Servicios Generales Mina AYUDANTIA PEP III Semestre, 2007 Ventilación EL AIRE: Se define como una mezcla mecánica de gases que, en su estado puro y seco tiene la siguiente composición: Elementos NITROGENO (N2) OXIGENO (O2) DIOXIDO DE CARBONO (CO2) ARGON Y OTROS GASES AIRE ATMOSFERICO DE LA MINA: El aire atmosférico al ingresar a la mina sufre cambios en su composición. El N2 sube, el O2 baja, aumenta el CO2 y también se produce un aumento del vapor de agua. Existe generación de otros gases y polvos que también se suman a esta nueva composición. CAUSAS: 1.-Respiración de los hombres. 2.-Equipos de combustión interna 3.-Tronaduras e incendios (explosivos nitrosos, anfo). 4.-Descomposición de sustancias o materias minerales y/u orgánicas. 5.-Presencia de aguas estancadas. 6.-Operaciones básicas de la explotación. Es de vital importancia conocer y vigilar los gases que se producen durante la explotación de la mina, ya que variaciones por sobre las concentraciones normales, pueden derivar en desastrosas consecuencias. Para ello existen una serie de reglamentos acerca de las condiciones de trabajo en una labor minera. Uno de ellos es el DS594/2000 y el 210/2001, junto con el DFL 72 (Reglamento de seguridad minera) este ultimo es uno de los mas importantes, ya que nos establece que la cantidad de aire a inyectar es una mina es de 100 cfm por persona, y en este circuito de ventilación no puede haber mas de 75 personas. Además decreta velocidades máximas y mínimas de los flujos de aire. Los 2 primeros decretos tienen que ver con las condiciones sanitarias mínimas en los lugares de trabajo y dependen del Ministerio de Salud. % en volumen 78.09 20.95 0.03 0.93 1 Preparado por: Cristian Herrera Hernández 2% 74. H2 S ( 2.GASES ESCENCIALES: Indispensable para la vida del hombre Aire atmosférico Oxígeno.Servicios Generales Mina CLASIFICACION DE LOS GASES EN LAS MINAS: II Semestre. Durante el proceso de respiración. Anhídrido Sulfuroso SO2 > 15 % FATAL.. 3. lo distribuye en forma constante a todos los tejidos del organismo. > 6% respectivamente) OXIGENO: Es un gas incoloro.16% 78% 0. olor a huevos podridos). o o o o CO Humos Nitrosos (olor y sabor ácidos).-EXPLOSIVOS O INFLAMABLES: En altas concentraciones forman mezclas explosivas con el aire. (1. Estos producen ahogos y en altas concentraciones pueden producir la muerte. es retenido en la hemoglobina de la sangre y ésta. olor a ajo).. Componentes Oxigeno Nitrógeno Dióxido de Carbono Vapor de agua Volumen de aire inhalado 20.8% 4% 5% 2 Preparado por: Cristian Herrera Hernández .75%) C2 H2. parte del oxígeno que contiene el aire inhalado por los pulmones.SOFOCANTES: Se conocen también como desplazadores.TOXICOS O VENENOSOS: Nocivos al organismo por su acción venenosa.5 – 80 % inflamable y explosiva . 2007 1.81% Aire exhalado por los pulmones 16. Cuenta con un peso específico de 1. CH4 C2 H2 (Acción del agua sobre el carburo de calcio. o o o o N2 CO2 > 15 % Fatal. inodoro e insípido y su importancia es mantener la vida y además mantener la combustión.6ppm LPP) 4. produciéndose así la oxidación de las sustancias alimenticias y se produce la energía que requieren las funciones biológicas. 2. o o o Metano : CH4 Monóxido de carbono: CO (13 .105. Hidrógeno Sulfurado H2 S (LPP 8 ppm.03% 1.. 8 44.5% de O2.83 Cuociente respiratorio 0.S Nº 72 1985 Ministerio de Minería) CONSUMO DE OXIGENO POR PERSONA Actividad trabajo Reposo Moderado Vigoroso o Respiraciones por minuto 12 a18 30 40 Aire inhalado lts/min. 2007 Cuando el porcentaje de O2 baja por el consumo de maquinaria diesel. oxidación de la roca. (Art.Servicios Generales Mina DEFICIENCIA DE OXIGENO II Semestre. tronaduras.7 a 12.28 1.9 1 Cuociente de respiración: Es la razón entre el CO2 expelido y el O2 consumido en volúmenes. concentraciones de oxígeno inferiores al 19. dentro de los cuales el más importante es el poder calcular la cantidad de caudal necesario para diluir las sustancias nocivas. lo que se conoce como soroche y que es altamente peligroso para la vida. D.1 98 O2 consumido lts/min.4 a 59. 