ELEMENTOS BASICOS DE VENTILACION DE MINAS Ing. YESID CASTRO DUQUE 1 ELEMENTOS DE VENTILACION DE MINAS Ing. Minas Yesid Castro Duque – UFPS Trabajo presentado como requisito para ascenso en el escalafón docente UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER SEPTIEMBRE DE 2007
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ELEMENTOS BASICOS DE VENTILACION DE MINAS
Ing. YESID CASTRO DUQUE
1
ELEMENTOS DE VENTILACION DE MINAS
Ing. Minas Yesid Castro Duque – UFPS
Trabajo presentado como requisito para ascenso en el escalafón docente
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER SEPTIEMBRE DE 2007
ELEMENTOS BASICOS DE VENTILACION DE MINAS
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TABLA DE CONTENIDO
Pag.
INTRODUCCION 1
1. REFERENCIA HISTÓRICA DE LA VENTILACION 3
2. ATMÓSFERA MINERA 4
2.1. DESCRIPCIÓN DE LOS GASES MAS FRECUENTES EN MINAS 6
2.1.1. Grisú 6
2.1.2. Monóxido de carbono. 11
2.2. EFECTOS FISIOLOGICOS PRODUCIDOS POR LA PRESENCIA
DE GASES 16
2.3. FORMAS Y MEDIOS DE DETECCIÓN DE GASES 18
2.3.1. El Penitente 18
2.3.2. Lámpara de Llama abierta 19
2.3.3. Lámpara de Seguridad 19
2.3.4. Bomba de Fuelle. 22
2.3.5. Monitores digitales 25
3. AFOROS DE VENTILACIÓN 27
3.1. TEMPERATURAS 27
3.2. VELOCIDAD DEL AIRE 33
3.3. AREA 36.
3.4. CAUDAL 36
4. CÁLCULO DEL CAUDAL NECESARIO EN UNA OPERACIÓN MINERA 37
4.1. CAUDAL REQUERIDO PARA RESPIRACION DEL PERSONAL 37
4.2. CAUDAL NECESARIO PARA DILUIR EL GRISÚ 38
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4.3. CAUDAL NECESARIO PARA DILUIR GASES PRODUCTO DE LA
VOLADURA 38
4.4. CAUDAL NECESARIO PARA DILUIR GASES DE LA MAQUINARIA 40
4.5. CAUDAL NECESARIO PARA DILUIR POLVOS 47
4.6. CAUDAL NECESARIO PARA DILUIR OTROS GASES POR DEBAJO
DEL MAC. 47
5. INCIDENCIA DE FACTORES CLIMATICOS EN EL CÁLCULO DE LA
VENTILACIÓN PRINCIPAL. 49
6. TRADUCCIÓN DE UN EJEMPLO DE RESCATE DESPUÉS DE UNA TRAGEDIA POR EXPLOSIÓN DE METANO 53
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LISTA DE TABLAS Pag. TABLA No 1. COMPOSICION DE LA ATMOSFERA MINERA 4. TABLA No 2. CARACTERISTICAS DE LOS GASES MÁS FRECUENTES 12. EN LAS MINAS. TABLA No 3. HUMEDAD DE SATURACION HS 31. TABLA No 4. VALORES DE f APROXIMADO SEGÚN EL TIPO DE EQUIPO UTILIZADO 40. TABLA No 5. LONGITUDES EQUIVALENTES PARA LOS ELEMENTOS DE LA MINA 51.
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LISTA DE FOTOS Pag. Foto No. 1. Multidetector de Gases INDUSTRIAL SCIENTIFIC MG 140 7. Foto No. 2. Metanómetro OLDHAM EX 2000. 8. Foto No. 3. Equipo HAZ-DUST (Particulate Air Monitoring Equipement) de la UFPS 11. Foto No 4. Lámpara de llama abierta de HISPANIA. España 1951. 20. Foto No 5. Lámpara de la American Safety con Grisúmetro BERD – Mackie USA. 21. Foto No 6. Bomba Dragar (de fuelle) del laboratorio de minas de la UFPS. 25. Foto No 7. Monitor PRO GASBADGE de industrial Scientific. 26. Foto No 8. Multidetector M40 de INDUSTRIAL SCIENTIFIC para O2, CO, H2S y CH4 26. Foto No 9. Sicrómetro de Agitación del laboratorio de Minas de la UFPS. 28. Foto No 10. Sicrómetro de Assman del laboratorio de Minas de la UFPS. 29. Foto No 11. Sicrómetro Eléctrico del laboratorio de Minas de la UFPS. 29. Foto No 12. Sicrómetro digital. 30. Foto No 13. Anemómetro digital marca Testo del laboratorio de Minas de la UFPS. 35. Foto No 14. Anemómetro digital marca BRUNTON del laboratorio de Minas de la UFPS. 36
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LISTA DE ANEXOS Pág
ANEXO No 1. TRADUCCIÓN DE LA TRAGEDIA POR LA EXPLOSIÓN DE LA MINA EL SAGO. 55.
