estudio basico de los parametros geotecnicos que
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ESTUDIO BASICO DE LOS PARAMETROS GEOTECNICOS QUE
PERMITAN DEFINIR Y PROTEGER EN-SUPERFICIE LAS ZONAS
INFLUENCIADAS POR EXPLOTACIONES SUBTERRANEAS DE CARBON
Mayo, 1984
Este trabajo ha sido realizado por la División de Geo
logia Aplicada a la Ingeniería del Instituto Geológio y Mine
ro de España ( IGME ), en régimen de convenio con la Empresa
Nacional Adaro de Investigaciones Mineras, S.A., (ENADIMSA)
con la participación de:
Por parte del IGME:
D. José María Pernia Llera . Director de Estudio.
Por parte de ENADIMSA:
- D. Antonio J. Campos de Orellana Pardesa. Jefe del
Proyecto.
- D. Juan Herrera Estevez.
Asimismo han colaborado eficazmente y sin los cuales
habría sido imposible este estudio, los Directores e Ingenie
ros de: Combustibles de Fabero, Antracitas de Gaiztarro, An
tracitas de Fabero, Minero Siderúrgica de Ponferrada (Villa
blino y Camocha), Hulleras de Sabero, Hullera Vasco-Leonesa,
Antracitas de Velilla, Minero Cantabro Bilbaina, HUNOSA, Mi
nas de Figaredo , Minas de Lieres, Carbones de Narcea , Antraci
tas de Gillón, ENCASUR, ENDESA y Minas y Ferrocarriles de
Utrillas.
I N D I C E
Págs.
1.- INTRODUCCION ..................................... 1
2.- MOVIMIENTOS DEL TERRENO Y DAÑOS EN SUPERFICIE. CON
CEPTOS Y FUNDAMENTOS ............................. 5
2.1.- DEFORMACIONES DISCONTINUAS ................. 6
2.2.- DEFORMACIONES CONTINUAS .................... 72.3.- FORMACIONES DE DAÑOS EN SUPERFICIE 9
2.3.1.- Subsidencia ........................ 9
2.3.2.- Pendiente ......................... 112.3.3.- Curvatura ...... ............... 112.3.4.- Desplazamiento horizontal y distor -
sión ............................... 12
2.3.5.- Deformación ........................ 122.4.- DAÑOS NO PRODUCIDOS POR EXPLOTACIONES MINE
RAS Y FACILMENTE CONFUNDIBLES .............. 14
2.5.- DEFORMACIONES DEL TERRENO PERMISIBLES EN SU
RELACION A ESTRUCTURAS ..................... 162.6.- PRECAUCIONES ESTRUCTURALES ................. 16
3.- PROBLEMATICA DE LOS MACIZOS DE PROTECCION EN LAS -
CUENCAS CARBONIFERAS ESPAÑOLAS ................... 18
3.1.- PLANTEAMIENTO GENERAL ...................... 19
3.2.- RESUMEN DE LA INFORMACION Y DATOS RECOGIDOS. 22
4.- MEDIDAS SOBRE LA EXPLOTACION PARA REDUCIR DAÑOS ES
TRUCTURALES EN SUPERFICIE ........................ 29
4.1.- PRINCIPIOS ................................. 30
Págs.
4.2.- CONFIGURACIONES'QUE MAXIMIZAN LAS DEFORMACIO
NES Y LOS DAÑOS ESTRUCTURALES .............. 31
4.3.- PROFUNDIDAD CRITICA DE LAS EXPLOTACIONES ... 34
4.4.- MACIZOS DE PROTECCION ...................... 36
4.4.1.- Caso Bi-dimensional ................ 36
4.4.2.- Caso tri-dimensional ............... 41
4.5.- EXTRACCION PARCIAL ......................... 50
4.6.-RELLENO ............... 51
4.7.- EXCAVACION RAPIDA .......................... 54
4.8.- DISPOSICIONES ESPECIALES DE LOS TAJOS ...... 56
4.8.1.- Explotación Armónica 57
4.8.2.- Frentes Escalonados .... .......... 59
4.8.3.- Frentes Opuestos 59
4.8.4.- Orientación de los Frentes ......... 60
4.9.- MACIZOS DE PROTECCION DE POZOS 62
5.- CONCLUSIONES ..................................... 68
6.- REFERENCIAS ................................. 74
ANEXO A - FUNCIONES DE INFLUENCIA PRINCIPIOS ......... 81
1.- INTRODUCCION ..................................... 82
2.- CONCEPTOS ....... .............................. 83
3.- FUNCIONES DE INFLUENCIA Y SUBSIDENCIA ............ 87
4.- FORMAS DE FUNCIONES DE INFLUENCIA 91
ANEXO B - MAGNITUDES CARACTERISTICVAS EN LOS DAÑOS ES
TRUCTURALES PRODUCIDOS POR SUBSIDENCIA ..... 97
1.- MAGNITUDES MAS IMPORTANTES GENERADAS EN LA SUBSI
DENCIA ........................................... 98
ANEXO C - DESPLAZAMIENTOS HORIZONTAELS Y DEFORMACIONES
CALCULO Y RELACIONES ....................... 101
1.- DESPLAZAMIENTO MAXIMO HORIZONTAL ( Vmax) .......... 102
2.- CURVAS DE DESPLAZAMIENTOS HORIZONTALES ........... 105
Págs.
3.- LAS DERIVADAS DEL DESPLAZAMIENTO .................. 107
ANEXO D - ESTADO ACTUAL EN LAS PRINCIPALES CUENCAS CAR
BONIFERAS ESPAÑOLAS .......................... 110
1.- BIERZO ( LEON ) ..................................... 111
1.1.- COMBUSTIBLES DE FABERO 112
1.1.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos . 112
1.1.2.- Sistemas de Explotación ............. 113
1.1.3.- Macizos de Protección ............... 115
1.1.4.- Fenómenos de Subsidencia ............ 115
1.2.- ANTRACITAS DE FABERO ......................... 116
1.2.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos ... 116
1.2.2.- Sistemas de Explotación ............. 117
1.2.3.- Macizos de Protección 120
1.2.4.- Fenómenos de Subsidencia ............ 122
1.3.- ANTRACITAS DE GAIZTARRO 122
1.3.1.- Grupo Escandal ...................... 122
1.3.1.1.- Aspectos Geológicos y Geo
técnicos .................. 122
1.3.1.2.- Sistema de Explotación .... 123
1.3.1.3.- Macizos de Protección ..... 124
1.3.1.4.- Fenómenos de Subsidencia 124
1.3.2.- Grupo Caleyo ................ ........ 124
1.3.3.- Grupo Jarrina ....................... 126
2.- LEON NORTE ......................................... 128
2.1.- MINERO SIDERURGICA PONFERRADA (Villablino) 129
2.1.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos ... 129
2.1.2.- Sistemas de Explotación ............. 131
2.1.3.- Macizos de Protección ............... 131
2.1.4.- Fenómenos de Subsidencia ............ 132
2.2.- HULLERAS DE SABERO Y ANEXAS ................. 132
2.2.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos ... 132
2.2.2.- Sistemas de Explotación ............. 134
2.2.3.- Macizo de Protección ................ 135
2.2.4.- Fenómenos de Subsidencia ............ 136
Págs.
3.- GUARDO ( PALENCIA ) ............ ................. .. 136
3.1.- ANTRACI TAS DE VELILLA 137
3.1.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos 137
3.1.2.- Sistema de Explotación .............. 138
3.1.3.- Macizos de Protección ............... 139
3.1.4.- Fenómenos de Subsidencia ............ 140
3.2.- MINERO CANTABRO- BILBAINA .................... 140
3.2.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos 141
3.2.2.- Sistemas de Explotación ............. 142
3.2.3.- Macizos de Protección ............... 142
3.2.4.- Fenómenos de Subsidencia ............ 143
4.- CUENCA CENTRAL ASTURIANA 144
4.1.- HUNOSA ... ............... ................... 145
4.1.1.- Campo de la Moral (Pozo Pumarabule) 145
4.1.1.1.- Aspectos Geológicos y Geo
técnicos .................. 146
4.1.1.2.- Sistemas de Explotación ... 147
4.1.1.3.- Macizos de Protección ..... 147
4.1.2.- Campo del Boo ( Pozo Aller ) .......... 149
4.1.2.1.- Aspectos Geológicos y Geo
técnicos 149
4.1.2.2.- Sistemas'de Explotación ... 150
4.1.2.3.- Macizos de Protección ..... 152
4.1.2.4.- Fenómenos de Subsidencia 152
4.1.3.- Campo del Pozo Llamas ............... 152
4.1.3.1.- Aspectos Geológicos y Geo
técnicos .................. 152
4.1.3.2.- Macizos de Explotación .... 154
4.1.3.3.- Macizos de Protección ..... 154
4.1.3.4. - Fenómenos de Subsidencia 155
4.1.4.- Pozo Candín ......................... 155
4.1.4.1.- Aspectos Geológicos y Geo
técnicos .................. 156
4.1.4.2.- Sistema de explotación .... 156
4.1.4.3.- Macizos de Protección ..... 159
4.1.4.4.- Fenómenos de Subsidencia 159
4.1.5.- Pozo M2 Luisa ....................... 159
4.1.5..1.- Aspectos Geológicos y Geo
técnicos .................. 159
4.1.5.2.- Sistema de Explotación .... 160
4.1.5.3.- Macizos de Protección ..... 162
4.1.5.4.- Fenómenos de Subsidencia 162
4.1.6.- Pozo Santa Bárbara .. ................ 162
4.1.6.1.- Aspectos Geológicos y Geo
técnicos ................ 162
4.1.6.2.- Sistema de explotación .... 163
4.1.6.3.- Macizos de Protección ..... 165
4.1.6.4.- Fenómenos de Subsidencia 165
4.1.7.- Pozo Pumarabule ..................... 165
4.1.7.1.- Aspectos Geológicos y Geo
técnicos 165
4.1.7.2.- Sistema de Explotación .... 167
4.1.7.3.- Macizo de Protección ...... 167
4.1.7.4.- Fenómenos de Subsidencia 167
4.2.- MINAS DE FIGAREDO ........................... 168
4.2.1.- Zona de Los Pozos ................... 168
4.2.1.1.- Aspectos Geológicos y Geo
técnicos .................. 168
4.2.1.2. - Sistemas de Explotación ... 172
4.2.1.3.- Macizo de protección ...... 172.
4.2.1.4.- Fenómeno de Subsidencia ... 172
4.2.2.- Macizo de Santa Cruz ................ 172
4.2.2.1.- Aspectos. Geológicos y Geo
técnicos .................. 174
4.2.2.2.- Sistemas de Explotación ... 174
4.2.2.3.- Macizo de Protección ...... 174
4.2.2.4 .- Fenómenos de subsidencia 175
Págs.
5.- ASTURIAS NORTE Y ORIENTAL ......................... 17 135.1.- MINERO SIDERURGICA DE PONFERRADA ( MINA LA CA
MOCHA ) ..................................... 1785.1.1.- Macizo del pozo ..................... 178
5.1.1.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos .................. 178
5.1.1.2.- Sistemas de Explotación ... 1805.1.1.3.- Macizo de protección ...... 180
5.1.2.- Macizo de protección de acuíferos ... 1815.2.- MINAS DE LIERES ............ ................. 181
5.2.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos ... 1825.2.2.- Sistemas de Explotación ............. 1835.2.3.- Macizos de Protección ............... 1835.2.4.- Fenómenos de subsidencia ............ 185
6.- ASTURIAS OCCIDENTAL ............................... 186
6.1.- CARBONAR .................................... 1876.1.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos ... 1876.1.2.- Sistema de Explotación .............. 1906.1.3.- Fenómenos de Subsidencia 190
6.2.- ANTRACITAS DE GILLON ........................ 1906.2.1.- Macizos de Ritorno ................... 192
6.2.1.1. - Aspectos Geológicos y Geotécnicos .................. 192
6.2.1.2. - Sistema de Explotación .... 1926.2.1.3.- Macizos de Protección ..... 1946.2.1.4.- Fenómenos de Subsidencia 194
6.2.2.- Macizo de Gillón .................... 194
7.- GUADIATO (Córdoba) ................................ 200
7.1.- ENCASUR ..................................... 2017.1.1.- Pozo Cervantes ...................... 201
7.1.1.1.- Aspectos Geológicos y Geo
técnicos .................. 201
Págs.
7.1.1.2.- Sistema de Explotación .... 203
7.1.1.3.- Macizo de Protección ...... 205
7.1.1.4.- Fenómenos de Subsidencia .. 205
7.1.2.- Espiel .............................. 205
7.1.2.1.- Aspectos Geológicos y Geo
técnicos ............. .. 205
7.1.2.2.- Sistema de Explotación .... 207
7.1.2.3.- Macizo de Protección ...... 207
7.1.2.4.- Fenómenos de Subsidencia 210
7.1.3.- Pozo Cervantes nQ 3 210
8.- TERUEL ..................... ....................... 214
8.1.- ENDESA . MINA INNOMINADA ..................... 215
8.1.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos ... 215
8.1.2.- Sistema de Explotación .............. 216
8.1.3.- Macizo de Protección ................ 219
8.1.4.- Fenómenos de Subsidencia ............ 219
8.2.- ENDESA . MINA LA OPORTUNA .................... 222
8.3.- MINAS Y FERROCARRIL DE UTRILLAS ............. 226
8.3.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos ... 226
8.3.2.- Sistema de Explotación .............. 230
8.3.3.- Macizo de Protección ................ 230
8.3.4.- Fenómenos de Subsidencia 231
1.- INTRODUCCION
El conocimiento actual sobre movimientos del terreno
creado por fenómenos de subsidencia y los daños causados se
viene basando normalmente en observaciones realizadas sobre
depósitos y yacimientos estratificados . Los estudios , normas
y regulaciones establecidos en los distintos paises confirman
en que son movimientos diferenciales del terreno , en particu
lar las deformaciones unitarias , las causantes de los daños
experimentados en estructuras sometidas a fenómenos de subsi
dencia. Las opiniones en relación a que volumen de deforma
ción del terreno produce tal grado de daño estructural, no
gozan de una uniformidad semejante.
Los daños producidos por las explotaciones mineras pue
den reducirse o prevenirse mediante medidas estructurales o
de labores de explotación . Este último aspecto incluye gene
ralmente medidas tomadas para minorar los movimientos del te
rreno , como pilares , macizos, rellenos y extracción parcial
así como para reducir movimientos temporales ( extracción rá
pida , y disposiciones especiales de las explotaciones).
Debido a que los movimientos diferenciales disminuyen
con la profundidad de las explotaciones, los macizos de pro
tección no se hacen indispensables a grandes profundidades.
Los pozos mineros son una de las estructuras principalmente
afectadas por variaciones verticales de los desplazamientos
de los materiales rocosos.
2 -
3 -
do del arte " en las principales cuencas carboníferas españ olas sobre los macizos de protección, su utilización, diseñoy fundamentos teóricos o experimentales en que están basados,para pasar luego a una exposición del desarrollo actual deesta tecnología de los macizos-tal y como hemos expresado enel párrafo precedente.
El fundamento conceptual aquí usado parte y se basaprincipalmente de las experiencias y desarrollos teóricos llevados a cabo en las cuencas centrales europeas ( Alemania, Polonia y URSS principalmente ), que es donde estos temas se hanllevado con mayor rigurosidad , amplitud y aplicabilidad. Losdesarrollos realizados por el National Coal Board ( U.K.) sontotalmente experimentales , únicos y exclusivamente aplicablesa sus condiciones particulares , tal y como ellos mismos reconocen y son conscientes . En USA, estos aspectos de la geote cnia han sido poco desarrollados , debido obviamente no a lafalta de potencial tecnológico, indiscutible , sino a las necesidades propias y particulares de su minería.
La proyección de este trabajo, se hace partiendo dela aportación de las mencionadas cuencas centro europeas, basadas en una tecnología- teórico-experimental , de relativa yfácil utilización . Estudios puntuales en explotaciones concaracerísticas muy específicas y problemas muy concretos ylocales, haría necesario . la utilización de técnicas basadasen análisis numéricos , los cuales llevan consigo un muy detallado conocimiento de las características geomecánicas de losmateriales geológicos , de sus condiciones tensionales, etc.,los cuales obligan a unos programas de caracterización máslargos y más costosos que los necesitados por la metodologíaaquí expresada.
4
2.- MOVIMIENTOS DEL TERRENO Y DAÑOS EN SUPERFICIE
CONCEPTOS Y FUNDAMENTOS
2.1.- DEFORMACIONES DISCONTINUAS
Bajo ciertas condiciones , las operaciones mineras pue
den causar fuertes fracturaciones en la superficie del terre
no, conocidas como discontinuas . Las más importantes son:
1.- Fracturas abiertas, desde pocos centímetros a 30 6 40 cm.
2.- Deslizamientos bruscos en el terreno sobre planos inclina
dos. Deslizamientos que pueden ir igualmente desde pocos
centímetros a metros.
3.- Hundimientos locales ("cave-in pits"), que se consideran
como colapsos locales del terreno, formándose pozos que
pueden llegar a tener varias decenas de metros de.diáme
tro y profundidad.
Estas deformaciones discontinuas pueden crear serios
daños estructurales . Su magnitud no puede ser precalculada
ni prevista , aunque existen indicaciones que nos pueden ayu
dar a su posible ocurrencia:
1. Rapidos y repentinos cambios en el tipo de roca o subsue
lo y fallas importantes.
2. Las deformaciones discontinuas en terrenos predominante
mente uniformes y homogeneos tienen lugar preferentemente
6 -
en las regiones de máxima deformación de la cuenca de sub
sidencia, definidas por el ángulo de ruptura (S) del que
luego hablaremos.
3. Una vez que se ha formado una discontinuidad, cualquier
avance en las explotaciones, es proclive a crear mayores
dislocaciones en dichas deformaciones discontinuas.
Este tipo de deformación es relativamente raro y espo
rádico en explotaciones estratificadas o en capas; siendo más
comun en operaciones sobre yacimientos masivos con grandes
dimensiones verticales.
Una información más extensa ha sido elaborada en las
referencias 28 y 29.
2.2.- DEFORMACIONES CONTINUAS
El caso normal es el de la distribución continua del
movimiento del terreno, de forma que den lugar a una cubeta
continua de subsidencia.
Las características de las cubetas de subsidencia con
tinuas se detallan y comentan en las. referencias 22, 24, 25,
26 y 27. Desde el punto de vista de daños estructurales cau
sados por estas deformaciones, es conveniente analizar la de
formación en superficie en los siguientes cinco componentes:
a) Desplazamientos absolutos:
1 - Desplazamiento vertical o subsidencia propiamente di
cha (S).
7 -
2 Desplazamiento horizontal ( v), que puede en cualquier
punto descomponerse en dos componentes perpendiculares
(vx y vy).
b) Movimientos diferenciales:
3 - Pendiente de la cuenca de subsidencia (s'), que no es
más que la derivada de la curva del perfil de subsiden
cia con respecto a la variable horizontal.
4 - Curvatura ( vertical ) ( s") de la cuenca de subsidencia.
Sus valores son tan pequeños que son prácticamente
iguales a los derivados de la pendiente o la segunda
derivada de la curva de subsidencia con respecto a la
variable horizontal.
5 - Deformación ( e ) en direcciones horizontales, definida
como la derivada de desplazamiento horizontal (v).
Puede ser a tracción (+) o a compresión (-).
La Figura 1, ilustra fácilmente los principales elemen
tos del movimiento del terreno causado por fenómenos de subsi
dencia en un área de extracción crítica en una capa horizon
tal con un estado de deformación bidimensional.
La subsidencia máxima ( Smax ), ocurre en el centro de
la cubeta de subsidencia . 50% de la misma ocurre en el punto
de influxión (IP), que se utiliza normalmente como origen del
sistema de coordenadas , cuando los movimientos se expresan
matemáticamente en función de la distancia horizontal x.
g _
Si el extremo de la cubeta de subsidencia es discerni
ble como punto de subsidencia cero, este punto define el ángu
lo limite ( y ). Si el punto de inflexión de la curva del
perfil no tiene lugar verticalmente sobre el limite de la ex
plotación, el ángulo limite deberá ser definido por la pro
yección vertical sobre la explotación de dicho punto de in
flexión. Este, en la práctica implica la introducción de lo
que se llama una "zona de compensación" (d).
La máxima pendiente (so ) y el máximo desplazamiento
horizontal ( Vmax ) tiene lugar sobre el punto de inflexión (x
= o).
La. máxima curvatura convexa y la máxima deformación
a tracción ( expansión, + Emax ), ocurre a una distancia xc,
la cual define el ángulo de ruptura ( R ) , esto es xc = h cot í
La máxima curvatura cóncava y la máxima deformación
a compresión ( - Emax ) tiene lugar sobre el centro del área
subcrítica teniendo un ancho de 0,4 a 0,5 veces la profundidad
(h)-
2.3.- FORMAS DE DAÑOS EN SUPERFICIE
2.3.1.- Subsidencia
La subsidencia absoluta raras veces da lugar de forma,
directa a daños estructurales (si todos los puntos de una es
tructura sufren una misma traslación en el mismo sentido, no
se transmitirán ni generan tensiones ni esfuerzos sobre la
estructura).
9 -
v Despl. Hor.Vmax _ _ _ Deform.
Emox-x •x
x=0Emak 1'
iT NI
Subsid.5' '� - - - Pendiente
Curvatura
x-•� x=0
Smox sLF
5
Capa
Fig. 1 .
f
A6
Fig. 2
10
Pueden crearse problemas, sin embargo, cuando cursos
hidráulicos o aguas subterráneas se.encuentran presentes: la
subsidencia en puentes reducen la luz del mismo, así como las
cimentaciones pueden hundirse por debajo del nivel freático.
También puede producir inundaciones y dislocaciones en la com
posición y circulación de las aguas subterráneas.
2.3.2.- Pendiente
La pendiente de la cubeta de subsidencia, hace cambiar
y afecta el gradiente de las carreteras, lineas de ferroca
rril, y conducciones de gas y agua.
También produce cabeceos y pérdidas de verticalidad
peligrosas, en edificios altos (aunque casas pequeñas pueden
hacerse inhabitables en casos extremos) y en máquinas que ne
cesitan mantener su horizontalidad o verticalidad (máquinas
de extracción, gruas).
La pendiente es una magnitud adimensional y se expresa
normalmente en mm/m o en forma de fracción (5 mm/m o 5 x 10 3).
La máxima pendiente en un perfil. de subsidencia es del orden
de 2 x 10-3 a 20 x 10-3, pudiendo llegar a 150 x 10-3 especial
mente en explotaciones en multicapas.
2.3.3.- Curvatura
La curvatura vertical del terreno expresa un movimien
to diferencial vertical, y por tanto, es proporcional a la
deformación horizontal, es por esto por lo que a veces es usa
do como el principal causante de daños en subsidencia. Sus
efectos directos sobre las estructuras son:
- 11 -
1.- Deformación cortante o distorsión, definida como cambiosangulares sobe angulos -rectos (Fig. 2), de forma tal queestructuras de cuadros son distorsionadas y descuadradas.
2.- Flexión. Especialmente en paredes largas (Fig. 2). Lacurvatura cóncava, por ejemplo, induce compresión en laspartes altas de los edificios.
La curvatura es a menudo expresada por su inversa, elradio de curvatura; con valores que oscilan entre 1.000 y
20.000 metros. Valores por debajo de 500 metros son excepcio
nales. La curvatura tiene dimensiones de m-
2.3.4.- Desplazamiento horizontal y distorsión
Los desplazamientos horizontales uniformes de una es
tructura.no causa prácticamente ningún daño, justo como la
subsidencia uniforme-..
Los desplazamientos diferenciales en la forma de curvaturas horizontales son más serios , dando lugar a distorsiones
de alineaciones horizontales.
2.3.5.- Deformación
Las deformaciones horizontales (expansión y compre
si0n) son las causantes de la mayoría de los daños. Los prin
cipales efectos que interfieren con las funciones de la es
tructura o incluso su inestabilidad, son las fracturas de
tracción, de corte, cizalladura o de compresión y el pandeo
de elementos estructurales. Los daños más normales son sobre
paredes, puentes, y oleoductos, tendidos eléctricos, y líneas
de ferrocarril. Hay muchos materiales, tales como la estruc
12 -
tuca de ladrillos o mampostería, que se comportan mucho mejora compresión que a tracción.
La deformación es una cantidad adimensional y se expresa como tal, en porcentaje o en mm/m. Una deformación de 2x 103 es igual a 0,2% o 2 mm/m. Las máximas deformacionesen cubetas de subsidencia de una sola capa son del orden de1 x 103 a 10 x 10-3.
La transmisión de las deformaciones del terreno a lasestructuras, es un fenómeno complejo, que ha empezado a tratarse con rigurosidad en los últimos 10 años, al tratar lainteracción del suelo con estructuras tipo plataformas "off-
shores" y en la transmisión de efectos dinámicos provocados
por impulsos sísmicos del terreno a obras civiles tipo centrales nucleares, en este último sentido ha sido el grupo delEarthquake Research Center de la Universidad de Californiaen Berkeley, formado por H.B. Seed, I.M. Idress, y J. Lysmer
los más destacados.
Sin llegar a ese tipo de matización requeridos por es
tructuras que.admiten muy poco riesgo, otros tipos de valora
ciones de estos problemas se han venido desarrollando para
los problemas de interacción suelo-estructura relacionados
con problemas de subsidencia y que pasamos a comentar.
De forma general, las deformaciones del terreno trans
miten fuerzas y efectos friccionales a los elementos estructu
rales, y en caso de deformaciones a compresión, se inducen
presiones laterales sobre elementos de dichas estructuras que
existen por debajo del nivel del suelo (cimentaciones, etc.).
En las cuencas alemanas , se sugiere (referencia 28), 2/3 como
coeficiente de fricción entre el suelo y la cimentación y en
- 13 -
caso de estructuras ligeras en suelos cohesivos (oleoductoso conducciones similares enterradas), un esfuerzo criartetransmitido de 0,1 kg/cm.
La escuela polaca, en este respecto, establece unarelación entre el asentamiento de un edificio debido a su propio peso y la subsidencia debida a un proceso de explotaciónminera (referencia 30), sugeriendo la expresión:
S'b = S' (0 , 033 H + 0,45 ) + 0,6 + 104
en donde:
S'b = distorsión total.
S' = subsidencia minera.
L = Longitud del edificio.H = Altura del edificio.
2.4.- DAÑOS NO PRODUCIDOS POR EXPLOTACIONES MINERAS Y FACILMENTE CONFUNDIBLES
Existe un número de procesos diferentes a los propiamente mineros , que pueden generar el mismo tipo de daños estructurales que. la subsidencia minera. Tales daños "no-mineros", pueden crear confusiones en ciertos distritos y cuencasmineras. Algunos de estos procesos son:
1) Asentamiento del terreno debido al peso de los edificios.
2) Cambios en el contenido en agua del suelo, por subída o bajada del nivel freático, dando lugar a variaciones en la capacidad portante del terreno.
- 14 -
3) Influencias químicas, que dan lugar a deterioriza
ción de trabajos de mamposteria, no a corrosión de
elementos estructurales metálicos.
