TEMA:

MONITOREO Y CONTROL DE LOS PARÁMETROS DE LA VENTILACIÓN EN LA MINA EL PORVENIR-MILPO

Asignatura: TRABAJO DE TESIS Docente: Ing. SÁNCHEZ ESPINOZA, Edwin

Alumnos:

MARTINEZ CUSTODIO, Stefanny Cristina

Semestre:

Décimo - X -

-Cerro de Pasco, Octubre de 2014-

Universidad Nacional “Daniel Alcides Carrión”

FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS

MONITOREO Y CONTROL DE LOS PARÁMETROS DE LA VENTILACIÓN EN LA MINA EL PORVENIR-MILPO

La explotación minera en el mundo tiene repercusiones económicas,

ambientales, laborales y sociales; en interior mina se trabaja con factores físicos

adversos: Iluminación, nivel de ruido, vibraciones, trabajo en altura, así como, el

aire de mina contiene cantidades variables de humedad, Temperatura; los

procesos metabólicos hacen que el cuerpo genere calor hasta en períodos de

descanso. Por lo que se hace indispensable proteger la salud y seguridad de

nuestros trabajadores; así como la propiedad y ambiente laboral evitando las

pérdidas accidentales, ya que el control permanente de estas pérdidas nos

permitirá ser cada vez más eficientes y competitivos.

La Cía Minera Milpo ubicada a una altura de 4100 m.s.n.m. tiene una

mineralización asociada a la zona de metamorfismo de contacto entre intrusivos

hipabisales: stocks, sills y diques, y la mineralización ocurre en brechas calcáreas

y en los intrusivos que contienen mineralización en vetillas. El método de minado

actual usado es el Corte y Relleno Ascendente con acceso libre y perforación en

breasting altamente mecanizada, por lo que se espera un alto nivel de

productividad y mejor estabilidad de los hastiales y de la caja techo. El minado de

corte y relleno es en forma de tajadas horizontales comenzando del fondo y

avanzando hacia arriba.

El ciclo de minado está conformado por perforación, voladura, acarreo y

limpieza, además se debe mencionar que la ventilación, el desatado y

sostenimiento son fundamentales durante todo este ciclo. Luego de que se llegue

al extremo del cuerpo, se procede al relleno detrítico dejando una altura de 1.5 m.

inicialmente entre el relleno y el techo, para luego ser rellenado con una capa de

relleno hidráulico dejando finalmente 1.0 m. al techo. Este sistema ayuda a

mejorar la utilización de los equipos, debido a que es posible utilizar los mismos

equipos para trabajar 2 ó 3 tajeos en una misma zona.

La ventilación dentro de la mina es uno de los puntos que merece mayor

atención, debido a los problemas de contaminación del aire por las actividades de

transporte mecanizado. El sistema de ventilación en la actualidad consta con seis

ventiladores extractores principales de 90,000 CFM (2) Y 100,000 CFM (4),

asimismo un ventilador impelente principal de 210,000 CFM y ventilación natural

que nos permite un ingreso de aire fresco que cubre el requerimiento de Mina.

Los otros ventiladores de 90,000 CFM, 50,000 CFM y 30,000 CFM ubicados

estratégicamente permiten una fluidez de aire fresco aceptable

La cobertura de requerimiento de aire es de 100 % y no se tiene reserva

adicional para cualquier ampliación; por lo tanto para garantizar las operaciones

futuras incluyendo la Explotación de Porvenir 9 del Nv-1160 hacia los niveles

superiores y cumplir con la meta de producción; y, según los análisis de

sensibilidad realizada con el apoyo de Software Vnet PC2003, se requiere

conductos adicionales de ingreso y salida de aire. Para la actuación humana, es

necesaria la preexistencia de un plan o programa que gobierne y sirva de directriz

a las acciones a desarrollar. En este caso particular, el planeamiento de

ventilación de la mina tiene la misma visión y está ligado muy estrechamente al

sistema de su explotación; lo cual nos permite definir todo el circuito de ventilación

que garantice la continuidad operativa de la mina. Esta planteado para el periodo

de operación de corto, mediano y largo plazo de la mina.

Cantidad de aire requerido para las diferentes secciones de la mina, tales

como labores de explotación, preparación y desarrollo; talleres de mantenimiento

de equipos; salas Winche para refrigeración motores y otras áreas donde trabaja

el personal, área de la sección transversal del conducto, perímetro de la sección

transversal del conducto, longitud del conducto, y coeficiente de fricción. Con los

parámetros descritos se determinan la cantidad, el tamaño, la capacidad y la

potencia de los ventiladores, para poner en movimiento el aire requerido y dar

solución al sistema de ventilación de la mina.