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INTRODUCCION
Este trabajo presenta una recopilación de algunos elementos básicos sobre
ventilación de minas, que ayudarán al estudiante de Ingeniería de Minas a
clarificar ciertos conceptos que no se encuentran en textos y Bibliografía en
general de esta área. Se hace un resumen de la atmósfera minera, el
comportamiento de los gases mas frecuentes en minas y los medios de detección
más comunes utilizados desde épocas pasadas hasta los de tecnología de punta
utilizados hoy en día. Con relación a los equipos, se muestran los que el
laboratorio de minas posee para el servicio de la comunidad académica de la
UFPS, haciendo relevancia a que este laboratorio posee equipos para realizar
aforos de ventilación, modernos y que muchas empresas e instituciones de la
región no poseen; esto para hacer que el estudiante tenga sentido de pertenencia
y ayude a cuidar tan importantes equipos que son básicos para brindar seguridad
en las visitas de campo realizadas a las diferentes minas.
Se hace también una comparación de la normatividad Colombiana actual sobre
higiene y seguridad, específicamente del decreto 1335 de 1987 (Reglamento de
seguridad en las labores subterráneas) en su título 2 sobre ventilación, con la
normatividad Chilena, país que posee una minería desarrollada y que sirve de
modelo de comparación para efectuar algunos análisis. De igual forma se realiza
la traducción de algunos ejercicios de textos en inglés y la solución de otros
planteados en los citados libros. Esperando que este trabajo sea una herramienta
aliada para los estudiantes de ingeniería de minas que sirva de consulta básica
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para entender y comprender la importancia de la ventilación de minas que debe
ser considerada como la vida de la mina.
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1. REFERENCIA HISTÓRICA DE LA VENTILACIÓN DE MINAS.
No se puede asegurar con exactitud, cuando se tuvo en cuenta un caudal
necesario de aire limpio y fresco para suplir las necesidades de respiración del
personal y diluir contaminantes; si se puede asegurar es que la ventilación de las
minas subterráneas se hacia necesariamente por supervivencia y esto viene
remontado a los inicios de la minería, donde se cavaban túneles o vías alternas
para suplir las necesidades de aire. Generalmente la ventilación de los apiques o
los túneles se hacia por difusión es decir una sola vía sin ningún medio para hacer
llegar aire a los frentes; pero a medida que se profundizaban o se avanzaba la vía,
las condiciones adversas hacían pensar en el principio básico de la ventilación:
tener una vía de salida y una de entrada independientes para el aire, lo que se
conoce hoy como ventilación natural.
“Los inicios de la Ventilación de Minas son difíciles de precisar, lo que sí puede
señalarse es que, antes del siglo XVI la mayoría de los requerimientos actuales de
ventilación, tales como suministrar el oxígeno necesario para la respiración de las
personas, diluir y extraer polvo y gases tóxicos, ya eran materia de estudios e
implementación de soluciones acorde con la época”1.
La ventilación natural, la cual consiste básicamente en el movimiento de masas de
aire al interior de las minas producto de diferencias de temperaturas entre las
labores y la superficie y de la diferencia de altitud entre las galerías conectadas
con superficie, fue ampliamente utilizada en los comienzos ; posterior a esto, se
utilizó las caídas de agua en los piques para inyectar aire fresco al interior de las
minas, también se encendían grandes hogueras en los piques para producir tiraje
y levantar el aire contaminado desde el interior de las minas, hacia superficie.
Luego se utilizaron grandes fuelles accionados por los mineros desde superficie y
el aire era conducido a través de pequeños ductos; de igual forma se utilizaban
pequeños ventiladores hechos en madera y movidos manualmente.
