“predicciÓn del desprendimiento de metano durante la

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

DEPARTAMENTO DE EXPLOTACIÓN Y

PROSPECCIÓN DE MINAS

TESIS DOCTORAL

“PREDICCIÓN DEL DESPRENDIMIENTO DE METANO DURANTE LA EXCAVACIÓN DE UN TÚNEL EN

TERRENO CARBONÍFERO. CASO DEL TÚNEL DE LA VARIANTE DE PAJARES”

Autor:

Cristóbal Lombardía Fernández

Director:

Dr. D. Rafael Rodríguez Díez

Oviedo, Septiembre 2010

Titulo, autor y Director

Tesis Doctoral. Cristóbal Lombardía Fernández 2

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

DEPARTAMENTO DE EXPLOTACIÓN Y

PROSPECCIÓN DE MINAS

“PREDICCIÓN DEL DESPRENDIMIENTO DE METANO DURANTE LA EXCAVACIÓN DE UN TÚNEL

EN TERRENO CARBONÍFERO. CASO DEL TÚNEL DE LA VARIANTE DE PAJARES”

Autor:

Cristóbal Lombardía Fernández

Director:

Dr. D. Rafael Rodríguez Díez

A Autorizaciones de presentación


AUTORIZACIONES

A Indices


ÍNDICE DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN. ................................................................................................................9

1.1. Composición y origen del gas grisú ........................................................................................ 12

1.2. Reacción del grisú con el oxígeno del aire.............................................................................. 13

1.3. Límites de concentración del metano en el aire entre los que el gas resulta explosivo...... 13

1.4. Concentración de gas en el macizo y desprendimiento durante la excavación .................. 13

1.5. El concepto de desprendimiento específico de grisú ............................................................. 16

1.6. El concepto de caudal medio de grisú .................................................................................... 19

2. ANTECEDENTES HISTÓRICOS. ....................................................................................22

2.1. El desprendimiento de gas en la minería del carbón. ........................................................... 22 2.1.1. Siglo XIX y principios del XX en Europa y España. .........................................................................22 2.1.2. Episodios más recientes de la Minería Española ...............................................................................25 2.1.3. Otros episodios recientes en Minería del este de Europa y China .....................................................28

2.2. El desprendimiento de gas en los túneles ............................................................................... 34

2.3. El grisú en la literatura............................................................................................................ 35 2.3.1 Germinal de Émile Zola......................................................................................................................35 2.3.2. Un lugar llamado libertad de Ken Follet. ...........................................................................................38

3. CASOS RECIENTES DE APARICION DE GAS EN GALERÍAS Y TUNELES AVANZADOS CON TOPOS Y TUNELADORAS .................................................................45

3.1. Avance de galería minera con topo en HUNOSA ................................................................. 45

3.2. Avance de túneles mediante perforación y voladura............................................................ 48 3.2.1. Túnel del Espartal (Málaga)...............................................................................................................48 3.2.2. Túnel de Bimenes 2 (Asturias)...........................................................................................................49

3.3. Avance de túneles con tuneladora .......................................................................................... 50 3.3.1. Túnel del Aramo. ...............................................................................................................................50 3.3.2. Túnel de Abdalajís .............................................................................................................................52

4. LEGISLACIÓN RESPECTO A ATMÓSFERAS POTENCIALMENTE EXPLOSIVAS. NORMATIVA ATEX...............................................................................................................54

4.1 Antecedentes históricos ............................................................................................................ 54

4.2. Industria en general................................................................................................................. 57 4.2.1. Aplicación de la Directiva del Parlamento Europeo y del Consejo 94/9/CE .....................................57 4.2.2. REAL DECRETO 681/2003..............................................................................................................59

4.2. Minería del carbón................................................................................................................... 64

4.3. Excavación de túneles ............................................................................................................. 66

A Indices


5. PREDICCIÓN DEL DESPRENDIMIENTO DE GAS DURANTE EL AVANCE DE GALERÍAS Y TÚNELES........................................................................................................67

5.1. METODOS PARTICULARES MEDIANTE DETERMINACION DEL DESPRENDIMIENTO ESPECÍFICO ......................................................................................... 67

5.1.1. Caso de minas que se encuentran en actividad ..................................................................................68 5.1.2. Caso en el que existen explotaciones próximas de similares características......................................70

5.2. Avance de guías en capas verticales (subniveles con sutiraje) ............................................. 70 5.2.1. Modelo de desprendimiento en avance ..............................................................................................71

5.3. Avance de guías en capas inclinadas (cámaras y pilares)..................................................... 74

5.4. Avance de galerías mineras con topos.................................................................................... 76

5.5. Avance de túneles mediante tuneladora................................................................................. 78

6. LOS TÚNELES DE LA VARIANTE DE PAJARES Y SU GEOLOGÍA (LOTES 3 y 4) 80

6.1. Los túneles de la Variante de Pajares .................................................................................... 80

6.2. Los túneles en la vertiente Asturiana (lotes 3 y 4). Estructura geológica ........................... 82

6.3. Estudios previos sobre la potencial existencia de grisú (Lotes 3 y 4) .................................. 84 6.3.1. El Carbonífero en la primera parte de los túneles ..............................................................................85

6.3.1.1. Tramificación geológica del trazado en la zona inicial ..............................................................86 6.3.2. El Carbonífero del núcleo del Antiforme del Cueto Negro................................................................87

7. MEDIDAS FRENTE AL POSIBLE DESPRENDIMIENTO DE GAS DURANTE EL AVANCE DE LOS LOTES 3 Y 4 DE LA VARIANTE DE PAJARES.................................91

7.1. Descripción de las tuneladoras ............................................................................................... 91

7.2. Instalación eléctrica. ................................................................................................................ 93 7.2.1. Instalación eléctrica en la tuneladora. ................................................................................................95

7.2.1.1. Transformadores en la tuneladora ..............................................................................................96 7.2.1.2. Grupo electrógeno de emergencia..............................................................................................97 7.2.1.3. Iluminación ................................................................................................................................97

7.2.2. Instalación eléctrica en el túnel. .........................................................................................................98 7.2.2.1 Iluminación .................................................................................................................................98 7.2.2.2. Alimentación para la excavación de las galerías de comunicación. .........................................100 7.2.2.3 Comunicaciones ........................................................................................................................100

7.3. Sistemas de seguridad frente al desprendimiento de gas ................................................... 101 7.3.1. Control de concentración de gas en el lote 4....................................................................................103

7.3.1.1. Instalaciones de monitorización ...............................................................................................104 7.3.1.2. Sistema de ventilación..............................................................................................................106

7.4. Dispositivos de protección colectiva ..................................................................................... 108

7.5. Nivel de protección de los aparatos ...................................................................................... 109

7.5. Plan de actuación en presencia de metano........................................................................... 110

A Indices


8. DESPRENDIMIENTO DE GRISÚ EN LOS TÚNELES DE LA VARIANTE DE PAJARES. (LOTES 3 y 4).....................................................................................................112

8.1. Zona de estudio ...................................................................................................................... 112

8.2. Desprendimiento específico y caudal medio de grisú, medidos durante el avance .......... 112

8.3. Patrón del desprendimiento específico y del caudal medio de grisú que llega al túnel ... 114

9. DESARROLLO DE UN MODELO EMPÍRICO DE PREDICCIÓN.............................117

9.1. Cálculo a partir del desprendimiento específico de grisú .................................................. 117

9.2. Cálculo a partir del caudal medio de grisú.......................................................................... 119

9.3. Concentración de grisú medida durante el avance ............................................................. 119

10. PREDICCIÓN DEL CAUDAL DE AIRE NECESARIO EN FUNCIÓN DE LA VELOCIDAD MEDIA DE AVANCE...................................................................................122

11. CONCLUSIONES ...........................................................................................................124

12. PLANOS...........................................................................................................................126

13. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ...........................................................................127

A Indices


ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Figura 1. Detección de gas mediante un “fogonero” o “penitente” ....................................................................10 Figura 2. Detección de grisú mediante la Rueda de Spedding, en un cuadro de Michael Prenelle .....................10 Figura 3. Esquema del circuito de ventilación de una mina y ventilador principal .............................................17 Figura 4. Desprendimiento específico S en función de la producción bruta P .....................................................18 Figura 5. Caudal medio de grisú q en función de la producción bruta P .............................................................20 Figura 6. Monolito homenaje a los fallecidos en el Pozo María. .........................................................................27 Figura 7. Operaciones de montaje del Topo. (Cortesía de HUNOSA) .................................................................45 Figura 8. Trazado en planta de la galería de infraestructura del Grupo Modesta...............................................46 Figura 9. Foto del topo en el emboquille. Cofres de protección de motores (cortesía de INBULNES, S.A.) .......51 Figura 10. Dispositivo básico de prevención de explosiones................................................................................64 Figura 11. Gráfica de desprendimiento especifico frente a la producción ...........................................................68 Figura 12. Grafica del coeficiente de irregularidad .............................................................................................69 Figura 13. Modelos de desprendimiento de grisú en galerías en capas de carbón inclinadas.............................70 Figura 14. Curva de desgasificación de hastiales.................................................................................................72 Figura 15. Curva de concentración de metano en sondeos...................................................................................75 Figura 16. Croquis de la Variante de Pajares (cortesía Ministerio de Fomento) ................................................80 Figura 17. Esquema de los túneles de la Variante de Pajares (cortesía Ministerio de Fomento) ........................81 Figura 18. Emboquille Norte de los túneles (lotes 3 y 4) (Cortesía de UTE PAJARES IV)..................................82 Figura 19. Corte geológico por la traza de los túneles (lotes 3 y 4) .....................................................................83 Figura 20. Corte geológico por el primer tramo de la Formación San Emiliano (lotes 3 y 4).............................85 Figura 21. Corte geológico por el segundo tramo de la Formación San Emiliano (lotes 3 y 4) ..........................88 Figura 22. Esquema de la Tuneladora del lote 4 (escudo simple articulado).......................................................92 Figura 23. Tuneladora del lote 4 en fase de montaje............................................................................................92 Figura 24. Cabeza de corte de la Tuneladora del lote 4.......................................................................................93 Figura 25. Centro de generación instalado inicialmente en el lote 4. ..................................................................94 Figura 26. Metanómetro para medida de la concentración de metano montado en la tuneladora ....................102 Figura 27. Sistema de hiperventilación instalado en la zona de la cabeza de la tuneladora..............................103 Figura. 28. Esquemas de instalaciones de monitorización, valores límites y gamas de contacto.......................105 Figura 29. Conducto Coanda..............................................................................................................................106 Figura 30. Toberas de Chorro ............................................................................................................................107 Figura 31. Tramo de túnel donde se obtuvieron medidas de desprendimiento de gas........................................112 Figura 32. Desprendimiento específico de grisú instantáneo (en m3/tb) ............................................................113 Figura 33. Caudal instantáneo de grisú (en m3/día) ...........................................................................................114 Figura 34. Desprendimiento específico de grisú en función de la producción (en m3/tb) ..................................115 Figura 35. Caudal instantáneo de grisú en función de la producción (en m3/día)..............................................116 Figura 36. Concentración de grisú en la ventilación (% en volumen) en lutitas y areniscas ............................120 Figura 37. Concentración de grisú en la ventilación (% en volumen) en calizas ...............................................121

A Indices


ÍNDICE DE PLANOS Plano nº 1. Corte Geológico longitudinal. Lote 4. (Cortesía UTE PAJARES 4). __________________________ Plano nº 2. Longitudinal Geológico Km. inicial (Cortesía UTE PAJARES 4).____________________________ Plano nº 3. Planta de emboquille. Instalación eléctrica. ____________________________________________ Plano nº 4. Esquema unifilar de la acometida de la Tuneladora.______________________________________ Plano nº 5. Esquema unifilar de la iluminación en el interior del túnel. ________________________________ Plano nº 6. Esquema De monitorización y control. Valores límite y gamas de control _____________________

Capitulo 1. Introducción


1. INTRODUCCIÓN. La aparición de metano (en general, hidrocarburos) durante la excavación de túneles para obra civil es un incidente que se ha repetido a lo largo de la historia, si bien no es tan frecuente como por ejemplo, los desprendimientos de roca (que se produce en algunos túneles) o la entrada de agua (que ocurre prácticamente en todos ellos). Esta situación genera una problemática añadida en la planificación de la seguridad de estas obras.

El problema que entraña la aparición de metano en un túnel es doble. Por una parte, es un gas inflamable, lo que incrementa el riesgo de incendio ante una llama o chispa. Pero además, es un gas que mezclado con el aire en una proporción entre el 5% y el 15% en volumen es explosivo. Por encima de este límite de concentración la mezcla resultante no es explosiva, pero hay que señalar que valores de concentración de metano superiores al 15 % pueden provocar asfixia. Una atmósfera de aire mezclado con metano es lo que se denomina Grisú en las labores mineras.

El problema del grisú, que se ha estudiado extensamente en la minería del carbón, puesto que este gas aparece ligado con muchísima frecuencia a este mineral, es conocido desde antiguo en la minería del carbón especialmente de la hulla.

En Europa se conocen las primeras explosiones de grisú, registradas con muertos, en 1621. Desde este año y hasta la actualidad detectar el grisú y eliminar su presencia fue un objetivo prioritario para los propios mineros y para las autoridades mineras.



Figura 1. Detección de gas mediante un “fogonero” o “penitente”

Los métodos tradicionales, como la utilización de animales o la figura del Penitente o Fogonero, fueron progresivamente sustituidos por medios más humanos como el introducido por Carlyle Spedding hacia 1740,conocido como Rueda de Spedding o Flint Mill, llamada en España el “Molinete de Acero” por su forma. Hasta llegar a las lámparas de seguridad grisumétricas.

Figura 2. Detección de grisú mediante la Rueda de Spedding, en un cuadro de Michael Prenelle



De la información de accidentes desde mediados del siglo XIX hemos de destacar la devastadora explosión de la mina francesa de Courriers, en la que perecieron más de mil trabajadores. Cuando se produjo este desastre, a las seis y media de la mañana del día 10 de marzo de 1906, de los 1.664 hombres que se hallaban en el interior de la mina, 1.099 perecieron en la explosión.

Por esta razón, a lo largo del tiempo se ha desarrollado en las minas de carbón una lucha continua y no se ha escatimado en medios materiales e investigación, con el fin de, en la medida de lo posible, minimizar el riesgo y evitar esos gravísimos accidentes. Como mejoras y avances en esta lucha se pueden citar, a modo de ejemplo, la utilización de lámparas de mina de seguridad, el diseño de potentes sistemas de ventilación capaces de aportar el caudal de aire limpio necesario para la dilución de gas, el desarrollo de métodos de predicción del desprendimiento de grisú, la utilización de sistemas de control automáticos que producen el corte de la tensión en caso de que se superen los límites de concentración de gas…etc.

Poder predecir el caudal de metano que llegará al túnel a medida que avanza la excavación es pues fundamental para minimizar los riesgos derivados de la presencia de grisú. No obstante esto no siempre es posible.

Por un lado, hay formaciones geológicas que son muy singulares y es difícil estimar el régimen de afluencia de grisú al túnel. Otras formaciones, son conocidas, como es el caso de formaciones petrolíferas, pero los trabajos que en ellas se desarrollan son fundamentalmente sondeos, por lo que difícilmente se puede extrapolar resultados de la existencia de gas de estos trabajos a los que se llevan a cabo en un túnel.

Sin embargo, en el caso de túneles que atraviesan formaciones del carbonífero, se dispone de la gran experiencia acumulada de la explotación subterránea del carbón. De dicha minería se desprende un gran conocimiento de las formaciones geológicas con capas de carbón en las que existe metano. Además, la actividad en el interior de una mina de excavación de macizos rocosos en los que continuamente se está desprendiendo metano, proporciona experiencia que muy bien se puede extrapolar al avance de túneles de obra civil bajo esas condiciones.

Por lo dicho, resulta muy interesante trazar paralelismos y buscar similitudes, de forma que la experiencia minera sea aplicable a la excavación de túneles. La idea fundamental que se presenta, y que se demuestra a partir de los datos registrados, es que al atravesar terrenos del Carbonífero el desprendimiento de grisú sigue una pauta similar a la de una mina subterránea de carbón. Por lo tanto, se puede afirmar que la experiencia minera es muy útil para la predicción del desprendimiento de grisú y el diseño de la ventilación. Es más, los datos se pueden aplicar como un modelo empírico de estimación.



Si bien los resultados de la investigación sólo serían, en principio, aplicables al caso del Carbonífero de Asturias, no es difícil extrapolar la metodología a otras cuencas carboníferas en las que se vaya a perforar túneles.

1.1. Composición y origen del gas grisú

Normalmente, en las cuencas carboníferas el grisú se encuentra contenido en las propias capas de carbón y en las rocas encajantes, especialmente si éstas son porosas cómo puede suceder con algunas formaciones calcáreas características de la cordillera cantábrica.

Su formación se debe al proceso geoquímico de transformación de los restos vegetales en antracita, hulla, lignito y turba. En este proceso se desprenden CO2, H2 y CH4 en cantidades que se estiman en cientos de metros cúbicos por tonelada de carbón. El CO2 se elimina por su actividad y solubilidad, el H2 se elimina por ser muy ligero y poseer una gran velocidad de difusión. El metano queda presente en el carbón en diferentes formas (adsorción, absorción, rellenando huecos y fisuras, etc.,..).

Este gas se compone fundamentalmente de metano, aunque puede contener también dióxido de carbono, nitrógeno, hidrocarburos tipo etano, propano, etc... y otros gases como hidrógeno, helio y argón. La concentración de todos estos elementos que pueden entrar a formar parte del grisú depende en gran medida del proceso de formación del carbón y de la composición de la materia original a partir de la cual se forma.

Asimismo, el gas migrado a través de la fracturación de un macizo rocoso puede modificar su composición inicial en función de las características de presión, temperatura y humedad a las que se vea sometida, así como por procesos tectónicos.

La formación del gas grisú en las capas de carbón puede dividirse en dos fases en una aproximación general:

o Fase bioquímica, en la que la materia orgánica se descompone, provocando el desprendimiento de grandes cantidades de metano hacia la superficie.

o Fase geoquímica, en la que los residuos de la etapa anterior se someten a presiones y temperaturas muy elevadas derivadas del recubrimiento geológico, lo que produce la aceleración de procesos químicos que generan grandes cantidades de metano que queda ocluido en el carbón formado.



1.2. Reacción del grisú con el oxígeno del aire

El metano es inflamable siempre y forma mezclas explosivas con el aire. La combustión, o la explosión según los casos, con el oxígeno del aire da lugar a la producción de dióxido de carbono y agua, según una reacción que, muy simplificada, sería:

CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O

Si la reacción se lleva a cabo no con oxígeno puro, sino con aire, como realmente ocurre, la reacción sería ahora:

CH4 + 2 (O2 + 4 N2) = CO2 + 2 H2O + 8 N2

lo que significa que un volumen de metano se quema con todo el oxígeno contenido en 10 volúmenes de aire. De aquí se deduce que la explosión más potente tiene lugar con una mezcla que contenga 1/11 de metano, en volumen (aproximadamente un 9,5 %).

1.3. Límites de concentración del metano en el aire entre los que el gas resulta explosivo

Los límites están comprendidos entre el 5 y el 15% resultando la más favorable para la explosión como se ha dicho, la del 9,5%.

1 Kg. de metano desarrolla 13.300 Kcal., mientras que 1 Kg. de nitroglicerina liberaría sólo 1.500 Kcal.

La temperatura de la explosión de una mezcla metano-aire alcanza valores comprendidos entre 2.150 y 2.650º C, si se produce en un espacio confinado y de 1.850º C si los productos de la explosión pueden expandirse libremente.

1.4. Concentración de gas en el macizo y desprendimiento durante la excavación

Los estudios geológicos relacionados con la presencia de gas en un túnel están dirigidos a determinar los siguientes parámetros:

Concentración de grisú en el terreno, parámetro que en España se determina a través del ensayo normalizado denominado “Método de medición de grisú para capas españolas”. Los valores medios de este parámetro en las cuencas carboníferas españolas están comprendidos entre 6 y 14 m3/Tn.



Desprendimiento específico: es la cantidad de gas que se desprende como consecuencia de la excavación, expresado en metros cúbicos de grisú por tonelada bruta de terreno excavada.

Estos parámetros permiten estimar la cantidad de gas que puede contener el terreno a excavar así como la cantidad del mismo que puede aparecer en el túnel a consecuencia de la ejecución de los trabajos. En Minería dichos parámetros se emplean para clasificar los frentes de trabajo en función del riesgo existente de aparición de gas.

La presencia del gas grisú en el interior del material de excavación puede darse en tres formas diferenciadas:

Libre: alojado en fisuras y en poros a una presión determinada. Esta forma de presencia supone alrededor del 5 % del volumen total de grisú retenido en un terreno determinado.

Absorbido: Se trata del gas contenido en la propia estructura molecular del carbón, que solo puede ser extraído mediante un tratamiento químico.

Adsorbido: El gas se encuentra unido a las superficies libres internas mediante fuerzas de Van Der Waals. Representa el 90% del volumen total de gas retenido y la ejecución de la excavación en el macizo puede provocar su desprendimiento, ya que el gas se presenta en forma de monocapa adherida a la superficie interna del material.

Por lo tanto, la fracción más importante para su estudio a la hora de afrontar una excavación subterránea es la del gas grisú adsorbido, pues su aparición viene asociada a la propia excavación y puede originar un desprendimiento brusco de un volumen importante de gas en el interior del túnel. La capacidad de almacenamiento de grisú adsorbido depende de factores tales como la presión a la que se encuentra el gas, la temperatura, humedad, tamaño de los poros existentes (cuanto menor es el tamaño de los poros, mayor es el volumen de gas adsorbido), la permeabilidad, el porcentaje de cenizas y el rango del carbón en caso de excavaciones en dicho material.

El gas adsorbido por la roca esta sometido a altas presiones y se encuentra en equilibrio con el gas libre contenido en los poros y fisuras de la roca. La excavación subterránea altera el equilibrio de presiones existente y parte del grisú adsorbido se desprende de las superficies libres de la roca pasando a ser gas libre. Este gas se difunde a través de los poros hasta encontrar una fisura a través de la cual fluye de forma laminar. El gas desprendido puede provenir del mismo terreno excavado o de otros terrenos adyacentes comunicados con el primero por medio de fisuras en el



macizo. El desprendimiento de gas puede ser de varios tipos atendiendo al tiempo de duración del fenómeno:

• Constante, con una salida de gas de manera continua y uniforme-

• Súbito, cuando procede de fallas o fisuras en el macizo.

• Instantáneo: se trata de fenómenos gaseodinámicos en los que existe proyección de material y desprendimiento masivo de metano y anhídrido carbónico. Este tipo de fenómenos han estado ligados principalmente a las labores mineras, con algunos casos de obras civiles en las que se describe la aparición de esta problemática.

Los factores que influyen en el desprendimiento de grisú en un terreno dado se relacionan a continuación:

• Estructura geológica; las zonas de contacto y cizalla pueden presentar material muy pulverizado y paquetes de gas asociados a los planos de debilidad. También existe mayor riesgo de desprendimiento en zonas cercanas a fracturas o fallas.

• Profundidad; A mayor profundidad en el macizo, el gas se encuentra a presiones más elevadas, por lo que el gradiente de presión resultante al excavar un túnel es mayor, lo que supone mayores riesgos de desprendimiento de gas.

• Humedad; al aumentar ésta, disminuye el riesgo de desprendimiento.

• Fracturación de la roca; la microfracturación está relacionada con la permeabilidad, por lo que una roca con mayor número de fisuras favorece el desprendimiento de gas.

De acuerdo con lo expuesto anteriormente, el parámetro fundamental del fenómeno del desprendimiento de gas es, además de la concentración de gas existente en una formación, la velocidad de desorción o velocidad de desprendimiento de la fracción adsorbida del gas. La velocidad de desorción depende de los siguientes factores:

o Granulometría; si ésta disminuye, la velocidad de desorción aumenta.

o Temperatura; la velocidad de desorción aumenta con la temperatura.

o Profundidad de la excavación; este factor está ligado con el anterior por el gradiente térmico existente en la propia corteza terrestre. A mayor profundidad, mayor velocidad de desorción.



o Naturaleza y composición del gas grisú: en función de la composición del gas la velocidad de desorción puede tener variaciones. Así, si el contenido en dióxido de carbono es elevado, la velocidad de deserción aumenta. Sin embargo, una mayor proporción de etano disminuye la velocidad de desorción.

Por lo tanto, es de suma importancia, antes de iniciar una obra subterránea en terrenos susceptibles de alojar gases deflagrantes, realizar un estudio detallado para caracterizar la posible presencia de gas en el macizo. Se debe determinar la concentración de gas existente así como la posibilidad de desprendimiento del mismo una vez iniciada la excavación. Además, es muy importante prever la forma en que puede producirse el desprendimiento de gas, lo que se caracteriza mediante la velocidad de desorción.

1.5. El concepto de desprendimiento específico de grisú

El desprendimiento específico de grisú es la relación entre el volumen de grisú desprendido en un frente de trabajo y la masa de carbón arrancada en él. Se puede referir a la tonelada “bruta” de carbón o a la tonelada pura de carbón, descontándose de la masa total de carbón arrancado la masa de material estéril (sus “cenizas”).

Se estimaría dividiendo el volumen total de grisú que se desprende de una mina o zona de una mina, entre la masa total de todo uno que sale de ella. Si se tienen registros de periodos suficientemente largos (como es el caso de las minas de carbón) el desprendimiento específico se puede estimar a partir del caudal de aire en el retorno general de la ventilación y la concentración de grisú en ella (Figura 3). Así, tomando como ejemplo un caso real de una mina en la que el caudal de aire en el retorno de ventilación principal era Q=60 m3/s= 5184000 m3/día, con un contenido en grisú C=0.2% y cuya producción media era P=1000 tb/día de todo-uno (sin tener en cuenta el estéril), el cálculo del desprendimiento específico S es una simple operación aritmética:

4.101000

5184000100

2.0PQ

100CS =×=×= m3/tb (1)



Figura 3. Esquema del circuito de ventilación de una mina y ventilador principal

A partir de un gran número de datos recogidos de minas de carbón españolas, Luque Cabal (1988) daba cuatro rangos de dicho parámetro. En el cuadro siguiente se muestran los valores medios de distintas cuencas españolas.

