Ventilacin de Minas SubterrneasProfesor Ral CastroSemestre primavera 2007

ContenidosHistoria y propsito de la ventilacin de minasDemanda de ventilacin

Introduccin

Ventilacin de minas

El control de la atmsfera en una mina es el aspecto ms vital de la operacin ya que influye en la:Salud de las personasProductividad por condiciones atmosfricas mas confortables para el trabajo humano

La ventilacin de minas es la herramienta ms verstil de control atmosfrico

Es la aplicacin de los principios de la mecnica de fluidos al flujo de aire en excavaciones subterrneas

Acondicionamiento total del aire en minasControl de calidadControl de gasesControl de polvo

Control de cantidadVentilacinVentilacin a la frente o auxiliar

Control de humedad y temperaturaEnfriar/ calentar aireHumidificacin/de humidificacin

Principios de la ingeniera de controlPrevencin: modificar operaciones o mejorar practicaReducir formacin de gases o polvoRemover o eliminarLimpiar laboresDepuracin del aire con colectores de polvoSuprimir o absorber (con agua)Infusin con agua o vapor previo al arranque (polvo)Apaciguamiento con rociado de agua o espumaTratamiento de polvo asentado con productos qumicos delicuescentes Contener o aislar (encerrar la fuente)Tronadura aislada o con personal afueraEncerramiento de operaciones generadoras de polvoSistema de aireamiento localDiluir o reducirDilucin local por ventilacin auxiliarDilucin por corriente de la ventilacin principal

Cualquier esfuerzo en controlar las materias particuladas antes que lleguen a ser suspensiones reas es mas econmico y simple tanto en superficie como en interior mina.

Composicin del aire

COMPOSICION DEL AIRE SECOGAS% en volumen% en pesoNitrgeno - N278,0975,53Oxgeno - O220,9523,14Anh. Carbnico - CO20,030,046Argn y otros0,931,284

Respiracin humana

INHALACION DE OXIGENO Y AIRE EN LA RESPIRACION HUMANAACTIVIDADREPOSOMODERADAMUY VIGOROSARitmo respiratorio por minuto,12 - 13040Aire inhalado por respiracin m3/seg. x 103,5 - 1346 - 5998Oxgeno consumido en m3/seg. x 10-6,4,7033,0447,20Cuociente respiratorio "CR",0,750,901,00

Efectos de falta de OxigenoGas inodoro, sin color, sin sabor, no toxico, fundamental para la vida. 19% concentracin mnima en el ambiente. Norma en edificios= 10-30 cfm/hombre (0,56 m3/min/hombre)Norma minera : 3 m3/min por hombre

EFECTOS DE LA DEFICIENCIA DE OXIGENO.Contenido de OxgenoEfectos17 %Respiracin rpida y profunda. Equivale a 2.500 m.s.n.m.15 %Vrtigo, vahido, zumbido en odos, aceleracin latidos.13 %Prdida de conocimiento en exposicin prolongada.9 %Desmayo e inconsciencia.7 %Peligro de muerte. Equivale a 8.800 m.s.n.m.6 %Movimientos convulsivos, muerte.

Concentracin de GasesCada gas txico o explosivo (gris) tiene una Concentracin Ambiental Mxima Permitida (CAMP) a una exposicin de 8 horas.

En Chile la legislacin establece para los gases un Lmite Permisible Ponderado (LPP) y un Lmite Permisible Absoluto (LPA)

LPP: Para exposicin tpica jornadas de 8 horas continuadas y 48 horas/semana LPA: Lmite que no puede excederse en ningn momentoSi no est indicado por ley, LPA = 5 x LPP

CAMP Legislacin Chilena (D.S. N72 y D.S. N745)

GASFUENTEEFECTOLPP ppm (mgr / m3)LPA ppm (mgr / m3)Monxido de Carbono (CO) Incoloro, inspido y sin olorTronadura, Combustin incompleta, Escape motoresVenenoso Desplaza hemoglobina40 (46)458Anhdrido Carbnico (CO2) Incoloro, sabor cido y sin olorDescomposicin orgnica, Tronadura, cualquier combustionSofocamiento, Aceleracin respiratoria4000 (7.200)54.000Anhdrido Sulfuroso (SO2) Incoloro, Irritante, olor sulfuroso fuerteTronaduraAtaca (H2SO4) mucosas de ojos, nariz y garganta. 1,6 (4)13cido Sulfhdrico (H2S) Incoloro, Dulce, olor a huevos podridosTronadura, descomposicin orgnica y de mineralesMuy Venenoso Irrita mucosas y ataca el sistema nervioso20 (25)21xidos de Nitrgeno (NxOy) (NO2) Rojizo, inspido y sin olorTronadura ANFO y Combustin DieselAtaca (HNO3) tejidos pulmonares, puede tener efecto retardado25-Metano( CH4)) Incoloro, inspido y sin olorNatural de yacimientos de CarbnSofocante, Explosivo10.000 (1%)10.000 (1%)