Eléctrico. Funciona con baterías de 1,5 voltios, la corriente eléctrica sirve
para accionar un pequeño molinete o ventilador que será el encargado de
generar la corriente de aire necesaria para la medición, de igual forma que
el Assman la humectación del bulbo para medir la temperatura húmeda
tiene que hacerse en forma manual; el sicrómetro de la imagen no puede
ser utilizado en ambientes grisutuosos por no poseer hermeticidad
(seguridad intrínseca) y estar expuesto a generación de chispas. (véase
Foto No. 11)
Digital. Es un equipo muy práctico ya que suministra directamente la
lectura de la humedad relativa, mientras que con los demás hay que utilizar
un nomograma o se calcula mediante fórmula. (Véase Foto No 12).
Foto No 9. Sicrómetro de agitación del laboratorio de Minas de la UFPS
Bulbo húmedo
Bulbo Seco
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Foto No. 10. Sicrómetro de Assman del Laboratorio de Minas de la UFPS
Foto No 11. Sicrómetro eléctrico del laboratorio de minas de la UFPS
Molinete
Termómetros
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Foto No 12. Sicrómetro digital. Fuente digital Instruments. Multiples Ltda.
La humedad relativa (HR) se calcula en base a una fórmula:
HR = (HA/HS)*100
Donde: HA es la humedad absoluta HS) es la humedad de saturación. . (HA) es la cantidad expresada en gramos del vapor de agua contenido en un metro cúbico de aire a aquella determinada temperatura. (HS) es la cantidad máxima en gramos de vapor ácueo que puede contener un metro cúbico de aria a aquella determinada temperatura. La deferencia entre humedad absoluta y saturada es clara, generalmente la absoluta es siempre más baja que la saturada.
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Con la Tabla No 3 se puede calcular la humedad de saturación a partir de una temperatura dada.
Tabla No 3.Humedad de saturación HS
Temperatura (°C) HS (g/mc)
-5 3.3
0 4.8
5 6.8
10 9.4
14 12.0
18 15.3
24 21.6
25 22.9
26 24.2
30 30.1
Otra forma de obtener la humedad relativa es el nomograma utilizado con los
sicrómetros de agitación y eléctrico (Chart). El procedimiento es sencillo:
Se humedece el bulbo húmedo y se inicia la agitación del sicrómetro, si es
el de Assman se le da cuerda o se enciende si es el eléctrico.
Se esperan entre 1 y 5 minutos para tomar la lectura.
Con la ayuda del Nomograma se interpolan las temperaturas seca y
húmeda y se obtiene el porcentaje de humedad relativa. (véase La figura
No. 3)
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Figura No 3.. Nomograma para Cálculo de la Humedad Relativa
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3.2. VELOCIDAD DEL AIRE.
Es una medida fundamental en la realización de aforos de ventilación pues
conociendo la velocidad del aire y la sección de la vía podemos conocer la
cantidad de aire que fluye por determinada vía; para determinar este parámetro se
utiliza el anemómetro.
Tipos de Anemómetro.
Mecánico. Es un pequeño aeromotor, que posee una rueda alada de aluminio,
cuyo número de revoluciones es proporcional a la velocidad del aire, impulsa un
mecanismo indicador, que posee una graduación que permite registrar el camino
recorrido por el aire en un cierto tiempo de medición.
V = Lectura del instrumento ft o m. / tiempo controlado min.
El tiempo va de 1 a 4 minutos; el rango oscila entre 9 a 1500 m. / min.
Digital. Tiene un rango de 50 a 6000 ft/min. o de 0.2 a 30 m/seg., utiliza una
batería de 9V (Véase fotos No. 13 y 14).
Existen criterios para efectuar las mediciones:
a) Método lectura central:
El anemómetro se ubica en el centro de la labor y se realiza una sola medición
durante un minuto. El resultado de la medida debe castigarse en un 20 % para
obtener la lectura real.
Vel. Medida = Vm = D/T
D = distancia.
T= Tiempo
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Vel. Real = 0.8 * Vm (recomendable para labores con secciones libres menores o iguales a
4 m2.)
b) Método de lectura traversa:
Utilizado para labores con secciones mayores a 4 m2 y labores de corrientes
principales de ventilación por las cuales circula aire fresco.
.- Traversa continua. Consiste en planificar un recorrido por toda la sección. Este
movimiento se hace lentamente y los cambios de dirección, en forma
perpendicular. Se debe tomar o controlar el tiempo de barrido y se debe llegar a
unos 10 cm. de los respaldos.
