Investigación sobre la tecnología de control de la roca circundante mediante corte del techo y alivio de presión para el relleno junto a la vía en la conservación de galerías laterales del hueco en paneles de gran altura minera

Mantener los túneles subterráneos abiertos y seguros

Las minas de carbón profundas dependen de largas galerías para mover personas, maquinaria y carbón. Pero una vez extraído el carbón, las rocas suprayacentes pueden desplazarse y comprimir estas galerías, creando importantes riesgos de seguridad y pérdidas económicas. Este estudio se centra en una mina de carbón china y plantea una pregunta práctica: ¿cómo pueden los ingenieros diseñar la zona excavada y los apoyos para que una galería clave pueda permanecer segura para la siguiente fase de minería, en lugar de ser abandonada y reconstruida desde cero?

Por qué importa conservar una galería

Las minas modernas suelen emplear paneles de gran altura que extraen gruesas capas de carbón en una sola pasada, aumentando la producción pero también perturbando enormemente la roca circundante. Tradicionalmente, los mineros dejan un bloque grueso de carbón sin tocar como pilar para proteger las galerías cercanas. Ese pilar, sin embargo, mantiene valioso carbón bajo tierra y obliga a excavar más túneles. Una técnica llamada conservación de galería junto al gob ofrece una opción más eficiente: mantener una galería justo al lado de la zona colapsada (el “gob”) y sustituir el pilar de carbón por un muro lateral construido ad hoc. Si esa galería puede permanecer estable, la mina recupera más carbón, reduce costes de desarrollo y mejora la eficiencia global.

Cuando la roca y el muro no dan abasto

Los autores analizan qué falla cuando los ingenieros confían sólo en el muro lateral. En paneles altos y anchos, las capas rocosas superiores se doblan y fracturan en una extensión mayor, generando presiones potentes y variables. El muro estrecho debe absorber gran parte de esa carga. Si el muro es fuerte pero demasiado rígido, puede acumularse un estrés extremo en su interior que provoque fisuras o separación. Si es más débil, puede abultarse y reducir el espacio de la galería, comprimiendo el techo y los laterales hacia dentro. En otros casos, un muro fuerte combinado con un techo débil provoca que la roca sobre la galería se deslice y caiga, originando hundimientos locales del techo. En resumen, construir simplemente un muro junto al gob no basta para contrarrestar el movimiento violento de la roca por la extracción de una veta muy gruesa.

Cortar el techo para domar la carga

Para abordar este problema, los investigadores proponen un enfoque combinado que llaman «refuerzo mejorado más alivio de presión mediante corte del techo». La idea es practicar de forma proactiva una ranura inclinada a través de la roca dura por encima de la galería, en el lado del gob. Este corte debilita la conexión entre el techo de la galería y las capas rocosas clave, guiando que la roca suprayacente se fracture y se desplome hacia la zona excavada en lugar de colgar sobre la vía como una viga rígida. Al mismo tiempo, la galería se refuerza con una disposición densa de bulones de roca, cables de acero, soportes hidráulicos y un muro lateral de hormigón que pueda soportar carga pero permitir un movimiento controlado.

Encontrar el punto óptimo con pruebas virtuales

Usando simulaciones tridimensionales calibradas con la mina real (el frente de trabajo 2507), el equipo varió tres parámetros de diseño: la altura a la que llega el corte del techo, el ángulo del corte y el ancho del muro lateral. Siguieron una magnitud llamada esfuerzo desviador, una medida combinada de cuánto se deforma la roca, para ver dónde era más probable que fallara. Las simulaciones mostraron que un corte del techo de unos 15 metros, alcanzando aproximadamente el 70% de la capa principal del techo, reducía significativamente el esfuerzo alrededor de la galería. Un ángulo de corte de 15 grados produjo una distribución equilibrada de la carga entre el lado de carbón sólido y el muro lateral, favoreciendo un hundimiento ordenado de la roca hacia el gob en lugar de bloques peligrosos colgantes. Para el muro, anchos de 0,5 a 1,0 metros resultaron demasiado débiles y causaron deformaciones severas, mientras que un ancho de alrededor de 1,5 metros ofreció la mejor combinación de resistencia y adaptabilidad.

Prueba con monitorización en el mundo real

El diseño optimizado se probó en la mina. Instrumentos midieron el desplazamiento del techo, las fuerzas en los cables de anclaje y la presión sobre el muro de hormigón a medida que avanzaba el frente y se dejaba la galería junto al gob. La flecha del techo en el lado del corte se mantuvo por debajo de unos 120 milímetros, y las cargas de los cables y las presiones en el muro alcanzaron picos y luego se estabilizaron por debajo de sus límites de diseño. Este comportamiento mostró que el corte del techo redujo con éxito la carga soportada directamente por la galería y que los refuerzos trabajaban de forma conjunta, sin sobrecargarse ni fallar de forma súbita.

Qué significa esto para una minería más segura e inteligente

Para no especialistas, la conclusión es que un «prefracturamiento» cuidadoso de la roca dura sobre una galería, combinado con un refuerzo robusto pero flexible, puede mantener abiertas vías subterráneas esenciales incluso cuando se extraen enormes fajos de carbón en las cercanías. Al elegir la altura del corte, el ángulo y el ancho del muro adecuados, los ingenieros pueden dirigir cómo se fractura la roca y cómo se reparte la carga. En este caso, un corte del techo de 15 metros de altura, 15 grados de inclinación y un muro lateral de 1,5 metros generaron una galería estable y reusable junto al gob. Eso supone más carbón recuperado, menos nuevas galerías por excavar y un entorno de trabajo más seguro para los mineros en cotas profundas.

Cita: Weiyong, L., Shengjun, L., Yaohui, S. et al. Research on surrounding rock control technology of roof cutting and pressure relieving for roadside filling in gob-side entry retaining of large mining height panel. Sci Rep 16, 6698 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37916-x

Palabras clave: explotación del carbón, sujeción de la roca, corte del techo, galería junto al gob, estabilidad subterránea