El coeficiente de fricción en décadas anteriores se determinaba con apoyo

de Tablas empíricas según el tipo de roca y características geométricas

longitudinales del conducto ó labores mineras. Actualmente se cuenta con una

serie de relaciones matemáticas. Estas relaciones Canadienses, relacionando la

Fórmula de Atkinson que sirve para Cálculo de Ventilación de Minas con las

Fórmulas científicas de Karman Plandtl y Colebrooke-White de dinámica de

fluidos, en el que el parámetro principal es la rugosidad de la sección transversal

de los conductos.

El espesor de las irregularidades del conducto es un parámetro importante

para el cálculo de coeficiente de fricción, del cual depende la consistencia de los

resultados de diseño del sistema de ventilación.

El sistema de ventilación de la mina Milpo es íntegramente mecánica. Las

operaciones propias de la mina están condicionadas al funcionamiento de este

sistema; ante la paralización del mismo, existe la necesidad de evacuar al

personal de los niveles más bajos de la mina y por consiguiente paralizar las

operaciones.

De acuerdo a la disposición de las vías de ingreso y salida de aire se

identifican tres circuitos principales de aire los que sin ser independientes, tienen

marcadas particularidades de acuerdo a las necesidades de aire de cada área

operativa: Circuito de ventilación de la zona sur de la mina, circuito de ventilación

de la zona norte de la mina, otros circuitos menores.

Los requerimientos y la circulación de aire limpio y fresco en cantidad y calidad

suficientes para cubrir las necesidades de la mina, se efectuaron los cálculos

respectivos de acuerdo al número de personal, los equipos diesel que operan en

interior mina y otras necesidades: Para el personal, para los equipos Diesel, para

el taller de mantenimiento Nivel -970, para los bines del Nivel -1170, para la

refrigeración de la sala

LEY BASICA DE LA VENTILACIÓN DE MINAS

Hay una relación entre la resistencia total de una mina o de un tramo y el volumen

que circula por la mina o un tramo de galería, y esta proporcionalidad es directa y

dice que si en un conducto variamos el volumen que circula por la mina o un tramo

de galería, en este varía también la estática o resistencia que ocasiona este

conducto pudiendo decirse que a mayor volumen mayor estática y a menor

volumen menor estática y que depende del cuadrado del volumen, esto es: HL

Q2. Conocida esta relación podemos conocer la resistencia o estática futura que

habrá en el conducto o galería, cuando queremos hacer viajar más o menos

volumen y siendo esta directamente proporcional al cuadrado del volumen, la

proporcionalidad para este nuevo volumen será:

HL1HL2

=Q12

Q22

Que es la ley básica de la ventilación de minas, además de la ecuación de flujo

que es Q = A.V.

LA RESISTENCIA DE MINA Y EL FACTOR DE RESISTIVIDAD DE MINA.

Tiene una relación directa y su ecuación básica es: H= RQ2

Donde R=( KPL5 .2 A3 ) es la resistividad propia del conducto en la cual están los

datos de las características de cada conducto o galería y de donde podemos decir

también que R= H

Q2 , en que habría que conocer la resistencia de mina o del

tramo y el volumen que circula.

Esta relación la podemos escribir también:

HL=( KxPxL5 .2 A3 )Q 2 , donde el paréntesis es la resistividad.

Lo que nos dice que para una galería de determinada resistividad, la resistencia

de la galería es constante a pesar que variamos el volumen que se introduce.

CALCULO DE LA PERDIDA POR FRICCION O RESISTENCIA DE CUALQUIER TRAMO DE GALERIA O MANGA DE VENTILACIÓN, PARA SER EJECUTADO POR UN INGENIERO.

La fórmula para calcular teóricamente el HL es = ( KxPxL5.2 A3 ) v2 , (1) en pulgadas de

agua, como se ve la velocidad al cuadrado es la que rige la estática, a mayor

velocidad mayor estática y a la inversa a menor velocidad menor estática, otros

escriben esta misma fórmula en función del volumen y podemos decir también que

la perdida de fricción depende de las características de la galería, chimenea o

manga y mayormente por el volumen que viaja por la galería

HL = ( KxPxL5 .2 xA3 )Q2

En donde K es el llamado factor de fricción, resultante de hacer la determinación

de la diferencia de presión entre dos puntos:

K = HLx5 .2 xAPxLxV 2 luego de hallar el HL Y L es la suma de una longitud más la

longitud equivalente por efecto de los choques del flujo en los cursos o cados de

las galerías.

Como este K o factor de fricción de las galerías es el resultado de diferentes tipos

de rocas y sinuosidad que es un tanto laborioso obtenerlo en el terreno por lo que,

lo obtenemos de tablas y al cual hay que corregirlo por la densidad del aire de la

mina, de donde:

K corregido = K tabla ( W0 .75 ) donde W es la densidad del lugar de la mina.