Vr = V medición * (S - 0.47/S) Corrección
La fórmula indicada es para labores mayores a 2 m. de altura libre, en la cual se
utiliza varilla de extensión y el operador se ubica al costado del instrumento lo más
escondido posible (S : sección de la labor mts2).
Vr = V medición * 1.14 Esta fórmula es utilizada para labores de altura libre menores a 2m.
El operador se ubica frente a la corriente (Anemómetro en la mano).
La ecuación general para determinar el caudal de aire en cualquiera de las dos
situaciones estará dado por:
Q= S * Vmed * C
- Traversa discontinua:
Método del reticulado: Se divide la sección en ocho a 24 cuadrados y en cada
uno de ellos se hace una medición central (tiempo 1 min).
Vm = Vmi/n
Vr = (0,95 - 1)*Vm
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c. Método Posicional. (Discontinua).
En cada punto de medida se mantiene el anemómetro durante un tiempo breve
predeterminado (10 - 12 seg). Tiempo máximo 2 minutos.
Si el número de posiciones es igual a 12, entonces t = 10seg.
Vm = distancia acumulada (m) / tiempo acumulado (seg.)
d. Método Cardinal.
Vm = Vm1 + Vm2 + Vm3 + Vm4/4
Vr = 0.97 * Vm
Vmi = promedio de las mediciones hechas en cada punto en m/seg..
Foto No 13. Anemómetro digital marca Testo del laboratorio de Minas UFPS
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Foto No 14. Anemómetro digital marca BRUNTON del laboratorio de Minas UFPS
3.3. ÁREA
Comprende la medida de la sección libre interna de los elementos de
sostenimiento; o sea, el espacio por el cual se puede desplazar la corriente de
aire. Las secciones son comúnmente trapezoidales, circulares, cuadradas
rectangulares y elípticas. Para determinar su área se hace mediante el desarrollo
matemático de su fórmula
3.4. CAUDAL
Este es otro parámetro importante cuando se realizan aforos. Este se calcula
mediante la fórmula:
Q = V* A
Donde:
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V = Velocidad del aire m/seg.
A = Área m2
4. CALCULO DEL CAUDAL NECESARIO EN UNA OPERACIÓN MINERA.
Para realizar el cálculo de la cantidad de aire necesario en una labor o en una
mina subterránea, se tendrá en cuenta la normatividad Colombiana,
específicamente el decreto 1335 de 1987, Reglamento de seguridad en las
labores subterráneas. Se harán algunas comparaciones con la normatividad de
otros países citando ejemplos numéricos.
Son varios los parámetros a tener en cuenta para obtener la cantidad de flujo de
aire necesario en un ambiente minero, básicamente los caudales necesarios y
básicos a calcular son:
Caudal requerido para la respiración el personal. Q1.
Caudal necesario para diluir el Grisú (metano) Q2.
Caudal necesario para diluir gases producto de la voladura Q3.
Caudal necesario para diluir gases de maquinaria Q4.
Caudal necesario para diluir polvos Q5.
Caudal necesario para diluir otros gases por debajo del límite permisible Q6.
4.1. CAUDAL REQUERIDO PARA LA RESPIRACIÓN DEL PERSONAL Q1.
Para Colombia es necesario tener en cuenta el artículo 28 del decreto1335/87:
“El volumen de aire que circule en las labores subterráneas, debe calcularse
teniendo en cuenta el turno de mayor personal, la elevación de estas sobre el nivel
del mar, gases o vapores nocivos y gases explosivos e inflamables, cumpliéndose:
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1. Excavaciones mineras hasta 1.500 m.s.n.m. 3m3/min. por cada trabajador.
2. Excavaciones mineras de 1.500 m.s.n.m., en adelante 6 m3/min. por cada
trabajador
Teniendo en cuenta lo anterior tenemos:
Q1= q x n
Donde:
q = Caudal de aire por persona (m³/min)
n = Numero máximo de personas en las labores.
Para Alemania se contemplan 6 m3/min. por cada trabajador y para CHILE el
Artículo. 132, D.S. Nº 132 (Reglamento de Seguridad Minera, Ministerio de
Minería, CHILE) contempla 3m3/min. por cada trabajador.
4.2. CAUDAL NECESARIO PARA DILUIR EL GRISÚ (METANO) Q2.
Q2 = k x p
Donde:
k = Constante para diluir grisú equivalente a 0,0694
p = Producción máxima en la labor (ton).
Q2 = Caudal requerido según el desprendimiento de grisú (m³/min.)
