Modelización Confort y Calidad Ambiental Atmosfera Subterránea Basado en Riesgos Ambientales

IV Simposium Internacional de Tecnología de la información aplicada a la Minería – INFOMINA 2002 - Lima

MODELIZACIÓN PARA EL CONFORT Y CALIDAD AMBIENTAL EN LA

ATMÓSFERA SUBTERRÁNEA, BASADO EN LOS RIEGOS AMBIENTALES

Vidal Navarro Torres, Investigador do Centro de Geotecnia IST Lisboa, Av.

Rovisco Pais 1049 –001 Lisboa Portugal, [email protected]

Carlos Dinis da Gama, Presidente do Centro de Geotecnia IST Lisboa, Av.

Rovisco Pais 1049 –001 Lisboa Portugal, [email protected]

Resumen

Actualmente, las operaciones mineras no pueden realizarse fuera del contexto

de las exigencias de la globalización, por lo tanto el abordaje de la temática

relacionada a la informática aplicada a la minería debe tener una orientación en

ese sentido. Es así que el enfoque actual sobre los problemas ambientales no

se pueden desligar de la seguridad y salud ocupacional, por lo tanto es urgente

desarrollar por ejemplo una reingeniería al aspecto ambiental subterráneo, no

sólo con una simple visión de ventilación de minas, seguridad e higiene minera

sino introduciendo el concepto ambiental que tiene plena aplicabilidad.

El presente artículo de investigación, utiliza los conceptos vertidos en el párrafo

anterior e introduce una metodología que consiste en la evaluación del riego

ambiental subterráneo debido a factores contaminantes relacionados a la

temperatura, velocidad y caudal del aire.

Por la complejidad de los circuitos de aire y la naturaleza de la dinámica

operacional es necesario desarrollar o utilizar herramientas informáticas para

esta metodología y fundamentalmente en búsqueda de medidas correctivas.

En el presente artículo se pretende presentar algunos resultados de

investigaciones que se viene realizando en los que se usaron el programa

VnetPC2000 entre otros, con aplicación a minas subterráneas de Portugal y

con resultados altamente positivos.


1. EL AMBIENTE SUBTERRÂNEO

El estado del ambiente depende de las influencias conjuntas de la atmósfera,

clima, procesos químicos e biológicos, terrenos e cobertura vegetal, fauna e

seres humanos (Fig. 1). Estos últimos actúan, con intensidad creciente, en los

procesos geológicos, geofísicos, químicos e bioquímicos que tiene lugar en los

suelos, en las rocas, en aguas superficiales e subterráneas y el aire, a veces

poniendo en riesgo su integridad y, así arriesgando la calidad de vida, actual e

das futuras generaciones (C. Dinis da Gama, 2000).

Figura 1: Los principales constituyentes del ambiente en la tierra

(Carlos Dinis da Gama 2000)

Esos efectos nocivos poseen características en el espacio y en el tiempo, que

Ehrlich (1995) cuantificó mediante la relación::

I = PAT

en que I representa a magnitud de esos impactos en una región determinada

de la tierra, P la población en ella existente, A el consumo medio de recursos

por individuo y T el correspondiente uso de tecnología prejudicial, no limpia.

En el pasado era aceptable proyectar obras de Ingeniaría, incluyendo la

explotación de recursos minerales, con base apenas en criterios técnicos y

ATMÓSFERA

LITÒSFERA HIDRÒSFERA BIÒSFERA

Hombre


económicos, sin hacer intervenir las consecuencias ambientales de ahí

resultantes. Tal postura se modifica a cada día y los propios criterios de tomada

de decisiones, como a relación beneficio costo, pasan a integrar variables y

parámetros antes considerados intangibles, como los de tipo ambiental,

estableciendo así un nuevo paradigma, que va ganando cada vez mas

aceptación en la opinión pública y consecuentemente en el poder político (C.

Dinis da Gama, 2000).

El proceso de explotación de minas por método subterráneo no solo genera

desequilibrio con la naturaleza en el ambiente exterior, si no también en el

ambiente subterráneo donde se realizan los trabajos de operaciones unitarias

en el proceso de explotación de una estructura mineralizada en sentido el

concepto existente para el ambiente exterior es posible ser aplicados al

ambiente subterráneo.

Los componentes fisicoquímicos y biológicos existentes en el ambiente global o

exterior están presentes en el ambiente subterráneo con algunas

peculiaridades (Fig.2).

Figura 2: Componentes del ambiente global y el ambiente subterráneo(adaptación del esquema de Kiely 1999)

ATMÓSFERA (Aire

HIDROSFERA (Océanos, lagos, ríos, aguas subterráneas )

LITÓSFERA (Suelo y rocas)

NO BIOLÓGICO

ATMÒSFERA (Aire) HIDRÓSFERA

( Aguas subterrâneas ) LITOSFERA

(Roca)

ORGANISMOS VIVOS (Plantas, animales, virus, bacterias, hungos,)

y MATERIA ORGÁNICA MUERTA

(Organismos muertos y productos residuales,)

BIOLÓGICO

ORGANISMOS VIVOS (Hombre)

AMBIENTE GLOBAL O EXTERIOR

AMBIENTE SUBTERRÁNEO


El ambiente subterráneo no es desligado del ambiente global o terrestre,

debido a que forma parte integrante a través de la entrada y salida del aire

(Fig. 3).