En la formula (1) los factores habidos son:

HL = Perdida por fricción o resistencia en pulgadas de agua.

K = Factor de fricción de la rugosidad de las paredes de la galería

en K=Xx10−10

P = Perímetro de la galería, chimenea o ductos de ventilación

en pies

L.= Longitud recta de la galería o de la manga de ventilación más una longitud

por curvas y choques que es igual a Le.

Le = que no aparece en la fórmula pero es lo que hay que agregar como

longitud adicional, que se obtiene de la resistencia de curvas u otra la longitud

equivalente y las obtenemos de tablas

A = Es el área de la sesión transversal de la galería, chimenea

o maga de ventilación.

Observando la formula (1) ó (2) vemos que .K,P,L,A son datos y características de

cada galería de la cual debemos calcular su resistencia.

PROGRAMAS DE COMPUTACIÓN PARA VENTILACIÓN MINERA

Esta resistencia de tramos o perdida de fricción llamado HL, como también el

factor de resistividad hoy se usa frecuentemente en programas de computación

para resolver problemas de circuitos de ventilación, grandes o pequeños a los

cuales este curso no está dirigido, pero si así fuera; de todos modos habría

siempre que alimentar a la computadora los datos de K,P,L,Le y A de las paredes

del conducto y además volumen de la temperaturas y las velocidades, así como

introducir las curvas de los ventiladores, como ocurre en el programa Vinet 2000

para conocer el HL.

LA FUERZA TOTAL

Para vencer las resistencias de las galerías y poder trasladar un peso de volumen

de aire, y vencer al mismo tiempo las resistencias de las maquinas productoras

de energía y transmisión se requiere una fuerza total para trasladar este aire

desde el ingreso del aire a la salida de la mina, a esta fuerza se le llama fuerza al

freno ó BHP que es igual a:

BHP =

QxHLmin a6346 xeffdelventilador = Q x HL mina

VENTILADORES

Un ventilador es un instrumento que utiliza la energía mecánica de un propulsor

giratorio para producir movimiento en el aire y para aumentar su presión total. La

gran mayoría de los ventiladores que se usan en las minas están impulsados por

motores eléctricos, aunque se pueden usar algunos motores de combustión

interna, en particular los de reserva para los ventiladores de superficie.

Se puede usar aire comprimido o turbinas de agua para impulsar ventiladores

pequeños en condiciones anormalmente gaseosas o calientes, o cuando no se

cuenta con una entrada de corriente eléctrica.

Por lo general los ventiladores de las minas se clasifican en términos de su

ubicación: ventiladores principales que manejan todo el aire que pasa a lo largo

del sistema, ventiladores de refuerzo que ayudan al flujo de aire en áreas

escondidas de la mina y ventiladores auxiliares para superar la resistencia de los

ductos en galerías ciegas.

VENTILADOR CENTRÍFUGO

Se parece a una rueda de paletas. El aire entra cerca del centro de la rueda, da la

vuelta en un ángulo recto y se mueve radialmente hacia fuera por medio de una

acción centrífuga entre las paletas del propulsor giratorio. Estas cuchillas pueden

ser rectas o curveadas ya sea hacia atrás o hacia delante con respecto a la

dirección de la rotación. Cada uno de estos diseños produce una característica de

desempeño distintiva. Las aletas guía de entrada y/o de salida se pueden ajustar

para variar el desempeño de un ventilador centrífugo.

VENTILADOR AXIAL

Se basa en el mismo principio que una hélice de avión, aunque por lo general con

muchas más cuchillas para aplicaciones en minas.

El aire pasa a través del ventilador siguiendo trayectorias de flujo que

esencialmente están alineadas con el eje de rotación de la hélice y sin cambiar su

macro-dirección. Sin embargo, más adelante veremos que se puede impartir una

importante acción de torbellino al aire. Las características particulares de un

ventilador axial dependen en gran parte del diseño aerodinámico y el número de

cuchillas del impulsor, junto con el ángulo que le presenten a la corriente de aire.

Algunos diseños de impulsores axiales permiten ajustar el ángulo de las cuchillas

ya sea estando detenidos o en movimiento.

Esto permite que un ventilador axial de una sola velocidad pueda cubrir una

amplia gama de tareas. Los impulsores de ventiladores axiales giran a una

velocidad de la punta más alta que los ventiladores centrífugos de desempeño

similar y, por lo tanto, tienden a ser más ruidosos. También sufren de una

pronunciada característica de atascamiento a una resistencia alta. Sin embargo,

son más compactos, se pueden combinar con facilidad en configuraciones en

serie y su dirección de rotación se puede reversar, aunque esto disminuye mucho

su rendimiento.

Ambos tipos de ventiladores se usan como ventiladores principales en sistemas de

ventilación de minas, en tanto que los de tipo axial son los preferidos en

operaciones subterráneas.