DESPRENDIMIENTO ESPECÍFICO

CUENCA

S<2 Bierzo, Narcea, Teruel, Cataluña

2<S<5 Siero, Villablino, Guardo

5<S<10 Ciñera-Matallana, Sabero, Mieres, Langreo, Barruelo

10<S<15 Aller

La utilización de este parámetro S como representativo del desprendimiento de grisú en las minas tiene la ventaja de que permite estimar inmediatamente el volumen de grisú que se desprenderá (y en consecuencia el caudal de aire limpio necesario para su dilución) a partir de un parámetro de diseño como es la producción. Además, parece muy intuitivo el hecho de que la afluencia de grisú debe ser proporcional a la masa arrancada.



Sin embargo, esto no es así. Como se ve en la gráfica de la Figura 4, donde se representa S frente a la producción diaria. En dicha Figura 4, se representa el desprendimiento de grisú frente a la producción bruta de carbón correspondiente a una zona de una mina asturiana. Se comprueba que para una misma producción el desprendimiento específico no es constante ya que pueden variar los parámetros o condiciones locales que definen el fenómeno del desprendimiento de grisú (concentración de grisú en capa, velocidad de desorción, cenizas de la capa, litologías presentes, nivel de tensiones en la zona, existencia de fallas…etc.). En la misma figura se han representado dos curvas que definen los límites superior e inferior de S para una producción dada.

Los datos corresponden a medidas realizadas durante 127 días de trabajo, por lo que se puede asumir que ese rango de variación del desprendimiento es representativo de la explotación de una capa o paquete de capas típico de la Cuenca Central Asturiana. Los datos están referidos a toneladas brutas y se puede suponer que las cenizas medias de la producción que se extrae de un paquete o conjunto de capas de una mina asturiana es del orden del 40% (densidad de 1.70 tb/m3). Hay que notar también que, aunque en ocasiones existen estratos de calizas, en los paquetes productivos de las minas asturianas son mucho más frecuentes los litotipos silíceos: areniscas, limolitas y lutitas.

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Raw output P (t/day)

Spec

ific e

mis

sion

S (m

3 /t)

Figura 4. Desprendimiento específico S en función de la producción bruta P

Se observa que el desprendimiento específico disminuye con la producción y sólo permanece más o menos constante a partir de una producción dada. Cuando se analiza el desprendimiento de grisú en un tajo concreto con una producción baja (taller de picadores o avance de una guía en carbón), se observa que se pueden alcanzar valores más altos.



Suponiendo una producción de unas 1000 tb/día, se tendría que el valor esperado de S estaría entre 10 y 30 m3/tb. Este rango de valores es representativo de una buena parte de las capas de hulla de las cuencas asturianas. Sólo estarían fuera de ese rango las capas con propensión a fenómenos gaseodinámicos, menos frecuentes, las cuales tienen velocidades de desorción altas.

Las curvas que representan el límite superior e inferior del desprendimiento para una misma producción vienen representadas por la siguiente expresión genérica:

( ) ( )Pminmaxmin k1SSS)P(S −−+= (2)

Donde:

o S: desprendimiento específico (m3/tb) o P: producción bruta diaria (tb/día) o Smin: valor de S al que se tiende cuando la producción crece (m3/tb) o Smax: valor de S al que se tiende cuando la producción disminuye (m3/tb) o k: constante empírica que define la disminución del desprendimiento con

la producción

En general, los valores de los parámetros Smin, Smax y k dependerán de las características propias de las capas explotadas (cenizas, contenido de grisú en capa y velocidad de desorción) y de las particularidades locales del yacimiento (existencia de fallas, nivel de tensiones…etc.). En el caso representado en la Figura 4, los parámetros toman los valores Smin= 8 – 12, Smax= 88 – 112, k= 0.002– 0.004 y las expresiones matemáticas de las curvas superior e inferior son:

( )PPS 998.010012)( max ×+= (3)

( )PPS 996.0808)( min ×+= (4)

Es decir, para una producción dada P, el desprendimiento específico de grisú variará entre los valores dados por S(P)min y S(P)max. Hay que indicar que los puntos correspondientes a zonas donde el contenido en metano es residual (capas de carbón muy poco grisuosas, carbones con muchas cenizas o carboneros de escasa potencia) estarían por debajo de la línea límite inferior.

1.6. El concepto de caudal medio de grisú

El desprendimiento de gas del macizo rocoso es un fenómeno que depende del tiempo de manera que, aunque cese el arranque de carbón, el grisú sigue desprendiéndose. De este modo, cuando disminuye la producción P, el gas que llega a la labor disminuye pero en menor medida y el desprendimiento específico S



(volumen de gas/masa arrancada) aumenta. Contrariamente, cuando se aumenta el ritmo de arranque, el macizo no tiene el tiempo suficiente para desgasificar totalmente con lo que hay un momento en que la producción aumenta sin que aumente en la misma proporción el volumen de gas que llega a la labor, disminuyendo en consecuencia el desprendimiento específico. Sólo, como se indicó antes, a partir de una producción dada el desprendimiento específico es constante.

A partir de la experiencia en la mina se demuestra que, en ese rango de producciones en el que el desprendimiento de grisú no es constante, lo que es aproximadamente constante es el producto S * P, o lo que es lo mismo, el caudal medio de grisú que llega a la labor expresado en m3/día o m3/s. En la gráfica de la Figura 5 se representa el caudal diario de grisú correspondiente al mismo caso de la Figura 4.

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Raw output P (t/day)

Aver

age

met

hane

flow

(m3 /d

ay)

Figura 5. Caudal medio de grisú q en función de la producción bruta P

De la observación de las dos gráficas se podría deducir que, en un caso típico de minería de carbón en Asturias, para producciones bajas (<500 tb/día) ni es constante el desprendimiento específico ni es constante el caudal medio. Para producciones medias (500-1250 tb/día) es muy constante el caudal medio y el desprendimiento disminuye ligeramente con la producción. Por último, para producciones altas (>1250 tb/día) lo que se mantiene muy constante es el desprendimiento específico aumentando el volumen de gas desprendido con la producción. Además, hay un rango intermedio, 900-1200 en el que ambos parámetros son prácticamente constantes.

Por ello, si el ritmo de excavación no fuera suficientemente grande, podría ser más adecuado utilizar el parámetro representativo “caudal medio de grisú” que será, como su nombre indica, el volumen de grisú que en promedio se desprende en un



día. Como se ve en la gráfica, el caudal medio de grisú en una mina típica puede variar entre 10000 y 25000 m3/día (0.11 a 0.29 m3/s).

Teniendo en cuenta que el caudal medio de metano se calcula multiplicando el desprendimiento específico S (m3/tb) por la producción diaria P (tb/día), la expresión que permite calcular dicho caudal medio de gas q es:

( ) ( )[ ]Pminmaxmin k1SSSP)P(SP)P(q −−+=×= (5)

q: caudal medio de grisú extrapolado a un día (m3/día)

A partir de las expresiones (3) y (4), se tiene que el caudal medio de grisú al explotar o excavar una zona productiva (con metano) típica del Carbonífero asturiano estará por término medio entre los valores q(P)low y q(P)up dados por:

( )[ ]Pup 998.010012P)P(q ×+×= (6)

( )[ ]Plow 996.0808P)P(q ×+×= (7)

Capitulo 2. Antecedentes históricos


2. ANTECEDENTES HISTÓRICOS. Sin querer hacer una relación análisis exhaustiva, se citan en este apartado casos históricos sucedidos tanto en Minería como en obra civil. Aunque resulte algo funesto se exponen casos de accidentes con victimas, ya que los desprendimientos sin victimas no tienen repercusión a nivel general y sólo son conocidos por aquellos que tienen acceso a los archivos de las propias empresas Mineras o de la administración Minera.

2.1. El desprendimiento de gas en la minería del carbón.

2.1.1. Siglo XIX y principios del XX en Europa y España.

La importancia del problema se deduce de algunos datos estadísticos del número de víctimas contabilizadas en catástrofes mineras ocurridas en el mundo en el siglo XIX., tal como señala Luis Adaro en el prologo del Libro de Vilela (2006):

18 de junio de 1835, en Walsend (Newcastle, Inglaterra): 102 victimas

17 de febrero de 1857, en Lundhill (Barnsley): 189 víctimas

1 de diciembre de 1860, en Risca (Sur de Gales): 145 víctimas

1 de diciembre de 1860, en Blackwein (Sur de Gales): 142 víctimas

20 de enero de 1862, en Hartley (Inglaterra): 209 victimas

12 de diciembre de 1866, en Oaks Colliery (Yorkshire): 361 víctimas

8 de noviembre de 1867, en Fendale (Rhoudda, Sur de Gales): 178 víctimas

2 de agosto de 1869, en Burgk (Sajonia): 276 victimas

6 de diciembre de 1875, en Swaithe Main (Barnsley): 143 víctimas

16 de diciembre de 1875, en Frameries (Couchant de Mons, Bélgica): 112 victimas

4 de febrero de 1876, en Pozo Jabin (Saint-Etienne): 186 víctimas

22 de octubre de 1877, en Blantyre (Larnack, Escocia): 207 victimas

11 de septiembre de 1878, en Abercame (Monmouthshire): 268 víctimas

17 de abril de 1879, en Frameries (Couchant de Mons, Bélgica): 121 victimas

8 de septiembre de 1880, en Seaham (Sutherland): 164 víctimas



10 de diciembre de 1880, en Pemicraig (Cardiff): 101 víctimas

15 de julio de 1880, en Risca (Sur de Gales): 120 víctimas

6 de marzo de 1885, en Karwin (Silesia austriaca): 108 víctimas

18 de marzo de 1885, en Pozo Camphausen (Sarrebrück): 181 víctimas

4 de marzo de 1887, en Frameries (Couchant de Mons, Bélgica): 113 víctimas

18 de junio de 1887, en Clifton Hall (Lancashire): 178 víctimas

8 de julio de 1889, en Pozo Verpilleux (Saint-Etienne): 207 víctimas

29 de julio de 1890, en Pozo Pelissier (Saint-Etienne): 113 víctimas

6 de febrero de 1890, en Llarneck Colliery (Sur de Gales): 176 víctimas

11 de marzo de 1892, en Anderlues (Bélgica): 160 víctimas

18 de junio de 1894, en Karwin (Silesia austriaca): 236 víctimas

En estos desastres, los hombres y las bestias compartieron la misma suerte. Así, por ejemplo, en la catástrofe de la mina de Hetton, del 20 de diciembre de 1860, una explosión de gas grisú mató a 22 hombres y 65 caballos.

Como se ha comentado, ya en el siglo XX, hemos de destacar la devastadora explosión de la mina francesa de Courriers, en la que perecieron más de mil trabajadores.

Otros trágicos accidentes con numerosas víctimas fueron:

1906, en Courriers (Francia): 1.099 víctimas

1909, en Illinois (Estados Unidos): 259 víctimas

1924, en Wexhan (Inglaterra): 263 víctimas

1950, en Gelsemkirchen (Alemania): 76 víctimas

1955, en Grossato (Italia): 42 víctimas

1955, en Zongouldak (Turquía): 47 víctimas

1955, en Calcuta (India): 55 víctimas

En el año 1899, se publicó el libro de F. Cambessedes, ingeniero civil de minas, “Explotación de capas delgadas, medianas y potentes”, en el cual expone lo siguiente:



“Es conocido que, en Bélgica y en Francia, en la región de la cuenca del Midi, en profundidad y en los pliegues de las capas, es donde se encuentra más cantidad de grisú.

La región del poniente de Mons es donde el grisú se desprende actualmente con más abundancia. Lo mismo que en otros distritos, los desprendimientos han aumentado con la profundización de los trabajos.

Así, por ejemplo, en los trabajos realizados entre el piso de 280 m de profundidad y el piso de 300 m, no se recuerda, hasta 1877, nada más que un desprendimiento instantáneo; mientras que entre el piso 300 m y 400 m, se han contado ocho; por último, entre el piso 400 m y 500 m, se han encontrado 13.

La intensidad del fenómeno en esta zona, deja bien lejos a los desprendimientos observados al Norte.

Así, en 1865, en el pozo Santa Caterina de Dour, en el levantamiento de la capa Six Paulmes, el gas hizo irrupción con tanta violencia que dos obreros ocupados en el avance fueron lanzados hacia el pozo, en medio de un torrente de polvo, que remonta hasta el orificio del mismo donde el gas hace explosión.

Entrando en la galería, se encontraba un montón de hulla triturada, como tamizada, semejante al hollín, sobre una longitud de 30 m, y se constataba, a continuación, que existía en la capa una inmensa excavación que medía más de 100 m3.

En 1879, en Agrappe, un desprendimiento rebasó los 300.000 m3 de gas e hizo irrupción súbita en un taller, arrastrando 420 m3 de hulla pulverizada. La ventilación fue parada y el grisú se escapa a la superficie provocando una explosión con 121 víctimas.

Durante dos horas, una llama gigantesca, que medía entre 30 y 40 m. de altura, se eleva por encima del pozo incendiado

La estadística francesa de los años 1817 a 1884 nos indica, que de 100 personas alcanzadas por los accidentes de grisú, el 52,6% resultaron muertas y el 47,4% heridas.

La estadística oficial clasificaba las desgracias ocurridas en España en 1887 y 1888 del modo siguiente:



CAUSA MUERTOS HERIDOS

Por hundimiento 29 142

Por explosión de grisú 1 22

Por barrenos 10 69

Por asfixia 4 7

Por inundación 5 4

Por caída por pozo 24 65

Por rotura de carretes de bajada y caída de piedra

22 169

Por varias causas 47 1706

TOTALES 142 2.184

Como casos más próximos podemos citar la primera referencia sobre la explosión de grisú en Asturias, que se documenta en Mieres, el día 6 de noviembre de 1878: “Una explosión, imprudentemente provocada por un muchacho, ocasionó su muerte y la de tres compañeros”.

En 1889 una explosión de gas grisú ocasionó 22 víctimas mortales en una mina del Grupo Mina La Esperanza, de Boo (Aller) el día 2 de Enero), en unos talleres en los que trabajaban 25 mineros. Además, los primeros seis hombres que entraron precipitadamente, antes de tiempo, para tratar de salvar a sus compañeros, también perecieron por los gases tóxicos producidos, que los asfixiaron. (Vilela 2006).

2.1.2. Episodios más recientes de la Minería Española

En este apartado citaremos algunos de los accidentes mas recientes sucedidos en la Cuenca de Berga (Cataluña) así como en las Cuencas más próximas a la zona de estudio, las de Fabero y Villablino en León y la Central asturiana.

Minas de Berga

En la Minería del Berguedà las catástrofes que suponen mayor número de muertos por explosiones de gas grisú fueron en la mina Clara a L´Aspar, explotada por la empresa Carbones y Transportes Cadí S. A, donde murieron 34 mineros el 10 de



abril de 1944: el 2º más importante en la mina de la Consolació explotada por la empresa Carbones de Berga S. A., 30 mineros, el 3 de noviembre de 1975. El 3º en importancia en la mina Campos explotada por la empresa Sercs S.A., 18 mineros el 27 de abril de 1951.

Grupo de Minas Santo Tomás de Hulleras de Turón

El 14 de agosto de 1967, 11 mineros fallecieron debido a una explosión de grisú. Los trabajadores del Grupo de Minas Santo Tomás comenzaron como cada día su jornada laboral. Sin embargo, poco antes de las nueve de la mañana, se produjo la tragedia.

Una explosión de grisú, en principio provocada por la combustión de la llama de una lámpara, causó la muerte a once mineros, que en ese momento trabajaban en el primer piso de la capa doce, que se llenó de gases ardientes. Murieron víctimas de la asfixia y las quemaduras en muy poco tiempo.

La explotación carbonífera en el Grupo de Minas Santo Tomás, comenzó su actividad en el año 1890, tras la constitución de la sociedad anónima Hulleras del Turón. Entre 1901 y 1914 el pozo desarrolló su actividad en función de las necesidades de la empresa, es decir, se utilizaba para reequilibrar posibles estancamientos de la producción. El año de la tragedia, el Grupo de Minas Santo Tomás cerró, dejando atrás numerosos accidentes mortales.

El trágico miércoles de octubre de 1979 (Pozo María. Villablino)

El miércoles 17 de octubre de 1979 perdían la vida diez mineros en el pozo María ubicado en la localidad lacianiega de Caboalles de Abajo, de la entonces Minero Siderúrgica de Ponferrada (MSP).

Aunque en principio desde la empresa se apuntó la posibilidad de que la explosión se hubiese originado por un “desprendimiento de carbón”, un informe elaborado en su día en base a los testimonios de los trabajadores, las observaciones de la comisión de seguridad de la zona, comprobaciones de diversa índole y la visita de los técnicos al lugar del siniestro, no deja dudas: el accidente se produjo por una explosión de grisú.



Figura 6. Monolito homenaje a los fallecidos en el Pozo María.

Los trabajadores fallecidos habían entrado a trabajar en el segundo relevo, a las 16:15 horas, y en el momento del suceso estaban desarrollando su labor en el taller sobre la capa 13 de la planta quinta del citado pozo. La deflagración pudo tener su origen en una chispa producida en la locomotora de baterías.

Los efectos de la explosión se dirigieron preferentemente hacia el taller donde se encontraban trabajando los fallecidos por lo que, muy probablemente el fallecimiento se produjo “por los efectos de las presiones originadas como consecuencia de la onda explosiva”.

Las labores de rescate se prolongaron durante tres interminables días, el primer cuerpo lo rescataron a las 2 de la madrugada del día 18 y el último, dos días después del accidente, el 19 de octubre. En las labores participaron 2.000 personas en turnos de dos horas

Explosión de grisú en el Grupo Río (Fabero)

Fue el 19 de noviembre de 1984, la jornada más fatídica y negra de la historia minera de Fabero. Ese día a las 8.30 de la mañana se produjo en el Piso 17 Sur del Grupo Río de la empresa Combustibles de Fabero, el incendio y deflagración de una acumulación de gas grisú que originó una explosión que causó le muerte instantánea de tres mineros. Posteriormente la cifra de muertos a consecuencia de este grave accidente se elevaría hasta ocho muertos, mientas que los heridos que supervivieron al grave accidente fueron finalmente cuatro.

Es el segundo más grave de la provincia de León. Aquella mañana, no habían transcurrido más de veinte minutos del inicio de la jornada en el piso 17 del grupo Río, cuando se produjo la deflagración de una bolsa de grisú acumulada durante el fin de semana.



El accidente marco un antes y un después en la seguridad minera en el Bierzo, en León y en el resto de España, por la rigurosidad y frecuencia de las inspecciones de seguridad en la mina.

Una explosión de grisú siembra el horror en Asturias (Nicolasa Ablaña)

Catorce trabajadores perecieron en el pozo San Nicolás, de la empresa estatal minera HUNOSA, a causa de una explosión de grisú (mezcla de gas metano y aire) ocurrida a las 3,15 del 31 de agosto de 1995, a 400 meros de profundidad. Diez de las víctimas eran mineros de HUNOSA, y las otras cuatro, trabajadores checos pertenecientes a una empresa subcontratada. Sólo dos de los mineros que trabajaban en la galería sobrevivieron a esta catástrofe, la más grave ocurrida en las minas de Asturias en los últimos años. En el interior del pozo, situado en las inmediaciones de Ablaña (Mieres), trabajaban en el momento de la explosión 63 personas. Nadie sabe explicar por qué no funcionaron los sistemas de alerta.

Las tareas de rescate, que se prolongaron durante ocho horas y media. HUNOSA mantiene en 2003 su primera declaración al respecto, y descartó que se hubiese producido previamente una explosión de grisú pese a que la capa octava se caracteriza por acumular este gas.

La investigación, que se puso en marcha, trataba de desentrañar por qué no fueron eficaces en esta ocasión los múltiples detectores y medidores (grisuómetros) que alertan cuando se produce una excesiva concentración de metano en la atmósfera.

"Los supervivientes aseguran que no se había detectado nada anormal. No había circunstancia alguna que permitiera prever el siniestro".

Los tres últimos cadáveres (en un principio se había barajado la cifra de 11 muertos) no pudieron ser rescatados hasta el mediodía al haber quedado aislados por un desprendimiento. El empobrecimiento de la atmósfera, a causa del metano y de una deficiencia muy acusada de oxígeno, obligó a la adopción de cautelas adicionales a los equipos de rescate, quienes hubieron de acceder al lugar del accidente dotados con equipos de respiración.

Este ha sido el último accidente por grisú ocurrido en España.

2.1.3. Otros episodios recientes en Minería del este de Europa y China

De la búsqueda en Internet sobre explosiones recientes de Grisú se obtiene en su mayoría de noticias de accidentes ocurridos en el Este de Europa, Turquía y especialmente en China.



Mueren al menos 71 mineros por una explosión en Siberia (19/03/2007)

El número de víctimas mortales por la explosión de grisú que se produjo en una mina de carbón del centro de Siberia se ha elevado a 106 después de que los servicios de salvamento encontrasen nuevos cadáveres. De momento han sido rescatadas con vida 93 personas y otras cuatro permanecían desaparecidas al cierre de esta edición. La mina Ulyanovskaya se encuentra en la cuenca de Kuzbass, donde las características de sus pozos, verticales como los asturianos, atrajeron en la década de los años ochenta a técnicos de la empresa pública Hunosa para ver las rozadoras que se utilizaban en esos yacimientos para su explotación.

Fuentes de la compañía minera aseguraron que se acababan de estrenar detectores de gas y que éstos señalaron la concentración de grisú, pero no dio tiempo a evacuar a los 203 trabajadores que estaban en el interior de la explotación.

La mina hullera Ulyanovskaya -de la empresa Yuzhkuzbassugol, filial de la compañía rusa de carbón y acero Evraz Group. S. A.- comenzó a funcionar en 2002 y produce cerca de tres millones de toneladas de carbón al año. Se encuentra en Novokuznetsk, en la región de Kemerovo, a 3.000 kilómetros al este de Moscú. Se trata de una franja rica en petróleo del centro de Siberia conocida como Kuzbass, donde se encuentra también la cuenca hullera principal proveedora de carbón de Rusia con varias decenas de yacimientos operativos.

Pendientes de la investigación que aclare las causas del siniestro, las explicaciones que se trasladaban a la opinión pública eran muy confusas. Fuentes del Servicio Federal de Supervisión Técnica constataron que en la mina, inaugurada tan sólo hacia cinco años y considerada una de las más modernas del sector, no se han detectado errores tecnológicos. La explotación hullera Ulianovskaya cuenta con maquinaria de producción británica y germana y acababa de estrenar un novísimo sistema de seguridad para medir la composición del aire y el contenido de metano en el mismo.

Según la gerencia de la compañía hullera, momentos antes de la explosión los detectores de gas puestos en marcha por primera vez alertaron sobre una gran y brusca concentración de metano en las galerías siniestradas, pero no hubo tiempo para evacuar al personal.

En los últimos años Rusia es el tercer país con más víctimas en accidentes en las minas, después de China y Ucrania, si bien el número de mineros muertos se redujo más de 150 en 2004, a 124 en 2005, y a 68 en 2006.



En los 10 últimos años, se trata del sexto accidente de este tipo en la región de Kemerovo, donde hay muchas minas. En 1997, el accidente más mortífero causó la muerte de 67 mineros. En 2005, 23 mineros murieron por una explosión de grisú, y en 2004, dos explosiones causaron la muerte de 60.

Una explosión de gas causa al menos 63 muertos en una mina de Ucrania

Una fuerte explosión de metano en el interior de la mina Aleksandr Zasiadko, tristemente famosa por sus continuos accidentes, causó en la madrugada del 18 de noviembre de 2007 al menos 63 muertos, con 27 trabajadores, sepultados en una de las galerías y además una veintena de heridos hospitalizados.

El pozo afectado se encuentra en la cuenca hullera de Donetsk, en el extremo oriental de Ucrania. La deflagración de grisú se produjo pasadas las tres de la madrugada a una profundidad de más de mil metros. En ese momento había en la mina cerca de 500 operarios. La mayoría pudieron ser evacuados a tiempo.

Este ere el tercer incidente grave que sufre la mina Zasiadko en los últimos siete años, cada uno de los cuales se había llevado la vida de medio centenar de trabajadores. Las minas ucranianas son las más peligrosas del mundo por el lamentable estado de sus instalaciones y las deficientes medidas de seguridad.

La principal causa de estos accidentes estriba en el atraso tecnológico en unas instalaciones que tienen más de un siglo.

Explosión de grisú en mina del grupo siderúrgico Mechel, 9 de julio de 2008

Diez trabajadores fueron ingresados en hospital a raíz de una explosión del grisú que tuvo lugar en una mina que el grupo siderúrgico Mechel tiene en la ciudad de Mezhduréchensk, en la provincia siberiana de Kemerovo. El accidente se produjo a las 7.30 hora Moscú (3.30 GMT) cuando en la mina estaban casi 350 personas. Treinta y cuatro mineros se encontraban en el sector donde se inflamó el metano.

Explosión de grisú en la mina china de Tunlan 22 de febrero de 2009

Setenta y cuatro trabajadores murieron en una explosión de grisú ocurrida en una mina de la provincia china de Shanxi, al norte del país, a las 2 de la madrugada del domingo 22 de febrero a 400 metros de profundidad. En el momento del accidente estaban trabajando en la mina 436 mineros.

El accidente se produjo en la mina Tunlan, situada en Gujiao, a unos 50 Km. de la ciudad de Taiyuan. Un total de 114 mineros fueron ingresados en el hospital, entre ellos 21 en estado grave.



La mayor parte de los trabajadores afectados sufrieron envenenamiento por monóxido de carbono, siendo tratados en alguna de las 68 cámaras de oxigenación hiperbárica de los hospitales de Taiyuan.

Como muestra algunos datos numéricos de accidentados en las minas de carbón chinas:

o Unos 6.027 mineros del carbón murieron en China en 2004.

o Los accidentes mineros en China acabaron con la vida de un total de 1.113 mineros en el primer trimestre de 2005. En febrero de 2005, una explosión en una mina del noreste de China, en la provincia de Liaoning, acabó con la vida de 214 personas, en el peor accidente de este tipo desde 1949.

o El 29 de noviembre del mismo año al menos 134 mineros murieron en una explosión de polvo de carbón que tuvo lugar en la mina Dongfeng, en Qitaihe, provincia de Heilongjiang, cerca de la frontera con Rusia, en el noreste de China.

o En agosto de 2005 en la mina Daxing, en Xingning (Provincia de Guangdong), murieron 123 mineros.

o El 8 de diciembre de 2005 en la mina privada conocida como Carbonera Liuguantun, ubicada en Tangshan, en la provincia de Hebei, en el norte de China, murieron 54 mineros por culpa de una explosión

Mortal explosión en mina china Hegang, Noviembre de 2009

Al menos 92 mineros muertos y 16 atrapados a cientos de metros de profundidad dejó la en una mina del noreste de China, según el último balance dado a conocer el domingo. La explosión, cuya onda de choque se sintió en un radio de 10 km, se produjo a las 02:30 del sábado (18H30 GMT del viernes), cuando 528 mineros se encontraban en el fondo de la mina, situada cerca de Hegang, provincia de Heilongjiang.