4) Efectos térmicos. Las fuertes diferencias y cambios
termométricos, pueden causar deformaciones latera
les en lineas de ferrocarril, tuberías y pavimen
tos semejantes a las deformaciones asociadas a la
subsidencia minera.
5) Movimientos Tectónicos, de larga duración de la cor
teza terrestre.
En las referencias 22 y 31, se citan un buen número
de ejemplos relacionados con estos fenómenos de pseudo-subsi
dencia.
Algunas formas de estos daños en los distritos mineros
pueden ser identificados como tal. Daños producidos por com
presión en las regiones marginales de una cuenca de subsiden
cia, o asentamientos atípicos del terreno sobre espacios o
distancias cortas, son ejemplos característicos. Si a su vez
se tienen o se han . podido precalcular las deformaciones del
terreno producidas por subsidencia minera, la comparación de
esta información con los fenómenos observados pueden indicar
nos de la existencia de pseudo-subsidencias. Estudios comple
mentarios del subsuelo y de las estructuras pueden conducir
nos a resultados definitivos. El problemas de juzgar las cau
sas de los daños estructurales, es por lo general dificil,
y especialmente cuando fenómenos de subsidencia y pseudo-sub
sidencia se encuentran presentes. La cooperación de expertos
en minería con los de obras civiles y estructuras es esen
cial.
- 15
2.5.- DEFORMACIONES DEL TERRENO PERMISIBLES EN SU RELACION
A ESTRUCTURAS
Las deformaciones del terreno son "permisibles", sino causan daños estructurales apreciables. La cuestión es
pues individual, dependiendo de la clase de estructura y sue
lo y de lo que se considera como "apreciable". Existen por
tanto una gran variedad de criterios.
Las deformaciones permisibles del terreno debido a fe
nomenos de subsidencia, sé han venido desarrollando de acuer
do a las experiencias ganadas en los distintos países.
Las recomendaciones dadas por el Natioñal Coal Board
en Inglaterra, así como en Francia, Alemania, Polonia y Ru
sia, (cuencas del Donetz, Karaganda, Kizelovsk y Chelyabinsk)
se recogen en las referencias 22, 2, 28, 18 y 32. Los valores
permisibles dependen del tipo de estructuras sobre las que
se está actuando, aunque en lineas generales y para estas
cuencas centroeuropeas, la deformación unitaria a tracción
(expansión) permisible oscila entre 0,5 a 10 x 103 la pen
diente entre 1 - 15 x 10-3, la curvatura entre un radio de
200 hasta 20.000 metros. Los valores permisibles para deforma
ciones a compresión son del orden de 2 ó 4 veces superiores
a los establecidos para la deformación a expansión.
2.6.- PRECAUCIONES ESTRUCTURAELS
El diseño y construcción de las estructuras de superfi
cíe con el objeto de reducir los daños producidos por subsi
dencia es una auténtica ingeniería en sí misma . La mayoría
de estas medidas toman una de las siguientes formas, bien al
ternativamente o en combinación:
- 16 -
1) Reforzamiento de los cimientos o superestructurasmediante diseños rígidos ; haciéndolo capaz de aguantar los esfuerzos transmitidos por el terreno.
2) Diseño Flexible , mediante el cual la estructura se
adapta a las deformaciones transmitidas sin pérdida
de resistencia . ( Estructuras de madera, conduccio
nes flexibles, juntas telescopicas , y cimentaciones
flexibles con carretéras).
3) Reduciendo los esfuerzos transmitidos por el terre
no, mediante:
a. Edificaciones de pequeña superficie.
b. Manteniendo los edificios independientes unos
de otro, en pequeñas unidades.
c. Disminuyendo la unión del terreno con la estruc
tura.
d. Abriendo trincheras alrededor de los edificios
con el fin de absorber deformaciones a compre
sión.
4) Orientando los edificios en relación a las explota
ciones mineras . La dirección de máxima longitud de
la base de un edificio debe de ser paralela a las
lineas de igual subsidencia , con el fin de minimi
zar los efectos de la deformación.
17 -
3.- PROBLEMATICA DE LOS MACIZOS DE PROTECCION
EN LAS CUENCAS CARBONIFERAS ESPAÑOLAS
3.1.- PLANTEAMIENTO GENERAL.
Era evidente que para poder definir una metodología
general que pudiera optimizar el dimensiónado de macizos depozos y estructuras en superficie, se hacia necesario recoger
una extensa información de como se encontraba esta problemáti
ca en la industria minera carbonífera española, que diseños
se habían realizado, criterios seguidos, y demás aspectos geo
lógicos, geotécnicos y de explotación que repercuten en la
definición y dimensionamiento particular de dichos macizos.
De esta forma se confeccionó una serie de puntos funda
mentales, o información que se hacia necesaria recoger de
las cuencas, empresas y operaciones mineras. Esta información
debería proveer los siguientes datos sobre las explotaciones
mineras:
a) Composición típica de los materiales geológicos que
componen el techo de la capa de carbón (tipo de ro
ca, potencia, edad geológica).
b) Sección vertical típica de aspectos de geología es
tructural más destacables (pliegues, fallas y ca
racterísticas de las mismas-directas, inversas, ci
zalladura, orientación, buzamiento, espesor).
c) Características geomecánicas de los materiales del
19 -
techo y del carbón ( resistencia uniaxiales a compresión, a tracción, planos de crucero, permeabilidad,
etc.).
d) Topografía y relieve de superficie.
e) Dimensiones del macizo. Profundidad de la capa ypotencia. Angulos de protección.
f) Inclinación de la capa.
g) Sistema de explotación . Dimensiones . Tipo de relle
no. (Hidráulico , neumático, manual, llaves ). Arran
que. Fortificación.
h) Deformación horizontal unitaria máxima permitida
por la estructura a proteger.
i) Cubeta de subsidencia . Desplazamiento máximo verti
cal y horizontal observado . Angulos limites y de
ruptura. Curva de subsidencia.
j) Tipo de estructura que se protege ( pozo, obra ci
vil, población, lavadero , etc.). Dimensiones. Mate
rial. (Hormigón, acero , madera, mampostería , etc.).
k) Fenómenos de subsidencia en general observados en
las explotaciones o que se prevean como posibles.
Para llevar a cabo esta prospección , se contactó con
empresas de las principales cuencas carboníferas españolas:
I) Bierzo.
II) Alto León.
20 -
III) Guardo.
VI) Asturias Central.
V) Asturias Norte y Occidental.
VI) Asturias Occidental.
VII) Guadiato.
VIII ) Teruel.
En total se contactaron 16 empresas mineras:
Bierzo :
Combustibles de Fabero.
Antracitas de Fabero.
Antracitas de Gaiztarro.
Alto León :
- Minero Siderúrgica Ponferrada (Villablino).
- Hulleras de Sabero y Anexas.
- Hullera Vasco Leonesa.
Guardo :
- Antracitas de Velilla.
- Minero Cantabro-Bilbaina.
Asturias Central :
- Hunosa (Pozos, Pumarabule, Aller, Llamas, Candín,
MA Luisa y S. Bárbara).
- Minas de Figaredo.
Asturias Norte y Oriental :
Minas de Lieres.
- 21 -
3
Minero Siderúrgica Ponferrada (La Camocha).
Asturias Occidental :
- Carbones de Narcea.
Antracitas de Gillón.
Guadiato :
Encasur (Pozos Cervantes y Espiel).
Teruel :
- Endesa (Mina Innominada y Oportuna).
- Minas y Ferrocarriles de Utrillas.
visitándose 40 operaciones mineras, correspondientes a las
16 empresas.
La recopilación de la información recogida de estas
40 operaciones, se presenta en el Anexo D, comentando los as
pectos geológicos-geotécnicos, de explotación, de macizos y
de subsidencia más significativos en cada una de ellas, cons
tituyendo una interesante, concisa y precisa recopilación de
la información más pertinente a efectos de fenómenos relacio
nados con la subsidencia y con el dimensionado de macizos de
protección.
3.2.- RESUMEN DE LA INFORMACION Y DATOS RECOGIDOS
La descripción detallada de las características más
significativas de las 40 operaciones mineras visitadas, a
efectos de la problemática de los macizos, se comentan en el
22 -
Anexo D; sin embargo creemos interesante hacer una evaluacióncuantitativa estadística de ciertos aspectos de la información suministrada y recogida.
De las 40 operaciones o minas visitadas de las 16 empresas contactadas, podemos establecer los siguientes datossignificativos:
Minas con macizos de protección actuales o con
posibles planteamientos futuros de los mismos . 32 (80%)
Minas con macizos de protección de. estructuras
en superficie ................................ 14 (35%)
Minas con macizos de pozos .................... 18 (45%)
Minas con macizos de protección de entrada de
aguas .......................... ......... 2 ( 5%)
Minas con macizos de protección de planos in
clinados ........... .......... 12 (30%)
Esto nos dice que el 80% de las minas españolas tienen
macizos actualmente. o preven tenerlos en un futuro próximo.
De estas minas , el 56% tiene macizos de pozos, el 44% de es
tructuras en superficie , el 38% de planos inclinados y el 6%
de protección de entrada de aguas. Asimismo, en este 80% de
las minas carboníferas españolas , están incluidas cuatro mi
nas que se están plantenado el dimensionado de macizos de pro
tección de estructuras en superficie ( poblaciones, redes eléc
tricas, servicios , etc.), a saber : Combustibles de Fabero,
Hunosa ( Pozo Ms Luisa ), Minas de Figaredo y Antracitas de Gi
llón y una que se esta planteando el dimensionado de un maci
23-
zo de pozo : Antracitas de Fabero.
En cuanto a los macizos de protección de pozos, existen tres minas con ángulos de protección en principio posiblemente excesivos , superiores a 70Q-80Q (infradimensionados)y que son Minas de Figaredo , Pozo Cervantes de ENCASUR y PozoSanta Barbara de HUNOSA). Asimismo existen seis pozos con ángulos de protección inferiores a 70Q, los cuales puedan en:ruchos casos estar sobredimensionados, a saber : Mina Innominada de ENDESA, Antracitas de Fabero , Hulleras de Sabero, PozoPumarabule ( HUMOSA ), La Camocha ( Minero Siderúrgica Ponferrada y Pozo Pilar (Minas y Ferrocarriles de Utrillas). Por loque se refiere a los . criterios seguidos para estos macizosde pozos, en dos casos ( 11%) se siguio el criterio tradicionalde la E.T.S. Ingenieros de Minas de Madrid, en un caso (6%)el de la E.T . S. Ingeniero de Minas de Oviedo , que siguen máso menos las orientaciones francesas. de A Proust de hace 20años (referencia 34) y en otro caso ( 6%), las directrices deSofremines . En el resto de los casos de macizos de pozos -(77%) no se 'conoce el criterio seguido, definiéndose por lasemejanza con otras explotaciones.
En relación a los macizos de protección de estructurasen superficie, el 100% han seguido criterios tradicionalesde diseños por semejanza a otras explotaciones, realizado enla mayoría de los casos por los ,explotadores iniciales, hacedecenas de años, y en los que sin excepción se ha mantenidoconstante el ángulo de protección.
Es interesante también hacer constar que de las 40 operaciones mineras, podemos decir:
24 -
Minas con fenómenos de subsidencia claros detectados actualmente ......................... 20 (50%)
Minas con fenómenos de subsidencia dudosas . .. 3 ( 8%)
Minas sin ningún fenómero de subsidencia ..... 17. (43%)
- Minas con posibles futuros fenómenos de subsi
dencia ....................................... 3 ( 8%)
Esta nos dice qué el 50% de las explotaciones españolas manifiestan fenómenos claros de subsidencia detectados,un. 43% no presenta ninguna repercusión superficial y un 8%tienen dudas sobre el origen de los fenómenos observados. Asu vez hay un 8% de minas que prevén tener posibles problemasde subsidencia en el futuro ; estas minas , tres, son: Combustibles de Fabero , Antracitas de Gaiztarro y Pozo Llamas en HUNOSA.
Por último de la información recogida , cabe decir quede las 20 minas con fenómenos de subsidencia claros, actualessólo 2, esto es el 10% han realizado un control de mediciones, una en el campo de La Moral en el Pozo Pumarabule de HUNOSA, realizada por esta empresa y el realizado por ENADIMSA
para el IGME en Mina Innominada (ENDESA) (referencias 45 y46). Este último hasta la fecha el más exhaustivo realizadoen la minería carbonífera española.
Dato final , a señalar, es que sólo 7 de las 40 minas
visitadas, esto es el 18% de las explotaciones españolas, hanrealizado algún reconocimiento geomecánico de las caracterís
ticas mecánico- resistentes de sus materiales en sus aspectosmás simples a excepción de ENCASUR en Peñarroya, en donde ENA
-25-
DIMSA ha realizado por encargo del IGME, uno de los estudiosy caracterizaciones más sofisticadas , llevadas a cabo en laminería española , y sin duda el que más en la minería del carbón.
A continuación pasamos a exponer en el siguiente capí.tulo, una metodología basada en los desarrollos más actualesllevados a cabo en las cuencas carboníferas centroeuropeas,para el dimensionado y diseño de macizos de protección deestructuras en superficie , y que creemos significa una aportación interesante para la minería española, en especial a suproblemática sobre macizos.
En el cuadro adjunto, se presenta de forma esquemáticay simplificada, las características más. sobresalientes referentes a macizos de protección , recogidas de la labor deprospección y recopilación de datos realizados.
26
CUADRO RESUMEN DE CARACTERISTICAS GECMETRICAS , DE EXPLOTACION,
SUBSIDENCIA Y MACIZOS DE LAS CUENCAS ESPAÑOLAS
m a n h M.E. S.O.P . S.O.A. S.P.F. I.F . E. M.S.
BIERZO 0,6 - 1,25 84-204 1-3 70-350 Tajos largos Si No Si Si
LEON NORTE 0.5-2,50 354-684 - 150-440Tramos descendentes
rosSi No No No 1
Testeros
0,8-3,00 204-804 3 -6 20-200Tajos Largos
Si No NO No NoTesteros
ASTURIAS CENTRAL 0 , 6-3,00 104 -804 1-7 260-600Testeros
Si Si Si Si SiTajos largos
ASTURIAS NORTE Y ORIENTAL 0,7-2,10 654-804 3-11 370-600 Testeros No No No No No
Tajo largoASTURIAS OCCIDENTAL 0,5-2,00 54-254 2-3 70- 180
Pozos sobr uíasSi Si Si Si No
GUADIATO 1,7-3,00 204-454 1-2 190 -325 Rampas y sobreguías Si No No No No
TERUEL 1.2-20 54-259 1 160-350Tajo largo soutirage
Si Si Si No SiCamaras y pilares
m = potencia capas M.E. = Método de Explotación I.F.E. = Incidencia futura en estructurasa = buzamiento capas S.O.P. = Subsidencia Observada en el pasadon = número de capas explotadas o en explotación S.O.A. = Subsidencia Observada actualh = profundidad explotaciones actuales S.P.F. = Subsidencia Prevista futura
M.S. = Mediciones de Subsidencia
CUADRO RESUMEN DE CARACTERISTICAS GEOMETRICAS. DE EXPLOTACION,
SUBSIDENCIA Y MACIZOS DE LAS CUENCAS ESPAÑOLAS
CONTINUACION
N.P.A. yp M.P.F. M.E.A. y E E.P. M.E.F.
BIERZO 1 709 -839 1 - - - ¿3?
LEON NORTE 6 459-729 - 40 559-729Edificios . Ríos. Carreteras
variosDe anuas
GUARDO - - - - - -
ASTURIAS CENTRAL 3 609-809 1 4 359-709Poblaciones 4PI. Industr.
OD ASTURIAS NORTE Y ORIENTAL 2 609 -709 - - - - -1
ASTURIAS OCCIDENTAL - .- - 1 509 Población 1
GUADIATO 3 709 - - - -
TERUEL 3 459 -609 - - - -
M.P.A. = Macizos de Pozos Actuales. YE = ángulo de protección de macizo de estructurasyp = ángulo de protección pozo E.P. = Estructuras ProtegidasM.P.F. = Macizos de Pozos Futuros M.E.F. = Macizos de Estructuras FuturasN.E.A. = Macizos de Estructuras Actuales
4.- MEDIDAS SOBRE LA EXPLOTACION PARA REDUCIR DAÑOS
ESTRUCTURALES EN SUPERFICIE
4.1.- PRINCIPIOS
Las estructuras en superficie pueden protegerse de dosformas: creando y dejando sin explotar "pilares de seguridad"o "macizos de protección ", o bien mediante explotación mineracontrolada.
Los macizos de protección deben de diseñarse , de formaque la deformación final del terreno no exceda las deformaci ones máximas permisibles de las estructuras protegidas. La perdida de mineral que estos macizos llevan consigo puede reducirse mediante la utilización del área de extracción.
Las operaciones de explotación pueden desarrollarsede forma tal que ni las deformaciones finales ni las temporales excedan los valores permisibles . Ambos objetivos, puedenalcanzarse evitando geometrías de las explotaciones desfavorables, o bien mediante. relleno, o por extracción parcial. Lasdeformaciones finales pueden minimizarse creando áreas supercriticas de extracción por debajo de las zonas a proteger ensuperficie. La deformación temporal o transitoria puede asímismo minimizarse por extracción rápida así como por una apropiada distribución de las zonas de extracción (tajos).
Las principales medidas mineras pueden, por tanto, dividirse de la siguiente forma:
30 -
1) Macizos de protección , combinado con relleno si esnecesario.
2) Operaciones de explotación:
a. Evitando configuraciones adversas
b. Extracción parcial.
c. Rellenos.
d. Avance rápido
e. Geometrías de explotaciones especiales en los
tajos.
La solución más económica para un caso en particular,
es frecuentemente una combinación de dos o más de estas medi
das.
4.2.- CONFIGURACIONES QUE MAXIMIZAN LAS DEFORMACIONES Y LOS
DAÑOS ESTRUCTURALES
Hasta cierto limite es generalmente posible el evitar
ciertas configuraciones y secuencias de las explotaciones mi
neras, que produzcan movimientos diferenciales máximos sobre
ciertas estructuras importantes . Las configuraciones más usua
les aparecen en las figuras 3 ( A, B, C y D ). Las distancias
criticas indicadas en estas figuras ( Xc= 0,2 h) para la pos¡
ción de máxima deformación a tracción (expansión), se expre
san como ejemplos y no tienen obviamente una validez general;
para cada caso particular dependerá del valor del ángulo de
ruptura (a) .
Una estructura situada en la zona indicada por el ángu
lo de ruptura (0), estará sometida a la máxima deformación
a tracción (Fig. 3A). La explotación, por tanto, no deberá
cesar a la distancia h cota . La deformación se duplica si
31 -
otro frente de arranque para a la misma distancia pero en dirección opuesta. Macizos con estas dimensiones no protegen
a la estructura , sino que producen un resultado totalmenteopuesto: originará un daño mayor que.si se hubiese explotadototalmente la capa sin dejar ningún macizo.
A veces durante el avance del frente de trabajo, elárea de extracción alcanza unas dimensiones , que generan unas
deformaciones de compresión en superficie máximas (Fig. 3B).
En esta situación , es totalmente desfavorable el parar elavance en este momento, si existen estructuras en superficie
susceptibles a la compresión.
Las figuras 3A y 3B, hacen referencia , como hemos vis
to, a fenómenos relacionados con la curvatura de la curva de
subsidencia y a las deformaciones, que como sabemos son pro
porcionales a las curvaturas (expansión a curvatura convexa
y compresión a curvatura cóncava).
En configuraciones como la de la figura 3C, la estruc
tura se vé sometida a la máxima pendiente cuando el frente
para por un tiempo suficientemente largo, que de lugar al de
sarrollo final de las deformaciones del terreno.
La figura 3D (en planta), nos presenta una configura
ción de las explotaciones que genera la máxima distorsión ho
rizontal ( cizalladura ) en superficie . El desplazamiento hori
zontal alcanza su valor máximo Vmax, cuando se extrae un área
semicrítica o mayor. La extracción de un cuarto ( cuadrante)
del área de extracción , genera un par. de componentes parale
las y opuestas , cada una de ellas con un valor 1/2 Vmax. Este
efecto de cizalladura afecta principalmente a estructuras con
grandes dimensiones laterales.
32 -
Estructura Estructura
1,7771717771 lili* té ti Mi7 ízd a '
lb h
.2h I .2h 0.4h
tapa
A.- Máxima Configuración de Extensión B.- Máxima Configuración de Compresión
Estructura Explotado
Izo///M 77177.77.7 ,[I,,
2Vmcx
Explotado
Capa
C.- Máxima Configuración de Vuelco D.- Máxima Configuración de Distorsión
Fig 3
33 -
Los efectos de estas configuraciones no se harán muygraves si la profundidad ae las explotaciones excede la profundidad crítica que corresponda a la estructura que queramos
proteger.
4.3.- PROFUNDIDAD CRITICA DE LAS EXPLOTACIONES
Este concepto hace referencia a la mínima profundidad
posible de las explotaciones, bajo la cual esta puede desarro
llarse , sin que de lugar a deformaciones en superficie, superiores a las máximas permisibles de la estructura en particu
lar que estemos protegiendo . También se la suele denominar
y conocer por "profundidad de seguridad".
La profundidad crítica puede hacer referencia a concep
tos como deformación, pendiente o a curvatura , y pueden deri
varse partiendo de determinadas Funciones de Influencia. Los
conceptos y principios de estas funciones básicas para el es
tudio y el diseño de los macizos de protección se especifican
y concentran en el Apéndice A de este estudio.
Como ejemplo de este, podemos considerar la profundi
dad critica en relación a la deformación a tracción (expan
sión), partiendo de Funciones de Influencia de la forma..
P(r) (Kh)2 exp [- ¡ ( h)2 ] (1)
correspondiente a la ecuación ( 5) del Anexo A. Esta es una
Función de Influencia de tipo exponencial , de las más usadas
en la práctica en las cuencas carboníferas centroeuropeas;
a la cual se ha llegado basándose en consideraciones probabi
lísticas y en la Teoría Estocástica de movimientos del terre
no.
34 -
La profundidad critica es la profundidad de una expíotación, que como hemos dicho, genera un deformación a tracción (Emax ) ( ecuación 4, Anexo B ) igual a la deformación máxima permisible ( Ea) de la estructura a proteger . Sustituyen
do en dicha ecuación Emax por ea y h por la profundidad crít i
ca hc, obtenemos:
hc = 1,52 Vmax (2)K ea
como expresión de la profundidad crítica en relación a la de
formación a tracción.
Esta expresión es de fácil y rápida aplicación, tenien
do en cuenta la relación entre el desplazamiento horizontal
máximo (Vmax) y la subsidencia máxima ( Smax ) (ver Anexo C).
Formulas semejantes pueden obtenerse para profundidades críti
cas relacionadas con estructuras susceptibles a daños por in
clinación o vuelco del terreno ( pendiente de la curva de sub
sidencia), o a cualquier otro movimiento diferencial del te
rreno, aunque normalmente , por ser las estructuras más comu
nes, más susceptibles a la deformación a tracción del terre
no, es la expresión de la profundidad crítica del tipo de la
ecuación ( 2) la más usada.
En realidad y en rigor, la profundidad crítica de las
explotaciones es incluso un poco menor que la expresada por
estas ecuaciones , dado que el frente de avance no induce la
totalidad de la deformación en superficie ; esto es, la ecua
ción (2) nos quiere decir que la deformación máxima permisi
ble (Ea) en la estructura no será excedida , incluso si el
frente de trabajo a una profundidad hc, parase en las más des
favorables de las posiciones en relación a la estructura. Es
to hace referencia a un sólo frente y no puede aplicarse a
35
la deformación acumulada debida a dos o más frentes de trabajo. En el caso de la Figura 3A, la profundidad crítica tendría en realidad un valor doble que el expresado por la ecuación (2) debido a la superimposición de los valores máximos
de las deformaciones producidas por los dos frentes de extrac
ción.
4.4.- MACIZOS DE PROTECCION
Basándose en las Funciones de Influencia, es posible
determinar la distancia horizontal a una estructura en super
ficie a proteger, a la que debe parar el proceso de avance
de un frente de trabajo, de forma que las deformaciones indu
cidas en la estructura no sobrepasen su máxima deformación
permitida; esto es, nos permite definir las dimensiones del
macizo de protección correspondiente. Este tema es el que va
mos a desarrollar, haciendo referencia a deformaciones a trac
ción, principal movimiento diferencial del terreno, causante
de daños a las estructuras.
Para ello vamos a considerar la Función de Influencia
de la expresión (1), una de las funciones más admitidas en
las cuencas centroeuropeas.
4.4.1.- Caso Bi-dimensional
La integración de la ecuación (1) sobre un área de ex
tracción semi-infinita, nos llevaría a la ecuación de la cur
va de subsidencia siguiente:
S ( x ) = S2ax [1 - Erf ( KhX)] (3)
x 2siendo Erf (x) = 2 f 0
e_ U du la Función de Error.
36 -
Si esta ecuación ( 3) se deriva dos veces, nos daría
la expresión de la curvatura del perfil de subsidencia. Ahorabien, si en esta segunda derivada, substituimos la pendientemáxima ( S6 ) por el desplazamiento horizontal máximo ( Vmax),
tenemos la siguiente ecuación de la deformación en dos dimen
siones, en un área de extracción semi-infinita ( recorrido de
tajo infinita) :
( X= 2 -)e Kh exp (h)2 (4)
Se necesita que la deformación final sobre el estribo
del frente de carbón no exceda la deformación máxima permiti
da en la estructura (ea). Para que esto sea así, es necesario
que el frente cese su avancé a una distancia Xa - d de la es
tructura ( Fig. 4 ). La distancia desde el punto de inflexión,
es pues Xa. Si la capa va a ser explotada a ambos lados de
la estructura , la distancia Xa debe de ampliarse de tal for
ma, que la suma de las deformaciones a tracción originadas
por las dos explotaciones sobre la estructura , no exceda el
valor ea.
En el caso de que se trate de proteger grandes exten
siones superficiales de terreno , la influencia de la zona de
extracción opuesta, puede desconsiderarse por su pequeña in
fluencia . En este caso, y despreciando la poca incidencia de
la distancia d (el error es conservador al menospreciarlo),
el valor de Xa desbe ser tal, que para X = Xa la deformación
final , creada por una zona de extracción, sea igual a ea. Esto
llevado a la expresión (4) nos conduce a
Xa 7r Xa 2 K2ea hh exp r K (h ) 2ir Vmax ( 5 )
espresión que nos liga Xa con la profundidad (h), la potencia
37 -
y condiciones de la explotación ( Vmax ) y con la deformaciónmáxima permitida en la estructura a proteger , que normalmentellevan un factor de seguridad aplicado.
La expresión ( 5) que nos define la dimensión de un macizo de protección ( Xa) para una estructura determinada, apl icable a tajos o frentes de larga corrida, necesita para suaplicación el conocimiento de:
1) h profundidad en metros de la capa.
2) sa deformación unitaria máxima permitida en la estructura.
3) Vmax desplazamiento horizontal máximo observado.