VENTILADORES DE FLUJO MIXTO

Se llaman así debido a su diseño único de rueda que combina las propiedades de

los ventiladores axiales de paletas y los ventiladores centrífugos tubulares. Los

ventiladores axiales son eficientes debido a que el aire pasa recto a través del

patrón de fllujo de aire. Los ventiladores centrífugos pierden eficiencia debido a

que el aire que entra se ve forzado a hacer dos cambios de dirección de 90 grados

antes de salir del armazón. Los ventiladores de flujo mixto jalan y sacan el aire en

una forma más lineal, dando como resultado eficiencias más altas que el

ventilador centrífugo. En la figura 1 se muestran los 3 tipos:FIGURA 1: Tipos de Ventiladores

Axial Centrífugo Flujo Mixto

PRESIÓN DE VENTILACIÓNUn punto que con frecuencia ocasiona

confusión es la manera en que se definen las

presiones de los ventiladores. Las siguientes

definiciones se deben estudiar haciendo

referencia a la siguiente figura.

Presión total de ventilador, FTP, es el

aumento en la presión total, pt, (medido con

tubos de Pitot frente a frente) a través del

ventilador,

FTP = Pt2 – Pt1Presión de velocidad del ventilador, FVP, es la

presión de velocidad promedio sólo en la salida

del ventilador: Pv2 = Pt2 – Ps2En la figura, se muestran estas presiones.

Presión de ventilador estática, FSP, es la diferencia entre la presión total del

ventilador y la presión de velocidad del ventilador, o

FSP =FTP – FVP or Pt2 - Ptl - (Pt2 - PS2) = Ps2 - Ptl

La razón por la que se define la presión de velocidad del ventilador de esta

manera es que tradicionalmente se ha supuesto que la energía cinética que

imparte el ventilador y que está representada por la presión de velocidad I en la

salida es una pérdida de energía útil. Para un ventilador que descarga

directamente a la atmósfera éste es, de hecho, el caso. Conforme la presión total

del ventilador, FTP, refleja el aumento completo en la energía mecánica impartida

por el ventilador, la diferencia entre los dos, es decir la presión estática del

ventilador, se ha considerado representativa de la energía mecánica útil aplicada

al sistema. Sin importar esa explicación histórica, es importante recordar que en la

planeación de ventilación subterránea, es la presión total la que se debe usar para

cuantificar las pérdidas de presión por fricción en las vías de aire. Por lo tanto, son

las presiones de ventilador totales las que se deben usar en los ejercicios con

redes de ventilación.

Las interpretaciones de presiones de ventilador que son más convenientes para la

planeación de redes se ilustran con más detalle en la figura adjunta. En el caso de

un ventilador ubicado dentro de una vía de aire o con ductos tanto a la entrada

como a la salida (a), la presión estática del ventilador, FSP, se puede medir

directamente entre un tubo a la entrada (frente) y una toma estática (lateral) a la

salida. Un estudio del diagrama y la ecuación revela que ésta es, de hecho, la

diferencia entre FTP y FVP. La figura b muestra la situación de un ventilador

forzador que jala aire de la atmósfera al sistema. Una pregunta que surge es

dónde ubicar la estación 1, es decir la entrada al ventilador. Se puede considerar:

Inmediatamente en frente del ventilador

A la entrada del cono de toma, o

En la atmósfera externa quieta

Estas tres posiciones están marcadas en la Figura (b). Si se elige la ubicación (i),

entonces las pérdidas por fricción y por choque que se presentan cuando el aire

entra y pasa a través del cono se deben evaluar por separado. En la ubicación (ii)

el ventilador y el cono de toma se consideran una sola unidad y sólo la pérdida por

choque a la entrada requiere un tratamiento adicional. Sin embargo, si se elije la

ubicación (iii), entonces el ventilador, el cono de toma y las pérdidas por choque

en la toma se deben tomar todas en cuenta.

Es por esta razón que la ubicación (iii) es la preferida para fines de planeación de

ventilación. La Figura (b) muestra la conexión de los calibradores para indicar las

presiones del ventilador en esta configuración. Los mismos argumentos aplican a

un ventilador que saca el aire a la atmósfera que aparece en la Figura (c). Si se

pone la estación de salida en la atmósfera externa quieta, entonces la presión de

ventilación del ventilador es cero y las presiones totales y estática del ventilador se

vuelven iguales. En esta configuración la presión total (o estática) del ventilador

toma en cuenta los efectos netos del ventilador, las pérdidas por fricción en el

cono de salida y la pérdida de energía cinética a la salida.