Figura 3: Ambiente subterráneo como parte do ambiente global o exterior (V. Navarro Torres, 2001)

Este concepto permite utilizar los procedimientos utilizados para el estudio del

impacto ambiental en el ambiente global o exterior, en el ambiente subterráneo

tanto para minas en operación como para nuevos proyectos.

En presente artículo se destina a aplicar la metodología del estudio de

impactos ambientales para el componente ambiental de la atmósfera

subterránea que es el aire para minas en operación.

2. METODOLOGIA

La metodología adoptada es la misma utilizada en el estudio de impactos

ambientales. Al proceder con el proceso de construcción, preparación y

explotación de un yacimiento mineral se altera las condiciones naturales del

ambiente por lo que es necesario realizar un estudio de impacte ambiental cuya

secuencia se muestra en la Fig. 4 que resumidamente contempla los siguientes

pasos:

Entrada de aire del ambiente

exterior

Salida de aire al ambiente

exterior

Roca Agua subterránea

Hombre en el ambiente

subterráneo

Vírus, bacterias, hongos

Gases tóxicos, calor, polvo, ruído

Gases explosivos, incendios

Radiación

Iluminación


o Definición del ámbito de acción

o Caracterización de la situación del ambiente

o Identificación del impacto ambiental

o Búsqueda de alternativas de medidas correctivas

o Monitoreo y control

En el caso de la atmósfera subterránea cuanto mayor es la cantidad de

aberturas subterráneas mayor es la complejidad del sistema, por lo que es

recomendable modelizar usando programas existentes en el mercado de tal

modo que se facilite el procesamiento de datos.

Figura 4: Secuencia de la metodología para el estudio del impacto ambiental en la atmósfera subterránea (elaborado basándose en la propuesta de V. Navarro

Torres, 2001)

A continuación se presenta la aplicación de la metodología propuesta en la

mina subterránea de Neves Corvo de Portugal.

DEFINICIÓN DEL AMBITO DE

ACCIÓN

RIESGO POTENCIAL DE CONTAMINACIÓN DE LA ATMÓSFERA

SUBTERRÁNEA

CARACTERIZACIÓN DE LA SITUACIÓN DEL AMBIENTE (levantamiento “in situ” detallado)

.Dimensiones geométricas .Características físicas

.Hombres y máquinas diesel .Velocidad y caudal

.Temperaturas y humedad relativa .Presión barométrica

.Coeficiente de fricción .Longitud equivalente

. Concentración de polvo, gases tóxicos y explosivos en locales

definidos .Ruido, radiación, iluminación en

locales definidos .Sentido del aire, ventiladores,

puertas, etc. en plano 3D .Entradas e salidas principales . Tendencias de parámetros

térmicos, dinámicos, volumétricos, polvo, gases, ruido, radiación, etc.

BASE DE DATOS

. Dinámico e volumétrico, Térmico, Gases y Polvo, Acústico, iluminación, explosiones e Incendios

IDENTIFICAÇÃO DO IMPACTE

Existe impacto

ambiental negativo?

MEDIDAS CORRECTIVAS

. Técnicas (tecnologia e simulaciones)

. Normas legales y stándares

. Gestión

. Consciencia y ética ambiental

. Normas ISO 14000, etc.

Sim

Não

APLICACIÓN DE

MEDIDAS DE CORRECCIÓN

MONITOREO Y CONTROL


3. DEFINICIÓN DEL ÁMBITO DE ACCIÓN

3.1. Localización y clima

La mina de Neves Corvo, perteneciente a la Sociedade Mineira de Neves

Corvo S. A.(Somincor), con participación de la EDM (Estatal) en 51% e a Río

Tinto pls en 49%, está situada en la zona de Alentejo al Sur de Portugal y al

Oeste de la denominada fajaa piritosa Ibérica; a 230 km al sureste de Lisboa,

junto a las villas de Castro Verde e Almodôvar y a una altura de

aproximadamente 200 metros sobre el nivel del mar ( Fig. 5).

Figura 5: Localización geográfica de la mina de Neves Corvo (V. Navarro Torres, 2001)

En el ambiente exterior de la mina de Neves Corvo a lo largo del año (Fig. 6), se

registra una temperatura mínima media de 8.95ºC en el mes de enero y una

temperatura máxima media de 24.43ºC en el mes de julio, con una humedad relativa

media de 72.18% e 54.98%, respectivamente. Esta variación de la temperatura

exterior será motivo de estudio para determinar cual e es nivel de influencia que existe

en el ambiente subterráneo.

N

0 200 km

Oce

ano

Atlâ

ntic

o O

cean

o A

tlânt

ico

NEVES CORVO


Figura 6: Tendencia de la temperatura e humedad relativa no exterior próximo á entrada e salida del ambiente subterráneo (V. Navarro Torres, 2000)

3.2. Geología y yacimiento mineral

Las aberturas subterráneas se localizan, en una sucesión de formaciones que

se extienden desde el Devónico Superior hasta el Carbonífero, en el sentido

ascendente se diferencian tres unidades geológicas principales (P. Carvalho, et

al, 1998), Fig.7.