Las operaciones de rescate fueron complicadas ya que los mineros trabajaban en 28 lugares diferentes, y a unos 500 metros de profundidad, en el momento de la explosión.

Esta mina, que produce 1,45 millones de toneladas anuales de carbón, pertenece al grupo Heilongjiang Longmay Mining, basado en Harbin, la capital provincial, que se presenta como la primera empresa minera del noreste de China.



Los accidentes son frecuentes en las minas chinas, sobre todo las de carbón, donde más de 3,200 obreros perecieron el año pasado, según estadísticas oficiales consideradas muy por debajo de la realidad.

He aquí los principales accidentes mortales en minas registrados en China desde 2000:

o 28 de septiembre de 2000: Una explosión causa 158 muertos y desaparecidos en una mina de carbón de la provincia de Guizhou (suroeste).

o 17 de julio de 2001: 70 muertos y más de 130 desaparecidos al inundarse una mina de estaño en Nadan (suroeste).

o 22 de julio de 2001: Derrumbe de una mina de carbón cerca de Xuzhou (Jiangsu, este) causa 89 muertos y 3 desaparecidos.

o 20 de junio de 2002: Una explosión en una mina de carbón de Jixi (Heilongjiang, nordeste) causa 111 muertos y 4 desaparecidos.

o 22 de marzo de 2003: Explosión en una mina de carbón de la provincia de Shanxi (norte) causa 72 muertos.

o 13 de mayo de 2003: 86 mineros mueren en una explosión en una mina de carbón de Luling (Anhui, este).

o 20 de octubre de 2004: 148 muertos en la explosión de una mina de carbón de Daping (Henan, centro).

o 20 de noviembre de 2004: Un incendio en una mina de hierro de la provincia de Hebei (norte) se propaga a otras cuatro minas. El siniestro causa 68 muertos.

o 28 de noviembre de 2004: 166 muertos a raíz de una explosión en una mina de carbón de Chenjiashan (Shanxi).

o 14 de febrero de 2005: 213 mineros mueren tras una explosión en una mina de Fuxin (Liaoning, nordeste).

o 19 de marzo de 2005: 69 muertos en explosiones en dos minas vecinas de Shanxi.

o 11 de julio de 2005: Un explosión en una mina de carbón de Xinjiang (noroeste) causa 81 muertos y dos desaparecidos.

o 7 de agosto de 2005 : Inundación en una mina de Guangdong (sur) causa la muerte de 123 mineros.



o 27 de noviembre de 2005 : 51 mineros mueren y un centenar son declarados desaparecidos tras una explosión en una mina de Heilongjiang (nordeste).

o 6 de diciembre de 2007: 105 muertos en explosión en una mina cercana a Linfen (Shanxi).

o 22 de febrero de 2009: Por lo menos 74 mineros mueren al producirse una explosión en una mina de Shanxi.

o 8 de septiembre de 2009: Al menos 54 muertos en explosión en una mina de Pingdingshan (Henan)

Según las últimas estadísticas oficiales, que señalaban que en 2007 cerca de 3,800 muertos en las minas de carbón chinas, la cifra de víctimas se redujo un quince por ciento en 2008, cuando se registraron 3,200 decesos por accidentes mineros.

Mueren 19 mineros turcos por una explosión de gas grisú, 11 de diciembre de 2009.

Diecinueve mineros han muerto en una explosión de gas grisú en una excavación de carbón en la provincia noroccidental turca de Bursa. La explosión, registrada a las 20:30 hora local (18:30 GMT), dejó atrapados a 19 de los 25 trabajadores que se encontraban a 220 metros bajo tierra.

Los seis mineros que se encontraban en la entrada de la mina fueron rescatados justo después de la explosión y ya descansan en casa, indicó Dincer.

Al menos 17 muertos en explosión por grisú en una mina de Turquía, 23 de Febrero del 2010

Al menos diecisiete personas murieron tras registrarse una explosión por grisú en una mina de carbón de la provincia de Balikesir, en el noroeste de Turquía. En el momento de los hechos, ocurridos a las 18.00 hora local (16.00 GMT) en las cercanías de la población de Dursunbey, una cuarentena de trabajadores se encontraba en la mina, que tiene una profundidad de medio kilómetro, aunque la explosión se produjo a 250 metros.

Los equipos de emergencia lograron rescatar con vida a más de 20 personas, según las autoridades locales. De los rescatados, nueve tenían lesiones graves, por lo que fueron trasladados al hospital de Dursunbey, aunque los médicos no pudieron hacer nada por cinco de ellos, que finalmente fallecieron.



Posteriormente, los equipos de salvamento recuperaron los cadáveres de otros doce mineros, tras lo cual los cuerpos de rescate dieron por terminada su labor, al estimar que ya no quedan mineros en la explotación.

2.2. El desprendimiento de gas en los túneles

La situación que se plantea ya es conocida desde antiguo en la construcción de túneles en obra civil, especialmente en la zona de los Alpes. Como ejemplo podemos cita la siguiente reseña de M. Ausstig en la Revue Mineralurgique de Diciembre de 1907:

…después de la ejecución del túnel del Simplón, parecía que no había que preocuparse de la modificación de los métodos de perforación de los túneles y que se había llegado a una fórmula y a unas prácticas definitivas, que respondían perfectamente a las necesidades y a las dificultades que era es necesario vencer en este género de trabajos.

Con seguridad, en la ejecución de dicho túnel se han empleado métodos del mayor interés, susceptibles de suministrar servicios extraordinarios; pero es necesario que exista la posibilidad de emplear en todas partes estos mismos procedimientos, muy costosos en si mismos y que necesitan la Instalación de un taller completamente excepcional, y podemos añadir también que, a menudo, no se tropieza, en estos trabajos subterráneos con las mismas dificultades que se han encontrado entre Suiza e Italia. Por esta razón queremos dar algunas indicaciones prácticas sobre los procedimientos empleados en la actualidad en la perforación de dos obras que se pueden clasificar con seguridad entre los grandes túneles, aunque no tengan las proporciones del Simplón.

Tenemos, por ejemplo, el túnel de Ricken, en Suiza, cuyo desarrollo lineal no será menor de 8.000 metros, y que ha sido comenzado en Diciembre de 1903. Durante cierto tiempo no se han encontrado dificultades particulares en la perforación de la galería de la base, que se extendía al fin de Marzo de 1907 en una longitud de cerca de 3.700 metros del lado de Kaltbrunn y de 4.150 del lado Wattwill. Se habla trabajado en una parte en el gres calcáreo y en la otra en la marga 6 el gres. Pero bruscamente se encontraron desprendimientos considerables de grisú, por lo menos del lado Norte, y que naturalmente han sorprendido mucho en una obra de este género. Se ha recurrido al método que consiste en inflamar el surtidor del gas combustible y “explosible” a la salida de la roca. La llama obtenida de esta manera ha llegado a alcanzar una longitud de 1,50 metros. Esto tuvo además por resultado elevar la temperatura del frente de trabajo, de tal modo, que todo trabajo tenía que interrumpirse. Es verdad que esta interrupción no duró mucho tiempo. En cierta ocasión los trabajos tuvieron que detenerse por completo á consecuencia de los desprendimientos del gas combustible.



Y como el examen de los terrenos atravesados ha demostrado que no es preciso buscar la explicación da estos desprendimientos de grisú en la proximidad de un yacimiento carbonífero que se hubiera tocado en la perforación do la galería, es una indicación muy importante, respecto a las precauciones que es necesario tomar en el empleo de explosivos para la disgregación de las rocas en los terrenos que no se conocen bien. Es una lección para proveerse de datos y para escoger bien estos explosivos, aun en estos trabajos que parecen tan sencillos de realizar.

Más recientes son los dos casos que enumeramos a continuación.

Una explosión de metano en túnel de San Fernando por debajo de Los Ángeles (California, USA) en 1971 costó la vida de 17 trabajadores (Proctor,1980, 2002). La construcción se detuvo durante 2 años, mientras que el propietario, el contratista y la OSHA decidían cómo proceder de forma segura. Un juicio penal por negligencia y de nuevos pedidos de seguridad del Estado ha dado lugar a procedimientos más estrictos de excavación de túneles en zonas donde los pudieran están presentes hidrocarburos. Por ello, se requieren precauciones especiales y procedimientos especiales.

Otro incidente de mayor gravedad, una explosión de metano, se produjo durante el avance del túnel de investigación de Lötschberg a pesar de las medidas de seguridad adoptadas (Vogel 2000).

2.3. El grisú en la literatura

Hay varios ejemplos en la literatura de ficción de novelas en las que el grisú aparece reflejado de forma importante, lo que refleja la importancia que en la minería de carbón ha tenido el peligro asociado a su presencia.

Se ha escogido a modo de ejemplo dos novelas, una de un autor clásico (Émile Zola) y otra de un contemporáneo (Ken Follet), en las que el grisú se menciona en varias ocasiones y ocupa un lugar importante en el desarrollo de la trama.

2.3.1 Germinal de Émile Zola

Germinal (Zola,1885) es la decimotercera novela de los veinte volúmenes que Émile Zola escribió dentro de la serie Les Rougon-Macquart. Se suele considerar como una de las mejores novelas jamás escritas en francés. La novela es una dura y realista historia sobre una huelga de mineros en el norte de Francia en la década de 1860.

Durante la novela se hace mención al grisú en varios capítulos. Se incluye a continuación algunos fragmentos:

Primera parte: Capítulo IV:



…

-Ven, que te voy a enseñar una cosa -le dijo con acento cariñoso.

Cuando se lo hubo llevado al fondo de la cantera, le señaló una grieta que se veía en la hulla. Escapábase de allí un ruido parecido al que hace el agua cuando rompe a hervir, semejante también al silbido de un pájaro.

-Pon ahí la mano. ¿Sientes el aire? Pues es el grisú.

Esteban quedó sorprendido. ¿No era más que aquello esa cosa terrible y misteriosa que producía hundimientos y voladuras? Catalina se reía, añadiendo que aquella mañana debía haber mucho, cuando tan azuladas estaban las luces.

Tercera parte: Capítulo V

Por lo demás, el joven no pensaba ya en los accidentes posibles; pasaba allí, como sus demás compañeros, el tiempo trabajando y despreciando el peligro. Vivían en medio del grisú, sin sentir siquiera la pesadez que les producía en los párpados. Algunos días, sin embargo, cuando la luz de las linternas se azulaba más que de costumbre, pensaban en él, y arrimaban la cara a la vena para oír el ruidillo que producía el gas, un ruidillo de burbujas de aire bullendo en cada hendidura. …

Cuarta parte: Capítulo VI

…; la temperatura no era demasiado elevada tampoco, y se agradecía más, porque fuera de allí los fríos de diciembre se ensañaban particularmente con los mineros, que carecían de defensa contra él. A medida que el tiempo pasaba, iban desapareciendo de las galerías los gases nocivos, y el grisú había desaparecido por completo. No se notaba allí más que el olor a las maderas viejas en fermentación, un olor muy sutil a éter…

Quinta parte: Capítulo I

Ordinariamente se mostraba muy paternal con sus obreros, aunque muy exigente también. Con ademán autoritario y bruscos modales trataba primero de conquistarlos con buenas palabras; y a menudo se hacía querer, aunque lo que los obreros respetaban en él era al hombre valeroso, que compartía con ellos las rudas fatigas de las minas, y que era siempre el primero cuando ocurría algún accidente peligroso. Dos o tres veces, después de explosiones de grisú, se había hecho bajar al fondo de la mina, atado a unas cuerdas, cuando los más animosos se hacían atrás…

Quinta parte: Capítulo II

…

Lo peor era que, en aquella profunda galería, se unía otra causa a la proximidad del Tartaret para hacer el calor más insoportable. Estaban al lado de una galería de Gastón María, abandonada a causa de una explosión de grisú que, diez años antes,



había incendiado la veta, la cual seguía ardiendo, y estaba aislada por medio de una pared de arcilla, para evitar que se extendiese el desastre. Privado de aire, el fuego debía haberse apagado; pero sin duda corrientes desconocidas lo reavivaban, pues desde hacía diez años la pared de arcilla estaba caldeada como si fuera la pared de un horno; y de tal manera, que al pasar por ella no era posible sufrir el calor, ni mucho menos arrimarse al muro. Precisamente a lo largo de ésta, en una extensión de más de cien metros, se hacía arrastre, a una temperatura de sesenta grados.

…

¿Qué le pasaba aquel día? Jamás se había sentido tan mal. Debía ser efecto de lo enrarecido del aire, porque hasta aquella galería lejana apenas llegaba la ventilación. Se respiraban allí toda clase de vapores que salían del carbón, con un ruidillo como el que produce el agua hirviendo, y en tal abundancia a veces, que las linternas apenas alumbraban; esto sin contar el grisú, en el cual nadie pensaba, a fuerza de respirarlo continuamente. Ella conocía bien aquel aire malo, aquel aire muerto, como dicen los mineros, gas de asfixia en las capas inferiores, gas capaz de dejar muertos a trescientos hombres de un golpe al estallar…

Séptima parte: Capítulo IV

... Sin duda, Zacarías, furioso de no tener bastante claridad para trabajar, había cometido la imprudencia de abrir su linterna, a pesar de las órdenes severísimas en contra dadas por Négrel, en vista de que se habían declarado algunos escapes de grisú. De repente estalló un trueno; una columna de fuego salió por la galería, como si ésta fuese la boca de un cañón cargado de metralla. Todo ardía; el aire se inflamaba como pólvora de un extremo a otro de las galerías. Y aquel torrente de llama arrastró al capataz y a los tres obreros, subió por el pozo, y salió a la superficie en forma de erupción volcánica, que lanzaba piedras y pedazos de madera a grandes distancias. Los grupos de curiosos huyeron despavoridos, y la viuda de Maheu, llevando en brazos a Estrella, a la cual tenía consigo porque no era posible dejarla en casa, echó a correr como loca, sin dirección fija.

Cuando Négrel y los obreros regresaron a la mina, sintieron una cólera terrible, al ver que, en lugar de salvar a unos compañeros, habían perdido a otros. Al cabo de tres horas de esfuerzos sobrehumanos y de peligros indescriptibles, cuando pudieron penetrar en las galerías, comenzó la lúgubre subida de las víctimas. Ni el capataz ni ninguno de los otros tres estaban muertos; pero se hallaban cubiertos de llagas horribles, de quemaduras tan atroces, que, en medio de sus gemidos, pedían a gritos que los acabaran de matar…

…

Pasaron otros tres días. Se habían reanudado los trabajos de salvamento en medio de inauditas dificultades. Por fortuna las galerías no quedaron cegadas a consecuencia de la explosión de grisú; pero estaba el aire de tal modo viciado, que fue necesario montar más ventiladores. Cada veinte minutos se hacía el relevo.



Tanto se avanzaba, que ya no debían separarlos de sus compañeros más que un par de metros a lo sumo. Pero ya trabajaban con la muerte en el corazón, luchando contra la hulla por pura venganza, puesto que habían dejado de oír las señales de aquellos a quienes intentaban salvar. Llevaban doce días de trabajo; quince habían transcurrido desde el de la catástrofe.

…

2.3.2. Un lugar llamado libertad de Ken Follet.

Un lugar llamado libertad (Follet, 1995) es una novela histórica del autor británico Ken Follett ambientada en siglo XVIII. Ser minero del carbón en la Escocia del siglo XVIII significaba servidumbre y sufrimientos. Por eso Mack McAsh se enfrentó a su amo, lo que le obligó a huir, de él y del amor. Para el joven comenzó una odisea, que le llevó a Londres y luego a las colinas de América del Norte, siempre perseguido por la inquina de su antiguo amo. Esta obra, bajo el ropaje de una novela de acción, es también un retrato de las condiciones de vida de la época y una muestra del mejor talento narrativo.

En la primera parte de esta novela se describe las condiciones de vida en las que se desarrollaba la minería de carbón en norte de Escocia. En dos de sus capítulos iniciales se hace mención al grisú, en el séptimo se introduce la figura del encargado de detectarlo y combatirlo, llamado bombero y en el octavo se describe, no sin añadir tintes novelescos, la actuación del bombero en un caso de aparición importante de grisú.

Capitulo 7.

... La galería no era horizontal sino que subía y bajaba siguiendo seguramente las vetas de carbón, pensó Lizzie. Ahora estaba empezando a subir. Jay se detuvo y le señaló con el dedo un lugar situado poco mas adelante en el que un minero estaba haciendo algo con una vela.

-Está comprobando la presencia de grisú —le explicó.

Lizzie le soltó la mano y se sentó en una roca para aliviar un poco la espalda, dolorida de tanto caminar encorvada.

- Está usted bien? —le preguntó Jay.

- Perfectamente. ¿Qué es el grisú?

- Un gas inflamable.

- ¿Inflamable?

- Sí... es el que produce la mayoría de explosiones en las minas de carbón.



A Lizzie le parecía una locura.

-Si es explosivo, ¿por que utiliza una vela?

-Es el único medio de detectar el gas...

El minero estaba levantando lentamente la vela hacia el techo con los ojos clavados en la llama.

- El gas es más ligero que el aire y, por consiguiente se concentra el techo -añadió Jay-. Una pequeña cantidad tiñe de azul la llama de la vela.

- ¿Y que ocurre si la cantidad es grande?

- La explosión nos mata a todos sin remedio.

…

Contemplaron al hombre un momento. El minero avanzaba unos pasos por el túnel, se detenía y repetía la prueba. Lizzie estaba firmemente decidida a disimular su temor. Procurando hablar con naturalidad, preguntó:

- Y si encuentra grisú... ¿qué ocurre? ¿Cómo se elimina?

- Prendiéndole fuego.

Lizzie tragó saliva. La cosa se estaba poniendo cada vez más fea.

- Uno de los mineros es nombrado bombero —explicó Jay—. Creo que en este pozo es McAsh, el joven alborotador. El puesto se transmite generalmente de padre a hijo. El bombero es el experto en gas del pozo. El sabe lo que hay que hacer.

Capítulo 8

El grisú se extendió con aterradora velocidad.

Al principio, el tono azulado sólo se veía cuando acercaban la vela al techo, pero, a los pocos minutos, se observó a unos treinta centímetros por debajo del techo y Mack tuvo que interrumpir la prueba, temiendo prenderle fuego antes de que se evacuara el pozo.

Respiraba entre breves jadeos entrecortados por el miedo. Procuró calmarse y pensar con tranquilidad.

Por regla general, el gas se filtraba poco a poco, pero aquello era distinto. Algo extraño tenía que haber ocurrido. Probablemente, el grisú se había acumulado en una zona ya agotada y sellada y una pared se había agrietado, dando lugar a la rápida filtración del temido gas en las galerías ocupadas.

Donde todos los hombres, mujeres y niños llevaban una vela encendida.



Unas leves trazas ardían sin el menor peligro; una cantidad moderada se encendía, quemando a cualquiera que estuviera cerca; y una gran cantidad estallaba, matando a todo el mundo y destruyendo las galerías.

Mack respiró hondo. Lo más urgente era conseguir que todos abandonaran el pozo a la mayor velocidad posible. Hizo sonar la campanilla mientras contaba hasta doce. Cuando se detuvo, los mineros y las cargadoras ya estaban corriendo por la galería hacia el pozo y las madres instaban a sus hijos a darse prisa.

Mientras todos los demás corrían hacia el pozo, sus dos cargadoras se quedaron... su hermana Esther, tranquila y eficiente, y su prima Annie, fuerte y rápida, pero, al mismo tiempo, torpe e impulsiva. Utilizando sus palas, ambas jóvenes empezaron a cavar en el suelo de la galería una zanja de poca profundidad de una anchura y una longitud aproximadas a las del cuerpo de Mack. Entre tanto, Mack tomó un fardo de hule que colgaba del techo de su Cuarto y corrió hacia la entrada de la galería.

…

Llegó a la boca de la galería cuando los más rezagados ya se estaban acercando a los peldaños. Ahora tenía que eliminar el gas. Y sólo podía hacerlo quemándolo. Tenía que prenderle fuego.

Mala suerte que aquello hubiera ocurrido precisamente aquel día en que celebraba su cumpleaños y tenía previsto marcharse. Ahora se arrepentía de sus recelos y de no haber dejado el valle el domingo por la noche. Pensó que el hecho de esperar un par de días induciría a los Jamisson a creer que se iba a quedar allí y les infundiría una falsa sensación de seguridad. Lamentaba que tuviera que pasar sus últimas horas como minero de carbón, arriesgando su vida para salvar aquel pozo que estaba a punto de abandonar para siempre.

Si no se quemara el grisú, el pozo se cerraría. Y el cierre de un pozo en un pueblo minero era como una cosecha perdida en un pueblo agrícola: la gente se moriría de hambre. …

Llegó a la plataforma y rompió la envoltura impermeable de su fardo. Dentro había una antorcha hecha con palos secos y trapos, un ovillo de cuerda y una versión más grande del candelero hemisférico que utilizaban los mineros, fijada a una base plana de madera para que no pudiera caerse. Mack introdujo la antorcha en el candelero, ató la cuerda a la base y encendió la antorcha con la vela. Allí ardería sin peligro, pues el grisú más ligero que el aire no se podía acumular en el fondo del pozo. Su siguiente tarea sería introducir la antorcha encendida en la galería.

Tardó un momento en bajar al charco de desagüe del fondo del pozo para empaparse la ropa y el cabello de agua helada y protegerse un poco más contra las quemaduras. Después echó a correr por la galería desenrollando el ovillo de cuerda, examinando al mismo tiempo el suelo y retirando las piedras de gran tamaño y otros



objetos que pudieran impedir el avance de la antorcha encendida a través de la galería.

Cuando llegó al lugar donde se encontraban Esther y Annie, vio a la luz de la única vela que había en el suelo que todo estaba a punto. La zanja estaba cavada, Esther había introducido una manta en la zanja de drenaje y ahora envolvió rápidamente con ella a Mack. Temblando, éste se tendió en la zanja sin soltar el extremo de la cuerda. Annie se arrodilló a su lado y, para su sorpresa, le dio un beso en plena boca. Después cubrió la zanja con una pesada tabla y lo dejó encerrado.

Se oyó un chapaleo mientras ambas jóvenes echaban más agua sobre la tabla para protegerlo mejor de las llamas que estaban a punto de producirse. A continuación, una de ellas golpeó la tabla tres veces para indicarle que ya se iban.

Mack contó hasta cien para darles tiempo a salir de la galería.

Acto seguido, con el corazón rebosante de angustia, empezó a tirar de la cuerda para acercar la antorcha encendida al lugar donde él se encontraba, en una galería medio llena de gas explosivo.

…

Mack había utilizado aquel procedimiento en tres ocasiones, pero esta vez la situación era mucho más peligrosa. Las otras veces la concentración de grisú era mucho menor, una lenta filtración y no una repentina acumulación. Su padre había resuelto felizmente muchas fugas de gas, por supuesto y, cuando los sábados por la noche se lavaba delante de la chimenea, él le había visto el cuerpo cubierto de antiguas cicatrices de quemaduras.

Mack se estremeció en el interior de la manta empapada de agua helada. Mientras tiraba de la cuerda atada a la antorcha encendida, trató de calmar sus temores, pensando en Annie. Habían crecido juntos y siempre se habían querido...

Fue inútil: estaba muerto de miedo. Trató de pensar serenamente en la forma en que el gas se movía y acumulaba. Su zanja se encontraba en un punto bajo de la galería, lo cual significaba que allí la concentración tenía que ser menor, pero no existía ningún medio seguro de calcularlo hasta que se encendía. El dolor le daba miedo y sabía que las quemaduras eran un tormento. En realidad, no temía la muerte y tampoco pensaba demasiado en la religión, aunque suponía que Dios tenía que ser misericordioso. Sin embargo, no le apetecía morir en aquel momento. No había hecho nada, ni visto nada, ni estado en ningún sitio. Se había pasado toda la vida siendo un esclavo. «Si sobrevivo a esta noche —se juró a sí mismo—, hoy mismo abandonaré el valle. Le daré un beso a Annie, me despediré de Esther, desafiaré a los Jamisson y me alejaré de aquí con la ayuda de Dios.»

La cantidad de cuerda que le quedaba en las manos le dijo que la antorcha se encontraba a medio camino. El grisú se podía encender en cualquier momento. No



obstante, cabía la posibilidad de que la antorcha no le prendiera fuego. A veces, le había dicho su padre, el gas se desvanecía sin que nadie supiera por qué.

Notó una ligera resistencia en la cuerda y comprendió que la antorcha estaba rozando la curva de la galería. Si mirara, la podría ver. El gas se tiene que encender de un momento a otro, pensó.

De pronto, oyó una voz.

Se llevó un susto tan grande que, al principio, le pareció que estaba viviendo una experiencia sobrenatural, un encuentro con un fantasma o un demonio.

Después se dio cuenta de que no era ni lo uno ni lo otro: estaba oyendo la voz de un niño atemorizado que lloraba y preguntaba:

- ¿Dónde estáis todos?

Se le paró el corazón en el pecho.

Comprendió inmediatamente lo que había ocurrido. Cuando de pequeño trabajaba en la mina solía quedarse dormido en algún momento de su jornada laboral de quince horas. A aquel niño le había ocurrido lo mismo. Estaba durmiendo cuando había sonado la alarma. Después se había despertado, había encontrado la galería desierta y se había asustado.

Tardó sólo una décima de segundo en comprender lo que tenía que hacer.

Apartó la tabla a un lado y salió de la zanja. Bajo la antorcha, vio salir al niño de una galería lateral, frotándose los ojos y llorando. Era Wullie, el hijo de su prima Jen.

- ¡Tío Mack! —exclamó el niño, rebosante de alegría.

Mack corrió hacia él, quitándose la manta mojada que lo envolvía. No había espacio para dos en la zanja. Tendrían que intentar alcanzar el pozo antes de que el gas estallara. Mack envolvió al niño en la manta, diciéndole:

- Hay grisú, Wullie, tenemos que salir enseguida!

Lo levantó del suelo, se lo colocó bajo el brazo y echó a correr.

Mientras se acercaba a la antorcha, deseó con toda su alma que ésta no prendiera en el gas y gritó:

- ¡Todavía no! ¡Todavía no!

Pasó por su lado corriendo.

