Universidad Andrés Bello Facultad De Ingeniería Ingeniería Civil En Minas PROYECTO DE DISEÑO TÉCNICO Y ECONÓMICO DE SISTEMA DE VENTILACIÓN DE MINA TRINIDAD, LEBU Proyecto De Título Para Optar Al Título De Ingeniero Civil En Minas Alumno: Esteban Alejandro Sanhueza Aguayo Profesor Guía: Jorge Antonio Villarroel Villalobos Concepción, Chile 2020
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Universidad Andrés Bello
Facultad De Ingeniería
Ingeniería Civil En Minas
PROYECTO DE DISEÑO TÉCNICO Y ECONÓMICO DE SISTEMA DE VENTILACIÓN
DE MINA TRINIDAD, LEBU
Proyecto De Título Para Optar Al Título De Ingeniero Civil En Minas
En el contexto de la pequeña minería de carbón, es necesario tener una buena ventilación,
debido a que cada vez que se hace un avance en este tipo de trabajo, es necesario
actualizar, ya que, el gas metano, es un gas que es necesario diluir con rapidez porque
al ser un gas inflamable, pone en riesgo la vida de todas las personas dentro del sector.
Los riesgos y peligros al ambiente laboral, creados en el interior de una mina subterránea,
por una mala ventilación son muchos, pasan de reducción en la capacidad
funcionamiento de los equipos, a graves enfermedades que imposibilitan realizar las
actividades laborales a las personas en exposición, para evitar esto, es muy importante
tener claro dos datos fundamentales para evaluar las condiciones de ventilación, en
primer lugar la cantidad de aire que hace ingreso a la mina, así como también la caída
de presión, otro aspecto es establecer las necesidades de caudal que indica la ley, ya
que a partir de ese resultado se determina la cantidad segura de aire, esta cifra es
respaldada por los cálculos hechos a base de los decretos supremos 594 de Higiene y
Seguridad del Ministerio de Salud y el 132 de Seguridad Minera del Ministerio de Minería.
Para poder llevar a cabo el estudio del caudal actual Mina Trinidad, fue necesario ver el
equipo que está encargado de velar por la ventilación, que es el compresor, dadas las
características de este equipo, llegamos a la conclusión que la cantidad de aire que
estrega a la mina es de 30,42 m3/seg, cuyo dato es bastante menor comparado con el
obtenido mediante los requisitos óptimos dados por el Decreto Supremo 132 de
Seguridad Minera, con dicha ley el requisito es de 400 m3/seg., de los cuales, el aire se
dividen para los trabajadores (1,8 m3/seg.), para diluir los gases emanados por los
explosivos (0,7 m3/seg.), al ser un mina de carbón se desprende gases como metano o
gases anhídridos carbónicos (1,55 m3/seg.), para disminuir la temperatura de la faena
minera (328,58 m3/seg.) y también para la emisión por producción (0,7 m3/seg.). Por lo
tanto, es necesario actualizar la malla de ventilación.
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En la Mina Trinidad, usan como ventilación principal el compresor dicho equipo libera
aceite de motor, lo cual puede perjudicar más aún la vida de los trabajadores, por lo tanto,
es necesario cambiar el ventilador por uno mecánico, con ello se elimina las emisiones
de aceite de motor por parte del compresor.
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ABSTRACT
In the context of small coal mining, it is necessary to have good ventilation, because every
time progress is made in this type of work, it is necessary to update, since methane gas
is a gas that is necessary dilute quickly because, being a flammable gas, it puts the lives
of everyone in the sector at risk.
The risks and dangers to the work environment, created inside an underground mine, due
to poor ventilation are many, they go from a reduction in the ability to function of the
equipment, to serious diseases that make it impossible to carry out work activities for
people in exposure, To avoid this, it is very important to be clear about two fundamental
data to evaluate the ventilation conditions, firstly the amount of air that enters the mine,
as well as the pressure drop, another aspect is to establish the flow needs that The law
indicates, since the safe amount of air is determined from this result, this figure is
supported by the calculations made based on the supreme decrees 594 of Hygiene and
Safety of the Ministry of Health and 132 of Mining Safety of the Ministry of Mining.
In order to carry out the study of the current Trinidad Mine flow, it was necessary to see
the equipment that is in charge of ensuring ventilation, which is the compressor, given the
characteristics of this equipment, we came to the conclusion that the amount of air that
drains to the mine is 30.42 m3 / sec, whose data is much lower compared to that obtained
through the optimal requirements given by Supreme Decree 132 on Mining Safety, with
said law the requirement is 400 m3 / sec., of the which, the air is divided for the workers
(1.8 m3 / sec.), to dilute the gases emanating from the explosives (0.7 m3/ sec.), being a
coal mine, gases such as methane or gases are released Carbonic anhydrides
(1.55 m3/sec.), to reduce the temperature of the mining site (328.58 m3/ sec.) and also for
production emissions (0.7 m3/ sec.). Therefore, it is necessary to update the ventilation
mesh.
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In Mina Trinidad, they use the compressor as the main ventilation, said equipment
releases motor oil, which can further harm the lives of workers, therefore, it is necessary
to change for a mechanical one, thereby eliminating emissions of engine oil from the
compressor.
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OBJETIVOS
Objetivo general
Evaluar un modelo de ventilación minera que cumpla en el aspecto técnico y económico,
que asegure la respiración humana, que disminuya la temperatura del ambiente y que
pueda repeler el material particulado y gases nocivos en Mina Trinidad.
Objetivos específicos
Evaluar la condicionante actual en la Ventilación de la Mina Trinidad.
Evaluar la ventilación en el carácter técnico, mediante el uso de distintos tipos
de ventiladores, como su funcionalidad aspirante o impelente.
Evaluar los cumplimientos de la normativa de seguridad y ventilación.
Diseñar un sistema de Ventilación que dé solución a la problemática actual de
la Mina.
Evaluar los distintos tipos de ventilación auxiliar existente.
Evaluar los costos de la ventilación.
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ALCANCE
Se estudiará los caudales necesarios, según el siguiente apartado: El Art. N°
138 del D.S. N° 72., exige una corriente de aire fresco de no menos de tres
metros cúbicos por minuto (3 m³/ min.) Por persona, en cualquier sitio del
interior de la mina2.
Dentro de los gases exhalados, solo se considerará en la exhalación humana
el dióxido de carbono (CO2) mientras que los gases de minería, se considerará
gases liberados por el carbón, entre ellos el Metano (CH4).
Se evaluará también con el uso de cálculos matemáticos, mediante fórmulas,
como la caída de presión y el caudal en la frente de trabajo.
Serán excluidas consideraciones de tipo termodinámico como metodologías
de estimación de caudales.
2 SERNAGEOMIN (2008), Departamento de seguridad minera [Internet] recuperado de https://www.sernageomin.cl/wp-content/uploads/2018/12/200812GuiaVentilacionMinas.pdf.
En la mina Trinidad de Lebu, donde se explota carbón, se proyecta una mejora en su
ventilación actual. Las condiciones que presenta esta mina no son las más óptimas para
que sus trabajadores den el mejor rendimiento en su jornada laboral, hay parámetros a
mejorar como la temperatura y el exceso de material particulado de carbón al ambiente,
problemáticas a solucionar para lo cual se presenta este proyecto.
En la mina se evidencian varias deficiencias en el tema de ventilación, sobre todo en las
frentes de trabajo, lo cual se ve reflejado en la cantidad de mineral explotado o en otras
palabras, el tonelaje extraído por día. Este no supera los 10 carros de carbón diarios
(aproximadamente 6 m3/día), el cual no es el esperable para la cantidad de personas que
trabajan dentro (Cerca de 9 personas), es decir, la empresa genera una baja producción
para las cantidades señaladas, cabe recalcar que el manto de carbón que se explota es
cercano a los 2 metros de alto con 4 metros de ancho, en condiciones óptimas se podría
alcanzar 16 m3/día.
La faena minera representa un alto esfuerzo físico, esto resulta en una sudoración
excesiva del cuerpo, generando que las ropas del trabajador queden empapadas,
disminuyendo así su desempeño, como su capacidad de trabajo e impactando
directamente en la producción. La diaforesis provoca la impregnación del material
particulado, éste puede provocar problemas respiratorios y generar neumoconiosis, más
conocida como “la enfermedad de los pulmones de carbón”, además mencionar que ese
mismo material particulado provoca una condición alarmante en el ambiente de trabajo,
por la generación de gas metano, también conocido como gas grisú, en este tipo de
condiciones se puede generar una detonación haciéndolo explotar, desencadenado
resultados fatales para los trabajadores.
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METODOLOGÍA
De acuerdo con el estudio de McPherson, el flujo de la información en un estudio de
ventilación debería estar compuesto por las siguientes etapas.