Figura 7: Corte Geológico Graça Corvo (P. Carvalho, F. Barriga, J.T. Oliveira, J.B. Da Silva, A. Beliz, A. Ferreira, 1998).

30

40

50

60

70

80

90

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Meses do ano

Hum

idad

e re

lati

va(%

)

0

5

10

15

20

25

30

35

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Meses do ano

Tem

per

atu

ra (

ºC)

Temperatura máxima médiaTemperatura mínima médiaTemperatura média total


o Grupo filito – cuarcítico (PQ), constituido por pizarras oscuros y negras con

cuarcitas y arcilla.

o Complejo vulcano – sedimentario (CVS), , constituida por pizarras negras

arcillosas y carbonosas conforman el piso de la mineralización.

o Grupo flysch, constituido por una alternancia de pizarras silicosas y

grawaques con espesor próximo a 1000 metros.

Los principales minerales presentes son la pirita chalcopirita, esfalerita,

tetrahedrita, galena, casiterita y como accesorios arsenopiritea, bornita y

cobaltita. La tabla 1 muestra las características general e reservas. Los

depósitos de Neves Corvo comprenden cinco cuerpos localizados en el flanco

del anticlinal Rosário – Neves Corvo, tres de los cuales están en actual

explotación, que son Corvo, Graça e Neves. Los otros dos cuerpos son

Zambujal e Lombador.

Tabla 1: Características generales e reservas del yacimiento de Neves Corvo (Departamento de geología Somincor, 2000)

Reservas Cuerpo Pirita (aprox.) kton Cu(%) Zn(%) Sn(%)

Graça 70% 457 2.73 6.04 0.17

Corvo 60% 20473 5.20 3.07 0.30

Neves 30% 28721 1.79 4.17 0.17

Zambujal / Lombador 60% / 85% 32347 1.42% 4.07% 0.07%

3.3. Parámetros físicos del ambiente

3.3.1. Infraestructura

Las aberturas subterráneas realizados para a explotación de los cuerpos de

Graça, Corvo e Neves (Fig. 8), se localizan desde la altitud de +200 metros

sobre el nivel del mar hasta una máxima de –450 metros , un total de unos 80

kilómetros, entre verticales, inclinadas e horizontales.


Figura 8: Infraestructura de aberturas subterráneas en la mina de Neves Corvo (V. Navarro Torres, 2000)

En general el ambiente subterráneo relacionado á infraestructura ilustrada en la

Fig. 8 y tiene las características mostradas en la Tabla 2.

Tabla 2: Resumen del amiente subterráneo relacionado a infraestructura

Labor Función Dimensión Otros detalles Pozo de Santa Bárbara Izaje de mineral 5 m de diámetro Profundidad 210m

Rampa de Castro Acceso y servicios 17 m2, 15% pendiente Longitud 3.5 km

Chimeneas Ventilación y mineral 1.80 a 4.2 m de diám Total 300, con long 80 a 250m

“Rolagem” Graça e Corvo Transporte de mineral 21 a 24 m2 900 a 1000 m de longitud

“Rolagem” Corvo inf. y Neves Transporte de mineral 21 a 24 m2 950 a 100 m de longitud

3.3.2. Aberturas subterráneas generadas por los tajeos de explotación

Los métodos de explotación utilizados en esta mina son el Drift & Fill y Bench

and Fill. El primer método es con corte por sistema de cámaras de 5m por 5m y

longitud variable en función del ancho del cuerpo mineralizado, los pilares son

recuperados utilizando el relleno hidráulico. El segundo método en realidad es

con alturas de corte de 25 m y uso de relleno hidráulico (Tabla 3).

850 COLL

Rolagem Neves

830 COLL

de CPV1-3

Rolagem Nível 700

CORPO CORVO

CORPO GRAÇA

CORPO NEVES

Rolagem Nível 550 Britagem Nível 550

Britagem Nível 700

Poço deSANTA

BÁRBARA

RAMPA GRAÇA

RAMPA NEVES RAMPA

CASTRO

CPV4 CPV8 CPV2 CPV5 CPV3 CPV1 CPV6

Chaminé de ventilação CPV Chaminé de minério CPM Galerias de diversos usos

Rampas de diverso uso

Inclinados de diverso uso

LEGENDA


Tabla 3: Tajeos de explotación y accesos ( elaborado con base el Informe de ventilación secundaria Junio 2000)

Area Accesos e tajeos de explotación Graça C933(1B, 2B, 3B), G943GC, CG931GE, G832(1B), G827(2B), G786(1B), G816(3B), C828(7B), C804(2B), C773

Corvo +700 C693(3B), C693(2T), C727(1T), C733(1T), C741(1B), C768(1T), C733(1B, 2B).

