Ventilacion de minas subterraneas

1. Ventilación de
Minas Subterráneas
Tec. Sumbaino Walter
Diciembre 2016

2. Contenidos
 Historia y propósito de la ventilación de
minas
 Demanda de ventilación

3. Introducción

4. Ventilación de minas
 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

5. 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

6. 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.

7. 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

8. Respiración humana
INHALACION DE OXIGENO Y AIRE EN LA RESPIRACION HUMANA
ACTIVIDAD
REPOSO 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
CO
CR
O


9. Efectos de falta de Oxigeno
EFECTOS 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

10. 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

11. 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%)

12. 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)

13. 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

14. 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

15. 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.

16. 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

17. 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.
H
T
T
gases
cte
R
adiabatico
indice
k
H
kR
k
T
T
0098
,
0
27
,
29
)
_
(
41
,
1
)
_
(
1
0
0








18. 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.

19. Gradiente Geotérmica
Se 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/100m
Menos de 1000 m de profundidad: 3ºC/100m
1000 a 2500m de profundidad: 4,5ºC/100m

20. 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

21. Legislación Chilena
Sensación Térmica
Humedad
relativa
Temperatura
seca
Velocidad
mínima
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

22. Principio básico
La regla fundamental de Ventilación:
“EVITAR A TODA COSTA QUE EL
CONTAMINANTE LLEGUE A ESTAR
SUSPENDIDO EN EL AIRE"

23. 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

24. 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.

25. 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

26. Demanda de
Ventilación
Curso 2007

27. 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

28. 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

29. 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

30. Caudal de Aire para Acondicionar
Balance 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 > 2ºC
ideal 24ºC

31. 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

32. 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

33. Explosivos en minas metalicas
Tf
GE
Q 
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%

34. Equipos Diesel
permitida
ima
ión
concentrac
y
toxico
componente
ión
concentrac
c
motor
gases
volumen
V
requerido
volumen
Q
y
c
V
Q
_
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)

35. Equipos Diesel
HP
Q 83
,
2

Legislación minera Chile
3
3 0,27( / ) *3000 / *
( / )
3600
0.45:
0,3: _ arg _ arg
0,15: _
kg Kw Kw m Kg K
Q m s
K
LHD
equipos c a desc a
equipos transporte

Sudafricana

36. Distribución del aire interior mina
 Considerar operaciones interior mina
 Determinar aire requerido
 Aumentar requerimientos por perdidas
(20-30%)

37. Tarea
 Determinar el circuito de ventilación
 Demanda de aire