ILUSTRACIÓN 1 ANÁLISIS DE SISTEMAS DE VENTILACIÓN SUBTERRÁNEA3
3 McPherson (1993). Subsurface Ventilation Engineering. Chapter IX Ventilation Planning, Systems Analysis Of The Planning Procedure P.280. Recuperado De Https://Www.Latam.Srk.Com/Sites/Default/Files/File/English_V-Subsurface_Ventilation_Engineering-Srks_Mine_Ventilation_Services.Pd
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Según el estudio de McPherson, hay que establecer y evaluar cada parámetro puesto en
la imagen, obviamente descartando algunos por temas de ser en un caso hipotético.
Primero es tener los datos del terreno, ya que con eso, podemos tener factores
que pueden alterar y perjudicar la ventilación que se estima, como lo son las
porosidades de la roca encajadora, minerales que absorben el oxígeno, entre
otros.
Establecer la malla básica, en este punto se analiza dónde circulará el aire
incluyendo la forma y distribución de la mina, para observar su geometría y
reconocer donde se genera la pérdida de presión del aire.
Simulación y estudio de caudales, como dice su nombre simular la cantidad
de aire que debería estar circulando, con los números de trabajadores,
potencia de los equipos y las pérdidas de presión a lo largo de la faena.
Predicción de distribución de flujos, presiones, concentraciones de gases y
costo operativo, predecir o calcular cómo se va a destruir los flujos, como va a
variar las presiones en cada punto y la cantidad de gases, como el oxígeno,
nitrógeno o gases anhidro carbonoso, ejemplo CO2 y CO, también importante
los costos se debe buscar la mejor solución al menor costo posible.
Tamaño de ventiladores y ductos de aire optimizados, si el tamaño de los
ventiladores no es el apropiado para el flujo requerido, puede afectar a la
respiración humana, por lo tanto, se debe buscar el mejor ventilador.
Simulación de aspecto termodinámico, uno de los problemas que tiene esta
faena minera es el calor presente, esta sensación térmica es bastante
asfixiante si se está trabajando.
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CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES DEL PROYECTO
1.1 Especificaciones de la mina
La Mina Trinidad, productora de carbón ubicada a 4 kilómetros al suroeste de Lebu en el
sector conocido como “El Diezmo”, las coordenadas en grados -37.634255, -73.647304
posee una entrada única, a través de la ruta 160 kilómetro, camino P160.
ILUSTRACIÓN 2 MAPA DE LA UBICACIÓN DE MINA TRINIDAD.
La Mina Trinidad se dedica a la explotación, lavado y comercialización de carbón. Su
funcionamiento laboral es de 24 días al mes, descontando los días domingo, con turnos
de 8 horas, cada día se divide en tres turnos, por lo tanto, en la mina se trabaja con 72
turnos al mes.
La mina consume un total de 10 cajas de Samsonita C 1x8”, y 8 paquetes de detonadores
electrónicos al mes, lo cual se le atribuye un consumo de 225,5 kg por mes para así poder
explotar 2200 toneladas mensuales de carbón.
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La mina consta con un grupo de 250 kilovatios para sustentar a los ventiladores de la
mina y los focos para la iluminación, también para el uso de huinches, entre otros.
La mina consta de 120 trabajadores a lo largo de los tres turnos, por ende, en cada turno
trabajan 40 personas, siendo estos divididos por distintos frentes de trabajo, cuyos roles
varían dependiendo de su labor en ésta, la división es la siguiente:
2 Barreteros: Se encargan de la explotación de carbón, ellos realizan la
perforación, carguío de explosivos y la tronadura.
4 Contratistas: Se encargan de la fortificación, agregando que ellos se
encargan de la asistencia del barretero.
10 Paleros: Se encargan del carguío y transporte del carbón mediante el
llenado y el traslado de los carros, hasta cierto punto.
6 Llenadores: Se encargan del uso de correas transportadoras de tipo panzer,
para transportar el carbón desde el punto de vaciado de los carros, y
posteriormente el transporte a otros carros para hacer el traspaso a otro nivel.
4 Tumbadores: Se encargan de tumbar los carros que llegan a la superficie,
tanto si son de carbón o de material estéril.
10 Carreros: se encargan de transportar los carros hacia la superficie pasando
por distintos subniveles, también se encargan del uso de equipos como el
huinche para transportar los carros en pendientes.
1 Mecánico: Se encarga del arreglo de equipos, de los carros, palas, etc. Sobre
todo las herramientas o equipos de metal.
1 Eléctrico: Se encarga de la mantención e instalación de circuitos eléctricos,
bombas eyectoras y de ventiladores.
1 Jefe Turno: Es el encargado de velar el funcionamiento de la faena, viendo
que todo funcione como corresponde, eso agregado a velar por la seguridad y
que todos los trabajadores cumplan su rol y la distribución de estos.
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1 Mayordomo: Se encarga de mantener la logística de los insumos de los
equipos, como correas, soldadura, baterías, etc. También se encarga de
mantener el ornato y el orden de los casilleros y salas de los trabajadores.
Este grupo de trabajadores se divide en dos frentes de trabajo a lo largo de la faena,
estos son el frente principal y el frente secundario.
Frente Principal: Es donde se tiene el manto de carbón más grande de la faena, teniendo
una potencia cercana a los dos metros, su conformación es la siguiente:
1 Barretero
2 Contratista
6 Paleros
4 Llenadores
Frente Secundario: Siendo este el segundo frente de trabajo, su potencia es menor que
el primero, siendo sólo de 1 metro de carbón, está conformado por:
1 Barretero
2 Contratista
4 Palero
2 Llenadores
Mientras que los Carreros están divididos a lo largo de la faena y los Tumbadores están
en la parte exterior de la mina.
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ILUSTRACIÓN 3 PLANOS DE LA MINA TRINIDAD, LEBU
ILUSTRACIÓN 4 CERTIFICADO Y FECHA DE LOS PLANOS
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1.2 Descripción de los planos de la mina
Como se puede apreciar en la ilustración 3, la mina se subdivide a lo largo de túneles,
cada una llamada de una manera distinta, con su propia geología y medidas, con una
inclusión para cada tramo.
a. Chiflón Principal: Es la única entrada que tiene esta mina, tiene un largo total
de 75 metros, con una inclinación negativa de 40°, es una galería de 2,5 x 3,5
metros cuadrados, con fortificación de madera de eucaliptos, con una
separación promedio de marco a marco de 75 cm, lo cual dice que el tipo de
roca es de buena calidad.
o La geología presente en esta sección es tierra los primeros 10
metros, arenisca meteorizada en el resto de los metros, con fuerte
presencia de hierro en la arenisca.
o El nivel freático está bastante presente a lo largo de la galería, se
puede apreciar que a lo largo de ésta gotee, sobre todo en su parte
central.
b. Corriente 1: Es una galería inclinada de 2,5 x 4 metros cuadrados, tiene un
largo de 100 metros con una inclinación negativa bastante cercana a los 20°,
la fortificación de madera de eucaliptos, con una separación promedio de
marco a marco de 75 cm, lo cual indica que el tipo de roca es de buena calidad.
o La geología presente en esta sección sigue siendo arenisca pero
por tema de los goteos que caen del chiflón principal, produce que
los niveles de sulfatación de las rocas sean mucho más elevados,
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por lo tanto, se necesita que la ventilación sea un poco más elevada,
por temas de seguridad.
o El nivel freático es casi nulo si no fuera por lo caído del chiflón
principal, lo cual se deja en un pozo interno para la expulsión por
una bomba eléctrica.
c. Nivel 2: Pequeña galería de 12 metros de largo con una dimensión de 2,5 x
3,5 metros cuadrados que conecta con otra galería, sin inclinación, está
instalado un huinche que permite el movimiento de los carros, se mantiene la
misma separación de la fortificación de madera.
o La geología en esta galería se compone por rocas de tipo arenisca,
aunque se puede ver el afloramiento de mantos de carbón de
pequeña potencia, cercanos a los 10 centímetros.
o No hay presencia del nivel freático.
d. Corriente 3: Es una galería inclinada de 113 m de largo, con una sección de
2,5 x 3,5 metros cuadrados, tiene una pequeña inclinación negativa de más
menos 25 – 30°, por dónde los carros de carbón pasan, mediante un huinche
que está en el nivel 2, la separación de los marcos de madera disminuye,
siendo estos ahora de 50 centímetros.
o La geología presente en esta galería es arenisca y conglomerado,
por lo tanto, aún prevalece las rocas de tipo sedimentario, pero se
pueden apreciar mantos de carbón de poca potencia.
o Nivel freático, se presenta a lo largo de la galería, lo cual cae
periódicamente, y se almacena en la galería siguiente, en un pozo
presente en la parte central de ésta.
