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CAPITULO I

EL AIRE DE LAS MINAS

1. GENERALIDADES SOBRE EL AIRE DE LAS MINAS

Aire de minas se denomina a la mezcla de diferentes gases y vapores que se encuentran llenando las galerías subterráneas. El aire atmosférico al entrar desde la superficie a las galerías subterráneas, cambia su composición. Si el cambio no es mayor y el aire de la mina por su composición se diferencia poco del atmosférico, entonces se lo denomina fresco, en los demás casos viciado.

Es conocido que los principales componentes del aire atmosférico son:

oxígeno, nitrógeno, gas carbónico y vapor de agua. Los tres primeros en el aire de composición normal, tiene una proporción constante en volumen: 70% N2; 20,96% 02 y 0,04% C02. El vapor de agua en la composición entra en diferentes cantidades (por término medio hasta 1%), lo cual no influye en la relación oxígeno y nitrógeno del aire.

El aire de mina a diferencia del atmosférico siempre tiene otras relaciones de

oxígeno, gas carbónico, nitrógeno y vapores de agua, generalmente las cantidades de oxígeno es inferior al 20,96%, y el gas carbónico superior al 0,04%. Además de estos, siempre existen otros gases y vapores de agua, el aire de la mina puede contener gases y vapores nocivos y también polvo minero. Por esto el aire de la mina se puede considerar como formado de tres partes: aire atmosférico +gases activos + aire letal.

Por gases activos se comprende cualquier tipo de gases venenosos o

explosivos, los cuales se desprende o forman en las galerías subterráneas. En las condiciones de minas metálicas, a estos gases pertenecen: óxido de carbono, óxido de nitrógeno, gas sulfhídrico, gas sulfuroso, hidrógeno y metano.

Por aire letal se comprende la mezcla de gas carbónico y nitrógeno, que

contiene el aire, en cantidad superior a la que existe en el aire atmosférico. La cantidad de aire letal en el aire de la mina puede variar desde décimas de porcentaje hasta algunos tantos por ciento.

2. PROPIEDADES FÍSICO -QUÍMICAS DE LOS GASES DEL AIRE DE LAS

MINAS 1. Oxígeno 02.- Este gas es incoloro, sin sabor y sin olor, su peso específico (en

relación al aire) es de cerca de 1,11. Químicamente es activo: fácilmente se une con muchas substancias simples y complejas.

Las causas principales para la disminución del oxígeno en el aire de mina son: a) Los lentos procesos de oxidación de las substancias orgánicas e inorgánicas

(maderas, rocas, minerales, etc.), incendios, explosiones de los gases o polvo;

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b) La unión de gases, que se desprenden de las galerías mineras, al aire; por ejemplo el metano, gas carbónico, etc. Factores secundarios son: respiración de las personas, encendido de las

mechas de las lámparas. Para una normal respiración, buen estado de las personas y normal capacidad de trabajo de las gentes, es necesario que el aire contenga no menos de 20% de 02. En vista de que, la disminución de la concentración del oxíge-no, ocasiona una aireación reforzada de los pulmones, subjetivamente la disminución del oxígeno en el aire no se nota, sino cuando la concentración es de 15-16%.

Cuando la concentración del oxígeno del aire es inferior al 14%, en el individuo se dificulta la respiración y cuando la concentración es de 12% puede ocasionarse un síncope y luego la muerte por "hambre de oxígeno". Por esto las reglas de seguridad deben exigir que en todas las galerías subterráneas, donde se pueden encontrar las gentes, el contenido de oxígeno no sea menor de 20%. 2. Nitrógeno N2.- Este gas es incoloro, sin sabor ni olor. Su peso específico es

0,97. En el aire atmosférico juntamente con el nitrógeno siempre se encuentran cantidades pequeñas de otros gases (argón, criptón, helio, xenón y neón), que por sus propiedades químicas son semejantes al nitrógeno.

El nitrógeno es inerte, no mantiene la respiración ni el fuego, pero en caso de

unión con el aire de la mina en cantidades grandes constituye la causa de la brusca disminución de oxígeno, por la cual la vida de las personas puede encontrarse en peligro.

