Mecanismo y práctica de ingeniería de la estabilidad del techo para la retención secundaria de galerías junto a gob en minas profundas

Por qué importa mantener abiertas las galerías mineras

Las minas de carbón profundas dependen de una red de galerías para mover personas, aire y equipo. Normalmente, muchas de esas galerías se abandonan y se excavan nuevas a medida que avanza la minería, lo que resulta costoso y arriesgado. Este estudio explora una forma más inteligente de reutilizar galerías existentes de manera segura en minas muy profundas, reduciendo costes y la cantidad de material a excavar, y al mismo tiempo protegiendo a los trabajadores frente a derrumbes del techo y movimientos peligrosos del terreno.

Reutilizar galerías en lugar de descartarlas

Cuando se explota un panel de carbón, queda una zona vacía y colapsada llamada gob y una vía junto a ella. La práctica tradicional suele abandonar esa vía tras un uso. Los autores se centran en una idea más reciente llamada retención secundaria de galerías junto al gob, donde la misma vía se reutiliza como una ventilación a largo plazo para el panel minero siguiente. El paso clave es construir una segunda pared artificial de material de relleno a lo largo del nuevo borde del gob, de modo que la galería quede finalmente entre dos muros artificiales. Este diseño permite una ventilación más flexible en forma de “Y” para zonas con alto contenido de gas y reduce la necesidad de excavar nuevas galerías, disminuyendo tanto el coste como la perturbación.

Grandes movimientos de roca sobre la galería

Muy por encima de la vía, gruesas capas de roca actúan como vigas gigantes que se doblan, se agrietan y se asientan a medida que se extrae el carbón. El estudio denomina a esto la “estructura grande” y muestra que no se estabiliza tras un único avance minero: los bloques rocosos clave sobre la galería deben pasar por tres rondas de fractura y reajuste antes de volverse estables. Un bloque central particular, referido como bloque C en el artículo, resulta decisivo. Si este bloque queda sostenido por las rocas y los rellenos circundantes, las cargas que llegan a la galería son manejables. Si se inclina hacia el vacío explotado, puede descargar de forma repentina sobre la galería, provocando deformaciones severas o incluso la falla del sistema de sostenimiento.

La pequeña estructura que protege a las personas

Más cerca de la galería, los autores definen una “estructura pequeña” compuesta por el techo inmediato sobre la vía, los dos cuerpos de relleno, las rocas del piso y los sostenimientos internos de acero y cable. A diferencia de las capas rocosas más alejadas, este sistema debe soportar cargas muy desiguales justo al lado del gob. El equipo propone una idea de control “cuatro en uno”: los rellenos confinan los laterales y ayudan a cortar la carga de las rocas superiores; los pernos y cables cosen las láminas del techo; el refuerzo del piso resiste el pandeo hacia arriba; y arcos y puntales internos comparten las fuerzas restantes. Si alguna pieza es demasiado débil —o incluso demasiado rígida y estrecha en un lugar equivocado— el sistema puede fallar al desplazarse y concentrarse las cargas. Los autores derivan fórmulas de diseño para elegir la anchura y la resistencia del relleno de modo que los dos muros compartan la carga en lugar de fallar uno tras otro.

De las ecuaciones a una mina profunda real

Los investigadores convierten su modelo mecánico en un diseño concreto para un frente de trabajo a 610 metros de profundidad. Usando propiedades rocosas medidas y dimensiones de laboreo, calculan cuán ancha y cuán resistente debe ser cada pared de relleno, y cuánto deben reducirse el ancho de la galería y el voladizo del techo para aliviar tensiones. Luego instalan un patrón denso de pernos de techo y cables largos, arcos de acero, tratamiento del piso y un relleno especial a base de cemento. Durante la explotación tanto del primer panel como del panel vecino, monitorizan grietas del techo, tensiones en los rellenos y deformaciones de la galería con cámaras de sondeo, celdas de presión y estaciones de desplazamiento. Las mediciones muestran que los dos rellenos asumen cargas crecientes por etapas y finalmente se estabilizan, con el segundo relleno cargando la mayor parte como se había predicho. Las paredes y el techo de la galería permanecen dentro de límites de movimiento aceptables, aunque el piso sigue hinchándose y debe rectificarse.

Qué implica esto para la minería profunda futura

En términos sencillos, el estudio demuestra que es posible reutilizar de forma segura una galería entre dos zonas explotadas en una mina de carbón muy profunda, siempre que se comprenda el comportamiento de la roca superior y el sistema de sostenimiento se diseñe de forma coordinada. Ajustando el ancho de la galería, las dimensiones del relleno y el control del techo, el carbón explotado del lado y los dos muros artificiales pueden trabajar juntos para sostener las rocas superiores. Este enfoque ahorra excavación, mantiene ventilaciones a largo plazo y reduce conflictos entre labores de minería y tunelización. Los autores señalan que el método sigue siendo complejo y no es aún la opción más económica, pero ofrece un marco probado que trabajos futuros pueden simplificar y adaptar a otras condiciones subterráneas desafiantes.

Cita: Wu, J., Chen, J. & Xie, F. Mechanism and engineering practice of roof stability for secondary gob-side entry retaining in deep mines. Sci Rep 16, 9518 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39802-y

Palabras clave: minería de carbón en profundidad, estabilidad de túneles, soporte de roca, muros de relleno, retención de galerías junto al gob