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e. Nivel 3: Es una galería de 81 metros de largo, con una sección de 3 x 3,5
metros cuadrados, tiene una inclinación cercana a cero, esta galería presenta
divisiones a lo largo del trayecto, las divisiones son producidas por
desviaciones que tiene la galería, las cuales producen caídas en la presión de
la ventilación, estas se encuentran a los 16 metros, 36 metros y a los 29 metros,
y a los 52 metros existe una apertura de 2 x 2 metros cuadrado al costado
derecho de la galería, donde se guardan herramientas y equipos de trabajo del
personal, también se encuentra el taller de estos mismos, se mantiene la
distancia de 75 centímetros para cada fortificación de madera, mientras que
los metros finales, pasa a ser de 50 centímetros de espesor, debido al cambio
de roca. Al metro 52, empieza una corriente con pendiente positiva de 10°, que
permite el traspaso de carros vacíos y llenos que se necesita en los frentes de
trabajo.
o La geología se mantiene compuesta por arenisca, pero en los
metros finales, se presentan arcillas, esta roca es de muy mala
calidad, por lo tanto, se disminuye la separación de los marcos de
madera. En la parte de al medio se ve un manto de carbón de 20
centímetros, que atraviesa por la parte superior de la galería.
o El nivel freático de este nivel es casi nulo, lo único que cae es del
corriente 2, esta caída de agua se almacena en el pozo que está
cerca de los 16 metros, sin este pozo, el agua podría inundar esta
galería.
f. Estocada: Es una galería que se junta con el nivel 3, formando un ángulo de
90°, la separación de los marcos vuelve a ser de 75 cm, por lo que indica que
el tipo de roca es de mejor calidad que en el nivel 3, tiene una inclinación
cercana a 0 y una longitud de 25 metros, con una sección de 2,5 x 3,5 metros
cuadrados.
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o La geología presente es esta galería sigue siendo arenisca, aunque
tiene segmentos de carbón a lo largo de la galería.
o El nivel freático es totalmente nulo, no hay rastros de agua.
g. Corriente 4: es una galería inclinada de 64 metros, con una inclinación positiva
cercana a 30°, una galería con un ancho y largo de 2,5 x 2,5 metros cuadrados,
se mantiene la separación de 75 cm de marcos de madera, que sirve para la
fortificación.
o La geología presente cambia de arenisca a rocas de tipo lutita,
aunque más adelante se pierde el rastro de ella.
o El nivel freático es totalmente nulo, no hay rastros de agua.
h. Nivel 4: es una pequeña galería de tan solo 11 metros con una sección de 2,5
x 4,5 metros cuadrados, que sirve para almacenar carros vacíos y dirigir carros
llenos hacia la corriente 3 mediante el huinche que está puesto aquí mismo, la
separación de fortificación es de 75 cm.
o La geología presente cambió de lutita a arenisca, de buena calidad
y masiva.
o El nivel freático es totalmente nulo, no hay rastros de agua.
i. Nivel 5: Es la continuación del nivel 4, tiene una pequeña desviación del nivel
4, tiene un largo de 37 metros con una sección de 2,5 x 4,5 metros cuadrados,
está hecho de un doble camino, uno para los carros llenos y otros para carros
vacíos, aquí la separación de los marcos de fortificación se mantiene, siendo
75 centímetros la separación de éstos.
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o La geología sigue siendo arenisca de buena calidad y masiva.
o El nivel freático es totalmente nulo, no hay rastros de agua.
j. Torno 6: Galería que es hecha en curvas y con inclinación, tiene una longitud
de 8 metros con inclinación de 20°, y un segmento lineal de 9 metros, como se
puede ver en los planos, tiene un segmento de 2,5 x 3,5 metros cuadrados con
una separación de los marcos de 75 centímetros.
o La geología sigue siendo arenisca de buena calidad y masiva.
o El nivel freático es totalmente nulo, no hay rastros de agua.
k. Frente Secundario: Donde se explota el carbón con una potencia de 1,5 metros,
no es una galería muy grande, 1,5 x 2 metros cuadrados, con un largo de 5
metros con inclinación de 35°, se inicia desde la curvatura del torno, se explota
el carbón con correas trasportadoras de tipo panzer, que alimenta a los carros
de carbón para ser llevados hacia el exterior, las correas van desde el frente
de trabajo hasta la llegada de los caminos, en los planos de la mina no se
puede apreciar por temas de desactualización.
o La geología sigue siendo arenisca de buena calidad y masiva.
o El nivel freático es totalmente nulo, no hay rastros de agua.
l. Maestra 5 Norte; galería recta de 27 metros de longitud y una sección de 2,5
x 3,5 metros cuadrados, actualmente se encuentra en stand-by, o en otras
palabras, se encuentra en espera de trabajo, pero no está sellado, ya que
cuando uno de los dos frentes termine su trabajo podrá comenzar a operar.
o La geología sigue siendo arenisca de buena calidad y masiva.
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o El nivel freático es totalmente nulo, no hay rastros de agua.
m. Corriente 5: galería inclinada de 47 metros con una sección de 2,5x3,5 metros
con una inclinación de 30° negativos, donde a los 37 metros, abre camino para
una nueva galería y en los metros restante aumenta su inclinación negativa
hasta los 35°, la separación de los marcos de madera sigue en 75 centímetros.
o La geología sigue siendo arenisca de buena calidad y masiva.
o El nivel freático es totalmente nulo, no hay rastros de agua.
n. Maestra 7 Norte: galería de 29 metros de largo pero que a los 13 metros, abre
espacio a otra galería, la maestra 7 norte tiene una inclinación bastante baja,
se podría decir que tiene una inclinación cercana a cero grados, con una
sección de 2,5 x 3,5 metros cuadrados, esta galería se trabaja con correas
transportadoras.
o La geología sigue siendo arenisca de buena calidad y masiva.
o El nivel freático es totalmente nulo, no hay rastros de agua.
o. Torno 7: Galería de 16 metros, que al igual que la maestra 5 norte, también
está en modo stand-by, esperando la continuidad de los trabajos, en esta
galería tiene una sección de 2,5 x 3,5 metros cuadrados, con una separación
de 50 centímetros.
o La geología sigue siendo arenisca de mediana calidad y fracturada.
o El nivel freático es totalmente nulo, no hay rastros de agua.
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p. Frente primario: Donde se explota el carbón de una potencia de 2,2 metros, es
una sección de la maestra 7 norte, la cual explotan el carbón, con una sección
de 2,5x6 metros cuadrados, una fortificación de madera cada 3 metros. Antes
de llegar al carbón hay una galería con una inclinación de 40° positivo y de 10
metros de largo y una sección de 2,5 x 3,5 metros cuadrados, la cual gracias
a la inclinación se aprovecha para que el carbón se deslice hasta llegar al
panzer que está en la Maestra 7 Norte, esta galería no se puede apreciar en
los planos de la mina.
o La geología sigue siendo arenisca de buena calidad y masiva.
o El nivel freático es totalmente nulo, no hay rastros de agua.
q. Maestra 4 Sur, tiene una longitud de 39 metros y una sección de 2,5 x 3,5
metros cuadrados con una inclinación cercana a cero, esta maestra está
abandonada pero no sellada, por lo tanto, esa galería está cerrada y con
prohibición de entrar.
1.3 Datos de la malla de ventilación
En la mina trinidad se prioriza la respiración natural, la cual entra por el chiflón principal,
como este aire es insuficiente, se asegura la respiración mediante el uso de ventilación
artificial o asistida la cual consiste en el uso de ventiladores.
La mina Trinidad posee en su poder 5 ventiladores, los cuales se distribuyen a lo largo
de la faena, cuya función es distribuir de buena manera la ventilación para asegurar la
respiración humana, bajar la temperatura y remover gases y partículas nocivas.
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El primer ventilador se encuentra en la entrada principal, es un ventilador aspirante,
funciona mediante el uso de electricidad, se usa para remover las partículas y gases que
están en el punto de extracción, la cual es el nivel 3.
El segundo grupo de ventiladores, son los ventiladores impelentes, los cuales hacen lo
contrario a un ventilador aspirante, estos funcionan para inyectar aire a la mina y asegurar
la respiración humana, remover las partículas y gases nocivos que estén en el interior,
estos funcionan mediante la inyección de aire mediante el uso del compresor, o sea, no
son eléctricos, estos ventiladores funcionan como ventiladores secundarios y auxiliares.
Se encuentran ubicados en distintos puntos distribuidos de la siguiente manera:
Ventilador 1 está en el inicio del corriente 2 y ventila el nivel 3, funciona como
un ventilador secundario.
Ventilador 2 está en el inicio del nivel 5 y ventila al frente de producción
secundario y al torno 6, funciona como ventilador auxiliar.
Ventilador 3 está al medio del corriente 4 y ventila la maestra 7 Norte y al frente
de producción primario, funciona como ventilador auxiliar.