Durante las medidas prácticas, con frecuencia se encuentra que la turbulencia

ocasiona fluctuaciones excesivas sobre el medidor de presión cuando las

presiones totales se miden directamente usando un tubo de Pitot de frente. En

esos casos, es preferible medir la presión estática de tomas laterales y sumar,

algebraicamente, la presión de velocidad para obtener la presión total. La

velocidad media se puede obtener como velocidad de circulación dividida entre el

área de corte transversal correspondiente. Se debe prestar especial atención al

signo.

En el caso de un ventilador de extracción, las presiones estática y de velocidad en

la entrada del ventilador tienen signos opuestos. Otro problema práctico surge

cuando los fabricantes de ventiladores publican curvas de características en

términos de presión estática del ventilador en vez de la presión total del ventilador

que se requiere para la planeación de ventilación. Es comprensible, pues dichos

fabricantes tal vez no tengan control sobre los tipos de accesorios para ductos de

entrada y salida o las condiciones de entrada o salida en los conos de toma/salida.

Cuando se mencionan presiones de velocidad del ventilador por lo general se

refieren a una ubicación específica de la salida, por lo general ya sea en el cubo

del ventilador o en la boca de una campana de descarga (evase).

Está claro que se debe tener cuidado al usar los datos de características el

fabricante de un ventilador para la planeación de redes de ventilación. Una guía

simple para los ventiladores principales de superficie es que para los ejercicios de

red se debe usar la presión total del flujo de aire en el lado inbye” (sistema). Esto

toma en cuenta el cono y las pérdidas en entrada y salida.

ECONOMÍA DE VENTILACIÓN

Conservar un flujo de aire continuo en una red de ventilación grande puede

resultar caro. Dependiendo de la resistencia total subterránea y el flujo de aire, el

costo de operación de los ventiladores principales en las instalaciones puede

representar el 50% del costo de energía total.

PLANEAMIENTO DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN PRINCIPAL

Para la actuación humana, es necesaria la preexistencia de un plan o programa

que gobierne y sirva de directriz a las acciones a desarrollar. En este caso

particular, el planeamiento de ventilación de la mina tiene la misma visión y está

ligado muy estrechamente al sistema de su explotación; lo cual nos permite definir

todo el circuito de ventilación que garantice la continuidad operativa de la mina.

Está planteado para el periodo de operación de corto, mediano y largo plazo de la

mina.

El estudio, en su primera etapa comprendió un levantamiento general, realizando

un diagnóstico de las condiciones de ventilación de la mina.

En base a la datos de campo obtenida en el levantamiento y con el apoyo de un

software comercial, el VnetPC2003, se elaboró un modelo del sistema de

ventilación imperante en la mina, el cual sirvió de base para los análisis de

sensibilidad de los sistemas de ventilación que deben cubrir los requerimientos de

la mina para mantener su continuidad operativa. El Software VnetPC2003 simula

el sistema empleando el Método de Hardy Croos basado en iteraciones sucesivas.

LEVANTAMIENTO DE VENTILACIÓN DE LA MINA

Es un conjunto de operaciones de campo y de gabinete, que nos permite conocer

el estado real del sistema de ventilación de una mina, determinando el flujo de aire

que circula, la evaluación de agentes contaminantes, la evaluación de ventiladores

existentes, determinación de la dirección de flujo de aire, etc. con los cuales se

determina el balance general y el requerimiento de aire fresco.

En esta etapa de evaluación se efectuó un levantamiento de las labores

accesibles de la mina por donde circula el aire, incluyendo aquellas labores de

niveles donde ya no se desarrollan actividades de desarrollo ni explotación.

El desarrollo de estos trabajos de campo y gabinete se describen a continuación.

ESTACIONES DE CONTROL.

Son lugares donde se efectúa las mediciones de: velocidad de aire, sección

transversal, temperatura ambiental, muestreo de gases y la dirección del flujo de

aire.

Estas estaciones de control tenemos identificados en los diferentes niveles de la

mina para el monitoreo de flujos de aire, de acuerdo a su importancia desde el

punto de ventilación.

La identificación de estaciones se realizó en las labores de ingreso y salida de aire

de la mina, en los puntos de bifurcación o unión de labores de mayor significación

de corrientes de aire, en labores de captación y descarga de ventiladores.

En cada una de las estaciones de control se efectuaron mediciones de la sección

transversal haciendo uso de un distanciómetro y en otros casos un flexómetro.

De los planos topográficos existentes se obtuvieron las distancias longitudinales

de las galerías, cruceros, rampas y chimeneas de la mina, conocidos como

conductos de aire para la Simulación.

MONITOREO DE LOS PARAMETROS DE LA VENTILACIÓN.

Los parámetros principales que se han tomado en cuenta son:

MOVIMIENTO Y VELOCIDAD DEL AIRE DE MINA.

Cantidad de aire requerido para las diferentes secciones de la mina, tales como

labores de explotación, preparación y desarrollo; talleres de mantenimiento de

equipos; salas Winche para refrigeración motores y otras áreas donde trabaja el

personal.

