1_Intro-Ventilacion_de_Minas.ppt
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Ventilación de minasEl control de la atmósfera en una mina es el aspecto más
vital de la operación ya que influye en la: Salud de las personas Productividad por condiciones atmosféricas mas confortables
para el trabajo humano
La ventilación de minas es la herramienta más versátil de control atmosférico
Es la aplicación de los principios de la mecánica de fluidos al flujo de aire en excavaciones subterráneas
Acondicionamiento total del aire en minasControl de calidadControl de gasesControl de polvo
Control de cantidadVentilaciónVentilación a la frente o auxiliar
Control de humedad y temperaturaEnfriar/ calentar aireHumidificación/de humidificación
Principios de la ingeniería de control1. Prevención: modificar operaciones o mejorar practica Reducir formación de gases o polvo
2. Remover o eliminar Limpiar labores Depuración del aire con colectores de polvo
3. Suprimir o absorber (con agua) Infusión con agua o vapor previo al arranque (polvo) Apaciguamiento con rociado de agua o espuma Tratamiento de polvo asentado con productos químicos delicuescentes
4. Contener o aislar (encerrar la fuente) Tronadura aislada o con personal afuera Encerramiento de operaciones generadoras de polvo Sistema de aireamiento local
5. Diluir o reducir Dilución local por ventilación auxiliar Dilución por corriente de la ventilación principal
Cualquier esfuerzo en controlar las materias particuladas antes que lleguen a ser suspensiones áreas es mas económico y simple tanto en superficie como en
interior mina.
Composición del aireCOMPOSICION DEL AIRE SECO
GAS % en volumen % en peso
Nitrógeno - N2 78,09 75,53
Oxígeno - O2 20,95 23,14
Anh. Carbónico - CO2 0,03 0,046
Argón y otros 0,93 1,284
Respiración humana INHALACION DE OXIGENO Y AIRE EN LA RESPIRACION HUMANA
ACTIVIDADREPOSO MODERADA MUY VIGOROSA
Ritmo respiratorio por minuto, 12 - 1 30 40
Aire inhalado por respiración m3/seg. x 103, 5 - 13 46 - 59 98
Oxígeno consumido en
m3/seg. x 10-6, 4,70 33,04 47,20
Cuociente respiratorio "CR",0,75 0,90 1,00
2
2
exhalado
consumido
COCR
O
Efectos de falta de OxigenoEFECTOS DE LA DEFICIENCIA DE OXIGENO.
Contenido de Oxígeno
Efectos
17 % Respiración rápida y profunda. Equivale a 2.500 m.s.n.m.
15 % Vértigo, vahido, zumbido en oídos, aceleración latidos.
13 % Pérdida de conocimiento en exposición prolongada.
9 % Desmayo e inconsciencia.
7 % Peligro de muerte. Equivale a 8.800 m.s.n.m.
6 % Movimientos convulsivos, muerte.
Gas inodoro, sin color, sin sabor, no toxico, fundamental para la vida.
-19% concentración mínima en el ambiente.
-Norma en edificios= 10-30 cfm/hombre (0,56 m3/min/hombre)
-Norma minera : 3 m3/min por hombre
Concentración de GasesCada gas tóxico o explosivo (grisú) tiene una Concentración Ambiental Máxima Permitida (CAMP) a una exposición de 8 horas.
En Chile la legislación establece para los gases un Límite Permisible Ponderado (LPP) y un Límite Permisible Absoluto (LPA)
LPP: Para exposición típica jornadas de 8 horas continuadas y 48 horas/semana
LPA: Límite que no puede excederse en ningún momento
Si no está indicado por ley, LPA = 5 x LPP
CAMP Legislación Chilena (D.S. Nº72 y D.S. Nº745)
GAS FUENTE EFECTO LPP ppm (mgr /
m3)
LPA ppm (mgr /
m3)
Monóxido de Carbono (CO) Incoloro, insípido y sin olor
Tronadura, Combustión incompleta, Escape motores
Venenoso Desplaza hemoglobina
40 (46) 458
Anhídrido Carbónico (CO2) Incoloro, sabor ácido y sin olor
Descomposición orgánica, Tronadura, cualquier combustion
Sofocamiento, Aceleración respiratoria
4000 (7.200) 54.000
Anhídrido Sulfuroso (SO2) Incoloro, Irritante, olor sulfuroso fuerte
Tronadura Ataca (H2SO4) mucosas de ojos, nariz y garganta.