Corvo -700 C528(3B), C548(C2, C9), C563(C3, C7, C9), C620(4B, 6B, 8B), C625(8B)

Neves Norte N789(1B), N784(2B), B818(S10), B760(S10), B790(S31, S52, S92), B770(S83)

Neves Sur S842(2B, 3B), S848(5B), S837(6B), S829(7B)

4. CARCATERIZACIÓN DE LA SITUACIÓN DEL AMBIENTE

4.1. Redes de circulación del aire en el ambiente subterráneo

La red de circulación del aire identificado en la mina de Neves Corvo está

ilustrda en la Fig. 9.

Figura 9: redes de aire en el ambiente subterráneo caracterizados en la mina de Neves Corvo (V. Navarro Torres, 2001)

2

1

4 3

5

6

30A

4B 4A

32

31

32

4C

22

17

18

28

29

26 25 24

23 16

30

31 30

96

34 21

27

16

25A

32C

32B

32A 30B

12

5A

Entrada de ar pela Rampa de Castro

do Poço

à Graça

à Neves

à

Saída pela CPV2 Saída pela

CPV8

5C

do Poço

12 Trecho de ar limpo

Trecho de ar poluído

LEGENDA

12 Nó do trecho

CORVO

5

à CPV2

à CPV2 e CPV8

à CPV2 e CPV8

à Rampa de Castro

5C 8

7B

7G

7A

7 14 13

7J

9

7C

7J1

7D 78

33

10

7H 76 7E

7F

12 11

14B

14C

14A

25 34

13A

18

17

16

15A

15

6

19A

30B

11

13 17A

16A

27A

20

19

29A

29B

29 1

2

20A 28B 5

28A

28 27 26

21C

21A 21B

10 7 6

4 3

22 22A

24A 24 23

22B

14 12A 12

9

24B

Continua na parte inferior

17 15

8

106

106

à CPV2

28

27

16

Entrada de ar pelo Poço Santa Bárbara

75

da chaminé CPV1-3

26A

25

30

Trecho de ar limpo


LEGENDA

12 Nó do trecho

Cruzamento

CORVO

22C

14B

5B 5

Entrada de ar Pelo CPV1

da Rampa de Castro

14

14A à CPV2 e CPV8

Trecho de ar limpo

LEGENDA

12 Nó do trecho

CORVO

91A 91

97B

97A

91B 91D

97X

94

94A

98X

97XA

92 99X

2 98XA

102 101

100

4 3 1 9 7 4A

99XB

99XA

15 14

98

9

97

103A 103

105B

105A

105

104A 104

10

5

13

12 11

8

14A

110

95

6 100A

99

4A 96

112

113

13A

114

111

109

108

107

106

11 2 da R. Castro

Saídapela chaminé

CPV4Entrada Pela chaminé CPV3

à CPV8

á CPV2

91C

Trecho de ar limpo


LEGENDA

12 Nó do trecho GRAÇA

65D

Entrada de ar pela chaminé CPV9

65B

65C

65A

Trecho de ar limpo

LEGENDA

12 Nó do trecho

NEVES NORTE

76

á CPV2, CPV8

48 47

75

49 57 59 61

5 50A 58

60 7

4

8 1

6 3

56 79 80 2

78 50

77

66A 66

65A

65 51

67A 67

82

52B

63

66B

64 74

17

72

19 18 16

12 11

85

70

69 68

20

52A

51B

55 83 84

52

53

54

71 52C

51A

10

15

14

73

86 62

87 13

21 9

81

Entrada de ar Pela chaminé CPV6

Saída pelaCPV5

da Rampa de Castro

à CPV2

NEVES NORTE

NEVES SUL

da CPV9

3

50B

Trecho de ar limpo


LEGENDA

12 Nó do trecho

Cruzamento


4.2. Temperatura en el ambiente subterráneo

La tendencia de la temperatura en el ambiente subterráneo, en relación a la

temperatura del ambiente exterior, tiene ligera variación a lo largo del año con

un margen de variación máxima de 5º C (Fig.10 izquierda). Desde que entra el

aire limpio y hasta que sale en forma contaminada al exterior, se registran

fuerte variaciones de temperatura alcanzando valores altos en las parte mas

profundas de las aberturas subterráneas (Fig. 10 derecha).

Figura 10: Variación de la temperatura del aire en el ambiente subterráneo por la influencia de la temperatura exterior y otros factores (V. Navarro Torres,

2000)

Como está ilustrada en la Fig 10 en los circuitos principales las temperaturas

máximas llegan a 29.5 ºC y en los tajeos cerca de 32 ºC (Tabla 4 y Fig. 10

izquierda).