Fuentes de emisin de gasesGases de Estratos: se produce por migraciones de gases debido a la minera. (CH4, dixido de carbono, nitrgeno, SO2, H2S):El metano es el mas popular en minera del carbn. Este se mobiliza entre los estratos por cambios en la presin existente por la minera. Rango explosivo 5-15%Los gases de estratos no solo se relacionan a sedimentos tambien a roca gnea

Gases de Tronadura (CO, CO2, NO, H2S)Maquinas de combustin interna: pueden emanar hasta 0,28 m3/HP de contaminantesFuegos y explosiones (CO, CO2,CH4)Respiracin humana (CO2) aprox 0,1 cfm/hombreBateras (genera H)

Correccin de LPPA mayor altura menos oxigeno disponible y por lo tanto se respira con ms profundidad Por Altura (Slo si H > 1000 m.s.n.m) :LPP = LPP x P (H) (mm de Hg) / 760

Por mayor Exposicin (Slo si Js > 48 hrs/semana):LPP = LPP x (48/Hs) x (168-Hs)/120Hs = Jornada Hrs / Semana

Material ParticuladoPartculas peligrosas de polvo respirable, estn entre 1 y 10 micrones. Menores no se depositan y mayores se capturan en filtros naturales del cuerpo.

Partculas se depositan en pulmones produciendo neumoconiosis, si el material es slice se denomina silicosis.

La neumoconiosis produce dficit de capacidad pulmonar y en grado severo puede causar la muerte.

LPP para la slice es de 0,08 mgr/m3LPA = 0,4 mgr/m3

Temperatura y HumedadLa temperatura mnima en minas debe ser mayor que 2C para evitar congelamiento de agua en caeras o piso de galeras.

La temperatura debe ser tal que produzca una sensacin trmica confortable, lo cual depende tambin de la humedad y velocidad del aire o brisa.

Dependiendo de la condicin geogrfica y/o estacional se puede requerir calentar o enfriar el aire de ventilacin.

TemperaturaLa temperatura al interior de una mina subterrnea depende de varios factores:

Temperatura del aire exteriorCalentamiento por compresin del aire durante descenso a la minaTemperatura de la rocaProcesos endotrmicosProcesos exotrmicosIntensidad de la ventilacin

Aumento de temperatura por compresinLa temperatura de los gases aumenta si aumenta la presin (PV = nRT)

En el caso del aire se tiene que la presin atmosfrica es inversamente proporcional a la altura sobre el nivel del mar.

A medida que profundizamos en una mina la presin atmosfrica aumenta, por lo tanto tambin lo hace la temperatura.

Por este efecto, la temperatura aumenta a razn de 1C por cada 100m de profundidad o 10C cada 1 Km.

Temperatura de la RocaLa temperatura de la roca en la capa superficial (20 a 40m bajo la superficie) se correlaciona con la temperatura del aire en el exterior.

Bajo la capa superficial est la zona geotrmica, en que la temperatura de la roca no tiene correlacin con la temperatura exterior.

En la zona geotrmica, la temperatura de las rocas asciende a medida que nos acercamos al centro de la tierra.

Gradiente GeotrmicaSe define como la diferencia de temperatura por unidad de profundidad (en la zona geotrmica)

Vara entre 1 y 5 C por cada 100m.Menos de 300m de profundidad: 2C/100mMenos de 1000 m de profundidad: 3C/100m1000 a 2500m de profundidad: 4,5C/100m

Velocidad del aireEl rendimiento aumenta con la velocidad del aire ya que un trabajador puede eliminar de mejor forma el calor al medio externo.

