Ventilacion de Minas
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Ventilación de Minas
CHOTA, 2011
Contenido
Aspectos Básicos de Ventilación: Concepto, Necesidad, Objetivos, Principios, Tipos e Importancia
El Aire en las Minas: Normas, Gases, Contaminantes y Requerimientos
Antecedentes del Sistema de Ventilación: Historia, Componentes de un Ventilador, Clasificación, Leyes. Uso de Aire Comprimido
Cálculos de Ventilación: Fundamentos de la Ventilación, Ambiente de Trabajo, Medición de Presiones y Caudales, Ventilación Primaria y Secundaria
Casos en el Perú
Nociones Preliminares
La minería en el mundo, no es un generador de empleo sólo ocupa el 1% de la mano de obra, sin embargo es responsable del 8% de los accidentes fatales (15 000 aprox.), no están incluidos las enfermedades ocupacionales (Neumoconiosis, Audición etc.).
La minería en general se desarrolla alejado de centrosurbanos.
La OMS señala que la explotación Minera en el mundo tiene repercusiones económicas, ambientales, laborales y sociales.
Se trabaja con factores físicos adversos (iluminación, nivel de ruido, vibraciones, trabajo en altura y otros )
Las jornadas de trabajo son extendidas a mas de 10 horas y en algunos casos a mas de 40 días consecutivos
Trabajos en turnos nocturnos y aislados de sus compañeros
No se encuentra información estadística de salud ocupacional.
La minería en el Perú es el pilar productivo de la economía, en la década pasada contribuyó con mas del 8% del PBI y mas del 45% como generador de divisas.
EXPORTACIONES
Marco Normativo Nacional
CONSTITUCIÓN POLÍTICA DEL PERÚ (1993)Art. 7º, 9º y 59º.- Derecho de todos a la protección de la salud, elmedio familiar y de la comunidad; hay elementos para obligar al Estado, empleadores y trabajadores para prevenir y resolver los problemas......
LEY GENERAL DE SALUD.- “Cap.VII sobre Higiene y Seguridad en los ambientes de trabajo”• Art. 100º. “Establece la obligación por parte de quienes conducen o administran actividades de extracción, producción, transporte y comercio de bienes o servicios de adoptar las medidas necesarias para garantizar en sus ambientes de trabajo, la promoción de la salud y la seguridad de los trabajadores y de terceras personas”.
• Art. 101º.- “Las condiciones de higiene y seguridad de los Ambientes relacionados con las actividades de extracción, producción y transporte de bienes y servicios se sujetan a lasdisposiciones que dicta la autoridad de salud competente asignándole a ésta un rol normativo y de vigilancia del cumplimiento”.
CÓDIGO CIVIL • Art. 1970º. Señala “Aquel que mediante un bien riesgoso o peligroso o por el ejercicio de una actividad riesgosa o peligrosa causa un daño a otro, esta obligado a repararlo”
CÓDIGO PENALSe tipifica los delitos de violación a la libertad de trabajo entre ellos“El que obliga a otro, mediante violencia o amenaza a trabajar sin las condiciones de seguridad e higiene industriales determinadas por la autoridad”.
COMPETENCIA ADMINISTRATIVA
SOBRE LA SEGURIDADY SALUD EN EL
TRABAJO
• Ministerio de Salud (MINSA)• Ministerio de Energía y Minas (MEM)• Ministerio de Trabajo y Promoción Social (MTPS)
MINISTERIO DE ENERGIA Y MINAS•D.S. 014-92-EM Ley General de MineríaArt. 209º al 213º Disposiciones sobre Higiene y Seguridad en el Trabajo.•DS 055-2010- EM Reglamento de Seguridad y Salud Ocupacionales y otras medidas complementarias en Minería (22 Agosto)•Ley 27474 Ley de Fiscalización de la Actividades MinerasArt. 17º.- Los Fiscalizadores Externos o representante de las Empresas serán considerados como Funcionarios Públicos
Efectos en la salud y fuentes de origen de los Contaminantes
Concepto Es el proceso mediante el
cual se hace circular por el interior de la mina el aire necesario para asegurar una atmósfera respirable y segura para el desarrollo de los trabajos.
La ventilación se realiza estableciendo un circuito para la circulación del aire a través de todas las labores. indispensable que la mina tenga dos accesos independientes
LABOR: ES CUALQUIER HUECO EXCAVADO PARA EXPLOTAR UN YACIMIENTO
MINA : ES EL CONJUNTO DE
TODAS LAS LABORES
La labor más común es la galería. Es una excavación horizontal, o poco inclinada, en que una de las dimensiones es mucho mayor que las otras dos. Es similar a un túnel de carretera
Necesidad de la ventilación
Oxigeno para respirar: Es necesario asegurar un contenido mínimo de oxígeno en la atmósfera de la mina para permitir la respiración de las personas que trabajan en su interior.