0. 4. siendo este el límite inferior legal. se produce una deficiencia del contenido de oxígeno en el aire. O bien cuando es desplazado por gases inertes como el nitrógeno. etc. 394.98 2. no es higiénicamente aceptable. CR = CO2 EXPELIDO / O2 CONSUMIDO Dentro de los proyectos de ventilación de una mina se debe tener en consideración una serie de factores. Los métodos para determinar el caudal de aire requerido dependen de 5 factores muy importantes: a) b) c) d) e) La cantidad de gases que se desprenden El nº de personas que se encuentran en una misma labor El gasto de explosivos La cantidad de equipos diesel Método de explotación a utilizar 3 Preparado por: Cristian Herrera Hernández .75 0. Por tanto. en ambos casos se ocupan las mismas ecuaciones.Servicios Generales Mina II Semestre. 2007 Formulas para el cálculo de caudal necesario para diluir una cantidad “x” de gas nocivo • Frente abierto Q= Qg LPP − β Q = caudal necesario para dilucion (cfm) Q g = caudal de gas nocivo que se esta generando (cfm) LPP = limite permisible β = cantidad de gas nocivo en la corriente de aire fresco * Caudal requerido para dilución de polvo Q= N LPP − β Q = caudal necesario para dilucion (cfm) N = (gr/m3 ) o conteo de particulas LPP = limite ponderado promedio β = cantidad polvo en la corriente de aire fresco Como podemos ver. 4 Preparado por: Cristian Herrera Hernández . en el primer caso calculamos el caudal requerido para una cierta cantidad de gas nocivo y en el otro caso el mismo caudal pero para una dilución de polvo. sin embargo nos entregan resultados diferentes. 2007 τ = Qg − Q ⋅ Xo ⎞ Y ⎛ ⎟ ln⎜ ⎟ Q ⎜ Q − Q ⋅ X ⎝ g ⎠ τ = tiempo en diluir el volumen Y Xo = concentracion inicial de gas nocivo X = concetracion aire de salida Y = Area ⋅ Largo seccion Existen 2 posibilidades de modificar dicha ecuación: a) Si Xo = 0 tenemos lo siguiente: τ = Qg Y ⎛ ln⎜ Q ⎜ ⎝ Qg − Q ⋅ X ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ b) Si Qg = 0 (generación de gases no es constante. En este caso el Q diesel = 100 cfm * 180 BHP * 1 + 100 cfm *180 BHP * 0. La particularidad del cálculo de caudal requerido por equipo es que si tenemos 3 o mas el desarrollo del problema sigue así: Ejemplo: Si tenemos 2 LHD de 180 BHP.75 5 Preparado por: Cristian Herrera Hernández . por cada equipo se suma 100 cfm. Lo mismo ocurre con los equipos diesel. τ= Y ⎛ Xo ⎞ ln⎜ ⎟ Q ⎝ X ⎠ Esta establecido por ley que la cantidad de cfm por hombre al interior de una mina es igual a 100. calcular el caudal diesel requerido por ley. caso tronadura).Servicios Generales Mina • Frente ciego II Semestre. R = 0.12 m3 C. de 0.03 78.12 mts3/ 0.2 = 33. Por sofocación de CO2.132 mts3/min T = 250.19 0.R.9 (actividad moderada) O2 consumido = 1.4 mts a 9. ¿Cuál es más relevante? Solución Volumen labor = 1.21 . Balance de oxígeno.971 0.00005 0.6 2.Servicios Generales Mina TABLA DE GASES Formula SO2 NOx CO2 H2S N CO Peso especifico 2. Analizarlo bajo los siguientes puntos de vista: A.9 * 1.98 > Q * 0.59 1.9 min. B.98 lts/min.98 A. Por pérdida de oxígeno.967 LPP (ppm) 1. 2007 Cantidad de gas en el aire (%) 0. Q*0.9. Q = V/T T= V/Q = 33. = 4.09 0.4 4000 8 40 II Semestre.5*2.18 hrs.195 Q > 132 lts/min.529 1.1. CO expelido = 0.00001 EJERCICIOS 1) ¿Cuántas horas teóricamente puede mantenerse vivo un minero que ha quedado atrapado en una labor de 1.4*9. C.5 * 2.2 1.2 mts de la frente? Asumir un C. 6 Preparado por: Cristian Herrera Hernández . 15cfm = 62500cfm 2.14 hrs. si el análisis realizado a los gases del escape dieron los sgtes resultados: Gas Dióxido de Nitrógeno Monóxido de Carbón Dióxido de Carbón Solución Primero calculamos la cantidad de gas presente Caudal/BHP 0. T = 68.21cfm 4000 ⋅ 10− 6 − 0.0015 cfm ⋅ 100 BHP = 0. 