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<article-title xml:lang="es"><![CDATA[Evaluación de las posibilidades de desgasificación en minas de carbón de Socotá (Boyacá, Colombia)]]></article-title>
<article-title xml:lang="en"><![CDATA[Degasification possibilities evaluation in Socotá coal mines (Boyacá, Colombia)]]></article-title>
<article-title xml:lang="pt"><![CDATA[Avaliação das possibilidades de desgaseificação em minas de carvão de Socotá (Boyacá, Colômbia)]]></article-title>
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<abstract abstract-type="short" xml:lang="en"><p><![CDATA[In the Socotá area in Boyacá, Colombia, high contents of coalbed methane have been reported. In order to prove it, additional gas measurements were done and different possibilities of degassing were considered. To measure the gas content, the canisters desorption system were used, with control of pressure and temperature, according to the USBM and GRI methodology. Lost, desorbed and residual gases were determined separately, and proximate analyses were also carried out. In some samples the content of gas reached the 100-200 SCF/t. These gas contents have good possibilities for energy production (CBM) by drilling vertical wells to extract it. Those wells would not only produce gas, but would also degas the future underground mining areas. The combination of degasification and ventilation would considerably allow a decrease in the explosions risk. The high coalbed methane content in the area could produce energy for the mining company or commercial gas for the natural gas distribution network. The Socotá area has the ideal conditions for a pilot project, which could be a model for other degasification projects in Colombia.]]></p></abstract>
<abstract abstract-type="short" xml:lang="pt"><p><![CDATA[Na região da Peña de Socotá, em Boyacá (Colômbia), tem-se reportado altos conteúdos de gás associado ao carvão, pelo que foram feitas medições adicionais e se consideraram diferentes possibilidades de desgaseificação. Para medir os conteúdos de gás utilizaram-se os sistemas de dessorção de gás canisters com controle de pressão e temperatura, seguindo a metodologia de USBM e GRI, e determinaram-se gás perdido, dessorvido e residual por separado; também foram feitas análises imediatas. Em algumas das amostras analisadas, os conteúdos de gás alcançaram os 100-200 pés³/t; estes conteúdos apresentam boas possibilidades para aproveitar o gás como recurso energético comercial (CBM), pelo que se propõe a perfuração de poços verticais para extraí-lo. Esses poços, por sua vez, desgaseificariam as regiões mineiras onde se realizaria a futura mineração subterrânea. A combinação de desgaseificação e ventilação permitirá diminuir consideravelmente o risco de explosões. As altas concentrações de metano permitem sugerir a possibilidade de utilizar esse gás nas minas para produzir energia, ou para conectá-lo à rede de distribuição de gás natural. A região de Socotá tem as condições ideais para realizar um projeto piloto que poderia servir de referência para outros projetos de desgaseificação na Colômbia.]]></p></abstract>
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</front><body><![CDATA[  <font face="Verdana" size="2">      <p align="center"><font size="4"><b>Evaluaci&oacute;n de las posibilidades de desgasificaci&oacute;n en minas de carb&oacute;n de Socot&aacute; (Boyac&aacute;, Colombia)</b></font></p>      <p align="center"><font size="3"><b>Degasification possibilities evaluation in Socot&aacute; coal mines (Boyac&aacute;, Colombia)</b></font></p>      <p align="center"><font size="3"><b>Avalia&ccedil;&atilde;o das possibilidades de desgaseifica&ccedil;&atilde;o em minas de carv&atilde;o de Socot&aacute; (Boyac&aacute;, Col&ocirc;mbia)</b></font></p>      <p align="center">Jorge Eli&eacute;cer Mari&ntilde;o-Mart&iacute;nez<sup>*</sup>, Marco Tulio Orteg&oacute;n-Cu&eacute;llar<sup>**</sup>, Natalia Mari&ntilde;o-Santos<sup>***</sup></p>      <p><sup>*</sup> Ph.D. Universidad Pedag&oacute;gica y Tecnol&oacute;gica de Colombia (Sogamoso-Boyac&aacute;, Colombia). <a href="mailto:jorge.marino@uptc.edu.co">jorge.marino@uptc.edu.co</a>.    <br> <sup>**</sup> ANTEK S.A (Bogot&aacute; D.C., Colombia).    <br> <sup>***</sup> Profesional Independiente.</p>      <p>Fecha de recepci&oacute;n: 4 de septiembre de 2015 Fecha de aprobaci&oacute;n: 30 de marzo de 2016</p> <hr>      <p><b>Resumen</b></p>      ]]></body>
<body><![CDATA[<p>En la zona de la Pe&ntilde;a de Socot&aacute;, en Boyac&aacute; (Colombia), se han reportado altos contenidos de gas asociado al carb&oacute;n, por lo que se hicieron mediciones adicionales y se consideraron diferentes posibilidades de desgasificaci&oacute;n. Para medir los contenidos de gas se utilizaron los sistemas de desorci&oacute;n de gas c&aacute;nisters con control de presi&oacute;n y temperatura, siguiendo la metodolog&iacute;a de USBM y GRI, y se determinaron gas perdido, desorbido y residual por separado; tambi&eacute;n se hicieron an&aacute;lisis inmediatos. En algunas de las muestras analizadas, los contenidos de gas alcanzaron los 100-200 pies&sup3;/t; estos contenidos presentan buenas posibilidades para aprovechar el gas como recurso energ&eacute;tico comercial (CBM), por lo que se propone la perforaci&oacute;n de pozos verticales para extraerlo. Esos pozos, a su vez, desgasificar&iacute;an las zonas mineras donde se adelantar&iacute;a la futura miner&iacute;a subterr&aacute;nea. La combinaci&oacute;n de desgasificaci&oacute;n y ventilaci&oacute;n permitir&aacute; disminuir considerablemente el riesgo de explosiones. Las altas concentraciones de metano permiten plantear la posibilidad de utilizar ese gas en las minas para producir energ&iacute;a, o para conectarlo a la red de distribuci&oacute;n de gas natural. La zona de Socot&aacute; tiene las condiciones ideales para adelantar un proyecto piloto que podr&iacute;a servir de referencia para otros proyectos de desgasificaci&oacute;n en Colombia.