Diluye y remueve gases nocivos: En el interior se desprenden diferentes tipos de gases, según el mineral a explotar y la maquinaria utilizada. Estos gases pueden ser tóxicos, asfixiantes y/o explosivos, por lo que es necesario diluirlos por debajo de los límites legales establecidos en cada país.
• Reduce la Temperatura: A medida que aumenta la profundidad de la mina la temperatura aumenta.
El gradiente geotérmico medio es de 1º cada 33 m.
Adicionalmente, los equipos y máquinas presentes en el interior contribuyen a elevar la temperatura del aire.
CLIMATIZACIÓN DE LA MINA
PERMITEVENTILACIÓN
Objetivos de la ventilación
Proporcionar a la mina un flujo de aire en cantidad y calidad suficiente para diluir contaminantes, a límites seguros en todos lo lugares donde el personal esta en trabajo.
Cumplir con el R.S. en lo referente a ventilación y salud ambiental.
Ambiente seguro y confortable
Por lo tanto:
El 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
Mecánica de fluidos Mov. Fluídos (líquido o gas) y las fuerzas que la provocan
Para que exista ventilación debe haber:
Dos puntos de diferente presión ( >P a <P )
Diferencia de temperaturas( > Tº a < Tº )
Principios de la Ventilación
“EVITAR A TODA COSTA QUE EL CONTAMINANTE LLEGUE A ESTAR SUSPENDIDO EN EL AIRE"
Tipos de Ventilación
I. VENTILACIÓN NATURALEs el flujo natural de aire fresco al interior de una labor
sin necesidad de equipos de ventilación.
En una galería horizontal o en labores de desarrollo en un plano horizontal no se produce movimiento de aire.
En minas profundas, la dirección y el movimiento del flujo de aire, se produce debido a las siguientes causas: diferencias de presiones, entre la entrada y salida.
Diferencia de temperaturas durante las estaciones.
El Caudal de Aire
Es la cantidad de aire que ingresa a la mina y que sirve para ventilar labores, cuya condición debe ser que el aire fluya de un modo constante y sin interrupciones.
El movimiento de aire se produce cuando existe una alteración del equilibrio: diferencia de presiones entre la entrada y salida de un ducto, por causas naturales (gradiente térmica) o inducida por medios mecánicos.
Acondicionamiento total del aire en minas
Control de calidad Control de gases Control de polvo
Control de cantidad Ventilación Ventilación a la frente o auxiliar
Control de humedad y temperatura Enfriar/ calentar aire Humidificación/de humidificación
Principios de la ingeniería de control
1. 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 aire
COMPOSICION 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 Gases
Cada 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
25 -
Metano( CH4)) Incoloro, insípido y sin olor
Natural de yacimientos de Carbón
Sofocante, Explosivo 10.000 (1%) 10.000 (1%)
Fuentes de emisión de gases
Gases 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 contaminantes Fuegos y explosiones (CO, CO2,CH4) Respiración humana (CO2) aprox 0,1 cfm/hombre Baterías (genera H)
Corrección de LPP A 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 Particulado
Partículas 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 Humedad La 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 exterior
2. Calentamiento por compresión del aire durante descenso a la mina
3. Temperatura de la roca
4. Procesos endotérmicos
5. Procesos exotérmicos
6. 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 Roca
La 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 aire
El 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 Chilena
Sensación TérmicaHumedadrelativa
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 básico
La regla fundamental de Ventilación:
“EVITAR A TODA COSTA QUE EL CONTAMINANTE LLEGUE A ESTAR
SUSPENDIDO EN EL AIRE"
Prevención y Eliminación Prevención
Considerar 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
Eliminación Modificar 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 efectos Supresión
Infusión con agua o vapor en focos contaminantes
Humidificar 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 Dilución Aislamiento
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 recurso Dilución por corriente de la ventilación principal; Dilución local por ventilación auxiliar
Demanda de Ventilación
Curso 2007
Tipos de Demanda Para Diluir
Gases naturales / Motores / Tronadura / Baterías Para Acondicionar
Enfriar / Calentar Para consumir:
Respiración de personas / Combustión de motores Para Mover
Arrastrar Hacer “brisa” Renovar
Cantidad de Aire para Diluir
Caudal 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
Ejemplo Datos: 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 Consumir
Caudal 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 Mover Caudal 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)
permitidaimaiónconcentracy
toxicocomponenteiónconcentracc
motorgasesvolumenV
requeridovolumenQ
y
cVQ
_max_
(%)__
__
_
Equipos Diesel
HPQ 83,2Legislación minera Chile
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
Sudafricana
Distribución del aire interior mina
Considerar operaciones interior mina
Determinar aire requerido
Aumentar requerimientos por perdidas (20-30%)
Tarea
Determinar el circuito de ventilación Demanda de aire