El niño pesaba muy poco, pero era difícil correr agachado sobre un suelo que en algunos puntos estaba lleno de barro, en otros tenía una gruesa capa de polvo de carbón, era irregular en todas partes y presentaba formaciones rocosas que podían provocar una caída.



Al doblar la curva de la galería, la luz de la antorcha desapareció. Mack corrió en medio de la oscuridad y, a los pocos segundos, se golpeó la cabeza contra la pared y soltó a WulIie. Maldijo por lo bajo y volvió a levantarse.

El niño se puso a llorar. Mack consiguió localizarlo por la voz y lo volvió a recoger. A partir de aquel momento, se vio obligado a avanzar más despacio, tanteando la pared de la galería con la mano. Al final, vio una llama a la entrada de la galería y oyó la voz de Jen:

- ¡Wullie! ¡Wullie!

- ¡Lo tengo yo, Jen! —gritó Mack, pegando una carrerilla—. ¡Vuelve a subir!

Ella no le hizo caso y entró en la galería.

Mack se encontraba a escasos metros del final de la galería y de la salvación.

- ¡Vuelve atrás! —le gritó, pero Jen siguió avanzando.

Chocó con su cuerpo y la levantó con el brazo libre.

Entonces estalló el gas.

Durante una décima de segundo, se oyó un estridente silbido, tras el cual se produjo una violenta y ensordecedora explosión que sacudió toda la tierra. Una fuerza semejante a la de un gigantesco puño golpeó la espalda de Mack y lo levantó del suelo, obligándolo a soltar primero a Wullie y después a Jen. Voló por el aire, sintió una oleada de intenso calor y pensó que iba a morir. Después cayó de cabeza en el agua helada y comprendió que la fuerza de la explosión lo había arrojado al charco de drenaje que había al fondo del pozo.

Y estaba vivo.

Emergió a la superficie y se frotó los ojos.

La plataforma y la escalera de madera estaban ardiendo en algunos puntos y las llamas iluminaban espectralmente la escena a intervalos. Mack localizó a Jen, chapoteando. La agarró y la sacó del agua medio asfixiada.

- ¿Dónde está Wullie? —gritó Jen casi sin aliento.

A lo mejor, había recibido un golpe y estaba inconsciente, pensó Mack. Se desplazó de un extremo a otro del pequeño charco, golpeándose contra la cadena del cubo que había dejado de funcionar. Al final, encontró un objeto flotante que resultó ser Wullie. Empujó al niño hacia la plataforma al lado de su madre y después subió él.

Wullie se incorporó y empezó a escupir agua.

- Gracias a Dios —dijo Jen entre sollozos—. Está vivo.



Mack miró hacia el interior de la galería. Unos vestigios de gas ardían esporádicamente como malos espíritus.

- Vamos a subir —dijo—. Podría haber una segunda explosión.

Levantó a Jen y a Wullie y los empujó hacia la escalera. Jen se echó a Wullie al hombro. Su peso no era nada para una mujer capaz de acarrear un capazo lleno de carbón por aquella escalera veinte veces a lo largo de un turno de quince horas…

…

- ¿De verdad no hay ninguna otra manera de eliminar el grisú? —preguntó Lizzie.

- No —contestó Jay.

- Por supuesto que sí —dijo Mack con la voz entrecortada por el cansancio.

- Ah, ¿sí? —dijo Lizzie—. ¿Cuál?

Mack respiró hondo.

- Construyendo pozos de ventilación para evitar que el gas se acumule. —Volvió a respirar hondo—. A los Jamisson se les ha dicho y repetido hasta la saciedad.

Hubo un murmullo de aprobación entre los mineros.

- Pues entonces, ¿por qué no lo hacen? —preguntó Lizzie, volviéndose hacia Jay.

- Usted no entiende de negocios... y es natural —contestó Jay—. Ningún empresario gasta dinero en un procedimiento caro cuando con otro mas barato puede conseguir los mismos resultados La competencia podría ofrecer precios mas bajos Es una cuestión de política económica.

…

Capitulo 3. Casos recientes de aparición de gas en galerias y túneles en avance mecanico


3. CASOS RECIENTES DE APARICION DE GAS EN GALERÍAS Y TUNELES AVANZADOS CON TOPOS Y TUNELADORAS

3.1. Avance de galería minera con topo en HUNOSA

En la ejecución de una galería de infraestructura en el grupo Modesta de HUNOSA se utilizó un topo WVR-4.7, una tuneladora de doble escudo. La excavación de dicha galería estaba encuadrada dentro de un proyecto general para plantas nuevas del Grupo Modesta, para servir de infraestructura para la explotación entre las cotas -120 y -310 en los Pozos Sotón, María Luisa y Samuño, así como el enlace de estas entre sí y con el plano de extracción de Modesta (Molicie, 1990).

El trazado de la galería tenía una longitud de 6.372 m. dividido en dos tramos: un plano inclinado de 760 m y 15º de pendiente, entre las cotas -120 y -310 m., que se dotaría con cinta transportadora para la evacuación de la producción de las nuevas plantas, y la galería prácticamente horizontal, a la cota -310, de longitud 5.612m, desde la base del plano anterior hasta el pozo Sotón. El diámetro de excavación fue de 4,70 m-

Figura 7. Operaciones de montaje del Topo. (Cortesía de HUNOSA)

En la figura 8 se muestra el trazado de la galería horizontal. Las pendientes se diseñaron de forma que se adecuaran al transporte mediante trenes y favorecieran la circulación de agua en óptimas condiciones.



Figura 8. Trazado en planta de la galería de infraestructura del Grupo Modesta

La elección adoptada para el sistema de avance mediante topo, frente a la tradicional mediante explosivos o la de maquina de ataque puntual, estuvo basada por un lado en criterios económicos, al conseguirse grades ahorros en sostenimiento, conservación futura e incluso la energía para la circulación de la ventilación, que compensaban un mayor coste de excavación, y por otro lado, estratégicos, por acortarse el plazo de ejecución previsto, al conseguirse avances medios muy superiores a la excavación por voladura, lo que permitiría la disponibilidad del yacimiento entre siete meses y un año antes . Además, serviría para adquirir una valiosa experiencia en la excavación con este tipo de maquinas, que permitiera su empleo en labores posteriores. .

El Topo constaba de los siguientes equipos:

Maquina de arranque con rodillos cortantes, integrada en dos escudos telescópicos. El escudo nº 1 alberga la cabeza de corte (27 cortadores) accionada por 4 motores de 132 KW., y velocidad de giro constante de 6,1 rpm. empuje frontal 500 t. El escudo nº 2 lleva el puesto de mando y el erector de cuadros metálicos. La unión entre ambos se establece por medio de diez cilindros hidráulicos.

Tren seguidor desplazable sobre vía de 90 m de longitud, unido al escudo nº 2 mediante puente de conexión, sobre el que se dispone el sistema de transporte para la evacuación de escombros, formado por cinta y vagones. En el tren están situados el resto de dispositivos auxiliares:



o Ventilación soplante, con dos turbinas en cola de 22kW, tubería de ventilación flexible de 900 mm de diámetro, en tramos de 25m., longitud máxima 3 km.

o Captador de polvo para tratar un caudal de 3 m3/s.

o Sistema de climatización, que permite la rebaja de la temperatura en el frente de 10º, para permitir le trabajo en fondo de saco de más de 1000 m.

o Control de Grisú y CO. Mediante dos puntos de medida permanente, de grisú con dispositivo de corte de corriente excepto del de la ventilación principal, y uno de CO sin poder de corte.

o Sistemas de comunicación por medio de red telefónica conectada con el exterior y sistema de transmisión de la información a un ordenador exterior.

o Dos transformadores eléctricos con una potencia total de 630 kVA.

La excavación de la galería se ejecutó entre el 1 de octubre de 1984 y el 5 de enero de 1990. A pesar de que no se alcanzaron los objetivos de plazo y costes, por diversos motivos (coincidencia con otros tajos que provocaron interferencias, topo diseñado como prototipo que necesito modificaciones a lo largo del desarrollo de la obra, aparición de zonas alteradas que provoco “atasques” de la máquina, falta de experiencia de personal) el uso del topo constituyó una positiva experiencia, al servir de escuela de formación de especialistas en temas eléctricos, hidráulicos y mecánicos, además de los propios mineros, al atravesar zona trastornadas, donde fue necesario realizar varias labores de recuperación por encima en condiciones difíciles, y demostrar la posibilidad de excavación mecanizada en terrenos grisuosas en condiciones de seguridad.

En efecto, es de destacar que durante la excavación se produjeron varios episodios de aparición de metano, que son habituales en el avance de excavaciones en terrenos carboníferos cortando varas capas de carbón y carboneros, sin incidentes de importancia que reseñar. La dotación de controles de grisú, CO, temperatura, polvo, caudal de ventilación junto con las disposiciones de seguridad han permitido el avance de mas de 6 Km. sin un solo accidente.

Los resultados obtenidos han servido de referencia para la utilización posterior de tuneladoras en terrenos carboníferos en labores mineras y de obra civil.



3.2. Avance de túneles mediante perforación y voladura

3.2.1. Túnel del Espartal (Málaga)

En la ejecución del Túnel del Espartal, situado en el trazado de la Línea Ferroviaria de Alta Velocidad Córdoba-Málaga, al haberse detectado el 21 de mayo de 2003 una emanación de gas metano en uno de los barrenos perforados en el frente de avance, determinó que la Autoridad Minera resolviera la paralización de las obras (Hevia 2004).

Dadas las características geotécnicas del macizo rocoso, la ejecución de los túneles se había proyectado con perforación y voladura. La ventilación soplante instalada, se ha calculado, por lo que respecta al caudal, de acuerdo con las necesidades exigidas en la vigente reglamentación, tanto para la respiración de las personas presentes en el túnel en el relevo más numeroso, a razón de 40 l/s, como para la dilución de los gases producidos en la voladura y la de los gases emitidos por la maquinaria accionada por motores Diesel. Por lo que se refiere a la velocidad de la corriente de aire, se había considerado adecuada una velocidad de retorno por el túnel de 0,5 m/s.

El día 21 de mayo de 2003, tuvo lugar una deflagración de gas metano, que emanó por uno de los barrenos perforados en la parte inferior de la sección de avance (barreno de zapatera). La emanación tuvo lugar a las 12 h y una hora y media más tarde se realizó la primera medida, obteniéndose 0,8% de metano en la boca del barreno y, pocas horas más tarde, se redujo al 0%, por dilución completa del gas en la atmósfera del túnel. Dicho frente estaba a 151 m de distancia de la boca Sur.

Al haberse producido una emanación de gas metano, el Reglamento General de Normas Básicas de Seguridad Minera y las Instrucciones Técnicas Complementarias que lo desarrollan, obligan a considerar el Túnel del Espartal como una zona asimilada, en cuanto al riesgo de explosión de metano, a una mina de segunda categoría, con nivel de peligrosidad 3.

Con el fin de solicitar la reanudación de los trabajos en condiciones de seguridad adecuadas utilizando maquinaria convencional, la empresa ejecutora de la obras encargó, entre otros, a AITEMÍN la realización de un informe sobre la evaluación del riesgo de explosión de metano en la boca Sur del túnel. Del resultado de dicho informe se desprende que el riesgo de explosión de metano es muy pequeño, y ello con base en los razonamientos siguientes:

1. El incidente del 21 de mayo de 2003 fue de poca magnitud y en posteriores medidas realizadas no se detectó ningún rastro de metano en la atmósfera del túnel.



2. Se trata, pues, de un incidente aislado, ya que no existe constancia de que se haya vuelto a producir ningún otro desprendimiento de gas durante los meses siguientes.

3. La sección del túnel y las condiciones de ventilación del mismo durante la obra, harían que cualquier desprendimiento de gas semejante al ocurrido se diluiría rápidamente en el ambiente, siendo muy improbable la formación de una atmósfera explosiva.

3.2.2. Túnel de Bimenes 2 (Asturias)

Dentro de las obras de construcción de la Vía Rápida para conectar el Corredor del Nalón con la Autovía del Cantábrico, la denominada “Y” de Bimenes se encuentra el Túnel denominado Bimenes 2, bajo la Campa de San Juan. Dentro del proyecto de ejecución por voladura, presentado por la UTE SAN XUAN 2, ante la Dirección General de Minería y Energía del Principado de Asturias, se incluía un anexo para la ejecución de voladura en presencia de metano.

La traza del túnel atraviesa un macizo de Westafaliense, que incluye el paquete Caleras, con alternancia de calizas, areniscas, pizarras y capas de carbón. En el anexo se incluía medidas de seguridad frente a la presencia de metano, en el caso de que sobrepasase la concentración del 0,5%.

Las medidas incluidas en el anexo eran las siguientes:

• Se situará un medidor de metano en el frente de avance con rango de media de 0-100% del LIE del metano con protección ATEX II 2G, conectado a interruptor de corte de tensión en el cuadro general de distribución. Si se sobrepasa el 0,5% en metano (10% del LIE), el interruptor corta la alimentación a todos los equipos eléctricos, del túnel, excepto la ventilación y las comunicaciones.

• Se procede a la parada de los trabajos y se espera hasta que la concentración se sitúe por debajo de 0,5%.

• Antes de la reanudación de los trabajos la persona Responsable de los trabajos, designada por la Dirección facultativa, inspecciona el frente para autorizar la vuelta al frente de avance.

• Para las voladuras en las que el frente de carbón ocupe más del 10% de la superficie o un 20% de los barrenos corten carbón se empleará la modalidad de disparo B de la ITC 10.4.01 DISPOSICIONES ESPECIALES PARA TRABAJOS CON GASES O POLVOS INFLAMABLES O EXPLOSIVOS. No se cargarán los barrenos que corten carbón.



En el acta de la visita de fecha 21 de noviembre de 2006 la Dirección General de Minería del Principado de Asturias estableció los protocolos de seguridad para la prevención de riesgos derivados de la presencia de metano en el frente de avance del Túnel al atravesar terrenos del carbonífero, con antiguos minados, con galería de cabeza situada unos 15 m. por encima del túnel y la de base a unos 35 m. por debajo.

Los protocolos incluían las siguientes medidas:

• En caso de detectar metano durante el avance, los siguientes ciclos de avance irían precedidos de perforaciones de desgasificación de al menos 12 m. de longitud y 3” de diámetro.

• Los ciclos de avance sólo se ejecutarán con una concentración inferior al 0,5%.

• No se permitiría la carga de ningún barreno que corte carbón.

• Se procederá a la inspección del frente del Túnel por persona responsable de los trabajos designada por el Director facultativo.

• Sólo se permitirá el acceso al frente si lo autoriza dicha persona Responsable.

• Se prestará especial atención a la presencia de aguas colgadas. En caso de riesgo se ejecutarán sondeos de reconocimiento en abanico desde la clave del túnel.

Durante el avance del Túnel se produjeron algunos episodios de concentraciones de metano por encima del valor de referencia del 0,5%, sin que hubiera resultado de elles incidentes de especial mención.

El túnel se encuentra aún pendiente de finalización, a la espera de la aprobación de una modificación de proyecto de ejecución, solicitada por la empresa constructora.

3.3. Avance de túneles con tuneladora

3.3.1. Túnel del Aramo.

Dentro del proyecto denominado “Proyecto OR/81 de Mejora del abastecimiento de Agua de Oviedo. Túnel del Aramo. TMM de Morcín y Riosa (Asturias)”, se ejecutaron las labores de excavación de un túnel de 3.745 m. de longitud de 7 m2 de sección.

Para ello se empelo un Topo marca ROBBINS modelo 107-147, de 3,025 m. de diámetro de excavación, que consta de los elementos típicos: cabeza de corte, soporte de la cabeza, el escudo que aloja el soporte de la cabeza, el cuerpo



deslizante principal, que soporta el impulso rotativo de la cabeza de corte y permite la conducción de la máquina, el conjunto de amarre y el soporte trasero.

La energía eléctrica necesaria se recibía por medio de cable eléctrico a una tensión de 5 kV, a un transformador de 500 kVA de potencia de 5/0,525 kV, refrigerado por aire. Teniendo en cuenta la naturaleza de los terrenos a atravesar con posible presencia de grisú, el Servicio de Seguridad Minera del Principado de Asturias, exigió que la instalación eléctrica dispusiera de cofres antideflagrantes y todos los mandos y controles eléctricos en campo dotados de grado de protección de seguridad intrínseca.

También se exigió la instalación de un grisuómetro, con lectura digital del nivel de metano en la atmósfera, con mediciones automáticas constantes y corte de energía con preaviso, en el caso de alcanzar valores previamente fijados.

Figura 9. Foto del topo en el emboquille. Cofres de protección de motores (cortesía de

INBULNES, S.A.)

La construcción de túnel no estuvo exenta de polémica. La ejecución de proyecto se puso en marcha en el año 1981, pero la negativa del Ayuntamiento de Riosa a conceder los permisos preceptivos, por considerar que lesionaba sus intereses de abastecimiento, dio lugar a un contencioso que llegó al Tribunal Supremo. Finalmente el proyecto se acometió en el año 1991 y las obras duraron tres años, finalizando al excavación el 21 de julio de 1993. Las obras fueron ejecutadas por la empresa ENTRECANALES y TÁVORA, S. A.

No consta que se haya producido incidente alguno relacionado con la presencia de metano durante al excavación, finalizando la misma sin



3.3.2. Túnel de Abdalajís

El túnel de Abdalajís, que permite la comunicación mediante AVE entre Córdoba y Málaga, representó un auténtico desafío para los ingenieros. Las dificultades orográficas de la zona, el impacto medioambiental y los acuíferos de la Sierra del Valle de Abdalajís hicieron de este tramo el más difícil del AVE Córdoba-Málaga. (Fernández 2007)

Adicionalmente, se ha presentado un fenómeno que incrementó de forma excepcional las dificultades de avance en estos terrenos: la aparición de metano en grandes concentraciones. Durante la fase de excavación y de forma repentina, surgieron numerosas bolsas de gas (acumulado en estas arcillas), que provocaron la activación inmediata de los detectores de gases y consecuentemente la paralización de todos los equipos eléctricos de la tuneladora. Durante las operaciones de avance realizadas en el túnel Este se produjo una deflagración a causa de una intrusión de metano.

Una vez detectado el fenómeno se procedió a rediseñar todo el sistema de ventilación del túnel a fin de poder trabajar con total seguridad y dentro de la Reglamentación vigente en este campo. Al producirse esta conjunción de problemas en el frente, se generaron numerosas situaciones en las que la tuneladora no podía actuar por corte de fluido eléctrico de forma automática en presencia de metano y, por consiguiente, no se podía actuar sobre el frente de excavación motivando la formación de desprendimientos del terreno de la bóveda.

Presencia de metano

De acuerdo con el Reglamento de Normas Básicas de Seguridad Minera, para labores clasificadas de segunda categoría, la MIE ITC SM 09.0.03 establece que para emplazamientos en fondo de saco con contenido en grisú inferior a 1,0% en volumen, equivalente al 20% del LIE (límite inferior de explosividad), les corresponde un Nivel de Peligrosidad 3. Dado que las mediciones efectuadas en la cabeza de corte daban un 16% del LIE, la Autoridad Minera de la Provincia de Málaga resolvió clasificar las labores de ejecución del túnel como de segunda categoría, según la clasificación establecida en el Reglamento General de Normas Básicas de Seguridad Minera

Como consecuencia de la situación planteada la emperasa ejecutora del túnel se puso entonces en contacto con la Sección de Seguridad Sección de Ensayos de Ventilación de Minas de la empresa Deutsche Montan Tecimologie GmbH (DMT). Se procedió de acuerdo a la metodología que se enumera a continuación:



o Estudio del desprendimiento de gases y de la adecuación del sistema de ventilación.

o Elaboración de propuestas para la mejora de la ventilación.

o Aplicación de las medidas adoptadas.

o Verificación de la idoneidad de las instalaciones renovadas de ventilación, desgasificación y monitorización.

Dado que para que se origine una deflagración por el metano, es necesario que confluyan tres condicionantes: presencia de metano, fuente de ignición y tiempo para provocar la deflagración, y que la presencia de gas no es controlable y la posibilidad de chispa siempre existe, la solución planteada se basó en la dilución más rápida posible del metano en el aire de modo que las concentraciones no puedan alcanzar los límites de peligrosidad.

Capitulo 4. Legislación respecto a atmósferas potencialmente explosivas. Normativa ATEX


4. LEGISLACIÓN RESPECTO A ATMÓSFERAS POTENCIALMENTE EXPLOSIVAS. NORMATIVA ATEX

4.1 Antecedentes históricos

Como antecedentes históricos podemos citar la normativa sobre el grisú de 1946 (Vilela 2006)

En la Legislación de Minas, el Reglamento de 9 de Agosto de 1946, en su Capítulo XII, Art. 83 dice:

“se considerarán divididas las minas de carbón en cuatro categorías, subordinadas a la existencia de grisú:

1ª. Minas sin grisú: Aquellas en que no haya podido reconocerse la presencia de este gas.

2ª. Minas con poco grisú: Aquellas en que este gas esté en proporción menor de 0,3 por 100(tres milésimas) en la corriente general de salida.

3ª. Minas con mucho grisú: Aquellas en que la cantidad de dicho gas es mayor de 0,3 por 100 (tres milésimas) en dichas corrientes generales.

4ª. Minas con desprendimiento súbito de grisú: Se entiende por desprendimiento súbito de grisú la invasión rápida por dicho gas de un frente de trabajo con resquebrajamiento, derrumbamiento o proyección de este frente.

Si el grisú se desprende con regularidad y abundancia, la mina se clasificará como muy grisuosa.

“Cuando el explotador de una mina grisuosa pretenda que ésta sea clasificada como mina sin grisú, deberá solicitarlo... Para la resolución definitiva, la Jefatura de Minas comprobará (después de suprimida la ventilación de la mina durante veinticuatro horas) el contenido de grisú de las distintas labores, sirviéndose de lámparas grisumétricas (Pieter o Chesnau) o aparatos análogos y tomando muestras de aire, que se ensayarán en el laboratorio si los resultados de las pruebas con las lámparas antedichas hubieran sido negativos”.

En cuanto al alumbrado se establecía lo siguiente;

Art. 132. En las minas de carbón con grisú es obligatorio para todo el personal el uso exclusivo de la lámpara de seguridad, y en las minas de primera



categoría, únicamente para los capataces y vigilantes, encargados del reconocimiento.

Las lámparas de seguridad pueden ser de llama o eléctricas, mas en toda Labor de avance y en todo taller de arranque un 10 por 100, por lo menos, será de llama, como mínimo de dos lámparas.

En toda mina de carbón las lámparas de los capataces y vigilantes serán necesariamente de gasolina u otro hidrocarburo volátil, admitido a tal fin por dar llamas reducidas y poco luminosas.

El grueso del alambre de la tela metálica no será menor de 0,3 mm. ni mayor de 0,4.

Sólo se empleará hierro para la confección de dichas telas metálicas, debiendo ser éstas difícilmente fusibles. El uso de las de cobre sólo se permite para las lámparas afectadas al servicio de brújulas.

Para encender las lámparas de bencina o hidrocarburos volátiles, tendrán un mecanismo interior, construido de tal manera que en el momento de prender la llama no se trasmita ésta al exterior.

Los mecanismos encendedores irán firmemente sujetos al cuerpo de la lámpara a fin de que durante la maniobra de encender no pueda desprenderse de su soporte, dando lugar a una comunicación directa del interior de la lámpara con la atmósfera exterior.

Las lámparas estarán provistas de una coraza exterior que cubra las dos telas, que será desmontable para que pueda comprobarse la existencia y estado de las mismas.

Cualquiera que sea el sistema de cierre, todas las lámparas irán precintadas bajo la responsabilidad del explotador de la mina.

Art. 133. Las lámparas de seguridad de llama estarán sujetas a las prescripciones siguientes:

• Todas sus partes deberán tener un ajuste hermético. El juego, en ningún caso, deberá ser mayor de 0,5 mm.

• El vidrio será de buena calidad con bordes tallados en ángulo recto prácticamente irrompibles por la acción de la llama.



• El cierre no será tan apretado que, impidiendo la dilatación del vidrio, éste se quiebre, y será construido de modo que no pueda abrirse sin una herramienta especial.

• Las redes protectoras de tela metálica serán dos; tendrán al menos 144 mallas, de igual tamaño por cm2 la distancia entre sus respectivas tapas no será menor de 3 mm ni mayor de 5, y la separación entre sus paredes estará comprendida entre 7 y 11 mm.

• Si las lámparas llevasen chimenea interior, lo que no releva del empleo de la doble red, aquella irá sostenida por un vástago que se apoye en el depósito de la lámpara y no por un disco de la tela metálica en el borde superior del vidrio.

…

Art.135. Los explotadores entregarán a la Jefatura del Distrito dos muestras de las lámparas que adopten, y aquella remitirá, a su vez, una de ellas a la Comisión del Grisú.

Art 136 En las lámparas de llama podrá emplearse indistintamente el aceite vegetal, la gasolina o sus sucedáneos, siempre que los volátiles estén embebidos por el algodón.

Tanto dichos líquidos como las mechas de las lámparas estarán completamente exentos de agua para evitar que den humo.

Art.137. En toda mina de carbón con grisú, habrá una o más lamparerías en la superficie, según proyecto, que los explotadores presentarán en la Jefatura de Minas, servidas por personal idóneo, y provistas de los medios necesarios para cargar, encender, limpiar, cerrar y reparar las lámparas de seguridad.

Las lamparerías de bencina dispondrán de aparatos de carga automática de lámparas, debiendo estar suficientemente apartados el encendido y la carga para que no exista peligro de incendio.

Se prohíben los puestos para encendido de lámparas en el interior de las minas.

Art.138. Está prohibido terminantemente que los obreros se lleven las lámparas a sus casas En las lamparerías recibirán cada uno la que, por su numeración, le corresponda y la reconocerá, asegurándose de que se halla en perfecto estado y de que está bien cerrada. Si resultase defectuosa, la cambiará por otra. Una vez recibida, responderá de ella. A la salida de la mina la devolverá, cambiándola por su ficha.



El reconocimiento de las lámparas por personal, independiente de la lamparería es obligatorio a la entrada del personal en las minas de tercera y cuarta categoría.

Art.139. El que en la mina con grisú abra o estropee una lámpara o fume, encienda cerillas o, por otro medio, produzca llama o chispas intencionadamente, se considerará como autor de una imprudencia temeraria

Art.140. En caso de apagarse una lámpara en una galería en fondo de saco, sólo se podrá hacer uso del encendedor en una corriente de aire que se presuma limpia, retirándose del sitio en que se haya apagado, y cerca del suelo, donde no se oiga ningún escape de grisú.