Área de la sección transversal del conducto.

Perímetro de la sección transversal del conducto.

Longitud del conducto.

Coeficiente de fricción

Con los parámetros descritos se determinan la cantidad, el tamaño, la capacidad y

la potencia de los ventiladores, para poner en movimiento el aire requerido y dar

solución al sistema de ventilación de la mina, empleando las siguientes

expresiones:

HP = HQ6346n

Dónde:

HP: Potencia de motor del ventilador (HP)

H: Pérdida de presión (Pulg. de agua)

Q: Caudal requerido (pie3/min)

n: Eficiencia del motor del Ventilador (tanto por uno)

Relación de Atkinson:

H= KPLQ2

5 .2 A3

Dónde:

H: Pérdida de presión (Pulg. de agua)

K: Coeficiente de fricción del conducto (lb min2/pie4)

P: Perímetro de la sección transversal del conducto (pie)

L: Longitud del conducto (pie)

Q: Caudal requerido (pie3/min)

A: Área de la sección transversal del conducto (pie2)

COEFICIENTES DE ROZAMIENTO EN LAS LABORES DE MINA.

El coeficiente de fricción en décadas anteriores se determinaba con apoyo de

Tablas empíricas según el tipo de roca y características geométricas longitudinales

del conducto ó labores mineras. Actualmente se cuenta con una serie de

relaciones matemáticas para su determinación.

La siguiente relación es la que se adecua mejor para los cálculos:

1,855x10-6

K = --------------------------------------

6,67 (1,74 – 2log(2e/Dh))2

Dónde:

K: Coeficiente de fricción del conducto (lb min2/pie4)

e: Espesor de las irregularidades de la sección transversal del conducto (m)

Dh: Diámetro hidráulico del conducto (m).

Esta relación fue deducida por el Ing. Cam Seeber de nacionalidad Canadiense,

relacionando la Fórmula de Atkinson que sirve para Cálculo de Ventilación de

Minas con las Fórmulas científicas de Karman Plandtl y Colebrooke-White de

dinámica de fluidos, en el que el parámetro principal es la rugosidad de la sección

transversal de los conductos.

EVALUACIÓN DE LAS IRREGULARIDADES DE LOS CONDUCTOS EN MINA.

El espesor de las irregularidades del conducto es un parámetro importante para el

cálculo de coeficiente de fricción, del cual depende la consistencia de los

resultados de diseño del sistema de ventilación.

En la mina “El Porvenir” de Compañía Minera Milpo S.A.A. se realizó las

mediciones del espesor de las irregularidades de los conductos, determinándose

los parámetros de ventilación los cuales sirvieron para los cálculos y simulación

del sistema con el apoyo de Software VnetPC2003 obteniéndose resultados

consistentes y similares a los circuitos de ventilación real de la mina. Ver figura 47.

El procedimiento de medición es el siguiente:

Establecer tramos de 10 m. en un conducto

Establecer 8 estaciones de medición: 2 en cada pared lateral del conducto, 2 en el

techo y 2 en el piso

Ubicar 2 puntos en cada estación establecida

Extender una cuerda entre los 2 puntos de cada estación

Medir los espacios entre la pared del conducto y la cuerda

Obtener el promedio de los espacios medidos, el cual representa el espesor de las

irregularidades del conducto “e”

OTROS PARÁMETROS RELACIONADOS

MEDICIÓN DE VELOCIDADES DEL AIRE:

Haciendo uso de un anemómetro digital y en otros casos con bombilla y tubos de

humo se efectuaron las mediciones de los flujos de aire en cada una de las

estaciones de control establecidos.

MEDICION CON ANEMÓMETRO:

En cada uno de los 06 puntos de la sección transversal de la labor, se toman la

velocidad máxima y la velocidad mínima, es decir un total de 12 lecturas para

obtener el promedio aritmético, el cual se multiplica por el factor de calibración del

instrumento para obtener la velocidad de flujo de aire.

V = f x Vp

V : Velocidad de flujo de aire, en m/s

Vp: Velocidad promedio, en m/s

f : Factor de calibración del instrumento

METODO DE MOVIMIENTO UNIFORME RECTILINEO:

Se realiza empleando una bombilla y un tubo de ventilación. Se toma un tramo del

conducto de longitud conocida y se controla el tiempo de desplazamiento del

polvillo que emite el tubo de ventilación impulsado por la bombilla, y empleando la

siguiente relación se calcula la velocidad de flujo de aire:

V = d/tp

V : Velocidad de flujo de aire, en m/s

d: Longitud del conducto, en m

tp : Tiempo promedio, en s

La base de datos y los cálculos respectivos se muestra en el Cuadro Nro. 1 de

Anexos.