4.3. CAUDAL NECESARIO PARA DILUIR GASES PRODUCTO DE LA
VOLADURA Q3.
Q3 = 100*a*A/0.008*t
Donde:
a = Constante para dilución de gases producidos por la voladura equivalente 0,04
(m³/kg).
A = Kilogramos de explosivo (Kg.)
t= tiempo de aireación después de la voladura 30 min.
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El parámetro de la constante a se basa en la referencia que un Kilogramo de
explosivo produce 0.040 m3 de gases especialmente de Nitrososos.
EJERCICIOS DE VENTILACIÓN
Se tiene una mina con una producción de 150 ton/día y sabemos que la
desgasificación es de 8 m3/ton. La producción se extrae en dos turnos. Si
queremos mantener la concentración de CH4 en 1%, cuál será la cantidad de aire
necesario?8
Solución.
Tenemos que calcular el Volumen de Metano que se desprende en la mina en 24
Horas (volumen de desgasificación)= q.
q = 150 ton./día * 8 m³/ton q = 1200 m³/dia
Aplicamos La siguiente fórmula:
Q = 100 * q / (24 * 60 * V.L.P)
Donde V.L.P es el límite permisible del CH4 1%.
Q = 83,33 m³/min.
Ahora si aplicamos un factor de seguridad del 30% obtenemos un Caudal final
igual a:
Q = 108,33 m³/min.
________________________
8. Elementos de ventilación. Alonso Herrera. Pg. 23 UPTC 1996.
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Observamos en este ejercicio otra formula opcional a la planteada en la página 38;
siendo desfavorable por que al utilizar la del ejercicio, debemos medir la cantidad
de gas por tonelada que se desprende en las diferentes labores mineras.
4.4. CAUDAL NECESARIO PARA DILUIR GASES DE MAQUINARIA Q4
Para el cálculo de este caudal se debe tener en cuenta el artículo 28, parágrafo 2
del decreto 1335/87:
Parágrafo2. En las labores subterráneas donde haya tránsito de maquinaria
Diesel (locomotoras, transcargadores) debe haber el siguiente volumen de aire por
contenido de CO en los gases del exosto:
6 m3/min. por cada HP si los gases del exosto no superan los 0.12% de
contenido de CO.
4 m3/min. por cada HP si los gases del exosto no superan los 0.08% de
contenido de CO
El resultado obtenido se multiplica por un factor de corrección f, que depende del
tipo de máquina y si posee o no filtro catalizador
Tabla No 4. Valores de f aproximado según el tipo de equipo utilizado m3/min.
TIPO DE MAQUINA con filtro sin filtro
Pala cargadora 1.08 2.16
Volquetas 0.67 0.84
Locomotoras 0.65 0.82
Fuente. Elementos de ventilación de Minas. Alonso Herrera .UPTC 1996.
En Alemania Se ha fijado un volumen mínimo de aire de 6 m³/minuto por persona,
al cual deben agregarse entre 3 y 6 m³/minuto por cada caballo de vapor de los
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motores diesel que operan en la mina (cuando la concentración de CO en el aire
es de 0,06 a 0,12 %).
Para Chile la normatividad contempla suministrar 2.83 m3/min. por cada HP motor
de todo equipo diesel en operación (equivalente a 100 ft3/min. por cada HP
motor).Art. 132, D.S. Nº 132, Reglamento de Seguridad Minera, Ministerio de
Minería, CHILE.
EJERCICIO.
De acuerdo a la normatividad Colombiana, específicamente al decreto 1335 de
1987, compare el ejercicio problema de Chile y determine los caudales necesarios
para maquinaria y personal de la misma mina pero en Nuestro país.
La forma de operación en cuanto a la utilización de equipos de carga, transporte y
otros, se puede tomar como referencia los equipos utilizados en la explotación de
mineral de hierro en la Mina del Uvo de Acerías Paz del Río, donde se utilizan
equipos diesel transloader (L.H.D), para el cargue, el transporte y el descargue;
para perforación utilizan equipos autopropulsados diesel Jumbos de perforación.
1. Descripción del Problema
Se planea explotar un yacimiento de Cobre, según el método de explotación
subterránea Sub Level Stoping (S.L.S.); uno de los requerimientos centrales del
proyecto, dice relación con el diseño, cálculo y dimensionamiento del Sistema de
Ventilación Principal que deberá implementarse para atender las diversas
operaciones minero-subterráneas, cuenta tenida de los principales contaminantes
a controlar.