Art.141. En cada sección de una mina habrá una cantidad suficiente de lámparas de reserva igual, igual por lo menos, al 5 por 100 de las que halla en servicio, y los encargados tomarán nota del número de lámparas recogidas de los cambios que durante el relevo se hagan.

Art. 142. Todo obrero tiene que observar su lámpara durante el trabajo; si ésta se estropea, la apagará bajando la mecha, no soplando, y dará cuenta de la avería al vigilante al ir a cambiarla. Se prohíbe colocar las lámparas enfrente de las tuberías de ventilación y de aire comprimido, aún estando apagadas.

Art. 143. En las lamparerías habrá, en sitio bien visible, un cartel impreso en letras de tamaño fácilmente legibles, con copia de las prescripciones e instrucciones que deben conocer los obreros, relativas al manejo de las lámparas. j

4.2. Industria en general

4.2.1. Aplicación de la Directiva del Parlamento Europeo y del Consejo 94/9/CE

Puesto que el desarrollo de trabajos en atmósferas potencialmente explosivas está íntimamente ligado al uso de sistemas de protección y equipos antideflagrantes, cabe destacar como normativa de referencia en cuanto a la fabricación y utilización de este tipo de aparatos, la Directiva 94/9/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 23 de marzo de 1994 y su transposición al Derecho español mediante el Real Decreto 400/1996 de 1 de marzo de 1996. Esta normativa define los requisitos esenciales que deben respetar los aparatos y sistemas de protección para uso en atmósferas explosivas y se trata, en general, de especificaciones de tipo eléctrico



que influyen en el diseño, la fabricación y los ensayos del material utilizable para este fin.

Los equipos que se instalan en lugares donde se pueden formar atmósferas explosivas deben cumplir una serie de requisitos y estar marcados conforme a las disposiciones dictadas por el citado RD 400/1996.

Este establece en su artículo 1.4 dos grupos diferenciados:

• GRUPO I. que corresponde a aparatos y sistemas de protección para minería subterránea o zonas superficiales de las minas en las que pueda presentarse mezclas explosivas de gases y polvos.

• GRUPO II. Para el resto de instalaciones con presencia de atmósfera explosiva.

En el anexo I se describen las categorías de aparatos que definen los niveles de protección exigidos. En función del nivel de seguridad se establecen dos categorías de material para el Grupo I (M1 y M2) y tres para el grupo II (1,2 y 3).

Las categorías M1 y 1 permiten el funcionamiento en presencia de una atmósfera explosiva. Para la categoría M2 en caso de que haya signos de una atmósfera potencialmente explosiva, deberá poderse cortar la alimentación energética de estos aparatos.

La categoría 2 comprende los aparatos diseñados para poder funcionar en las condiciones prácticas fijadas por el fabricante y asegurar un alto nivel de protección. Los aparatos de esta categoría están destinados a utilizarse en un ambiente en el que sea probable la formación de atmósferas explosivas debidas a gases, vapores, nieblas o polvo en suspensión.

La categoría 3 comprende los aparatos diseñados para poder funcionar en las condiciones prácticas fijadas por el fabricante y asegurar un nivel normal de protección.

Los aparatos de esta categoría están destinados a utilizarse en un ambiente en el que sea poco probable la formación de atmósferas explosivas debidas a gases, vapores, nieblas o polvo en suspensión y en que, con arreglo a toda probabilidad, su formación sea infrecuente y su presencia sea de corta duración.

Los aparatos de esta categoría asegurarán el nivel de protección requerido durante su funcionamiento normal. Los aparatos incluidos en esta categoría de conformidad deberán cumplir los requisitos complementarios mencionados en el apartado II. 4 del anexo II.



…

En el anexo II se establecen los Requisitos esenciales sobre seguridad y salud relativos al diseño y fabricación de aparatos y sistemas de protección para uso en atmósferas potencialmente explosivas.

…

4. Requisitos aplicables a los aparatos de la categoría 3 del grupo II.

1. Atmósferas explosivas debidas a la presencia de gases, vapores o nieblas.

a. Los aparatos deberán diseñarse y fabricarse de manera que se eviten los focos de ignición previsibles en caso de funcionamiento normal.

b. Las temperaturas de superficie que aparezcan no deberán superar, en las condiciones de funcionamiento previstas, las temperaturas máximas de superficie indicadas. Sólo será tolerable superar dichas temperaturas, de manera excepcional, cuando el fabricante adopte medidas complementarias de protección especiales.

4.2.2. REAL DECRETO 681/2003

El REAL DECRETO 681/2003, de 12 de junio, sobre la protección de la salud y la seguridad de los trabajadores expuestos a los riesgos derivados de atmósferas explosivas en el lugar de trabajo, que transpone la Directiva 1999/92/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 16 de diciembre de 1999, relativa a las disposiciones mínimas para la mejora de la protección de la salud y la seguridad de los trabajadores expuestos a los riesgos derivados de atmósferas explosivas, establece las disposiciones específicas mínimas en este ámbito.

Artículo 7. Áreas en las que pueden formarse atmósferas explosivas.

1. El empresario deberá clasificar en zonas, con arreglo al anexo I, las áreas en las que pueden formarse atmósferas explosivas.

2. El empresario deberá garantizar, en las áreas a que se refiere el apartado 1, la aplicación de las disposiciones mínimas establecidas en el anexo II.

….

Artículo 8. Documento de protección contra explosiones

En cumplimiento de las obligaciones establecidas en el artículo 4, el empresario se encargará de que se elabore y mantenga actualizado un documento, denominado en adelante documento de protección contra



explosiones. Dicho documento de protección contra explosiones deberá reflejar, en concreto:

• Que se han determinado y evaluado los riesgos de explosión.

• Que se tomarán las medidas adecuadas para lograr los objetivos de este real decreto.

• Las áreas que han sido clasificadas en zonas de conformidad con el anexo I.

• Las áreas en que se aplicarán los requisitos mínimos establecidos en el anexo II.

• Que el lugar y los equipos de trabajo, incluidos los sistemas de alerta, están diseñados y se utilizan y mantienen teniendo debidamente en cuenta la seguridad.

• Que se han adoptado las medidas necesarias, de conformidad con el Real Decreto 1215/1997, para que los equipos de trabajo se utilicen en condiciones seguras.

El documento de protección contra explosiones se elaborará antes de que comience el trabajo y se revisará siempre que se efectúen modificaciones, ampliaciones o transformaciones importantes en el lugar de trabajo, en los equipos de trabajo o en la organización del trabajo. El documento de protección contra explosiones formará parte de la documentación a que se refiere el artículo 23 de la Ley de Prevención de Riesgos Laborales, y podrá constituir un documento específico o integrarse total o parcialmente con la documentación general sobre la evaluación de los riesgos y las medidas de protección y prevención.

En el anexo I se establece la Clasificación de las áreas en las que pueden formarse atmósferas explosivas

Clasificación de las áreas de riesgo.

Las áreas de riesgo se clasificarán en zonas teniendo en cuenta la frecuencia con que se produzcan atmósferas explosivas y su duración. De esta clasificación dependerá el alcance de las medidas que deban adoptarse de acuerdo con el apartado A del anexo II. A efectos de esta clasificación, se entenderá por condiciones normales de explotación la utilización de las instalaciones de acuerdo con sus especificaciones técnicas de funcionamiento.



• Zona 0: Área de trabajo en la que una atmósfera explosiva consistente en una mezcla con aire de sustancias inflamables en forma de gas, vapor o niebla está presente de modo permanente, o por un período de tiempo prolongado, o con frecuencia.

• Zona 1: Área de trabajo en la que es probable, en condiciones normales de explotación, la formación ocasional de una atmósfera explosiva consistente en una mezcla con aire de sustancias inflamables en forma de gas, vapor o niebla.

• Zona 2: Área de trabajo en la que no es probable, en condiciones normales de explotación, la formación de una atmósfera explosiva consistente en una mezcla con aire de sustancias inflamables en forma de gas, vapor o niebla o en la que, en caso de formarse, dicha atmósfera explosiva sólo permanece durante breves períodos de tiempo.

• Zona 20: Área de trabajo en la que una atmósfera explosiva en forma de nube de polvo combustible en el aire está presente de forma permanente, o por un período de tiempo prolongado, o con frecuencia.

• Zona 21: Área de trabajo en la que es probable la formación ocasional, en condiciones normales de explotación, de una atmósfera explosiva en forma de nube de polvo combustible en el aire.

• Zona 22. Área de trabajo en la que no es probable, en condiciones normales de explotación, la formación de una atmósfera explosiva en forma de nube de polvo combustible en el aire o en la que, en caso de formarse, dicha atmósfera explosiva sólo permanece durante un breve período de tiempo.

GASES, VAPORES Y NIEBLAS

POLVOS PRESENCIA ATEX

CONDICIONES NORMALES EXPLOTACIÓN

ZONA 0 ZONA 20 PERMANENTE FRECUENTE

ZONA 1 ZONA 21 OCASIONAL

ZONA 2 ZONA 22 POCO PROBABLE DURACIÓN BREVE



En el anexo I se incluyen las Disposiciones mínimas destinadas a mejorar la seguridad y la protección de la salud de los trabajadores potencialmente expuestos a atmósferas explosivas los Criterios para la elección de los aparatos y sistema de protección.

a) Documento de protección contra explosiones.

• Disposiciones mínimas de seguridad

medidas organizativas

formación e información

instrucciones por escrito

permisos de trabajo

protocolos de actuación

B) elección de aparatos-modos de protección medidas de prevención contra explosiones

equipos con modo de protección

detección de ATEX

alarmas ópticas y acústicas

parada y desconexiones seguras

evacuación

verificación de sistemas-mantenimiento

Siempre que en el documento de protección contra explosiones basado en una evaluación de los riesgos no se disponga otra cosa, en todas las áreas en que puedan formarse atmósferas explosivas deberán utilizarse aparatos y sistemas de protección con arreglo a las categorías fijadas en el Real Decreto 400/1996, de 1 de marzo, por el que se dictan las disposiciones de aplicación de la Directiva del Parlamento Europeo y del Consejo 94/9/CE, relativa a los aparatos y sistemas de protección para uso en atmósferas potencialmente explosivas.

Concretamente, en las zonas indicadas se deberán utilizar las siguientes categorías de aparatos, siempre que resulten adecuados para gases, vapores o nieblas inflamables, o polvos combustibles, según corresponda:



GASES

VAPORES Y NIEBLAS

POLVOS CATEGORÍA DE LOS

APARATOS

ZONA 0 ZONA 20 CATEGORÍA 1 (M1)

ZONA 1 ZONA 21 CATEGORÍAS 1 ó 2

(M1 ó M2)

ZONA 2 ZONA 22 CATEGORÍAS 1, 2 ó 3

En el anexo III se establece la señalización de zonas de riesgo de atmósferas explosivas conforme al apartado 3 del artículo 7

En cuanto al marcado

La norma EN UNE 50014 establece los grupos de gases

GRUPO I METANO (GRISÚ)

GRUPO II A METANO, BUTANO, BENZOL,…

GRUPO II B ETILENO, BUTADIENO,…

GRUPO II C HIDRÓGENO, ACETILENO,…

La temperatura superficial



El marcado: los equipos con protección ATEX deberán llevar una marca del tipo

Y el sistema básico de prevención que deben llevar

Figura 10. Dispositivo básico de prevención de explosiones

4.2. Minería del carbón

La normativa existente relativa a la presencia de gases combustibles en Minería se incluye en el Reglamento de Normas Básicas de Seguridad Minera y a las ITC que lo desarrollan. En concreto, el capítulo V de las ITC está dedicado íntegramente a “minas subterráneas de carbón y labores con riesgo de explosión”. La ITC



05.0.02 fija las concentraciones límite (volumétricas) de metano y anhídrido de carbono de la siguiente manera:

• 0,80 % en los retornos de aire considerados principales

• 1,50 % en las restantes labores, salvo en los retornos de los talleres electrificados que se limita al 1,00 %

En el caso de existir control automático permanente de la concentración de grisú, los límites anteriores podrían ser modificados por la autoridad competente como sigue:

• 1,00 % en los retornos de aire principales

• 1,50 % en los retornos de talleres electrificados

Asimismo, la instrucción señala que, en caso de llegar a alcanzar los valores anteriores, se deberá observar la tendencia de esta acumulación. Si el contenido sobrepasa el 2,50 %, la labor será abandonada por el personal.

Por otra parte, y puesto que el desarrollo de trabajos en atmósferas potencialmente explosivas está íntimamente ligado al uso de sistemas de protección y equipos antideflagrantes, es de aplicación la normativa ya señalada en el capitulo anterior.



4.3. Excavación de túneles

El RGNBSM establece en su artículo 1:

El presente reglamento básico establece las reglas Generales mínimas de seguridad a que se sujetaran las explotaciones de minas, canteras, salinas marítimas, aguas subterráneas, recursos geotérmicos, depósitos subterráneos naturales o artificiales, sondeos, excavaciones a cielo abierto o subterráneas, siempre que en cualquiera de los trabajos citados se requiera la aplicación de técnica minera o el uso de explosivos, y los establecimientos de beneficios de recursos geológicos en General, en los que se apliquen técnicas mineras.

A falta de una reglamentación especifica, o de rango superior, es ésta la que se aplica a la construcción de Túneles y así ha sido en el caso que nos ocupa para el túnel de Pajares.

Por otra parte, y puesto que el desarrollo de trabajos en atmósferas potencialmente explosivas está íntimamente ligado al uso de sistemas de protección y equipos antideflagrantes, es de aplicación la normativa ya señalada en el capitulo de atmósferas explosivas.

La reglamentación citada es pues la que sirve de referencia a los proyectistas de túneles de infraestructuras de transporte terrestre para la elaboración de los estudios de seguridad y salud, en aquellos casos en que es previsible la aparición de gases deflagrantes en el macizo a excavar.

Capitulo 5. Predicción del desprendimiento de gas durante el avance de galerías y túneles


5. PREDICCIÓN DEL DESPRENDIMIENTO DE GAS DURANTE EL AVANCE DE GALERÍAS Y TÚNELES Como solución técnica a la explotación de capas potentes de carbón muy inclinadas, a finales de los años 80 del siglo XX comenzó a utilizarse en las minas de la Cuenca Central Asturiana el método de explotación denominado método de subniveles horizontales con sutiraje y hundimiento. Puesto que en él todas las labores de arranque se efectúan en fondo de saco con ventilación secundaria, fue de gran importancia desarrollar modelos de predicción del desprendimiento de grisú para utilizar en los cálculos de ventilación.

Determinado el desprendimiento de grisú, es posible diseñar la ventilación de las explotaciones, para evitar que se produzcan paradas de la producción que producen los equipos de detección y control, como consecuencia de acumulaciones peligrosas de metano en los talleres de arranque.

Además de los modelos de desprendimiento de grisú, se han desarrollado otros que modelizan el comportamiento del grisú en el seno de la corriente de ventilación. Así Toraño (2009) ha utilizado un modelo numérico CFD (Computational Fluid Dinamics) para el estudio en detalle de la dilución del gas en la corriente de ventilación.

5.1. METODOS PARTICULARES MEDIANTE DETERMINACION DEL DESPRENDIMIENTO ESPECÍFICO1

El desprendimiento específico S de un taller, de un cuartel o de una mina es un valor medio que se refiere a una determinada marcha de régimen de producción (Luque, 1988).

En efecto, para una mina que tiene una determinada extensión abierta, el valor más característico es el caudal de grisú, qCH4 (l/min) que desprende. Este caudal es muy regular y depende muy poco de los ciclos de explotación. Incluso si ésta se detiene varios días, el valor de q apenas disminuye.

Si el caudal de aire que lo diluye Q es también regular, los valores de contenido en metano c seguirán la misma tendencia y serán regulares. Sin embargo si Q varía, como ocurre por ejemplo en un taller vertical en el que se producen frecuentes obstáculos al paso de la ventilación, los valores de c también varían.



Afortunadamente en un taller vertical el grisú asciende y puede diluirse en un gran volumen de aire contenido en el taller, que puede valer por ejemplo 500 a 1000 m3 y que actúa como amortiguador, con lo cual la curva de elevación del contenido tiene una pendiente suave.

Volviendo al parámetro S. para un cierto régimen de producción y extensión de la mina, depende de) valor de la producción diaria.

Figura 11. Gráfica de desprendimiento especifico frente a la producción

En los días de descanso, S tiende a infinito, y en determinadas zonas de la curva, se cumple que S * P = constante (es decir, el desprendimiento de grisú es aproximadamente constante). A partir de una determinada producción, el valor de S se estabiliza.

5.1.1. Caso de minas que se encuentran en actividad

Este caso, si es Q m3/s el caudal de aire que recorre una determinada zona, c (%) el contenido diario en CH4 y P la producción diaria en tb obtenida en esa zona:

S (m3CH4/tb) = Pi

MCQ

**8,0)95(**864

Donde:

i es un coeficiente de irregularidad, que se determina por el cociente

ÇCM )95(



CM(95) es el valor máximo de las concentraciones que no es superado por el 95% de los valores medios diarios.

ç, es la medida de los valores medios diarios

Figura 12. Grafica del coeficiente de irregularidad

El coeficiente i vale aproximadamente:

• Talleres mecanizados con cepillo: 1,6.

• Talleres semihorizontales con rozadora: 1,8.

• Talleres verticales: Es muy variable, pues está condicionado a las modificaciones de la ventilación producidas por posición del relleno, entradas de aire y otros. En este caso tiene poco significado, y debe tomarse cuanto menos entre 2 y 3. Es más conveniente considerar el desprendimiento de grisú en lCH4/min.

• Cuarteles (con retorno de más de 3 talleres): 1,4.

• General de la mina: 1,3.

La determinación de “c”, “i” y en consecuencia “S” puede realizarse mediante una campaña de medidas con empleo de grisúmetros registradores. Para el escrutinio de



los datos, pueden utilizarse programas sencillos de ordenador, con digitalización previa de los registros en papel, como por ejemplo el descrito en el Tomo IV de los Documentos Técnicos de HUNOSA y titulado: Aplicaciones del miniordenador a la gestión de Seguridad en las minas.

5.1.2. Caso en el que existen explotaciones próximas de similares características

Pueden tomarse valores similares de desprendimiento específico a los de las minas próximas efectuando una corrección por diferencia de profundidad del orden de 1 m3CH4/tb por cada 50 m de aumento.

(Sólo como un valor aproximado. Existe una profundidad critica, del orden de 300-400 m, a la cual el gradiente de C es elevado y el orden de 1 m3 CH4/tb cada 30 m de profundidad. Después se estabiliza e incluso, a gran profundidad puede disminuir. Para información detallada sobre este tema, consultar al LOM o a especialistas).

5.2. Avance de guías en capas verticales (subniveles con sutiraje)

Para estas explotaciones Paulino Garrido Moreno desarrolló un modelo de desprendimiento (Garrido, 1996). Los modelos de previsión del desprendimiento de grisú definen una zona de Influencia alrededor de la explotación y el grado de desgasificación de las capas incluidas en esa zona de influencia.

El modelo se puede aplicar tanto al avance de galerías (Figura 13, izquierda) como al arranque y sutiraje en retirada.

Para llegar a determinar la zona influenciada por una explotación por subniveles horizontales, por un lado, se necesita realizar mediciones en mina y, por otro lado, modelizar numéricamente el comportamiento geomecánico del macizo rocoso.

Figura 13. Modelos de desprendimiento de grisú en galerías en capas de carbón inclinadas



El desarrollo del modelo de previsión requiera determinar, tanto durante la fase de avance del subnivel, como durante la explotación de la llave de carbón, de los siguientes parámetros:

• Concentración de grisú en el carbón

• Caudal de grisú en la corriente de ventilación

• Cenizas y producción

• Módulo presiométrico

• Convergencias

• Variaciones de tensiones

Posteriormente, con el fin de conseguir un conocimiento más preciso de la zona influenciada, tanto durante la fase de avance como durante el sutiraje, se realizó la modelización numérica del macizo rocoso, empleando un programa de diferencias finitas.

A partir de los resultados obtenidos de las mediciones en mina y en la modelización numérica, se pueden definir los dos elementos que caracterizan un modelo de previsión del desprendimiento de grisú, que son:

o La zona influenciada.

o El grado de desgasificación de las capas influenciadas, que es la relación entre las concentraciones final e inicial de gas en capa.

Estableciendo ciertas hipótesis se llega a los modelos de previsión del desprendimiento durante el avance y el sutiraje del subnivel, que se muestran así en los apartados siguientes.

5.2.1. Modelo de desprendimiento en avance

El grisú que se desprende hacia una labor minera es la suma del grisú procedente del carbón arrancado más el gas que proviene de las capas adyacentes, incluidas en la zona de influencia Gzi. Puesto que el grisú del carbón arrancado se conoce fácilmente, para estimar el desprendimiento de grisú, se parte de la determinación del grisú procedente de la zona influenciada por la apertura del subnivel, el cual se calcula a partir de la expresión:

∑=

+=n

jjjcjdCDzi CgmCMKG

1)***(



Siendo:

KD, Constante, función de la irregularidad de la capa en cuanto a potencia, cenizas, densidad, concentración de grisú, etc.

Cd: Diferencia entre la concentración inicial y la concentración residual de la capa explotada (m3/tp).

n: Número de capas adyacentes dentro del área (6.Re) afectada por la explotación.

Cij: Concentraciones iniciales de las capas y carboneros adyacentes (m3/tp).

gj: Grado de desgasificación de los carboneros y capas adyacentes, dado por la curva de desgasificación de hastiales en la apertura del subnivel.

Figura 14. Curva de desgasificación de hastiales

Mc: Masa de carbón influenciada por la apertura del subnivel tanto en la llave como en la solera (tp).

)100

1)(**( ecc

ClpM −= ρ

donde:

pc Potencia de la capa (m).

ρ : Densidad del carbón (t/m3).

Ce: Contenido en cenizas de la capa (%).

l: Longitud afectada por la apertura del subnivel (m).

mcj: Masa de carbón influenciada por la apertura del subnivel, perteneciente a las capas y carboneros incluidos en la zona de influencia (tp).



)100

1(*** jjjjcj

Celpm −= ρ

donde:

pj: Potencia de la capa o carbonero (m).

jρ : Densidad de la capa o carbonero (t/m3).

Cej: Contenido en cenizas de la capa o carbonero (%).

lj: Longitud de la capa incluida en la zona de influencia (m).

Por otro lado, el grisú proveniente del carbón arrancado que se desprende en la labor es:

Gca = P * (Cj - Ct )

donde:

P: Producción pura por metro de avance (tp/m).

Cj: Concentración de grisú del carbón arrancado (m3/tp).

Ct: Concentración de grisú del carbón transportado (m3ltp).

El grisú total desprendido es:

Gt = Gca + Gzi

Por lo que el desprendimiento específico será:

S = Gt/P * f

Siendo:

f: coeficiente que considera los períodos improductivos (fines de semana, arranque a un solo relevo) en los que no hay producción, pero se sigue desprendiendo grisú. Para arranque a dos relevos, se ha considerado que el periodo improductivo es únicamente el fin de semana, por lo que el valor de este coeficiente es 7/5, mientras que para arranque a un solo relevo, es como si se trabajará únicamente 3 días a la semana, por lo que el valor de este coeficiente es 7/3.

De forma análoga se desarróllale modelo durante la fase de sutiraje.

Una vez desarrollado el modelo de previsión, fue aplicado en varias capas de la empresa Mina La Camocha S.A. El análisis de las desviaciones entre los valores estimados y los medidos, dio como resultado que en la mayoría de los casos serán



inferiores al 20%, desviación generalmente admitida para este tipo de modelos de previsión del desprendimiento, siendo superiores únicamente en los casos en que el desprendimiento específico era muy bajo. En esos casos, los errores en la determinación del desprendimiento real son importantes y, por tanto, esos resultados son poco fiables.

De este modo de dispone de una herramienta que permite estimar, con fiabilidad y sencillez, el desprendimiento de grisú en las explotaciones por subniveles horizontales con sutiraje en función de la geometría de la explotación y de parámetros fácilmente calculables como la concentración de grisú en capa, el contenido en cenizas y la densidad del carbón, tanto de la capa explotada como de las capas adyacentes.

A partir de la previsión del desprendimiento de grisú, es posible dimensionar el caudal de aire necesario para ventilar la explotación considerada.

5.3. Avance de guías en capas inclinadas (cámaras y pilares)

En la misma dirección, Toraño y Rodríguez (Toraño, 1996) se basaron en este modelo y desarrollaron uno para el caso de la explotación por cámaras y pilares de una capa potente de moderada pendiente. La diferencia fundamental con el modelo original fue la definición de la zona de influencia. A partir de medidas de tensiones en los pilares de carbón se comprobó que dicha zona era menor que en el caso del sutiraje (Figura 13, derecha).

Este problema tipo está basado en la experiencia con minadores en minas de carbón donde los condicionantes fundamentales eran la presencia de metano y polvo de carbón.

La cantidad de metano que entra en la labor se determina mediante un balance en el que se tiene en cuenta el grisú desprendido del carbón arrancado, y el grisú desprendido de la zona de influencia. Este modelo teórico de predicción se desarrolló a partir de medidas de caudales y concentraciones de grisú en mina comprobándose su validez.



SONDEO 2

02

468

1012

0 2 4 6 8 10 12

Profundidad (m)

Con

cent

raci

ón (m

3/tp

)

Figura 15. Curva de concentración de metano en sondeos

La producción pura arrancada por m de avance es:

)1(** aCSP −= ρ en tb/m

Donde: S es la sección del avance.

ρ la densidad del carbón en tb/m3.

Ca el contenido en cenizas del todo uno en avance

El grisú que se desprende del carbón arrancado es:

Vg1 = P * (cr – ct) en m3/m

donde: cr concentración residual de grisú en capa m3/tb.

ct concentración residual de grisú en el transporte m3/tb.

Ahora bien, este no es el único volumen de grisú que entra en la labor ya que hay una zona próxima a la galería que también se desgasifica. La zona de influencia alcanza los x m dentro del macizo rocoso a cada lado de la galería luego la zona influenciada es de 2x y la masa de carbón influenciada es:

)1(***2 ci CpotrM −= Mi en (tp/m)

donde: r es el radio zona de influencia dentro del macizo rocoso a cada lado de la galería.

pot la potencia de la capa

Cc el contenido en cenizas del carbón de la capa.



y teniendo en cuenta la concentración residual en la zona desgasificada, se tiene un volumen de grisú de:

Vg2 = Mi * (ci - cr) (m3/m)

Donde: ci concentración inicial de grisú en capa m3/tb.

cr concentración residual de grisú en capa m3/tb.