4) K = - Smah , esto es el ratio entre la subsidenciamáxima observada y la pendiente máxima de la cubetade subsidencia . ( Anexo A).
Las variables Vmax y K, deben pues ser , determinadaspartiendo de datos experimentales recogidos de mediciones s obre el terreno de las deformaciones ocasionadas en superficiepor algún tajo en la zona que se este explotando. Sin estainformación experimental , la aplicación de la expresión teórico- experimental ( 5) es de mucha más incertidumbre, pudiendoaproximarse con un gran riesgo, tomando K"' 0,7 (valor en condiciones más normales ) y Vmax 0,4 Smax (Anexo C), así comoSmax = am, siendo m la potencia de la capa y a el Factor deSubsidencia. Sin embargo esta aproximación , no recomendable,lleva implicito gran incertidumbre ya que la relación Vmax/Smax como vemos en el Anexo C. puede variar desde 0,45 parala cuenca del Ruhr (R.F.A.) hasta 0,16 en las cuencas ingle
-38-
i
+x Emox,Deformación
•( 1.P I I�
..,_ Subsidencia
- - - -- - - - - - capa
Fig. 4
400' 300' 200* 100'xo estructura
100
200
300Capa
400Macizo
500
600
700
-800
-900
1000
1100
1200
1300 ftProfundidad Crítica
h, feet
Fig. 5
7 A
sas y el Factor de subsidencia a depende del tipo de relleno
utilizado , pudiendo variar desde 0,12 para el relleno hidráu
lico en Silesia ( referencia 9) hasta 0,90 con hundimiento in
tegral en la cuenca rusa de Chelybinsk (referencia 21).
La expresión (5) para una profundidad h = hc (profun
didad critica) ( 2), nos da un valor de Xa = 0, indicándonos
como es lógico , que no se precisa a partir de esa profundidad
macizo de protección alguno para proteger la estructura en
superficie. Para profundidades intermedias (0 < h < hc), la
expresión ( 5) nos iría definiendo el macizo Xa correspondien
te que como vemos no guarda una proporcionalidad lineal con
la profundidad; hecho este que se mantiene constante y perma
nentemente en todas las cuencas españolas , siguiendo crite
ríos totalmente conservadores, con considerables perdidas de
reservas explotables (típico cono o tronco de pirámide de ma
cizo ). Por supuesto , este criterio conservador que comenta
mos, hace referencia a la relación del macizo con la profundi
dad, no en cuanto al ángulo de protección que se halla dejado
en un momento dado.
En la ecuación ( 5) para cada h, existen dos valores
positivos de Xa que satisfacen a la ecuación . Sólo el valor
mayor es el que aquí debe aplicarse, el menor indicaría que
la estructura esta por detras del punto de máxima deformación
y por tanto ha sufrido ya la deformación.
En la Fig. 5, vemos gráficamente como el macizo de pro
tección no es linealmente proporcional a la profundidad y co
mo este desaparece para la profundidad crítica. Este es un
hecho importante nunca considerado en las explotaciones espa
Colas. El gráfico corresponde al dimensionado de un macizo
para una capa de 6 pies (1,8 m) de potencia , en una explota
- 40 -
ción por tajos con relleno (Factor de Subsidencia 0,5) y valo
res de K y Vmax/Smax de 0,7 y 0,4 sacados de curvas experimen
tales de subsidencia, desarrollados por el Bergbau Forschung
Gmbh de Essen (R.F.A.). A la estructura no se le permitía
soportar una deformación superior al 20/00.
4.4.2.- Caso tri-dimensional
En este caso , el macizo toma en superficie una configu
ración rectangular o circular. El problema general es igual
mente determinar las distancias desde la estructura a prote
ger hasta donde debe cesar el avance de las explotaciones,
de forma que la estructura no este sometida a una deformación
unitaria superior a la permitida. La solución a este problema
se obtiene integrando la correspondiente Función de Influen
cia (pendiente, curvatura o deformación) sobre el área expío
tada. La más importante, como ya hemos comentado repetidas
veces, es la que hace referencia a la deformación, que puede
derivarse del desplazamiento horizontal.
Si asumimos una Función de Influencia del tipo (1) al
igual que hicimos en el caso bidimensional, la correspondien
te función de influencia para desplazamientos horizontales
toma la forma:
(h)2 ] (6)q = 2(Kh)3 r exp [- -KZ
que es la ecuación (7) desarrollada en el Anexo C, que tiene
aplicación para desplazamientos radiales infinitesimales, es
to es: un elemento dA de área explotada (Fig. 6) induce en
la dirección r, el desplazamiento horizontal qdA sobre el pun
to de superficie P. La componente en una dirección X es por
tanto r qdA, y la deformación unitaria infinitesimal gXdA
41 -
en esta dirección es:
-gxdA = 8X (r qdA) (7)
el signo negativo se ha introducido para seguir el convenioaquí utilizado de valores positivos a las deformaciones atracción (expansión).
Si introducimos la expresión ( 6) en la (7) y derivamosteniendo en cuenta que
2 2 2r = x + y
yexp (-Cr2 ) = exp (-Cx2 ) x exp (-Cy2
obtendremos:
2 ir Vmax ir r 2 2!r x 2qX ( - exp [ ( h ) ] [(Kh - 1] ( 8 )
que es la Función de Influencia de la deformación unitaria
horizontal . La deformación en un punto determinado de la su
perficie se obtendra integrando esta ecuación sobre el área
de explotación.
En el caso de un macizo de protección circular (cóni
co), el radio R del macizo se determinaría de la siguiente
forma ( Fig. 7). El elemento dA del área explotada induce so
bre la dirección x, la deformación q'dA en el punto de super
ficie P. La distancia horizontal desde dA a P es r, y el ángu
lo formado entre la dirección r y la x es , por tanto dA =
rdMr; y un anillo circular de espesor infinitesimal dr causa
en la dirección x, la deformación:
42 _
Y
dA
r
YqaP
,p i , x
-&q dA
Fig. 6
dA=rdq►dr
xp
Fig. 7
4 J
+ Tr/ 2
d = 2 f q,rd Odr7r/ 2
Si incluimos la ecuación ( 8) en esta última, teniendoen cuenta que x = r cose , tendremos
de = 4Tr2 Vmax exp (r)2 Trr3 - r] dr(Kh ) K h ( Kh )�
y por tanto la deformación E causada por la explotación fueradel macizo en el punto P, sera:
00e-lRde
e integrado:
2 Tr 2 Tr(Khjmax R2 exp (h)2 ] (9)
que nos define la deformación a que el punto P esta sometido
en sentido radial horizontal.
Si a la expresión (9) le imponemos la condición de que
e < ea (deformación máxima horizontal permitida en la estruc
tura ), tendremos:
3(h)2 exp L- h2 ] = 2K (10)T¿ Vmax
expresión que nos permite definir la dimensión de un macizo
cónico ( R) para cada profundidad (h), que al igual que en el
caso bidimensional ( 5) no es linealmente proporcional a la
profundidad ; aspecto este nunca considerado en el dimensiona
miento de macizos en España. La Fig. 8, recoge la forma de
este macizo cónico para una explotación con las característi
cas comentadas en el correspondiente anterior caso bidimensio
44 -
800 600 400 200 P 200 400
R (ft) R (f
zoo
capa Macizo400
600
800
1000
1200
Profundidad crítica: 1300 ft
h (ft)
Fig. 8
45 -
nal, y que analógamente desaparece haciéndose innecesario por
debajo de la profundidad critica, en este caso 1.300 pies
(490 m).
Cuando una de las dimensiones en superficie de la es
tructura a proteger , no pueda ser menospreciada en compara
ción con la profundidad de las explotaciones, la ecuación
(10) puede aplicarse a cada arista del macizo , lo cual intro
duce un error por el lado conservador. En este caso el macizo
toma una forma rectangular con esquinas redondeadas ( referen
cia 18).
Cuando se utilizan Funciones de Influencia más comple
ja como la (2) y la ( 3) del Anexo C, la determinación de la
profundidad critica y el dimensionado de los macizos se hace
más elaborado, pero puede resolverse de forma relativamente
simple con la ayuda de ábacos y de los ordenadores.
Si el macizo de protección se plantease en orden
a prevenirse de desplazamientos verticales (subsidencia abso
luta ) en vez de horizontales, la forma ( 1) como Función de
Influencia es suficientemente precisa para poder utilizarse.
Si la subsidencia permisible en el punto P (centro del maci
zo) (Fig. 7) es Sa, el radio del macizo puede quedar definido
a partir de la expresión
COSa = 2 Tr fR rpdr
introduciendo el valor de p de la ecuación ( 1) e integrando
obtendriamos:
R = Kh 7T (SSax) (11)
46 -
En este caso , esto es cuando nos estamos protegiendode los efectos de deformaciones puramente verticales, el radio o dimensiones del macizo de protección es linealmente proporcional con la profundidad , no existiendo en este caso profundidad critica alguna. Funciones de Influencia de la forma(3) del Anexo A, nos llevaría a expresiones semejantes a la( 11) con diferencias cuantitativas menores a un 10%.
Normalmente , siempre nos tratamos de proteger de defor
maciones horizontales , ya que estas como sabemos son las que.más daños causan a las estructuras , salvo en algunos casos
ya comentados en el capítulo 2 de este estudio ; por tanto sonlas expresiones del tipo (5) y (10 ) las que más aplicación
tienen en la práctica y de las que más uso se debe hacer. La
primera de ellas nos dimensiona un macizo de dimensión infini
ta en uno de sus sentidos ( debida a las características de
las explotaciones) y la segunda a macizos circulares o rectan
guiares.
Queremos hacer señalar que macizos definidos por un
"ángulo de protección " constante ( Fig. 9 ), han sido muy comu
nes en las cuencas europeas con prácticas mineras antiguas,
y en las españolas se sigue manteniendo este criterio de for
ma absoluta en todas las cuencas. Este ángulo de protección
es considerado , a veces, como el ángulo limite de la cubeta
de subsidencia , en otras, generalmente se toma un valor con
vencional generalmente entre 50Q y 70Q. Estos métodos, obvia
mente , a la vista de lo aquí expuesto siguiendo un criterio
basado en las Funciones de Influencia tal y como se realiza
en las cuencas centroeuropeas , puede ser apropiado en ciertas
situaciones especiales, pero no pueden ni deben recomendarse
en principio. Sus principales desventajas son:
47 -
i
Angulo de Protección
capa
Fig. 9
- 48 -
1) La perdida de carbón y reservas incrementa propor
cionalmente con la profundidad.
2) Debido a que la mayoría de las estructuras son susceptibles sólo a movimientos diferenciales esta
perdida es innecesaria a profundidades superiores
a la critica.
3) El tamaño del macizo puede ser insuficiente si la
capa explotada es de gran potencia o si se explotan
varias capas, ya que el radio del macizo (expresión
11) es proporcional a Smax esto es a la potencia
de capas.
4) Las explotaciones multicapas, que dejan un macizo
para cada capa, origina extremadamente fuertes pen
dientes y deformaciones en las proximidades de la
extructura protegida.
5) El abandono de macizos de protección, incrementa
el coste de las labores subterráneas de preparación
y crea concentración de tensiones y esfuerzos en
los mismos, favoreciendo los desprendimientos ins
tantáneos (" rockbursts") a grandes profundidades.
La tendencia actual en las cuencas mineras europeas
es la de explotar por debajo de estructuras en lo máximo pos¡
ble; lo cual es razonable teniendo en cuenta las profundida
des actuales de las explotaciones europeas que se aproximan
en media a los 800-900 metros; la situación es diferente para
explotaciones con profundidades inferiores a 300-400 metros;
en cuyo caso el dejar pilares de protección siguiendo los cri
terios aquí apuntados es una solución económicamente válida.
49 _
4.5.- EXTRACCION PARCIAL
La extracción parcial, nos indica que se establece unesquema regular de huecos (cámaras ) y los pilares (macizos),en vez de un sólo macizo único de protección . Este esquemacorresponde a los conocidos huecos y pilares , camaras y pilares o paneles y pilares . Los movimientos en la roca originados por cada una de las excavaciones consideradas individualmente , se superimponen dando lugar a una cubeta de subsidencia en superficie, con pocas ondulaciones . El área de extracción en estos casos se considera en total formada por los huecos o camaras y por los pilares; y similarmente al caso -
de extracción total, la subsidencia en el centro de la cubeta
se hace constante cuando el . área de extracción excede una
cierta dimensión , de forma que los conceptos de área critica
y subsidencia total son también aplicables.
Las experiencias obtenidas con este método, como medio
para reducir daños superficiales han sido principalmente valo
rados en distritos mineros carboníferos ingleses , franceses
y polacos ( referencias 2, 33, 34, 35 y 36 ). La forma preferen
te usada es la de paneles y pilares con relativamente largos
y estrechos paneles, separados por pilares permanentes (Fig.
10). La anchura de los paneles y pilares es del orden del 20%
al 30% de la profundidad de explotación , con un ratio de ex
tracción alrededor del 40 al 70% . Las subsidencias observadas
vienen a ser de un 3% a un 20% la potencia de la capa; aumen
tando con la profundidad debida a la mayor compresión ejerci
da sobre los pilares. La utilización de relleno puede ser
útil para proteger la estabilidad de los pilares y reducir
la subsidencia; igualmente es a menudo posible abandonar los
pilares en zonas en donde la capa es más irregular o de infe
rior calidad ( esterilizaciones).
50 -
4.6.- RELLENO
El efecto del relleno en las deformaciones que ocurren
en superficie, viene implícitamente incluida en el Factor de
Subsidencia a, de la expresión Smax = ma. Dado que todas las
componentes de las deformaciones superficiales son función
de Smax, estas lo serán por tanto del Factor de subsidencia
a.
Este factor es un parámetro adimensional, expresado
como fracción o porcentaje de la potencia explotada de la ca
pa (m). Su magnitud depende grandemente de la compresibilidad
del material de relleno y de la forma de realizar el mismo;
así por ejemplo:
La extracción total sin relleno ninguno (hundimiento
integral), produce un hudimiento continuo del techo inmedia
to, dando lugar a subsidencias superficiales con factores de
0,60 a 0,55.
El relleno parcial (llaves de madera ) introduce poca
influencia sobre el anterior con factores de 0,6 a 0,9.
El relleno neumático, manual o volcado da valores en
tre 0,30 y 0,7, siendo el valor más normal el de 0,5.
El relleno hidráulico induce Factores de Subsidencia
que oscilan entre 0,1 a 0,3, habiéndose obtenido valores de
hasta 0,08 rellenando a presión, caso utilizado en la cuenca
polaca de Silesia.
Cuando la extracción parcial se combina con relleno
hidráulico en los paneles, los Factores de subsidencia pueden
51 -
h h SECCION
rm, M=Su capa
Paneles
PLANTA
Fig. 10
Deformación
Transitoria EIt1GA FinalEt
h
•2 - Avance
Fig. 11
52 -
hacerse inferiores a 0,03 (referencia 10 y 37).
El amplio rango de estos Factores de Subsidencia esdebido a la calidad variante de los materiales de relleno y
al sistema de rellenar en si mismo . En la referencia 37, sepresenta una amplia gama de parámetros que afectan al Factorde Subsidencia, en los que se incluyen desde las propiedades
mecánicas de los rellenos y la convergencia experimentada por
el techo antes de rellenar. Si la protección en superficie
es el principal objetivo del relleno, es deseable rellenar
tan pronto como sea posible después de la excavación, y mini
mizar los huecos por un cuidadoso empaquetado hasta el techo
del relleno, de esta forma es posible alcanzar los mínimos
valores del Factor de Subsidencia comentados..
La subsidencia del techo por delante del frente está,
sin embargo, fuera de posible control: Presiones en los estri
bos que excedan la resistencia del carbón pueden inducir Sub
sidencias considerables sobre las formaciones suprayacentes
antes de que se arranque el carbón del frente. Esta cantidad
se incrementa con el valor de la presión ejercida sobre los
estribos, y con unos materiales menos resistentes; así por
ejemplo en la cuenca alemana del Ruhr, con profundidades de
600 a 700 metros y un carbón de 35-40 kg/cm2, aproximadamente
un 10% a un 20% de la convergencia del techo, ha tenido lugar
antes de la instalación del relleno, por tanto los Factores
de Subsidencia más pequeños corresponden a rocas duras a poca
profundidad.
El relleno en forma neumática o hidráulica, es quizas
el medio más importante de reducir los movimientos del terre
no en las cuencas europeas, especialmente cuando grandes po
blaciones o plantas industriales tienen que ser Subexplota
- 53 -
das; así por ejemplo en las cuencas polacas de Silesia (refe
rencia 38) se ha explotado con extracción parcial al 50% con
relleno hidráulico por encima de los 100 metros y con extrac
ción total y relleno hidráulico por debajo de los 300 metros,
por debajo de zonas pobladas. En la cuenca del Ruhr se ha ex
plotado por debajo de un puerto , en tres capas entre 160 y
600 metros de profundidad, con una combinación de hundimiento
y relleno neumático (referencia 39).
4.7.- EXCAVACION RAPIDA
La idea con este concepto es la de explotar un. área
supercritica con respecto a las estructuras susceptibles, me
diante un avance rápido y por tanto reducir el tiempo durante
el cual la estructura se encuentra en una situación desfavora
ble, tal como las indicadas en la figura 11. La estructura
en estas condiciones queda sometida a una subsidencia total,
pero al estar en el centro de un área supercrítica, no experi
menta deformación permanente, ni efectos de inclinación ni
curvatura. Como sabemos el factor más importante es la defor
mación a tracción (expansión), la cual se desplaza con el
avance del frente, afectando temporalmente a la estructura
en cuestion.
La máxima expansión transitoria (Et) de la deformación
temporal desplazante es necesariamente menor que la máxima
deformación a tracción (expansión) estática (Emax) (Fig. 11),
disminuyendo con la velocidad de avance. Las observaciones
realizadas en este sentido en las cuencas europeas han demos
trado que esta deformación máxima transitoria a tracción (Et),
ocurre casi inmediatamente sobre el frente en avance; asimis
mo se ha observado que la máxima deformación transitoria a
compresión es mucho menor que la deformación transitoria máxi
- 54 -
ma a tracción (Et). Cuando una estructura se va explotar ensu subsuelo, el problema , es por tanto, el.de determinar lavelocidad de avance del tajo que no permita que se desarro
líen deformaciones transitorias superiores a la deformaciónmáxima permisible de la estructura; la condición es pues que:
Et < Ea (12)
El problema es complejo y no de facil solución. Unaaproximación simple, es la de adjudicar un Factor de Tiempo
(T) uniforme a toda el área de extracción que genera la deformación a tracción máxima. El valor de T , hace referencia altiempo que se requiere para la extracción del 50% del área
crítica. Si el radio de este área (o su "semiancho") es B y
la velocidad de avance es U, este tiempo es t = B/u. La defor
mación máxima transitoria que se desplaza con el frente a una
velocidad U es por tanto, aproximadamente:
Et = Emax (B/u) (13)
Combinando las expresiones (12) y (13), obtenemos la
condición:
(B/u) = Ea/Emax .(14)
en donde p es la velocidad de avance del tajo que induce de
formaciones transitorias no superiores a Ea. Esta ecuación
nos dá la velocidad de avance del tajo requerida, si el Fac
tor de Tiempo (T) es conocido empíricamente. Normalmente este
Factor de Tiempo, viene definido por (referencia 9):
T = 1 - e-ct (15)
- 55 -
en donde el exponente c (de dimensión añoes la caracteristica a definir y t es el tiempo. Si introducimos esta expresión (15) en la (14):
_ cB (16)u ( EmaxEmax - ea
En esta expresión ( Emax ), la deformación máxima a tracción debe ser conocida o determinada a partir del máximo desplazamiento horizontal (Vmax) tal y como vimos en la expre
sión (4) del Anexo B. El exponente c, debe de ser determinado
a partir de curvas de subsidencia, medidas al menos en un pun
to de observación; quizás sea este parámetro el de más difí
cil definición, dándose en la referencia (9), algunas aproxi
maciones.para su cálculo.
En la cuenca polaca de Silesia, que es donde más obser
vaciones y ensayos se han realizado en este sentido (referen
cia 9), los valores de c, oscilan entre 0,5 y 1,0 años-1. Los
valores de 0,5 se han encontrado para las formaciones masivas
de areniscas y valores de hasta 5,0 se han encontrado para
formaciones débiles y de poca potencia.
Este tipo de análisis, como diseño cuantitativo es
aún, hoy por hoy, una aproximación muy grosera. La velocidad
de subsidencia es función de la profundidad de las explotacio
nes y queda muy afectada por la existencia de antiguas expío
taciones superiores; por otro lado, los movimientos transito
ríos del terreno son mucho más inciertos que los finales y
las deformaciones son más irregulares que las subsidencias.
4.8.- DISPOSICIONES ESPECIALES DE LOS TAJOS
Teóricamente una estructura podría ser explotada en
56 -
su subsuelo sin experimentar ningún movimiento diferencial,mediante la neutralización de las deformaciones a compresióny a tracción originadas por frentes individuales que se expíotan simultaneamente . En la práctica de las operaciones diarias, esto no es factible debido a las irregularidades geológicas.y a que el coste de tal operación podría exceder el valor del mineral extraido ; incluso en las disposiciones mássimples de las labores , orientadas a reducir más que a neutralizar ambas deformaciones , pueden aparecer aspectos económicos que interfieran con estas disposiciones especiales; sinembargo estas interferencias económicas son a veces aceptadascuando los riesgos de daños producidos por las explotacionesse manifiestan como un problema de primer orden.
4.8.1.- Explotación Armónica
La forma más elemental de neutralización de deformaciones se representa en la figura 12, para el caso de dos capas.La posición de las máximas compresiones y tracciones finalesvienen definidas por el ángulo de ruptura R. La distancia horizontal entre los frentes en ambas capas puede elegirse deforma de que la máxima extensión producida por un tajo coincida con la máxima compresión debida al otro frente . Esta distancia seria (hl + h2) cot R . Si la potencia de la capa inferior o el Factor de Subsidencia (a) es mayor que la de la capa superior , es posible que la deformación resultante en el
punto A se haga cero . En general , el punto A siempre se encon
trará en un área de deformación mínima, por tanto, en el caso
de que tales disposiciones en las labores sea compatible con
la economía general de las operaciones mineras , una estructu
ra en dicha área estará prácticamente libre de deformaciones
permanentes . El procedimiento normal para asegurar una defor
mación final mínima, es la de explotar un área supercrítica,
57 -
lb l!h2 1
e\,s
Fig. 12
'Area de Influencia
/
5=Estructura
--4• 3rr
Fig. 13
58 -
i I
con las estructuras a proteger centralizadas en este área;el problema en este caso es el de minimizar las deformaciones
transitorias.
Cuando dos o más capas puedan ser explotadas simulta
neamente, el principio de superimposición puede aplicarse con
algunas modificaciones (referencia 10). Mucho más comunes son
estas disposiciones de las labores, cuando se explota una so
la capa, siguiéndose normalmente una de las tres siguientes
formas:
4..8.2.- Frentes Escalonados
En este caso, (Figura 13), los números 1, 2, ... irsdi
can la secuencia de explotaciones. Los frentes se sitúan de
forma que la estructura se encuentre sobre el limite de los
dos paneles. La deformación expansiva transitoria que se des
plaza con el frente más avanzado, es relativamente pequeña
sobre la estructura, y la onda de compresión por detras de
este primer frente, coincidirá con la onda de tracción que
se encuentra por delante del segundo frente.
La distancia apropiada entre los frentes (desfase) de
penderá del ángulo de ruptura y del Factor de Tiempo, siendo
del orden del 25% de la anchura critica. Experiencias con es
te método se han realizado en Alemania e Inglaterra (referen
cia 22).
4.8.3.- Frentes Opuestos
La explotación se lleva con dos frentes en direcciones
opuestas (Fig. 14). En este caso no es recomendable comenzar
el avance del tajo justo verticalmente debajo de la estructu
59 -
ra a proteger, ya que seria esta una configuración de máximacompresión durante un cierto periodo. Es por tanto aconsejable, que la extracción comience a una distancia en horizontalde la estructura del orden del 25% de la anchura critica (posición O. Fig. 14). (Las áreas explotadas simultáneamente seindican con una misma numeración).
La deformación a tracción transitoria sobre la estructura no llegará a desdarrollarse totalmente dado que el áreade extracción es aún menor ; por el contrario, si el área deinfluencia es extraida en sólo una dirección, esto es, de izquierda a derecha o de derecha a izquierda, la deformacióna tracción transitoria se desarrollaría en su total magnitudcuando alcance la estructura.
4.8.4.- Orientación de los Frentes
Las estructuras rectangulares alargadas deben explotarse en su subsuelo con tajos largos con frentes paralelos ala mayor longitud de la estructura.
En la Figura 15, en la posición A sólamente el ladomás corto estará sometido a las deformaciones que se desplazan en la dirección de avance del frente, siendo el daño menor que en el caso de que se explotase a 90Q. Esto, sin embargo, no se aplica a frentes cortos, a los cuales les acompañancompresiones transversales en las zonas centrales que afectarían a las estructuras en la dirección de su eje mayor.
Por otro lado, un edificio largo sobre los extremosde un frente (caso B, Fig. 15); estaría más favorablemente
orientado con su eje mayor paralelo a la dirección de avance,ya que las deformaciones a tracción transitorias son pequeñas
60
1 I I I Area de Influencia
[211 hl 2
t
I
I I I _}PLANTA�I I
47,1 07, y7, JO- 7,01,fr
0 Estructura
777777771
�JISECCION
Ir1 1 2WIL
141
Area de Influencia
Fig. 14
Tajo
Avance
Fig.15
61 -
en esta región , mientras que la deformación transversal puedehacerse apreciable . Como regla general se debe considerarsiempre que el eje mayor de la estructura deberá ser paraleloa las lineas de isosubsidencia.
4.9.- MACIZOS DE PROTECCION DE POZOS
El problema de la protección de pozos ante los efectos
de extracción de capas de carbón, es mucho más complejo que
el de protección de estructuras en superficie . El problema
puede definirse de la siguiente forma: El pozo se abre en un
terreno virgen sujeto a. un estado tensional propio definido
por la forma en que se formo el yacimiento y por los aspectos
tectónicos que estén o hallan estado actuando sobre dichos
terrenos . La apertura del pozo induce a su alrededor un esta
do tensional que es función de:
1) El estado tensional original del terreno.
2) El tipo de roca.
3) El tipo de pozo y su geometría.
como resultado las tensiones alrededor del pozo vuelven a cam
biar, de forma tal que las presiones que finalmente se trans
miten a la caña del pozo son función de: a) El estado tensio
nal inicial del terreno, b) las propiedades y comportamineto
mecánico de los materiales que atraviesa el pozo, c) geome
tría y características del sistema de explotación (tamaño,
forma , tipo de relleno , potencia , etc.) y d ) la geometría de
la caña del pozo y el tipo de fortificación que se utilice
en el mismo.