Las fuentes de incremento de nitrógeno en el aire de la mina son: trabajos de

voladura, procesos de descomposición de las substancias orgánicas y también el desprendimiento de él en forma pura a través de fisuras en las rocas y minerales.

3. Gas carbónico CO2.- Este gas es incoloro y sin olor, con gusto débilmente ácido, fácilmente se diluye en el agua, el coeficiente de dilución bajo 0 grados es de cerca de 1,71.

El CO2 en las galerías subterráneas se forma a causa de una serie de fac-tores, los principales son: descomposición de la madera, oxidación del mineral y descomposición de las rocas carbónicas bajo la acción del agua ácida de la mina, las causas secundarias son respiración, lámparas encendidas y los trabajos de vola-dura.

El gas carbónico se vuelve peligroso para el hombre, cuando el contenido en

el aire de la mina es de 10% y más. Cuando la concentración es menor produce fuerte ahogo, mareo y debilidad. No es nocivo para la salud de las gentes, cuando la concentración en el aire de la mina, es igual a 0,5%. Esta magnitud se establece en las reglas de seguridad como límite de contenido de CO2 en las galerías activas; para la corriente general de aire viciado de la mina el límite de CO2 es de 0,75%. El

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gas carbónico es una vez y media más pesado que el aire, por lo cual siempre se puede concentrar en el piso de las galerías o "deslizarse" a las partes inferiores de las galerías inclinadas, Por esto debe tararse las precauciones debidas, cuando se acerca a las galerías mal ventiladas y especialmente a las galerías viejas o abandonadas temporalmente. No se debe entrar en estas galerías sin antes efectuar el análisis del aire por CO2.

4. Oxido de carbono CO.- Este gas es incoloro, sin sabor ni olor. Su peso específico

en relación con el aire es de 0,967. Débilmente se diluye en el agua, arde con una característica llama azul. Explosiona en mezcla con el aire, cuando la Concentración es de 13 a 17%.

Las fuentes principales de formación de CO en las minas son los trabajos de

voladura y también los incendios mineros. Estos últimos puede ocasionar grandes concentraciones de este gas en las galerías. El óxido de carbono es fuertemente venenoso. Una larga permanencia y trabajo del hombre en una atmósfera, que contenga incluso 0,01% de CO, produce intoxicación crónica con terribles consecuencias; con un contenido de 0,5% de CO en el aire de la mina, produce la muerte respirándolo 20 30 min. y produce la muerte en 1-2 min., cuando el contenido del CO es de 1%.

Se considera no nociva la concentración de óxido de carbono de 0,0016% en

volumen. La entrada de los trabajadores a la frente, después de la voladura se permite, cuando la concentración de CO en el aire es de 0,008%, pero bajo la condición de que la frente sea ventilada aun por dos horas más para disminuir la concentración de gases venenosos hasta 0,0016%.

5. Gas sulfhídrico H2S.- Es un gas incoloro, tiene el característico olor de huevo

podrido y sabor un tanto dulce.

Su peso específico es de 1,19. Fácilmente se disuelve en el agua. Es altamente venenoso, actúa de manera irritante sobre las membranas de los ojos y las vías respiratorias. Cuando el contenido de H2S en el aire de la mina es de 0,02%, después de 5 - 8 min. puede ocasionar una fuerte irritación en las membranas de los ojos, nariz y garganta. Un peligroso envenenamiento se produce, cuando la concentración en el aire es de 0,05% y cuando el contenido es de 0,1%, rápidamente llega la muerte.

Las fuentes que desprenden este gas son: procesos de descomposición de las rocas por acción de las aguas y los trabajos de voladura. Además el gas sulfhídrico puede desprenderse de las fisuras y oquedades, cuando se franquean galerías. En el aire de la mina la concentración permitida es de 0,00066%.