El gas no se desprende de forma uniforme luego se supone un coeficiente de irregularidad, Kirr que se estima a partir de medidas.

Vg =Kirr * (Vg1 + Vg2) en m3/m

Como el avance es continuo, se puede hacer un promedio del desprendimiento para un día y así obtener un valor instantáneo. Para un avance medio de A (m/día), el caudal de grisú que recoge la ventilación es:

3600*24* AV

q g= en (m3/s)

Si el aire que llega a la labor llega con el ci % de grisú, y el valor máximo admitido es del 1.5%, el caudal de aire de ventilación necesario en el frente será:

icqQ−

=5,1

en (m3/s)

5.4. Avance de galerías mineras con topos

De forma similar R. Rodríguez y J. Toraño lo aplican para el cálculo de la ventilación en el avance con topo (máquina TBM) de una galería general de transporte en una mina de carbón (HUNOSA).

En varios tramos, la galería ha de cortar varios carboneros de cómo máximo 1 m de potencia (normalmente inferior a 1 m). De ellos se sabe, por estudios en plantas superiores, el contenido en cenizas y la concentración inicial en capa, la concentración residual en capa y la concentración residual en el transporte. A partir de estos datos se estima el desprendimiento específico de grisú.

La producción de carbón pura arrancada por m de avance cuando se corta el carbonero es:

P = pot* S * ρ * (1- Ca) en tb/ m

donde: S es la sección del avance, π *r2. (r es el radio de la galería)




Ca el contenido en cenizas del carbonero.

El grisú que se desprende del carbón arrancado es:

Vg1 = P * (ci – ct) (m3/m)


ct concentración residual de grisú en el transporte m3/tb.

Ahora bien, este no es el único volumen de grisú que entra en la labor ya que hay una zona próxima a la galería que también se desgasifica. Se supone que la zona de influencia alcanza el doble del radio de la galería, r luego la zona influenciada es de 2r y la masa de carbón influenciada es:

Mi = pot * ρ * (4 r2 – r2) * ρ * (1 – Cc) (tp)

Donde: pot la potencia del carbonero.

r es el radio de la galería.


Cc el contenido en cenizas del carbón de la capa.

y teniendo en cuenta la concentración residual en la zona desgasificada, se tiene un volumen de grisú de:

Vg2 = Mi * (ci - cr) en (m3/m)


cr concentración residual de grisú en capa m3/tb.

El volumen total de grísú desprendido teniendo en cuenta el coeficiente de irregularidad, Kirr que se estima a partir de medidas.

Vg =Kirr * (Vg1 + Vg2) en (m3/m)

Como se despendería en pot (h), el caudal de grisú que recoge la ventilación es:

3600*potV

q g= en (m3/s)

Si el aire que llega a la labor llega con el ci % de grisú, y el valor máximo admitido es del 1,5%, el caudal de aire de ventilación necesario en el frente será:



icqQ−

=5,1

(m3/s)

5.5. Avance de túneles mediante tuneladora

En este caso se presenta el análisis de las tuneladoras de Pajares con anterioridad al comienzo de su trabajo, realizado también por R. Rodríguez y J. Toraño (Toraño 2006). Se contemplaba la posibilidad de cortar capas de carbón o carboneros, sin tener información sobre el posible desprendimiento específico de metano.

El problema planteado es diseñar el sistema de ventilación necesario. El diámetro de excavación supuesto es 9,50 m.

El desprendimiento específico de grisú depende de los yacimientos y dentro de un mismo yacimiento de las capas. Trabajamos con dos hipótesis basadas en los casos mineros estudiados anteriormente un desprendimiento bajo, de 5.5 m3/tb y un desprendimiento alto, de 29 m3/tb. En ambos los casos es aconsejable ir con velocidades de avance mucho más moderadas que en condiciones normales cuando sólo se excave roca.

Suponiendo que se atreviese una zona con carboneros y limitando en esta zona el avance instantáneo a 1,0 m/h, la producción máxima sería:

P = π * (9,5/2)2 * 1,6= 113 tb

el desprendimiento instantáneo de grisú serie en los dos casos:

Vinf=5,5 * 113= 621 m3

Vsup = 29 * 113= 3.277 m3

Como se desprende en 1 hora, el caudal de grisú que recoge la ventilación estaría entre:

3600621

inf =q = 0,175 m3/s

36003277

sup =q = 0,910 m3/s

Si el aire que llega a la labor es limpio (0% de grisú) y el valor máximo admitido en el retorno por el túnel es del 1,5%, el caudal de aire necesario en el frente será en los dos casos:

05,1172,0

inf −=Q = 11,5 m3



05,1910,0

sup −=Q = 60,6 m3

En general el caudal de aire en el túnel es muy superior a 11,5 m3/s (en el entorno de 45 m3/s) por lo que en eses condiciones no debería haber problemas con el gas. Ahora bien, el segundo valor, supone que en esa caso se tendría que avanzar a un ritmo bajo y que es posible que se tuviera que detener la máquina en alguna ocasión (entrada de gas al túnel no tan constante como se ha supuesto).

Capitulo 6. Los túneles de la Variante de Pajares y su geologia (lotes 3 y 4)


6. LOS TÚNELES DE LA VARIANTE DE PAJARES Y SU GEOLOGÍA (LOTES 3 y 4)

6.1. Los túneles de la Variante de Pajares

Se denomina Variante de Pajares al nuevo trazado de ferrocarril que une las provincias de Asturias (Pola de Lena) y León (La Robla) atravesando la Cordillera Cantábrica y salvando un desnivel de unos 900 m. Dicha Variante es la alternativa al antiguo y sinuoso trazado, inaugurado en 1888, que descendía por el Puerto de Pajares. La Variante forma parte de la Red de ferrocarril de Alta Velocidad y se proyectó para que los trenes circularan por ella a una velocidad de diseño de 300 km/h.

Figura 16. Croquis de la Variante de Pajares (cortesía Ministerio de Fomento)



Comprendido dentro de este proyecto están los denominados “túneles de la Variante de Pajares”, un túnel doble de 25 Km. de longitud, divididos en cuatro lotes para su licitación y ejecución (Figura 17), y que comprenden los túneles propiamente dichos de 24.6 km (24648 m para la vía Este y 24667 para a Oeste) y la longitud necesaria en cada extremo para poder emboquillar y salvar desniveles.

La traza del túnel base da comienzo en la localidad asturiana de Telledo y finaliza al Sur de la localidad de Pola de Gordón, en la provincia de León, con una cobertera máxima de 1000 m. en la zona de Cueto Negro. Su tramo inicial transcurre en la cuenca del río Huerna y el resto en la del río Bernesga. La divisoria de aguas la constituye la sierra del Cueto Negro, la cual forma también el límite provincial.

Figura 17. Esquema de los túneles de la Variante de Pajares (cortesía Ministerio de Fomento)

La configuración consiste en dos túneles de vía única con sección circular, con una separación media entre ejes de unos 50 m, una sección libre aproximada de 56,7 m2 y un diámetro interior de 8,5 m. Estas dimensiones permitirán la circulación de trenes a las velocidades máximas que son posibles por geometría y alcanzar los 300 km/h.

Por razones de seguridad, los túneles estarán conectados por galerías intermedias. Para optimizar económica y temporalmente la ejecución de las obras se previó la construcción de dos accesos intermedios que, en la fase de explotación servirán como accesos de emergencia.

Dadas las características de los terrenos que atraviesa la traza de los túneles, y tal como se apuntaba en el informe geológico previo, se consideraba como probable el riesgo de aparición de gases inflamables durante la ejecución de la obra.



6.2. Los túneles en la vertiente Asturiana (lotes 3 y 4). Estructura geológica

Los Lotes 3 y 4 comprenden los 10.5 kilómetros de la parte norte de los túneles de la Variante de Pajares. Los túneles se perforaron con dos tuneladoras desde el lado asturiano, ascendiendo en dirección a León. En la boquilla, entrando en curva, el trazado se inicia casi en dirección Sur para, a los pocos kilómetros, girar hacia el SE hasta el final de este sector.

Figura 18. Emboquille Norte de los túneles (lotes 3 y 4) (Cortesía de UTE PAJARES IV)

El trazado del nuevo acceso ferroviario a Asturias, desde un punto de vista regional, atraviesa dos grandes unidades: la Submeseta Septentrional o Depresión del Duero, que apenas se toca en el extremo Sur del corredor, y la Zona Cantábrica del Macizo Ibérico.

La Zona Cantábrica corresponde a las partes más externas de la rama septentrional del Macizo Ibérico. El área del estudio se puede dividir en tres grandes unidades cabalgantes, de Sur a Norte: la Unidad de Somiedo-Correcilla, la Unidad de Sobia Bodón y La Cuenca Carbonífera Central, integrándose las dos primeras dentro de la Región de Pliegues y Mantos. Esta zona se caracteriza por la ausencia de metamorfismo y la casi inexistencia de foliaciones tectónicas. El estilo estructural se



caracteriza por el desarrollo de cabalgamientos y sus pliegues asociados, en relación con una tectónica de despegue superficial.

La Cuenca Central Carbonífera constituye el autóctono relativo sobre el que se emplazan las dos grandes unidades cabalgantes de la Región de Pliegues y Mantos. La Cuenca Central, se puede dividir a su vez en tres subzonas: Zona Occidental o de Riosa, Tramo Productivo y Tramo Subhullero.

En términos de la geología regional (Fernández y García 2009, Toyos et al. 2009), este sector de los túneles de la Variante de Pajares se inician en el borde meridional de la denominada “Cuenca Carbonífera Central Asturiana” y se adentra en lo que se conoce como la “Unidad de la Sobia- Bodón” atravesando dentro de esta unidad dos grandes estructuras geológicas que se conocen como el Sinclinal del Pando y el Antiforme del Cueto Negro. En el estudio geológico previo se distinguían hasta 38 tramos litológicos diferentes a atravesar (en la Figura 19 y el plano nº 1 se ve el corte geológico definitivo).

Figura 19. Corte geológico por la traza de los túneles (lotes 3 y 4)

A partir de los estudios previos, se había llegado a la conclusión de que en el trazado de los túneles de los Lotes 3 y 4 había dos zonas susceptibles de presentar concentraciones apreciables de hidrocarburos gaseosos (principalmente metano).

La primera era en los materiales del Carbonífero de la formación San Emiliano que se atravesaron en los primeros 800 m de los túneles (desde la boquilla hasta aproximadamente el P.K. 33+400 en el Lote3 y en el P.K. 33+500 en el Lote 4). La probabilidad de encontrar grisú aumentaba hacia el interior de la montaña y al cortar alguna de las capas de carbón detectadas en los sondeos.



La otra era en el Carbonífero del núcleo del Antiforme del Cueto Negro (entre el P.K. 27+200 y el P.K. 26+900 como mínimo, con probabilidad de que también apareciera gas entre el P.K. 26+600 y el P.K. 26+300), donde también se atravesarían niveles de la formación San Emiliano, confinados a una profundidad entre los 800 y 1000 m de la superficie.

Se conocía que en ambas estructuras se encontraban presentes conjuntos de rocas sedimentarias de edades comprendidas desde el Precámbrico al Carbonífero. Por lo tanto, ya desde el principio se preveía que los túneles, en el sector de los Lotes 3 y 4, en uno u otro lugar del trazado se encontrarían con gran parte de esas unidades litológicas y, por tanto, se previó la posibilidad de una afluencia de metano hacia el túnel.

6.3. Estudios previos sobre la potencial existencia de grisú (Lotes 3 y 4)

Entre las formaciones paleozoicas presentes en este sector de los túneles de la Variante de Pajares, aquellas con más alto contenido en materia orgánica son: las pizarras del Silúrico de la formación Formigoso, algunos tramos de pizarras negras del Devónico y, principalmente, las capas de carbón, las lutitas (pizarras) carbonosas y los niveles de calizas y margas negruzcas del Carbonífero.

Las capas de carbón provienen exclusivamente de la acumulación de restos vegetales (plantas), que al quedar enterrados han sufrido un complejo proceso de carbonización, durante el cual se produce la destilación de gases como el metano CH4 y CO2

En el Carbonífero se encuentran numerosos niveles estratigráficos con abundante materia orgánica, incluso de parecido aspecto (pizarras negras), y de dos orígenes distintos: continentales y marinos. Así pues, en el Carbonífero no solamente se encuentran capas de carbón y pizarras carbonosas de origen vegetal sino que, también, hay otras pizarras negras, margas y calizas de origen marino que pueden haber sido la roca madre de hidrocarburos gaseosos y líquidos de la secuencia petrolífera.

Parte de los hidrocarburos gaseosos destilados de las rocas madre pueden quedar atrapados en las fisuras, huecos o en los poros de las rocas, y llegar a acumularse en concentraciones importantes en las mismas rocas de origen o en otras que hayan podido servir de almacén, retenidos en estructuras geológicas favorables (trampas).

En las minas y obras subterráneas se pueden liberar estos gases en cantidades importantes, de manera rápida o lenta, provocando problemas para los que hay que estar prevenidos.



En el Carbonífero es bien conocida la presencia del grisú (mezcla de aire y gas metano), con mayor o menor incidencia en numerosas labores mineras de Asturias y León. Los desprendimientos más frecuentes y peligrosos de grisú se producen principalmente en las capas de carbón, debido a la capacidad de almacenamiento que tienen estas rocas, entre las fisuras y adsorbido en los poros del carbón, y su rápida desorción al liberarse de la presión de confinamiento.

6.3.1. El Carbonífero en la primera parte de los túneles

En la cartografía y el corte geológicos del Estudio Informativo, de 1998, ya se determinó que la primera parte de los túneles de los Lotes 3 y 4, excavados desde el Norte (Telledo), se encontraría con terrenos del Carbonífero asignados al impreciso término de “Subhullero” de la Cuenca Carbonífera Central Asturiana, tal y como figura en la Hoja Nº 78 “Pola de Lena” del Mapa Geológico de España a escala 1/50.000, del año 1976.

En la campaña de sondeos complementarios 2004-2005, se realizaron 6 nuevos sondeos de reconocimiento en este tramo de Carbonífero, para reconocer en detalle la zona de la boquilla, y para conseguir mayor información sobre la serie carbonífera que atravesarán los túneles, desde la boquilla hasta el cabalgamiento que delimita el Carbonífero por el sur (aprox. en el P.K. 33+400 en el Lote 3 y en el P.K. 33+500 en el Lote 4).

Figura 20. Corte geológico por el primer tramo de la Formación San Emiliano (lotes 3 y 4)



Además de estudiar en detalle la sucesión estratigráfica, se habían realizado numerosos análisis petrográficos y micropaleontológicos con muestras procedentes de los sondeos y de afloramientos de superficie. Estos estudios permitían afirmar con seguridad que los niveles del Carbonífero que se atravesarían en los primeros 800 m de los túneles en realidad pertenecen a la formación San Emiliano. Esta precisión estratigráfica es importante por la implicación que tiene en la estimación de las posibilidades de encontrar concentraciones de grisú en las capas carbonosas de este tramo de los túneles.

En el Estudio Geotécnico del 2002 se valoró como “probable” el riesgo potencial de desprendimientos de grisú en la formación San Emiliano.

La probabilidad de encontrar grisú aumenta con la profundidad a que se encuentren las labores subterráneas y las capas de carbón, puesto que, cuanto mas cerca de la superficie se encuentre el gas, más fácilmente puede haberse liberado hacia la atmósfera por las fisuras abiertas del macizo rocoso.

La profundidad máxima a que se encuentran los túneles en el Carbonífero de este tramo es de unos 180 m, progresando desde la boquilla hasta el contacto con el cabalgamiento de la Formación Láncara.

En un sondeo realizado en esta zona la empresa AITEMIN (2002) realizó el control y análisis del gas apreciable en los materiales carboníferos atravesados, recogiendo los resultados de este trabajo en el informe titulado “Investigación sobre el contenido de metano en el terreno reconocido mediante el sondeo ST-4”.

La conclusión general de esta investigación era que, efectivamente era potencialmente posible encontrar alguna concentración de grisú en las capas más carbonosas que se atravesarán en los primeros 800 m de los túneles.

6.3.1.1. Tramificación geológica del trazado en la zona inicial

El trazado del túnel en el lote IV se desarrolla desde el pK. 34+307 hasta el pK. 23+998, con una longitud total de 10.309 m, con una cobertura máxima de 1.000 m en la zona de Cueto Negro.

Tramo 1: 34+288– 33+490

El tramo inicial desde la boquilla Norte, incluyendo el túnel artificial, hasta el cabalgamiento de León, atraviesa las litologías de la Cuenca Central Carbonífera Wesfaliense (A, B y C). Son pizarras con escasos niveles de areniscas. Dentro de estos son destacables pequeñas barras de areniscas y calizas, cuyo espesor rara vez supera los 10 metros y que presentan escaso desarrollo lateral.



Los materiales carboníferos se encuentran plegados con direcciones y buzamientos variables. En general dominan las direcciones subparalelas a la traza y buzamientos hacia el Sur, superiores a los 45 grados. Los pliegues son de diversos tamaños y bastante apretados.

En las cercanías del contacto con el cabalgamiento de León, se presentó muy fracturado y laminado, con un espesor variable. También aparecen coluviones de naturaleza arcillosa y abundante materia orgánica con amplia extensión espacial e importantes espesores.

UNIDAD DE LA SOBIA-BODÓN

Esta unidad corresponde al autóctono relativo de la Unidad de Correcillas, y a su vez cabalga sobre la Cuenca Central asturiana. Se divide en tres láminas cabalgantes con una estructura interna bastante simple, más un conjunto de láminas menores que afloran en la ventana tectónica de la Estructura Antiformal de Cueto Negro. En la zona de estudio, la traza sólo atraviesa el Manto de Bodón, que presenta de Norte a Sur las siguientes estructuras singulares: sinclinal del Pando o Pajares, apilamiento antiformal de Cueto negro y al Sur la rama de materiales Westfalienses de San Emiliano.

El manto de Bodón ocupa desde la falla de León, en el extremo Norte de la traza y limitando con la Cuenca central asturiana, hasta el límite Norte de la escama de Rozo, al Sur, en el valle de Villamanín-Casares de Arbás.

A partir del pk 33+490 se atraviesan las dolomías y calizas de Láncara inferior (2) y superior (2a). Se presentan buzando hacia el Suroeste, de 50 a 70º a cota de túnel, horizontalizándose en superficie.

6.3.2. El Carbonífero del núcleo del Antiforme del Cueto Negro

Hay que mencionar que había un tramo de unos 2,5 kilómetros del trazado de los túneles, entre el pK. 29+700 y el pK. 27+200, donde no se había realizado sondeo alguno que apoyara las interpretaciones sobre la geología que atravesarán los túneles, basadas exclusivamente en observaciones de superficie.

Según el corte geológico del Estudio Geotécnico del 2002, basado en la interpretación de la cartografía de superficie y en la información derivada del sondeo mas cercano, se suponía que en ese lugar se encontrarían las capas mas bajas estratigráficamente de la formación Herrería (Precámbrico-Cámbrico inferior)

Con el objetivo de comprobar esta interpretación se proyectó y realizó un sondeo situado en una de las pistas de esquí de la estación de Valgrande. El sondeo, inclinado 20º y con recuperación de testigo continuo, llegó a los 1024.10 m de



longitud, cortando la traza de los túneles sobre el P.K. 27+200. Los resultados de este sondeo dieron una sorpresa sobre los materiales que se encontrarán los túneles en el núcleo del Antiforme del Cueto Negro, muy distintos de lo esperado (ver Figura 21).

Figura 21. Corte geológico por el segundo tramo de la Formación San Emiliano (lotes 3 y 4)

En la primera parte del sondeo se encontró la sucesión esperada, correlacionable con el sondeo del Estudio Geotécnico. Pero, desde los 694,30 m hasta los 999,60 m, por el contrario, se cortó una formación con niveles de dolomías oquerosas con intercalaciones bituminosas y unos 200 m de pizarras negras, con tramos muy bituminosos y con algunas intercalaciones finas de areniscas y carbonatos.

Por la litología observada es una secuencia depositada en un medio marino relativamente profundo, donde no se encuentren capas de carbón pero si mucha materia orgánica de origen plactónico, de donde se pueden haber destilado hidrocarburos gaseosos y de otro tipo.

En su conjunto, pero especialmente las pizarras negras, se encuentran muy deformadas y fracturadas, con signos evidentes de fluencia tectónica. En este sentido, hay que anotar las incidencias que se sucedieron durante la perforación del sondeo en este tramo, al colapsarse la perforación cada vez que hubo que sacar la maniobra por paradas o para cambiar la corona. Esto puede ser una manifestación de la fluencia (squeezing) de las pizarras carboníferas a esa profundidad.



Una consecuencia inmediata de este descubrimiento es la consideración de la potencial presencia de hidrocarburos gaseosos en el núcleo del Cueto Negro.

Interpretando esta estructura geológica como un anticlinal apretado que, a su vez, plegase el cabalgamiento de la sucesión paleozoica sobre el Carbonífero, los túneles cortarían los materiales del Carbonífero, como mínimo, en unos 300 m del trazado (entre el P.K. 27+200 y el P.K. 26+900). Pero si el anticlinal está cortado y desplazado por alguna de las fallas oblicuas detectadas en superficie, es posible que casi se duplicara esta longitud, como se ha señalado en la versión mas actualizada del corte geológico longitudinal de los túneles.

En definitiva, la información aportada por este sondeo obligó a una profunda revisión de la estructura interna del Antiforme del Cueto Negro, y la revisión y ampliación de los datos de la cartografía de superficie.

Tramo 15: 27+988 – 26+809

Este tramo atraviesa la formación de areniscas de Herrería (1) en el núcleo del apilamiento antiformal de Cueto Negro. Son areniscas en general impuras de tipo arcósico o lutítico, con pasadas de conglomerados y pizarras.

La orientación de las capas pasa de buzamientos orientados al Norte-Noreste en el flanco Norte, a buzamientos Sur-Suroeste en el flanco Sur.

Hidrogeológicamente se espera una permeabilidad baja, típica de un macizo rocoso altamente fracturado, que puede producir aflujos bajos a moderados de agua al túnel, con algunos tramos muy tectonizados que puedan ser más problemáticos.

Tramo 16: 26+809 – 26+668

Se atraviesan en este tramo los materiales calcáreos y dolomíticos de Láncara inferior (2). En esta zona puede aparecer a techo la facies Griotte o no. Existe la posibilidad de que los tramos más fracturados presenten una cierta carstificación que suponga unos aflujos moderados de agua a la obra, más importantes que en el resto del tramo.

En principio se espera un macizo sano. Los contactos con las formaciones adyacentes están mecanizados y pueden ser más problemáticos

Tramo 17: 26+668 – 26+171

En este tramo se atraviesan las areniscas y pizarras de Oville (3 a, 3c) que localmente tienen participación volcánica. Se prevé un macizo con fracturación moderada, con algunos tramos muy afectados por fallas y posibles problemas de



agua en los tramos areniscosos más permeables y cerca de las fallas y cabalgamientos. Los buzamientos son hacia el Norte, con frecuentes repliegues.

No se esperan problemas hidrogeológicos salvo quizá en el cabalgamiento inferior, en contacto con las areniscas de Oville.

Capitulo 7. Medidas frente al posible desprendimiento de gas durante el avance de los lotes 3 y 4.


7. MEDIDAS FRENTE AL POSIBLE DESPRENDIMIENTO DE GAS DURANTE EL AVANCE DE LOS LOTES 3 Y 4 DE LA VARIANTE DE PAJARES Debido a las condiciones de excavación en las que se preveía que iba a trabajar la tuneladora, terrenos carboníferos, en los que era probable de la aparición de metano (CH4), y por lo tanto, su mezcla con el aire al 4%, grisú, que es altamente explosiva, ha sido necesario el diseño de un sistema de ventilación, que apoyado en las mediciones del gas pudiera evitar el riego de explosiones.

7.1. Descripción de las tuneladoras

El termino excavación integral mecanizada se aplica a la excavación que se realiza mediante el empleo de máquinas integrales, conocidas habitualmente por sus siglas en inglés TBM (Túnnel Boring Machine), o mas comúnmente llamadas tuneladoras. Son máquinas capaces de excavar un túnel a plena sección realizando, en función del tipo de máquina, la colocación de un sostenimiento provisional o el montaje en obra del revestimiento definitivo. Las tuneladoras empleadas en el túnel de Pajares, en la vertiente asturiana, se corresponden con las denominadas Máquina para roca dura o “topos”: máquina sin protección, cuyo avance se consigue mediante la aplicación combinada de dos esfuerzos, el par de giro de la cabeza, provista de herramientas de corte y el empuje longitudinal conseguido por reacción contra la roca, de unos codales extensibles “grippers”, con los que se fija la parte estática de la máquina.

La del Lote 3 fue suministrada por el consorcio de Empresas NFM- WRTH y la del lote 4 (figuras 22 a 24) por el formado por MITSUBISHI- ROBBINS - DURO FELGUERA



Figura 22. Esquema de la Tuneladora del lote 4 (escudo simple articulado)

Figura 23. Tuneladora del lote 4 en fase de montaje



Figura 24. Cabeza de corte de la Tuneladora del lote 4

7.2. Instalación eléctrica.

La ejecución de un túnel con tuneladora lleva asociado el desarrollo de una compleja instalación eléctrica para garantizar el suministro a todos los equipos. Puesto que el grueso de la instalación y la mayor parte de equipos eléctricos no cuentan con protección antideflagrante, su funcionamiento se hace incompatible en presencia de una atmósfera explosiva, por el elevado riesgo de deflagración.

A pesar del gran avance que en los últimos años se ha experimentado en esta materia, el desarrollo de una tuneladora de estas características, con protección intrínseca, se considera inviable, por la imposibilidad técnica de desarrollar ciertos equipos antideflagrantes, como el accionamiento de la rueda de corte, así como por el elevado presupuesto que supondría generalizar esta medida a todos los equipos donde fuese técnicamente posible, lo que no haría rentable la ejecución de la obra con TBM.

Por tanto, es imprescindible para permitir el trabajo de estas instalaciones pasa por garantizar en todo momento una atmósfera limpia en el interior del túnel, libre de



gases deflagrantes. A continuación se detalla el esquema general de la instalación eléctrica en un túnel que se ejecuta con tuneladora.

La selección de las Instalaciones Eléctricas se ha hecho de acuerdo con las necesidades en los distintos centros de consumo, tratando de reducir al máximo las redes de Baja Tensión. También se ha tenido en cuenta las necesidades en las distintas fases de ejecución.