El estado tensional del terreno así como las particula
res características mecánicas del terreno , quedan reflejadas
62 -
en las características de las curvas de la cubeta de subsidencia (factor experimental K de la expresión 5); sin embargo,estas curvas no dan información de la respuesta individual
de los distintos estratos en las formaciones estratificadascarboníferas, siendo la variación discontinua de estas respuestas individuales la principal causa del daño producido
en las cañas de los pozos. De esta forma, las tensiones del
terreno iniciales, sólo pueden ser definidas y conocidas mediante mediciones in-situ siguiendo técnicas de "Overcoring".
Estas tensiones pueden variar, en lo que hace referencia ala tensión horizontal, entre 0, 3. y 3,0.la tensión vertical,
la cual suele aproximarse al peso de la columna que soporta.
Otros problemas y dificultades aparecen al definir valores
realísticos de las propiedades mecánicas del terreno y su com
portamiento elástico-plástico o tiempo dependiente (visco-elás
tico), los cuales pueden definirse mediante ensayos especia
les in-situ con dilatómetros, microsísmica y ensayos en labo
ratorio de muestras en fluencia (creep)
Los problemas en estos casos son pues, de naturaleza
experimental, tratando de caracterizar lo más realísticamente
posible los materiales geológicos de la forma que hemos comen
tado. Una vez conocidos estos, el estado tensional y las ca
racterísticas de explotación y geométricas de los tajos y po
zo (geometría y fortificación), puede definirse el macizo de
carbón a dejar sin explotar, para que la caña del pozo con
la fortificación correspondiente, no se vea sometida a unas
deformaciones y presiones que hagan peligrar la estabilidad
del pozo, o a deformaciones no permitidas por el guionaje y
demás equipamientos de la caña del pozo. Este análisis es com
plejo y minucioso, necesitándose la utilización de métodos
numéricos de cálculo de estructuras complejas por métodos ma
triciales (Elementos Finitos) de amplio espectro y propositos
63 -
generales, y un fuerte soporte informático con ordenadores
de gran velocidaú y capacidad de memoria, normalmente superiores a las 2.000 K de CPU. En este sentido podrían citarse media docena de programas de métodos numéricos que se adaptarían perfectamente a este tipo de análisis de macizos de po
zos, y que han sido desarrollados por diversas universidades
y organismos oficiales y firmas consultoras privadas, princi
palmente en USA, así como en Inglaterra y Alemania.
La explotación en las proximidades de los pozos y el
abandono del macizo correspondiente requiere por tanto cier
tas precauciones. Una gran cantidad de experiencia en este
sentido se ha venido teniendo en las cuencas europeas de car
bón en Alemania, Polonia y URSS principalmente (referencias
40, 41, 42, 43 y 44), así como en la minería metálica de oro
en Sudáfrica. Brevemente, de estas experiencias se desprenden
los siguientes principales puntos:
1) Los daños son generalmente locales y no llegan a
implicar la estabilidad general del pozo. Estos da
ños se concentran en zonas débiles de la caña del
pozo (formaciones poco consistentes, fallas, planos
de estratificación) e intersecciones con otras exca
vaciones y labores.
2) Los macizos de protección, una vez apropiadamente
dimensionadas, evitan el daño en el pozo, aunque
la perdida de mineral y la acumulación de tensiones
que pueden dañar a otras excavaciones y labores,
aumentan con la profundidad. La anchura de estos
macizos de protección de pozos, tal y como se han
venido usando en la práctica, oscila entre 0,4 a
1,5 veces la profundidad de las explotaciones, co
64 -
i Í
rrespondiendo los valores más altos a explotaciones
con extracciones de dimensiones superiores a la crí
tica; esto implica ángulos de protección del orden
de 60Q a 35Q respectivamente.
3) Macizos de protección subdimensionados pueden ser
una fuente de fuertes daños al pozo . En la Figura
16, presenta un ejemplo obtenido en la cuenca rusa
de Donets ( referencia 40), en donde se recogen los
datos procedentes de macizos de protección de 139
pozos. En ellos vemos como macizos con un tamaño
superior a 0,8 h (<50Q) han demostrado ser suficien
teniente seguros en todos los casos . Entre 0,8 h y
0,43 h' ( 5QQ y 70Q ) se producían daños en el 50% de
los casos y con pilares inferiores a 0,43 h (>70Q)
se han producido daños en todos los casos.
4) La extracción total completa presenta ciertas venta
jas, especialmente a grandes profundidades. La pre
caución a tomar es la de un relleno efectivo y la
instalación de entibación adecuada en la intersec
ción de la capa con el pozo. Durante las operacio
nes de extracción del macizo , es necesario un cuida
doso control topográfico de los movimientos del po
zo.
5) Los efectos observados en los pozos están en gene
ral muy en consonancia con los conceptos de zonas
comprimidas o dilatadas originadas por la extrac
ción.
La compresión vertical sobre la caña del pozo ocu
rre, cuando este se encuentra sobre carbón intacto
(macizo), experimentándose extensiones verticales
65 -
700
Pozo 600-Daño
500 Ij
P 400\
ti�h 300-
o R
200-ZIII1\ �100-
capa2{rjh No Daño
4h 00 30 60 90 120 150
Distancia al pozo , metros
Fig. 16
II I ( � �j
3 4 /23I4 1�Ares de Influencia
Pozo
11 2 �3 4 1 2 3 I4
I
Fig.17
66 -
cuando el pozo se encuentra sobre zonas explotadas.
Asmismo, se ha observado que disposiciones simétri
cas de las explotaciones en las proximidades del
pozo producen efectos más favorables que distribu
ciones asimétricas . En la Figura 17, podemos obser
var un esquema de secuencia de explotaciones para
minimizar las deformaciones y los desplazamientos
horizontales en la cuna de un pozo , durante la ex
tracción de un área supercrítica ( referencia 41).
6) Las experiencias han demostrado que es más aconseja
ble, en caso de que se piense extraer el macizo de
protección , el hacerlo al comienzo de explotación
de la capa. El dejar ese macizo para luego extraer
lo suele encontrar fuertes problemas de tensiones
concentradas en el mismo, que hagan la recuperación
muy arriesgada.
67 -
5.- CONCLUSIONES
El estudio aquí realizado, nos lleva a varias conclu
siones , en primer lugar y de la prospección llevada a cabo
sobre 40 minas pertenecientes a 16 empresas de 8 cuencas car
boníferas españolas, sacamos los siguientes datos:
En España, el 50% de las minas de carbón españolas pre
sentan fenómenos claros y perfectamente detectados de subsi
dencia. Un 3% tiene dudas de si los fenómenos de movimientos
del terreno en superficie son debidos a la explotación minera,
o bien a fenómenos de asentamiento , consolidación o desliza
miento sin causa minera que los origine. A su vez hay un 8%
de minas, que preveen tener posibles fenómenos de subsidencia
en el próximo futuro, con repercusiones en poblaciones de
cierta importancia o sobre instalaciones industriales, y tra
tan de valorar a "priori" estos efectos ; es el caso de Combus
tibies de Fabero , Antracitas de Gaiztarro y Hunosa ( Pozo Lla
mas). De este 50% de minas con problemas actuales de subsiden
cia, el 90 % esta poniendo medidas para evitarlas ( macizos),
el restante 10% no intenta valorar las repercusiones de estas
subsidencias bien por afectar a zonas despobladas , o bien por
seguir una política de indemnizaciones sobre los daños causa
dos por la subsidencia creada por las explotaciones.
En cuanto al tema particular de macizos de protección,
cabe decir que: el 80% de las minas de carbón españolas tie
nen o dejan macizos de protección, de los cuales el 56% son
69 -
macizos de pozos y el 44% de protección de estructuras super
ficiales (principalmente poblaciones y plantas industriales).
Hay un 38% que deja macizos en planos inclinados y un 6% para
protegerse de entradas de aguas procedentes de zonas inunda
das. Cabe decir que existe actualmente un 10% de minas españo
las, que tienen planteados el dimensionado posible de macizos
de protección en el futuro por expansión de sus labores, bien
en forma de macizos de protección de estructuras en superfi
cíe, caso de Combustibles de Fabero, Hunosa (Pozo Ma Luisa),
Minas de Figaredo y Antracitas de Gillón, o bien de pozos,
como ocurre a Antracitas de Fabero.
También es interesante el que de los macizos de pozos
el 17% esta posiblemente infradimensionado y un 35% sobredi
mensionado. Estos macizos de pozos en el 77% de los casos se
han dimensionado según criterios convencionales, hace decenas
de años, por los primeros explotadores, y han seguido pautas
llevadas a cabo en explotaciones semejantes en Europa (Fran
cia o Inglaterra) sin ningún criterio. con rigor critico ni
técnico- cientif ico. En otro 17% de los casos los macizos de
pozos se han diseñado. siguiendo las pautas de las Escuelas
Técnicas Superiores de Ingeniería de Minas españolas, que a
su vez han seguido las observaciones realizada por el Natio
nal Coal Board en Inglaterra o por A. Proust en la cuenca
francesa de Nord y Pas-de-Caíais haces más de 20 años, de
aplicación especifica a los condicionamientos y caracterís
ticas de estas cuencas europeas, y basadas en pura observa
ción, lo cual las hace difícilmente extrapolables a otras zo
nas. Por último hay un 6% de macizos de pozos que se han dise
ñado siguiendo las pautas de consultoras extranjeras, hace
más de 30 años.
En cuanto a los macizos de protección de estructuras
70
en superficie , el 100% ha seguido pautas convencionales de
semejanza a otros casos europeos , hace decenas de años o bien
han seguido erroneamente los mismos criterios que para pozos.
Todo esto nos hace ver, de la necesidad de una actual¡
zación de la tecnología y metodología existente hoy en día
lo más actual posible y que se halla puesto en práctica en
los últimos años. Esto es lo que nos ha llevado a realizar
éste estudio, en donde se presenta una metodología basada en
las Funciones de Influencia y desarrollada en las cuencas car
boniferas centroeuropeas, principalmente Alemania, Polonia
y URSS, y en los que como hemos visto permite optimizar y de
finir con un criterio riguroso y técnico los macizos de pro
tección de la minería carbonífera española siguiendo la forma
más actualizada posible, tema este que se encuentra como he
mos visto en una situación deficitaria como hemos comentado
y expresado.
La aportación aquí realizada creemos que será de gran
utilidad para los explotadores españoles, tanto para aquellos
que se estén planteando el dimensionado de macizos, como para
aquellos que los tengan definidos y puedan mejorar su grado
de extracción.
La metodología aquí presentada hace referencia tanto
a macizos bi-dimensionales ( en profundidad y en una dirección
en plantas) como tridimensionales ( profundidad y en planta),
y presupone , como se ha explicado , un conocimiento de la geo
metría de la cubeta de subsidencia, de cualquier tajo de la
mina en que se este planteando un dimensionado de macizo. Es
ta cubeta nos permite definir una serie de parámetros necesa
ríos, para ser utilizados como datos de entrada , base en los
cálculos y formulaciones expuestas en este estudio basados
71 -
en las Funciones de Influencia . Esta toma de datos no es un
proceso laborioso ni costoso, y puede realizarse facilmente
por un equipo de topógrafos que realice una nivelación men
sual o quincenal , siguiendo unas determinadas pautas y direc
trices. En este sentido cabe decir que desafortunadamente,
en la minería del carbón española, sólo se han realizado dos
campañas de medición y control de subsidencia , una es la rea
lizada por HUNOSA en el Campo de la Moral ( Pozo Pumarabule)
que afecta a los pueblos de Carballín Alto y Santiago Arenas,
controlándose la subsidencia sobre una linea totalmente sinuo
sa, siguiendo una carretera ; y cuyos datos y resultados aún
no han sido analizados ni procesados; y un segundo caso que
es el de Mina Innominada de ENDESA en Andorra , Teruel; en don
de ENADIMSA realizó para el IGME (referencias 45 y 46) un con
trol sobre un tajo , sobre una malla en superficie de 150 esta
ciones , con una extensión de 500 x 225 metros durante casi
un año.
Ante esta situación , unido a que sólo un 18% de las
minas españolas tienen un conocimiento mínimo de las caracte
risticas mecánicas de los materiales , nos hace ver lo mucho
que todavía queda por hacer geomecánicamente en las cuencas
españolas y en este sentido, este estudio puede ser una inte
resante aportación. No debemos olvidar que la labor de pros
pección de estado actual de la minería española, se ha real¡
zado sobre las operaciones mineras más significativas y que
evidentemente no cubre la totalidad de la industria del car
bón, por lo que lógicamente los datos y porcentajes reales
llevados a todo el conjunto minero, sin duda serian mucho más
desfavorables.
Del estudio aquí presentado , cabe señalar como datos
más significativos , la no proporcionalidad de la dimensión
72 -
del macizo con la profundidad y por tanto de la no existenciade un ángulo de protección constante, y la existencia de unaprofundidad critica, para macizos de protección de estructuras en superficie, por debajo de la cual no es necesario macizo alguno, así como la incidencia en este dimensionado deltipo de estructura a proteger; aspectos todos, no considerados en ningún caso en las cuencas carboníferas españolas.
73 -
6.- REFERENCIAS
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de Andorra , Teruel", A.J. Campos de Orellana, ENADIMSA,
1982.
80 -
A N E X O A
FUNCIONES DE INFLUENCIA
PRINCIPIOS
1.- INTRODUCCION
Los métodos de cálculo sobre movimientos del terreno
son numerosos y diferentes , sin embargo pueden considerarse
tres importantes grupos:
1) Relaciones empiricas entre el movimiento del terreno
y la geometría minera, deducidas de observaciones
experimentales in-situ . Es la forma más simple y
quizas la más libre de supuestos y premisas; en cam
bio necesita de una gran cantidad de observaciones
y datos experimentales , y la aplicabilidad de los
resultados es relativamente limitada.
2) Superposición de Funciones de Influencia o Funciones
de Perfil. Los parámetros que controlan y definen
estas funciones han de determinarse a través de medi
ciones de los movimientos del terreno.
3) Análisis numéricos basados en las relaciones tenso-
deformacionales de los materiales . Es el proceso
más riguroso , sofisticado y necesita el apoyo infor
mático de ordenadores de gran potencia y capacidad,
así como una amplia y detallada recopilación de ca
racterísticas mecánicas de los materiales. Es el
más aconsejable para casos particulares , donde econó
micamente sea factible desarrollar un intenso progra
82 -
ma de caracterización geomecánica de los materialesgeológicos.
El método basado en las Funciones de Influencia; para
un cálculo aproximado y con una adecuada rigurosidad aplica
ble a situaciones donde la profunda investigación geomecánica
no exista o no sea factible económicamente ; es el más eficien
te y es el que se va a usar en el desarrollo de este trabajo.El método no excluye conceptos como la elasticidad o la visco
plasticidad , pero implica, la hipótesis de elementos equiva
lentes de extracción . Por otro lado los parámetros de una Fun
ción de Influencia , determinadas a través de mediciones de
subsidencia en superficie , reflejan las propiedades efectivas
("reales" ), de la masa rocosa existente entre el nivel de ex
plotación y la superficie ; si bien no son realistas , ni apli
cables para cálculos de movimientos subterráneos en yacimien
tos estratificados . Para esta última situación se hace necesa
rio una determinación individual de los parámetros de los es
tratos, mediante medida de movimientos desde la superficie
al horizonte de explotación (por ejemplo en pozos).
2.- CONCEPTOS
En el método de las Funciones de Influencia , se utiliza
el principio de superposición en la influencia de partes infi
nitesimales del área de extracción sobre la subsidencia en
superficie . Dado que cualquier área explotada puede conside
rarse como constituida por un infinito número de elementos
de áreas infinitesimales , no existirán restricciones geométri
cas sobre la forma del área de extracción.
La figura 1 ilustra esta idea: La cuenca de subsidencia
se considera compuesta de cuencas infinitesimales creadas por
-83-
f
lo que la subsidencia del punto P es la suma de las subsidencias individuales debidas a cada área elemental. Esta contribución de un elemento de extracción a la subsidencia de unpunto de la superficie puede expresarse como el producto desu área, dA , por un valor p que nos indica la magnitud de lainfluencia de dA sobre p (Fig. 2). Esta función p, es naturalmente función de la distancia horizontal r, entre el punto
P y el elemento dA. La función
p = f(r)
es lo que se conoce como Función de Influencia.
Dado que el valor de p hace referencia al punto P sobre
la superficie , este punto se elige como origen de la variable
radial r ( coordenadas cilíndricas). El elemento de extracción
verticalmente debajo de P tiene la mayor influencia, por lo
que p alcanza su máximo valor para r = 0. Si P se encuentra
sobre el centro de un área crítica (Fig. 3 ), se encontrará
sujeto a la influencia de todos los lementos de extracción
y soportará la máxima subsidencia , Smax. Smax , por tanto vie
ne representada , pues, por toda el área por debajo de la cur
va p(r ). Si P estuviese sobre un extremo del área de explota
ción, estaría sometido a sólo la mitad de la suma de todas
las posibles influencias y por tanto estará sujeto sólo a la
mitad de la subsidencia máxima (Smax ). Este punto es también
el punto de inflexión de la Curva del Perfil de la cuenca de
subsidencia. Consecuentemente, la distancia horizontal B, en
tre el punto de máxima subsidencia (Smax ) y el punto de infle
xión es igual a la unidad del ancho del área crítica.
Análogamente en tres dimensiones , la máxima subsidencia
viene representada por el volumen de revolución generado por
84 -
Funciones deInfluencia
p
%
l{ i fI ( i
Cubeta
1 iV I
I I I I I I 1 i i 1 iI I I I 1 11 1 1 1 1
•1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Capa1 Elemento dé Extrac.
Fig.1
P
P
puf(r)Nivel de Extracción.
dA r
Fig. 2
85 -
P p
1 1
I
S %Iax 2 ax
Capa
Fig. 3
- 86
la curva p(r) al girar alrededor del eje vertical z. El radio
de dicho sólido es el radio critico B, si p se hace cero para
r = B, y es infinito si p tiende asintéticamente a cero. Por
tanto la subsidencia máxima viene expresada por una de lasexpresiones:
Smax = 2f fB r p(r) dr
o Smax = 2u Io r p(r) dr
3.- FUNCIONES DE INFLUENCIA Y SUBSIDENCIA
Consideremos la extracción de una capa de carbón en
un yacimiento horizontal o subhorizontal. Si se han observado
y medido fenómenos de subsidencia y se tienen por tanto cur
vas del perfil de subsidencia que ha tenido lugar, es siempre
posible establecer una Función de Influencia a partir de di
cha información. El proceso es meramente una inversión del
cálculo de una curva de perfil de subsidencia partiendo de
una determinada Función de Influencia. Si una semicurva de
subsidencia se ha medido sobre un área critica o supercríti
ca, pueden definirse dos curvas de influencia: la primera ha
ciendo referencia a la subsidencia entre el punto de infle
xión y el limite de la zona afectada y la segunda correspon
diente a la subsidencia entre el punto de inflexión y el de
máxima subsidencia. Ambas curvas deberán coincidir para un
determinado perfil: esta es una forma de comprobar y justifi
car las condiciones iniciales de la ley de superposición. Los
métodos matemáticos para determinar movimientos del terreno
a partir de Funciones de Influencia se describen en las refe
rencias 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9.
Las curvas de influencia pueden representarse por fun
-87 -
ciones exponenciales de la forma:
p = C1 exp [-ir (r )2 ] + n exp [ u (r )2 (1)2 3
El valor p de la Función de Influencia es la subsidencia creada en superficie por una unidad de área infinitesimal
explotada . r es la distancia horizontal , r = 0 representa elpunto sobre la unidad de área infinitesimal. C1 es una constante definida por las condiciones geométricas; C 2 y C3' sonfunciones de la profundidad y caracteriza la disminución de
p con r; pueden interpretarse como integrales de las propieda
des mecánicas de los estratos entre el nivel de las explota
ciones y la superficie. Parece ser que relaciones lineales
de la forma C2 = Kh (K = constante , h = profundidad) y -
C3 = 2 Kh son lo suficientemente aproximadas para la mayoría
de los tipos de Funciones de Influencia observadas, aunque
no existe una información tal que permita una aceptación defi
nitiva. Por tanto la ecuación ( 1) queda de la forma
p = C1 exp [- 7 ( r)2 ] + n exp [- 4K2. (ñ)2 ] (2)
los factores K y n son parámetros independientes. El factor
C1 depende en lo que se considera la extensión lateral de la
cubeta de subsidencia;. esto conduce y nos lleva al problema
del ángulo limite (ó).
Un ángulo limite puede definirse por el punto de subsi
dencia cero si existe una transición desde la zona de hundi
mientos a la de elevaciones verticales en los extremos de la
cuenca de subsidencia . Es posible que tal elevación ocurra
siempre , pero por lo general es de una magnitud muy reducida
para poder detectarse facilmente . La existencia de elevacio
nes del terreno viene expresada por valores negativos de n
88 -
(0<n<-1) en la ecuación ( 2). A una distancia finita B (radiocritico de extracción ), p es cero, y puede decirse que el ratio B / h es la cotangente del ángulo limite ó . La constanteC1 queda definida por la condición geométrica de
Smax = 27 fB rpdr
Existen ahora dos alternativas : la primera posibilidad
hace referencia a la ecuación ( 2),, considerándola válida para
valores positivos de p, esto es, el intervalo 0<r<B, siendo
p cero para r > B. En este caso el ángulo limite es almenos
matemáticamente independiente de la geometría de las labores
de explotación y de la potencia de la capa. La segunda posibi
lidad incluye valores negativos de p. Esto nos conduce a cuen
cas de hundimiento con pequeñas elevaciones fuera del área
de subsidencia , pero la posición del punto de subsidencia ce
ro varia con la geometría del área explotada.
Finalmente , las condiciones límites son asimismo dife
rentes cuando se asume que la subsidencia cero ocurre sólo
en el infinito . Este supuesto es inherente en todas las teo
rías convencionales . Las curvas de influencia correspondien
tes pueden ser expresadas por la ecuación (2) con n>0 y C1 de
terminada a partir de
Smax = 2n fo rpdr
En este caso la ecuación ( 2) toma la forma.
p (1 +S4n )( Kh) exp [- 17 ( ñ)2 ] + n exp [- 4 (ñ)2 ] (3)
en donde los parámetros K y n (>0 ) caracterizan las condicio
nes de los estratos y formaciones geológicas.
89 -
La integración de la ecuación ( 3) sobre un área semi-infinita de labores mineras, nos conduce a la ecuación de lacurva de Perfil de Subsidencia.
S = 2(lmax4n ) [ 1 + 4n - erf ( Khx ) - 4n erf (2Kh) J (4)
erf ( x ) = Función de Error = 2 f x° e_u du
esta curva tiene para x = 0, la máxima pendiente:
S' 1 + 2n Smax° (1 + 4n)K n
Indicando el signo negativo que el perfil de subsiden
cia se inclina hacia el centro de la cuenca de hundimiento.
Los desplazamientos horizontales (V) y las deformaciones un¡
tarias correspondientes pueden determinarse a partir de la
proporcionalidad con la inclinación (S') y la curvatura res
pectivamente
V = cost ád(X (ver Anexo C)
El factor n es normalmente pequeño y raramente excede
a 0,3; con lo que la máxima deformación a tracción ocurre
aproximadamente a Xc = 0,4 Kh. Esta distancia puede conside
rarse . pues, la cotangente del ángulo de ruptura (a).
La forma más simple de la ecuación (3) se obtiene para
n = 0. Esta Función de Influencia se comenta y aconseja en
la referencia 10:
p = (Kh exp (h)2 ] (5)
siendo pues , la pendiente máxima S6:
90 -
s' Smax° Kh
con lo que el factor K puede interpretarse como el ratio demáxima subsidencia a máxima pendiente . El factor K es por tanto el único parámetro que determina la forma de la cubeta desubsidencia , e implica que la máxima pendiente (So), el ángulo de ruptura (S) y el limite de subsidencia medible dependencompletamente uno de otro . La Figura 4 representa las Funciones de Influencia ( 3) y (5) para los valores K y n indicados
(condiciones A y B) que mejor se adaptan a unos valores deXc (punto de máxima extensión ) y S' (máxima pendiente observa
da). La figura 5 representa las correspondientes curvas de
subsidencia según la ecuación (4).
Las curvas de subsidencia determinadas por la ecuación
(3) no tienen punto de subsidencia cero, por lo que no podría
definirse el ángulo limite . En este caso , se puede introducir
una fracción 0,01 6 0,05 de la subsidencia máxima ( Smax), co
mo un limite convencional de movimientos apreciables del te
rreno. De esta forma definido, el ángulo limite , no es una
característica verdadera, sino que depende de la forma y tama
no del área de extracción y de la potencia de la capa explota
da.
Cualitativamente , todas las Funciones de Influencia
asintóticas ( subsidencia cero en el infinito ) conducen a los
mismos resultados. La forma ( 5) es la que vamos a utilizar
en este trabajo. Esta fórmula se deriva teóricamente en la
referencias 11 y 12, a partir de la teoría de los Desplaza
mientos Estocásticos.
4.- FORMAS DE FUNCIONES DE INFLUENCIA
Existe un considerable número de métodos de cálculo de subsi
91 -
A
5 Sma:h2 A ka 0 . 4, n= 0.25
S k=0.7. n=0.04
3
A
2
B
• 1
0h0.0 0.1 0 . 2 0.3 0 .4 0.5 0 .6 0.7 0.8
Fig. 4
-0.3 -02 -0.1 0.0 0.1 0. 2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7X/h
0.1A
0.2--
0.3--
0.4--
0.5A k=0.4; n 0.25
0.6B k=0.7; n=0.0
0.7
0.8
0.9
1.092 -
S/Smax Fig.5
dencias consistentes en la superposición de los efectos equ ivalentes de elementos de extracción; usados preferentementeen las cuencas centro europeas. En cada uno de estos métodos,puede formularse una Función de Influencia p(r).
Las ecuaciones de las Funciones de Influencia se derivan partiendo de experiencias en diversas regiones y/o de consideraciones matemáticas . Las seis más utilizadas y reconocidas son las que pasamos a comentar:
Uno de los primeros métodos (referencia 7) se fundamenta en que el ángulo de ruptura( 0) y el limite ( 1) son parámetros independientes de los estratos. El área critica (Fig.6) se subdivide en una zona interior que produce 2/3 Smax yotra exterior que da lugar a 1/3 Smax sobre el punto de superficie P. Como Función de Influencia este viene expresado por:
P =2 tcr SSmax para 0<r<tg-1 B3 tg ó --Btg0
(6)t28 Smax t g�
P = 311 (tg 21) B2 Para tw � r - B
siendo B = h cot1
Otro método usado ampliamente en la práctica (referen
cia B) es el que se deriva de la expresión:
P = Smax B3tg3^d 0 < r < B (7)27r(senócosó + 2 -�) r(r + B tg2ó)2
en donde B = h cotI.
Otra función de un sólo parámetro (referencia 14) es
93 -
Y
ASECCION
Capat
¡
PV ANTAO
Fig. 6
94
max (B)2 ] 2 para 0<r<B (8)P3 S
E1
Estas tres Funciones de Influencia se interpretan entre r = 0 y r = B únicamente, siendo p cero para r >B.
Las siguientes tres funciones son asintóticas para pcero y se interpretan entre cero y valores infinitos positivos de r.