2) Calcular la cantidad necesaria de aire fresco para diluir los gases tóxicos producidos por un equipo diesel de 100 BHP.Servicios Generales Mina B.2670 ⋅ 100 BHP = 26. = 1.48162 mts3/min.0003 + 0.004 Q < 481. El caudal de aire debe ser suficiente para diluir los gases para que no excedan los valores de LPP dados por DS 594/2000 de Ministerio de Salud. Para este caso el minero moriría por sofocación de CO2 y no por deficiencia de oxígeno.267cfm Q(CO2 ) = = 7216. Q * 0.2670 cfm LPP 2.76 min.4 ppm 20 ppm 4000 ppm Qg ( NO2 ) = 0.0006 ⋅ 100 BHP = 0.4 ⋅ 10− 6 − 0 0.62 lts / min.03 ⋅ 10− 2 7 Preparado por: Cristian Herrera Hernández . T = 33.0006 cfm 0.7cfm BHP Luego realizamos el cálculo para determinar la cantidad de caudal para diluir dichos gases. II Semestre. Q( NO2 ) = 0. 2007 C.06cfm Q(CO) = = 3000cfm 20 ⋅ 10− 6 − 0 0. Balance de CO2.0015 cfm 0.06cfm BHP cfm Qg (CO2 ) = 0.9 * 1.15cfm BHP cfm Qg (CO ) = 0.12 mts3/ 0.98 < Q* 0. Para mayor seguridad se contrataran 2 estudiantes en práctica de la Universidad de Chile para que trabajen de loros. CO (30%). 3) En una mina con alta sílice.5 mppcf. 5) Durante un turno.7 mppcf). 30 ⋅ 1012 particulas / min 106 Q= = 13.Servicios Generales Mina Finalmente se procede al calculo de caudal hombre. ¿Como determinaría ud la causa de la muerte?. si el aire fresco tiene una concentración de 0. Se pide entonces calcular el caudal de gases nocivos. el ingeniero a cargo al llegar a la frente donde se estaba construyendo una chimenea se percata que uno de sus viejos estaba asfixiado. cual es el caudal de aire necesario para diluir este polvo a un valor menor que el LPP permitido (2.636cfm 2. Qdiesel = 100BHP*100*1 = 10000 cfm Qhombre =1persona * 100cfm = 100 cfm Qtotal = 10100 cfm Q gas =62500 cfm II Semestre. por este motivo el caudal necesario para poder diluir la frente es de 62500 cfm. Se determina mediante un modelo que el aire existente en esa futura labor será de 10cfm y estará compuesto de: H2S (22%). 6) Como usted realizaría el aforo de la mina “Las Abuelitas” 8 Preparado por: Cristian Herrera Hernández . 2007 Siempre se elige el mayor en el caso de los gases. 3 LHD de 220 BHP cada uno y 6 camionetas 4x4 de 100 BHP cada una.5mppcf 4) En los próximos meses se tiene previsto en una mina realizar la ventilación de una galería de acceso donde transitaran 3 camiones bajo perfil de 200 BHP cada uno. se producen 30 billones de partículas de polvo menor a 10 micrones por minuto. el caudal por persona y por equipos.7 − 0. haga una analogía si ahora hubiese ocurrido lo mismo pero con un pique. CO2 (32%) y el resto de NOx. diesel y por gases. Precolación. • • • • características físicas características geológicas características topográficas características climatologicas o Precipitación o Evaporación o Temperatura o Humedad o Viento Las 3 últimas intervienen sobre las precipitaciones y la evaporación ¿Qué es una hoya hidrográfica? ¿De que dependen sus características físicas? Es una area definida topográficamente. tipo de suelo. Evapotranspiracion.Servicios Generales Mina Hidrológica II Semestre. etc. practicas agrícolas. Es el movimiento del agua a través de la superficie del suelo hacia el interior de la tierra. 2007 Definir y representar cada una de las etapas del ciclo hidrológico. Emisión de vapor de agua por una superficie libre a temperatura inferior a su punto de ebullición. Cantidad de agua transferida del suelo a la atmósfera por evaporación y por la transpiración de las plantas. y señalar cual(es) es la mas importante en la minería chilena. señale cuales son. Es el movimiento del agua a través del suelo. El régimen hidrológico se rige de acuerdo una serie de factores. geología del lugar. El agua pasa de un estado liquido a vapor. ¿Como se distribuyen las precipitaciones en el suelo? • • • • • Se interceptan (vegetación) Se infiltran Se evaporan Escorrentía superficial Escorrentía subterránea 9 Preparado por: Cristian Herrera Hernández . Sus características físicas dependen de la morfología. de la capa vegetal. practicas mineras. drenada por un sistema conectado de cursos de agua. tal que todo el caudal efluente es descargado a través de una salida simple. Infiltración. Evaporación. 