Tabla 4: Valores medios de las condiciones térmicas e volumétricas en los tajeos (V. Navarro Torres, 2000)

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

0 2 4 6 8 10 12 14

Meses do ano

Tem

pera

tura

(ºC

)

Temperatuar média exteriorTemperatura média nas frentes de exploração

17.0

19.0

21.0

23.0

25.0

27.0

29.0

31.0

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Distância acumulada(m)

Tem

pera

tura

(ºC

)

Temperatura secaTemperatura húmida

Mín Máx Méd Mín Máx Méd Mín Máx Méd Mín Máx Méd

Corvo 13 20 15.5 7 10 8 27 30 28.8 24.5 27.5 25.8 542-4B-11, 542-4B-14, 620-6B, 760-1B, 762-1T

Graça 2 21 8.2 1 11 3.8 25 28 27 22 25 23.9 817-2B, 806-3B, 921-E, 928-3B, 804-2B-07

Neves 5 16 12 3 13 7 27.5 32 29.5 24.5 27.5 25.9 779-1B, 779-2B, 770-S58, 818-S18, 790-S40-38, 700GP7

VELOCIDADE(m/s) CAUDAL DE AR (m^3/s) TEMPERATURA HÚMIDA(ºC)TEMPERATURA SECA(ºC)ÁREA FRENTES DE EXPLORAÇÃO


4.3. Caudal y velocidad del aire

En la Fig. 11, 12 e 13 se observan las variaciones del caudal y velocidad del

aire caracterizados en la zona Corvo, Graça y Neves.

Figura 11: Tendencia de la velocidad e caudal del aire en el ambiente subterráneo de la zona Corvo (V. Navarro Torres, 2001)

Figura 12: Tendencia de la velocidad y caudal del aire en el ambiente subterráneo de la zona Graça (V. Navarro Torres, 2001)

Figura 13: Tendencia de la velocidad y caudal del aire en el ambiente subterráneo de la zona Neves (V. Navarro Torres, 2001)

0

1

2

3

45

67

8

9

1011

12

13

14

15

16

1718

1920

2122

2324

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 97 101

105

109

113

117

121

125

129

133

137

141

145

149

153

157

161

Número de trechos do ambiente subetrrâneo

Vel

oci

dad

e d

o a

r (m

/s)

0.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0

100.0110.0120.0130.0140.0150.0160.0170.0180.0190.0200.0210.0220.0230.0240.0250.0260.0

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 97 101

105

109

113

117

121

125

129

133

137

141

145

149

153

157

161

Número de trecho do ambiente subterrâneoC

aud

al d

e ar

(m

^3/s

)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79

Número de trechos do ambiente subterrâneo

Vel

oci

dad

e d

o a

r (m

/s)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81

Número de trechos do ambiente subterrâneo

Cau

dal

do

ar

(m^3

/s)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94 97 100

103

106

Número de trecho do ambiente subterrâneo

Vel

oci

dad

e d

o a

r (m

/s)

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

110.0

120.0

130.0

140.0

150.0

160.0

170.0

180.0

190.0

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94 97 100

103

106

Número de trecho do ambiente subterrâneo

Cau

dal

do

ar

(m^3

/s)


Los resultados de la caracterización muestran velocidades y caudales muy

bajos en algunos locales, que con el proceso de la identificación del impacto

ambiental será posible evaluar el nivel del riesgo existente.

5. IDENTIFICACIÓN DEL NIVEL DE IMPACTO AMBIENTAL

Para identificar el nivel de impacto ambiental fue necesario considerar los

valores límite admisible contemplados por la legislación Portuguesa. En

relación con la tolerancia de temperatura, velocidad y caudal del aire está

legislado mediante Decreto Lei nº 162/90, de tal modo que las tablas 5 y 6 que

permiten la evaluación de los niveles de riesgo ambiental.

Tabla 5: Base para la determinación del nivel de riesgo ambiental térmico

Niveles de riesgo ambiental térmico Temperaturas (ºc) Leve ∇ Moderado ⊗ Alto ♦

Seca (ts) 31<ts≤33 33<ts≤35 ts>35

Húmeda (th) 26<th≤28 28<th≤30 Th>30

Tabla 6: Base para la determinación del nivel de riego ambiental dinámico y volumétrico

Niveles de impacto ambiental Tipo de Impacto Leve ∇ Moderado ⊗ Alto ♦

Dinámico(m/s) V 0,2 >V≥0.15

8<V≤9

0.15>V≥0.10

9<V≤10

V<0.10

V>10

Volumétrico(m3/s) Q q*>Q≥0.9q* 0.9q* >Q≥0.7q* Q<0.7q*

* q : Volumen de aire mínimo permitido por Decreto Lei nº. 162/90 (Portugal)

Tabla 7: Condiciones críticas de operación (Departamento de producción Neves Corvo 2000) y caudal mínimo de aire permisible

Local Hombres simultaneo

Equipos simultaneo

Potencia (hp) q (m3/s)

Tajeos 03 O1 LHD 224 10.67

Talleres de mantenimiento 12 Equivalente a 01 LHD 224 11.12

Nivel de transporte 04 02 DUMPER 706 18.60

Galerías e rampas 15 Vehículo transp. personal 136 5.51


Además para la identificación del nivel de riesgo ambiental es conveniente

establecer las condiciones críticas de operación (Tabla 7). La Tabla 8 permite

deducir que no existe riego ambiental térmico en los circuitos de aire principal;

pero si en los tajeos. Además existen labores con riego ambiental dinámico y

volumétrico moderado a alto.