Una de ellas (referencia 15), basándose en considera
ciones probabilisticas llega a la expresión:
nn-2 Smax exp [ 4 (4B )
2n]
(9)TrBF ( ) r2n
donde 1' es la Función Gamma y n es un segundo parámetro de
caracterización de las condiciones de los estratos.
Otro grupo de Funciones de. Influencia derivadas de re
sultados observacionales y de consideraciones probabilísticas
es
p = n Smax exp [-nrr (B)2' (10)
para n = 1 lo cual suele ser un valor normal, esta expresión
toma la forma
rp = SB2 exp [- ir (B)2 ]
esta ecuación puede derivarse a partir de la teoría Estocásti
cas de movimientos del terreno (referencia 11).
Un tercer tipo de función exponencial ha sido sugerido
95
para la cuenca carbonífera de Silesia, (referencia 16):
p = n Smax exp (- r )n (12)2 7r ro r(ñ) ro
en donde ro y n son parámetros independientes.
Las expresiones ( 6), (8) y (10) tienen su mejor adapta
bilidad para perfiles de subsidencia suaves, mientras la (9)
lo hace para perfiles más fuertes. Las diferentes funciones
reflejan no sólo distintas condiciones generales en las cuen
cas mineras sino también diferentes condiciones teóricas. Las
expresiones exponenciales (10), (11 ), ( 12) son las más usadas
en la práctica de la minería centro-europea y tienen su ori
gen en las cuencas carboníferas polacas.
96 -
A N E X O B
MAGNITUDES CARACTERISTICAS EN LOS DAÑOS
ESTRUCTURALES PRODUCIDOS POR SUBSIDENCIA
1.- MAGNITUDES MAS IMPORTANTES GENERADAS EN LA SUBSIDENCIA
En relación a los daños estructurales causados por fe
nómenos de subsidencia , las características más importantes
de una cuenca de subsidencia son las magnitudes , direcciones
y posiciones de la máxima pendiente ( S'), curvatura (S") y
deformación (e).
En el caso general en el que se necesiten los desplaza
mientos verticales y horizontales, las características mencio
nadas son sólo parte de los resultados. En tales circunstan
cias se hace necesario integrar las curvas de influencia para
la subsidencia vertical y para los desplazamientos horizonta
les, sobre el área de extracción. G. Braüner en la referencia
17, describe los principios basados en Funciones de Influen
cia del Tipo ( 5) (Anexo A) y en la proporcionalidad entre pen
diente y desplazamiento horizontal. En la referencia 5, se
describen los procesos generales para cualquier Función de
Influencia mediante la aplicación de computadoras electrón¡
cas. M.D.G. Salamón (referencia 18) presenta este tipo de aná
lisis basado en la teoría de la Elasticidad.
Utilizando la forma de la expresión 5-Anexo A (referen
cia 10 ), se llega matemáticamente a las siguientes expresio
nes: la máxima curvatura convexa ocurre a
Xc = 2� = 0,4 Kh (1)
98 -
siendo la máxima curvatura
Smax = K ` e- 0,5 = 1,52 K (2)
o bien teniendo en cuenta ( Anexo A) que
S, Smaxo Kh
podemos decir que:
S-6 (27rSmax = Kh e- 0'5 (3)
La curvatura concava máxima posible ocurre para áreas
subcríticas y es el doble en magnitud que la máxima curvatura
en extracciones de área critica.
La deformación , debido a su proporcionalidad con la
curvatura, se determina por una sustitución de la máxima pen
diente ( So) en la ecuación ( 3) por Vmax. Por tanto, la máxima
deformación a tracción es:
Emax = Vmax V-2-1 e-0,5 = 1,52 Vmax (4)Kh Kh
teniendo esta lugar a la misma distancia Xc del punto de in
flexión , como la curvatura máxima.
La profundidad de la explotación , manteniendo iguales
los otros factores , tiene los siguientes efectos:
1) Un área critica o supercrítica a cualquier profundi
dad, siempre produce la máxima subsidencia (Smax)
y el máximo desplazamiento horizontal (Vmax). No
hay profundidad critica por debajo de la cual un
99 -
área de extracción suficientemente grande pueda generar menores deformaciones superficiales.
2) Los "movimientos diferenciales " ( pendiente , curvatu
ra y deformación), decrecen con la profundidad de
las explotaciones . La pendiente y la deformación
son inversamente proporcionales a la profundidad
como hemos visto, mientras que la curvatura lo es
al cuadrado de la profundidad . Hay siempre una pro
fundidad critica por debajo de la cual estas defor
maciones se hacen más pequeñas que un valor prede
terminado , tal como la deformación máxima permitida
en la estructura de superficie . Dado , por otro la
do, que Vmax es aparentemente una función lineal
de Smax , se puede decir que
3) La magnitud de la pendiente , curvatura y deforma
ción es directamente proporcional a la subsidencia
máxima ( Smax).
Consecuentemente , una profundidad critica puede ser
atribuida a cualquier estructura en superficie , dependiendo
de las deformaciones permitidas en ella. Esta profundidad crí
tica es también función de la subsidencia máxima y por tanto
puede reducirse mediante distintos tipos de relleno . Finalmen
te, las deformaciones que se desplazan con el avance del fren
te de trabajo (tajo ) son menores que las finales, y menores
cuanto más rápido es el avance del tajo; por tanto la profun
didad critica de una estructura por debajo de la cual se va
a desarrollar unas labores de explotación puede reducirse in
crementando la velocidad de avance de los frentes de arran
que.
100 -
A N E X O C
DESPLAZAMIENTOS HORIZONTALES Y DEFORMACIONES .CALCULO Y RELACIONES
1.- DESPLAZAMIENTO MAXIMO HORIZONTAL (Vmax)
A diferencia con la subsidencia (desplazamiento verti
cal), los desplazamientos horizontales asociados a los fenóme
nos de subsidencia no tienen un valor máximo evidente determi
nado por la potencia de la capa. Diversos intentos teóricos
se han venido desarrollando con el fin de derivar el posible
máximo desplazamiento horizontal ( Vmax ) a partir de la subsi
dencia máxima ( Smax ), aunque los resultados obtenidos tienen
un carácter más bien hipotético . Un ejemplo se presenta en
la figura 1. La experiencia ha comprobado que Vmax ocurre en
el punto de inflexión de la curva del perfil de subsidencia
sobre áreas criticas . Por otro lado se asume que el proceso
de subsidencia no cambia el volumen de la masa de material
rocoso existente entre el punto de inflexión y el limite de
la cuenca de subsidencia , dado que la suma de los desplaza
mientos horizontales entre la superficie (Z = 0) y el nivel
de explotación ( Z = h) debe de ser igual a la suma de la sub
sidencia entre X = 0 y X = . (Fig. 1). Esta condición de in
compresibilidad volumétrica puede escribirse como:
fh V (Z ) dz = jo s(x) dx
aunque la función V ( Z) es bastante incierta . Al considerar
una función lineal y V = 0 al nivel de la capa , su integral
será 1 / 2 h Vmax. Si por otro lado consideramos curvas de per
fil de subsidencia de tipo hiperbólico , tal como:
1n2 -
S = 2 Smax [ 1 - th (B )]
basada en modelos teóricos matemáticos (referencias 8, 19 y20), la condición anterior de incompresibilidad se transformaen:
h Vmax = 2 Smax Io [ 1 - th (Rx )] dx
ahora bien sabiendo que:
f th (R) =2
tn Cosh ( Rx )
y que lim Rn Cosh u = u - Rn 2
podemos decir que:
Vmax = R 2h 2 Smax
Para R = h, Vmax = 0, 35 Smax y para R = 2/3 h Vmax =
0,23 Smax. Estos valores son del orden de magnitud de los ob
servados en la experiencia, sin embargo una dependencia defi
nitiva y general entre Vmax y el ratio R/h no ha sido aún con
firmada por las observaciones.
Otras investigaciones teóricas llegan a la conclusión
de Vmax como función de ciertos parámetros mecánicos de la
roca, cuya medición puede ser más problemática que la misma
Vmax. Por tanto el método más simple y fiable para la determi
nación de Vmax es la observación directa ; considerando la
proporcionalidad comentada entre Vmax y Smax.
La siguiente tabla establece los valores más usuales
103 -
x=0
(z=0) V x xSuperficie
s(x)Smox
,(ZsCapa
Fig. 1
dA- rd*dr
4
! Dirección de Desplazamientop
Fig. 2
1C4 -
de Vmax / Smax para distintas cuencas carboníferas:
CUENCA Vmax/Smax
Ruhr, R.F.A. 0,35/0,45
Donets, URSS 0,30
Kizel, URSS 0,30
Chelyabinsk, URSS 0,30
Karaganda , URSS 0,30
Kuznetz, URSS 0,35
Cuenca Inglesa 0,16
Cuenca Norte Francesa 0,40
Fuente : Referencias 2, 21 y 22
2.- CURVAS DE DESPLAZAMIENTOS HORIZONTALES
La más importante razón para el cálculo de desplaza
mientos horizontales es su relación con la pendiente de la
curva de subsidencia . En el caso particular de dos dimensio
nes, los desplazamientos horizontales V, son proporcionales
a la pendiente del perfil de subsidencia , este es
V = Const ase (1)
Esta relación se ha confirmado por resultados observa
dos en diferentes cuencas mineras; habiéndose aplicado tam
bién a perfiles subcriticos (referencia 23). Actualmente, la
relación (1), constituye el mejor camino para el cálculo de
desplazamientos horizontales, y al igual que en el cálculo
de las curvas de subsidencia , se utilizan Funciones de In
fluencia y de Perfil.
Una Función Perfil para los desplazamientos horizonta
1C5 -
les puede obtenerse por derivación directa de una función oCurva de Perfil de subsidencia . Este método se ha utilizadoen la cuenca del Donetz, URSS , ( referencia 21), llegandosea relaciones del tipo
V(Xo) = Vmax S'( Xo) (2)2 Smax
en donde Vmax ha de ser conocido empíricamente , Xo = X/L, -
siendo L la mitad del ancho del área afectada por la subsiden
cia y Xo = 0 en el punto de máxima subsidencia , en donde V
V = 0.
Las Funciones de Perfil , como a la que hemos hecho alu
sión, dan los desplazamientos sólo en la dirección en que es
té la curva de subsidencia . Un método general de cálculo sólo
puede obtenerse mediante la utilización de las Funciones des
Influencia. Si un elemento de extracción infinitesimal, dA,
(Fig. 2), genera un desplazamiento infinitesimal horizontal
qdA en el punto P, la componente en cualquier dirección ven
dra definida por qdA coso , siendo dA = rdO dr . El desplaza
miento causado por todos los elementos de extracción a una dis
tancia r entre 0 = - Tr/2 y 4 _ + 7r/2 será:
dv = q (r) r dr 1+,T/2 cose dO = 2q (r) r dr (3)
si por ejemplo todo un semicírculo entre r = 0 y r = R es ex
plostado, el desplazamiento resultante en P es:
V = 2 fR q(r) r dr (4)
y el desplazamiento horizontal máximo posible ocurrira cuando
el radio de dicho semicírculo se haga infinito:
1C6 -
Vmax = 2 !o q(r) r dr (5)
Para la determinación de la Función de Influencia q(r), laexpresión (1) puede aplicarse al caso axisimétrico, sustituyendo x por r, V por q y s por p:
q(r) = Const ap(r) (6)8r
a este resultado también se llega a partir de la teoría de
movimientos estocásticos y de la condición de incompresibili
dad volumétrica (referencias 11 y 17). Utilizando la Función
de Influencia exponencial (11) del Anexo A y derivando con
respecto a r, obtenemos:
q(r) = cost r exp [- (r)2B
introduciendo esta expresión en (5), obtenemos que el valor
de la constante esB
Vmax, y por tanto
q(r) = B Vmax r exp [- 1r (B)2 ] (7)
que es la Función de Influencia para desplazamientos horizon
tales correspondiente a la función (11) del Apéndice A.
3.- LAS DERIVADAS DEL DESPLAZAMIENTO
Si los desplazamientos verticales (subsidencia) (s)
y los horizontales (v) en los puntos de un perfil son conocí
dos, la pendiente (S'), la curvatura (S") y las deformaciones
horizontales (e) pueden determinarse facilmente. Para ello
se recomienda que el espaciamiento entre los puntos de obser
vación en la zona presumible de máxima pendiente sea. del or
den de un 2% de la profundidad de la explotación.
107 -
Las pendientes y las deformaciones se expresan norma lmente en función de Smax/h, y la curvatura de Smax/h2 o porel radio de curvatura en metros. La curvatura es prácticamente la segunda derivada de la subsidencia (S) con respecto ala distancia lateral horizontal. Si los desplazamientos horizontales son proporcionales a la primera derivada (S'), al
menos en problemas bidimensionales, la curvatura (S") es as¡mismo proporcional a las deformaciones (E ). Las pendientes
y las deformaciones son magnitudes adimensionales (mm/m),
mientras que la curvatura tiene la dimensión L-1 (p ej. 5 x10-7 m-1).
Las explotaciones subcríticas tienen en el contexto
de este estudio un particular interés debido a que induce y
genera curvaturas y deformaciones a compresión extremas. Así
por ejemplo, una explotación con un área de extracción mitad
de la crítica (W = B), crea un desplazamiento horizontal so
bre la zona aún no explotada (zona marginal de la cuenca de
subsidencia, por delante del frente de extracción) igual al
que se desarrolla con una extracción critica, pero en cambio
sobre el área explotada la deformación horizontal pasa de
Vmax a cero de una forma mucho más rápida, generando obviamen
te una mayor deformación a compresión en el centro de la cuen
ca subcrítica. El ancho del área subcrítica que genera un má
ximo de esa deformación compresiva viene a ser de 0,4 h a 0,5
h. Los valores correspondientes a las máximas deformaciones
oscilan entre 0,7 Smax/h y 1,7 Smax/h según diferentes cuen
cas carboníferas.
Si el área de extracción es crítica, las extensiones
y contracciones máximas son aproximadamente iguales; con valo
res que oscilan entre 0,5 Smax/h y 0,9 Smax/h. La posición
del punto de máxima deformación a tracción (extensión), como
1 08 -
sabemos viene fijada por el ángulo de ruptura ( e) . Este ángu
lo viene oscilando entre los 55Q ( pizarras blandas) y 85Q
(areniscas consistentes y de gran potencia), en concordancia
con los resultados determinados analíticamente en los precál
culos.
Para las pendientes y curvaturas en extracciones críti
cas, sus valores oscilan entdre 1,5 y 3,0 Smax /h y de 3,0 a
15,0 Smax / h2 respectivamente.
109 -
A N E X O D
ESTADO ACTUAL EN LAS PRINCIPALES CUENCAS
CARBONIFERAS ESPAÑOLAS
1.- BIERZO (LEON)
1.1.- COMBUSTIBLES DE FABERO
Combustibles de Fabero explota dos grupos: el grupo
Rio y el grupo Maurin, en ambos los únicos macizos que se vie
nen considerando son macizos de protección de labores, en es
pecial los planos inclinados de acceso a las explotaciones.
1.1.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
- Grupo Rio :
La capa en explotación de carbón de 1,25 m de potencia
se encuentra actualmente a unos 350 m de profundidad con 18Q
de pendiente Este; con rocas encajantes de pizarras y arenis
cas estefanienses en bancos de 10 metros aproximadamente, y
con un recubrimiento terciario de cantos rodados y arcillas,
con un espesor máximo de 80 metros, en el Grupo Río y menores
en el Maurín.
El conjunto forma parte de un sinclinal general de bu
zamiento Este-Oeste en el Grupo Río y Norte-Sur en el grupo
Maurin.
A unos 1.000 metros al Sur del plano inclinado del Gru
po Rio, existe una falla Este-Oeste limite de cuenca, de bu
zamiento y tipo desconocido.
112 -
En el Grupo Maurin, la principal falla o zona transtornada , se encuentra entre 300 y 550 metros al Norte del planoinclinado ; con orientación NW-SE.
En el Grupo Rio, el carbón presenta bien definidos pla
nos de crucero, desconociéndose su orientación , mientras que
en Maurin , estos planos están peor definidos por un carbón
más pulverulento.
El relieve topográfico en el grupo Rio es más suave
que en el Maurin , especialmente en las zonas correspondientes
a los planos inclinados . En Maurin el relieve se hace muy
fuerte.
Las durezas del carbón y de las pizarras se ha realiza
do por los fabricantes de rozadoras , cepillos y Dosco, sin
'tener ninguna información en cuanto a las características geo
mecánicas de los materiales geológicos existentes.
1.1.2.- Sistemas de Explotación
En el Grupo Rio la explotación se hace a ambos lados
(Norte y Sur) del plano inclinado de 18Q de pendiente. La ex
plotación se hace por tajos largos con hundimiento integral,
dejando sólo llaves en los niveles . El avance se hace en di
rección.
Los tajos al Sur del plano tienen una corrida de 850
metros y de 150 metros al Norte (Fig. 1).
La capa actual en explotación ( capa Ancha ) se encuen
tra a unos 190 metros de la 2a Jarrina ya explotada , teniendo
esta a su vez por encima y a 21 metros la la Jarrina también
113 -
Tajos
25-30 m Maci zo
---► t8°E
w25-30 m Macizo
1.000-Talos
Tajos
Fa lla
Fig. 1
114 -
1
explotada ; ambas con potencias de 50 y 80 centímetros.
Hace unos 20 años también se explotó la capa Faberode 80 cm y 100 metros de profundidad probablemente por camaras y pilares.
En el Grupo Maurín las explotaciones tienen una conf iguración especial , salvo que el plano inclinado vá por la 1dJarrina.
1.1.3.- Macizos de Protección
Como ya hemos comentado , la explotación no tiene, dada sus características, macizos de protección de pozos ni deestructuras en superficie. Unicamente viene dejando macizosde 25 - 20 metros a cada lado del plano inclinado del Grupo Ríoy de 15 metros en el Grupo Maurín, siguiendo el criterio detres veces el hueco. El plano va bulonado y a veces fortificado con cuadros.
1.1.4.- Fenómenos de Subsidencia
En el grupo Río las explotaciones han producido pequeños agrietamientos en los edificios de oficinas , que no evolucionaron a más así como reventones de tuberías de agua.
Para el futuro no se preveen grandes problemas, al noexistir casco urbano ninguno , y pequeñas construcciones demampostería . Además se irá a mayores profundidades . El únicoproblema que podría presentarse de aquí a unos 3 años seriala influencia de las explotaciones en una gasolinera, que deberia ser valorado convenientemente.
x'115 -
En el Grupo Maurín , y en un plazo de 5-6 años, las explotaciones en la 2,i Jai.rina pasaría por el pueblo de Fabero,creándose un problema que al igual que en el Grupo Río, deberiase definir.
No se ha realizado ningún control sistemático sobre
la subsidencia , mediciones , perfil de cubeta, etc.
1.2.- ANTRACITAS DE FABERO
Esta compañia viene dejando sistemáticamente macizos
de protección de planos inclinados y ha dejado dos macizos
de protección del pozo Julia correspondientes a las capas Fa
bero y a la Beta del paquete Jarrinas.
Actualmente se les presenta la necesidad de definir
y dimensionar el macizo de protección del Pozo Julia, corres
pondiente a la capa más profunda ( capa Inglesa del paquete
Internacionales).
1.2.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
En Antracitas de Fabero existen tres capas que se ha
lían explotado , que se estén explotando o que sean explota
bles que son la capa Fabero , la Beta del paquete Jarrinas y
la Inglesa del paquete Internacionales.
La capa Fabero se encuentra a 100 m de profundidad en
la zona del pozo Julia, la capa Beta más profunda esta a 270
metros y la Inglesa a unos 470 metros de profundidad, con po
tencias de 0,6, 0,7 y 0,8 metros y buzamiento 8Q Sur. Los ma
teriales de las rocas encajantes están formados por pizarras
y areniscas en bancos de 10 a 15 metros de potencia , pertene
116 -
cientes al Estefaniense (Fig. 2).
El conjunto forma parte de un sinclinal de eje E-W,que en las proximidades del pozo Julia presenta dos fallasimportantes longitudinales en dirección N-S (Fig. 3 ) una deellas a 180 metros al Este del Pozo es una falla directa conbuzamiento Este casi vertical , y con un salto de 30-40 metros. No aparece en superficie , pero incide fuertemente enlas explotaciones , al igual que una zona de fallas más al Este (a 1.900 metros del Pozo Julia), más echada que la anterior y también directa. ( Fig. 3).
Aparte de estas dos zonas importantes, existe un conjunto de fallas menores tansversales en dirección E-W, de c aracterísticas y buzamientos muy variables.
La topografía en las proximidades del Pozo Julia essuave con una pequeña loma al N-NW, a una distancia de 100-140 metros y con una altura de 50-60 metros.
En la caracterización de los materiales, Westphaliaha hecho ensayos de dureza encaminados a la arrancabilidaddel carbón , no teniendo ningún otro tipo de información decaracterísticas geomecánicas de los materiales geológicos dela zona.
1.2.2.- Sistemas de Explotación
Antracitas de Fabero, explota tres grupos: Julia, Valdesalguedo y Valdequiza.
En las inmediaciones del pozo Julia se ha explotadola capa Fabero , la Beta del paquete Jarrinas y se está prepa
117 -
L 100-130 m----
50-60 m
SPozo Julia 5 m
N
72: 70071: 830
100 m
100 rn Capa Fabero
170 m
120 m
160 m
Capa Beta
200 m
Capa Inglesa
Fig. 2
118 -
Pozo Julia
18O M
Falla$
N
180 m
«C>- Tajos
900 m
de>- Tajos
Falla
Fig. 3
119 -
rando la explotación de la capa Inglesa del paquete internacionales . El pozo Julia acaba en la capa Beta , llegando a laInglesa por un plano inclinado.
La explotación se realiza por tajos largos de 150 mde longitud , según el buzamiento , con hundimiento integral,
utilizando llaves de madera en los niveles.
Las capas Fabero y Beta se explotaron por macizos ysobreguías con extracciones del 100 y del 90-95% respectiva
mente.
En la capa Inglesa, los planes son explotar por tajos
largos según buzamiento al Este del Pozo Julia y en dirección
en la zona Oeste pasada la falla más próxima al pozo.
1.2.3.- Macizos de Protección
Para proteger al Pozo Julia de 5 metros de diámetro
y 270 metros de profundidad, se ha dejado en la capa Fabero
un macizo a 100 metros de profundidad de 200 metros de diáme
tro y en la capa Beta a 270 metros de profundidad un macizo
de 120 metros hacia el Norte, 160 hacia el Sur, 150 metros
hacia el Oeste y por el este hasta la falla.
Actualmente Antracitas de Fabero se encuentra ante la
necesidad de definir este macizo en la capa Inglesa a 470 me
tros de profundidad . La explotación de esta capa podría afec
tar a un conjunto de estructuras (Fig. 4 ) (máquina de extrac
ción, compresores , transformadores, duchas, lampistería, ofi
cinas, almacén , tolvas, lavadero y viviendas).
Aparte de este macizo de protección del pozo y estruc
120 -
E
N
Duchas
AlmacénLampisteria
Oficinas
Aire comprimido
Transformador
O Poso Julia
Sala de Máquinas
�o
�aav
E: 1/2.W0
Fig. 4
121 -
turas próximas, en la explotación se dejan macizos de 15 metros en los planos inclinados , planos con sección de 9 m2 y3,5metros de ancho.
1.2.4.- Fenómenos de Subsidencia
Se han observado fisuras en viviendas en el pasado,pero sin tener certeza que estén producidas por fenómenos de
subsidencia . Por su parte no se han realizado ningún tipo de
medición ni control de subsidencia , no teniéndose ninguna in
formación a este respecto.
1.3.- ANTRACITAS DE GAIZTARRO
Antracitas de Gaiztarro , explota en el área de Fabero,
tres grupos : Escandal , Caleyo y Jarrinas; siendo el primero
el de mayor significación en cuanto a producción y planes fu
turos.
En Antracitas de Gaiztarro no se deja ningún macizo
de protección de estructuras en superficie ; dejándose única
mente macizos laterales a los planos inclinados de acceso a
las labores.
1.3.1.- Grupo Escandal
1.3.1.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
En este grupo se explota la capa Bienhallada del paque
te Perdiz de 0,8 - 0,9 m de potencia y buzamiento 204 Norte.
Las rocas del techo están formadas por bancos alternantes de
10-15 m de espesor de pizarras y areniscas estefanienses, con
un recubrimiento en superficie de unos 10 m de material ter
122 -
ciario . En la zona actual, las explotaciones se encuentran
a una profundidad media de 300 metros, dependiendo del relieve topográfico en superficie.
A 600 metros al Norte del plano inclinado se encuentrael eje del sinclinal Este-Oeste, apareciendo 100 metros másal Norte la Falla Langre y a 1.400 m la Falla Matarrosa, am
bas longitudinales con orientación Este-Oeste y con buzamien
to, salto y tipos desconocidos . ( Fig.5 ).
Todas las explotaciones actuales y previstas se encuen
tran en el flanco Sur del sinclinal.
La topografía en este grupo no es muy fuerte.
Geotécnicamente no se tiene ningún tipo de conocimien
to de las características de los materiales existentes.
1.3.1.2.- Sistema de Explotación
En este grupo se explotan dos tajos en dirección con
estémples de fricción y bastidores metálicos y arranque con
rozadora , así como con entibación autodesplazante y cepillo.
El primero está funcionando actualmente , el segundo se espera
que empiece durante el mes de Febrero-Marzo de 1984..
El tajo actual tiene una longitud de 120 metros y un
recorrido de 350 m. El hundimiento a integral dejándose lla
ves de madera en las sobreguías, llevándose las guías con el
techo en carbón , presentando estas fuertes problemas de pre
siones laterales , especialmente en las guías de pie de tajo.
Este grupo tiene como planes futuros la profundización
123 -
_J
del plano inclinado y la explotación a mayores profundidadesde la capa Bienhallada en las plantas 3d, 4a y 5s, hacia laparte Norte de la explotación . Los tajos a emplear en estafutura explotación , se pretende que sean de 150 metros, conentibación marchante y arranque con cepillos, hundimiento integral y guías en dirección con llaves en las sobreguías.
1.3.1.3.- Macizos de Protección
En este grupo se dejan macizos de 20-30 m a cada lado
del plano inclinado de 20Q de pendiente abierto con el techo
en capa y sección trapezoidal de 16 m2. La fortificación es
con hierro trapezoidal . ( Fig. 5). El criterio aplicado en los
macizos es el de 3-3,5 veces el hueco del plano.
1.3.1.4.- Fenómenos de Subsidencia
La expansión de la explotación hacia el Norte lleva
consigo , aunque a mayores profundidades , posibles problemas
de subsidencia sobre los pueblos de Langre, Barrio de Langre
y S. Miguel , y principalmente sobre las torres de alta ten
Sión de ENDESA y FENOSA que están implantadas sobre la futu
ra área de explotación . Es un problema que debe ser analizado
y sobre el que Antracitas de Gaiztarro tiene puesta la aten
ción, para los próximos años.