2007 Influencias meteorológicas en la evaporación • • • • • Humedad del aire Tº del aire Tº de superficie Viento Presión atmosférica Factores que influyen en la escorrentía superficial • • • • • Humedad del suelo Capilaridad Tipo de suelo Cantidad e intensidad de las precipitaciones Topografía del terreno (pendientes) CANALES ABIERTOS La idea de conocer el tópico de canales abiertos es el poder diseñar una canal para poder evacuar toda el agua contenida en la mina.Servicios Generales Mina Factores que intervienen en la capacidad de infiltración • • • • • Humedad del suelo (lluvias anteriores) Cubiertas vegetales Tº del suelo y condiciones de contorno Tipo de suelo (tamaño de granos) Permeabilidad del suelo II Semestre. Para la realización de un canal necesito conocer los siguientes conceptos básicos: 1) Radio Hidráulico (Rh) Rh = A Wp A = area del canal Area del canal Wp = perimetro mojado Perímetro Mojado 10 Preparado por: Cristian Herrera Hernández . Si n = 0. 3) Nº de Reynolds Nos sirve para determinar si el flujo es laminar o turbulento. que es muy importante en la sedimentación de partículas.1 (tierra) Descarga Normal (Q) Q = A ⋅V = 1 ⋅ Rh2 / 3 ⋅ S 1 / 2 A n 11 Preparado por: Cristian Herrera Hernández . ya que esto afecta en la erosión del canal abierto. lo que trae consecuencias a veces desastrosas ya que las partículas se posicionan en la parte basal del canal obstruyendo el libre paso del fluido impidiendo un buen drenaje de la mina.Servicios Generales Mina 2) Velocidad de sedimentación (Vs) II Semestre. Re = v⋅D η v = velocidad fluido D = diametro ducto η = viscocidad Si Re < 2000 flujo laminar Si Re > 4000 flujo turbulento Velocidad Fluido V= 1 ⋅ Rh 2 / 3 ⋅ S 1 / 2 n S = pendiente (tanto por uno) n = nº de maning (adimensional) Tiene que ver con el material del canal Rh = radio hidráulico en mts. se sedimentaran las partículas obstruyendo el canal. 2007 Si Vf (velocidad el fluido) < Vs.01 (superficies lisas) Si n = 0. 18 ⋅ 10− 3 m3 / seg [ ] 2) ¿Dónde existe mayor descarga normal.013 ⎜ ⎝ Wp ⎠ Area = Wp = 1⎛π 2⎞ ⎜ ⋅D ⎟ 2⎝ 4 ⎠ ⋅ D2 2/3 ⎛ 1 ⎞ ⋅⎜ ⎟ ⎝ 1000 ⎠ 1/ 2 ⋅ Area π 2 n = 0. Esta instalada en una pendiente de 1%? 1 ⎛ Area ⎞ ⎟ Q= ⋅⎜ ⎟ 0. Demuestre 3) Diseñe un canal rectangular que se va a fabricar en concreto semiterminado formado para transportar 5. 2007 1) Cuál seria la descarga normal de drenaje de una tubería de arcilla que tiene un diámetro de 200mm y corre a la mitad de capacidad.Servicios Generales Mina EJERCICIOS II Semestre. 12 Preparado por: Cristian Herrera Hernández . en una sección de canaleta semicuadrada o semi circular? Asuma que el lado del cuadrado es igual al radio del círculo.013 Q = 5.2%.7 m3/seg. La profundidad normal deberá ser de la mitad del ancho del fondo del canal. de agua cuando se instale sobre una pendiente de 1. es menor el peligro de incendio y explosión. debiendo contar con un sistema de seguridad que detecte fugas de combustible y un sistema incorporado contra incendio. La utilización general de los motores Diesel en minería subterránea fue a mediados de los años 50. Es importante conocer algunos artículos del DS 72 que se debería tener en consideración: Art. especialmente en el sistema de inyección del combustible. Los gases de escape de estos equipos deberán ser purificados y/o reducidos antes de ser descargados al ambiente.Servicios Generales Mina EQUIPO DIESEL Aplicaciones a la minería. y esto se debió principalmente a los nuevos diseños de motores. Los vehículos o equipos accionados por gas licuado o natural solo podrán estacionarse en lugares especialmente ventilados que faciliten la no-acumulación de gas por fugas de combustible. ya que éstos emiten menos gases tóxicos y usan petróleo (combustible no volátil). siempre que cuenten con la aprobación de las autoridades nacionales competentes. por esto reemplazaron a los motores a gasolina y son los únicos utilizados en ésta área (minería subterránea). Para que ellos trabajen en interior mina. Se permitirá el uso de vehículos o equipos automotores accionados por gas licuado o natural. en general. que pueden ser inflamables o explosivos al entrar en contacto con el motor caliente. Incendio durante la manipulación de combustibles altamente volátiles. También se permite. Los primeros motores diesel utilizados en ésta área fueron en Alemania (1927). Emanación de gases al ambiente. deberán ser diseñados y acondicionados específicamente para este propósito. debe ser catalizado a la salida del múltiple y a la salida del tubo de escape debe tener un burbujeador (consistente en un estanque de agua) al cual se debe cambiar el agua todos los días. 13 Preparado por: Cristian Herrera Hernández . 