Y por último se encuentra el ventilador aspirante, se usa para remover las partículas y
gases que están en el punto de extracción, siendo este también impulsado por aire
comprimido y no por electricidad, el punto de extracción es el frente de trabajo primario,
las remueve hasta la mitad del corriente.
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1.4 Antecedentes climáticos
En Lebu, los veranos son cómodos, secos y mayormente despejados; los inviernos son
largos, fríos, lluviosos y está ventoso durante todo el año. La temperatura generalmente
varía de 7 °C a 19 °C y rara vez baja a menos de 4 °C o sube a más de 21 °C.
La temporada templada dura 3,1 meses, del 13 de diciembre al 17 de marzo, y la
temperatura máxima promedio diaria es más de 18 °C. El día más caluroso del año es el
23 de enero, con una temperatura máxima promedio de 19 °C y una temperatura mínima
promedio de 12 °C.
La temporada fresca dura 3,7 meses, del 28 de mayo al 17 de septiembre, y la
temperatura máxima promedio diaria es menos de 14 °C. El día más frío del año es el 25
de julio, con una temperatura mínima promedio de 7 °C y máxima promedio de 12 °C. 4
ILUSTRACIÓN 5 REPRESENTACIÓN DE LAS VARIACIONES DE TEMPERATURA A LO LARGO DEL AÑO
4 Weather Spark (2020), El clima en promedio en Lebu. Recuperado de https://es.weatherspark.com/y/24144/Clima-promedio-en-Lebu-Chile-durante-todo-el-año
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1.5 Antecedentes de Flora y Fauna
En la provincia de Arauco, la flora y fauna son características de un tipo de clima y relieve,
ya que éstos le permiten desarrollarse y distinguirse dentro de la inmensidad de
variedades de flora y fauna que existen dentro de esta larga faja de tierra.
La Cordillera de la Costa, actúa como una barrera climática que influye en la distribución
de las precipitaciones y la temperatura y por lo tanto sobre la distribución de la flora y
fauna. Su vertiente occidental recibe los vientos y precipitaciones del oeste y noroeste,
creando un dominio húmedo con precipitaciones de más de 2.000 mm en los sectores
altos de la Cordillera (Costa del Bio–Bio)5.
1.5.1 Flora
Hay bastante vegetación nativa, pero se concentra en la costa y la precordillera. En el
resto de la región ha sido eliminada para reemplazarla por pinos.
Esta vegetación nativa forma bosques puros o acompañados de vegetación secundaria.
Son los casos de la araucaria, el raulí, hualo, ciprés de la cordillera.
Hay además lengas, avellanos, robles, laureles, ulmos, tineos, lingues, coigües, lumas,
mañíos, boldos, quillayes e incluso ñirres, en la parte sur de la región6.
5 Museo Histórico De Arauco (2006). Generalidades De La Flora Y Fauna De La Octava Región , "Zona De Arauco", Recuperado De http://articulosmuseo.blogspot.com/2006/11/generalidades-de-la-flora-y-fauna-de.html 6 Museo Histórico De Arauco (2006). Generalidades De La Flora Y Fauna De La Octava Región , "Zona De Arauco", Recuperado De http://articulosmuseo.blogspot.com/2006/11/generalidades-de-la-flora-y-fauna-de.html
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1.5.2 Fauna
La fauna de la región posee como especies características el Sapo de Rayas Amarillas,
Cisne de Cuello Negro, Pudú, Puma, Monito del Monte, Guiña y Coipo.
Entre las aves representativas de la Región están: Gaviota Dominicana, Gaviota de
Franklin, Pelícano Terrible, Chincol y Carpintero.
Otras especies de fauna nativa son: Sapito de Cuatro Ojos, Zorro Chilote, Yaca, Lagarto
de Corbata, Culebra de Cola Corta y Ratón Topo.
La fauna presente en ambientes en vegetación es muy abundante, diversa y con un alto
nivel de endemismo.
Es así como podemos encontrar una fauna adaptada a los matorrales espinosos como
es el caso del Chingue, Zorro Culpeo y numerosos roedores. En los bosques húmedos
templados de esta zona, encontramos mamíferos, como el Puma, Guiña, Pudú, Huemul,
Vizcacha, Zorro Gris y Guanaco, entre otros7.
1.6 Condición actual
La mina Trinidad aún se mantiene en funcionamiento normal, explotando
aproximadamente la misma cantidad de carbón todos los meses, con el uso de la misma
cantidad de explosivos y trabajadores, sin embargo, también se mantienen sus
7 Museo Histórico De Arauco (2006). Generalidades De La Flora Y Fauna De La Octava Región , "Zona De
Arauco", Recuperado De http://articulosmuseo.blogspot.com/2006/11/generalidades-de-la-flora-y-fauna-de.html
37
deficiencias, las cuales afectan su productividad y beneficio, arriesgando la vida de sus
trabajadores y poniendo en riesgo a que la empresa cierre a causa de esto.
1.6.1 Temperatura interior de la mina
La mina presenta una temperatura cercana a los 33 grados Celsius, lo cual produce que
el ambiente al interior de la mina sea sofocante, debido a esto el aire fresco es totalmente
necesario, ya que, dicho ambiente produce que aumente la sudoración, esto favorece
que el material particulado al interior de la mina se impregne al cuerpo de los trabajadores,
produciendo molestias al trabajar, lo cual genera que no se logre un desempeño óptimo
repercutiendo directamente en la producción.
1.6.2 Concentración de gases
El aire al interior de la Mina Trinidad está a una gran temperatura, por lo que, la
concentración de oxigeno se siente bastante baja, generando que aumente la frecuencia
respiratoria del trabajador, esto produce mayor emanación de gases expelidos, como el
dióxido de carbono (CO2) y nitrógeno (N2).
1.6.3 Polvo y gases nocivos
En la mina se usa explosivos como la samsonita y detonadores eléctricos, su uso genera
gases como monóxido de carbono, dióxido de carbono y gases nitrosos que quedan
rondando por la mina, diluyendo el aire fresco lo cual afecta directamente a la respiración
de los trabajadores.
Cuando se trabaja en minería de carbón, sobre todo con el tema de la perforación, se
libera gases de estratos del carbón, más conocido como gas metano (CH4), lo cual se
38
mantiene a lo largo de la faena, este gas puede generar una detonación, provocando una
explosión por gas grisú. Al mismo tiempo, en el momento de hacer la perforación se
genera material particulado, este es el que puede generar problemas respiratorios, sobre
todo con una exposición prolongada en el tiempo.
En 1942, el Comité de Enfermedades Pulmonares Industriales del Medical Research
Council of Great Britain acuñó el término neumoconiosis de los trabajadores del carbón,
como consecuencia de la observación del Dr. Gough de una enfermedad con unas
características radiológicas similares a las de la silicosis entre los trabajadores dedicados
al trasporte de carbón que tenían una mínima exposición a sílice. Aunque la exposición
más intensa ocurre durante los procesos de extracción y procesamiento, también están
expuestos los trabajadores que realizan labores de transporte y depósito de polvo de
carbón en las centrales térmicas, industria siderúrgica, baterías de cok, industria química
e incluso en venta y uso doméstico.
Al igual que la silicosis, están las formas simples que no se acompañan de síntomas ni
alteración de la función pulmonar y las complicadas (FMP) donde frecuentemente lo
acompaña esta alteración. No existe un patrón característico de la afectación funcional
de la neumoconiosis complicada, pudiendo aparecer diversos grados de obstrucción al
flujo aéreo, defectos restrictivos y alteraciones de la ventilación/ perfusión. En ocasiones,
las masas de FMP pueden necrosarse por isquemia, tuberculosis o infección por
anaerobios. En algunos mineros, se observa el denominado síndrome de Caplan, que
consiste en la presencia de nódulos pulmonares > 1 cm y artritis reumatoide. Estos
nódulos cavitan con frecuencia, pueden ser múltiples o difusos, se pueden confundir con
FMP y no guardan relación con la severidad reumática.8
8 A.M. Escribano Dueñas y J.M. Vaquero Barrios (1993). Enfermedades por agentes inorgánicos. Neumoconiosis. Mesotelioma P.642. Recuperado De https://www.neumosur.net/files/publicaciones/ebook/54-NEUMOCONIOSIS-Neumologia-3_ed.pdf
39
1.6.4 Galerías sin sellar
A lo largo de la faena minera, existen galerías en las que se trabajan y las que permiten
que el mineral pueda salir a la superficie para poder ser lavados y comercializados a la
empresa compradora, pero en ciertas ocasiones, hay galería que se acaba de explotar
completamente o una galería en desuso, en estas se concentran gases, produciendo que
se pierda el aire fresco y la liberación de gases de estratos, a través de las rocas.
En el corriente 4, existe una galería que se encuentra en desuso,
lamentablemente no se ve en la Ilustración 3, ya que, esta galería se encuentra
tapada o sellada por una puerta, pero está mal sellada ya que quedan
espacios vacíos y se pierde el aire fresco.