1.3.2.- Grupo Caleyo
Este grupo al Norte del Escandal, explota la capa Sue
ca del paquete Internacionales de 15-16Q de buzamiento Norte
y 0,6 m de potencia. El tipo de techo es el mismo que en el
grupo Escandal.
124 -
N
Falla Matarrosa
W1.400 m
E
100 m
Eje Sinclinal
600 m Tajos
420°Plano incl inado Capas en explotación
•
Macizo 20-30 m 4,5 m 120-30 m cizo
4m
16 m2
Fig. 5
125 -
Actualmente se explota a 300 metros de profundidad un
tajo de 120 de longitud y una corridas de 450-400 metros. El
tajo se lleva con madera y el arranque con cepillo . Las guías
llevan llaves en las sobreguías , y bulones , para evitar el
mismo problema de presiones observado en Escandal.
El tajo actual se está desmontando para comenzar otro
inmediatamente al Norte con entibación hidráulica individual.
La tendencia general es ir con las explotaciones más
al Norte , y a profundidades superiores a 350 metros.
Los macizos en los planos inclinados y en las galerías
en estéril siguen el mismo criterio señalado en el grupo Es
calda1.
No se ha detectado ningún fenómeno de Subsidencia, ni
se ha realizado ningún control del mismo.
1.3.3.- Grupo Jarrina
Este grupo el más al Norte de la compañia, explota la
lsd Jarrina de 0,7-0,9 m de potencia , con materiales idénticos
a los anteriores y a 70-90 metros de profundidad.
El sinclinal Este-Oeste pasa justo por estas explot a
ciones , haciendo que el 1 er tajo buze hacia el Sur y el 2Q
y el 30 hacia el Norte. La pendiente de las capas aquí es muy
baja, del orden de menos de 10e
Los tajos se explotan en dirección , el primero (ya ex
plotado ) con una longitud de 180 m y recorrido de 600 m, el
2 0 tajo ( en explotación) tiene 180 y 470 m respectivamente
126 -
y el 3er tajo que se esta iniciando tiene actualmente 75 mde longitud y llegará a tener hasta 120 m.
Los macizos de protección de planos siguen el mismo
criterio general seguido en Antracitas de Gaiztarro, hasta
ahora con perfectos resultados.
127 -
2.- LEON NORTE
2.1.- MINERO SIDERURGICA PONFERRADA (Villablino).
La M.S.P. en sus operaciones en Villablino (León), vie
ne manteniendo del orden de 40 macizos de protección relacio
nados con pozos, carreteras , ríos, edificios, depositos de
agua, etc.
2.1.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
Las capas en explotación son multiples, con potencias
que oscilan entre 0,5 y 2,5 metros con un buzamiento entre
35 y 450 hacia el Sur. Las profundidades a que se encuentran
en las inmediaciones de los pozos oscila entre 150 y 300 me
tros (Fig. 6).
El techo y las rocas de caja de estas capas está forma
da por areniscas y pizarras en bancos de potencia muy varia
ble, con algunas pudingas finas aisladas. Estas formaciones
del Estefaniense , buzan hacia el sur como las capas y forman
parte de un sinclinal general de eje E-W. Estas formaciones
en superficie tienen un recubrimiento cuaternario con espeso
res variables desde nada a 50-60 metros.
Estructuralmente el sinclinal y la zona va acompañado
de fallas directas (algunas inversas ) en dirección N-S o NE-
SW con 60Q de buzamiento de dirección variable. También apa
recen fallas longitudinales ( E-W) con menos significación y
129 -
x:5,8 m
10-30 m 10-30 m
y2: 72° y1: 550
S N
150-300 im
35-46°
Fig. 6
130 -
buzamiento de 60Q de orientación también variable.
La topografía es muy montañosa y de relieve muy acci
dentado.
Se han hecho algunos ensayos de dureza de los materia
les que forman el yacimiento por fabricantes de maquinaria
orientados hacia la facilidad de arranque, sin ninguna orien
tación geotécnica.
2.1.2.- Sistemas de Explotación
La explotación en los seis grupos de que consta la mi
na se lleva exclusivamente por testeros con hundimiento y re
lleno. Se utilizan testeros desde 2,5 hasta 30 metros y coro
nas desde 3 a 5 metros , con distancias entre niveles entre
90 y 200 metros . El arranque es exclusivamente con martillo
picador. En el nivel de base del testero se dejan los macizos
convencionales de 10 metros.
2.1.3.- Macizos de Protección
Como ya hemos comentado en Villablino la M.S.P. viene
dejando unos 40 macizos para proteger todo tipo de estructu
ras en superficie, así como dos pozos de exterior (Villajer
y Caboalles ) de 5,90 m de diámetro y cuatro interiores (Ca
rrascote , Calderón -Villablino , Orello y Paulina).
El criterio general es dejar unos 10 ó 30 metros, de
pendiendo del tipo de estructura a proteger , alrededor de la
estructura y a partir de este punto trazar los ángulos de pro
tección de 72Q y 55Q tal y como indica la figura 6. Este cri
terio es general para todos los macizos que la M.S.P. tiene
131 -
en las operaciones de Villablino.
2.1.4.- Fenómenos de Subsidencia
No se ha realizado ninguna medición sobre deformacio
nes en superficie debido a subsidencia, ni se tiene definida
ninguna cubeta de subsidencia.
Se han observado algunas deformaciones pero sin medi
ción, ni sin tener controlado de donde podían provenir estos
fenómenos.
2.2.- HULLERAS DE SABERO Y ANEXAS
Sólo existe un macizo de protección al pozo principal
de extracción ( Herrera II), que asimismo cubre a un pozo pró
ximo de ventilación.
2.2.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
El pozo con una profundidad de 500 metros y 6 m de diá
metro corta formaciones de pizarra fina arenosa en un 70% y
areniscas en un 30%. Las pizarras son poco competentes y la
jeadas por la tectónica. El buzamiento de estas formaciones
es de unos 60-650 Sur (Fig. 7 ) y su edad Estefaniense A/B.
Estas formaciones pertenecen a un sinclinal de eje E-
W, estando afectadas por una zona fuertemente tectonizada y
limitada por la Falla Llama, a 300 metros al Norte del pozo
Herrera II y la Falla Olleros a 650 m del mismo pozo. Ambas
fallas son inversas con buzamiento 67-680 S.
Las capas de mayor explotación se encuentran entre las
132 -
POZO HERRERA II
300 m 650 ms
N4
300 m
\/670 altaOllero
175 m
y: 45° y: 45°
,60-65 }60-5°
100 m 4a Planta `1- 327 m)
75 m 5a Planta (- 387\,.)
Falla Llama Capas Surh: 500 m
Capas No rt e
Fig. 7
133 -
dos fallas comentadas ( zona Sur ), en una zona muy alteraday tastornada. Existen 3 ó 4 capas en esta zona Stir_ con espes ores variadisimos , formando un auténtico rosario de lentejonesde espesor variable.
Existe otro conjunto de capas ( 2 a veces 3) hacia elSur (zona Sur), a unos 200 metros del pozo Herrera II, perode menor producción , y menos tectonizada . La roca de caja enesta zona al estar menos alterada y con más proporción en areniscas presenta un comportamiento mucho mejor que las de lazona Sur. La potencia de estas capas oscila entre 0,9 y 1,1metros.
La topografía en las inmediaciones del pozo HerreraII es suave , salvo una pequeña ladera hacia el Norte.
En cuanto a las características geomecánicas de losmateriales de Hulleras de Sabero , la información que se tienehace referencia exclusivamente a la dureza determinada porlos fabricantes de equipos de arranque en capa o avance engalerías.
2.2.2.- Sistemas de Explotación
La zona Sur , se explota mediante rampones y plantashorizontales ascendentes con una recuperación entre el 70 yel. 85 %, siguiendo una suerte de soutirage para la extracción.
La capa Norte se explota por testeros con relleno ydando una extracción del 95%. Los testeros son de 5 metrosy coronas de 4-6 metros. La distancia entre niveles es de 60metros.
134 -
Actualmente se esta explotando entre 380 m y 440 metros de profundidad, 5a y 6a planta , tanto en las capas Nortecomo en las Sur.
2.2.3.- Macizo de Protección
El macizo del pozo Herrera II es cónico'con un ángulo
de 45Q . Se inicia a una profundidad de 175 metros. Su objeti
vo es proteger el pozo principalmente de la explotación de
las capas Norte. Esta capa se encuentra a 100 metros al Norte
del Pozo al nivel de la 4d planta (327 m de profundidad) y
a 75 m del pozo hacia el Norte, al nivel de la 5a planta (387
m de profundidad).
El macizo fue diseñado por Sofremines en 1952.
2.2.4.- Fenómenos de Subsidencia
Han existido problemas fuertes originados por las ca
pas Sur , que han afectado al pueblo de Olleros. Sin embargo,
no se ha realizado ningún control de subsidencia ni se tienen
mediciones de ningún tipo.
135
3.- GUARDO (PALENCIA)
3.1.- ANTRACITAS DE VELILLA
Antracitas de Velilla en sus explotaciones en Guardo,
Palencia , explota cuatro grupos: Monasterio, Las Cuevas, Maja
dillas y Valdelabarcena , por orden de Norte a Sur.
En las explotaciones no se deja ningún macizo de pro
tección de estructuras en superficie dadas las peculiares ca
racsterísticas del yacimiento . Sólo se dejo un macizo en las
capas S. Pedro y S . Pedrín por consideraciones de dificultad
en extracción, como ya comentaremos, pero nunca bajo el punto
de vista de una protección.
3.1.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
En estas operaciones se explotan tres paquetes: Chori
za, Ancha y S. Pedro de menor a mayor profundidad . En el Pa
quete Choriza , se explota la capa Victoria de aproximadamente
1 m de potencia y se comienza de nuevo a explotar el paquete
F.ncha, se ha explotado la capa Ancha de 1 a 3 m de potencia
la más importante de la zona , y se está pensando en preparar
una nueva labor este año en esta capa. Dentro del tercer pa
quete , se explotan tres capas , la, S. Pedro y S. Pedrín de
0,8, 1,2 y 1,2 m de potencia media respectivamente.
Las capas tienen buzamiento muy variable , entre 20Q
137
Oeste y casi vertical , debido a la fuerte tectónica de la zo
na, y al relieve muy fuerte. Esta última razón hace que las
capas se encuentren a muy variables profundidades que en su
conjunto oscilan entre 20 y 100 metros.
Las rocas de caja están formadas por pizarras y arenis
cas muy fuertes y competentes, con quizas una mayor abundan
cia de las areniscas . Estas formaciones westfalienses, se en
cuentran en bancos de 5 a 10 m de espesor, con considerables
cambios laterales de facies.
Estructuralmente es muy compleja la explotación, no
estando aún muy bien definido el sinclinal o sinclinales impe
raptes. Predominan fallas Norte- Sur directas con buzamiento
30Q Oeste , hundiendo el bloque Este con saltos de 5 a 6 me
tros . Las dos fallas más importantes de la zona se encuentran
en la parte Norte de las explotaciones, ambas son directas
con buzamientos de 60Q y 45Q Oeste y orientación Norte-Sur
y Noroeste- Sureste respectivamente . A diferencia de las ante
riores estas fallas hunden el bloque Oeste con saltos del or
den de los 30 metros.
En el año 1972 , se hicieron algunos ensayos de resis
tencia por fabricantes suizos de maquinaria de avance y arran
que, dando valores para las areniscas de hasta 3.000 kg/cm2 y
para las pizarras nunca por debajo de los 700 kg / cm2, corrobo
rando la presencia de rocas de cajas muy duras para este tipo
de material.
3.1.2.- Sistema de Explotación
Antracitas de Velilla , explota 8 tajos, dos en cada
uno de los cuatro grupos comentados. La explotación se hace
138 -
por tajos largos con entibación metálica de fricción y hundimiento integral y con castilletes de madera. En las capas verticales se utiliza el relleno. El arranque es siempre con explosivos y martillo picador, teniendo los tajos un longituddel orden de los 100 metros; y un recorrido de 1.000 metroscomo media. Actualmente existe un exceso de preparaciones con300 metros por delante de los tajos. Antracitas de Velilla,
tiene actualmente un cupo pequeño de producción para la cen
tral térmica de Guardo, por lo que la explotación se mantiene
por debajo de sus posibilidades.
Actualmente la explotación no presenta serios proble
mas de sostenimiento , excepto zonas concretas en la zona de
fallas, de 100 6 200 metros que se solventan cambiando el ti
po de cuadro, el número de piezas del mismo y la forma de pos
tes, sin mayores repercusiones, tal es el caso del transver
sal del piso 3Q que va hacia la capa Victoria , en el grupo
Majadillas.
A veces más serios son los golpes de techo en los ta
jos, por la alta rigidez de las pizarras y areniscas, que a
veces rompe por delante del frente, haciéndose necesario ba
rrenar el techo.
Problemas de aguas tampoco existen , aunque cuando apa
rece esta lleva mucha presión, pero dura muy pocos días y en
general el desague de los acuíferos de las areniscas es bueno
3.1.3.- Macizos de Protección
Como ya hemos dicho, nunca se ha dejado por no ser ne
cesario , macizos de protección de estructuras en superficie.
La única experiencia en macizos ha sido un macizo en la capa
139 -
S. Pedrín del paquete S . Pedro, por dificultades de explotación en ese momento, ya que por su poca profundidad tendría
fuertes repercusiones en superficie ( capa de 2,5 m de potencia); dejándose un macizo de 200 metros de corrida. Existe
un proyecto de explotación de explotar esta zona más superfi
cial del paquete S. Pedro por minería de superficie.
3.1.4.- Fenómenos de Subsidencia
Durante la explotación de la capa Ancha (3 m de poten
cia) en el grupo Monasterio , en zonas muy próximas a superfi
cie y con inclinaciones muy verticales de capas, se observa
ron hace muchos años fenómenos de "cave-in " ( huecos y pozos
originados por la subsidencia).
Ningún control sistemático de mediciones de subsiden
cias se ha realizado en el pasado , no existiendo ninguna in
formación al respecto.
3.2.- MINERO CANTABRO-BILBAINA
Minero Cantabro- Bilbaina en sus explotaciones en Santi
báñez de la Peña, Palencia; en las proximidades de Guardo,
explota tres grupos o zonas: occidental; Central, la más im
portante y Oriental.
En estas explotaciones no se ha hecho necesario el de
jar ningun macizo de protección para estructuras en superfi
cie; sin embargo actualmente se esta manteniendo un macizo
que separa explotaciones actuales de explotaciones antiguas
inundadas casi hasta superficie , y al mismo nivel de profundi
dad que las actuales en explotación.
14C -
3.2.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
Minero Cantabro-Bilbaina, explota las tres capas -existentes en la zona: Capa Primera, Tercera (equivalente ala Ancha de Antracitas de Velilla) y Quinta; con potenciasde 0,7-0 , 8, 2-3, 1 m respectivamente y buzamiento de 70Q-80Q
a veces Norte, a veces Sur. Las tres capas se las conoce localmente como el paquete Centro, y están muy arrosariadas.
Las rocas de caja son pizarras en un 80% y areniscas
en un 20%, del westfaliense y muy poco competentes.
Actualmente las explotaciones se encuentran a 200 me
tros de profundidad desde la boca del pozo; apreciándose una
topografía muy fuerte y accidentada.
Estructuralmente , el sistema de sinclinales predominan
tes y su actitud geométrico - espacial no esta muy bien defini
da aún.
En relación a la presencia de fallas las más importan
tes, todas ellas con orientación Noroeste-Sureste y buzamien
to 65Q Noreste , son: la falla Acebalque separa el grupo -
Oriental del Central ; es una falla directa que desplaza el
bloque oriental 300 metros hacia el Norte; a 600 metros; 400
m y 270 m hacia el Oeste aparecen otras tres fallas de carac
terísticas semejantes . Por último a 380 m más hacia el Oeste
aparece la última gran falla del grupo Central, semejante a
las anteriores aunque inversa.
La zona Central es la más activa actualmente. La zona
Oriental es una zona antigua ya explotada, y la.Occidental,
en la . que se pueden reconocer hasta ocho capas, no está aún
- 141 -
en explotación.
Topográficamente como hemos ya mencionado es muy accidentada.
En relación a características y datos geomecánicos delos materiales, no se tienen ningún o ninguna referencia delos mismos.
3.2.2.- Sistemas de Explotación
Minero Cantabro-Bilbaina, en su Grupo actual productor
(Central), explota por tajos ascendentes con testeros de 2,5
metros y coronas de 4,5 metros, y con relleno y entibación
de madera en los talleres. El taller tiene entre 150 y 160
metros de longitud entre guías. El arranque se hace exclusiva
mente con martillo picador. Las gulas se entiban con cuadros
metálicos (1F) a 1 metro de espaciamiento, en secciones de
5,9 m2.
Estas guías en carbón, así como las galerías en roca,
de la misma sección, presentan fuertes presiones generales
en toda la sección, que hacen que las secciones no aguanten
más de 2 6 3 meses.
Esta fuerte presión y convergencia, también se observa
en los tajos, teniendo que llevarse obligatoriamente relleno
con cinco metros del frente al Norte.
3.2.3.- Macizos de Protección
El único macizo que actualmente se está dejando y so
bre el cual no se tiene aún una buena determinación del mis
142
mo, es uno que se está llevando a 160 metros de una antigua
explotación perteneciente a otra concesión, y que se han de
jado totalmente inundada, casi hasta superficie; y explotada
a la misma profundidad que las actuales. Por el momento pre
sente, se ha empezado ha observar filtraciones en las zonas
en explotacción atuales y más próximas a la antigua conce
sión.
3.2.4.- Fenómenos de Subsidencia
El hecho de explotar capas verticales y siempre con
relleno , debido a la poca consistencia de los hastiales, ha
sido la causa de que no se hallan apreciado nunca ningún fenó
meno de subsidencia , ni se tenga ninguna información sobre el
mismo.
143 -
4.- CUENCA CENTRAL ASTURIANA
4.1.- HUNOSA
En las explotaciones de HUNOSA , se pueden considerar
en relación a problemas de macizos de protección y subsiden
cia, tres grupos . El primero con incidencia en pueblos, el
segundo para protección de estructuras en superficie y el ter
cer grupo para protección de pozos.
Al primer grupo pertenecen : el campo de La Moral. (Pozo
Pumarabule ); el campo del Boo (Pozo Aller ) y el Pozo Llamas.
En el segundo grupo, se incluyen el Pozo Candín y el
Pozo Ms Luisa del Municipio de Langreo.
Al grupo tercero pertenecen los Pozos Santa Bárbara
y Pumarabule.
Pasemos a ver con detalle las características de cada
uno de estos ocho pozos, en donde los problemas de macizos
v subsidencias son y han sido más significativos.
4.1.1.- Campo de la Moral ( Pozo Pumarabule)
En este campo se deja un macizo que protege al pueblo
de Carballín Alto, en donde existen edificaciones de hasta
seis pisos.
145 -
4.1.1.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
En esta zona se explota la capa Fuente de unos 10Q-15Q de buzamiento Este y de . 1 a 3 metros de potencia. Estacapa esta encajada en un carbonífero 60% pizarras y un 40%areniscas , en bancos de 20 a 30 metros de espesor. Las expíotaciones están a unos 450 metros de profundidad, aunque en
la zona de Carballín Alto, debido al relieve muy fuerte, es
tas se encuentran a 650 metros de profundidad (Fig. 8). Los
primeros 100 o 150 metros más superficiales son cretácicos
y formados por pudingas.
Estructuralmente , la zona está muy transtornada y afec
tada por fallas longitudinales y transversales , paralelas y
perpendiculares al eje del sinclinal de la zona; eje de orien
tación Norte- Sur (Fig. 8 ). Las fallas longitudinales más im
portantes son la Carrera' y otra más al Este, ambas inversas
y de 65Q Este de buzamiento , esta segunda corta totalmente
al macizo de protección y a la capa. Las transversales en di
rección Este-Oeste ( Falla La Moral y paralelas ), presentan bu
zamientos y características muy variables De especial inci
dencia en las explotaciones es la zona fallada de 200 metros
de espesor ,. a unos 800 metros del comienzo de las explotacio
nes, a partir del macizo de protección de Carballín Alto.
El relieve como hemos dicho es muy fuerte , en espe
cial, la zona donde se encuentra asentada la población de Car
ballín, sobre una elevación de 200 metros sobre la boca del
pozo.
Los ensayos realizados por HUNOSA , de resistencia a
la compresión uniaxial de los materiales de este campo, dan
unos valores del orden de los 500 kg/cm2 para las pizarras,
146 -
800 ka / cm2 Para las areniscas y de 150 a 200 kg/cm2 para lac.pa de carbón . Actualmente se están haciendo ensayos de trac-ción, y aún no se tienen resultados.
4.1.1.2.- Sistemas de Explotación
Se han explotado dos tajos (Fig. 8 ) en la parte másprofunda al Este de la capa Fuente . Estos dos tajos de 130metros cada uno , se han explotado con hundimiento integral
entibación con mampostas hidráulicas y con una corrida de 800
metros según dirección hacia el Sur, hasta llegar a la zona
fallada de 200 metros. Las galerías en carbón se han llevado
con llaves y anhidrita.
Actualmente se va a comenzar la explotación de la capa
Fuente, al Oeste de la Falla longitudinal , a cotas más altas
que en los dos tajos anteriores (Fig. 8 ) volviendo a pasar
por debajo del. pueblo de Santiago de Arenas.
4.1.1.3 .- Macizos de Protección
Para'proteger al pueblo de Carballín Alto, se ha deja
do un macizo de 455 metros en planta , desde las inmediaciones
del pueblo hasta el , comienzo de los tajos en dirección. El
criterio seguido ha sido el de dejar un macizo de 0,7 h, sien
do h la profundidad de las explotaciones (650 m), criterio
que implica un ángulo de protección de 55Q.
Con este macizo se ha mantenido protegido el pueblo
de Carballín Alto aunque hasta el momento no se halla produci
do ningún daño en el mismo.
4.1.1.4.- Fenómenos de Subsidencia
En el avance de las explotaciones en dirección, desde
147 -
E 35°
Cretáceo 100-150 m -
Carbonífero 450 m
Capa
-'� 10-15°
w
Falla Carrera
i r -
100 Falla longitudinal
N
S' 65° 1
200 m 800 m 455 m Carballín Alto
10°
Macizo
Santiago de Arena$ -�
Eje Sinclinal
EZona fallada
E w
10-15°
65°
148 -
Fig. 8
el macizo de Carballin hacia el Sur, las labores en los frentes al Este de la. Falla longitudinal han prcuuciáo serios daños en el poblado de Santiago de Arenas , daños que han venidosiendo indemnizados por HUNOSA.
En el próximo futuro se va a explotar la parte al Oes
te de la Falla longitudinal de la capa Fuente, situada a co
tas más altas que los anteriores tajos, y que lógicamente vol
verá a causar daños sobre el poblado de Santiago de Arenas.
La política de Hunosa , será la de volver a pagar perjuicios.
En Santiago de Arenas , mediante un sistema de estacio
nes de control , se han detectado subsidencias de hasta 2 me
tros. Este control se ha venido haciendo cada seis meses, so
bre alineaciones que seguían caminos y lineas de fácil acce
so, no según una retícula más o menos geométricamente predefi
nida. Estas mediciones no han sido aún interpretadas, y no
se ha definido aún ningún tipo de cubeta de subsidencia, ángu
los límite, ángulos de rotura, ni ninguna característica de
la curva de subsidencia (zonas de compresión y tracción, -
etc.).
4.1.2.- Campo del Boo ( Pozo Aller)
En los pueblos de Boo y Bustillé, las operaciones des
de el Pozo Aller, han dejado un macizo de protección para di
chas poblaciones , que han resultado totalmente ineficaces,
quedando dichos pueblos muy afectados.
4.1.2.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
En esta zona , HUNOSA explota las capas Mariana y Moli
no con 150 buzamiento Sureste y con unas potencias medias de
149 -
1,5 metros , aunque variables entre 1,10 y 3,0 metros . Las doscapa están separadas por una distancia de 21 metros (Fig. 9),estando dentro de un carbonífero con 50% pizarras y 50% areniscas, formando bancos de 20 a 30 metros de potencia. Lasexplotaciones se encuentran a 600 metros de la boca del pozo,
aunque el relieve es muy abrupto , estando el pueblo de Boo
en la cadena de una montaña.
Estructuralmente la zona es relativamente tranquila,
con una serie de fallas que limitan el campo (Fig. 9) pero
que no afectan al macizo. El sinclinal más dominante es de
eje NE- SW, y pasa cerca de Boo. Las fallas más importantes
son Carborana , F1, F2 y F3, que se encuentran a unos 500,
200, 300 y 400 metros de los limites de Boo. Las fallas sue
len ser de desgarre y cabalgamientos, estando muy poco defini
das, excepto la F1, que es directa de dirección NE-SW y, bu
zando 70Q NW.
Los ensayos realizados sobre los materiales de la zona
han arrojado valores de compresión uniaxial de 650 a 1.000
kg/cm2 para las pizarras según contenido en arenas, 1.450
kg/cm2 para las areniscas y 100 kg / cm2 para el carbón.
4.1.2.2. - Sistemas de Explotación
Actualmente se explotan dos tajos en dirección , uno
en cada capa, con una longitud de 150 a 160 metros , hundimien
to integral y mampostas hidráulicas. El arranque es con marti
llo picador y cepillo.
El tajo en la capa Mariana se lleva unos 50-80 metros
más avanzada que el de la capa Molino y una corrida de unos
1.000 m.
150 -
SE NW
600 m Capa Marianas;
Capa Molino
15°
Falla Garbo "�\ron,
fi18 5%<
boom
N
200 m B 0 0
Falla - 3
340 "
Q� g�ytiUe
pa1\a
Limite del macizo en Capa Molino
Fig. 9
151 -
4.1.2.3.- Macizos de Protección
Los pueblos de Boo y de Bustillé se han pretendido proteger con un macizo de protección ( Fig. 9), que en la capaMolino es de unos 300 a 500 metros en planta del pueblo de
Boo, dejando un ángulo de protescción de 504. Es evidente que
estas dimensiones para una profundidad del orden de los 600
metros, es totalmente inadecuada , quedando los limites del
macizo en superficie dentro del pueblo de Boo y totalmente
desprotegido el de Bustillé.
4.1.2.4.- Fenómenos de Subsidencia
Debido a la inadecuación del macizo de protección, am
bos pueblos han quedado fuertemente afectados por los hundi
mientos, en especial el de Bustillé, no habiéndose realizado
ningún tipo de control ni de mediciones.
4.1.3.- Campo del Pozo Llamas
En las labores del Pozo Llamas, no existe ningún maci
zo de protección, y actualmente se está estudiando las reper
cusiones que tendrá en superficie especialmente sobre los pue
blos de Ablafia de Arriba y Ablafa de Abajo las futuras expío
taciones por debajo de 6a planta ( 270 metros de profundidad).
