VENTILACIÓN DE MINAS - SENA

Compilador: Gustavo Adolfo Maturana S. Ingeniero de Minas Instructor: CTMAE

– SENA

Puerto Berrio – Antioquia - Colombia

Proporcionar a la mina un flujo de aire en cantidad y calidad suficiente para diluir contaminantes, a límites seguros en todos lo lugares donde el personal esta en trabajo.

Como elemento indispensable para la vida tenemos el aire, el cual lo clasificaremos en: 1. AIRE ATMOSFÉRICO: Es una mezcla de gases, es incoloro, inholoro, insípido e imprescindible para la vida de todo ser vivo. Esta compuesto:

2. AIRE DE MINA. Durante su paso a través de la mina el aire atmosférico recoge los contaminantes producto de las operaciones mineras entre ellos algunos gases y vapores, el polvo en suspensión y el calor producido por las maquinas en funcionamiento. Esto hace que el aire pierde parte de su oxigeno, al cual denominaremos aire viciado.

El hombre respira mas fácilmente y trabaja mejor cuando el contenido del oxigeno se mantiene aproximadamente en 21%. Cuando baja a 15%, los efectos en él serán respiración agitada, aceleración de los latidos del corazón, zumbido de los oídos y desvanecimiento.

• La llama de una vela o un fósforo se apaga cuando el contenido de oxigeno baja del 16%. Con el encendido del fósforo dentro de las labores mineras es un buen método para detectar la deficiencia del oxigeno (Este método no esta permitido en minas de carbón).

Gases Producidos Por Voladura. En la voladura con el uso de explosivos, origina mayor gases tóxicos. Por ejemplo el uso de ANFO, genera diversos óxidos de nitrógeno.

Gases Producidos Por Equipo Disel. Maquinas de combustión interna, que liberan gran cantidad de contaminantes, hasta 0.3 m3/min. Por HP. Estos gases son CO, NO2, aldehídos, humos, metano y SO2.

 MONÓXIDO DE CARBONO (CO): Gas extremadamente venenoso, es incoloro, inholoro e insípido. Se genera: • Por la combustión incompleta de madera • Por funcionamiento de motores de combustión interna, cuando no se controla el escape de estos equipos. • Por el uso de explosivos Es uno de los gases mas peligrosos que existen y es la causa del 90% de los accidentes fatales en minas por intoxicación por gases.

Los efectos del CO en el organismo humano, a concentración de 0.1 % El limite máximo permisible para este gas es 0.005%

GASES NITROSOS (NO, NO2): Son gases tóxicos e irritantes, se producen por la combustión y la detonación de los explosivos y por la operación de equipos diésel. El valor límite permisible en cualquier sitio de trabajo bajo tierra es de 0,0005% (decreto1335 de 1987) • Sus efectos fisiológicos son: Irritación a la garganta, tos y fatalidad en poco tiempo, ante cantidades altas. • Corroe las vías respiratorias y crea edemas pulmonares, dejándonos expuestos a bronquitis y pulmonías con posible fatalidad. • Es un gas más pesado que el aire y se mantiene en las partes bajas de las labores. Se diluye con aire (ventilación).

 ANHÍDRIDO CARBONICO (CO2): Se produce por la respiración del hombre, incendios, por la descomposición de materias orgánicas, y en las voladuras. Es un gas más pesado que el aire, por lo tanto siempre se le encuentra en las partes más bajas y en .zonas abandonadas. • Sus síntomas son: Respiración rápida y agitación y aún en reposo. • El limite máximo permisible para este gas es 0.5%

 NITRÓGENO (N2): No es venenoso. Cuando se encuentra mezclado un poco con oxigeno, solo produce sofocamiento en el organismo humano; pero cuando se mezcla con el oxigeno en una proporción mayor aprox. De 78 % a 21 %, este gas causa la muerte por sofocamiento cuando el porcentaje de nitrógeno pasa de 88%.

 De 0.00 msnm a 1500 msnm 3.0 m3/min.  De 1501 msnm a 3000 msnm 4.2 m3/min.

 De 3001 msnm a 4000 msnm 5.1 m3/min.  De 4001 msnm a + msnm 6.0 m3/min.

PROPIEDADES DEL CAUDAL DE AIRE. CARACTERISTICAS DE LA VENTILACION DE MINAS

Corriente de aire* que circula por las vías de la mina.