Tabla 8: Identificación del riego o impacto ambiental térmico, dinámico y

volumétrico en la mina de Neves Corvo (V. Navarro Torres, 2001)

6. Modelización de medidas correctivas en los tajeos

6.1. Para la consecución del confort ambiental térmico

Como é indicado na Tabla 4 nos desmontes da área de Neves foram

registadas temperaturas médias de até 32ºC.

La ventilación de los tajeos es con ventiladores auxiliares y aplicando el

modelo matmático desarrollado (v. Navarro Torres, 2001) que considera el

incremento de la temperatura debido a la autocompresión, grado geotérmico,

equipos diesel, uso de explosivo y metabolismo humano; para las condiciones

particulares de esta minas resulta:

Te= Ts + [20.461/(1 + 2.97Q ) ] + 29.025/Q

T ip o e n ív e is d e im p a c t e Á r e a

T r e c h o s

A m b ie n t e s u b te r r â n e o T é r m . D i n â m . V o l u m .

5 C - 5 O f i c i n a 8 1 0 ♦ 1 3 A - 1 0 R o la g e m C o r v o ♦ 1 4 - 1 0 R o la g e m C o r v o ⊗ ♦ 9 - 1 0 R o la g e m C o r v o ♦

1 0 - 1 1 R o la g e m C o r v o ♦ 2 5 - 2 6 A c e s s o C v 1 5 9 ♦ ♦

1 5 - 1 5 A C 6 9 3 G A M ⊗ ♦

CO

RV

O

v á r i o s F r e n t e s d e e x p lo r a ç ã o ( T a b e la 2 . 1 0 ) ♦ ⊗ 9 7 B - 9 4 A A c e s s o a C P V - 3 ♦ ♦ 1 0 9 - 1 0 8 R o la g e m G r a ç a ♦ 1 1 0 - 1 0 9 R o la g e m G r a ç a ⊗ 1 1 3 - 1 1 4 R o la g e m G r a ç a ♦

GR

AÇ

A

v á r i o s F r e n t e s d e e x p lo r a ç ã o ( T a b e la 2 . 1 0 ) ♦ ♦ 5 4 - 5 5 R a m p a N e v e s ♦ ♦

5 0 A - 5 0 B A c e s s o a C V M 9 6 ♦ ♦ 5 1 - 6 5 N 8 1 0 G A M ∇ ⊗

6 7 - 6 7 A A c e s s o a C V 4 4 ⊗ 6 8 - 6 9 A c e s s o a C V 4 8 ♦ ♦

5 2 A - 5 2 C B 7 6 0 S 9 2 ⊗ ∇ 5 2 A - 5 2 B A c e s s o a 5 2 B ♦ ♦ 6 6 A - 5 2 B B 7 9 0 G A M ♦ ♦

7 2 - 7 4 A c e s s o a C V 8 0 ♦ ♦ 7 5 - 7 6 R o la g e m N e v e s ⊗ ♦ 7 5 - 7 7 R o la g e m N e v e s ♦ ♦ 7 7 - 7 8 R o la g e m N e v e s ♦ ♦ 7 7 - 7 9 R o la g e m N e v e s ♦ ♦ 7 9 - 8 1 R o la g e m N e v e s ♦ ♦ 8 1 - 8 3 R o la g e m N e v e s ♦ ♦ 8 4 - 8 7 A c e s s o a C V 4 2 ♦ ♦ 5 5 - 8 3 L ig a ç ã o r a m p a ♦ ♦

NE

VE

S

v á r i o s F r e n t e s d e e x p lo r a ç ã o ( T a b e la 2 . 1 0 ) ∇ ♦ ♦


Donde Te es la temperatura del aire que entra al atjeo, Ts la temperatura del aire

que sale y Q caudal (m3/s). Con esta ecuación se simuló, por su simplicidad,

usando el programa EXCEL, variando las temperaturas de entrada al tajeo de

25ºC hasta 30ºC, dando como resultado lo ilustrado en la Fig. 14.

Figura 14: Tendencia da temperatura con relación al caudal del aire en los tajeos (V. Navarro Torres, 2001)

La temperatura de confort ambiental varía de 22 a 29 ºC que en el caso de

esta mina es posible conseguir con caudales de aire de unos 18.4 m3/s. Esto

implica usar ventiladores auxiliares de esta capacidad.

6.2. Medida correctiva para a parte dinámica e volumétrica

La medida correctiva es la que garantiza una alimentación del caudal de aire

que atenúe a niveles permitidos por la ley (Tabla 8).

Tabla 8: Caudal mínimo de medida correctiva do impacte ambiental térmico, dinámico e volumétrico en los tajeos de explotación

Temperatura do aire en la

entrada del desmonte

(ºC)

Caudal mínimo do aire para mantener la temperatura < 31ºC en los tajeos (m3/s)

Caudal mínimo permisible por el

D. Lei 162/90 (m3/s)

Caudal mínimo de la medida

correctiva

(m3/s) 27 9.00

28 12.00

29 18.40

10.67

18.50

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Caudal de ar necessário(m^3/s)

Tem

per

atu

ra d

e sa

ída

(ºC

)

Temperatura entrada 25ºC







Para la aplicación de esta medida correctiva es necesario evaluar el diseño del

sistema de ventilación auxiliar. En al mina de Neves Corvo se viene usando

ventiladores Korfmann cuyas curvas características son útiles para el estudio.