2. Normativa a cumplir [9]
Art. 132, D.S. Nº 132 (Reglamento de Seguridad Minera, Ministerio de Minería, CHILE)
Art. 135, D.S. Nº 132
Art. 138, D.S. Nº 132
_____________________________
[9]: Entidades fiscalizadoras estatales: - SERNAGEOMIN (MINISTERIO DE MINERÍA DE CHILE)
- MINISTERIO DE SALUD
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Art. 144, D.S. Nº 132
Art. 66, D.S. Nº 594 (Reglamento sobre Condiciones Sanitarias y Ambientales Básicas en Lugares
de Trabajo, Ministerio de Salud, CHILE).
Art. 136, 137, 139, 141, 142, 143, 145, 146, 147, 148, 149, 150 y 151, D.S. Nº 132 (Reglamento de
Seguridad Minera, Ministerio de Minería, CHILE)
CASO PRÁCTICO: SISTEMA DE VENTILACIÓN PRINCIPAL - MINA MODELO
3. Datos
Método de explotación: Sub Level Stoping (S.L.S.)
Ritmo de producción: 1500 Toneladas por día
Cota base yacimiento : 600 m.s.n.m.
Densidad promedio del aire en la faena: 0.07 lbs/ft3
Acceso principal desde superficie: Rampa
Longitud rampa principal desde: 2000 m.
Superficie hasta caserón base
Sección rampa principal: 5.5m. x 5.0 m.
Diferencia de cota entre superficie y piso del yacimiento base: 200 m.
Número máximo de personas por turno: 15 personas
Parque de equipo diesel operativo: 3 camiones de bajo perfil x 270 HP+ 3 LHD x
230 HP+ 2 vehículos livianos x 110 HP
Equipo diesel en Desarrollo: Se utilizará LHD´s de producción
Características eléctricas de la faena: Corriente trifásica, 380 voltios ; 50 Hz.
4. Solución
De acuerdo a datos recopilados, los cuales incluyen planos de diseño de
explotación y de acceso principal a la mina, más la experiencia registrada en
faenas subterráneas de características similares, se percibe como una buena
opción: ventilar la mina mediante Sistema de Ventilación Aspirante.
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4.1 Requerimiento de caudal de aire
El mayor contaminante ambiental producido en la aplicación de este método de
explotación (S.L.S.), son los gases emitidos por los equipos diesel; de acuerdo a lo
anterior, y para efectos de cálculo del caudal de aire de ventilación, deberá
determinarse tal caudal de acuerdo a la normativa de suministrar 2.83 m3/min. por
cada HP motor de todo equipo diesel en operación (equivalente a 100 pie3/min.
por cada HP motor) [10].
Al caudal de aire obtenido según flota diesel operativa, se le deberá agregar el
caudal requerido por la totalidad de personas trabajando al interior de la rampa [11].
4.1.1 Equipos:
3 camiones x 270 HP
3 LHD x 230 HP
2 vehículos livianos x 110 HP
Requerimiento de aire (Equipos)
i) Q camión = 270 HP x 100 ft3/min.
+ 270 HP x 100 ft3/min. x 0.75 [12]
+ 270 HP x 100 ft3/min. x 0.50 [12]
_________________________________
Q camión = 60750 pie3/min.
________________________
[10]: Art. 132, D.S. Nº 132, Reglamento de Seguridad Minera, Ministerio de Minería, CHILE.
_________________________ [11]
: Art. 132 y 138, D.S. Nº 132, Reglamento de Seguridad Minera, Ministerio de Minería, CHILE
_________________________
[12]: 0.75 y 0.50 corresponde a factores de corrección utilizados para la estimación de caudal en los
casos en que equipos, del mismo tipo, operen en serie dentro del mismo circuito (0.75, para
segundo equipo en serie; 0.50, para tercero y posteriores).
Ejemplo Traducido de la página 61 ejemplo 3.4 de Howart L. Hartman.
Un gas fluye a través de un estrato en una mina a razón de 90 c.f.m.; si la
concentración de este gas en el aire es normalmente de 0,25% y el V.L.P. es de
1%; ¿qué cantidad de aire fresco se requiere para diluir este gas? Rta. 11.880
c.f.m.
Solución.
Aplicando la fórmula del Q6 tenemos:
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Q6= Qg * (1- MAC)/(MAC-B)
Qg. = 90 c.f.m.