1,6 (4) 13
Ácido Sulfhídrico (H2S) Incoloro, Dulce, olor a huevos podridos
Tronadura, descomposición orgánica y de minerales
Muy Venenoso Irrita mucosas y ataca el sistema nervioso
20 (25) 21
Óxidos de Nitrógeno (NxOy) (NO2) Rojizo, insípido y sin olor
Tronadura ANFO y Combustión Diesel
Ataca (HNO3) tejidos pulmonares, puede tener efecto retardado
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Metano( CH4)) Incoloro, insípido y sin olor
Natural de yacimientos de Carbón
Sofocante, Explosivo 10.000 (1%) 10.000 (1%)
Fuentes de emisión de gasesGases de Estratos: se produce por migraciones de gases debido a la minería. (CH4, dióxido de carbono, nitrógeno, SO2, H2S):El metano es el mas “popular” en minería del carbón. Este
se mobiliza entre los estratos por cambios en la presión existente por la minería. Rango explosivo 5-15%
Los gases de estratos no solo se relacionan a sedimentos tambien a roca ígnea
Gases de Tronadura (CO, CO2, NO, H2S)Maquinas de combustión interna: pueden emanar hasta 0,28
m3/HP de contaminantesFuegos y explosiones (CO, CO2,CH4)Respiración humana (CO2) aprox 0,1 cfm/hombreBaterías (genera H)
Corrección de LPPA mayor altura menos oxigeno disponible y
por lo tanto se respira con más profundidad Por Altura (Sólo si H > 1000 m.s.n.m) :
LPP’ = LPP x P (H) (mm de Hg) / 760
Por mayor Exposición (Sólo si Js > 48 hrs/semana):LPP’’ = LPP x (48/Hs) x (168-Hs)/120
Hs = Jornada Hrs / Semana
Material ParticuladoPartículas peligrosas de polvo respirable, están
entre 1 y 10 micrones. Menores no se depositan y mayores se capturan en filtros naturales del cuerpo.
Partículas se depositan en pulmones produciendo “neumoconiosis”, si el material es sílice se denomina “silicosis”.
La neumoconiosis produce déficit de capacidad pulmonar y en grado severo puede causar la muerte.
LPP para la sílice es de 0,08 mgr/m3
LPA = 0,4 mgr/m3
Temperatura y HumedadLa temperatura mínima en minas debe ser mayor que 2ºC para evitar congelamiento de agua en cañerías o piso de galerías.
La temperatura debe ser tal que produzca una sensación térmica confortable, lo cual depende también de la humedad y velocidad del aire o “brisa”.
Dependiendo de la condición geográfica y/o estacional se puede requerir calentar o enfriar el aire de ventilación.
Temperatura La temperatura al interior de una mina
subterránea depende de varios factores:
1. Temperatura del aire exterior2. Calentamiento por compresión del aire durante
descenso a la mina3. Temperatura de la roca4. Procesos endotérmicos5. Procesos exotérmicos6. Intensidad de la ventilación
Aumento de temperatura por compresión La temperatura de los gases aumenta
si aumenta la presión (PV = nRT)
En el caso del aire se tiene que la presión atmosférica es inversamente proporcional a la altura sobre el nivel del mar.
A medida que profundizamos en una mina la presión atmosférica aumenta, por lo tanto también lo hace la temperatura.
Por este efecto, la temperatura aumenta a razón de 1ºC por cada 100m de profundidad o 10ºC cada 1 Km.
HTT
gasescteR
adiabaticoindicek
HkR
kTT
0098,0
27,29)_(
41,1)_(
1
0
0
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 está la zona geotérmica, en que la temperatura de la roca no tiene correlación con la temperatura exterior.
En la zona geotérmica, la temperatura de las rocas asciende a medida que nos acercamos al centro de la tierra.