</p>      <p><b>Palabras clave</b>: carb&oacute;n; c&aacute;nister; CBM; desgasificaci&oacute;n; Guaduas; metano; Socot&aacute;.</p> <hr>      <p><b>Abstract</b></p>      <p>In the Socot&aacute; area in Boyac&aacute;, Colombia, high contents of coalbed methane have been reported. In order to prove it, additional gas measurements were done and different possibilities of degassing were considered. To measure the gas content, the canisters desorption system were used, with control of pressure and temperature, according to the USBM and GRI methodology. Lost, desorbed and residual gases were determined separately, and proximate analyses were also carried out. In some samples the content of gas reached the 100-200 SCF/t. These gas contents have good possibilities for energy production (CBM) by drilling vertical wells to extract it.</p>      <p>Those wells would not only produce gas, but would also degas the future underground mining areas. The combination of degasification and ventilation would considerably allow a decrease in the explosions risk. The high coalbed methane content in the area could produce energy for the mining company or commercial gas for the natural gas distribution network. The Socot&aacute; area has the ideal conditions for a pilot project, which could be a model for other degasification projects in Colombia.</p>      <p><b>Keywords:</b> canisters; CBM; coal; desgasification, Guaduas; methane; Socot&aacute;.</p> <hr>      <p><b>Resumo</b></p>      <p>Na regi&atilde;o da Pe&ntilde;a de Socot&aacute;, em Boyac&aacute; (Col&ocirc;mbia), tem-se reportado altos conte&uacute;dos de g&aacute;s associado ao carv&atilde;o, pelo que foram feitas medi&ccedil;&otilde;es adicionais e se consideraram diferentes possibilidades de desgaseifica&ccedil;&atilde;o. Para medir os conte&uacute;dos de g&aacute;s utilizaram-se os sistemas de dessor&ccedil;&atilde;o de g&aacute;s canisters com controle de press&atilde;o e temperatura, seguindo a metodologia de USBM e GRI, e determinaram-se g&aacute;s perdido, dessorvido e residual por separado; tamb&eacute;m foram feitas an&aacute;lises imediatas. Em algumas das amostras analisadas, os conte&uacute;dos de g&aacute;s alcan&ccedil;aram os 100-200 p&eacute;s&sup3;/t; estes conte&uacute;dos apresentam boas possibilidades para aproveitar o g&aacute;s como recurso energ&eacute;tico comercial (CBM), pelo que se prop&otilde;e a perfura&ccedil;&atilde;o de po&ccedil;os verticais para extra&iacute;-lo. Esses po&ccedil;os, por sua vez, desgaseificariam as regi&otilde;es mineiras onde se realizaria a futura minera&ccedil;&atilde;o subterr&acirc;nea. A combina&ccedil;&atilde;o de desgaseifica&ccedil;&atilde;o e ventila&ccedil;&atilde;o permitir&aacute; diminuir consideravelmente o risco de explos&otilde;es. As altas concentra&ccedil;&otilde;es de metano permitem sugerir a possibilidade de utilizar esse g&aacute;s nas minas para produzir energia, ou para conect&aacute;-lo &agrave; rede de distribui&ccedil;&atilde;o de g&aacute;s natural. A regi&atilde;o de Socot&aacute; tem as condi&ccedil;&otilde;es ideais para realizar um projeto piloto que poderia servir de refer&ecirc;ncia para outros projetos de desgaseifica&ccedil;&atilde;o na Col&ocirc;mbia.</p>      <p><b>Palavras chave:</b> carv&atilde;o; canister; CBM; desgaseifica&ccedil;&atilde;o; bambu; metano; Socot&aacute;.</p> <hr>      <p align="center"><font size="3"><b>I. Introducci&oacute;n</b></font></p>      ]]></body>
<body><![CDATA[<p>El carb&oacute;n se establece como uno de los principales minerales generadores de energ&iacute;a, porque a su vez, produce y almacenan gas, especialmente, metano. En las minas de carb&oacute;n, ese gas no se utiliza y causa accidentes y explosiones que ponen en riesgo la vida de los trabajadores, y, adem&aacute;s, se va a la atm&oacute;sfera como uno de los principales gases de efecto invernadero. Debido al riesgo que el gas asociado al carb&oacute;n (tambi&eacute;n conocido como gas gris&uacute;) representa en las minas, se han establecido t&eacute;cnicas para desgasificar o sacar ese gas de ellas, y en algunos casos se ha utilizado como fuente para producir energ&iacute;a.</p>      <p>La zona carbon&iacute;fera de Boyac&aacute; es una de las principales productoras de carb&oacute;n en Colombia, especialmente hacia el norte del departamento. En la Pe&ntilde;a de Socot&aacute;, ubicada al occidente del municipio de Socot&aacute;, en los l&iacute;mites con Socha (<a href="#f1">Figura 1</a>), se han reportado varios accidentes causados por gas, y en los estudios preliminares se han reportado altos contenidos de metano &#91;1,2&#93;. La regi&oacute;n de Socot&aacute; se ha considerado una de las regiones en Boyac&aacute; con mejores perspectivas para gas asociado al carb&oacute;n, por contener carbones de alto rango, o bituminosos bajos en vol&aacute;tiles, con caracter&iacute;sticas coquizables &#91;1&#93;.</p>     <p align="center"><a name="f1"></a><img src="img/revistas/rfing/v25n43/v25n43a05f1.jpg"></p>      <p>Mojica y Mari&ntilde;o reportan contenidos de gas total que sobrepasan los 200 pies&sup3;/t, lo que corresponde a uno de los mayores contenidos reportados en Boyac&aacute; &#91;2&#93;.