• En la mina el f1ujo de aire se capta y es suficiente si : • 1. Satisface las necesidades de respiración de las personas que laboran bajo tierra.

2. EI ambiente de la mina es fresco.

3. No se detecta la presencia de gases en la mina.

C. FORMAS DE ORIGEN DEL FLUJO 0 CANTIDAD DE AIRE. EI flujo de aire puede ser originado: 1. En forma natural: Sucede cuando hay una diferencia de altura entre la bocamina y el bocavientos" y por tanto una diferencia de temperatura. EI aire por ser una mezcla de gases cuando se calienta se hace mas Iiviano y tiende a circular de la parte mas fria a la mas caliente.

La ventilación natural es muy cambiante, depende de la época del año, incluso, en algunos casos, de la noche y el día.

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.

2. En Forma Artificial: Cuando el f1ujo de aire es originado por la acción de un ventilador".

D. VELOCIDAD DEL AIRE EI aire se mueve recorriendo una distancia en un tiempo determinado.

E. CAUDAL DE AIRE Volumen de aire que circula por un conducto en un tiempo determinado. EI caudal se mide en metros cúbicos por segundo y se simboliza por Q(m3/seg).

Q=AxV A = Área V = Velocidad Un metro cubico es igual al volumen comprendido en un cubo que tiene un metro de arista.

F. VENTILACION DE MINAS Es la acción de suministrar aire fresco a la mina . La ventilación es necesaria para : 1. Satisfacer las necesidades de respiración del personal que trabaja bajo tierra . 2. Diluir y arrastrar gases. 3. Diluir y remover el polvo.

4. Disminuir la temperatura de la mina .

G. CLASES DE VENTILACION La ventilación se clasifica según:

1. EI recorrido que sigue el flujo de aire en la mina. 2. La manera como el ventilador produce el flujo de aire. Según el recorrido que sigue el flujo del aire en la mina existen los siguientes tipos de ventilación: a. Principal b. Secundaria c. Ascendente d. Descendente

a. Ventilación Principal. Cuando el flujo de aire recorre las principales vías de la mina circulando por toda la sección. . b . Ventilación Secundaria. Cuando se hace circular el aire por las vías donde no es posible hacer llegar la ventilación principal conduciendo el aire por tubería.

c. Ventilación Ascendente. EI flujo de aire que entra por una vía a menor altura y sube por los trabajos de la mina para salir por una vía a mayor altura.

d. Ventilación Descendente. EI flujo de aire Que entra por una vía a mayor altura y baja por los trabajos de la mina para salir por una vía a menor altura .

Según la manera como el ventilador produce el flujo del aire, existen los siguientes tipos de ventilación. a. Aspirante. b. Soplante.

a. Ventilación Aspirante. Cuando el aire es succionado por el ventilador.

b. Ventilación Soplante. Cuando el aire es soplado par el ventilador hacia el frente de trabajo o al interior de la mina.

H. APARATOS USADOS PARA MEDI R LA VELOCIDAD DEL AIRE Los aparatos mas usados para medir la velocidad del aire son: 1. Anemómetro 2. Velometro.

ANEMOMETRO. Es una pequeña rnaquina que accionada por la fuerza de empuje del aire hace girar unas aletas que permite medir su velocidad.

VELOMETRO. EI aire penetra por , un orificio de entrada ubicado al lado Izquierdo de esta FIGURA permitiendo leer en forma directa su velocidad. Se pueden tomar medidas entre 0-300 m/min aproximada mente.

I. SIMBOLOS Y ESQUEMAS USADOS EN LAS MEDIDAS DE VENTILACION

Formato de Informe. EI formato se debe llenar una vez se han tornado los respectivos datos solicitados.

EJEMPLO. En la mina el Porvenir, Galería manto 3, se tomaron tres medidas de velocidad del aire que fueron : 121 - 120 y 119 m/min a las 9 a.m. el dla 3 de abril de 1984, en el punto 342. La sección en forma de bóveda de 7.29 m2, el formato deberá quedar así:

OBJETIVO DEL MODULO • Definir e identificar calor, temperatura, escalas, termometros y sicrometros. • Describir los conocimientos tecnológicos, las características y uso del sicrometro para la medición de la temperatura del aire en la mina. • Describir el procedimiento para la medición de la temperatura del aire en la mina con sicrometro de aspiración.

