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Ciencia & Tecnología

Nueva técnica apaga megaincendios en minas de carbón a cielo abierto

Propex es el nombre de esta propuesta –pionera en el mundo– para controlar estas grandes conflagraciones, diseñada por el grupo de investigación Instituto de Minerales Cimex (IM-Cimex) de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín, que tomó como caso de estudio la explotación del Cerrejón, en La Guajira.

Medellín, 08 de julio de 2020Agencia de Noticias UN-

En Cerrejón se prenden toneladas de carbón solo con la velocidad del viento y ciertas condiciones atmosféricas. Foto: Cerrejón - Grupo IM-Cimex.

A finales de octubre de 2016 estaban activos 325 incendios en Cerrejón. Gráfico: Cerrejón - Grupo IM-Cimex.

Los incendios en minas a cielo abierto son a gran escala, o megaincendios. Foto: Cerrejón - Grupo IM-Cimex.

Simulación numérica de la propagación de los incendios espontáneos. Imagen: Grupo IM-Cimex.

Después de que inicia el fuego se propaga a profundidad por el altísimo poder calorífico del carbón. Foto: Grupo IM-Cimex.

Proceso de inyección con la técnica Propex.

El director del IM-Cimex, Moisés Oswaldo Bustamente, profesor en Minería y Metalurgia Extractiva, señaló que por iniciativa de la empresa Cerrejón, que produce alrededor de 30 millones de toneladas anuales de carbón, en 2018 iniciaron el estudio de los factores que influían en la combustión espontánea que se presenta allí.

Algunas minas de carbón a cielo abierto en el mundo (China, Australia y Suráfrica) presentan combustión espontánea, no necesariamente ligada a sistemas de explotación, lo que se evidencia por el registro de paleoincendios antes del inicio de las operaciones mineras.

Ello genera importantes pérdidas de reservas, asociadas con serios problemas ambientales por generación de gases de efecto invernadero y aumento de riesgos estructurales de los macizos rocosos, entre otros.

El profesor Bustamante explica que “en Cerrejón se prenden toneladas de carbón solo con la velocidad del viento y condiciones atmosféricas como altas temperaturas, falta de humedad en el aire y presencia de sales como sodio en el aire provenientes de la cercanía al mar Caribe”.

Al respecto, recuerda que “al iniciar el fuego se propaga a profundidad por su altísimo poder calorífico. Ese carbón es un combustible sólido de más de 15.000 BTU (British Thermal Unit) y en algunos momentos tiene alta capacidad de generar calor al activarse en presencia de oxígeno”.

Aunque la combustión espontánea en mantos de carbón no suele ocurrir en minas a cielo abierto, es muy particular en Cerrejón y minas en el mundo cercanas a mares y con la misma similitud geográfica y climática que Cerrejón, detalla.

Del inicio a la propagación del incendio

Una característica de los incendios en minas a cielo abierto es que son a gran escala y no se puede usar tecnología convencional de apagado.

La baja temperatura de oxidación asociada con muy altos valores de poder calorífico como en carbones térmicos o de altos BTU, promueve autocalentamiento y puede desencadenar la ignición y posterior propagación del incendio.

En ese sentido, el profesor Bustamante comenta que además de caracterizar cómo ocurría físico-químicamente esa autocalentamiento y posterior ignición, “nos pusieron el reto de investigar cómo se podría apagar”.

La estrategia innovadora del grupo IM-Cimex consistió en subdividir el proceso en dos etapas: de ignición o inicio del incendio, –caracterizada mediante datos de los frentes de explotación– y de propagación, caracterizada por investigar la sostenibilidad del incendio en ambientes que no poseen características de mantener el fuego.

Respecto a las variables, las más influyentes para causar la ignición son la temperatura del manto, la presión atmosférica, la velocidad del viento, la presión de oxígeno, la concentración de metano y la altura sobre el nivel del mar, unidas a características propias del carbón como porcentaje de ceniza y de materia volátil, poder calorífico y sus grupos macerales.

Partiendo de estas variables, para combatir la propagación después de caracterizar la magnitud del incendio se propuso la metodología Propex, basada en simulación para apagar incendios subterráneos que no necesariamente hayan aflorado a los tajos a cielo abierto.

El método permite extinguir el incendio desde la superficie aprovechando las estructuras geológicas, cavernas producidas por la ceniza de combustión y en la inyección de fluidos utilizando un material de gran flujo de extinción, y desarrollando un fuerte control de difusión y contradifusión de gases, produciendo un ahogo o asfixia de la zona de incendio a gran escala.

Para garantizar un apagado exitoso es necesario un estudio geomecánico y de presiones del macizo rocoso. Una prueba de presiones es una herramienta de diagnóstico basada en las necesidades de cada pozo, para evaluar parámetros de fracturamiento y facilitar la selección del producto a inyectar.

Además de la parte tecnológica, Propex involucra un sistema de gestión que plantea una metodología y se recomienda hacer estudios de suelos y diseños de prefactibilidad para implementarla.

Cerrejón aportó datos y equipo de trabajo liderado por el ingeniero de Minas y Metalurgia Hernán Zapata. El grupo de IM-Cimex lo integran el profesor Bustamante y los magísteres en Recursos Minerales, Alan José Daza y Pablo Bustamante.

Hoy el grupo IM-Cimex y el grupo de Inteligencia Artificial liderado por el profesor John Willian Branch, identifican zonas propensas a autocalentamiento e ignición, para prevenirlos.

(Por: fin/OLML/MLA/LOF
)
N.° 660

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