</p>      <p>Por lo anterior, se acord&oacute; un proyecto de investigaci&oacute;n conjunta entre la Universidad Pedag&oacute;gica y Tecnol&oacute;gica de Colombia (UPTC) y el Servicio Geol&oacute;gico Colombiano (SGC), para confirmar los contenidos de gas reportados anteriormente y para considerar la posibilidad de desgasificar los mantos de carb&oacute;n, para disminuir riesgo de explosi&oacute;n y costos de ventilaci&oacute;n, y de utilizar ese gas para producir energ&iacute;a localmente &#91;3, 9&#93;, pues la zona de Socot&aacute; tiene las condiciones ideales para adelantar un proyecto piloto que podr&iacute;a servir de base para otros proyectos de desgasificaci&oacute;n en Colombia. Para esto no solo fue necesario determinar las condiciones geol&oacute;gicas, sino tambi&eacute;n medir de manera directa los contenidos de gas en los carbones, lo cual se hizo en los mantos 1 al 7, utilizando los equipos de desorci&oacute;n c&aacute;nister que hacen parte del "<i>Laboratorio de materiales, carb&oacute;n, gas asociado al carb&oacute;n y Shales gas</i>", de la Universidad Pedag&oacute;gica y Tecnol&oacute;gica de Colombia, sede Sogamoso. Adem&aacute;s, fue necesario analizar los diferentes m&eacute;todos de desgasificaci&oacute;n, con el fin de establecer el m&aacute;s adecuado de acuerdo con las condiciones de la zona.</p>      <p align="center"><font size="3"><b>II. Marco geol&oacute;gico</b></font></p>      <p>La secuencia estratigr&aacute;fica presente en el &aacute;rea de Socot&aacute; corresponde a una sucesi&oacute;n de rocas sedimentarias, conformada de base a techo por: formaci&oacute;n Ermita&ntilde;o, formaci&oacute;n Guaduas (portadora de los carbones), formaci&oacute;n Areniscas de Socha, formaci&oacute;n Arcillolitas de Socha, formaci&oacute;n Picacho, formaci&oacute;n Concentraci&oacute;n y dep&oacute;sitos cuaternarios que pertenecen al reciente (<a href="#f2">Figura 2</a>).</p>     <p align="center"><a name="f2"></a><img src="img/revistas/rfing/v25n43/v25n43a05f2.jpg"></p>      <p>Alvarado y Sarmiento (1944) &#91;4&#93; denomin&oacute; formaci&oacute;n Guaduas el conjunto de estratos que tienen mantos de carb&oacute;n explotables, por la analog&iacute;a con la formaci&oacute;n definida por Hettner &#91;5&#93; en la regi&oacute;n de Guaduas, Cundinamarca. Van Der Hammen y Hooghiemstra asignaron a esta formaci&oacute;n una edad Maestrichtiano superior, con base en el an&aacute;lisis palinol&oacute;gico de los mantos de carb&oacute;n &#91;6&#93;. En el &aacute;rea de trabajo la formaci&oacute;n se divide en dos conjuntos litol&oacute;gicos, superior e inferior, y tiene cerca de 400 m de espesor.</p>      <p>El conjunto litol&oacute;gico inferior est&aacute; compuesto de arcillolitas grises, que se encuentran intercaladas por limolitas sil&iacute;ceas y capas delgadas de areniscas cuarzosas de grano fino a medio y de carb&oacute;n. El conjunto litol&oacute;gico superior es el m&aacute;s conocido y consta de intercalaciones de areniscas de grano fino a medio, limolitas, arcillolitas y mantos de carb&oacute;n explotables, los cuales tienen espesores que var&iacute;an de 0.8 a 2.80 metros. El muestreo para gas asociado al carb&oacute;n se hizo sobre siete mantos muestreados en frentes de minas y perforaciones, abarcando 200 m estratigr&aacute;ficos (<a href="#f2">Figura 2</a>, <a href="#t3">Tabla 3</a>).</p>       ]]></body>
<body><![CDATA[<p>El anticlinal de Socot&aacute; es la estructura m&aacute;s sobresaliente del &aacute;rea, tiene una direcci&oacute;n NE-SW, sus flancos son asim&eacute;tricos y se encuentra afectado por la Falla del C&oacute;meza, en su n&uacute;cleo, y por las fallas inversas, normales y direccionales, en sus flancos. La presente investigaci&oacute;n se centr&oacute; sobre el flanco occidental porque all&iacute; se concentra la miner&iacute;a en el &aacute;rea, por su buena continuidad regional. Su n&uacute;cleo lo conforman rocas de la formaci&oacute;n Ermita&ntilde;o, y sus flancos, rocas de las formaciones Guaduas, areniscas de Socha Inferior y arcillolitas de Socha. En la <a href="#f3">Figura 3</a> se aprecian las labores de acceso o bocaminas (flecha grande) de la mina La Esperanza en la formaci&oacute;n Guaduas. Igualmente, se aprecia el contacto neto con las areniscas de la formaci&oacute;n areniscas de Socha, las cuales forman el escarpe t&iacute;pico de la pe&ntilde;a de Socot&aacute;.</p>     <p align="center"><a name="f3"></a><img src="img/revistas/rfing/v25n43/v25n43a05f3.jpg"></p>      <p>La formaci&oacute;n Guaduas reposa concordantemente sobre la formaci&oacute;n Ermita&ntilde;o, que es equivalente del grupo Guadalupe; el l&iacute;mite superior se localiza por debajo de unos paquetes de areniscas duras de grano grueso a conglomer&aacute;tica con estratificaci&oacute;n cruzad de la formaci&oacute;n areniscas de Socha, que presentan unos escarpes caracter&iacute;sticos a nivel regional (<a href="#f2">Figuras 2</a> y <a href="#f3">3</a>).