TEMPERATURA Y ESCALAS DE MEDIDAS A. CALOR. Sensación que percibe el cuerpo humane cuando el ambiente que lo rodea esta caliente.

B. TEMPERATURA Es la medida de la cantidad de calor que posee un cuerpo. La temperatura se mide en grados centígrados (°C). Para medir la temperatura del aire en la mina se emplea el termometro.

TEMPERATURA DEL AIRE EN LA MINA EI aire a medida que penetra por las diferentes vías de la mina aumenta su temperatura por: 1. EI calor desprendido por el cuerpo humano. 2. EI calor desprendido por los equipos. 3. EI contacto del aire con los respaldos de las vías.

EL AIRE ATMOSFERICO EI aire atmosférico no siempre es seco, en la mayarla de los casos es húmedo y contiene vapor.

Podemos medir dos tipos de temperatura del aire en la mina: 1. Temperatura seca. 2. Temperatura húmeda, 1. Temperatura Seca. Se mide con el termómetro de bulbo' seco. 2. Temperatura Húmeda. Se mide con el termómetro del bulbo húmedo. Estas temperaturas se miden con el sicrómetro.

ESCALA DE MEDICION DE TEMPERATURA La escala más usada para medir la temperatura del aire es la Escala Centígrada. Para facilitar las operaciones en ventilación es necesario convertir la escala centígrada a otra denominada escala kelvin.

Existe una relación entre ellas que permite realizar su conversión.

Ejemplo: Si la medida tomada es: 15°C la correspondiente medida en °K seria:

EI resultado es 288 °K

TERMOMETRO Y SICROMETRO CLASES Y PARTES

A. TERMOMETRO Tubo de vidrio graduado con mercurio en su interior que se usa para medir la temperatura.

USO DEL TERMOMETRO

Para medir la temperatura con termómetro se cuelga este de un alambre ubicado en el Capiz.

EI calor humane afecta la medida, por esto es conveniente que durante la medida el trabajador se retire por cuatro minutos aproximadamente. •

Para tomar la lectura, sume el numero de divisiones donde llega el hilo de mercurio al numero de la graduación inferior.

SICROMETRO DE AGITACION

Es un aparato que consta de 2 termómetros que al agitarse en forma de giro permite medir la temperatura seca y húmeda del aire.

USO DEL SICROMETRO DE AGITACION Se gira la manija desplazandola del cuerpo del sicrometro para buscar la posición de trabajo.

Cuando la manija se en cuentra en posición perpendicular al sicrometro, el aparato esta listo para usarlo.

Para realizar la medición se coge la manija de manera fija y se gira el brazo en forma circular,

Esta operación debe durar aproximadamente cuatro minutos. Luego se toma la lectura de la temperatura humeda y seca en cada uno de los termometros.

SICROMETRO DE ASPIRACION Es un aparato con dos termometros que mediante la succión de aire ejercida por un pequeño ventilador permite medir la temperatura húmeda y seca del aire. ·

La regla fundamental de Ventilación:

“EVITAR A TODA COSTA QUE EL CONTAMINANTE LLEGUE A ESTAR SUSPENDIDO EN EL AIRE"

• Prevención – Considerar la necesidad de no contaminar desde el proyecto. Ej Cantidad de motores requiere 20:1 para completa combustión. – Verificar que las modificaciones de la mina no introduzcan nuevos procesos o elementos contaminantes

• Eliminación – Modificar operaciones o mejorar prácticas para reducir la formación de polvo o producción de gases indeseables (Ej: mantención de equipos) – Limpiar labores para eliminar polvo asentado

• Supresión – Infusión con agua contaminantes.

o

vapor

en

focos

– Tratamiento de polvo asentado con productos químicos delicuescentes (que absorben humedad del aire). – Depuración con catalizadores.

colectores

de

polvo

o

• Aislamiento – Tronadura restringida o con personal afuera, para no exponer. – Encerramiento de operaciones generadoras de polvo para aplicar algún sistema de tratamiento local (rociadores, aspiradoras, colectores de polvo …)

• Dilución … último recurso – Dilución por corriente de la ventilación principal; – Dilución local por ventilación auxiliar

• Para Diluir – Gases naturales / Motores / Tronadura • Para Acondicionar – Enfriar / Calentar • Para consumir: – Respiración de personas / Combustión de motores • Para Mover – Arrastrar – Hacer “brisa” – Renovar

• Para determinar el requerimiento de aire total se utilizan los siguientes parámetros operacionales: Caudal requerido por el número de personas.  Caudal requerido por desprendimiento de gases según Norma Colombiana.  Caudal requerido por temperatura.  Caudal requerido por el polvo en suspensión.  Caudal requerido por la producción.  Caudal requerido por consumo de explosivos.  Caudal requerido por equipo Diesel.