Gradiente GeotérmicaSe define como la diferencia de temperatura por
unidad de profundidad (en la zona geotérmica)
Varía entre 1 y 5 ºC por cada 100m.Menos de 300m de profundidad: 2ºC/100mMenos de 1000 m de profundidad: 3ºC/100m1000 a 2500m de profundidad: 4,5ºC/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
Legislación ChilenaSensación Térmica
Humedadrelativa
Temperaturaseca
Velocidadmínima
85 % 24 a 30 °C 30 m/min
85 % 30 °c 120 m/min
Temperatura máxima: 32º si jornada < 6 hrs
30º si jornada < 8 hrs.Velocidad Máxima del aire: 150 m/min = 2,5 m/s
Principio básicoLa regla fundamental de Ventilación:
“EVITAR A TODA COSTA QUE EL CONTAMINANTE LLEGUE A
ESTAR SUSPENDIDO EN EL AIRE"
Prevención y EliminaciónPrevenciónConsiderar 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
EliminaciónModificar operaciones o mejorar prácticas para
reducir la formación de polvo o producción de gases indeseables (Ej: mantención de equipos)
Limpiar labores para eliminar polvo asentado
Supresión de efectosSupresiónInfusión con agua o vapor en focos
contaminantesHumidificar y congelar en tramo capturador de
contaminantes en estado sólido. Tratamiento de polvo asentado con productos
químicos delicuescentes (que absorben humedad del aire).
Depuración con colectores de polvo o catalizadores.
Aislamiento y DiluciónAislamiento
Tronadura restringida o con personal afuera, para no exponer
Encerramiento de operaciones generadoras de polvo para aplicar algún sistema de tratamiento local (Filtros catalíticos, rociadores, aspiradoras, colectores de polvo …)
Dilución … último recursoDilución por corriente de la ventilación
principal;Dilución local por ventilación auxiliar
Tipos de DemandaPara DiluirGases naturales / Motores / Tronadura /
BateríasPara Acondicionar
Enfriar / CalentarPara consumir:
Respiración de personas / Combustión de motores
Para MoverArrastrarHacer “brisa”Renovar
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 = Concentración 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 α masa y Δtº α a Q y ºK)Masa fría + Masa Caliente = Masa mezcla
Qc = Qf (tm – te)/(tc-te)
Qc = Caudal aire calentado
Qf = Caudal aire frío
tm = Temperatura final de la mezcla (ºC)
te = Temperatura de entrada del aire no acondicionado (ºC)tc = Temperatura del aire calentado (ºC)
32ºC > Temperatura de la mezcla > 2ºCideal 24ºC
Cantidad de Aire para ConsumirCaudal para consumir (QC)
Respiración humana: Qc > N x 3 (m3/min) = N x 0,05 (m3/s) N = Cantidad de personas en la mina
Combustión 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 Mínima:
QM > Vmin x A Vmin = Velocidad Mínima para “brisa” = 0,5 (m/s) A = Area (m2)
Velocidad Máxima: QM > Vmax x A Vmax = Velocidad Máxima con personas = 2,5 (m/s) A = Area (m2)
Caudal de Renovación: (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 metalicas
Tf
GEQ
G= formación de gases en m3/ kg de explosivo
G=0,04 m3/kg
E: cantidad de explosivo a detonar, kg
T: tiempo ventilación (30 min)
f=: % dilución de gases en la atmosfera a no menos de 0,008%
Equipos Diesel
permitidaimaiónconcentracy
toxicocomponenteiónconcentracc
motorgasesvolumenV
requeridovolumenQ
y
cVQ
_max_
(%)__
__
_
Se 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 DieselHPQ 83,2
33 0,27( / ) *3000 / *
( / )3600
0.45 :
0,3 : _ arg _ arg
0,15 : _
kg Kw Kw m Kg KQ m s
K
LHD
equipos c a desc a
equipos transporte
Legislación minera Chile
Sudafricana
Distribución del aire interior minaConsiderar operaciones interior mina
Determinar aire requerido
Aumentar requerimientos por perdidas (20-30%)
Ejercicio 1Cuantas horas teóricamente podría permanecer vivo un hombre después de un derrumbe el cual bloquea la galería. Si esta a 30 pies de la frente y la galería tiene una sección 5*8 pies2 (29,57 cm) asumiendo un coeficiente de respiración de 0,9 indique desde el punto de vista por sofocación por CO2 y por agotamiento de Oxigeno
RespuestaQ O2 = 4,67 CFMQ CO2 = 17,02 CFM
Tiempo O2 = 4,28 horasTiempo CO2 = 1,18 horas
El hombre muere por sofocación de CO2
Ejercicio 2Cuantos minutos puede permanecer un hombre vivo después de un derrumbe en el acceso, bloqueando la galería, a una distancia de la sección de 4*5 pies2 y el derrumbe ocurrió a una distancia de la frente de trabajo de 10 pies sabiendo que el operario estaba paleando a punto de terminar su turno de 8 horas ver que suceso por agotamiento de O2 y sofocación de CO2