</p>      <p align="center"><font size="3"><b>III. M&eacute;todo</b></font></p>      <p>Los contenidos de gas asociados en carb&oacute;n en el presente estudio est&aacute;n basados en m&eacute;todos directos de medici&oacute;n, que consisten en medir la cantidad de gas que tiene una muestra de carb&oacute;n mediante la desorci&oacute;n de n&uacute;cleos de perforaci&oacute;n con los equipos de desorci&oacute;n c&aacute;nisters (recipientes sellados herm&eacute;ticamente) &#91;7,11&#93;. El proceso de medici&oacute;n comprende tres m&eacute;todos diferentes, teniendo en cuenta que el contenido total de gas es la sumatoria de tres componentes, as&iacute;: gas perdido + gas desorbido + gas residual &#91;1, 9&#93;. El gas perdido corresponde al escapado del carb&oacute;n entre el tiempo en que el manto de carb&oacute;n es penetrado por la broca y el tiempo en que la muestra es puesta dentro del c&aacute;nister y sellado. El gas desorbido es el que est&aacute; absorbido en la muestra de carb&oacute;n, y se determina empleando los c&aacute;nister: las muestras de carb&oacute;n son introducidas en el c&aacute;nister y selladas; posteriormente, este c&aacute;nister es conectado a la bureta y se abre la v&aacute;lvula que permite la salida del gas, que es medido por el desplazamiento del agua en una columna volum&eacute;trica en la bureta a temperatura del yacimiento y presi&oacute;n atmosf&eacute;rica (<a href="#f4">Figura 4</a>). El gas residual es el que permanece atrapado en la matriz del carb&oacute;n, que no sali&oacute; como gas perdido o desorbido; se obtiene pulverizando el carb&oacute;n con un molino herm&eacute;tico adaptado a un sistema de medici&oacute;n de gas.</p>     <p align="center"><a name="f4"></a><img src="img/revistas/rfing/v25n43/v25n43a05f4.jpg"></p>      <p>Los vol&uacute;menes de gas medidos se corrigieron de acuerdo con las temperaturas y presiones del sitio o profundidad donde se tom&oacute; la muestra. Las mediciones directas aportan pruebas de que el gas est&aacute; realmente presente y permiten calcular las reservas y determinar el grado de saturaci&oacute;n de gas en el carb&oacute;n. Los m&eacute;todos directos tambi&eacute;n suministran informaci&oacute;n sobre la tasa de desorci&oacute;n del gas y permiten obtener muestras para hacer ensayos de cromatograf&iacute;a para determinar la composici&oacute;n del gas desorbido. En el <i>Laboratorio de Materiales, Carb&oacute;n, Gas asociado al Carb&oacute;n y Shales Gas, </i>de la UPTC-Sogamoso, se siguen, en general, las indicaciones del m&eacute;todo de la USBM (Oficina de Minas de Estados Unidos), pero las muestras se mantienen a temperatura del yacimiento, como lo sugiere el m&eacute;todo del GRI (Gas Research Institute). La cantidad de gas perdido se calcul&oacute; por el m&eacute;todo de la USBM y por el m&eacute;todo de Smith y Williams &#91;7, 9&#93;.</p>      <p>Adicional a la medici&oacute;n del contenido de gas, se hicieron ensayos inmediatos en las muestras de carb&oacute;n que incluyeron: humedad, ceniza, materia vol&aacute;til, carbono fijo, poder calor&iacute;fico y azufre. Los componentes no org&aacute;nicos (materia mineral o cenizas) tambi&eacute;n se determinaron con petrograf&iacute;a (<a href="#t2">Tabla 2</a>); esto porque los componentes no org&aacute;nicos se deben restar de la parte org&aacute;nica para determinar el contenido de gas libre de cenizas (<a href="#t1">Tablas 1</a> y <a href="#t3">3</a>), y porque el gas asociado al carb&oacute;n se genera solamente en la parte org&aacute;nica.</p>     <p align="center"><a name="t1"></a><img src="img/revistas/rfing/v25n43/v25n43a05t1.jpg"></p>     <p align="center"><a name="t2"></a><img src="img/revistas/rfing/v25n43/v25n43a05t2.jpg"></p>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p align="center"><a name="t3"></a><img src="img/revistas/rfing/v25n43/v25n43a05t3.jpg"></p>      <p>Para determinar el contenido de gas se analizaron 14 muestras: 4 en los frentes de minas y 10 en una perforaci&oacute;n. Las muestras de los frentes de mina se tomaron como muestras de zanja en los mantos 1, 2 y 3 en los frentes de trabajo de la Mina La Esperanza (<a href="#t1">Tabla 1</a>). Las 10 muestras restantes se tomaron en el pozo Socot&aacute; 1, sobre la carretera Socha-Socot&aacute;. En el pozo se muestrearon dos areniscas, siete mantos de carbones que se identificaron y un manto que no se identific&oacute; (<a href="#t3">Tabla 3</a>).</p>      <p>El pozo Socot&aacute; 1 no se pudo hacer en la zona donde se sugiere la perforaci&oacute;n de desgasificaci&oacute;n por problemas de acceso, por lo que finalmente se ejecut&oacute; al sur de la zona, pero dentro del &aacute;rea de la Pe&ntilde;a de Socot&aacute;; por lo tanto, se considera representativo de la zona.</p>      <p align="center"><font size="3"><b>IV. Resultados</b></font></p>      <p>Las <a href="#t1">Tablas 1</a> y <a href="#t3">3</a> presentan los resultados de desorci&oacute;n hallados en Socot&aacute; en frentes de mina y en el pozo de exploraci&oacute;n Socot&aacute; 1. El gas total ha sido ajustado por el contenido en el carb&oacute;n de sustancias que no generan metano, como humedad, ceniza y azufre (gas total libre de cenizas), por lo tanto, se incrementan los valores de gas total.</p>      <p>Los an&aacute;lisis inmediatos de las muestras tomadas en los frentes de mina (<a href="#t2">Tabla 2</a>) permiten hacer la correcci&oacute;n por contenido de cenizas y humedad, lo que eleva ligeramente el contenido de gas en la &uacute;ltima columna  de las <a href="#t1">Tablas 1</a> y <a href="#t3">3</a>.</p>      <p>La <a href="#t1">Tabla 1</a> presenta los resultados de las muestras tomadas en los mantos 1, 2 y 3 en los frentes de la mina La Esperanza. En el manto 3 se tomaron dos muestras: una en su parte inferior, y otra en su parte superior. La muestra del manto 2 report&oacute; los mayores resultados, con un total de 113 pies&sup3;/t, seguida por el manto 1, con 95 pies&sup3;/t. Despu&eacute;s de las correcciones por ceniza y humedad (<a href="#t2">Tabla 2</a>), los valores de contenido de gas se elevan en el manto 1 de 95.11 a 120.71 pies&sup3;/t. En el manto 2 los valores se incrementan de 113.48 a 120.39 pies&sup3;/t.