Identificación de las principales causas y prevención de la combustión espontánea de carbón en los mantos de la mina Cerrejón

Abstract

La combustión espontánea en mantos de carbón es una problemática que se presenta en minas alrededor del mundo. Se han desarrollado teorías que hablan de factores que generan autocalentamiento en el carbón y favorecen a la combustión del mismo. La sinergia de estos factores contribuye al incremento de la temperatura en la reacción de oxidación, facilitando el alcance de la energía de activación del sistema, en la cual se desarrolla la ignición y la reacción es espontánea. Actualmente, se desconoce la incidencia de cada variable en la susceptibilidad a la combustión espontánea del carbón, por lo cual en este trabajo se desarrolló una metodología para determinar estadísticamente las variables con mayor aporte en el fenómeno. Se utilizó la estadística descriptiva, la detección de valores atípicos, la determinación de componentes principales, el análisis de conglomerados y la regresión logística para conocer cuántas variables indicadoras son necesarias para describir la susceptibilidad a la combustión. Para el análisis se recolectó información en campo y en el laboratorio procedentes de distintos mantos de la mina Cerrejón, considerando factores extrínsecos e intrínsecos. Se encontró que la temperatura del manto, la presión atmosférica, la velocidad del viento, el oxígeno, el metano, la altura, la ceniza, la materia volátil, el poder calorífico, la vitrinita, la liptinita y el índice de Hardgrove, son las variables más influyentes del fenómeno. Partiendo de estas variables que configuran un escenario de ignición, se plantearon algunas estrategias para prevenir la combustión espontánea en los mantos de la mina. Finalmente, a través de pruebas pilotos se confirmó que el bitumen diluido con salmuera en una concentración de 50/50 es la mejor alternativa.

Abstract: Spontaneous combustion in coal seams is a problem that occurs in coal mines around the world. Theories have been developed that speak of various factors that generate selfheating in coal and favor combustion. Synergy of these factors contributes to the increase of the temperature in the oxidation reaction, facilitating reaching the activation energy of the system. This ignition develops and reaction are spontaneous. Currently, the incidence of each variable in the susceptibility to coal spontaneous combustion is unknown, therefore in this work a methodology was developed to determine statistically which of the variables have the greatest contribution in this phenomenon. Descriptive statistics, atypical values detection, principal component determination, cluster analysis, and logistic regression were used to determine how many indicator variables are necessary to describe the susceptibility to combustion. For the analysis, field and laboratory data were collected from different seams at Cerrejón, considering extrinsic and intrinsic factors. The seam temperature, atmospheric pressure, wind speed, oxygen, methane, height, ash, volatile matter, heat power, vitrinite, liptinite and Hardgrove index are the most influential variables of the phenomenon. Based on these variables that constitute an ignition scenario, some strategies were proposed to prevent spontaneous combustion in coal seams. Finally, through pilot tests it was confirmed that the bitumen diluted with brine in a concentration of 50/50 is the best alternative.