CIRCUITOS DE VENTILACIÓN

Las labores subterráneas por donde circula el aire en interior mina, están

interconectados entre sí formando los circuitos de ventilación. Este sistema es

íntegramente mecánica. Las operaciones propias de la mina están condicionadas

al funcionamiento de este sistema; ante la paralización del mismo, existe la

necesidad de evacuar al personal de los niveles más bajos de la mina y por

consiguiente paralizar las operaciones.

De acuerdo a la disposición de las vías de ingreso y salida de aire se identifican

tres circuitos principales de aire los que sin ser independientes, tienen marcadas

particularidades de acuerdo a las necesidades de aire de cada área operativa. Así

se identifican:

Circuito de ventilación de la zona sur de la mina

Circuito de ventilación de la zona norte de la mina.

Circuitos menores.

CIRCUITO DE VENTILACIÓN EN LA ZONA SUR.

Este circuito abarca las operaciones de producción de la zona sur; Winche y Pique

Picasso; taller de mantenimiento del nivel –970; Bines del nivel –1170 e

instalaciones de la rampa y espiral Sur hasta el nivel-1250.

El aire fresco ingresa principalmente por la bocamina San Carlos del nivel “0”,

túnel fase I y bocamina del nivel – 50. El aire que ingresa por San Carlos se

orienta en su mayor parte al pique Picasso para descender y distribuirse a los

niveles inferiores, llegando hasta el nivel –1250. Una parte menor, pero

significativa se orienta hacia el nivel +50 pasando por la cámara del winche

Nordberg.

El aire fresco que ingresa por la bocamina –50 en su mayor parte desciende por la

rampa y espiral sur hasta alcanzar el nivel–800 para orientarse a los tajeos en

producción y otra cantidad continua para ventilar la rampa bajando hasta el Espiral

29 (nivel-1080) a partir del cual ingresa a OP1A y es evacuado por esta chimenea.

El aire que desciende por el pique es utilizado en los niveles –1250, -1230, –1205,

-1170 y -1160, el cual asciende por el espiral sur encauzándose hacia la chimenea

de Ventilación OP1A y captado en los niveles -1160 y -1120 por efecto de la

depresión que originan los dos ventiladores de 100,000 cfm instalados en el

espiral 14.

El aire usado de los tajeos de producción de la zona Sur alta es encauzado al nivel

–760 y de esta al OP1B para ascender al nivel –440; en este nivel un ventilador

principal de 100,000 pies3/min se encarga de evacuar a superficie a través de la

chimenea de ventilación N° 2. El aire usado encauzado hacia el OP1A llega hasta

el nivel –360, el cual es captado por un ventilador principal de 100,000 cfm. para

ser evacuado a superficie por las chimeneas AM y San Carlos. (Ver el plano

isométrico de ventilación Integral zona Sur)

CIRCUITO DE VENTILACIÓN EN LA ZONA NORTE.

Este circuito abarca las instalaciones del espiral norte y áreas de producción

ubicadas en la zona norte de la mina.

El aire fresco ingresa principalmente por el Túnel La Quinua del nivel –450 por la

depresión originada por un ventilador principal de 180,000 cfm. y desciende por la

chimenea Central, distribuyéndose paulatinamente en los niveles inferiores,

llegando a alcanzar el nivel –1160 y -1170; distribuyéndose a las zonas norte y

sur.

Para cubrir el requerimiento de esta zona, se capta a través de nivel -770 una

parte del aire que baja por el Espiral Sur.

El aire de la zona norte ingresa a los tajeos de producción, que luego de ser

utilizado es encauzado por las chimeneas de ventilación hasta los niveles -760 y

-740 y de estos por la Rampa Espiral Norte y chimeneas de ventilación OP3 y

chimenea de servicios hasta el nivel –440. De este último nivel el aire usado es

evacuado a superficie a través de las chimeneas de ventilación N° 4 y 5. (Ver el

plano isométrico de ventilación integral zona Norte)

CIRCUITOS MENORES.

En el nivel +50 se encuentra instalado un ventilador de 50,000 cfm. para la

extracción del aire de la sala del winche Nordberg. El aire ingresa por la bocamina

San Carlos y luego de refrigerar el generador del winche es evacuado al nivel +50

para su salida a superficie por labores abandonadas.

En el nivel –770 Sur se encuentra instalado un ventilador Zitron de 100,000 cfm.

para la extracción del aire usado del taller de mantenimiento del nivel –970, así

como de los bines del nivel –1170.