4.1.3.1. - Aspectos Geológicos y Geotécnicos
Las capas que se han explotado y que se seguiran ex
plotando por debajo de 6a planta (Fig. 10) forman dos paque
tes: Paquete de muro , formados por las capas 7a, 8a y 104
de 2,1, 1,7 y 1,2 metros de potencia , separados entre si 60
y 20 metros ; y paquete de techo formado por las capa 1 2 , 34
152 -
270 m
00
?p�
6a Planta
la3a
5a
7a8a
toa
Fig. 10
153 -
y 5a de 1,65 , 1,80 y 1,40 metros de potencia respectivamente.A 12 metros al muro de la capa 5a y a 70 metros al techo dela capa 7a se encuentra un banco de pudingas de 14 m; de forma análoga aparecen estas pudingas. en el techo inmediato dela capa la . El conjunto de capas tiene una orientación aproximada Norte- Sur con un buzamiento de 40Q W.
Las rocas de caja están formadas por pizarras y arenis
cas aproximadamente en un 60% y 40% aproximadamente, junto
con las intercalaciones de pudingas comentadas.
Estructuralmente es una zona tranquila , no existiendo
ningún aspecto estructural significativo . Topográficamente
el relieve es suave sin fuertes variaciones.
No se tiene ninguna información sobre características
geomecánicas de los materiales geológicos que componen las
rocas de caja.
4.1.3.2.- Sistema de Explotación
De 6a planta para arriba se ha explotado todo , actual
mente se está planteando la explotación de 6a hacia abajo con
frentes únicos de 90 metros en dirección , y con relleno total
basculado. El arranque se hará con martillo picador y rozado
ra.
4.1.3.3.- Macizos de Protección
No se plantea este problema y sólo se pretende prever
la subsidencia que pueda afectar a los pueblos de Ablaña de
Arriba y Ablaña de Abajo, con la explotación desde 6a planta
hacia abajo.
154 -
4.1.3.4. - Fenómenos de Subsidencia
HUNOSA, en estos está estudiando la magnitud y zonas
de influencia de la subsidencia que daría lugar las explota
ciones por debajo de 6a planta.
Al no tener ningún tipo de medidas ni información de
la subsidencia inducida por las explotaciones por encima de
6a planta , explotadas en el pasado, no tiene ninguna forma
viable de predecir , subsidencias máximas, ángulos limites, zo
nas de tracción y compresión , etc. que pueda clarificar las
posibles repercusiones sobre los pueblos de Ablaña, con las
futuras explotaciones . Esta previsión la está realizando HUNO
SA, basándose en, los perfiles de subsidencia y ángulos lími
tes definidos experimentalmente por Proust en el Norte y en
Pas de Calais en Francia . Evidentemente, en estos momentos
es lo único que se puede hacer a falta de medidas experimenta
les, aunque con los amplísimos margenes de incertidumbre que
esta extrapolación lleva consigo, sabiendo que los ángulos
limites, aún dentro de rocas del carbonífero , pueden variar
ampliamente entre 10-15Q en USA a 40-45Q en Inglaterra, la
presencia de zonas explotadas por encima de la planta 6a y
su indiscutible influencia en la transmisión de deformaciones
a superficie, y en presencia de pudingas, que incluso aquí
mismo en las explotaciones del Pozo Llamas se ha observado
que multiplican los efectos de subsidencia.
4.1.4.- Pozo Candín
En estas explotaciones cerca de las poblaciones de Sa
ma y La Felguera, en el municipio de Langreo, HUNOSA deja un
macizo de protección para la antigua factoría de ENSIDESA y
talleres anexos.
155 -
4.1.4.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
En esta zona existe un paquete de más de 30 capas, aunque las que más afectan son 10, con un buzamiento de 80Q-90QEste en la parte Norte y Oeste hacia el Sur ( Fig. 11) y unapotencia variable entre 1,0 y 1,2 metros.
Las rocas de caja están formadas por pizarras y areniscas en una proporción del 60% al 40% , sin ningún recubrimie nto y con unas resistencias a compresión uniaxial de 500 kg/cm 2
para las pizarras , 800 kg / cm2 para las areniscas y entre 150
y 200 kg/cm2 para el carbón de las capas.
Estructuralmente no es una zona muy alterada y con fa
lías locales de pequeña influencia en.los macizos.
En la zona del macizo de protección de ENSIDESA el re
lieve es muy llano , en cambio, rápidamente hacia el Este se
eleva el relieve a unos 300 metros (Fig. 13 ). En la parte más
meridional del campo y en la zona donde esté ubicado el pue
blo de las Piezas (Fig. 12) el relieve se eleva a unos 100
metros.
4.1.4.2.- Sistema de Explotación
La explotación se lleva con testeros de 5 metros y ta
lleres de 90 metros entreplantas ; con relleno triturado siem
pre que las capas sobrepasen los 60Q de inclinación.
Actualmente se explota por debajo de los 460 metros,
estando totalmente explotado desde esta cota hasta superfi
cje.
156 -
N
F80°-90°E
ENSIDESA
¿OlLas 80 - 90° W Capas
A Piezas S Al
Paquete Capas
Fig. 11
Las Piezas
100 mw E
460 m
no+Q
80°
Paquete de 10 Capas
157 -SECCION A - A'
Fig. 12
1
300400 m
ENSIDESA
w E45 50°
460 m
45-500 $00
Paquete de Capas
SECCION 8 - $'
Fig. 13
158 -
4.1.4.3.- Macizos de Protección
El único macizo de protección que se ha dejado, es elde la antigua factoría de ENSIDESA (dos hornos altos y tresbaterías de cok), después transformada en planta de Duro-Fe lguera, y actualmente taller de laminación de cuadros metálicos.
El macizo tiene 400 metros en planta a unos 460 metrosde profundidad, con un ángulo de protección que debe de estaralrededor de los 45-50Q, siguiendo un criterio adoptado desdeque se iniciaron las explotaciones en los comienzos de siglo.
No se ha observado nunca ningún daño. sobre la planta
de ENSIDESA.
4.1.4.4.- Fenómenos de Subsidencia
Se han observado fenómenos de esta índole sobre el pueblo' de Las Piezas , ocasionando serios daños , con los que HUNOSA ha seguido su política de pago de daños causados.
4.1.5.- Pozo Ma Luisa
Actualmente se deja un macizo de protección para elpueblo de Ciaño y se planteará otro. para el pueblo de Entregoen las explotaciones del paquete Entrerregueras, en el municipio de Langreo.
4.1.5.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
Se ha explotado el paquete Sorriegos y actualmente seexplotan el paquete Entrerregueras, con cuatro capas explota
159 -
bles de 1,0 a 2,5 metros de potencia. Por encima de los 350metros toda está explotada.
El paquete Entrarregueras tiene una rama de direcciónNE y 80Q buzamiento NW (Fig. 14) y otra de dirección NW, ambas formando parte de un anticlinal de eje NE-SW.
Estructuralmente, no existen fenómenos importantes encuanto a fallas, excepto el anticlinal comentado.
Topográficamente el relieve es aceptablemente llano;
no existiendo ninguna información en cuanto a las caracterís
ticas geomecánicas de los materiales que forman las rocas de
caja, formadas por pizarras y areniscas en una proporción 70%
a 30%.
4.1.5.2.- Sistema de Explotación
Actualmente sólo se explota la capa primera más al te
cho del paquete Entrerregueras a una profundidad de 350 me
tros. Por encima de esta cota la capa está explotada.
Sólo se explota un tajo de esta capa en la la rama (di
rección NE) (Zona de Ciaño) de este paquete habiendo avanzado
el frente unos 400 metros en dirección hacia el pueblo de Cia
ño. El frente se encuentra a unos 2.000 metros de dicho pue
blo. La rama 3a del paquete Entrerregueras (dirección NW) (Zo
na de Entrego) está aún sin explotar.
La explotación se hace con un frente de 110 metros de
longitud, 90 metros entre plantas, y testeros de 5 metros y
coronas de 5 metros. El arranque se hace con martillo picador
y relleno. En dirección opuesta (alejándose de Ciaño) y sobre
160 -
Ngalo
�o
Ciaño
\Macizo`� c¡a
\8/• , Paquete Entrerregueras
N
3000•m
Entrego
Fig. 14
161 -
esta misma capa se explota otro frente pero que no incide niafecta al macizo de Ciaño.
En el futuro se piensa en explotar tres frentes más.
4.1.5.3.- Macizos de Protección
Actualmente se tiene definido en la primera rama del
paquete Entrerregueras un macizo de protección del pueblo de
Ciaño, con un ángulo de protección de 50Q, que en parte tam
bién protege al río Nalón.
En el futuro cuando se explota la rama 3s del paquete
Entrerregueras , que afectará al pueblo de Entrego , habrá que
volver a replantearse el dimensionamiento del macizo corres
pondiente.
4.1.5.4. - Fenómenos de Subsidencia
No existe nada observado , ni ninguna medición en las
labores antiguas.
4.1.6.- Pozo Santa Bárbara
En estas operaciones HUNOSA deja un macizo de protec
ción comun para sus dos pozos de 5 , 5 y 4 metros de diámetro.
4.1.6.1. - Aspectos Geológicos y Geotécnicos
En esta zona se explotan 7 capas que constituyen el
paquete Ma Luisa. Estas capas: 2Q, 3a, 4 11 , 5 11 , 6s, 7s y 8s
(de muro a techo) presentan potencias de 1,3, 0,6, 0,8, 0,5,
1,3, 1,0 ( arrosariada ) y 1,0 (irregular) metros respectivamen
162 -
te. El conjunto del paquete tiene un ancho ( planta) de 100metros y un buzamiento de 50Q Sur . ( Fig. 15 ). De estas capasla 74 y la 82 no cortan al macizo de protección ; siendo la2s, la que merece la pena más explotar.
El conjunto del paquete está encajado en un carbonife
ro de pizarras y areniscas en una proporción del 80% al 20%,
afectados por un sinclinal de dirección Este-Oeste.
Estructuralmente , las fallas más importantes son la
del Repedroso a 90 metros al oeste del pozo ( en 32 planta),
con buzamiento Este ( aparentemente ), esta falla no está bien
conocida. Existe otra falla de orientación NVJ-SE que corta
al macizo de los pozos , con un salto de 20 metros, pero que
tampoco está bien conocido.
El relieve es muy fuerte, estando el pozo encajonado
en un valle estrecho de dirección Este-Oeste.
De las pizarras y areniscas se saben que son buenas
y competentes pero sin ningún valor numérico sobre su resis
tencia que se conozca . El carbón es un carbón blando y lim
pio, y se piensa que su resistencia no alcanza los 50 kg/cm2.
4.1.6.2.- Sistema de Explotación
Se explota con frente único con rozadora y testeros
con relleno integral. La distancia entre plantas es de 90 m
y lo testeros como mínimo de 7,5 metros.
Hasta el momento se ha explotado los 433 metros de
profundidad, siguiendo las explotaciones desde esta cota en
profundidad.
163 -
S
30 m 50
84070°
100 m
1
500
Paquete Ma Luisa w h: 433 m
y: 840
210 m
S7:84° y: 700�--1► N
50 m
040m
Fig. 15
7: 84°
E
164 -
1
4.1.6.3.- Macizos de Protección
El macizo de protección protege dos pozos hormigonados
de 5,5 y 4,0 metros de diámetro uno de extracción (433 m de
profundidad) y otro auxiliar (500 m de profundidad) separados
entre si 50 metros (Fig. 15).
El macizo es rectangular, con 210 metros en dirección
Oeste-Este, y 40 metros en dirección Norte-sur. Los ángulos
de protección son de 84Q en dirección Sur, Este y Oeste y de
70Q en dirección Norte.
4.1.6.4.- Fenómenos de Subsidencia
No se han observado fenómenos de esta índole, ni se
han tomado nunca ninguna medición.
4.1.7.- Pozo Pumarabule
HUNOSA deja aquí un macizo de protección del pozo Pu
marabule 5,50 metros de diámetro.
4.1.7.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
Existe un paquete de 400 metros de potencia (Fig. 16)
formado por 6 capas de potencia variable entre 1 y 2 metros
buzamiento 60-70Q Oeste.
El conjunto está dentro de un carbonífero formado por
pizarras y areniscas en proporción de un 60% a un 40% y con
bancos de 20 a 30 metros. Estos materiales presentan unas re
sistencias a la compresión de 500 kg/cm2 para las pizarras,
800 kg/cm2 para las areniscas y de 150 a 200 kg/cm2 para el
- 165 -
80-100 m
s t200 m
0: 5,5 m
WE
400 m
60-700
Paquete de Capas
Fig. 16
166 -
carbón.
Tectónicamente , el macizo no está afectado por fuertes
fallas, y el sistema está dentro de una serie de plegamientos
de dirección Norte-Sur aproximadamente.
El relieve en las inmediaciones del pozo es llano, aun
que a 80 - 100 metros al Este del pozo. el relieve se eleva 200
metros por encima de la boca del pozo, así como por la zona
Norte y Sur.
4.1.7.2.- Sistema de Explotación
Se explota por testeros en dirección de 5 metros y
otros 5 m de corona, con 75 metros entre plantas . La corrida
de los frentes es de 600 metros y 1.400 metros en sentidos
opuestos a cada-lado del pozo en dirección Norte-Sur.
Hasta los 585 metros de profundidad esta todo explota
do. Actualmente se explota desde esta cota en profundidad.
4.1.7.3.- Macizo de Protección
El macizo que protege al pozo hormigonado de 5,5 m de
diámetro , es rectangular con una banda en superficie que osci
la entre 25 y 50 metros ( no se conoce bien ), así como tampoco
se conocia bien el ángulo de protección aunque se cree que
es del mismo criterio que el seguido para proteger la facto
ría de ENSIDESA en el Pozo Candin , esto es unos 45-50Q.
4.1.7.4.- Fenómeno de Subsidencia
Nunca se ha observado ningún fenómeno de este tipo,
167 -
ni se han realizado ningún tipo de mediciones.
En un momento se observó ciertos movimientos en la má
quina de extracción junto al pozo, pero se consideró que eran
debidos a problemas de cimentación.
4.2.- MINAS DE FIGAREDO
Hay dos macizos, el que afecta a los pozos, y el de
Santa Cruz para protección del pueblo.
4.2.1.- Zona de Los Pozos
4.2.1.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
Hay dos pozos, el San Inocencio y el San Vicente, sepa
rados 90 metros y protegidos por un macizo común.
La zona es un sinclinal de eje E-W, levantado hacia
el Este y coincidente con una falla.
Topográficamente es un valle (Valle del Turón) de eje
E-W, elevándose todo el relieve hacia el Norte y el Sur.
Geológicamente se trata de materiales de edad carboní
fera, estando formados por estratos de unos 25 metros de espe
sor, de alternancias pizarras /areniscas en una proporción -
aproximada de 60/40.
Hay tres capas explotables, que son de arriba a abajo
la 82, la 102 y la 19Q con una dirección E-W y un buzamiento
entre 42 y 52Q hacia el Norte, siendo las distancias entre
capas las siguientes:
168 -
- La capa 82 está cortada a una profundidad de 350 m.- De 8d a 10d hay 70 m en planta.
- De 84 a 19d hay 270 m en planta (Fig. 17).
El pozo de estracción cortó también a carboneros, quese explotaron.
Tectónicamente , es una zona atravesada por una serie
de fallas que se describen a continuación:
- Falla de Turón, que es paralela al eje del sincli
nal, al Norte de los pozos, con un buzamiento de 70Q
Norte. Directa.
Falla de Sarovia , paralela a la Turón , con un buza
miento de 65Q Sur , que es invesrsa.
- Falla Arquera, de dirección N-S, al Oeste del pozo
San Inocencio , con un buzamiento de 68Q al Oeste y
un salto de 20 m. Esta falla fue cortada por la caña
del pozo en 6 2 planta, a una profundidad de 445 m.
Es inversa.
- Falla Agualestre, es paralela a la anterior con un
salto de 50 m y un buzamiento de 68Q al Oeste.
Falla Peñule , pasa entre los dos pozos a nivel de
64 planta . Es inversa, de dirección E-W y buzamiento
53Q. (Fig. 18).
Las características geomecánicas de los materiales que
componen la zona son los siguientes, en ensayos de compresión
uniaxial.
169 -
S�., N VALLE DEL TURON
1Ferrocarril
300 mloo m
300 m 200 m
Carretera P. SanVicente
P. San Inocencio
so
1 150 m
Prof. 360 m
Prof. 500 m
42-45°
Eje Sinclinal
Corte general con capas en explotación
Fig. 17
170 -
N
WEje Sinclinal
--E70° N Falla Turón
150 m I
160 m (6a)
P. San Inocencio
T F. Petiul 68° W
6uep W P. San Vicente F. Agualestre
F. Arquera300 m
800 m (6°)
Falla Saravia
650s
Sistema de Fallas
Fig. 18
171 -
- Carbón - 340 kg/cm2.
- Pizarra - varia entre 340 kg/cm2 y 750 kg/cm2.- Arenisca - Variable de 1.060 kg / cm2 a 1.650 kg/cm2.
4.2.1.2.- Sistemas de Explotación
Se hace la explotación por testeros en dirección, ycon relleno , con una altura entre plantas de 50 m y unas dimensiones de testeros de 6 ó 9 m ( siempre multiplos de 3).
Sólo hay un taller en explotación, en la zona próxima
al pozo, que está en la capa 82 . La 9a y la 10a no se expío
tan.
4.2.1.3.- Macizo de protección
Las características del macizo de protección pueden
verse en la f ig. 19 en la que se representa el mismo, a nivel
de 6s planta . En la figura se puede ver el criterio de selec
ción de los ángulos del macizo.
4.2.1.4.- Fenómenos de Subsidencia
Ha habido subsidencia sobre los pueblos Cabujol y San
ta Marina, no habiéndose realizado nunca un control sistemáti
co de la misma.
4.2.2.- Macizo de Santa Cruz
Este macizo proteje el pueblo de Santa Cruz, a una cen
tral eléctrica y a un río.
172 -
78°
150m
S . I.
�1y 700 155 m 155 m 70° E
S. V.
360 m
--41°
Capas
60°
Fig. 19
173 -
4.2.2.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
El relieve esta formado por un valle paralelo al delTurón, muy cerrado.
Los materiales de la zona son alternancias de pizarras
y areniscas. En la capa que se explota, que es la 27 el muro
es de arenisca.
Las capas tienen una dirección E-W, con un buzamiento
de 40Q al Norte.
Las fallas que afectan la zona, son los de Saravia con
dos ramas y la de Grillero. Estas fallas son paralelas a las
descritas anteriormente.
4.2.2.2.- Sistemas de Explotación
Se explota la capa 27, en cuatro plantas, con tres ta
lleres.
La explotación se realiza por hundimiento controlado,
en frente corrido con una longitud de tajos de 80 m.
El arranque es con martillo picador, y el sostenimien
to con estemples de fricción.
4.2.2.3.- Macizo de Protección
En superficie el macizo llega al borde de las edifica
ciones, y desde aquí se tiran los ángulos.
El criterio que se utiliza es el mismo que el ante
174 -
rior. En dirección de la capa se coje un ángulo de 70Q y endirección perpendicular los ángulos que indican las tablasde la fig. 20.
4.2.2.4.- Fenómenos de subsidencia
Hay subsidencia en general en toda la zona , afectandoa los poblados situados en la misma. Se debe fundamentalmentea no haber rellenado en las explotaciones antiguas , que sonlas más superficiales.
En el futuro se van a explotar 7 capas que son 17, 19,24, 23, 27, ( de la zona Norte ), 30 y capa María, con una potencia variable entre 0,8 y 1,50 m y una inclinación entre41 y 52Q. Todo esto viene a estar a una profundidad de unos450 m, a nivel de 6d planta, y se va a explotar de aquí paraabajo, lo demás está todo explotado.
175
ZONA DE HUNDIMIENTOS
C
tPOP HORIZONTAL
P��Pé
AHORIZONTAL
A C
0 70 7015 66 7330 63 7645 60 7960 60 7975 64 7690 70 7080 66 7282 67 73
C A
Cálculo de macizos de protección
Fig. 20
176 -
5.- ASTURIAS NORTE Y ORIENTAL
5.1.- MINERO SIDERURGICA DE PONFERRADA ( MINA LA CAMOCHA)
Hay tres pozos, el pozo nQ 1 que sólo llega hasta 2aplanta ( 220 m de la boca del pozo) y no se utiliza, el pozo
nQ 2 de 620 m de profundidad, y el pozo nQ 3 de 495 m de pro
fundidad.
En el pozo nQ 3 hay un macizo de protección , que afec
ta también en parte al pozo nQ 2. Además hay otro macizo pa
ra evitar las avenidas de agua.
5.1.1.- Macizo del pozo
5.1.1.1. - Aspectos Geológicos y Geotécnicos
Litológicamente, se trata de un recubrimiento tercia
rio de espesor varible, con una dimensión aproximada en la
zona próxima a los pozos de 170 m, . compuesto por cuatro tipos
diferentes de paquetes, que son de arriba a abajo, margas,
calizas, margas y conglomerados con unos espesores medios de
90, 25, 30 y 20 m respectivamente.
El resto son alternancias de pizarras y areniscas con
espesores muy variables ( fig. 23).
El relieve es suave, y no sa han detectado fallas pró
ximas al macizo que puedan afectar.
178 -
- 6LL -
•I.?.I .. jil° F
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12
1
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Las capas próximas a la zona del macizo tienen una dirección NW-SE, con un buzamiento de 80 a 82Q al SW.
Las potencias de estas capas son:
14 - 1,27 m
2s - 0,8 m
3d - 1,54 m
5Q - 0,89 m
7s - 1,31 m
8s - 1,08 m
9s - 0,87 m
10s - 0,67 y 1,9 m (a ambos lados del macizo)
114 - 0,80 m
En cuanto a las características geomecánicas de los
materiales existentes no se tienen datos computados.
5.1.1.2.- Sistemas de Explotación
Desde la planta 511 hacia arriba está todo explotado.
Actualmente se explota entre las plantas 5s y 7d en toda la
mina, las capas que se han indicado anteriormente.
El sistema de explotación es por testeros de 5 m te
niendo cada tajo 12 testeros . Se utiliza relleno con un coefi
ciente de un vagón de arena por cada dos de carbón y se uti
liza mucha madera para posteo.
5.1.1.3.- Macizo de protección
En el pozo nQ 3 y desde el contacto con el carbonífero
hay un macizo con un ángulo de 60Q de protección que afecta
180 -
también a parte del pozo n4 2. El criterio para el dimensionado del macizo ha sido el de la Revista Industria Mineralde Bélgica en su Criterio de Dimensionar Pozos ( fig. 23).
Los diámetros del pozo son los siguientes:
- Pozo no 2 - hasta 5a planta 4,30 m, y en adelante 4,50 m.
- Pozo no 3 - hasta 5a planta 5,80 m, y en adelante 6 m.
Los dos están revestidos de hormigón, y distanciados150 m.
Fenómenos de Subsidencia
No se observó nunca subsidencia en la zona.
5.1.2.- Macizo de protección de acuíferos
De la capa 121 en adelante se dejó un macizo entre lay 2a planta, para evitar las avenidas de agua, con el mismocriterio que en el caso anterior.
Las capas explotables en esta zona son, de la 12 2 ala 17a, de la 20a a la 22a y de la 31a a la 42a. Se explotantodas estas capas entre 5a y 7a plantas.
La zona más productiva es de la capa E a la 22a.
5.2.- MINAS DE LIERES
Minas de Lieres presenta en sus explotaciones un macizo de protección de los pozos 1 y 2, así como otro de protec
cción de los pozos 1 y 2, así como otro de protección de en
- 181 -
trada de aguas, de superficie, a través de un recubrimientocretácico en superficie.
5.2.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
Las capas que se encuentran en explotación en las proximidades de los pozos 1 y 2, son la 2a, 3a y 4a, con 1.9,0.8 y 2.10 metros de potencia respectivamente y encajadas enun carbonífero de pizarras y areniscas , en una proporción de75% a 25%. Estos materiales se presentan en bancos de 20 a50 metros de potencia y con una inclinación de 65Q Norte.El carbonífero se extiende practicamente hasta superficie,con la excepción de unos 50 metros superficiales de un cretaceo que aflora en las proximidades de los pozos (fig. 21).
Las capas están separadas del orden de 30 metros entre2a y 4a y de 15 metros entre 3a y 4a; formando lo que aquíse denomina el paquete Generalas.
Estructuralmente la zona es muy tranquila, sin presencia de fallas importantes significativas, salvo la discordancia del Cretaceo superficial.
La topografía y relieve es muy suave, y los materialesgeológicos presentan fuertes variaciones; las pizarras se presentan a veces muy compactas y en otros momentos muy friables,según el grado de arenosidad que presenten; las areniscas,en cambio, son muy competentes como es normal en todo el carbonífero asturiano. El carbón por su parte es duro, y pruebade ello es que el arranque sólo puede efectuarse con explosivos. No se tiene ninguna información sobre característicasgeomecánicas, en forma numérica, de todos estos materiales.
182 -
5.2.2.- Sistemas de Explotación
Actualmente se explotan entre ocho y nueve talleresentre las plantas 540 y 600 ; y sobre las capas 2d, 3d y 4aestando el 95% de la producción generada en las capas 2dy 4s.
Los talleres con 50 metros entre plantas, actualmentese va a 60 metros , se explotan con testeros de 5 metros, utilizando siempre relleno completo.
5.2.3.- Macizos de Protección
Los pozos 1 y 2 de 4.5 metros de diámetros, hormigonados y con 780 y 680 metros de profundidad, están protegidospor un macizo rectangular indefinido al Sur (fig. 22) y conlas dimensiones que se especifican en dicha figura.
El macizo que protege a los dos pozos separados 50 metros, tiene un ángulo de protección de 70Q al Norte, Este yOeste . Al Sur no hay macizo por caer fuera de la influenciade las explotaciones , situadas al Norte del macizo y de lospozos.
El macizo de estos pozos se definió a principios desiglo, según los criterios considerados por Solvay, que entonces operaba mayoritariamente Minas de Lieres.
También se deja un macizo de los 60 metros más superficiales, que comprende a las plantas 1d y 2a , con el fin deevitar la entrada de aguas superficiales a través de la cobertura de cretaceo , en las explotaciones. Este macizo se hadejado desde los comienzos de las explotaciones en Lierespor la compañia belga.
183 -
N P-1 P-2 S
700
Cretáceo ��.
30m
315 m1 600 m
65°68O M
2a 780 m
3a4a Fig. 21
E
-/:700
N 650 T 700 115M P-1 S
50 mP-2
Capas
17:70v
W Fig. 22184 -
5.2.4.- Fenómenos de subsidencia
Sobre el macizo del pozo se han establecido unos pun
tos de control, para detectar cualquier desplazamiento, orien
tados principalmente a fenómenos de deslizamientos ocurridos
sobre la cobertura del Cretaceo, que aparece justo entre
los pozos; mas que para detectar subsidencias, de hecho los
desplazamientos observados (de poca significación) han sido
debidos a dicho Cretaceo, y no han presentado ningún serio
problema.
En cuanto a desplazamientos propiamente de subsidencia
nunca se han detectado ninguno, ni se ha realizado ningún
tipo de medidas.
