Este documento trata sobre la ventilación de minas subterráneas. Brevemente describe la importancia de controlar la atmósfera en las minas para proteger la salud y productividad de los trabajadores. Explica que la ventilación es la herramienta clave para lograr este control atmosférico mediante la aplicación de principios de mecánica de fluidos para dirigir el flujo de aire en las excavaciones subterráneas. También resume los principales conceptos sobre la composición del aire, fuentes de emisión de gases, efectos

1. Ventilación de Minas
Subterráneas
Profesor Raúl Castro
Semestre primavera 2007

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