Con la finalidad de viabilizar una fácil aplicación práctica se opta por el método

de longitud máxima expresada por la siguiente ecuación:

Lmáx = [ (Hvd/ Qd2) - fPLe/S3]/[ (0.98λ/D5) + fP/S3]

Para ventiladores Korfmann (4 modelos) usados en la mina, con los parámetros

locales, con las curvas características y caudal de la medida correctiva,

simulando con programa EXCEL se obtiene lo indicado en la figura 15.

Figura 15: Longitud máxima de los acceso y/o tajeos (manga) en función del diámetro de la manga de ventilación (V. Navarro Torres, 2001)

Por lo tanto la medida correctiva para el riesgo ambiental térmico, dinámico y

volumétrico en los tajeos de la mina Neves Corvo se obtiene en las condiciones

indicadas en la figura 15 y referidos como ejemplo en la Tabla 9.

Tabla 9: Ejemplo de medidas correctivas para atenuación del riego ambiental térmico, dinámico y volumétrico para 50, 100 e 150 m de acceso y/o tajeo

Lmáx ESN9-750 AL10-300 AL10-220 AL10-180 50 0.70 0.80 0.98 0.98

100 0.85 0.94 1.03 1.03

150 0.88 1.03 1.12 1.12

0

50

100

150

200

250

300

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3

Diâmetro da manga (m)

Co

mp

rim

ento

máx

imo

ace

sso

/des

mo

nte

(m

)

Ventilador ESN9-750

Ventilador AL10-300

Ventilador AL10-220

Ventilador AL10-180


6.3. Modelización de medidas correctivas para atenuar el riego

ambiental dinámico y volumétrico en el circuito principal de aire

6.3.1. Soporte informático

Como herramienta para la consecución de la medida correctiva para el riesgo

ambiental dinámico y volumétrico se usa el programa VnetPC200 de Ventilation

Service, Inc. de US.

Figura 16: “Imput” del programa VnetPC2000

Figura 17: Informaciones obtenidas después de la simulación (“Output”) do

programa VnetPC2000

El VnetPC200 es un programa interactivo que precisa de un ambiente Windows

95, 98, 2000 o NT, computador Pentium como mínimo 16 MB de memoria Ram


y monitor VGA, que requiere introducir datos básicos (Fig. 16) y obtener

resultados deseados (Fig.17).

7.2.2. Resultados de la simulación

En las simulaciones se consideró como criterio fundamental el uso de recursos

existentes (infraestructura y ventiladores) y solo en caso de la imposibilidad de

resolver con éstos se considera nuevos requerimientos. La simulación base fue

realizada con las mediciones de realizadas en el mes de Julio de 2000, con

resultado muy próximo a la realidad (Tabla 10).

Tabla 10: Comparación de los caudales de entrada e salida de aire entre lo medido y resultados de la simulación base con VnetPC2000 (V. Navarro

Torres, 2001) Entrada Salida

Local Julho 2000 Caudal (m3/s)

VnetPC2000 Caudal (m3/s)

Local VnetPC2000 Caudal (m3/s)

CPV03 160.03 161.39 CPV02 210.77 Poço . Bárbara 121.39 121.39 CPV04 209.10

CPV06 105.17 107.96 CPV05 134.93 Rampa de Castro 141.30 141.99 CPV08 100.14

CPV01 51.74 53.27 CPV09 67.37 68.93 Total 647.00 654.93 Total 654.94

Figura 18: Comparación de velocidad entre resultados de la simulación (Alternativa 1 y 2) con mediciones “in situ” (V. Navarro Torres, 2001)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

Número que corresponde aos locais com impacte ambiental

Vel

oci

dad

e d

o a

r (m

/s)

Velocidade Julho 2000Velocidade Alternativa 1Velocidade Alternativa 2


En las figuras 18 y 19 se presentan los resultados de las mejores alternativas

alternativas, denominadas 1 y 2, en comparación con valores de mediciones

realizadas en Julio de 2000, para frentes donde se identificaron la existencia

del riesgo ambiental dinámico y volumétrico moderado a alto.

Figura 19: Comparación de resultados de caudal entre la simulación (Alternativa 1 y 2) con mediciones “in situ” (V. Navarro Torres, 2001)

Entre las dos alternativas, la 1 no consigue obtener una velocidad y caudal

mayor del mínimo permisible y en la rampa de Castro genera una velocidad de

9.98 m/s (caudal de 159.08 m3/s) siendo mayor al mínimo permitido (8 m/s);

además exige 04 ventiladores nuevos, con la ventaja de no requerir el

ensanche en el pozo CPV1.