MAC = 1%
B = 0,25%
Q6= (90 c.f.m.* (1-1/100)/ (1/100-0,25/100))
Q6= 11.880 c.f.m. = 336, 4 m3/min.
Ejercicio Propuesto
En una aparición espontánea de CO2 se liberan 0,045 c.f.m. ¿qué cantidad de aire
fresco se requiere para diluir este gas?
5. INCIDENCIA DE FACTORES CLIMATICOS EN EL CÁLCULO DE LA
VENTILACION PRINCIPAL
El parámetro a obtener para el cálculo del ventilador principal para una mina es la
potencia, la cual esta relacionada directamente con la depresión total y el caudal
de aire necesario en las operaciones mineras. La depresión debe ser corregida de
acuerdo a la altura sobre el nivel del mar del sitio donde se va a instalar el
ventilador, por lo que se hace necesario hacer la relación entre el peso específico
del aire a condiciones normales y el peso específico del aire a la altura de la labor
minera.
Z = wh/wo
Donde:
Z = Corrección por altura
wh = Peso específico del aire a la altura de la labor (Kg./m³)
wo = Peso específico del airea condiciones Normales = 1,22 (Kg./m³)
wh = (0,462*Pb)/ (273 + Ts)
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Pb = Presión barométrica en mm. Hg.
Pb = 760 *(1-(0.0065 * h/Ts))5.255
Donde:
h = Altura sobre el nivel del mar donde se va a instalar el ventilador m.s.n.m.
Ts = Temperatura seca °C.
Ley general de la ventilación:
Ht = R * Q ²
Ht.= Depresión Total mm. col. H2O
R = Resistencia aerodinámica weisbach. Wb.
Q = Caudal m³/seg.
Potencia:
P = (Qt * Ht)/102
P = Potencia Kw.
Ht = mm. Col. H2O
Q = m³/seg.
El parámetro a calcular es la resistencia aerodinámica, el cual se puede obtener
por varios métodos, aquí vamos a tratar el que consideramos más preciso y es el
extractado del libro Mining ventilación and Air conditioning de HOWART
HARTMAN; el caudal se calcula teniendo en cuenta las diferentes necesidades
particulares de cada mina para respiración de personal y dilución de gases y
polvos contaminantes.
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R = (k*P*(L+Leq))/A³
K = coeficiente aerodinámico N seg.²/m4 = Kg./m³
P = perímetro de la vía m.
L = longitud de la vía m.
Le = longitud equivalente m.
A = Sección de la vía m2
R = N seg²/m8
Tabla No 5.Longitudes equivalentes para los elementos de la mina
ft m
Curva aguda redondeada 3 1
150 45
70 20
Curva abierta redondeada 1 1
Curva obtusa redondeada 1 1
15 5
70 20
20 6
65 20
1 1
10 3
1 1
20 6
30 10
200 60
60 20
30 10
coche ocupa 20% del área 100 30
coche ocupa 40% del área 500 150
Curva aguda fuerte
Curva abierta fuerte
Elemento
Unión a 90º
contracción gradual
contracción abrupta
Expansión gradual
Expansión abrupta
División o rama recta
codo 90ª
Unión o rama recta
Curva obtusa fuerte
Puerta
Entrada aire
Salida o descarga
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Ejercicio.
Determinar el Ht de la mina de la figura teniendo en cuenta que el caudal Q = 9,44
m3/seg. y el coeficiente aerodinámico de rozamiento del aire es de k = 0,0232
Kg./m3
I A
F E
H G D C
B
B Contracción gradual
D contracción abrupta
H Expansión gradual
Solución:
Vía L Leq L+Leq P A Ht
m m m m m m m2
Pa
AB 3,048 6,096 246,88
BC 2,4384 2,4384 243,84 1+1 245,84 9,7536 5,94579456
CD 2,4384 2,4384 106,68 5 111,68 9,7536 5,94579456
350,52 7 357,52 9,7536 5,94579456 34,29790224
DE 1,524 2,134 30,48 23 53,48 7,316 3,252216
EF 1,524 2,134 76,2 20 96,2 7,316 3,252216
FG 1,524 2,134 30,48 20 50,48 7,316 3,252216
GH 1,524 2,134 121,92 20 141,92 7,316 3,252216
342,08 7,316 3,252216 150,416406
HI 3,048 6,096 243,84 22 265,84 18,288 18,580608
AB 3,048 6,096 246,88 246,88
490,72 22 512,72 18,288 18,580608 3,022029379
Ht 188 Pa
Sección
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Nota. En el Tramo AB no se tiene en cuenta la longitud equivalente de entrada de aire, ya que el
sistema de ventilación principal es soplante y en la entrada se ubica el ventilador; caso contrario si
el sistema fuese aspirante no se tendría en cuenta la longitud equivalente por descarga de aire.