185 -
6.- ASTURIAS OCCIDENTAL
6.1.- CARBONAR
No existen macizos de protección , relacionados con estructuras de superficie, ni tampoco de interior.
La mina se encuentra distribuida en tres grupos; elNorte, el Centro y el Sur.
- En el Grupo Centro está centralizado todo el servi
cio de la mina , así como las diferentes operaciones.
- Desde el Grupo Centro, al Grupo Sur se está haciendo
una galería de comunicación interior.
- El Grupo Centro y el Grupo Norte están unidos por
el interior.
El Grupo Sur es el más antiguo.
6.1.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
En el grupo Sur, se explota la capa Ancha , que tiene
2 m de potencia , produciendo efectos de subsidencia en super
ficie, y sin ningún macizo de protección. Los otros dos gru
pos no presentan subsidencia , por lo que sólo veremos lo rela
cionado con el Grupo Sur.
187 -
En la Zona correspondiente a este grupo, no hay puebaos ni urbanizaciones , que puedan verse afectadas.
El relieve es todo montañoso con pequeños valles intercalados.
Existen tres capas en explotación en la actualidad,que son la Ancha, la Rufina y Dos Venas, además la capa Primera que se explotará en el futuro . La dirección aproximada deestas capas es N-30Q-E y el buzamiento de 22Q al NW , en cuanto a la potencia tenemos:
Capa Ancha ............ 2 m.Capa Rufina ........... 0,5 m.Capa Dos Venas ........ 0,5 m.Capa Primera .......... 0,5 m.
Ver figura 24.
En cuanto a la composición de los materiales de la roca de caja, tenemos que cada capa tiene al techo un Pizarrónde 1 m de potencia , el resto es arenisca; al muro hay arenisca también . Todo pertenece al carbonífero.
De 5a hacia arriba está todo explotado. La Capa Anchaestá explotada , excepto una parte comprendida entre 2a y 3a,que se está reexplotando ahora.
Tectónicamente cabe destacar la existencia al N-W dela concesión , de la falla de Rengos , que tiene una direcciónSW-NE, con un salto aproximado de 50 m. El buzamiento no seconoce con seguridad , puesto que la explotación no ha atravesado nunca la falla.
188 -
7-7777*
so m
Piso 5°
E WT46m/ Pis0 3°40
56 m
Piso 2°8m
rretera
cú ay
y 0OCP
G��
Jc �` 22°
CP� 4�
Fig. 24
189 -
En lo referente a las características aeomecánicas delos materiales, no se tienen datos c'.ie puedan dar una ideaaproximada.
6.1.2.- Sistema de Explotación
En capas estrechas se llevan frentes únicos o testeros
muy largos. En la capa Ancha se explota por macizos o pozos
y sobreguias (Fig. 25), en la que se indican las secuencias
de explotación. El arranque se hace con martillo picador.
El control de huecos se realiza por hundimiento inte
gral, empleándose en la Capa Ancha entibación con mampostas,
y llaves de madera. En las capas estrechas no es necesaria
la entibación.
Los problemas de hundimiento, están centrados en la
capa ancha. En las capas estrechas no hay hundimiento, puesto
que por su poca potencia (0,5 m) se juntan al techo y el muro
sin hundimiento, por hinchamiento de la pizarra del muro.
6.1.3.- Fenómenos de Subsidencia
Se han observado algunas grietas en superficie, si
guiendo la dirección de la Capa Ancha, formándose cubetas de
hundimientos pequeños en algunas zonas del monte, sin afectar
a edificios, porque no los hay.
6.2.- ANTRACITAS DE GILLON
En lo que respecta a macizos para protejer estructuras
en superficie, existe uno en el pueblo de Riotorno y en el fu
turo se planteará otro para protejer el pueblo de Gillón.
190 -
Galería de Cabeza30
lo 4- Pozo$0breguias E
CC4 --50
Macizo 80 m70 Ea
4°
rm:: 60
Galería de Base
Fig. 25
191 -
1 �
6.2.1.- Macizo de Riotorno
6.2.1.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
Según se muestra en la fig. 26 este macizo afecta alas capas 3a, fundamentalmente , y la 1d; la 3a tiene una potencia media de 1,60 m. El buzamiento es hacia el Sur y ladirección es E-W.
Los materiales que forman el conjunto , están compuestos de Pizarras y Areniscas en una proporción de 65 / 35, for
mando bancos de una potencia aproximada entre 5 y 15 m a con
tinuación hacia la superficie hay una zona de conglomerados
de unos 2 m de potencia . El recubrimiento es cuaternario y
el resto Estefaniense.
En el terreno próximo al macizo no se puede distinguir
claramente un sistema de fallas , ni fallas aisladas. Debajo
del pueblo se encuentra un paleorelieve carbonífero.
En lo referente a las características geomecánicas de
estos terrenos , no se tienen datos que nos den una idea apro
ximada.
El relieve de la zona es bastante fuerte.
6.2.1.2.- Sistema de Explotación
Se utiliza el sistema de tajos largos , con hundimiento
integral y estemples hidráulicos , otras veces como sosteni
miento se emplea madera, para posteo y en llaves.
La longitud de los tajos es de 100 m , y la corrida del
192 -
S NCUATERNARIO
PIZARRA Y ARENISCAS
100 m (60/35)
CAPA - 3° 5 1 Q
CAPA - 1 20
Fig. 26
193 -
orden de los 350 m.
Para el arranque se utiliza el martillo picador.
Actualmente , y en el área que nos afecta sólo hay dostajos en funcionamiento ; los dos en la capa 39. La capa laestá explotada pero no totalmente.
6.2.1.3. - Macizos de Protección
En las figuras 27, 28 y 29 puede verse el esquema del
macizo de protección , con sus cortes correspondientes. Hay
que indicar que el macizo sólo existe como tal en las áreas
Oeste y Sur , puesto que en las otras dos áreas aunque está
diseñado están aún sin explotar . Además cabe tener en cuenta
que el macizo cumple las funciones de protección , para el que
fue diseñado.
6.2.1.4. - Fenómenos de Subsidencia
Se ha observado subsidencia de hasta 0,5 m, no contro
lada , fuera de la zona que proteje el macizo . El sistema que
se emplea es el de las indemnizaciones . Afecta a prados exclu
sivamente.
6.2.2.- Macizo de Gillón
La empresa tiene planteado el estudio de la subsiden
cia y el macizo de protección correspondiente para proteger
el pueblo de Gillón. En la figura 30, se representa un corte
esquemático de las tres capas que afectan al pueblo, capas
la, 2a y 4 2, con potencias de 1,20 y 1,60 las 2a y 4a respec
tivamente que son las que se explotan. Todas tienen un buza
194 -
N r c
a 4a° j
I.JG p
SilPOBLADO DE RIOTORNO
C E: 1/3.000
C O R T E A -A
C
Cape 3s
kO
Capa 1
50QC 50Q
E: 1/2.000
N•W
C10
CORTE C-C
=E: 1/2.000
Iii
l-.
Guión
4Omc
4Oii -
2O-2 uu
u
4 4Capa
UI._ 2Capa
Fig. 30 1 Capa
miento de 20-25Q Sur , sensiblemente paralelos a la ladera endonde se encuentra el pueblo de Gillón. Las capas como vemosestán separadas por unos 40 metros de pizarras y areniscas
alternantes , si bien el muro inmediato de la capa 4a está for
mado por conglomerados , así como el de la la, aunque en esta
también aparecen pizarras precámbricas.
Estructuralmente existen en las proximidades de Gillón
tres fallas importantes de orientación Norte-Sur . Una está
en el limite Este del pueblo , otra en el limite Oeste a 150
metros de la primera, y la tercera a 250 metros de esta últi
ma hacia el Oeste, todas bastante verticales , pero de caracte
risticas no bien conocidas.
La explotación de las capas por esta zona se realiza
por tajos largos con llaves de madera en gran cantidad.
Se han observado fenómenos de subsidencia en prados
y en el pueblo , ( roturas de tuberías de agua, etc.).
Actualmente se plantea la necesidad de definir los maci
zos de protección del pueblo de Gillón, por el Oeste del mis
mo, para las tres capas comentadas.
199 -
7.- GUADIATO (Córdoba)
7.1.- ENCASUR
7.1.1.- Pozo Cervantes
7.1.1.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
El yacimiento es un sinclinal de eje E-W aproximadamente. Litológicamente está formado por pizarras y areniscasen una proporción de 90% y 10% respectivamente , de edad wes tfaliense . El carbonífero llega hasta la calle. (Fig. 31).
El pozo corta a dos capas, la San Rafael y la Cervantes, cuyas características se describen a continuación:
- capa San Rafael, con una dirección E-W, buzando entre 45y 50Q al sur, tiene una potencia de unos 3 m, corta alpozo a una profundidad de 130 m.
capa Cervantes, situada al Norte de la anterior , con unadirección E-W y un buzamiento de 30 a 25Q al Sur, tieneuna potencia de 1,70 m, corta al pozo a una profundidadde 335 m.
Cabe destacar la presencia de la falla San Rafael,situada entre las dos capas. Es una falla directa , sensibleblemente paralela a las capas, con una inclinación de 40Q.
Está situada en una zona de conglomerados. Hay otra falla
201 -
S
1
N
d0N
o°.
130m
J L-325 m °4
Qa,a\e`acio
336
Paya � /�` �
Ga��c
/ / � �Se
/ ,yes
j Jao
30° - 25°
450-50P
Fig. 31
202 -
paralela a la anterior , que es cortada por el pozo a unaprofundidad comprendida entre los 205 y 225 m, dando lugara unos 20 m de estériles.
El pozo es circular , con un diámetro de 3,50 m, yestá hormigonado.
La topografía de la zona es suave.
La característica geomecánica de los materiales
de la zona, es para las pizarras una resistencia a compresión
simple entre 300 y 500 Kg / cm2, según sean más o menos areno
sas.
7.1.1.2.- Sistema de Explotación
El sistema de explotación es por medio de rampas y
sobreguías , como se indica en la fig. 32. Entre las guías
de base y de cabeza se deja una distancia de 20 m en vertical,
y después uniendo estas dos galerías se hacen unos pozos,
según la línea de máxima pendiente de la capa, separados
una distancia variable y que se puede tomar como valor medio
el de 70 m.
Paralelos a estos pozos se van haciendo unos rampones,
dejando macizos de 4 metros que se van explotando desde los
rampones.
El arranque se hace con explosivos , sin ningún tipo
de relleno y con extracción total.
De la capa Cervantes está explotado desde los 315
m hasta la calle. De la capa San Rafael está explotado desde
2C3 -
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a ppo
0 3w
los 195 m hasta la calle, excepto en el lado Este que estáexplotado desde los 283 m hasta la calle.
7.1.1.3.- Macizo de Protección
En la figura 33, pueden verse las dimensiones delmacizo de protección . Los ángulos tomados son entre 70 y75Q hacia el Norte, y entre 75 y 80Q hacia el Sur, segúnel valor medio que se halla tomado de la inclinación de lascapas. Los ángulos al Este y al Oeste son de 70Q hacia lacorrida.
En superficie el macizo se ha trazado tomando desdela boca del pozo 30 m al Norte y al Sur y 15 m al Este yal Oeste.
El criterio que se ha seguido para el dimensionamientoes el del Tratado de Laboreo de L. Cuadra - 1973.
Con este macizo se protege el pozo, la sala de máquinas y la plaza de maniobras.
7.1.1.4.- Fenómenos de Subsidencia
Hay subsidencia, pero no se ha medido nunca.
7.1.2.- Espiel
7.1.2.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
El pozo Espiel tiene un diámetro de 4,5 m y una profundidad de 250 m.
2C5 -
133 m 115 m
77 m 55 m
S N
30m 30m
{i l
A
C D
J 7037 m
14Pozo Pozo
37 m
77m 1 55m ( 7
133m m 115m
SECCIONA - BFig . 33 SECCIOÑ C - D
206 -
Corta a la capa Candelaria a unos 40 m de profundidad.Esta capa tiene una dirección E-W y buza 45Q hacia el Sur;su potencia varia desde 2,5-3 m a 3-3,5 m en la zona delpozo. (Fig. 34).
La litología se compone de una zona de areniscas,y el resto son pizarras del Westfaliense que llegan hastala superficie.
La topografía es suave.
En cuanto a la presencia de fallas en la zona cabedestacar:
Una falla a 200 m al Este del pozo de dirección NE-15Q-SW, con un buzamiento de 80Q al Oeste , con un salto 25a 30 m ( salto geológico 15 m al Norte ) yendo hacia el Este.
Otra falla al Oeste, al otro lado del pozo, tangente almacizo, su dirección es N-50Q-E, su buzamiento no se sabe.
7.1.2.2.- Sistema de Explotación
El sistema de explotación que se utiliza es el depozos y sobreguías . Se situan dos pozos a 70 m, y entre lospozos 4 sobreguías situadas a 10 m, en 60 m, entre las guíasde base y cabeza. Todo esto medido en vertical. (fig. 35).
Se explota en dirección, y no se rellena nada.
7.1.2.3. - Macizo de Protección
Según se puede ver en la fig . 36 el macizo comprende
207 -
40
upe 26 oPP�N\5
450
• 250m
Fig. 34
2C8 -
G. Cabeza
Rampas
10 m
Sobreguías
Pozo
G. Base
70 m
Fig. 35
209 -
desde la linea E-W hacia el Sur. Hacia el Norte no hay macizo,
los ángulos de 70Q se trazan desde la horizontal, lo que
se protege en superficie son 40 m del pozo hacia el Sur.
La figura es un corte en planta , a la altura en que
el pozo corta a la capa.
7.1.2.4.- Fenómenos de Subsidencia
Al Sur del macizo una casa se hundió y se ha observado
subsidencia en una carretera. No se han tomado medidas.
7.1.3.- Pozo Cervantes nQ 3
El pozo tiene un diámetro de 3,50 m, y es de mamposte
ría, su profundidad es de 110 m , corta a la capa Cervantes
a 30 m de profundidad , con un buzamiento de unos 20 a 30Q
al Sur, y potencia de 2 m.
Los materiales de las inmediaciones son un 95% de
pizarras y .un 5% de areniscas , estando estas últimas situadas
a techo de la capa. Todo es westfaliense hasta la superficie.
La topografía es suave.
En la zona próxima al macizo, no se ha detectado pre
sencia de fallas.
El sistema de explotación es por rampas y sobreguías.
El macizo de protección es el que se indica en la
fig. 37, compuesto de unas 60 . 000 tm de carbón , de densidad
1,7 Kg/cm2
210 -
3
AFLORAMIENTO DE LA CAPA
Pozo90 m 95 m
y:70° y : 70°
120 m
S
Fig. 36
211 -
50 m
Pozo
Maq. Extr.
15 m
30 m
w
60m40
40 m
h:110mLW.
35-40m
N
60 m
S AL
Pozo
Fig. 37212 -
Ahora no se protege nada. Es un pozo antiguo, queno se utiliza ahora.
213 -
8.- TERUEL
8.1.- ENDESA. MINA INNOMINADA
Hay un macizo de protección, que afecta a dos pozos,
San Joaquín y San Fernando.
8.1.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
La geología de la zona es la que se presenta en la
fig. 38, si bien cabe aclarar que se conoce como Pizarro
en la cuenca a las Argilitas, y que la zona de 160 m de espe
sor, situada a muro de la capa, es un tramo arcilloso con
pequeños niveles arenosos y dos capas de lignito de pequeña
potencia, explotable solamente una de ellas. Todos estos
materiales son Albenses excepto las calizas a muro de la
capa que son Aptenses.
La capa que se explota tiene una potencia de unos
8 m, con un buzamiento de 25Q hacia el Suroeste.
Los dos pozos son circulares y están hormigonados
con una capa de 35 cm de espesor y sus diámetros respectivos
son 4,25 cm el pozo San Joaquín, y 3,60 cm el pozo San Fernan
do.
En la zona no se ha detectado ninguna falla importante.
El área del macizo está situada en el flanco Norte
215 -
de un sinclinal , que tiene un eje de dirección NW-SE y situado a 1.400 m al SW del pozo San Joaquín.
Hay planos de crucero ligados a las diaclasas. Latopografía de la zona es aproximadamente horizontal.
En cuanto a las características geomecánicas de losmateriales existentes , tenemos los valores de la resistenciaa compresión uniaxial.
Pizarro y pizarras ...... 12,10 Kg/cm2Carbón ............ ...... 24,23 Kg/cm2Arenas ........ .......... 25 Kg/cm2Arcillas arenosas ....... 15,66 Kg/cm2
También se conoce la densidad de los materiales enestado natural, que es:
Arcillas ................ 2,2 g/cc
Carbón .................. 1,2 g/ccArenas ................... 1,8 g/cc
8.1.2.- Sistema de Explotación
Actualmente el sistema que se utiliza es el de Soutirage integral de toda la capa. En las inmediaciones del macizono hay ninguna actividad.
El área del pozo San Fernando se explotó anteriormentepor cámaras y pilares entre las plantas la y 32, según sepresenta en la fig. 39 la entibación se realizó con madera.
En la zona del pozo San Joaquín, se explotó antiguamen
216 -
175 m
sw Pozo San Joaquín Pozo San Fernando NE
160 m 140 m
210
CILLA ARENOSA
SOA
30 RóA � ua
1�RBO13
Q1Z a GA ROp,,R
Q1ZlOa2
Aj,1Z AS h:170m20 m
h: 250 m
Fig. 38
217 -
Galer ía al m uro (Proyec . en capa)
T--�� T T_-10 m
• � I3m
• I• p
a
RA
L -1 L
Galería al muro (Proyec , en capa)
Fig. 39
218 -
te entre 3s y 5a plantas por pasadas sucesivas convencionalesde 2,5 m, empleando como entibación mampostas de fricción.Distancia entre plantas de 100 a 120 m de 3ú a 5d ; longitudde los tajos de 100 a 150 m. Estas medidas está tomadasen planta.
La corrida media de la capa es entre 400 y 600 m.El arranque se hace con martillo picador.
El sistema de soutirage actualmente utilizado, presenta tajos de 100 m de anchura y entre 700 a 800 m de longitud.
El arranque es con martillo picador los 2,5 m inferiores de la capa, y el resto con hundimiento. La entibaciónse realiza con mampostas de fricción, bastidores metálicosy pilas Salzgitter.
Se explotan actualmente dos tajos simultaneamenteentre 6s y 7a.
8.1.3.- Macizo de Protección
En la f ig. 40 se presenta un corte del macizo a laaltura en que el pozo corta a la capa. El criterio seguidopara su diseño, es trazar un ángulo de 60Q desde las proximidades del pozo, hacia abajo de forma que las lineas de contorno del macizo a la cota de la capa son , tal y como se representa en la fig. 41. El macizo tiene forma de dos troncosde cono unidos.
8.1.4.- Fenómenos de Subsidencia
En mina Innominada , se hizo por ENADIMSA para el IGME,
219
$WPOZO SANJOAQUIN NE
600 60,0
140 m
,i
1 /
� 1 I
250
Fig. 40
220 -
4
1DO
�l
I, 0POZO SAN °N
Q O JOAQUIN
` C1 POZO SANFERNANDO
J
1 uQ0 : 170 m
250 a 270 m
..� Fig. 41
en 1980/81, un control de subsidencia (Referencia 45) y unestudio geomecánico sobre las medidas a tomar para aminorarlos efectos de las mismas (Referencia 46) en 1982, en colaboración con el Bergbau-Forschung de Essen (RFA).
De este exhaustivo estudio, 150 estaciones de controlen una reticula de 500 x 225 metros sobre un área de explotación subcritica, con mediciones periódicas sobre el tajoS-2, explotado por "soutirage" con una inclinación de 10Q,se llegaron a definir cubetas de subsidencia longitudinalesy transversales, con ángulos limites para las primeras de70-65Q y de 70Q y 60Q para las cubetas transversales, siendoambos ángulos el del extremo inferior y superior respectivamente del tajo. La subsidencia máxima observada fué de 925mm, sobre una zona despoblada y de relieve muy suave. Unaspecto importante fue el de que las lineas de isosubsidenciapor delante del frente de avance se encontraban giradas unos20-25Q hacia el Oeste en relación a la linea del frente deltajo. Hecho este, condicionado por las fuertes variacionesque se vinieron. haciendo durante el periodo de control enla geometría y. longitud de los tajos cortos, lo cual tambiénafectó al desplazamiento hacia el SW que sufrió el puntode máxima subsidencia.
Este estudio, ha sido el único realizado por ahora,con cierto rigor y sistemática, en las cuencas carboníferasespañolas, y con obtención de la información necesaria parapoder ser utilizada en problemas de protección de estructurasy macizos.
8.2.- ENDESA. MINA LA OPORTUNA
En esta mina no hay macizos de protección, tampoco
222 -
hay pozos, solamente existen los planos 1 y 3.
Aquí cabe hacer la distinción entre la zona del Oeste
y la del Este.
Oportuna Oeste es geológicamente igual a Innominada,
y ahora se va a empezar a explotar en 10d planta, a 450 m
de profundidad.
En cuanto a Oportuna Este, tenemos un corte esquemáti
co en la fig. 41, de su geología , y cabe hacer las siguientes
aclaraciones:
- De muro a techo todo es Albense, hasta llegar as las cal¡
zas, que son del Paleoceno.
- Por encima de estas calizas tenemos una serie Eoceno-Oligo
ceno , que son Arcillas. y Margas, con bancos intercalados
de areniscas y conglomerados , de un espesor variable de
0 a 120 m, según la profundidad de la capa.
Ahora se está explotando entre 7d y 8GI plantas, a
una profundidad entre 200 y 350 m.
La topografía es muy abrupta, destacando cierta eleva
ción en la zona de las explotaciones.
Las características geomecánicas de los materiales
son iguales que las de la mina Innominada.
El sistema de Explotación que se emplea es el de cáma
ras y pilares mecanizados con minador continuo.
223 -
3
ARCILLAS Y MARGAS
Oa120m
5m BLANCAS5m
ARENAS
ARCI 20m0 L S
S `5p o.lo)
ARCILyA R E N A S 100 m
I L i A S
ARC 50a60
0C R �oa2om
Fig. 41
224 -
Se utilizan niveles de una longitud de 50 m, separadosde 10 a 14 m en planta. El ancho de la cámara es de unos10 m. Los pilares tienen una anchura de unos 4 m (a vecesnada , por lo que en la práctica es como si fuera una explotación integral ) y acaban hundiéndose en la mayoría de loscasos , actuando el carbón triturado como relleno. La alturade los pilares es la potencia de la capa.
En cuanto a la entibación tenemos que en cámaras nose entiba nada, en los niveles se emplean cuadros metálicos,que al explotar en retirada y en dirección se recuperan.
En la explotación entre cámara y cámara dentro decada nivel, se dejan macizos de 3 m (la cámara viene a teneruna longitud de unos 6 m).
En lo referente a fenómenos de subsidencia, se hanobservado grietas con ángulos de ruptura de 35Q,y no se hahecho ninguna medición.
Se proyecta una nueva explotación a cielo abierto,y la carretera que atraviesa esa zona, se llevará hacia elSur por encima de la explotación subterránea; pero cuandose haga esta carretera la zona estará ya explotada.
Se han observado grietas de hasta 1 m en zonas próximas a las explotaciones . No hay ninguna estructura que puedaser afectada , aunque ha habido alguna pequeña casa de campoque ha sufrido fuertes deterioros.
225 -
8.3.- MINAS Y FERROCARRIL DE UTRILLAS
El macizo de protección existente, es el que afecta
al pozo Pilar.
8.3.1.- Aspectos Geológicos y Geotécnicos
Hay capas , de las cuales 5 son explotables. El 90%
de las capas tienen una inclinación comprendida entre 5Q
y 18Q, con buzamiento hacia el Sur.
La geología de la zona próxima al pozo puede verse
en la fig. 42 así como la potencia de las capas mencionadas.
El pozo Pilar es circular, con un diámetro de 5 m
y una capa de revestimiento de hormigón de 0,5 m . Su profundi
dad es de 368 m, y corta a la primera capa a los 180 m.
La cuenca forma un sinclinal , de eje SW-NE , denominado
en la zona como "Eje de Palomar de Arroyo a Portalrrubio",
parando a unos 400 m al sur del pozo.
La orografía es relativamente accidentada, pudiendo
calificarse como fuerte.
Se trata de terrenos muy plásticos, con abundancia
de fallas, no distinguiéndose a veces éstas , debido a la
plasticidad . El sistema general de fallas se muestra en
la fig. 43, tienen una dirección predominante E-W, con buza
miento hacia el Sur, desconociéndose de qué tipo son. Las
que afectan al pozo son las F - 1, F-2 y F-3 que se muestran
con más detalle en la fig. 44.
226
S
CONGLOMERADOS - ARCILLA - ARENISCA lo m
ARCILLAS - MARGAS - ARENISCAS 20 m
CALIZAS 60m
ARCILLAS - ARENISCAS
(60/40) 90 m
PIZARRAS CaPa lo (1,2 m)
PIZARRAS 20m
�_. . _ ::._ ... _ _.__... �.. __.-_....- . _ »_,. Capa 2a (1,r, m)P IZ ARRAS 6m
ARENISCAS 112mCapa 3a (08 m)
ARENISCAS 30m
- �_ Capa 4112 m)31 Capa 5a (0,5 m)
PIZARRAS I bom
Capa6a(3m)
CALIZA - BASE 20m
F19. 42
I 227 -
oPOZO SAN JUSTO
POZO PILAR
Fig. 43
N
FALLA - 1-
60 m
FALLA - 2
POZO PILAR
240m
FALLA - 3
S229 _ Fig. 44
Las características geomecánicas de los materiales
no se conocen, porque no se tienen datos de mediciones.
Sólamente hay dos plantas, de las cuales la la es
la que se explota, y la 2a está preparada para su futura
explotación.
8.3.2.- Sistema de Explotación
El sistema que se utilizó antiguamente fué por cámaras
y pilares con un coeficiente de extracción del 50%. Se expío
tó parte de las capas la, 44 y 6a, desde la la planta; la
capa 3a no es explotable.
Posiblemente se explotará la capa la, entre las falla
la y 2a, por tajo largo mecanizado con una longitud de 150
m y una corrida de 500 m. El arranque se hará con rozadora
de tambor; entibación con escudos. La explotación será en
dirección y en retirada con hundimiento integral. Todo esto
desde la la planta, quedándose a unos 600 m del pozo la explo
tación.
Ahora se explotan dos tajos en la capa 6a, a 600 m
de profundidad y se prepara otro en la capa 4a, a 350 m de
profundidad. Todo se explota desde la la planta, pues si
una capa no la corta, se hace un plano hasta cortarla.
8.3.3.- Macizo de Protección
Es un tronco de cono, formando las lineas generatrices
un ángulo de 45Q con la horizontal. En primera planta, a
180 m de profundidad, tiene un diámetro de 400 m; en segunda
planta, a 140 m de profundidad tiene un diámetro de 680 m.
230 -
Las explotaciones no llegan al macizo, ni llegarán
porque lo impiden las fallas en algunas zonas, y en otras
porque está ya explotado.
8.3.4.- Fenómenos de Subsidencia
El terreno es muy plástico, y no se ha observado subsi
dencia.
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