En la maestra 9 Norte, es una galería que se encuentra en stand-by, o sea,
una galería que se está esperando a que termine otra para volver a retomar
su trabajo, como es una galería que se encuentra parada, produce que se
encierre el aire fresco y se libere gases de la galería.
Maestra 4 Sur, es una galería totalmente abandonada pero no sellada e
incluso alejada de la galería principal, esta galería tiene un aire asfixiante, con
poca concentración de oxígeno, como se encuentra abierta y sin sellar, se
pierde un gran porcentaje de aire fresco entrante.
Torno 7, una galería que tiene una sección pequeña pero que se encuentra
abandonada y sin sellar, por lo tanto, el aire fresco que entra a las galerías de
producción se pierde al ingresar a estas galerías sin trabajar o donde no se
utilizan.
1.7 Ventilación con Aire comprimido
En la Mina Trinidad, se usa la ventilación mediante el uso de compresores, en otras
palabras, ventilación por aire comprimido, este tipo de ventilación es usada solo para la
40
construcción de piques y de chimeneas, debido a la facilidad que este conlleva, pero para
ventilar una faena completa, no da el abasto y además, este aire viene contaminado con
aceites, que es usado en los compresores.
El aceite que se usa en el aire comprimido se usa para lo siguiente:
Cerrar las holguras internas
Enfriar el aire durante la comprensión
Lubricar los rotores9
Uno de los principales problemas que tiene el aire comprimido a la hora de usarse para
ventilar son los siguientes:
Las mangueras de conexión pueden estar sometidas durante su utilización, a flexiones,
golpes, erosiones, etc., lo que puede traer como consecuencia la ruptura de estas, con
el consiguiente movimiento repentino de serpenteo o látigo, producido por la salida
brusca del aire comprimido, y que puede ser causa de lesiones. Este movimiento, de por
sí peligroso, puede verse agravado por la presencia de elementos metálicos, como por
ejemplo las piezas o racores de conexión.
Los mismos escapes de aire comprimido pueden producir heridas en los ojos, bien por
las partículas de polvo arrastradas, o por la presencia de partículas de agua, y/o aceite,
procedentes de la condensación de la humedad del aire o del aceite utilizado en el
compresor y engrasador. El aire comprimido a alta presión puede incluso atravesar la
piel10.
9 Ayala C. Francisco, López J. Carlos, López J. E, Pernia L. José (1994). Manual De Perforación Y Voladura De Rocas P.124-125. 10 Servicio de Salud y Riesgos Laborales de Centros Educativos (1993). Guía De Prevención De
Riesgos Por Guía De Prevención De Riesgos Por El Uso Del Aire Comprimido Y El Uso Del Aire
41
1.8 Geología del sector
En el sector de Lebu, más conocido como el sector El Diezmo, es un sector que
predomina rocas de tipo arenisca, lutita, entre otros. En Lebu existen distintos tipos de
formaciones las cuales se encuentran:
Pleistoceno – Holoceno (Q1) (Cuaternario)
Depósitos aluviales, coluviales y de remoción en masa; en menor proporción
fluvioglaciales, deltaicos, litorales o indiferenciados. En la Depresión Central, regiones
Metropolitana a IX: abanicos mixtos de depósitos aluviales y fluvioglaciales con
intercalación de depósitos volcanoclásticos.
Eoceno (E1C) (Paleógeno)
Secuencias sedimentarias continentales parálicas: areniscas, lutitas y mantos de carbón.
En la costa, región VIII: Formación Trihueco; en la región XI: Formación San José.
Pleistoceno (Pl1m) (Neógeno)
Secuencias sedimentarias marinas litorales o fluviales estuarinas: coquinas,
conglomerados coquináceos, areniscas y conglomerados dispuestos en niveles
aterrazados emergidos. 11
Comprimido Y Máquinas Portátiles Neumáticas Pág. 13. Recuperado De https://www.educarex.es/pub/cont/com/0055/documentos/10_Información/03_Guias/guia_Aire_Comprimido.pdf 11 Universidad Del Bío-Bío (2010). Detalle Diagnóstico de Variables por Localidad P.208. Recuperado de http://leu.ubiobio.cl/archivos/riesgos_costa/Anexo_II_diagnostico_variables_localidad_remocion_masa.pdf
42
ILUSTRACIÓN 6 FORMACIÓN GEOLÓGICA DE LA CIUDAD DE LEBU12
12 Universidad Del Bío-Bío (2010). Detalle Diagnóstico de Variables por Localidad P.215. Recuperado de http://leu.ubiobio.cl/archivos/riesgos_costa/Anexo_II_diagnostico_variables_localidad_remocion_masa.pdf
43
CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO
2.1 Potencia de ventiladores
La potencia del ventilador es la cantidad de energía consumida en su funcionamiento,
con el cual se puede determinar el tamaño del motor y el uso de éste para el caudal
requerido para la mina.
AHP = Q * H / 1000 (1)
BHP = Q * H / 1000 * η (2)
P = Q * H / 1000 * η * DE * ME (3)
Donde:
Q = Caudal de aire en m³/seg.
H = Depresión del circuito en Pa. (Presión estática en Pascales)
P = Potencia del motor en w.
η = Eficiencia del ventilador, la cual varía entre 70 a 85% (dependiendo de la fabricación,
tamaño y punto de trabajo).
AHP = Potencia necesaria para mover el caudal Q de aire en un circuito cuya depresión
es H, en w.
BHP = Potencia al freno del ventilador, en w.
DE = Eficiencia de la transmisión, la cual varía entre 90 % para transmisión por poleas y
correas y 100 % para transmisión directa.
ME = Eficiencia del motor, la cual varía entre 85 % a 95 %.
44
2.2 Caída de presión o fricción
A lo largo del avance del caudal de aire hacía la mina, éste empezaría a caer porque el
aire puede chocar con obstáculos haciendo que al momento de llegar al frente, este tenga
una presión disminuida y no sea lo requerido.
P = K * C * L * V2 /A
Donde:
P = Pérdida de presión por fricción [Pa]
K = Factor de fricción [Ns² /m4]
C = Perímetro [metros]
L = Longitud [m]
V = Velocidad [m / seg.]
A = Área [m²]
2.3 Caudal
El caudal es la cantidad de volumen de aire por una cantidad de tiempo determinada.
2.4 Tipos de ventilación
Existen dos tipos de ventilación, la cuales son la ventilación auxiliar y la natural.
45
2.4.1 Ventilación auxiliar
Este tipo de ventilación consiste en la incorporación y la utilización de ventiladores para
la llegada del aire hacia el frente sobre todo hacia sectores que es más difícil que llegue
el aire necesario.
2.4.2 Ventilación natural
Este tipo de ventilación consiste en usar el mismo aire que entre sin una energía externa,
teniendo claramente ayuda gracias a los cambios de temperatura, cuando el aire helado
tiende a bajar y eso hace que el aire caliente suba y pueda salir de la mina.
ILUSTRACIÓN 7 EJEMPLO DE VENTILACIÓN NATURAL
Dado que, la ventilación natural es un fenómeno de naturaleza inestable y fluctuante, en
ninguna faena subterránea moderna debe utilizarse como un medio único y confiable
para ventilar sus operaciones.
46
ILUSTRACIÓN 8 EJEMPLO DE VENTILACIÓN ARTIFICIAL MINA EL SALVADOR
2.5 Tipos de ventilación auxiliar
Existen tres tipos de ventilación auxiliar, las cuales consiste en cómo se usa los
ventiladores.
2.5.1 Sistema aspirante
Este sistema de ventilación se usa para aspirar el aire del frente de trabajo con el material
particulado, gases nocivos, e incluso los gases creados por el uso de explosivos como
gases nitrosos y gases anhídrido-carbonosos.
2.5.2 Sistema impelente
Este sistema de ventilación hace que el aire vaya hacia al frente de trabajo, pase a través
de un ducto y diluya el material particulado, gases nocivos, e incluso los gases creados
por el uso de explosivos como lo son gases nitrosos y gases anhídrido-carbonosos.
47
2.5.3 Sistema combinado
Este sistema de ventilación combina tanto el sistema impelente con el aspirante, un
ventilador aspira el aire del frente de trabajo mientras que en el otro entra el aire para
diluir los gases que existen del frente.
ILUSTRACIÓN 9 ESQUEMAS DE TIPO BÁSICOS DE VENTILACIÓN AUXILIAR DE DESARROLLO
48
2.6 Tipos de ventiladores
En el mercado minero, existen dos tipos de ventiladores, el axial y el radial.
2.6.1 Radial (Centrífugo)
El aire es impulsado por una hélice dotada de un número de variables de álabes o palas
que están ancladas en un núcleo haciendo impulsar el aire de forma tangencial, siendo
impulsadas con bastante fuerza.