Si queremos obtener la potencia del ventilador convertimos los 188 Pa en mm. Col
H2O
188 Pa. * 0,101973 mm. col. H2O /1 Pa = 19,17092 mm.Col H2O
P = (Qt * Ht)/102
P= 9,44 m3/seg. * 19,17092 mm. Col H2O/102 = 1,7742 Kw.
6. TRADUCCIÓN DE UN EJEMPLO DE RESCATE DESPUÉS DE UNA
TRAGEDIA POR EXPLOSIÓN DE METANO.
Se realiza esta traducción para mostrar la importancia del monitoreo de gases y el
aseguramiento de una buena ventilación para hacer segura la atmósfera de una
mina de carbón; además se busca hacer entender la importante relación entre la
ventilación y la seguridad de las minas subterráneas.
En este anexo se destaca la tecnología de punta que poseen las autoridades
mineras de los Estados Unidos para realizar el rescate de mineros víctimas de una
explosión de metano en una mina de Virginia.
El resumen trata de una explosión ocurrida en la mina El Sago de la compañía de
explotación minera Ander West Virginia en USA, ocurrida el Lunes 2 de Enero de
2006 aproximadamente a las 6:30 de la mañana; que arrojo un resultado de 12
mineros muertos y un minero gravemente herido.
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Los equipos de rescate minero rescataron al minero que sobrevivió y recuperaron
las víctimas durante la mañana de 4 de Enero de 2006; en el anexo No. 1 se
muestra cronológicamente las labores de rescate de las víctimas de esta tragedia
ocurrida en la mina El Sago.
Hay que destacar algunos equipos y técnicas utilizadas en el rescate; un elemento
básico es la utilización de filtros autorrescatadores (SCSR); los cuales son
elementos esenciales en la minería del carbón subterránea en los países
desarrollados. Por su alto costo este tipo de equipos no es utilizado en la minería
del país.
El autorrescatador es un dispositivo de protección respiratoria que utiliza un
elemento catalizador que convierte el CO de la atmósfera en CO2. Este equipo
está diseñado para una concentración no superior a 1,5% de CO y la
concentración de Oxígeno no debe ser inferior a 18% por volumen. El proceso de
catalización (CO+O2 = CO2+282,99 KJ) genera temperatura, la que se reduce en
el reductor de temperatura. La humedad generada en el proceso es absorbida en
el filtro secador.
En el resumen se describe una técnica de monitoreo de gases después de
haberse presentado la explosión, la atmósfera se torna altamente insegura, por
ello desde superficie se realizan perforaciones verticales a través de las cuales se
introducen sondas con sensores que detectan los gases presentes, mostrando un
diagnóstico preciso para que las cuadrillas de rescate puedan acceder una vez las
condiciones hallan mejorado.
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BIBLIOGRAFIA:
TOMAS CHARRYS, Héctor Naranjo. Ventilación de Minas. HERDELIA AGUIRRE, José Velásquez. Ventilación de Minas. WILLIAM CASTRO M. Ventilación Secundaria FLOYD. C. BOSSARD. A manual of mine ventilation design. Practices. NATIONAL COALBOARD. Ventilation in coal mines. VIDAL OMEGA. Explotación de minas II tomo. DEVCO. Mina Examiner/Shotfirer. Depot. Of mines and minerals state of Illinois. Practical mining manual. HARTMAN HOWART. Mining ventilation and Air conditioning. MINISTERIO DE MINAS-CARBOCOL. Reglamento de seguridad de labores subterráneas. Decreto 1335 de 1987. MINMINAS. Resolución No. 6 0351 del 29 de junio de 1993. MINMINAS. Decreto 3290 de 2003. Especificaciones Técnicas para la presentación de
planos y mapas aplicados a la Minería. http://mineria.iespana.es www.msha.gov. Mine Safety and Health Administration (MSHA) www.ingeominas.gov.co
www.vdmconsultores.cl www.eltiempo.com www. Indsci.com. INDUSTRIAL SCIENTIFIC CORPORATION Diario El Tiempo. Diario La Opinión.