A mas de 5 m/s no hay mayor influencia practica

Legislacin ChilenaSensacin TrmicaTemperatura mxima: 32 si jornada < 6 hrs 30 si jornada < 8 hrs.Velocidad Mxima del aire: 150 m/min = 2,5 m/s

Principio bsicoLa regla fundamental de Ventilacin:

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

Prevencin y EliminacinPrevencinConsiderar la necesidad de no contaminar desde el proyecto. Ej CI de motores requiere 20:1 para completa combustion.Verificar que las modificaciones de la mina no introduzcan nuevos procesos o elementos contaminantes

EliminacinModificar operaciones o mejorar prcticas para reducir la formacin de polvo o produccin de gases indeseables (Ej: mantencin de equipos)Limpiar labores para eliminar polvo asentado

Supresin de efectosSupresinInfusin con agua o vapor en focos contaminantesHumidificar y congelar en tramo capturador de contaminantes en estado slido. Tratamiento de polvo asentado con productos qumicos delicuescentes (que absorben humedad del aire).Depuracin con colectores de polvo o catalizadores.

Aislamiento y DilucinAislamientoTronadura restringida o con personal afuera, para no exponerEncerramiento de operaciones generadoras de polvo para aplicar algn sistema de tratamiento local (Filtros catalticos, rociadores, aspiradoras, colectores de polvo )

Dilucin ltimo recursoDilucin por corriente de la ventilacin principal;Dilucin local por ventilacin auxiliar

Demanda de VentilacinCurso 2007

Tipos de DemandaPara DiluirGases naturales / Motores / Tronadura / BaterasPara AcondicionarEnfriar / CalentarPara consumir:Respiracin de personas / Combustin de motoresPara MoverArrastrarHacer brisaRenovar

Cantidad de Aire para DiluirCaudal para diluir un contaminante (Qd)

Qd > Qk(1-LPP)/(LPP-Ck)

Qd =Caudal m3/seg Qk = Influjo de contaminantes en m3/seg Ck = Concentracin del contaminante en la entrada de aire a la mina

EjemploDatos: Gas Metano Qk = 0,12 m3/s; Ck = 0,1%; LPP Metano = 1%

Caudal necesario para diluir el metano:Qd > Qk(1-LPP)/(LPP-Ck)

Qd >0,12(1-0,01)/(0,01-0,001)

Qd > 0,12 x 0,99/0,009 = 13,2 m3/s

Caudal de Aire para AcondicionarBalance de Calor: (Calor masa y t a Q y K)Masa fra + Masa Caliente = Masa mezclaQc = Qf (tm te)/(tc-te)

Qc = Caudal aire calentadoQf = Caudal aire fro tm = Temperatura final de la mezcla (C)te = Temperatura de entrada del aire no acondicionado (C)tc = Temperatura del aire calentado (C)

32C > Temperatura de la mezcla > 2Cideal 24C

Cantidad de Aire para ConsumirCaudal para consumir (QC)Respiracin humana: Qc > N x 3 (m3/min) = N x 0,05 (m3/s)N = Cantidad de personas en la minaCombustin Motores: Qc > HP x 2.83 (m3/min) = HP x 0,05 (m3/s)HP = Cantidad de HP del motor diesel

Cantidad de Aire para MoverCaudal para Mover(QM)Velocidad Mnima: QM > Vmin x AVmin = Velocidad Mnima para brisa = 0,5 (m/s) A = Area (m2)Velocidad Mxima: QM > Vmax x AVmax = Velocidad Mxima con personas = 2,5 (m/s) A = Area (m2)Caudal de Renovacin: (recintos cerrados)QM > Nr x R / 3600 (m3/s)Nr = Cantidad de renovaciones de aire por hora (1/hra)R = Volumen del recinto (m3)Arrastre polvo: usar V = 1 m/s

Explosivos en minas metalicasG= formacin de gases en m3/ kg de explosivoG=0,04 m3/kgE: cantidad de explosivo a detonar, kgT: tiempo ventilacin (30 min)f=: % dilucin de gases en la atmosfera a no menos de 0,008%

Equipos DieselSe mide a partir de pruebas en los equipos para diferentes estados de funcionamiento. Se multiplica el valor de Q x 2 (factor de seguridad)

Equipos DieselLegislacin minera ChileSudafricana

Distribucin del aire interior minaConsiderar operaciones interior mina

Determinar aire requerido

Aumentar requerimientos por perdidas (20-30%)

Tarea Determinar el circuito de ventilacinDemanda de aire