ILUSTRACIÓN 10 EJEMPLO DE VENTILADOR CENTRÍFUGO (RADIAL)
2.6.2 Axial
El aire entra y sale del ventilador siguiendo una trayectoria paralela al eje de la hélice,
son apropiados para cualquier minera, ya que, mueven mucho caudal de aire con una
relativa baja presión, tiene una instalación simple para que hay un poco perdida de
En la minería ocurre un desprendimiento de gases de la mina más conocido como gas
inerte, es un gas que está dentro de los poros de la mina, que es perjudicial para la salud
humana.
Q = 0,23 * q (m³/ min)
Dónde:
Q = Caudal de aire requerido por desprendimiento de gases durante 24 horas
q = volumen de gas que se desprende en la mina durante las 24 horas
2.9 Caudal requerido por temperatura
Para poder regularizar la temperatura de la mina se debe inyectar aire fresco.
Tabla 1 variación de la velocidad de acuerdo a la temperatura
Humedad Relativa Temperatura Seca Velocidad Mínima
≤ 85 % 24 30 °C 30 m/min
>85 % >30 °C 120 m/min
En otras palabras:
𝐐 =𝟎, 𝟐𝟒 ∗ 𝐆
𝐝∗ (𝐭𝟏 − 𝐭𝟐); (𝐦𝟑
𝐦𝐢𝐧⁄ )
51
Donde:
G = Peso total de aire [Kg/min]
(t1 - t2) = diferencia de temperatura [°C]
d = densidad de aire [kg/m3]
2.10 Caudal requerido por el polvo en suspensión
Según el Art. N° 138 D.S. N° 72 la velocidad promedio en los lugares de trabajo no debe
ser inferior a los quince metros por minuto (15 m/min). Para lugares con alta generación
de polvo, este valor puede ser considerado hasta un 100 % mayor.
Hasta ahora, no hay método de cálculo aceptado por todos, que tome en cuenta el polvo
en suspensión. Pero, velocidades entre 30 a 45 m/min son suficientes para mantener las
áreas despejadas.
En Chile, la velocidad máxima permitida en galerías con circulación de personal es de
150 m/min, Reglamento de Seguridad Minera (RSM).
2.11 Caudal requerido por producción
En la minería del carbón es más requerida la ventilación por el tema de liberación del gas
metano, siendo una liberación de 30 m3 por cada metro cúbico extraído de carbón.
Q = T * u (m3/min)
52
Donde:
Q = Caudal requerido por toneladas de producción diaria (m3/min)
u = norma de aire por tonelada de producción diaria expresada en (m3/min)
T = Producción diaria en toneladas.
Para minas de carbón, "u" varía generalmente entre 1 a 1,7 (m3/min.).
2.12 Caudal requerido por consumo de explosivo
Cuando se realiza un disparo sobre el material para removerlo, se genera una cantidad
de gases liberados por el uso de explosivos.
Q = 𝟏𝟎𝟎 ∗ 𝐀 ∗ 𝐚
𝐝∗ 𝐭 (m3/min)
Donde:
Q = Caudal de aire requerido por consumo de explosivo detonado (m3/min)
A = Cantidad de explosivo detonado, equivalente a dinamita 60 % (Kg.)
a = Volumen de gases generados por cada Kg. de explosivo.
a = 0,04 (m³/Kg. de explosivo); valor tomado como norma general
d = % de dilución de los gases en la atmósfera, deben ser diluidos a no menos de 0,008%
y se aproxima a 0.01 %
t = tiempo de dilución de los gases (Minutos); generalmente, este tiempo no es mayor de
30 minutos, cuando se trata de detonaciones corrientes. Reemplazando en la fórmula
tendremos:
Q = (0,04 * A * 100) / (30 * 0,008) m3/min
53
Entonces, tendríamos finalmente:
Q = 16,67 * A (m3/min)
La fórmula trata este caso como si fuera a diluir los gases dentro de un espacio cerrado,
lo que no es el caso de una mina donde parte de los gases se eliminan.
2.13 Método de explotación
El método de explotación usado para esta faena se le llama “Long – Wall”, este método
se usa especialmente en la mina del carbón, con mantos que van desde el metro hasta
los cinco metros de potencia, este método se usa bastante en la minería artesanal de
carbón.
El mineral se extrae a lo largo de un frente de trabajo recto y largo con medios mecánicos:
rozadora, cepillo, etc. o con explosivos en el caso de las rocas más duras. En el
sostenimiento del hueco creado se suele utilizar entibación hidráulica marchante o auto
desplazable, también el uso de la fortificación por madera de forma permanente, mientras
que el tratamiento que se da al hueco abandonado puede consistir en el relleno de este
o, más comúnmente, en el hundimiento del techo. En algunos casos el mineral arrancado
se extrae del tajo por medio de transportadores de cadenas o Panzers, que descargan
en carros de carbón, que luego son transportados por las galerías en dirección a la parte
exterior de la mina, en algunos casos se reemplazan los carros de carbón por una correa
transportadora.
Este método es práctico para la minería artesanal, debido a la facilidad de uso, también
a la facilidad de cambios internos, modificando las variables que se tienen a la hora del
54
trabajo en caso de tener una potencia baja de carbón, en otras palabras, que no sea
rentable económicamente un trabajo mecánico y se opte por uno más manual.
2.14 Gases de la minería
En la minería, existen distintas fuentes de gases, lo cual pueden ser de origen natural, de
origen mecánico o inclusive de origen geológico, en algunos casos estos gases pueden
producir enfermedades respiratorias, insuficiencia al respirar, fallas a los órganos de los
seres vivos e incluso la muerte.
Gases de Estratos: Son gases que se encuentran al interior de un macizo
rocoso, las cuales, en estar en contacto con una labor subterránea, generan
grandes cantidades de gases tóxicos, el gas metano está presente en minería
del carbón. Los gases de estratos no solo se relacionan a sedimentos también
a roca ígnea, dichos gases se encuentran:
Gas metano (CH4)
Dióxido de carbono (CO2)
Nitrógeno (N2)
Dióxido de azufre (SO2)
Anhídrido sulfúrico (H2S)
Gases de Tronadura: Son gases que se generan mediante el consumo de
explosivo, las cuales dependen exclusivamente de su tipo, en promedio se
generan gases como:
Monóxido de carbono (CO)
Dióxido de carbono (CO2)
55
Gases nitrosos (NO2 y NO3)
Anhídrido sulfúrico (H2S)
Máquinas de combustión interna: Son gases que se generan mediante la
combustión interna de un equipo diésel o que se use hidrocarburos, estos
gases pueden emanar hasta 0,28 m³/HP de contaminantes.
Monóxido de carbono (CO)
Dióxido de carbono (CO2)
Gases nitrosos (NO2 y NO3)
Anhídrido sulfúrico (H2S)
Dióxido de azufre (SO2)
Fuegos y explosiones: Son gases que nacen cuando ocurre una explosión o
fuego al interior de la mina.
Gas metano (CH4)
Dióxido de carbono (CO2)
Monóxido de carbono (CO)
Respiración humana (CO₂): El ser humano al inhala el aire fresco con una
composición de 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno, 0,03% gases anhídrido
carbónico y 0,93% argón y otros gases, por otra parte, el ser humano al exhalar
libera 79%, nitrógeno, 16% de oxígeno, 5% gases anhídridos.
Aproximadamente 0,1 cfm/hombre.
Baterías (Generan H): Al usar baterías, estas pueden liberar hidrógeno (H).
56
2.15 Cambios de concentración por altitud
Cuando se trate de lugares de trabajo en altitud las concentraciones ambientales
máximas permisibles deberán ser modificadas de acuerdo con la siguiente fórmula:
CAMP de altitud = CAMP a nivel del mar X Presión atmosférica
760 mm Hg
En caso de usar LPP ó LPA, estas reemplazarán al CAMP de altitud, también sirve
para calcular el aire en altura.
2.16 Limite permisible ponderado (LPP)
Es el valor máximo permitido para el promedio ponderado de las concentraciones
ambientales de contaminantes químicos existentes en los lugares de trabajo durante la
jornada normal de 8 horas diarias, con un total de 45 horas semanales.
2.17 Limite permisible absoluto (LPA)
El cual señala que no podrán excederse en ningún momento. Aquellas sustancias donde
no se indican estos LPA éste se calcula multiplicando por 5 el LPP.
2.18 Gas metano (CH4)
Es un gas compuesto por 4 moléculas de hidrogeno y uno de carbono, este gas se puede
generar mediante la extracción del carbón, al momento de remover un metro cubico de
carbón, se genera treinta metros cúbicos de gas metano.