La Compañía suministradora entrega la energía en alta tensión a 20 kV, que llega a un centro de seccionamiento existente (inicialmente la energía se producía in situ, mediante una centro de generación formado por un conjunto de generadores, por disponer de potencia suficiente para los dos lotes, figura 25). Desde aquí la acometida se realiza a través de una línea subterránea a 20kV hasta un cuadro general de distribución a la entrada del centro de transformación ubicado en el exterior del túnel próximo al emboquille.

Figura 25. Centro de generación instalado inicialmente en el lote 4.

De este centro tres líneas independientes: la primera hacia el frente del túnel para alimentar los transformadores que lleva el back-up de la tuneladora. Las otras dos líneas alimentan los dos transformadores de 3500 y 1600 kVA de intemperie.

Los dos transformadores se utilizaron según se indica a continuación:



• Un primer transformador para la alimentación de los ventiladores y motores

de la cinta de cintas de evacuación de escombro, 20 kV, potencia nominal

3500 kVA, conexión ΔY n11. Tensión de cortocircuito 6%. Refrigeración

natural. Tensión primaria 20 kV ±2.5%±5%. Tensión secundaria 0,690 kV.

• Un segundo transformador para la alimentación del resto de instalaciones

necesarias para las Obras de los Túneles, 20 kV, potencia nominal 1600 kVA,

conexión ΔY n11. Tensión de cortocircuito 6%. Refrigeración natural. Tensión

primaria 20 kV ±2.5%±5%. Tensión secundaria 0.420 kV.

De este segundo transformador parte una línea, que alimenta la iluminación del túnel y tomas de corriente, dispuestas a intervalos regulares de 100 m, para trabajos auxiliares y de mantenimiento dentro del túnel (ver planos 3, 4 y 5).

7.2.1. Instalación eléctrica en la tuneladora.

Desde el Cuadro General de Distribución de centro de transformación exterior (C.G.D.) hasta la tuneladora existe una distancia máxima de 10.450 m.

La tuneladora se alimenta a través de un cable anclado al hastial del túnel mediante soportes, que se prolonga en tramos de aproximadamente 300 metros y realizando el empalme de cada una de las fases entre tramo y tramo. En el funcionamiento de la tuneladora se trabaja con tres tensiones diferenciadas en función de su uso; así pues, se usará una baja tensión de 24 voltios en corriente continua para la alimentación de sensores, electroválvulas y señales de supervisión y control de la tuneladora, una tensión de 400 voltios para alimentación de la ventilación, agotamiento y cintas de extracción de escombros, y 690 voltios para la alimentación del accionamiento principal de la rueda de corte.

La tuneladora cuenta con dos transformadores que suman un total de 7650 KVA.

La potencia máxima demandada en una punta de consumo correspondería a:

o Motores de avances: 14*370 = 5.180 Kw.

o Booster de ventilación: 90 Kw.

o Seccionador: 45 Kw.

o Cintas de transferencia: 75 Kw.

o Giro del erector: 75 Kw.

o Articulación de la cabeza: 22 Kw.



o Compresor: 160 Kw.

o Grupos hidráulicos: 4*45 = 180 Kw.

o Bombas de agua y desagüe: 52 Kw.

o Ventilador secundario: 45 Kw.

o Varios: 50 Kw.

Aplicando el coeficiente de mayoración 1,25 a la potencia de los motores de avance y suponiendo una simultaneidad de 0.75 con el resto de los equipos en total suma 5.974 Kw. Con este consumo el resultado del cálculo del cable necesario aconsejó la instalación de un cable FG07H1OAR 18/30 KV de 3 x 120/70, suministrado por la compañía Aristoncavi, especialmente diseñado para su uso en túneles de gran longitud con las siguientes características:

o F: cable flexible.

o G07: aislante a base de goma etileno propileno.

o O: forma cilíndrica.

o A: armadura de lámina metálica.

o R: cubierta externa de PVC retardante de llama

El cable se suministra en bobinas de 300 m por lo que es necesario ejecutar empalmes a los largo del túnel. Para estos empalmes se utiliza uniones especiales denominadas Conectadores enchufables PMR2-120/24 12/20 kV y FMPCM-400-24 12/20kV, para cables con aislamiento seco hasta 24 kV fabricados por PRYSMIAN, Cables y Sistemas, S.L. que cumplen con los requisitos de las normas UNE-HD-628 y UNE-HD-629.

7.2.1.1. Transformadores en la tuneladora

La energía eléctrica suministrada a la tuneladora a través del cable de cobre AT es transformada de alta tensión (20kV), a baja tensión (400 V y 690 V) por 3 transformadores situados en el back-up de la máquina con conexión eléctrica a través de un tambor de enrollamiento de cable móvil AT:

o 1 transformador primario del tipo aceite de silicona (3500 KVA) situado en uno de los remolques del back-up alimenta los variadores de frecuencia de la motorización de la cabeza de corte. La tensión de entrada del primario es de 20 kV, y su tensión secundaria en circuito abierto es 690 V. Los variadores de frecuencia de la motorización a los que alimentan se encuentran protegidos



contra sobreintensidades y de forma individual por fusibles, control de orden de fases y defecto de aislamiento. Está dentro de cabina con protección IP 55. La tuneladora cuenta con un sistema de accionamiento de la rueda de corte eléctrico de frecuencia variable (FVD), al objeto de poder ajustarse a las condiciones geológicas de la manera más efectiva posible. El sistema consta de 14 motores de inducción estándar de 370 kW con control de frecuencia variable, refrigerados por agua, donde cada motor incluye un detector térmico empotrado para procesamiento de fallos mediante un PLC.

o 1 transformador auxiliar del tipo aceite de silicona (1.000 KVA) situado en otro de los remolques suministra baja tensión a los otros equipos eléctricos dentro de la tuneladora. Su tensión de entrada primaria es 20 kV, y la tensión secundaria en circuito abierto es 400 V. Este transformador es el encargado de dar servicio al resto de componentes de la tuneladora, estando su salida limitada en intensidad y protegida por un control permanente de aislamiento y un control de orden de fases.

o Un tercer transformador auxiliar se encuentra en un contenedor presurizado para protección EEx (antideflagrante), conectado a los equipos eléctricos que quedan bajo tensión en caso de detección de metano. De esta manera se garantiza un suministro seguro a los equipos con protección antideflagrante a través de dicho transformador.

7.2.1.2. Grupo electrógeno de emergencia

Para los casos de emergencia o avería en que se produzca un corte en el suministro eléctrico a la tuneladora, se dispone en el propio back-up de un generador auxiliar de 100 KVA (aproximadamente), que garantiza los sistemas básicos de ventilación, iluminación y comunicación para los trabajadores que se encuentran en la tuneladora en ese momento. Dicho generador, cuyo principal componente es un motor térmico diesel que mediante un acoplamiento acciona un alternador, produce energía para el dispositivo de seguridad principal de la tuneladora. La tensión de salida a plena carga suministrada por el alternador es 400 voltios, protegida por un interruptor magnetotérmico de salida. Además, con objeto de reducir la contaminación en el túnel, se lleva a cabo el tratamiento del humo mediante un convertidor catalítico reduciendo la emisión de gases nocivos.

7.2.1.3. Iluminación

La tuneladora, como centro de trabajo, debía disponer de una iluminación adecuada ya que en su interior se encuentran decenas de trabajadores realizando actividades de toda índole. En la instalación se pueden diferenciar tres tipos de iluminación en función del área de trabajo que estaba previsto cubrir:



o Iluminación normal en pasarelas, puestos de trabajo en el escudo y en el back-up.

o Iluminación mediante spots de alta potencia en los puestos de trabajo principales del escudo y del back-up.

o Iluminación de seguridad (antideflagrante) para señalizar la vía de evacuación de la tuneladora en caso de emergencia.

7.2.2. Instalación eléctrica en el túnel.

Dado el que túnel fue clasificado por la Dirección General de Minas del Principado de Asturias a efectos de la ITC04.1.01 cómo de segunda categoría y el túnel por detrás de back up de la tuneladora se considera como emplazamiento tipo C “Galerías generales de retorno de aire de la mina o de sus zonas” se le exige un modo de protección de nivel 1. “Los materiales y equipos para este nivel no precisan modo de protección, siempre y cuando la instalación esté equipada con un dispositivo de control automático de grisú (CH(4)) que verifique su contenido con periodicidad no superior a cuatro minutos y que desconecte la alimentación eléctrica de todos los equipos cuando se sobrepase el límite del 0,5 por 100 en volumen de grisú (CH(4))” .

En este caso al contar con un dispositivo de control automático de forma continua se admite que el nivel de corte se establezca en el 20% del LIE del metano.

Por ello, la iluminación y equipamiento instalado no estaba dotado de protección antideflagrante.

7.2.2.1 Iluminación

El alumbrado interior del túnel consiste en la implantación de luminarias IP-65 con dos fluorescentes de 36 w cada una, a intervalos regulares de 10 m a lo largo del hastial izquierdo, con el fin de iluminar el túnel en el tránsito de entrada y salida de equipos y personal. La potencia total necesaria para la iluminación en el momento final de la excavación (1050 luminarias) es de 136,08 Kw. a la que habría que sumar 56,47 Kw. que permiten el trabajo simultáneo en tres tomas de 32 A para permitir trabajos de mantenimiento y auxiliares dentro del túnel, con lo que la potencia total a suministrar es 192,55 Kw.

La acometida para iluminación y tomas de corriente parte de la línea de baja 400 V en el centro de transformación exterior. Esta línea está alimentada desde el transformador 2 y cuenta con el apoyo de un grupo electrógeno para mantener la tensión en caso de caída del transformador o corte de suministro por parte de la compañía suministradora. En el plano nº 5 se muestra el esquema unifilar.



Ya dentro del túnel a 270 m del emboquille y 350 m. del centro de transformación se instala un trafo para elevar la tensión a 5.000 V, con el fin de reducir la sección necesaria en el cable de acometida. A intervalos regulares de 600 m. se instalaron transformadores de relación de transformación inversa para alimentar en tramos de 600 m. 6 líneas derivadas de iluminación, de 100 m de longitud cada una de ellas de las que a su vez cuelgan 10 luminarias.

Los trafos instalados tienen como dieléctrico aislante silicona del tipo DOW CORNING 561 y tienen un grado de protección en la envolvente IP 68 (anexo III).

La silicona, según la hoja de características, es un líquido de baja viscosidad, resistente a altas temperaturas, con muy buenas propiedades dieléctricas, de baja toxicidad y poca inflamabilidad que ha sido desarrollado para su empleo como relleno dieléctrico en transformadores de tamaño pequeño y mediano. En la actualidad representa la punta de lanza en este tipo de materiales, siendo uno de los materiales más seguros que se pueden utilizar en este tipo de aplicaciones. Las pruebas realizadas con este producto muestran que, aunque puede llegar a arder, su emisión de calor es muy pequeña y se auto extingue en las pruebas del mechero tan pronto como se le retira la fuente de calor externa de iniciación de la llama. Se encuentra completamente libre de halógenos y no contiene tampoco componentes peligrosos, tal y como se definen en la norma OSHA29 CRF 1910.

El "aceite" de silicona no está clasificado como producto peligroso de acuerdo con la norma RCRA (40 CFR 261). En virtud de lo anterior, el producto tampoco se ve afectado por la norma SARA Título III (40 CFR 117).

A la salida de cada transformador se dispone de un cuadro de protección de la línea y una toma auxiliar en reserva, que permite la conexión de tomas auxiliares móviles para necesidades puntuales. En cabeza de cada línea derivada de luminarias se disponde de un cuadro de protección con toma de corriente para una intensidad máxima de 32 A.

Las líneas de las luminarias son monofásicas con neutro y funcionan a la tensión de 230 V/50 Hz, conectándose a ellas directamente las luminarias. La conexión de cada línea derivada se hace alternativamente de cada una de las fases para realizar el reparto de las cargas y caídas de tensión de forma equilibrada.

En el tramo inicial de túnel las tres primeras líneas de luminarias salen directamente de la acometida inicial. Los siguientes 600 m parten de una conexión anterior al transformador de cabeza de la que colgaran 6 líneas derivadas de iluminación



7.2.2.2. Alimentación para la excavación de las galerías de comunicación.

En el interior del túnel próximo al tajo de excavación de las galerías se necesita en el caso de mayor demanda la siguiente potencia:

o Ventilador soplante para excavación de galerías (10 Kw).

o Robot de gunitado (45 Kw).

o Jumbo de 2 brazos (125 Kw).

o Compresor en el frente (70 Kw).

o Iluminación del tajo (5 Kw).

o Bombas de achique (5 Kw)

Por tanto, la potencia activa total instalada es de 260 Kw., si bien, el factor de simultaneidad no será nunca del 100 %, ya que, por ejemplo, el jumbo y el robot nunca trabajan simultáneamente, de acuerdo con la planificación del ciclo de avance (ambas máquinas realizan trabajos sucesivos, no simultáneos). Así pues, cuando opere el jumbo el robot de gunitado estará inactivo, por lo que la potencia activa total demandada, suponiendo un factor de simultaneidad del 100 % con el resto de los equipos, es de 215 Kw. Al contrario, cuando opere el robot de gunitado, el jumbo quedará inactivo, por lo que la potencia activa total consumida será de 135 Kw.

Para satisfacer la demanda eléctrica se instalará en el túnel principal, próximo a la galería en excavación un generador de 300 kVA y con salida a 400/230V. Suponiendo un factor de potencia ("cos φ = 0.85) la potencia activa que suministraría sería de 300 x 0,85 = 212,5 Kw, suficiente de acuerdo con lo expuesto en el párrafo anterior

7.2.2.3 Comunicaciones

El sistema de comunicaciones permite, mediante tecnología wifi, la comunicación entre las diferentes ubicaciones posibles de la obra. La comunicación se puede efectuar tanto a través de teléfonos portátiles, como de teléfonos fijos instalados en puntos señalados (tuneladora, burladeros de seguridad a lo largo del túnel, playa de vías, locomotoras, oficinas exteriores, etc.)

Además de la comunicación por teléfono existen dos líneas de datos: una para la conexión desde el exterior con el PLC de la tuneladora que permite la visualización de las pantallas de operación de la cabina de control de la TBM y otra para la



comunicación de la cinta de extracción de material del túnel. A continuación se detallan los elementos más importantes de la instalación:

o Cuadros wifi: Uno cada 250 m. Por cada cuadro hay un teléfono IP instalado.

o Cables: una manguera de fibra óptica monomodo de 8 hilos para telefonía (conexión PLC), datos (ordenador de supervisión) y comunicación de la cinta de extracción de material del túnel (se usan tres pares y queda uno libre). Para este cable hay colocado además un amplificador de señal cada 4.500 metros, aproximadamente, por las perdidas de señal a largas distancias. Además se usa un cable armado de fibra óptica monomodo de 4 pares para toda la instalación wifi, telefonía y comunicación.

7.3. Sistemas de seguridad frente al desprendimiento de gas

En este apartado se define las medidas adoptadas en la tuneladora ante la posible presencia de metano, así como las normas de actuación en caso de que ocurra un incidente.

A pesar de este riesgo está limitado a algunas zonas concretas, correspondientes a los puntos en los que pudieran cruzarse capas de carbón, así como las zonas inmediatamente adyacentes, dado que a priori resultaba difícil identificar dichas zonas, las medidas a adoptar se establecieron durante toda la ejecución de la obra.

Los resultados de los estudios efectuados en otros túneles con problemática similar, como por ejemplo el ya mencionado de Abdalajis, se han tenido en cuenta para el diseño de las instalaciones de seguridad y control del metano y la mejora de la ventilación en la zona de la tuneladora.

Los niveles de protección contra explosiones se han establecido a raíz de un informe realizado por el EXAM BBG PRUF- UND ZERTIFIZIER GMBH, organismo alemán notificado en el marco de la directiva 94/9/CE (Aparatos y sistemas de protección para uso en atmósferas potencialmente explosivas), por la Sección de Protección contra Explosiones-Galería de Exploración Minera.

Son tres los aspectos fundamentales relacionados con la seguridad durante la excavación de la tuneladora. El primero es la existencia de metanómetros montados sobre la tuneladora (Figura 26) que registran de manera continua la concentración de metano en la atmósfera cerca del frente de excavación.



Figura 26. Metanómetro para medida de la concentración de metano montado en la tuneladora

Como en todo avance mecanizado en minería, los metanómetros están ajustados para que ante un determinado valor de la concentración de gas den una alarma y cuando, se sobrepase un segundo nivel de concentración, envíen una señal que producirá el disparo de la instalación eléctrica.

Otra parte importante del sistema son los propios dispositivos de corte automáticos que ante la señal de los metanómetros producen el disparo de la instalación dejando sin tensión todos los equipos eléctricos a excepción de unos pocos que deben mantenerse en funcionamiento como son los ventiladores.

Por último, está el propio diseño de la ventilación en la zona próxima al frente de excavación (Figura 27) diseñada especialmente para aumentar el caudal de aire limpio produciendo una hiperventilación del frente en el caso de una afluencia inesperada de grisú.



Figura 27. Sistema de hiperventilación instalado en la zona de la cabeza de la tuneladora

7.3.1. Control de concentración de gas en el lote 4

El sistema de control de metano consiste en un sistema de medidores estacionarios que monitorizan de forma continua las concentraciones de metano en el túnel. Un primer sensor se encarga de la monitorización continua de metano en la cabeza de corte, el segundo está situado en las proximidades del operador, un tercero detecta la descarga del escape de la ventilación y el último sensor monitoriza el metano en la salida del captador. Por otra parte, se añadió un detector en el retorno conectado a la alimentación eléctrica del túnel.

A niveles predeterminados, el 15% del límite inferior de explosividad (LIE), salta la alarma y al 20% de dicho límite (el 1% en volumen de metano) se dispara la interrupción automática del suministro eléctrico quedando, en este caso,



funcionando los equipos necesarios para diluir la concentración de metano y aquellos necesarios para realizar la evacuación. Así mismo, si en el metanómetro situado en el retorno se alcanza un valor del 30 % del LIE (1,5 % de volumen de metano en aire) se corta la iluminación del túnel.

Además, se dispone de sensores para monitorizar O2, CO y CO2.

Por otro lado, en las zonas de excavación de las galerías de intercomunicación donde era previsible, por atravesar terrenos carboníferos y/o haberse detectado durante el avance de la tuneladora presencia de metano, se disponía de un equipo portátil de medida directa que permita la comprobación del contenido en metano, antes de la entrada del personal a la labor.

7.3.1.1. Instalaciones de monitorización

Los caudales procedentes de los conductos de ventilación principal y secundaria y de la instalación de captación de polvo se monitorizan mediante caudalímetros.

Las concentraciones de metano en el túnel se monitorizan, de forma continua durante el avance, a través de los medidores de metano estacionarios.

El emplazamiento de los caudalímetros y los medidores de metano, así como los valores límites y las áreas de desconexión se indican el la figura 28.

El medidor de metano M4 se instaló en el lado del avance con respecto a la boca de aspiración del conducto de ventilación aspirante complementario, o sea, en la tercera parte superior del túnel. Próximo a este unos 15 m por detrás se sitúa el monitor M5, en el área de influencia de los conductos de efecto turbulento tipo Coanda más cercanos al lugar.

El monitoreo del caudal del captador de polvo se aseguró mediante el medidor de metano M1. El cabezal medidor se colocó a una distancia de aproximadamente 1 m detrás de la boca de salida del captador, en el centro de la corriente.

Los medidores de metano M2 y M3 se instalaron en la tercera parte delantera del escudo, en lo más cerca posible de la cara trasera del escudo delantero.

El medidor de metano M6 se situó a una distancia de pocos metros del lado del túnel con respecto a la boca de salida del conducto de ventilación principal, en la tercera parte superior del túnel.

De alcanzarse valores límites, aquellos medios de servicio no eléctricos que puedan suponer un riesgo de inflamación deberán pararse y/o desconectarse.

Al alcanzarse los valores límites previamente establecidos se produciría la desconexión de los medios de servicio eléctricos de forma selectiva, es decir, de una



zona hasta el siguiente medidor, respectivamente, hasta la siguiente área del túnel ventilada adecuadamente. Gracias a este procedimiento el avance de la tuneladora no se produce antes de situarse por debajo el caudal límite del conducto de ventilación principal (W1) o al alcanzarse el 20 % del limite inferior de explosión, respectivamente, el 1 % en volumen de metano en el medidor de metano emplazado detrás de la boca de salida del conducto de ventilación principal (M6).

Figura. 28. Esquemas de instalaciones de monitorización, valores límites y gamas de contacto



7.3.1.2. Sistema de ventilación

Debido a la posible presencia de gases inflamables se ha instalado un sistema de ventilación principal soplante.

El aire fresco circula a través del conducto de ventilación principal hasta la zona del back-up donde, el conducto de ventilación secundario toma parte del aire fresco y lo hace circular hasta el frente.

Las modificaciones introducidas en el diseño consisten en aumentar los caudales, tanto de soplado como de aspirado, así como en la realización de una serie de modificaciones en las conducciones y la implantación de una serie de elementos todo ello con el fin de mejorar la eficiencia global del Sistema.

Figura 29. Conducto Coanda

El conducto de ventilación secundario se bifurca en la zona del back-up en dos tramos independientes, instalando en uno de ellos un dispositivo “Coanda” para lograr un reparto más homogéneo del aire en la zona central del Back-Up. Estas dos líneas instalan sendas válvulas de mariposa que permiten, en caso de necesidad, soplar aire a través de la línea de captación directamente hacia el frente de excavación. La conexión se logra mediante una nueva conducción que comunica ambas líneas. Con ello se asegura una aireación suficiente en el tramo del túnel entre las bocas de salida del conducto de ventilación secundaria y la boca del conducto principal. Gracias a la utilización de estos conductos se produce unas corrientes en espiral en dicho tramo, siendo aquí donde, en el caso más desfavorable, el metano podrá mezclarse con el aire fresco y evacuarse.

Se completa el sistema de ventilación con una línea de ventilación aspirante y una línea de captación de polvo. En la línea de Captación de Polvo se incrementa el caudal de paso hasta los 20 m3/s. Como complemento a todo este sistema, se instalarán hasta 8 toberas de chorro (ver Fig.2), en aquellas zonas donde la regeneración de aire sea más difícil



Figura 30. Toberas de Chorro

El conducto de ventilación secundario está unido a la línea de captación de polvo a través de una válvula de mariposa de manera que, en caso de fallar la instalación de la captación, se podrá hacer circular aire fresco a través de la misma hasta el frente de forma que se mantiene ventilada esta zona. Para apoyar la ventilación aspirante realizada por la instalación de captación de polvo se utilizan varias toberas eyectoras de aire (eyectores) en el área del escudo. Estos eyectores dan lugar en el área afectada a altas velocidades de circulación locales que evacuan y diluyen cualquier concentración de metano que afluya.

A continuación se indican las especificaciones del sistema de ventilación. MHI Duro Felguera, S.A.

1. Línea de Ventilación Soplante Diámetro del Conducto 1.500mm Caudal de Aire 40 m3/s Potencia instalada 90kW

2. Línea de Captación de Polvo Diámetro del Conducto 1.200mm Caudal de Aire 20m3/s Superficie de Filtrado 580m2 Potencia instalada 180kW

3. Línea aspirante sin captación Diámetro del Conducto 750mm Caudal de Aire 20 m3/s Potencia instalada 45 kW

NOTA: Esta línea deberá estar activa solamente durante el soplado al afrente a través del by-pass

4. Toberas de Chorro Número estimado 5 (+3)* Consumo de aire unitario 4m3/min



*Se propone instalar 5 inicialmente y dejar 3 de reserva para instalar en el futuro en caso de necesidad, el compresor se dimensionará para alimentar 8.

5. Conducto Coanda Longitud aproximada 30m Número de salidas 7

6. Reguladores tipo Mariposa Número 4 Control Apertura/Cierre Cilindro Neumático

7. Anemómetros Número 3

El conducto de ventilación secundario está unido a la línea de captación de polvo a través de una mariposa de manera que, en caso de fallar la instalación de la captación, se podrá hacer circular aire fresco a través de la misma hasta el frente de forma que se mantiene ventilada esta zona. Para apoyar la ventilación aspirante realizada por la instalación de captación de polvo se utilizan varias toberas eyectoras de aire (eyectores) en el área del escudo. Estos eyectores dan lugar en el área afectada a altas velocidades de circulación locales que evacuan y diluyen cualquier concentración de metano que afluya.

En el anexo II se adjunta las especificaciones del sistema de ventilación.

7.4. Dispositivos de protección colectiva

En la tuneladora se dispondrá de los siguientes dispositivos de seguridad:

Cortina de agua en cola para proteger al personal que maneja la máquina.

o Equipos de respiración autónoma ubicados en armarios a lo largo de la máquina para poder proceder a la evacuación en caso de atmósferas tóxicas.

o Lámparas individuales de caso para proceder a la evacuación a lo largo del túnel en caso de que se corte la alimentación eléctrica del mismo.

o Dos cámaras de supervivencia con capacidad de 16 personas cada una.

o Las cámaras están construidas con plancha de acero prensada y reforzada con perfiles rectangulares de forma que constituyen un recinto estanco resistentes al fuego durante 2 h. Cuentan con un sistema de filtrado para el aire suministrado desde el exterior mediante un compresor y, en caso de fallo de este sistema, un sistema autónomo de respiración con mascarillas. La autonomía de cada sistema es de 12 h.

Así mismo, se ejecutarán a lo largo del túnel galerías cada 1.200 m que sirvan de vía de escape a los trabajadores en caso de emergencia.



7.5. Nivel de protección de los aparatos

Según el informe geológico elaborado, se concluyo que no se preveían atmósferas explosivas en la perforación, existiendo alguna posibilidad únicamente en las formaciones denominadas San Emiliano y Antiforme del Cueto Negro.

Se clasificaron estas áreas como zonas 22 (áreas de trabajo en las que no es probable, en condiciones normales de explotación, la formación de una atmósfera explosiva, y en caso de formarse, dicha atmósfera explosiva solo permanece durante un breve período de tiempo), siendo el resto de la obra clasificada como zona sin riesgo de formación de atmósferas explosivas.

Los niveles de protección contra explosiones se han establecido a raíz de un informe realizado por el EXAM BBG PRUF- UND ZERTIFIZIER GMBH, organismo alemán notificado en el marco de la directiva 94/9/CE (Aparatos y sistemas de protección para uso en atmósferas potencialmente explosivas), por la Sección de Protección contra Explosiones-Galería de Exploración Minera. Según el informe, el grado de protección adoptado en los aparatos se indica a continuación:

GRADO DE PROTECCIÓN APARATO

INTERFONO GRUPO I, M1

DETECTORES DE METANO

BOMBAS DE ACHIQUE

ALARMA

CAPTADOR DE POLVO

VENTILADOR

TRANSFORMADOR DE 400 V

GRUPO I, M2

ENRROLLADOR DE CABLE

TELÉFONO

LUCES DE EMERGENCIA GRUPO II, 2G

CABINA PRESURIZADA



7.5. Plan de actuación en presencia de metano

La actuación a llevar a cabo en caso de presencia de metano es la que se indica a continuación.