</p>      <p>La <a href="#t3">Tabla 3</a>, del Pozo Socot&aacute; 1, presenta los valores de gas total, que fluctuaron entre 12 y 142 pies<Sup>3</Sup>/t, con un promedio de 50 pies<Sup>3</Sup>/t. Se not&oacute; un ligero incremento en el contenido de gas con la profundidad. Los mantos con mayor contenido son el 2 (muestra 9 a 408 m de profundidad), con 142.42 pies<Sup>3</Sup>/t, y el 5 (muestra 6 a 319 m de profundidad), con 71.52 pies<Sup>3</Sup>/t. Despu&eacute;s de las correcciones por ceniza y humedad, los contenidos de gas se incrementaron entre 23% y 36%, respectivamente. Ese incremento se debe, principalmente, a que los valores de gas perdido de los contenidos son altos; por ejemplo, el gas perdido en la muestra 9 es de 70,46pies<Sup>3</Sup>/t, lo que es inusualmente alto. Por lo anterior, los valores totales libres de cenizas se incrementaron en las muestras de diferente forma, dependiendo del contenido de ceniza. Los mayores valores se encontraron en los mantos 2 y 5, con 253 y 105 pies<Sup>3</Sup>/t, respectivamente.</p>      <p>La <a href="#f5">Figura 5</a> presenta el proceso de medici&oacute;n del gas desorbido en la muestra de carb&oacute;n tomada en el frente de mina del manto 1 en la mina La Esperanza (gas desorbido, <a href="#t1">Tabla 1</a>). La desorci&oacute;n de gas fue significativa hasta el d&iacute;a 66; despu&eacute;s de esto fue m&iacute;nima, hasta que la desorci&oacute;n fue cero en las &uacute;ltimas mediciones, por lo tanto, se considera que la desorci&oacute;n fue regular y completa.</p>     <p align="center"><a name="f5"></a><img src="img/revistas/rfing/v25n43/v25n43a05f5.jpg"></p>      ]]></body>
<body><![CDATA[<p>Para todas las muestras, las mediciones de desorci&oacute;n se hicieron, como en la <a href="#f5">Figura 5</a>, hasta que la muestra no desorbi&oacute; nada de gas por varios d&iacute;as y, por lo tanto, la curva acumulativa de gas se torn&oacute; horizontal &#91;3&#93;.</p>      <p align="center"><font size="3"><b>V. An&aacute;lisis sobre riesgo</b></font></p>      <p>Desde el punto de vista de riesgo relacionado con la presencia de gases se consideran dos fuentes: 1) combusti&oacute;n espont&aacute;nea y 2) explosiones de acumulaciones de gas metano por una chispa de ignici&oacute;n.</p>      <p>La combusti&oacute;n espont&aacute;nea es m&aacute;s probable en carbones de bajo rango, como los lignitos y los sub-bituminosos. Hay una relaci&oacute;n directa entre la susceptibilidad del carb&oacute;n a la combusti&oacute;n espont&aacute;nea y la materia vol&aacute;til &#91;8&#93;; en t&eacute;rminos generales, entre mayor sea el porcentaje de materia vol&aacute;til, mayor ser&aacute; la susceptibilidad del carb&oacute;n a la combusti&oacute;n espont&aacute;nea (ver Tabla 4).Los carbones del sector de Socha-Socot&aacute; se clasifican como bituminosos medios a bajos en vol&aacute;tiles, con caracter&iacute;sticas coquizables, y sus valores de materia vol&aacute;til, que est&aacute;n alrededor del 20%, los ubica dentro del rango de menor susceptibilidad (baja) a la combusti&oacute;n espont&aacute;nea (ver las <a href="#t2">Tablas 2</a> y <a href="#t4">4</a>).</p>     <p align="center"><a name="t4"></a><img src="img/revistas/rfing/v25n43/v25n43a05t4.jpg"></p>      <p><b><i>A. Explosiones de acumulaciones de gas metano por una chispa de ignici&oacute;n </i></b></p>      <p>Las muertes por explosiones de metano constituyen el mayor riesgo en la miner&iacute;a del carb&oacute;n. En Boyac&aacute; son frecuentes los accidentes por la presencia del metano, y el n&uacute;mero de fatalidades cada a&ntilde;o puede estar alrededor de 20 personas &#91;9&#93;. Esto hace que las compa&ntilde;&iacute;as tengan un seguimiento continuo de los contenidos de gases, con ayuda de multidetectores de gases que determinan, por porcentaje, el contenido relativo de cada uno de los gases, pero desconocen los contenidos reales de gas en los carbones. En Colombia, de acuerdo con el reglamento de seguridad en labores subterr&aacute;neas (Decreto 1886 de 2015 del Ministerio de Minas y Energ&iacute;a), los porcentajes m&aacute;ximos permisibles de metano en los frentes de explotaci&oacute;n de carb&oacute;n son de 1% &#91;10&#93;. El conocimiento por anticipado de los contenidos de metano en los diferentes mantos y sectores de la mina facilita el planeamiento y dise&ntilde;o de la ventilaci&oacute;n para reducir el riesgo y los costos de ventilaci&oacute;n. Aescala de gran miner&iacute;a, las compa&ntilde;&iacute;as que planean hacer explotaci&oacute;n subterr&aacute;nea de carb&oacute;n est&aacute;n haciendo mediciones de gases durante la exploraci&oacute;n, sobre corazones obtenidos en perforaciones, como requisito de los interventores internacionales y de los encargados del dise&ntilde;o minero.</p>      <p>En la mina La Esperanza se utiliza el m&eacute;todo de explotaci&oacute;n de c&aacute;maras y pilares, que es el m&aacute;s utilizado en la zona; este m&eacute;todo produce menos cantidad de gas que el m&eacute;todo de tajo largo, porque deja mayor cantidad de reservas soportando el techo de la explotaci&oacute;n &#91;3&#93;. A pesar de esto, los contenidos de gas son relativamente altos, como lo demostraron los ensayos de desorci&oacute;n (<a href="#t1">Tablas 1</a> y <a href="#t3">3</a>), y la mina se considera "gas&iacute;fera", por los frecuentes accidentes relacionados con gas en la zona y porque los carbones son de alto rango (coquizables). En la zona se utilizan los sistemas de ventilaci&oacute;n con el fin de mantener bajos los niveles de metano en los frentes de explotaci&oacute;n, sin embargo, esa ventilaci&oacute;n debe ser constante e intensa, para mantener los niveles de metano por debajo de los l&iacute;mites legales y en condiciones de seguridad. Esto hace que la ventilaci&oacute;n sea costosa, por los altos costos de energ&iacute;a que se manejan en Boyac&aacute;.