6. Gas sulfuroso S02.- Pertenece al grupo de mezclas altamente nocivas para el

aire de la mina. Es incoloro, tiene sabor y olor picante. Es muy pesado, su peso específico es 2,2, fácilmente se diluye en el agua. Fuertemente venenoso, su acción venenosa aparece bajo concentraciones

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pequeñas, así cuando el contenido en el aire de la mina es de 0,0015 -0,002%, corroe las membranas de los ojos, nariz y garganta. Es peligroso rara la vida, cuando el contenido en el aire es de 0,5%. La concentración no peligrosa de S02 es 0,0007%.

Generalmente el gas sulfuroso en el aire de mina se encuentra en pequeñísimas concentraciones. Se forma en los incendios, voladuras de rocas que contiene azufre y en ciertas minas se desprende conjuntamente con gas sulfhídrico. 7. Óxidos de nitrógeno (NO, N02).- En las minas se forma durante las voladuras.

El óxido de nitrógeno es un gas incoloro. Su peso específico es cercano al 1,04. Fácilmente reacciona con el oxígeno del aire y pasa a formas el óxido doble de nitrógeno mucho más estable. El óxido doble de nitrógeno es un gas de color café, mucho más pesado que el aire, su peso específico es 1,58. Se diluye en el agua en forma activa, forma con él composiciones químicas; ácido nitroso y nítrico.

Los óxidos de nitrógeno constituyen mezclas altamente peligrosas en el aire

de la mina. El aire que contiene más que sea, pequeñísimas cantidades de estos gases, produce irritación de las vías respiratorias. Su envenenamiento mortal puede ocasionar el aire con concentraciones de óxidos de nitrógeno de 0,025%,

El límite permitido de concentración en el aire de mina, de acuerdo con las

Reglas de Seguridad es de 0,0001% (en cálculo transformado a N2 O5). Una característica particular de la actividad de los óxidos de nitrógeno en el hombre es el hecho de que la acción venenosa aparece pasado cierto tiempo. Así el trabajador que ha sufrido la acción de los óxidos de nitrógeno, puede no sentir nada durante el día y morir en la noche por hinchazón de los pulmones. Por esto es indispensable prestar mucha atención, cuando se acerca a las galerías donde se han efectuado voladuras., No se debe entrar a aquellas galerías hasta tanto no se hayan ventilado completamente,

8. Metano CH4.- A pesar de que no pertenece a los gases venenosos, sin

embargo constituye una de las mezclas del aire de mina muy peligrosa ya que puede formar en unión con el aire una mezcla explosiva.

El metano incoloro, sin sabor ni olor. Es casi dos veces más liviano que el aire

(su peso específico es 0,55), por lo cual, generalmente se concentra en el techo de las galerías y también en las frentes de las chimeneas. La actividad del metano en los órganos respiratorios es semejante al del nitrógeno. Es nocivo simplemente porque él disminuye la concentración de oxígeno en el aire.

Las propiedades, más peligrosas del metano son su inflamabilidad y explosividad. Cuando la concentración del metano alcanza 5 - 6 % puede inflamarse sí esta cerca de una fuente de alta temperatura. Cuando la concentración es de 5 - 6 hasta 14 -16% la mezcla del aire con metano se vuelve explosiva. La mezcla de este tipo, superior al 16% arde con llama tranquila.

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Producto de la combustión y explosión del metano son el gas carbónico y el

agua. Cuando el contenido de metano en la combustión y explosión es grande, puede obtenerse parcialmente óxido de carbono. La temperatura de inflamación del metano es 650 -750 grados. Sin embargo ella puede ser superior o inferior a estos límites en dependencia del tipo de inflamante, contenido de metano en el aire, tiempo de actividad de la fuente inflamante, etc. Así por ejemplo, superficies ardientes inflaman el metano bajo temperaturas más altas que la llama.

Una característica importante del metano es su capacidad de no inflamarse

bruscamente bajo la acción de fuentes con alta temperatura, sino con cierto atraso y este tiempo de retraso depende de la temperatura del inflamante, así, por ejemplo con 650 grados el retraso es de 10 seg y bajo 1000 grados, el retraso disminuye a 1 seg. El fenómeno del retraso se puede explicar por las propiedades físicas del metano y sobre todo por su gran capacidad calorífica (0,59) y conductibilidad calorífica (1,31); para el aire estas magnitudes son iguales a 0,23 y la unidad.