2007 Se tiene conocimiento de los primeros motores a combustión interna utilizados en minería subterránea desde 1910. y al desarrollo de los lavadores y purificadores de los gases de escape. Se prohíbe usar en minas subterráneas. Alto costo de construcción de lugares muy protegidos para el almacenamiento. de esta manera se libera poco CO2 y vapor de H2O. pero éstos presentaban los siguientes problemas: • • • • Dificultad de control frente a los gases para diluir y/o disminuir todo efecto contaminante tóxico producido por los motores. II Semestre. 129. traslado y trasvasije del combustible. vehículos o equipos accionados por motores bencineros. Los equipos bien carburados no generan ningún gas nocivo. lo que protege la salud y seguridad de los mineros. el uso de máquinas y equipos automotrices diesel. lo anterior ha disminuido la concentración de gases tóxicos en productos de escape de los motores diesel. Art. Las muestras de gases se tomarán directamente en el tubo de escape de la máquina con el motor funcionando. Art. a la temperatura de régimen de trabajo y sin embragar. 132. En el interior de la mina donde trabajen máquinas diesel se deberá evaluar y registrar lo siguiente: a) Las concentraciones en el ambiente de monóxido de carbono. El combustible diesel usado por las máquinas debe tener un punto de inflamación mayor de cincuenta y cinco grados (55º) centígrados y no debe contener más de uno por ciento (1%) de azufre en peso. 2007 Art. 130. óxidos de nitrógeno (NO+NO2). debe ser agregado el caudal de aire calculado según el número de personas trabajando. paralelo al chasis del equipo y por el lado contrario del operador. El caudal de aire necesario por máquina debe ser el especificado por el fabricante. El tubo de escape de las máquinas diesel deberá ubicarse en la parte baja del vehículo. En áreas o labores que se consideran críticas. 14 Preparado por: Cristian Herrera Hernández . a lo menos una vez por semana o cuando las condiciones ambientales lo aconsejen. con la máquina en operación. De todas maneras. La temperatura de los gases de escape no debe ser mayor de ochenta y cinco grados (85º) centígrados. siempre al caudal requerido por equipos diesel. En los frentes de trabajo donde se utilice maquinaria diesel deberá proveerse un incremento de la ventilación necesaria para una óptima operación del equipo y mantener una buena dilución de gases. las emisiones de monóxido de carbono. dióxido de nitrógeno y aldehídos. Si no existiese tal especificación. La calidad del aire estará dada por los efectos sumados de todos los gases presentes.). se deberá disponer de sensores y alarmas que alerten a los trabajadores cuando las concentraciones excedan los valores permitidos. en el tubo de escape de la maquinaria diesel. y óxido de nitrógeno. El caudal de aire necesario para la ventilación de las máquinas diesel debe ser confrontado con el aire requerido para el control de otros contaminantes y decidir su aporte al total del aire de inyección de la mina. para máquinas en buenas condiciones de mantención. Las muestras ambientales de gases serán tomadas en lugares representativos del sector de trabajo. por caballo de fuerza efectivo al freno. 133. el aire mínimo será de dos coma ochenta y tres metros cúbicos por minuto (2. b) Periódicamente a intervalos que no excedan de un mes. Art. tanto en ralentí como en aceleración. Se recomienda efectuar estas mediciones.83 m3/min. Art.Servicios Generales Mina II Semestre. 134. 131.