Este método es usado generalmente en minas de carbón. Para minas metálicas, se debe tomar en cuenta el consumo de madera, ya que ésta fijará el porcentaje de CO2 existente en la atmósfera. El cálculo se basa sobre la suposición de que la cantidad de gas (CH4 y C02) que se desprende es proporcional a la producción. 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.) • En minas metálicas, con poco consumo de madera, varía entre 0,6 a 1 (m3/min.) Si el consumo de madera es alto, puede llegar hasta 1,25 (m3/min.)

Esta evaluación es básica para aquellas minas grisutuosas:

Donde: q= Volumen de gases que se desprenden en la mina en 24 horas (m3). p= Norma de contenido de metano en el aire, 1% según norma Colombiana, Decreto 1335. (Reglamento de Seguridad para Minas Subterráneas).

• Para mantener este caudal con un margen de seguridad aceptable, que tenga en cuenta las pérdidas de aire que normalmente se presentan en las minas, se acostumbra calcular este valor teniendo en cuenta un factor de seguridad del 30%.

• Ejemplo: Para una mina de carbón cuya producción diaria en 3 turnos sea de 2.000 ton/día (igualmente repartida) con una desgasificación de metano de 10 m3/ ton., la cantidad de aire necesario será:

El caudal de aire necesario para la totalidad de personal, teniendo en cuenta el turno de mayor personal es: Q=NxF Q = N x 3 m3/min. = N x 0,05 (m3/s) N = número de personas que se encuentran trabajando al mismo tiempo en la mina, en el turno más cargado de mineros. F = Caudal mínimo por persona.

De acuerdo a la norma colombiana (decreto 1332 de 1987) el volumen mínimo de aire que circule en las labores subterráneas debe cumplir lo siguiente: • 1. Excavaciones mineras hasta 1.500 metros sobre el nivel del mar: -- 3 m3/min. por cada trabajador. • 2. Excavaciones mineras de 1.500 metros en adelante: -- 6 m3/min. por cada trabajador.

Qc = HP x A (m3/min) HP = Cantidad de HP del motor diésel A = Volumen de aire permisible por HP De acuerdo a norma colombiana, debe haber el siguiente volumen de aire por contenido de CO en los gases de exosto. a) Seis metros cúbicos (6 m3) por minuto por cada H. P. De la máquina, cuando el contenido de monóxido de carbono (CO) en los gases del exosto no sea superior a 0.12%. b) b) Cuatro (4) m3 por minuto por cada H. P. de la máquina cuando el contenido de monóxido de carbono (CO) en los gases del exosto no sea superior de 0.08%.

• Es el método principal en las minas metalíferas; Se basa este cálculo en dos valores:  Formación de 0,040 m3 de productos tóxicos por la voladura de 1 Kg., de explosivo.  Tiempo de ventilación no mayor de 30 min; o sea el tiempo dentro del turno, que gasta el minero en regresar al frente después de haber realizado la voladura.

De acuerdo a algunos reglamentos de seguridad, los productos tóxicos de la explosión deben ser diluidos a no más de 0,008% en volumen, entonces se obtendrá que el caudal de llevar al frente de trabajo debe ser:

G= formación de gases en m3/ kg de explosivo

G = 0,04 m3/kg

GE Q Tf

E = cantidad de explosivo a detonar, kg Q = 100*0,04*E T = tiempo ventilación (30 min)

0,008 * 30

f = % dilución de gases en la Q = 16,67 * E atmosfera a no menos de 0,008% (m3/min)

El criterio más aceptado es hacer pasar una velocidad de aire determinado por las áreas contaminadas y arrastrar el polvo, a zonas donde no cause problemas. 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.