beschikking stonden (145). Uit deze waarne-mingen bleek het mogelijk, zakkingslijnen op verschillende hoogten boven een lopende kolenpijler te construeren (zie ook fig. 27). Hieruit is voor iedere hoogte de horizontale speci-fieke verlenging Al te berekenen, die ook een maat is voor de
spleetbreedte. De resultaten van deze berekeningen voor een 1 m dikke kolenlaag zijn weergegeven in fig. 29. In deze fi-guur zijn ook de lijnen getekend, die de punten met een ge-lijke specifieke verlenging verbinden.
0.13 *peafi*ti« wrl«nging in r w n / m I 3 J | totale verlenging in mm
Figuur 29
Lijnen van gelijke specifieke verlengingen in het gesteente boven een voortschrijdend kolenfront.
De totale verlenging Ej" Al neemt met de hoogte boven de ontginning geleidelijk af. Op een hoogte van meer dan 120 m is de specifieke spleetbreedte reeds kleiner dan 0,1 m m / m , tegen een maximum van 0,80 m m / m op 20 m hoogte» Op 120 m hoogte is de specifieke spleetbreedte dus nog slechts ca. 10% van het maximum, berekend voor 20 m hoogte.
De totale lengte n in meters van de zone waarin open sple-ten voorkomen, is op 120 m hoogte nog slechts zeer gering. Op nog groter hoogte is de specifieke spleetbreedte te v e r
-waarlozen. De zone, waarin desintegratie van het gesteente optreedt, strekt zich dus ongeveer tot 120 m hoogte uit: Op groter hoogte blijft de samenhang van het gesteente nagenoeg bestaan (zie pag. 43).
§ 8. Verplaatsing van het mijngas door het gesteente
Voor de stroming van mijngas door open spleten wordt aangenomen, dat deze nog noemenswaardig optreedt, bij een specifieke verlenging van è 0,1 m m / m . De som van alle spleetbreedten 2j" Al, die van belang is voor de beweging van het mijngas door de spleten van het gesteente, is dus te be-palen uit de specifieke verlenging van die gedeelten van de S-bocht, waar Al > 0,1 m m / m . Uit fig. 29 valt af te leiden onder voorwaarde dat Al = 0,1 mm/m;
Hoogte (m) 2i" Al ( m m ) n (m) 10 7,0 16 '^lmax(>^"^/i") 0,9 20 6,5 15 0,8 40 3,0 14 0,3 60 1,3 7 0,l8 80 0,45 4 0,l2 100 0,2 3 0,11 120 0,1 2 0,1
Deze gegevens stemmen overeen met die van een publika-tie van Hoffmann (146), die constateerde dat in het dak van een galerij op 5 a 10 meter afstand achter het pijlerfront, per meter een maximale verlenging van ca. 0,7 m m / m optrad (fig. 30). *)
Bij de ontspanning in het gesteente zal ook bed-separation kunnen optreden. Bed-separation, voor zover deze optreedt onder harde gesteentebanken, zal een horizontale stroming van mijngas volgens de laagvlakken mogelijk maken. Voor de stroming van mijngas naar de pijler of de luchtgalerij zijn echter min of meer verticaal gerichte spleten nodig.
In tegenstelling tot de opvatting van andere auteurs, wordt hier aangenomen dat aan de bcd-separation geen belangrijke betekenis tnoet worden toegekend voor het mijngas transport.
) In het voorgaande is slechts de elastische vervorming
be-sproken. De plastische vervorming, zoals deze o. m. door Phillips (147) is aangetoond, is buiten beschouwing gelaten. Hierover is op dit moment nog te weinig met zekerheid be-kend om deze mede in de beschouwing te betrekken.
