Modelización de fenómenos gaseodinámicos

Abstract

La investigación desarrollada en esta Tesis Doctoral se ha realizado en las explotaciones de la Cuenca Carbonífera Central Asturiana, en colaboración con el Grupo de Ingeniería del Terreno de la Universidad de Oviedo y la Empresa HUNOSA. Tiene como objetivo el establecer un modelo de comportamiento del ¿Fenómeno Gasodinámico (FGD)¿, denominación genérica que se utiliza cuando se producen eyecciones violentas de carbón acompañadas de gas, que permita mejorar la prevención durante las labores de avance en las explotaciones por sutiraje con subniveles horizontales. Como consecuencia de todos los trabajos realizados, se pueden destacar las conclusiones siguientes: ¿ Los FGD vienen dados por la conjunción de tres hechos: la presencia de gas, la existencia de sobretensiones (relacionadas con la tipología de los hastiales, las técnicas de laboreo, estrechones, fallas, etc.) y las propiedades del carbón (resistencia, deformabilidad y permeabilidad). ¿ En las explotaciones estudiadas, la situación de riesgo no solamente viene dada por la velocidad de desorción sino también por la concentración de gas. No se han descrito FGD con concentraciones inferiores a 6 m3/tp. Sin embargo, tendencias crecientes de dicha concentración pueden indicar la cercanía de zonas peligrosas. ¿ El sistema de subniveles horizontales es muy sensible a los FGD porque genera muchos huecos que no hunden completamente así como cruces entre los avances inferiores y los sutirajes superiores, de sentido contrario. Todo ello da lugar a sobretensiones que pueden ser críticas en la generación de un FGD. ¿ Las fuentes principales de riesgo son los macizos dejados en otras capas cercanas y los huecos mal hundidos en las propias. Sin embargo, mientras que los macizos son conocidos y se pueden delimitar sus zonas de influencia, los huecos suelen ser totalmente desconocidos. ¿ Otras fuentes de riesgos importantes son los estrechones, ya que pueden llegar a duplicar los valores de tensión de compresión local del carbón. En ocasiones puede ser peor un estrechón que un hueco o macizo. ¿ También las fallas también son fuentes de riesgos, porque el carbón ya está fracturado y por tanto debilitado mecánicamente con lo que almacena más metano y no necesita mucha sobrepresión para inestabilizarse. ¿ En todos estos casos, el Índice de Distensión (IDD) utilizado para determinar la eficacia de las medidas tomadas, ha resultado muy interesante, ya que ha sido capaz de determinar la existencia de una alteración con anterioridad. ¿ La distensión y desgasificación del carbón mediante inyección de CO2 a presión, puede llegar a ser una metodología de trabajo muy interesante para garantizar la seguridad de los trabajos de avance. ¿ La inyección, tanto de agua como de gas, es una buena técnica de descompresión si la profundidad y la presión son las adecuadas para que se produzca la comunicación entre la zona inyectada y el frente de carbón. Después de la inyección, se crea una zona de influencia donde se produce la fracturación del carbón y con ella la distensión. ¿ En los carbones modelizados, para conseguir longitudes descomprimidas de 8 a 10 m por delante del frente, es necesario ir a presiones de inyección de gas orden de 50 MPa (que se pueden conseguir con el sistema CARDOX). En estas condiciones debe cuidarse el estado del techo y de los hastiales para evitar problemas en el avance. ¿ La inyección de agua es el método más empleado en las explotaciones de HUNOSA y se ha observado que, en general, cuanta más agua se inyecta mayor es la protección. También se ha visto que los efectos preventivos de dos inyecciones consecutivas se suman entre si, por eso es importante mantener la regularidad en la misma. Cuando hay importantes sobrepresiones la eficacia de la inyección disminuye considerablemente, por lo que conviene utilizar otros sistemas de prevención. ¿ Los sondeos descendentes y los sondeos de distensión se mostraron como unas técnicas prometedoras, que se podrían mejorar añadiendo la inyección de agua a baja presión. En el primer caso, si la inyección descendente se realiza durante el avance del nivel superior, se dispone de mucho tiempo para que el agua penetre en el carbón. En estas condiciones, el avance del nivel inferior será más sencillo por el aumento de humedad del carbón.