Pilotproeven met continue gasonttrekking met verbeterde L-vormige putten uit mijnen en kolensponningen

Een mijngevaar omzetten in een schone energiebron

Kolenmijnen produceren niet alleen kolen. Ze stoten ook grote hoeveelheden methaan uit, een brandbaar gas dat dodelijke explosies ondergronds kan veroorzaken en bij ontsnapping naar de atmosfeer bijdraagt aan klimaatverandering. Deze studie onderzoekt hoe een speciaal type gebogen "L‑vormige" put vanaf het oppervlak kan worden herontworpen zodat één enkele put zowel tijdens het winnen van een steenkoollaag als lang nadat de mijnwerkers vertrokken zijn methaan veilig en efficiënt opvangt.

Waarom methaan in kolenmijnen ertoe doet

Voor kolenproducerende regio’s is methaan zowel een gevaar als een hulpbron. Hoge gasconcentraties kunnen plotselinge uitbarstingen in werkende gangen veroorzaken en langzeurende branden voeden in oude, ingestorte gebieden die bekendstaan als sponningen. Tegelijkertijd is dit methaan in wezen aardgas dat als brandstof gebruikt kan worden als het wordt opgevangen. Veel landen boren al boorgaten in steenkoollagen voor en na het winnen om risico’s te verkleinen en gas te verzamelen, maar de resultaten lopen sterk uiteen. In China, bijvoorbeeld, is de gemiddelde opbrengst per gasput laag en houdt stabiele productie vaak slechts korte tijd aan, wat investeringen moeilijk rendabel maakt.

Hoe L‑vormige putten zouden moeten helpen

L‑vormige putten worden vanaf het oppervlak naar beneden geboord en vervolgens horizontaal gestuurd zodat het lange deel boven of vlakbij de steenkoollaag loopt. Deze opstelling laat één enkele put een heel winningspaneel bestrijken zonder de ondergrondse werkzaamheden te hinderen. In theorie kunnen zulke putten methaan afvoeren uit verstoord gesteente boven het actieve winningsfront en later uit het gebroken gesteente en de achtergebleven kolen in de sponning. De auteurs onderzochten drie dergelijke putten in grote kolenmijnen in de provincie Shanxi en volgden hoeveel gas ze produceerden tijdens het winnen en daarna, nadat de panelen waren verlaten.

Wat er misging in echte mijnen

Slechts één van de drie proefputten produceerde over tijd genoeg methaan om als winstgevend te worden beschouwd. Gedetailleerde metingen toonden aan dat in de twee teleurstellende gevallen het horizontale deel van de L‑vormige put te ver boven het netwerk van scheuren lag dat daadwerkelijk het vrijkomende gas transporteert. Zonder een stabiel stromingspad tussen de gebroken kolen en de put daalde de gasproductie snel. Bovendien bleef het onderste deel van elke put als een open gat zonder cement achter. Toen het bovenliggende gesteente na het winnen inzakte en verschoof, raakte dit deel gevoelig voor buigen en vervorming, wat de gasstroom verder verstoorde en de bruikbare levensduur van de putten verkortte.

Een put voor twee taken ontwerpen

Op basis van waarnemingen, gesteentemechanische theorieën en computersimulaties stelden de onderzoekers een nieuw "één put, twee doelen"‑ontwerp voor. In plaats van een simpele enkele horizontale lijn wordt het lange gedeelte opgedeeld in twee delen die op verschillende hoogten binnen de belangrijkste gasdragende scheurzone boven de gewonnen laag liggen. Ongeveer 60 procent van de lengte bevindt zich in het lagere deel van deze zone, waar scheuren wijd zijn en gas gemakkelijk stroomt, terwijl de overige 40 procent iets hoger zit in sterker gesteente dat beter weerstand biedt tegen dichtdrukken en instorten. De putbuis zelf wordt opgewaardeerd naar een grote diameter, tweedelige structuur met zorgvuldige gesegmenteerde of meertrapscementering in de verticale en hellende delen, terwijl een gesleufde filterbuis in het horizontale deel gas toelaat zonder het gesteente onondersteund te laten.

Gasstroom van mijn naar sponning behouden

De verbeterde lay‑out wordt gecombineerd met een flexibele pompstrategie. Tijdens het actieve winnen, wanneer de gasdruk hoog is en nieuwe scheuren ontstaan, wordt aan het oppervlak een sterke negatieve druk toegepast om methaan snel af te voeren en het werkfront veilig te houden. Nadat het winnen stopt en de sponning inklinkt, wordt de zuiging verminderd om te voorkomen dat er te veel lucht wordt aangezogen, terwijl toch de langzamere, aanhoudende gasafgifte uit achtergebleven kolen en nabije lagen wordt opgevangen. Omdat dezelfde L‑vormige put nu mechanisch stabieler blijft en goed verbonden is met het scheurnetwerk, kan ze ongeveer zes jaar produceren en zo beide fasen bestrijken met een totale gaswinning die vergelijkbaar is met die van afzonderlijke putten die voor elke fase zijn ontworpen.

Wat dit betekent voor mijnen en het milieu

Simpel gezegd laat de studie zien dat zorgvuldige plaatsing en constructie van L‑vormige putten een kortlevend, risicovol gasbeheersinstrument kan omvormen tot een langdurige, dubbelgebruik energieput. Door het horizontale deel te plaatsen waar gesteentebruch daadwerkelijk methaan transporteert en door de putbuis te versterken zodat deze grondbewegingen doorstaat, kan één put veilig gas afvoeren terwijl mijnwerkers werken en daarna methaan uit de sponning blijven vangen. Dit maakt beter gebruik van boorkapitaal, helpt explosies en branden te voorkomen en vermindert de methaanemissies uit kolenwinning, waardoor een verborgen gevaar meer als nuttige brandstof wordt benut.

Bronvermelding: Zhang, J., Qin, Y., Li, G. et al. Pilot tests of continuous gas extraction with improved L-shaped wells from mining and goaf areas. Sci Rep 16, 16597 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41494-3

Trefwoorden: steenkoolgas, L‑vormige putten, steenkoolwinning, methaandrainage, sponninggas