15% del LIE (0,75 % de metano en aire):

Saltarán las alarmas luminosas y acústicas.

El piloto informa de la presencia de gas a los trenes y a la playa de vías con la emisora.

En cabina se observa la evolución de la concentración de gas. Si se reduce hasta el 0,5 %, se reanuda la actividad de producción. Si sigue subiendo se ve la evolución.

Al alcanzar el 19 % del límite inferior de explosividad el capataz procede a informar por megafonía que se han de apagar los motores de combustión y desactivar los mandos de control remoto y que se va a iniciar la evacuación del personal de la tuneladora a las plataformas inferiores del final del back - up.

El piloto avisa por emisora al capataz de playa de vías que se proceda a conectar el ventilador exterior al máximo.

20% del LIE (1 % de metano en aire):

Se paran los elementos no antideflagrantes quedando en funcionamiento los siguientes equipos:

o Detectores de metano

o Interfono

o Bombas de achique

o Alarma

o Captador de polvo

o Ventilador

o Transformador de 400 V

o Enrrollador de cable

o Teléfono

o Luces de emergencia



o Cabina presurizada

El piloto informa al personal de la máquina de la presencia de gas, a través del sistema de megafonía, y de los preparativos para la detención de los trabajos de producción.

Se presentan en cabina el ingeniero de turno, el capataz de la tuneladora, el erectorista, el mecánico y el eléctrico.

Se inicia el procedimiento de parada de producción:

o Detención de la inyección de gravilla.

o Detención de la inyección de mortero y limpieza de las líneas de mortero.

o Detención de los trabajos con grúas y polipastos asegurando el material.

El ingeniero de turno y el erectorista verifican que la parte superior de la máquina ha sido evacuada, a excepción del mecánico y el eléctrico, y se reúnen con el personal en la plataforma inferior.

El capataz y el piloto verifican que la parte inferior de la máquina ha sido evacuada, iniciando su recorrido hacia delante.

Cuando se reúnan con el resto del personal el capataz procederá a pasar lista y el personal se mantendrá a la espera.

En el trafo de 400 V se observa la evolución de la concentración de gas. Si se reduce al 0,5 % se procederá a reanudar los trabajos. Si sigue subiendo se ve la evolución.

Al alcanzar el 29 % del límite inferior de explosividad el mecánico procede a informar por emisora al encargado de playa de vías que el eléctrico de exteriores esté preparado para cortar la alimentación eléctrica a la tuneladora, a la cinta túnel y la iluminación.

30% del LIE (1,5 % de metano en aire):

El eléctrico corta la alimentación eléctrica de la máquina y se corta la alimentación eléctrica al túnel. Se apagan las emisoras y los teléfonos IP.

Si el metanómetro existente en el retorno de aire marca el 1,5 % de metano, se para la locomotora y se procede a la evacuación del túnel a pie portando, todo el personal, lámpara individual de casco.

Capitulo 8. Desprendimeinto de Grisú en los Túneles de la Variante de Pajares (lotes 3 y 4)


8. DESPRENDIMIENTO DE GRISÚ EN LOS TÚNELES DE LA VARIANTE DE PAJARES. (LOTES 3 y 4)

8.1. Zona de estudio

Como es sabido, en diferentes tramos de los túneles de la Variante de Pajares ha aparecido grisú durante la excavación. En este trabajo, nos referiremos sobre todo a un tramo concreto del lote 4 donde, en promedio, se midieron las mayores concentraciones de grisú en el retorno de la ventilación. Dicho tramo se localiza a unos 600 m de la boca norte del túnel (aprox. PK 33750) y atraviesa la formación San Emiliano que, en ese punto, está constituida fundamentalmente por lutitas negras, areniscas y algunos carboneros (pudiendo existir algun nivel de calizas). En la Figura 31 se representa el corte geológico y se señala la zona de estudio.

Figura 31. Tramo de túnel donde se obtuvieron medidas de desprendimiento de gas

8.2. Desprendimiento específico y caudal medio de grisú, medidos durante el avance

Debido al riesgo de existencia de metano, la tuneladora llevaba incorporados varios metanómetros que registraban de forma continua la concentración de dicho gas en el ambiente. Por otra parte, también se medía el caudal de aire limpio que llegaba al frente (que se mantenía muy constante), lo que permitía estimar con la suficiente precisión el volumen de grisú que se desprende instantáneamente y que se incorporaba a la corriente de ventilación.

Por otra parte, la tuneladora registra otros parámetros operacionales como son el empuje, el par de giro de la rueda de corte o el avance instantáneo durante la



excavación. Teniendo en cuenta que la sección de excavación es constante y suponiendo una densidad media del tramo carbonoso, se puede estimar también con la suficiente precisión la producción bruta instantánea.

Por lo tanto, dividiendo el volumen de metano desprendido por la masa bruta excavada, se obtiene el registro continuo de los valores instantáneos del desprendimiento específico de grisú en m3/t. En la Figura 32 se representa dicho registro para un tamo de unos 100 m dentro de la formación San Emiliano. Como se ve en la gráfica, y era esperable, el desprendimiento específico de grisú varía instantáneamente en un rango muy amplio.

Esto se debe a que en su avance, la tuneladora va atravesando tramos de diferentes litologías (lutitas, limolitas, carbón) con diferentes características en cuanto a desprendimiento de metano. Mientras que el desprendimiento es moderado al excavar terreno con poca materia carbonosa, al entrar en contacto con una capa o nivel carbonoso se libera un volumen muy importante de metano produciéndose instantáneamente un pico que alcanza valores muy altos.

0

10

20

30

40

50

60

70

730 740 750 760 770

Distancia al origen (m)

Spec

ific m

etha

ne e

mis

sion

(m3 /t

)

780 790 800 810 82

Distance to the portal (m)

20 830 840 850 860 870


Figura 32. Desprendimiento específico de grisú instantáneo (en m3/tb)

Teniendo en cuenta que en el avance de la tuneladora también se dispone del registro de tiempo, si se divide el volumen de gas que se incorpora a la ventilación entre el tiempo transcurrido se puede estimar con precisión el caudal medio de grisú que se desprende por unidad de tiempo. En la Figura 33 se representa dicho caudal expresado en m3/día, es decir extrapolando la medida instantánea en m3/s a un día completo. Al igual que se observó en el anterior caso, se producen variaciones de los valores instantáneos en función del tramo concreto que excava la máquina en ese momento.



0

10000

20000

30000

40000

50000

730 740 750 760 770

Distancia al origen (m

Aver

age

met

hane

rate

(m3 /d

ay)

780 790 800 810 820


0 830 840 850 860 870


Figura 33. Caudal instantáneo de grisú (en m3/día)

8.3. Patrón del desprendimiento específico y del caudal medio de grisú que llega al túnel

Para comprobar si el patrón de desprendimiento de grisú durante el avance del túnel es similar al que se puede observar en las minas subterráneas de carbón, se puede representar el desprendimiento específico de metano frente a la producción (masa excavada), tal como hizo para el caso de la explotación de carbón. Puesto que la experiencia en la mina se correspondía con explotaciones de capas de carbón, para que los resultados sean comparables, se tendrán en cuenta los mayores valores de desprendimiento de grisú registrados que corresponderán a puntos en los que la tuneladora atravesó alguna capa de carbón o nivel carbonoso.

Representando en una gráfica (Figura 34) los puntos en los que la concentración de grisú fue mayor que 0.25%, se observa cómo dichos puntos se distribuyen prácticamente de la misma manera que en el caso de la mina (su disposición es en columnas debido a que los datos de avance instantáneos se dan en valores enteros). Las curvas envolventes deducidas a partir de los datos mineros son, con un mínimo ajuste, válidas para representar el fenómeno en el caso de avance del túnel. En este caso, las expresiones son:

( )Pup 998.012510)P(S ×+= (8)

( )Plow 996.01005)P(S ×+= (9)



5

25

45

65

85

105

125

0 500 1000 1500 2000

Daily output (t/day)

Spec

ific e

mis

sion

(m3/

t)

Figura 34. Desprendimiento específico de grisú en función de la producción (en m3/tb)

De la misma manera, si se representa el caudal medio de metano en función de la producción (Figura 35), de nuevo se comprueba cómo el desprendimiento de grisú en este caso de avance de un túnel a través de terreno carbonífero, sigue la misma pauta que en el caso del desprendimiento de gas en una mina de carbón. Para hacer comparables los resultados del avance de la tuneladora con los resultados de la experiencia minera, se han tomado los puntos correspondientes a aquellos tramos donde el desprendimiento específico instantáneo era mayor de 4 m3/t.

( )[ ]Pup 998.012510P)P(q ×+×= (10)

( )[ ]Plow 996.01005P)P(q ×+×= (11)

Por lo tanto, se puede concluir que efectivamente, avanzado en terreno carbonífero similar al de las minas de carbón asturianas, el desprendimiento de grisú seguirá unas pautas similares al observado en la minería del carbón.

El planteamiento inicial, la hipótesis de partida, era que el desprendimiento específico de grisú durante el avance de un túnel debería seguir unas pautas similares a cómo ocurre en las minas subterráneas, es decir, que el desprendimiento específico y el caudal medio en función de la producción se pudiera representar a partir de las expresiones generales (2) y (5) si bien, con unos parámetros Smax, Smin y k diferentes a los de la minería. Hay que tener en cuenta que las formaciones geológicas en la que se avanzó el túnel y aquella correspondiente a las explotaciones mineras no son la misma formación geológica (si bien pertenecen ambas al Carbonífero del periodo Westfaliense). Por lo tanto, esta similitud en las leyes concretas que rigen el fenómeno, representadas por las expresiones por (3), (4) (6) y (7), para las dos obras es posiblemente fruto de que pese a ser formaciones



geológicas diferentes, eran muy similares en cuanto a materia carbonosa, concentración de metano en capa…etc.

500

10500

20500

30500

40500

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Daily output (t/day)

Aver

age

met

hane

rate

(m3 /d

ay)

Figura 35. Caudal instantáneo de grisú en función de la producción (en m3/día)

Capitulo 9. Desarrollo de un modelo empirico de predicción.


9. DESARROLLO DE UN MODELO EMPÍRICO DE PREDICCIÓN Finalmente, se muestra cómo se haría un cálculo del desprendimiento de metano al avanzar una tuneladora en terrenos del Carbonífero a partir de los datos de mina. Esto ilustrará cómo, efectivamente, la experiencia minera puede ser útil en la predicción del desprendimiento de grisú.

Puesto que la experiencia ha demostrado que las expresiones (3), (4), (6) y (7) encontradas en la explotación minera sirven para el avance de un túnel, se usarán esas directamente sin ningún tipo de ajuste o modificación.

9.1. Cálculo a partir del desprendimiento específico de grisú

El hecho de que S sólo sea independiente de la producción a partir de una producción suficientemente alta, hace que sea necesario hacer suposiciones sobre la producción para poder hacer una predicción realista. No obstante, si se quiere estar del lado de la seguridad siempre se pueden tomar los valores más altos del parámetro S.

Como dijimos, la concentración de grisú en el retorno se puede estimar conocidos el desprendimiento específico, la producción de la tuneladora, que vendrá determinada por su velocidad de avance, y el caudal de aire limpio que llega al frente. Los valores concretos de los diferentes parámetros que se utilizan se han elegido aceptando las siguientes suposiciones:

a) Con respecto al avance de la tuneladora, cuando existen indicios de la aparición de gas (alarma en algún metanómetro) la tendencia es a moderar la velocidad; por ello, se supondrá que la velocidad de avance, media para un día, es de 5-10 m/día ó 0.20-0.40 m/h. Suponiendo una densidad media de los materiales carbonosos que se excavan de 2.2 t/m3 (15% carbón de 1.3 t/m3 y 85% roca de 2.6 t/m3) y teniendo en cuenta que la sección de avance es de 78.5 m2, la producción es de 860-1720 t/día

b) Un valor medio de S para esas producciones, se pueden estimar a partir de las expresiones (6) y (7):

( ) ( )[ ] 2.20998.010012996.080821)P(S 860860

low =×++×+×= m3/t

( ) ( )[ ] 6.11998.010012996.080821)P(S 17201720

up =×++×+×= m3/t



Tomando los valores de S entre 11.6 y 20.2 m3/t, se están teniendo en cuenta tanto las variaciones en el contenido en gas en el macizo rocoso como los cambios en el desprendimiento de gas debidos a diferentes velocidades de avance.

c) En cuanto al caudal de aire limpio que se aporta al frente, se tiene que una exigencia típica es que la velocidad de la corriente de aire mínima en el retorno sea de 0.5 m/s, lo que llevaría a caudales de aire limpio del orden de 30 m3/s; por otra parte, la longitud de los fondos de saco, que llegan a 10 Km., obligan a la instalación de grandes ventiladores (con potencias de 2×75 Kw., 2×90 Kw. incluso mayores) y grandes diámetros de tubería (normalmente 2500 mm.) lo que hace que se puedan alcanzar sin problemas caudales de hasta 80 m3/s; no obstante, para estar del lado de la seguridad se puede suponer un caudal menor ya que el exceso de la ventilación nunca es deseable, ya que pueden surgir problemas con el polvo o producir molestias a los operarios, en la operación normal del día a día se utilizan caudales medios de 30-40 m3/s

Resumiendo se tiene que la tuneladora excava el túnel de 78,5 m2 de sección a una velocidad de avance de 0.20-0.40 m/h, en un macizo rocoso en el que el desprendimiento específico para esa producción varía entre 11.6 y 20,2 m3 de gas por tonelada de roca excavada, mientras que el caudal de aire limpio aportado al frente es de 30-40 m3/s. Bajo estas hipótesis, tomando las condiciones más favorables y más desfavorables, la concentración de grisú en el retorno es:

27.0403600

2.25.782.06.11100Clow =×

××××= %

29.1303600

2.25.784.02.20100Cup =×

××××= %

Es decir, en un episodio normal de desprendimiento de grisú, la concentración de grisú en el ambiente debería estar aproximadamente entre el 0,27% y el 1,29% en volumen. Hay que tener en cuenta que S es un valor promediado para un intervalo de tiempo grande por lo que, instantáneamente se podrían producir puntas de grisú mayores difíciles de estimar en una fase de cálculo. No obstante, durante el avance real, se dispone aún de margen de seguridad ya que se puede actuar sobre dos de las variables de manera casi inmediata. Por una parte, la parada de la tuneladora, con lo que la afluencia de gas hacia el túnel comenzaría a disminuir, y por otra, el aumento del caudal limpio en el frente, sobre todo cuando la longitud del túnel no es demasiado larga y los ventiladores resultan sobredimensionados.



9.2. Cálculo a partir del caudal medio de grisú

En este caso, se supone que este caudal de grisú que se desprende hacia el túnel es independiente de la producción o, lo que es lo mismo, de la velocidad de avance de la tuneladora. El cálculo es más sencillo y sólo hace falta hacer hipótesis sobre los caudales de grisú y de aire limpio en el túnel:

a) Caudal medio de grisú:

000,25)P(q sup ≅ m3/día

000,10)P(q inf ≅ m3/día

b) Caudal medio de aire limpio que llega a la tuneladora de 30-40 m3/s, que equivalen respectivamente a 2.592.000 m3/día y 3.456.000 m3/día.

Por lo tanto, la concentración de grisú sería:

30.0000,456,3

000,10100Cinf ≅×= %

0.1000,592,2

000,25100Csup ≅×= %

Como se dijo antes, según este cálculo, en un episodio normal de desprendimiento de grisú, la concentración de grisú en el ambiente debería estar entre el 0.30% y el 1.0%.

Hay que decir que este método es más exacto puesto que para ese rango de avances supuesto (equivalente a una producción entre 860 y 1720 t/día) es más constante el caudal medio de gas desprendido que el desprendimiento específico de gas.

También hay que hacer hincapié en que el grisú que se incorpora a la ventilación es prácticamente independiente de la producción o, lo que es lo mismo, del avance de la tuneladora. Y esto resulta muy ventajoso porque equivale a eliminar este parámetro de los cálculos, parámetro que es muy variable ya que depende de muchos condicionantes (el operador de máquina, averías menores en la máquina, paradas por mantenimiento, mayor o menor dureza y abrasividad de la roca…etc.).

9.3. Concentración de grisú medida durante el avance

La gráfica representa la concentración instantánea registrada por uno de los metanómetros en función de la distancia al portal del túnel en el tramo de los lotes 3 y 4 en el que se produjo desprendimiento de grisú. Se comprueba que a lo largo de



unos 100 m de longitud se produjo un desprendimiento de grisú más o menos continuo que fue diluido por la corriente de ventilación.

Si se representan los valores máximo y mínimo calculados a partir de la experiencia en la mina, representativos de un macizo rocoso grisuoso en mayor o menor proporción, se comprueba que los valores observados están dentro del rango esperado. Como valores máximo y mínimo representativos se han tomado los calculados a partir de la hipótesis de caudal medio constante, ya que es más exacta la hipótesis de desprendimiento específico constante.

Como se ve, prácticamente en todos los casos la concentración de grisú fue menor del 1,0% y en su mayoría estuvo entre los valores máximos y mínimos estimados, 0,30% y 1,0%, es decir, el desprendimiento de gas en el tramo estudiado alcanza un nivel que está dentro de lo que se esperaría por ser un macizo rocoso típico del Carbonífero en Asturias.

Por lo tanto, con las hipótesis de partida, se cumple la predicción. La explicación está en que, efectivamente, el desprendimiento de grisú durante el avance de la tuneladora en terreno Carbonífero, siguió una pauta similar a la que se tuvo en la minería del carbón.

0

0,5

1

1,5

2

730 740 750 760 770


Met

hane

con

cent

ratio

n (%

)

0 780 790 800 810 82


20 830 840 850 860 870

Figura 36. Concentración de grisú en la ventilación (% en volumen) en lutitas y areniscas

No obstante, como ocurre con todos los modelos empíricos, la precisión en una predicción será tanto más acertada cuanto más se parezcan las condiciones del caso a analizar a aquellas existentes en el caso o casos que sirvieron para desarrollar el modelo.

Esto se puede comprobar si se comparan estos resultados anteriores con los obtenidos en un tramo del Lote 1 en el que también se atravesó la formación San Emiliano. En la gráfica de la Figura 37 se muestra el registro de concentración de



gas a lo largo de un tramo de 500 m. que atravesaba dicha formación. Este trayecto se avanzó con tuneladora y tanto la velocidad de avance de la misma como el caudal de aire limpio que llega al frente eran del mismo orden que los supuestos en los cálculos anteriores (según los datos de los que disponemos, la velocidad de avance fue ligeramente superior).

Sin embargo se comprueba cómo, mientras que los 300 m. finales se cumple lo observado en el tramo analizado de los Lotes 3 y 4, en los primeros 200 m la concentración de grisú es superior a la estimación más desfavorable.

La explicación está en que, mientras que el segundo tramo (de 300 m de longitud) predominaban fundamentalmente areniscas, limolitas y lutitas carbonosas (las típicas de los paquetes productivos de las minas de carbón en Asturias), en el primer tramo la litología predominante eran las calizas.

Dichas calizas presentaban un alto grado de karstificación que las hacía más permeables y con una mayor capacidad de almacenamiento de gas que las areniscas o las limolitas típicas de la minas de carbón. Por este motivo, al excavar la tuneladora estas calizas el desprendimiento de gas fue mayor y consecuentemente la concentración de grisú en la corriente de aire de ventilación también.

Puesto que a partir de esta experiencia se conoce el desprendimiento de grisú en estas calizas, no es difícil usar la metodología desarrollada utilizando un factor mayorante: por ejemplo asumiendo que el máximo desprendimiento de grisú será del orden de 2 veces mayor en las calizas que en las areniscas y limolitas.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

825 875 925 975 1025 1075 1125 1175 1225 1275 1325


Met

hane

cnc

entra

tion

(%)

Figura 37. Concentración de grisú en la ventilación (% en volumen) en calizas

Capitulo 10. Predicción del caudal de aire necesario en función de la velocidad media de avance


10. PREDICCIÓN DEL CAUDAL DE AIRE NECESARIO EN FUNCIÓN DE LA VELOCIDAD MEDIA DE AVANCE Hay que tener en cuenta que los resultados analizados anteriormente están condicionados por parámetros operativos y limitaciones propias en la ejecución de la obra. Es decir, el avance de la tuneladora estuvo condicionado a que la concentración de grisú estuviera por debajo del límite legal establecido en una concentración del 1% (a partir del 1% de metano, se interrumpía el suministro eléctrico). Por eso, no hay por qué limitar la velocidad de avance de la tuneladora a la velocidad de avance que mantuvo realmente y plantear un problema más real que es definir la velocidad máxima que puede alcanzar la tuneladora excavando este terreno carbonífero.

Asegurar una velocidad de avance mínima siempre es deseable por razones económicas, pero también por razones operativas. Cuando se atraviesa este tipo de terreno con lutitas y capas de carbón una mayor velocidad de avance disminuye el riesgo de atrapamiento de la máquina por fenómenos de squeezing.

Por eso, un planteamiento más parecido a un problema real sería el siguiente: suponiendo que se ha de avanzar en un terreno carbonífero con un desprendimiento específico típico de la Cuenca Central Asturiana, qué caudal ha de aportar el sistema de ventilación para que la concentración de grisú se mantenga siempre por debajo del 1% para un ritmo de avance de la tuneladora medio de 25 m/día.

Suponiendo una densidad media de 2.2 t/m3 la producción diaria sería:

43002.25.7825P ≅××= t/día

Para esta producción el caudal de grisú máximo esperable sería, según la expresión (6):

( )[ ] 500,51998.0100124300)P(q 4300up ≅×+×= m3/día

Por lo tanto, el caudal d aire limpio en el frente para que la concentración de metano fuera menor del 1% debería ser:

000,150,501.0500,51Q0.1

Q500,51100C minmin

up =>⇒<×= m3/día = 60 m3/s

Hay que decir que, hoy en día, y para un túnel de estas características, se puede hacer llegar al frente un caudal de ese orden sin mayores problemas.

De la misma manera, se podría resolver el problema inverso y determinar qué avance se podría alanzar para un caudal de la ventilación máximo fijado por el

Capitulo 10. Predicción del caudal de aire necesario en función de la velocidad media de avance


sistema de ventilación. Por ejemplo, si el sistema de ventilación no fuera capaz de dar más de 60 m3/s, el avance de la tuneladora no podría ser de más de 25 m/día. Se podría concluir que, aún a pesar del grisú, se podrían alcanzar, puntualmente, velocidades de hasta 25 m/día. No obstante, como el desprendimiento de grisú varía instantáneamente produciendo picos de concentración muy altos que producen la interrupción en la marcha de la máquina, esa velocidad se vería disminuida en una proporción importante.

Capitulo 11. Conclusiones


11. CONCLUSIONES De todo lo anterior se pueden extraer las siguientes conclusiones y enseñanzas:

1) Se comprueba que el desprendimiento de metano durante el avance de un túnel sigue unas pautas similares a lo que ocurre en las minas de carbón.

2) Consecuencia de ello es que los modelos de cálculo desarrollados para la minería de carbón son utilizables en el caso de la obra civil.

3) Se pueden usar métodos no complejos, como el basado en el desprendimiento específico o en el caudal medio de grisú, sobre todo si se tiene experiencia.

4) Hasta ahora, se tenía la experiencia minera, a partir de ahora, la experiencia se puede ampliar a la obra civil, ya que a partir de la obra se han podido determinar el desprendimiento específico de grisú en varios tramos del túnel lo que sirve para obras futuras.

5) Los datos obtenidos durante el avance aportan datos de los parámetros que deberían usarse en los modelos. En el caso de los túneles de la Variante de Pajares, en los tramos de areniscas y pizarras, el desprendimiento específico fue del orden de 25 m3/tb y el caudal medio de grisú del orden de 25000 m3/día. En el caso de los tramos en calizas, esos valores pueden ser mayores.

6) Las formaciones grisuosas se han encontrado perpendicularmente a la traza del túnel, esto unido a que son de escasa potencia, ha hecho que el túnel haya avanzado por ellas unos pocos metros, insuficientes para establecer una marcha de régimen mantenida en el tiempo, por lo que no se han podido estimar otros parámetros de interés como la zona desgasificada o de influencia de la excavación.

7) El valor del desprendimiento específico y/o en su caso el caudal medio de grisú es muy importante para el diseño de la ventilación y del rendimiento máximo que puede dar la tuneladora en la zona grisuosa. Es decir, la tuneladora podrá avanzar a un ritmo tal que permita que el metano sea diluido por el aire de la ventilación; en caso contrario la tuneladora tendrá que detenerse para disminuir el avance medio.

8) En general, los máximos valores de desprendimiento de grisú registrados, llevan a que sean necesarios caudales de aire limpio del orden de 40-60 m3/s. Puesto que otros condicionantes (como el calor, la dilución de gases en las voladuras intermedias, la maquinaria diesel dentro del túnel…etc.)

Capitulo 11. Conclusiones


exigen caudales de ese orden, se concluye que, como en las minas, el desprendimiento de metano no es un condicionante que impida el avance mecanizado.

Planos


12. PLANOS Plano nº 1. Corte Geológico longitudinal. Lote 4. (Cortesía UTE PAJARES 4).

Plano nº 2. Longitudinal Geológico Km. inicial (Cortesía UTE PAJARES 4).

Plano nº 3. Planta de emboquille. Instalación eléctrica.

Plano nº 4. Esquema unifilar de la acometida de la Tuneladora.

Plano nº 5. Esquema unifilar de la iluminación en el interior del túnel.

Plano nº 6. Esquema De monitorización y control. Valores límite y gamas de control

Referencias Bibliográficas


13. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS AITEMIN, 2002. Investigación del contenido en metano en túnel de Pajares (No publicado).

Austig, M. 1907. Perforation des grandes tunnels. Revue Mineralurgique, diciembre de 1907.

Diaz Aguado, M. B., González Nicieza, C. (2009): Influence of the stress state in a coal bumpprone deep coalbed. A case study. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 46, pp 333-345.

Directive 94/9/EC of the European Parliament and the Council of 23 March 1994 on the approximation of the laws of the Member States concerning equipment and protective systems intended for use in potentially explosive atmospheres (OJ L 100, 19.4.1994).

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