</p>      <p>Desde el punto de vista de contenido de gas, en la mina La Esperanza los contenidos m&aacute;s altos en los frentes mineros en los mantos 1 y 2 alcanzaron los 120 pies<Sup>3</Sup>/t, y en el pozo Socot&aacute;1algunos valores estuvieron sobre 100 pies<Sup>3</Sup>/t, y una muestra del manto 2 sobrepas&oacute; 250pies<Sup>3</Sup>/t. Con los anteriores valores se puede confirmar que la mina es gasosa ("gassy"), por lo que justificar&iacute;a un proceso de desgasificaci&oacute;n. A continuaci&oacute;n, se consideran las diferentes posibilidades de desgasificaci&oacute;n para la pe&ntilde;a de Socot&aacute;, y despu&eacute;s se sugiere el m&eacute;todo que ser&iacute;a m&aacute;s &oacute;ptimo dadas las condiciones geol&oacute;gicas y de contenido de gas de la zona.</p>      <p><b><i>B. Consideraciones sobre el m&eacute;todo &oacute;ptimo para desgasificar el bloque minero en la Pe&ntilde;a de Socot&aacute;</i></b></p>      ]]></body>
<body><![CDATA[<p>La extracci&oacute;n del gas gris&uacute; de las minas, o desgasificaci&oacute;n, requiere de un complejo proceso de desgasificaci&oacute;n, que tiene lugar antes, durante y posterior al minado. Existen cinco formas diferentes de extraer el gas de una mina:1) CBM o extracci&oacute;n previa al minado por perforaci&oacute;n vertical o dirigida desde superficie en &aacute;reas v&iacute;rgenes por desarrollar; 2) perforaci&oacute;n horizontal desde el interior de la mina para extraer gas de la zona pr&oacute;xima al frente de explotaci&oacute;n (CMM); 3) posterior al minado, a trav&eacute;s de perforaciones verticales desde superficie, para extraer el gas localizado en los ca&iacute;dos minados o material derrumbado(GOB-GM); 4) durante el minado, por ventilaci&oacute;n intensa de los sitios de trabajo a trav&eacute;s de extractores mec&aacute;nicos desde superficie (VAM), y 5) gas extra&iacute;do de minas abandonadas (AMM). Estos m&eacute;todos son ilustrados en la <a href="#f6">Figura 6</a>.</p>     <p align="center"><a name="f6"></a><img src="img/revistas/rfing/v25n43/v25n43a05f6.jpg"></p>      <p><i><b>1) Perforaciones verticales preminado (CBM):</b></i> Consisten en perforaciones verticales desde superficie en zonas donde no se ha hecho miner&iacute;a, por lo que permite obtener gas de buena calidad. Es similar a los pozos petroleros, aunque de tama&ntilde;o menor, y se perforan con varios a&ntilde;os de anticipaci&oacute;n al minado del carb&oacute;n. La longitud de los barrenos depende de la profundidad de las capas de carb&oacute;n. Los pozos verticales requieren, normalmente, de una preparaci&oacute;n de las capas a drenar, que consiste en el fracturamiento de la roca misma con objeto de incrementar la permeabilidad de la roca y aumentar el &aacute;rea de influencia del pozo. La extracci&oacute;n requiere de un sistema de vac&iacute;o en superficie. Debido a que se trata de capas que normalmente est&aacute;n por debajo del nivel fre&aacute;tico, la mayor parte de los pozos extraen agua al inicio del proceso, y no es hasta que el agua est&aacute; casi agotada que el metano empieza a fluir debido a la depresi&oacute;n de la presi&oacute;n hidr&aacute;ulica. La calidad del gas asociado al carb&oacute;n recuperado, normalmente, supera un contenido de 90% de metano. Esta metodolog&iacute;a es ideal para extraer gas de una calidad lista para gasoductos de gas natural, despu&eacute;s de procesos sencillos de purificaci&oacute;n.</p>      <p><i><b>2) Perforaciones horizontales (CMM): </b></i>realizadas dentro de la mina; sirven para drenar zonas que est&aacute;n por minarse y que normalmente pertenecen a bloques de paneles de minado continuo. La longitud de los barrenos var&iacute;a entre 100 y 250 metros, seg&uacute;n las necesidades del minado. Puede haber muchos barrenos horizontales en la mina, los cuales se conectan a un tubo de drenado vertical para su extracci&oacute;n de la mina. La recuperaci&oacute;n del gas gris&uacute; por este m&eacute;todo es baja, entre 10% y 18% del gas que normalmente se produce en la mina, aunque puede llegar a 30%; este m&eacute;todo es muy utilizado porque puede llegar a bajar la concentraci&oacute;n de gas en la cara de minado hasta en el 60%, reduciendo de esta manera el volumen de ventilaci&oacute;n. La calidad del gas depende de muchos factores, pero puede llegar a tener hasta 90% de metano. Hay una variaci&oacute;n conocida como de Perforaciones en &aacute;ngulo o cruzados (CMM), que tienen como fin desgasificar las rocas que sobreyacen y subyacen a las capas de carb&oacute;n; son cortas, se perforan en abanico hacia arriba o hacia abajo de la mina durante el minado y tienen el mismo objeto que la perforaci&oacute;n horizontal, excepto que est&aacute;n encaminadas a extraer el gas de las rocas encajantes.