57
Características del metano
Incoloro
Inodoro
Asfixiante
Inflamable
Densidad 0,657 kg/m3
Masa molar 16,04 g/mol
Este gas al tener una concentración suficiente (4,4-17% de aire al interior de la faena),
este gas puede estallar, provocando una explosión por gas metano, por otra parte, si
existiera una concentración suficiente (5-15,4% de aire al interior de la faena), puede
generar una dosis letal, que puede ser toxico para el ser vivo, a esta concentración puede
generar asfixia.
2.19 Dióxido de carbono (CO2)
Es un gas compuesto por 2 moléculas de oxígeno y uno de carbono, este gas compone
el 0,03% del aire en la corteza terrestre, se generará mediante varios factores como lo es
respiración humana, combustión, también en gases al interior del macizo rocoso,
tronadura y descomposición química.
Características del gas
Incoloro
Inodoro
Asfixiante
Densidad 1,976 kg/m3
Masa molar 44,01 g/mol
58
LPP 4.000 mgr/m3 ó 0,5% de concentración.
LPA 54.000 mgr/m3 ó 1% de concentración.
Efectos del gas a distintas concentraciones sobre los seres humanos
0,03 % Concentración normal de aire.
0,3 – 0,5 % provocan un aumento de la frecuencia respiratoria y
dolor de cabeza.
0,5 % el cuerpo aumenta la ventilación en un 5%.
1 % el cuerpo empieza a tener una sensación de calor y humedad,
falta de atención a los detalles, fatiga, ansiedad, falla de energía,
debilidad en las rodillas.
2 % el cuerpo humano aumenta en un 50 % la ventilación pulmonar,
dolor de cabeza insoportable tras varias horas de exposición.
5 - 10 % jadeo y fatiga extremas al punto de quedar exhausto solo
por respirar y dolor de cabeza agudo. La exposición prolongada al
5 % puede provocar problemas de salud irreversible.
> 20 % puede provocar la muerte.
2.20 Monóxido de carbono (CO)
Es un gas compuesto por 1 moléculas de oxígeno y uno de carbono, este gas se puede
generar mediante varios factores como lo es, combustión incompleta, tronadura y escape
de vehículos incompleto.
Características del gas
Incoloro
Inodoro
59
Asfixiante
Densidad 1,14 kg/m3
Masa molar 28,01 g/mol
LPP 46 mgr/m3
LPA 458 mgr/m3.
Efectos del gas a distintas concentraciones sobre los seres humanos
400 PPM dolor en la frente, por lo menos unas dos a tres horas.
1600 PPM dolor de cabeza, mareo, náusea en minutos, colapso y
muerte en una hora.
6400 PPM dolor de cabeza y mareo en uno a dos minutos, pérdida
del sentido y muerte en diez a quince minutos.
12800 PPM pérdida del sentido al momento de respirar y peligro de
muerte dentro de tres minutos.
2.21 Dióxido de azufre (SO2)
Es un gas compuesto por 2 moléculas de oxígeno y uno de azufre, este gas se puede
generar mediante la tronadura.
Características del gas
Incoloro
Irritante
Olor fuerte a sulfuro
Asfixiante
Densidad 2,63 kg/m3
60
Masa molar 64,066 g/mol
LPP 1,6 mgr/m3
LPA 13 mgr/m3.
Efectos del gas a distintas concentraciones sobre los seres humanos
5 PPM Comienza la irritación en los ojos.
15 PPM tos, irritación de los ojos, pérdida de sentido del olfato
después de dos a cinco minutos.
20 PPM pérdida del sentido, se empieza a detener la respiración,
muerte dentro de treinta minutos a una hora.
150 PPM pérdida del sentido, cese en la respiración, muerte en
minutos, aunque la persona esté al aire libre.
2.22 Anhídrido sulfúrico (H2S)
Es un gas está compuesto por 2 moléculas de hidrogeno y uno de azufre, éste se puede
generar mediante la tronadura, descomposición orgánica y de minerales.
Este gas muy venenoso irritando a las mucosas y al sistema nervioso
Características del gas
Incoloro.
Irritante.
Sabor dulce.
Olor fuerte a huevo podrido.
61
Asfixiante
Densidad 1,396 kg/m3.
Masa molar 34,02 g/mol.
LPP 20 mgr/m3 ó 1 ppm.
LPA 21 mgr/m3 ó 5 ppm.
Efectos del gas a distintas concentraciones sobre los seres humanos
10 – 15 PPM conjuntivitis, exposición por cuatro a siete horas.
50 PPM irritación conjuntival y corneal.
50 – 100 PPM irritación ocular y respiratoria, exposición por una
hora.
100 – 150 PPM síntomas generales ligeros, exposición por varias
horas.
200 PPM irritación y edema pulmonar (Dificultad intensa al respirar),
depresión nerviosa.
250 – 350 PPM fatal, exposición de cuatro a ocho horas.
350 – 450 PPM fatal, exposición por una hora.
500 – 600 PPM fatal, excitación, inconsciencia y muerte, exposición
por media hora
600 – 700 PPM colapso inmediato y muerte, exposición de dos a
quince minutos.
700 PPM paro respiratorio y muerte inmediata.
2.23 Gases nitrosos (NO2 y NO3)
Es un gas que está compuesto por 2 o 3 moléculas de oxígeno y uno de nitrógeno, este
gas se puede generar mediante la tronadura por ANFO y combustión diésel.
62
Este gas es peligroso, al momento de entrar a los pulmones, al entrar en contacto con
agua, provoca ácido nítrico (HNO3).
Características del gas
Color entre Rojizo y marrón amarillento
Insípido (tiene poco o sin olor)
Olor fuerte a huevo podrido
Asfixiante
Densidad 1,45 kg/m3 (NO2)
Masa molar 46 g/mol (NO2) y Masa molar 62 g/mol (NO2)
LPP 25 mgr/m3 ó 3 ppm.
LPA - mgr/m3 ó 6 ppm
Efectos del gas a distintas concentraciones sobre los seres humanos
5 – 10 PPM Comienza la irritación en la nariz y garganta.
20 PPM Irritación de los ojos.
50 PPM exposición máxima de 30 min, superior a este tiempo
muerte en unas horas más.
100 – 200 PPM Opresión en el pecho, bronquitis aguda y muerte
como consecuencia de una exposición prolongada.
2.24 Oxigeno (O2)
Es un gas que está compuesto por 2 moléculas de oxígeno, este gas es la base de toda
la vida en la corteza terrestre, también es usado como comburente para el fuego.
63
Características del gas:
Incoloro
Inodoro
Densidad 1,43 kg/m3
Masa molar 32 g/mol
Efectos del gas a distintas concentraciones sobre los seres humanos.
21 % Oxígeno en el aire.
19 % Concentración mínima del ambiente.
17 % Respiración rápida y profunda. Equivalente a 2.500 m.s.n.m.
15 % Vértigo, vahído (perdida breve del sentido), zumbido en oídos,
aceleración del latido.
13 % Pérdida de conocimiento en exposición prolongada.
9 % Desmayo e inconciencia.
7 % Peligro de muerte. Equivalente a 8.800 m.s.n.m.
6 % Movimientos convulsivos, muerte.
2.25 Caída por choque
A lo largo del avance del caudal de aire hacía la mina, éste empezaría a caer porque el
aire puede chocar con obstáculos haciendo que al momento de llegar al frente, este tenga
una presión disminuida y no sea lo requerido.
Hx = K * C * (L+Le) * V2 /A
Donde:
64
Hx = Pérdida de presión [Pa]
K = Factor de fricción [Ns² /m4]
C = Perímetro [metros]
L = Longitud de la galería [m]
V = Velocidad [m / seg.]
A = Área [m²]
Le= Largo equivalente [m]
2.26 Pérdida total de aire
Para obtener la pérdida de presión total, se debe tomar lo siguiente, una vez obtenido la
pérdida por choque y por fricción, se debe hacer lo siguiente:
H= Hx + P
Donde
P = Pérdida de presión [Pa]
Hx= Pérdida por choque [Pa]
2.27 Mangas de ventilación
En la ventilación minera se usa mangas de ventilación para poder impeler o expeler el
aire dentro de un frente de trabajo, están hechos de distintos materiales, resistencias,
formas, etc. Esto siempre depende del uso que se le dé, materiales más resistentes para
la ventilación expelente.
65
Existen de tres tipos de manga de ventilación.
Lona vulcanizada o Flexible liso.
Flexible forzado.
Metálico.
2.28 Lona vulcanizada
Estos ductos de fabricación nacional confeccionados en PVC con tejidos sintéticos de
alta resistencias se venden en tiras de largo y diámetro a pedido para su uso en sistemas
impelentes de ventilación, provisto de anillos de acero en sus extremos para ser
conectados entre sí con o sin uso de collarines de unión.
Su aplicación en sistemas impelentes para desarrollos horizontales de longitud media, ha
desplazado los tendidos de ductos metálicos por su menor masa y flexibilidad, lo que
facilita su almacenamiento, transporte e instalación con un costo muy inferior al metálico.