Para el taller de mantenimiento del nivel -970, el aire fresco llega de la chimenea

central, ingresa al taller por el acceso N° 1 y luego de recorrer a lo largo del taller

es aspirado por el referido ventilador a través de la chimenea N° 1. Del nivel –770

el aire usado es impulsado al nivel –440 para su evacuación a superficie. Para la

ventilación de los bines del nivel -1170, el aire fresco ingresa por el Pique, recorre

los bines encauzándose hacia el RB N° 3 aspirado por el Ventilador Jetair ubicado

en el nivel -770. Del nivel –770 el aire usado es impulsado al nivel –440 para su

evacuación a superficie.

BALANCE DE INGRESOS Y SALIDAS.

Las mediciones de los flujos de aire realizados durante el último levantamiento de

campo determinaron los resultados siguientes. Ver cuadros:

Cuadro 1 : Ingresos de aire

Lugar Flujo (m³/min) Flujo (pies³/min)

Nivel "0". Bocamina San

Carlos3,212 113,431

Boca Túnel. Fase I 398 14,048

Nivel -50. Bocamina 2,780 98,176

Nivel -100. Chimenea Socorro 954 33,704

Nivel -100. Galería -10083W 306 10,809

Nivel -100. Chimenea Nv+50 185 6,529

Nivel -280. Chimenea N° 6 576 20,358

Nivel -450. Túnel La Quinua 6,089 215,072

Total 14,500 512,127

Cuadro 2 :Salidas de aire

Lugar Flujo (m³/min) Flujo (pies³/min)

Chimenea AM y S.C. Nivel +75 3,443 121,607

Nivel +50 1,195 42,193

Chimenea ventilación N° 1 Sur 2,008 70,924

Chimenea ventilación N° 2 Sur 2,846 100,504

Chimenea ventilación N° 4 Norte 2,985 105,434

Chimenea ventilación N° 5 Norte 2,692 95,082

TOTAL 15,168 535,744

Como vías principales de ingreso de aire fresco a la mina destacan la bocamina

San Carlos del Nivel “0”, Bocamina del Nivel -50 y el Túnel La Quinua.

Las chimeneas de ventilación N° 1, 2 y chimeneas de AM y San Carlos en el nivel

+ 75 constituyen las vías principales de salida de aire usado de la zona sur de la

mina. Las chimeneas de ventilación N° 4 y 5 son las vías de salida de aire usado

de la zona norte de la mina.

REQUERIMIENTOS DE AIRE PARA LA MINA.

Los requerimientos y la circulación de aire limpio y fresco en cantidad y calidad

suficientes para cubrir las necesidades de la mina, se efectuaron los cálculos

respectivos de acuerdo al número de personal, los equipos diesel que operan en

interior mina y otras necesidades.

PARA EL PERSONAL

Para determinar las necesidades de aire para el personal, se consideró la guardia

que cuenta con el mayor número de personal.

De acuerdo a lo establecido por el Reglamento de Seguridad e Higiene Minera,

D.S. N° 055-2010-EM Art. 204 (d), que cuando las minas se encuentren hasta

1500 m.s.n.m., la cantidad mínima de aire necesaria por hombre en los lugares de

trabajo será de 3 m3/min (106 ft3/min). En otras altitudes la cantidad de aire será

de acuerdo con la siguiente escala:

De 1500 a 3000 m.s.n.m aumentará en 40% y será igual a 4 m3/min

De 3000 a 4000 m.s.n.m aumentará en 70% y será igual a 5.1 m3/min

Sobre los 4000 m.s.n.m aumentará en 100% y será igual a 6 m3/min

Para el caso de la mina Milpo se requiere de un flujo de aire de 5.1 m3/minuto por

persona. Ver cuadro 3.

CUADRO 3: PERSONAL DE INTERIOR MINA

EMPRESA DIA NOCHE

ARBEMIN 30 11

CENTRO ANDINA 2 2

FAMESA 6 6

GEMIN 45 36

MASTER DRILLING 5 4

MILPO 41 35

REDRILLSA 6 5

SANDVIK 18 15

SANTA MONICA 6 1

TRANSPORTE PAREDES 1 1

TRASUPH 2 0

TECNOMIN 12 8

VANKAR 10 8

FERREYROS 5 4

TOTAL 189 136

El cálculo se realiza para la guardia que tiene mayor número de personal, en este

caso para un total de 189 trabajadores la necesidad fue establecida en 34,045

cfm.

PARA LOS EQUIPOS DIESEL

En cuanto a los equipos diesel, los cálculos fueron efectuados teniendo como

base el factor de trabajo efectivo de cada uno de los equipos. Esta modalidad de

cálculo cubre las exigencias del Reglamento de Seguridad e Higiene Minera, D.S.

055-2010-EM Art. 204 (d), que en términos generales especifica una necesidad de

3 metros cúbicos por minuto por cada HP que desarrollen los equipos. Ver el

cuadro 4.

Cuadro 4.

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA:¿Se abastece de forma eficiente el requerimiento de aire fresco en todas las

labores de mina “El Porvenir”-Milpo?