</p>      <p><i><b>3) Barrenos GOB o ca&iacute;dos-derrumbados (GM): </b></i>Son perforaciones verticales con una profundidad de hasta 4 o 15 metros por arriba de los mantos de carb&oacute;n que van a ser extra&iacute;dos. Se realiza antes del minado, con la idea de que, una vez que el minado ha pasado por ellos, la roca fracturada del ca&iacute;do o derrumbado (denominado GOB en ingl&eacute;s) genera gran permeabilidad, que permite que el gas que queda una vez extra&iacute;do el carb&oacute;n no regrese a la mina, sino que sea extra&iacute;do a superficie con la ayuda de un sistema de vac&iacute;o de las capas superiores del ca&iacute;do. La calidad del gas de los barrenos GOB es variable, pues mientras al principio es puro gas gris&uacute;, con el tiempo va diluy&eacute;ndose con el aire de la mina hasta llegar a concentraciones hasta de 35% de metano. La cantidad y calidad de gas de estos pozos puede ser considerable si se monitorean adecuadamente; su producci&oacute;n puede variar desde 2 Mpies<Sup>3</Sup>/ d&iacute;a hasta 100 Mpies<Sup>3</Sup>/d&iacute;a. En general, esta metodolog&iacute;a puede recuperar hasta el 50% de las emisiones de metano en las minas &#91;9, 12&#93;.</p>      <p><i><b>4) La Ventilaci&oacute;n (VAM)</b></i>: tiene por objeto diluir las concentraciones de gas gris&uacute; en el ambiente de la mina, con el fin de brindar seguridad a los mineros y a la operaci&oacute;n misma. La ventilaci&oacute;n tiene lugar a trav&eacute;s de extractores mec&aacute;nicos desde superficie, ya sea por t&uacute;neles inclinados o verticales. La cantidad de aire que fluye en cada mina es variable, dependiendo del tama&ntilde;o de la operaci&oacute;n, y va desde 91 m<Sup>3</Sup>/s a 140 m<Sup>3</Sup>/s, de manera que la calidad del aire se mantenga por debajo de los niveles de seguridad especificados, que normalmente son de 0.7-1% de metano en promedio &#91;10&#93;.</p>      <p><b><i>5) Gas presente en la mina despu&eacute;s de la explotaci&oacute;n del carb&oacute;n (AMM): </i></b>Una vez que la mina se abandona, el metano en ella comienza a concentrarse, producto de la desorci&oacute;n de las labores no explotadas. Este m&eacute;todo no se considera en este caso porque la mina a&uacute;n permanece activa.</p>      <p>De acuerdo con las caracter&iacute;sticas de la miner&iacute;a desarrollada en la Pe&ntilde;a de Socot&aacute;, el m&eacute;todo &oacute;ptimo para implantar en la mina La Esperanza ser&iacute;a el de desgasificaci&oacute;n preminado con perforaciones, conocido como CBM; seguido por la desgasificaci&oacute;n de la ventilaci&oacute;n (VAM). Los otros m&eacute;todos requieren introducir m&aacute;quinas de perforaci&oacute;n a las minas, lo que se dificulta en La Esperanza por la estreches y longitud de los inclinados.</p>      <p><b><i>C. M&eacute;todo &oacute;ptimo de desgasificaci&oacute;n en la Pe&ntilde;a de Socot&aacute;</i></b></p>      <p>Como se indic&oacute;, el m&eacute;todo &oacute;ptimo para la desgasificaci&oacute;n es el drenado de los mantos de carb&oacute;n del bloque carbon&iacute;fero que a&uacute;n no se han explotado, o CBM, el cual se debe proyectar sobre el costado oeste del bloque carbon&iacute;fero, pues es la zona de proyecci&oacute;n para la explotaci&oacute;n futura en la mina La Esperanza. Para el drenado de la zona de proyecci&oacute;n se deben perforar pozos verticales ubicados al menos 200 m al oeste de los frentes actuales, aunque lo ideal ser&iacute;a a 500 m (<a href="#f7">Figura 7</a>). Se debe considerar la posibilidad de fracturar la zona adyacente al pozo (fracking), a fin de incrementar la permeabilidad y facilitar el drenado del gas por las fracturas ocasionadas. En superficie hay que montar un sistema de captaci&oacute;n basado en bombas de succi&oacute;n o vac&iacute;o; las primeras extracciones llevar&aacute;n consigo agua, que disminuir&aacute; a medida que se abate el nivel fre&aacute;tico. Se debe tener un sistema de filtros que separe el agua del gas. El gas debe depositarse en tanques de gran tama&ntilde;o para controlar las presiones antes de transformarlo en energ&iacute;a para la mina. Espec&iacute;ficamente, el gas se podr&iacute;a ventear a la atm&oacute;sfera, se podr&iacute;a utilizar en la mina para alimentar calentadores o para generar energ&iacute;a, o se podr&iacute;a conectar a la red de gaseoductos del gas natural. La posibilidad de que la mina produzca su propia energ&iacute;a es muy atractiva, debido a los altos costos de energ&iacute;a que operan en Boyac&aacute; y en Colombia en general. La tercera posibilidad, que el gas producido se venda a los proveedores de gas, es posible, ya que el gas de CBM tiene, generalmente, muy buena calidad (metano&asymp;90%) y se podr&iacute;a adicionar directamente a la red de distribuci&oacute;n de gas natural &#91;2, 9&#93;.</p>     ]]></body>
<body><![CDATA[<p align="center"><a name="f7"></a><img src="img/revistas/rfing/v25n43/v25n43a05f7.jpg"></p>      <p>Los contenidos de gas asociado al carb&oacute;n (CBM) en la zona de Socot&aacute; son de los m&aacute;s altos encontrados en Boyac&aacute;; se han encontrado sobre 200 pies<Sup>3</Sup>/t a m&aacute;s de 400m de profundidad. Adicionalmente, la zona se considera gas&iacute;fera, porque son frecuentes los accidentes relacionados con explosiones por presencia de gas metano. A medida que avanzan los inclinados, y la miner&iacute;a se hace m&aacute;s profunda, los contenidos de gas aumentar&aacute;n por el aumento de la presi&oacute;n y del gradiente geot&eacute;rmico. Lo anterior porque se ha encontrado que, en Colombia, y espec&iacute;ficamente en Boyac&aacute;, los contenidos de gas metano aumentan con la profundidad &#91;2,9&#93;. Por esto se sugiere un programa de desgasificaci&oacute;n CBM preminado para intentar bajar los porcentajes de metano por debajo del 50%, si es posible. Para conocer la factibilidad del programa se sugiere un pozo piloto localizado al occidente de las actuales labores mineras (<a href="#f7">Figura 7</a>), con una profundidad cercana a los 600 m y que intercepte los mantos 1 al 4. Tambi&eacute;n se puede considerar la construcci&oacute;n de una red de varios pozos con separaciones entre 200 y500 m.