Sus diámetros standard varían de 300 a 1200mm y el largo de sus tiras de 5 a 30 o más
metros13
2.28.1 Características
Muy livianos.
Resistentes.
Fácil instalación.
13 Corvalan Rubilar, Mirko (2016). Metodología De Ventilación Auxiliar Para Desarrollos Ciegos [Internet] P. 50. Recuperado de https://repositorio.usm.cl/bitstream/handle/11673/40758/3560901063635.pdf?sequence=1
66
Soportan presiones positivas de hasta 9KPa (900 mmH2O), en tramos de 5 a
20 m.
Posee diámetros de 200 a 1320 mm (8´´ – 52´´).
La unión entre tramos es mediante anillos de resorte.
Servicio en buenas condiciones, este dura hasta un año de uso continuo.14
ILUSTRACIÓN 12EJEMPLO DE MANGA DE VENTILACIÓN LISA
2.29 Flexible forzado
Estos ductos hechos en el mismo material que la lona vulcanizada, se refuerzan con un
espiral de anillos de acero espaciados entre 75 mm. A 150 mm. Para su uso en sistemas
de ventilación aspirante con diámetros que van de los 250 mm. a 1200 mm. y tiras de 5
a 10 m. de largo.
14 Larehj Zeugirdor (2017) Mangas de ventilación P.10 [Internet] Recuperado de https://es.scribd.com/presentation/360266658/Mangas-de-Ventilacion-pptx
Para unirlos se requiere el uso de collarines de unión y vienen provistos con gancho de
sujeción. Su principal aplicación es para la extracción de aire, pero igualmente puede
usarse en sistemas impelentes, siempre que no sea posible utilizar el tipo liso, ya que
esta manga es más resistiva y de mayor costo que el tipo liso15
2.29.1 Características
Confeccionados también de PVC con reforzamiento de tejidos sintético de alta
resistencia.
Reforzados por una espiral de anillos de acero.
Posee diámetros desde 250 a 1200 mm.
Posee longitudes de 5 o 10 metros.
Se unen mediante anillos.
Usan ganchos de sujeción.
Se usan para extracción de aire, o ventilación Aspirante.
Pueden usarse en ventilación impelente, siempre y cuando no se pueda utilizar
el liso, ya que esta manga genera más resistencia y por ende mayor costo que
el liso.16
15 Corvalan Rubilar, Mirko (2016). Metodología De Ventilación Auxiliar Para Desarrollos Ciegos [Internet] P. 50.
Recuperado de https://repositorio.usm.cl/bitstream/handle/11673/40758/3560901063635.pdf?sequence=1 16 Larehj Zeugirdor (2017) Mangas de ventilación P.12 [Internet] Recuperado de https://es.scribd.com/presentation/360266658/Mangas-de-Ventilacion-pptx
ILUSTRACIÓN 13 EJEMPLO DE MANGA DE VENTILACIÓN REFORZADO
2.30 Metálico
Fabricados con plancha de fierro entre 1 a 4 mm de espesor y largos variables de 10 a 3
m dependiendo de su diámetro son aptos para ser utilizados en sistemas de longitud
considerable, por sus ventajas de bajo coeficiente de roce, excelente hermetismo en las
uniones y bajo costo de mantención. Su principal desventaja seria su masa y rigidez que
dificultan su instalación y aumenta su costo de esta17
2.30.1 Características
Espesor de 1 a 4 mm.
De construcción espiral.
Sus longitudes van desde 3 a 10 m, dependiendo de su diámetro.
17 Corvalan Rubilar, Mirko (2016). Metodología De Ventilación Auxiliar Para Desarrollos Ciegos [Internet] P. 49. Recuperado de https://repositorio.usm.cl/bitstream/handle/11673/40758/3560901063635.pdf?sequence=1
La ventaja que esta manga tiene es su forma, permitiendo llevar más cantidad de aire sin
achicar el espacio libre que este lleva, sin afectar el flujo de aire y las condiciones de
ventilación
ILUSTRACIÓN 15 EJEMPLO DE MANGA TWIN
71
Resumen comparativo
TABLA 1 COMPARACIÓN DE MANGA DE VENTILACIÓN
19
19 Corvalan Rubilar, Mirko (2016). Metodología De Ventilación Auxiliar Para Desarrollos Ciegos [Internet] P. 51. Recuperado de https://repositorio.usm.cl/bitstream/handle/11673/40758/3560901063635.pdf?sequence=1
72
TABLA 2 COMPARACIÓN DE MANGA DE VENTILACIÓN20
2.32 Accesorios de mangas de ventilación
Estas también pueden ser hechas del mismo material de las mangas de ventilación
nombradas anteriormente. Sirven para poder acoplar otros puntos de manga de
ventilación.
2.32.1 Y estándar
Es la separación de un conducto hacia dos iguales de manera simétrica siendo los
ángulos de separación de 30°, 45°, 60°, etc. entre los ductos.
20 Larehj Zeugirdor (2017) Mangas de ventilación P.15 [Internet] Recuperado de https://es.scribd.com/presentation/360266658/Mangas-de-Ventilacion-pptx
Al igual que se es necesario calcular el caudal de ventilación, es necesario saber cuánto
es el gasto necesario para que el caudal funcione como corresponde.
2.33.1 Unidades y conversiones
Amperaje (A): es la corriente eléctrica que requiere un dispositivo para operar.
Voltaje (V): es la tensión eléctrica que suministran las centrales eléctricas a las
empresas y casas. Esta puede variar según el país, y va desde 100V a 440V,
en Chile se usa 240V.
Vatio (W): es la unidad de potencia eléctrica.
Para calcular potencia eléctrica (W), es decir, el consumo eléctrico de un aparato, se
multiplica la corriente eléctrica (A) por la tensión (V): A * V = W.
Anteriormente, se mencionó como calcular la potencia necesaria para la ventilación
(Vatios), por lo tanto, se necesita saber el voltaje y el amperaje que este tendrá.22
En este caso, existen dos posibilidades, conectarse a una red eléctrica o la otra sería a
través de un grupo electrógeno, siendo este último un equipo que ya tiene la empresa de
250 kilovatios.
22¿Cómo calcular el consumo eléctrico para comprar un generador para una casa? (2017) De máquinas y herramientas https://www.demaquinasyherramientas.com/herramientas-electricas-y-accesorios/como-calcular-el-consumo-electrico-para-comprar-un-generador-electrico-para-una-casa
Otra pregunta muy frecuente de parte de nuestros clientes es saber cuál es el consumo
promedio de los equipos. Esta es una duda muy relevante, pues la falta de combustible
ocasionará que el motor quede descebado y no parta, pudiendo agotar la batería si se le
intenta dar contacto en reiteradas oportunidades.
Para no caer en este inconveniente, y que su generador tenga un correcto funcionamiento
a lo largo de su arriendo, debemos calcular cuánto petróleo o diésel en promedio será
utilizado. Esto puede ser resuelto con la siguiente fórmula.
Amperes generados x 0,15 = litros por hora.23
En promedio el precio de combustible se encuentra a 680 pesos el litro de diésel.
2.33.3 Conexión por electricidad
El valor de la energía eléctrica en Chile es una de las más altas entre los países
sudamericanos. La tarifa es de 15,80 centavos de dólar por KWh ($105), superando el
promedio de 10,21 centavos de dólar ($65).24
23 Cómo Calcular La Cantidad De Combustible Utilizada Por Un Generador (2019) Arrequip Recuperado de https://arrequip.cl/como-calcular-la-cantidad-de-combustible-utilizada-por-un-generador/ 24 Estudio asegura que Chile es el segundo país con mayores tarifas eléctricas de Sudamérica (2017) Emol recuperado de https://www.emol.com/noticias/Nacional/2017/07/18/867228/Chile-es-el-segundo-pais-con-mayores-tarifas-electricas-de-Sudamerica.html
25 Flujo de aire a través de galerías y ductos (2007) R Castro [Internet] recuperado de https://www.google.cl/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwj4seiM_9_rAhUoE7kGHadjBd4QFjAAegQIChAB&url=https%3A%2F%2Fwww.u-cursos.cl%2Fingenieria%2F2009%2F1%2FMI57G%2F1%2Fmaterial_docente%2Fbajar%3Fid_material%3D233091&usg=AOvVaw37rJTa5a68rZACzPK6K7RK
En la tabla se muestra el valor de k directo y el valor de 49, con la fórmula del
coeficiente, que es a*1.855*106, siendo a, el valor de la tabla por 10-10.
ILUSTRACIÓN 32 COEFICIENTE DE RESISTENCIA SEGÚN DISTINTOS TERRENOS Y ROCAS26
26 Practical Values of Friction Factors (2000) Brian S. Prosser and Keith G. Wallace [Internet] Recuperado de https://scholarsmine.mst.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1099&context=usmvs