Figura 20: Redes de aire en condiciones de referencia (izquierda) y la medida de corrección al impacto ambiental identificado(derecha) en la mina de Neves

Corvo (V. Navarro Torres, 2001)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

Numero que corresponde aos locais com impacte ambiental

Cau

dal

(m^3

/s)

Caudal Julho 2000Caudal Alternativa 1Caudal Alternativa 2

Resultado de la simulación base con programa VnetPC2000 de la red de aire subterráneo

caracterizado en Julio de 2000 Red de aire subterráneo simulado con programa

VnetPC200 que constituye la medida de corrección al impacto ambiental identificado

Neves Norte

Neves Sul

CPV Neves


Por lo tanto la alternativa 2 (Fig. 20) es la más viable en vista de que resuelve

el problema del impacto ambiental dinámico y volumétrico con margen muy

importante al mínimo permitido, por lo que constituye una medida correctiva

buscada.

En la parte de la viabilidad económica, la alternativa 2 necesita una inversión

próxima a 961139.99 Euros (860000 dólares americanos), distribuido de la

siguiente forma:

Figura 21: Localización del pozo Neves Norte para extracción del aire contaminado y del pozo CPV1 ha ser ensanchado en la zona de Corvo para la

entrada de aire limpio (V. Navarro Torres, 2001)

Figura 22: Localización de los ventiladores auxiliares en la zona de Corvo y nivel de transporte Graça (V. Navarro Torres, 2001)

Escala

0 10m 20m

Base do poço de 313.70m e

4.20m de diâmetro

(Na boca do poço 02

ventiladores Korfmann KGL

180)

Escal0 10m 20m

Base do poço CPV1 a alargar para 4.20m de

diâmetro

Esca0 10m 20m

01 ventilador Korfmann

AL-370

Escala

0 10m 20m

02 ventilador

es Korfmann

AL 1200


Construcción del nuevo pozo de 313.70 m (4.2 m ∅) : 307426.00 Euros

Ensanche del pozo CPV1 (de 2.4m a 4.2 m de ∅) : 153713.00 Euros

Costo de 02 ventiladores Korfmann de 250 kW cada uno : 500000.00 Euros

Los trabajos o actividades necesarios para la concretización de la alternativa 2

están ilustrados en la figura 21 y figura 22.

Considerando un costo de 0.09 Euros/kW-h, la alternativa 2 permite la entrada

del aire al ambiente subterráneo a un costo menor en 3.2% que las condiciones

iniciales caracterizadas en Julio de 2000 (Tabla 11) con un ahorro de 66756.50

Euros/año, la que se recuperaría en 14 años; por lo tanto esta alternativa es

viable económicamente.

Tabla 11: Costo de operación unitaria comparativo (V. Navarro Torres, 2000 e

2001)

Condición Potencia instalada (kW)

Caudal total (m3/s)

Costo de operación

(m3 de aire/Euro) Julio 2000 2046 647.00 12648.62

Alternativa 2 2563 836.72 13058.45

7. CONCLUSIONES

Para la obtención y conservación de una buena calidad ambiental en la

atmósfera subterránea, es posible aplicar la metodología de evaluación del

impacto del medio ambiente en superficie.

La metodología conduce a identificar los niveles de riesgos o impactos

ambientales de manera detallada permitiendo determinar las fuentes, buscar

alternativas de solución y aplicarlas para finalmente implementar un sistema de

monitoreo y control adecuados.


Por la complejidad del problema es indispensable el uso de programas

informáticos existentes en el mercado.

La medida de corrección a adoptarse debe ser viable desde el punto de vista

técnico y económico, como está demostrado en la aplicación a la mina de

Neves Corvo.

La metodología utilizada puede también ser aplicado para nuevos proyectos o

proyectos de ampliación, con carácter de Estudios de Impacto Ambiental

Subterráneo.

8. AGARDECIMIENTOS

Los autores desean agradecer a la Sociedade Mineira de Neves Corvo S.

A.(Somincor) en la persona del Ing. António Corrêa de Sá Administrador

Delegado, por haber facilitado la realización del estudio.

9. REFERENCIAS

§ Vidal Navarro Torres y Carlos Dinis da Gama (2000), Caracterização

climática do ambiente subterráneo da mina de Neves Corvo. Lisboa. 42 pp.

§ Vidal Navarro Torres y Carlos Dinis da Gama (2001), Medidas correctivas

para o impacte ambiental térmico, dinámico e volumétrico no ambiente

subterráneo da mina de Neves Corvo. Lisboa. 36 pp.

§ Vutukuri & Lama, 1986. Environmental Engineering in Mines. First

Published. Cambridge University Pres Great Britain. 497 pp.

§ Manuel A Soler (1997), Manual de gestión del medio ambiente, Editorial

Ariel S.A. Barcelona. España.

§ Hartman, H.L., 1982. Mine Ventilation and air Conditioning, 2nd Ed., Kriger

Publishing Co. Malabas, Florida, 791 pp.

§ Mine Ventilation Services, Inc 2000. User’s Manual & Tutorial VnetPC2000.

Fresno, CA93727 USA. 59 pp.

Modelización Confort y Calidad Ambiental Atmosfera Subterránea Basado en Riesgos Ambientales

Documents

Transcript of Modelización Confort y Calidad Ambiental Atmosfera Subterránea Basado en Riesgos Ambientales