Desarrollo metodológico para la caracterización geotérmica de minas subterráneas, conceptualización y modelización numérica

Resumen

La rehabilitación, reutilización y reconversión de espacios mineros abandonados son un reto y una línea de investigación actual por las posibilidades que ofrece su aprovechamiento energético como yacimientos geotérmicos de muy baja temperatura. Las instalaciones que se encuentran en funcionamiento demuestran que esto es posible, entre ellas una es la mina de carbón Pozo Barredo, en la Cuenca Carbonífera Central de Asturias. Allí, una captación geotérmica, extrae el calor del agua que se bombea al exterior de la mina para climatizar edificios, con los beneficios medioambientales y económicos que esto supone. No obstante, la explotación sostenible de los recursos que ofrecen requiere el desarrollo de modelos que ayuden a comprender mejor su funcionamiento. En esta tesis se describen una serie de problemas particulares, que se producen en la investigación de estos yacimientos geotérmicos por la convergencia de aspectos mineros, hidrogeológicos y geotérmicos. Entre ellos, la escasez de datos adecuados para caracterizar el sistema y la poca difusión de metodologías o protocolos de estudio específicos. Los trabajos de esta tesis toman como punto de partida otras investigaciones previas y los datos disponibles de la mina Pozo Barredo, con el objetivo de argumentar el desarrollo de una metodología para la caracterización geotermica de minas subterráneas de carbón inundadas, su conceptualización y modelización numérica. Inicialmente se abordan las problemáticas asociadas a los tipos de información disponible, haciendo especial hincapié en las peculiaridades de la información histórica minera, en la necesidad de establecer criterios de búsqueda adecuados y obtener información de interés en la modelización de la mina. Se proponen procedimientos de recopilación, gestión y tratamiento de la documentación y datos espaciales. También se ofrece una selección de herramientas informáticas para afrontar tareas que solventan o minimizan algunos de los problemas detectados. En el marco definido por la información geológica, minera, hídrica y térmica disponible, se propone el desarrollo de varios enfoques conceptuales que ayudan a describir la física del flujo y transporte de calor en la mina. La formulación de modelos conceptuales se fundamenta en una serie de hipótesis que conservan los aspectos que se consideran fundamentales a partir de las cuales se acota un dominio espacial de interés, sus condiciones de contorno y define la distribución espacial de los parámetros que regulan el comportamiento del sistema. El estudio conceptual incluye la identificación de labores mineras, que pueden afectar a la capacidad de aprovechamiento del yacimiento geotérmico, provocan incertidumbres en las condiciones de contorno y afectan a los mecanismos de recarga. Como resultado final se ofrece una propuesta metodológica, para el desarrollo de modelos con el código de simulación FEFLOW basada en modelos de simulación del Pozo Barredo. Incluye procedimientos operativos estructurados en dos etapas, en primer lugar para modelos de flujo de agua subterránea y posteriormente integra el transporte de calor. La modelización del flujo de agua sigue los pasos generales con etapas de calibración, comprobación, análisis de sensibilidad y escenarios de simulación. Pero aborda aspectos diferenciadores en el diseño e implementación de modelos así como formas de analizar resultados útiles en el caso de una mina. En la modelización de flujo con transporte de calor se utilizan modelos bidimensionales con carácter interpretativo, con el objetivo de mejorar el conocimiento de la interacción entre el flujo de agua y las temperaturas medidas en las cañas de los pozos. Estos modelos tienen como aplicación práctica más directa la mejora de los protocolos de medición, pero también muestran las limitaciones de los datos disponibles y las necesidades que requiere el empleo de modelos más complejos con ciertas garantías en su aplicación práctica.