La explosión del metano se desplaza con gran velocidad, hasta cientos de

metros por segundo, la presión en este caso puede alcanzar 7 at. En aquellos casos, cuando se produce la explosión del metano, bajo

concentración superior al 9,5%, la atmósfera en las galerías subterráneas se vuelve venenosa a consecuencia de la formación en ellas de peligrosas concentraciones de óxido de carbono y ahogante debido a la ausencia o disminución del contenido de oxígeno. Esta es la causa principal por la que perecen las gentes que se encuentran en la mina, durante la explosión.

A pesar de que la mezcla del aire con metano explosiona, cuando el

contenido de este último es de 5-6%, las reglas de seguridad exigen que el contenido de metano en la atmósfera minera no sobrepase las siguientes normas:

a) en la corriente de aire que entra en la mina 0,75%; b) en las corrientes de aire para cada sector o sección 1%; c) en la corriente que entra a la frente proveniente de otras frentes de arranque o

preparación 0,5%; d) concentración local (en lugares diferentes) en los frentes de arranque o

preparación 2%. Las normas establecidas crean el suficiente grado de seguridad.

El metano fundamentalmente se desprende en las minas de carbón, pero también se encuentran en la explotación de yacimientos de azufre, sal en piedra, potasio, placeres y otros yacimientos.

De acuerdo con las reglas de seguridad, en la explotación subterránea de

placeres y yacimientos minerales, en los cuales existe metano u hidrogeno, debe pasarse al régimen de gas en correspondencia con las reglas de seguridad para las

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minas de carbón y esquistos bituminosos. El establecimiento del régimen de gas prevé tomar una serie de medidas,

dirigidas a no permitir la concentración del metano, en las galerías subterráneas, en cantidades peligrosas y aparecimiento de fuentes de inflamación.

Entre estas medidas tenemos: a) Ventilación artificial de la mina con ayuda de ventiladores. b) Empleo, en lo posible, del esquema más simple y racional de ventilación tanto

para las secciones de trabajo como para toda la red de galerías subterráneas. c) Asegurar el suficiente amplio orificio equivalente de la mina (no menor de 1,5

m2) y no mayor depresión (en lo posible no mayor de 200 - 250 mm), d) Empleo del método de ventilación de la mina por absorción. e) Ventilación de las frentes, en lo posible, por cuenta de la depresión general de

la mina; en el empleo de ventiladores parciales, para la ventilación de las galerías de preparación, los ventiladores deben colocarse en la corriente de aire fresco y de tal manera que no absorban el aire viciado.

f) Organización del control permanente del estado de la ventilación y

desprendimiento de metano: medición sistemática del gas y la cantidad de aire que pasa por las galerías. Las mediciones del gas se deben efectuar en todas las galerías activas de las minas de I y II categorías no menos de dos veces por turno; en las minas de III categoría y categoría superior no menos de tres veces por turno.

g) Empleo de substancias explosivas seguras para los trabajos de voladura;

empleo de buen retacado, el cual debe ocupar no menos de la mitad de la longitud del hueco y cuando este es de 90 cm., la tercera parte. Es prohibido disparar huecos con longitud inferior a 65 cm. y menos aun efectuar disparos descubiertos.

h) Prohibición de efectuar disparos de huecos en la frente y a distancia de 20 m

de la frente, cuando la concentración de metano es mayor del 1%. i) Empleo de tipos especiales de maquinaria eléctrica: mineras antiexplosivas,

mineras de elevada antiexplosividad, mineras de seguridad contra chispas y mineras de antiexplosividad y seguridad contra chispas.

j) Empleo de lámparas de baterías para el alumbrado de las galerías y focos

antiexplosivos y para las mediciones del gas lámparas a gasolina con seguro y gasomedidores.