</p>      <p align="center"><font size="3"><b>VI. Conclusiones</b></font></p>      <p>Las muestras de carb&oacute;n analizadas en la formaci&oacute;n Guaduas, en el bloque carbon&iacute;fero de la Pe&ntilde;a de Socot&aacute;, muestran un contenido variable de gas. Los mayores contenidos de gas desorbido (medido) se encontraron en el manto 1, con 83.49 pies&sup3;/t; el mayor contenido de gas total se encontr&oacute; en los mantos 1 y 2, con valores sobre 120 y 253 pies&sup3;/t. Se nota un ligero incremento del contenido con la profundidad; los mantos m&aacute;s profundos presentan contenidos mayores.</p>      <p>En general, las muestras analizadas tienen contenidos de gas apreciables, por el orden de los 100-200 pies&sup3;/t. Estos contenidos de gas presentan desaf&iacute;os para la miner&iacute;a, por el riesgo de explosiones, pero, igualmente, ofrecen buenas posibilidades para aprovecharlo como recurso energ&eacute;tico.</p>      <p>La realizaci&oacute;n de un pozo beneficiar&iacute;a la seguridad de las minas del sector, al drenar parte del gas presente en los carbones; esto, a su vez, reducir&iacute;a los costos de ventilaci&oacute;n.</p>      <p>Para la desgasificaci&oacute;n de la Pe&ntilde;a de Socot&aacute; se sugiere perforar varios pozos, teniendo en cuenta la futura zona de explotaci&oacute;n; esto permitir&aacute; tener mayores vol&uacute;menes de gas para utilizar en la mina o para comercializar.</p>      <p>Se sugiere perforar a profundidades mayores a 500 m, pues a esas profundidades los contenidos de gas podr&iacute;an ser mayores.</p>      <p>Se recomiendan ensayos de cromatograf&iacute;a de gases sobre algunas de las muestras de gases para precisar los contenidos de metano (CH<Sub>4</Sub>) y de otros gases que, como azufre (H<Sub>2</Sub>S), pueden ser letales.</p>      <p>Tambi&eacute;n se recomienda adelantar un c&aacute;lculo de reservas como base para determinar la factibilidad del proyecto.</p>      ]]></body>
<body><![CDATA[<p align="center"><font size="3"><b>Agradecimientos</b></font></p>      <p>Esta investigaci&oacute;n fue financiada por el Servicio Geol&oacute;gico Colombiano (SGC) y la Universidad Pedag&oacute;gica y Tecnol&oacute;gica de Colombia (UPTC), como parte de los convenios de investigaci&oacute;n 014 de 2014 y 025 de 2012.</p> <hr>      <p align="center"><font size="3"><b>Referencias</b></font></p>      <!-- ref --><p>&#91;1&#93; J. E. Mari&ntilde;o, <i>Estudios preliminares del gas asociado al carb&oacute;n (GAC o CBM) en Boyac&aacute;</i>, Trabajo de ascenso en el escalaf&oacute;n, Universidad Pedag&oacute;gica y Tecnol&oacute;gica de Colombia, Tunja, Colombia, 2010.    &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=5604965&pid=S0121-1129201600030000500001&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --></p>      <!-- ref --><p>&#91;2&#93; L. Mojica and J. E. Mari&ntilde;o, "Estado de la exploraci&oacute;n y posibilidades de gas asociado al carb&oacute;n (GAC) en Boyac&aacute; (Colombia)," <i>Bolet&iacute;n de Geolog&iacute;a</i>, vol. 35(2), pp. 31-41, 2013.    &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=5604967&pid=S0121-1129201600030000500002&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --></p>      <!-- ref --><p>&#91;3&#93; M. Orteg&oacute;n, <i>Valoraci&oacute;n de contenidos de gas metano asociado al carb&oacute;n y caracterizaci&oacute;n del carb&oacute;n de los mantos uno, dos, cuatro, en la pe&ntilde;a de Socot&aacute; al occidente del municipio de Socot&aacute;, con expectaci&oacute;n de adecuar un sistema de desgasificaci&oacute;n</i>. Proyecto de grado. UPTC-Sogamoso. Escuela de Ingenier&iacute;a Geol&oacute;gica, 2014.    &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=5604969&pid=S0121-1129201600030000500003&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --></p>      <!-- ref --><p>&#91;4&#93; B. Alvarado and R. Sarmiento, <i>Informe geol&oacute;gico general sobre los yacimientos de hierro, carb&oacute;n y caliza de la regi&oacute;n de Paz de R&iacute;o, Departamento de Boyac&aacute;</i>. 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Mari&ntilde;o, "Desarrollo del CBM en Colombia," in <i>Gas asociado al carb&oacute;n (CBM o GMAC). Geolog&iacute;a, contenidos, reservas, miner&iacute;a y posibilidades en Colombia</i>, pp. 110-130, Tunja, Colombia: UPTC, 2015.    &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=5604981&pid=S0121-1129201600030000500009&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --></p>      <!-- ref --><p>&#91;10&#93; Ministerio de Minas y Energ&iacute;a. <i>Decreto 1886 de 2015. 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Querol, "Estudio para identificar las capacidades de la miner&iacute;a de carb&oacute;n en el uso y aprovechamiento del gas metano asociado," Secretaria de Medio Ambiente y Recursos Naturales de M&eacute;xico, 2007.    &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[&#160;<a href="javascript:void(0);" onclick="javascript: window.open('/scielo.php?script=sci_nlinks&ref=5604987&pid=S0121-1129201600030000500012&lng=','','width=640,height=500,resizable=yes,scrollbars=1,menubar=yes,');">Links</a>&#160;]<!-- end-ref --></p> </font>      ]]></body><back>
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