Ventilación y Drenaje en Mina Subterranea

Unidad 1Ventilación

Profesor: José Vivar Cuturrufo.

Contenidos CursoCátedra Ventilación de minas y DrenajeProfesor José Vivar Cuturrufo

jvivar@minerahmc.clHorario Cátedra

1. Contenidos Cátedra

Modulo N°1: Ventilación

1 Fundamentos teóricos de Ventilación; propiedades físicas del aire (16 Horas

Circuitos básicos de ventilación, y ventilación natural; Equipos utilizados (12 Horas)en ventilación mecánica

2

Teoría de redes de ventilación e instrumentación para el cálculo deCaudales al interior Mina ( 12 Horas)

3

Modulo N°2: Drenaje

2.1 Drenaje y sus propiedades físicas; medidas para prevenir inundaciones ( 12 Horas)Por efecto del agua en mina

2.2 Selección e instalación de bombas para drenaje y pozos colectores ( 12 Horas)Tuberias y accesorios

( 06 Horas)Evaluación

• SISTEMAS DE VENTILACION AUXILIAR EN VENTILACION DE MINAS

 • CAPITULO I - INTRODUCCION • 1.1 Definición, Objetivos e Importancia

 • Como ventilación auxiliar (o secundaria) definimos aquellos sistemas que, haciendo uso de ductos y

ventiladores auxiliares, ventilan áreas restringidas de las minas subterráneas, empleando para ello los circuitos de alimentación de aire fresco y de evacuación del aire viciado que le proporcione el sistema de ventilación general. Por extensión, esta definición la aplicamos a las faenas de túneles desde la superficie, aún cuando en estos casos no exista un sistema de ventilación general.

 • El objetivo de la ventilación auxiliar es mantener las galerías en desarrollo, con un ambiente

adecuado para el buen desempeño de hombres y máquinas, esto es con un nivel de contaminación ambiental bajo las concentraciones máximas permitidas, y con una alimentación de aire fresco suficiente para cubrir los requerimientos de las maquinarias utilizadas en las faenas.

 • Una ventilación auxiliar eficaz de los desarrollos de galerías, no sólo proporciona un ambiente más

sano y confortable para los trabajadores, sino que además permite obtener mejores rendimientos y velocidad de avance al acortar los tiempos de espera para la evacuación de los gases de disparos, y al mejorar la productividad de los hombres y equipos, la visibilidad, la seguridad y otros efectos beneficiosos que se traducen finalmente en una rebaja en los costos de los desarrollos y en el término de los mismos dentro de los plazos establecidos.

 

1.2 Contaminación Gaseosa 1.2.1 Gases de Tronadura La detonación de explosivos en desarrollos produce un alto volumen de gases, en su mayoría tóxica para el hombre como son el monóxido de carbono (CO) y los humos nitrosos (NxOx), acompañados de anhídrido carbónico (CO2), vapor de agua y humos irritantes. La composición y el volumen de gases generados en las tronaduras dependen del tipo y cantidad de explosivos utilizados y de las condiciones bajo las cuales es detonado, pudiéndose producir por cada 100 Kgs. de explosivos los siguientes rangos de volúmenes de gases:

Una ventilación auxiliar eficaz de los desarrollos de galerías, no sólo proporciona un ambiente más sano y confortable para los trabajadores, sino que además permite obtener mejores rendimientos y velocidad de avance al acortar los tiempos de espera para la evacuación de los gases de disparos, y al mejorar la productividad de los hombres y equipos, la visibilidad, la seguridad y otros efectos beneficiosos que se traducen finalmente en una rebaja en los costos de los desarrollos y en el término de los mismos dentro de los plazos establecidos.

Esta generación de gases tóxicos en labores ciegas con escasa aireación presentan un serio y conocido riesgo para la vida de los trabajadores que, por alguna circunstancia, se expongan a la inhalación de estos gases en altas concentraciones por un tiempo prolongado. El efecto fisiológico que ejercen los gases tóxicos sobre el organismo depende la naturaleza del gas, de su concentración, del tiempo de exposición y en menor grado de la susceptibilidad individual. Entre los gases tóxicos mencionados destacamos al monóxido de carbono y a los humos nitrosos como los más peligrosos de los generados por las tronaduras de explosivos, capaces de dañar la salud, aún en pequeñas concentraciones. El humo que siempre generan las tronaduras está formado por materias sólidas y líquidas finamente divididas y que quedan suspendidas en el aire, mezclado con los gases tóxicos. Este humo es irritante, de un fuerte olor característico y por si sólo no es asfixiante; pero como se mezcla con los gases tóxicos, las personas que son afectadas por estos erróneamente lo atribuyen al humo que es visible e irritante.

Anhidrido carbónico 10,0 a 27,0 m3

Móxido de carbono 1,2 a 4,0 m3

Humos nitrosos 0,6 a 4,4 m3

1.2.2 Emisión de Gases de Equipos Diesel El uso de equipos diesel en los desarrollos de galerías, tales como cargadores frontales (LHD), camiones tolva, jumbos perforadores montados sobre neumáticos, etc., están desplazando los equipos tradicionales en base a aire comprimido, constituyendo una nueva e importante fuente de contaminación ambiental en faenas de túneles, con la generación de gases tóxicos que deben ser controlados por dilución y extracción. Los productos emitidos por los motores diesel son: a) El anhídrido carbónico, agua y anhídrido sulfuroso producidos por la combustión completa. b) Monóxido de carbono, hidrocarburos (aldehidos) y hollín, producidos por la combustión incompleta del petróleo. c) Oxidos de nitrógeno producido en la combustión como NO y posteriormente oxidado a NO2 en el ambiente. Entre otros factores la cantidad de gases tóxicos generados por los equipos diesel dependen de la relación aire/combustible, del tipo de sistema de inyección usado, de la temperatura y presión de la combustión, del tipo de dilución empleado en la descarga de gases, del trabajo ejecutado por la máquina y de sus condiciones mecánicas.

Considerando estos factores y el riesgo siempre latente de la emisión de gasestóxicos en labores subterráneas, estos equipos deben cumplir con ciertas normas mínimas de prevención para ser aceptadas y que entre otras son: El empleo de filtros de agua para el lavado de los gases de escape y/o catalizadores para la reducción del monóxido de carbono, hidrocarburos y aldehidos, lo que además permite una baja considerable de la temperatura de los gases que son expulsados al ambiente de la mina (menor a 70ºC). El uso de combustible diesel con un porcentaje de azufre menor a 0.5% en peso, asegura una baja emisión de anhídrido sulfuroso que, en caso contrario, puede dar lugar a la formación de trióxido de azufre, humo denso que genera serios problemas de ventilación.

1.3 Aplicación de Sistemas 1.3.1 Tipos Básicos Dos son los tipos de sistemas de ventilación auxiliar que pueden emplearse en el desarrollo de galerías horizontales, utilizando ductos y ventiladores auxiliares: Sistema Impelente: El aire es impulsado por el ducto y sale por la galería en desarrollo ya viciado. Sistema Aspirante: El aire fresco ingresa a la frente por la galería y el contaminado es extraído por la ductería.

Un tercer sistema es el combinado, aspirante-impelente, que emplea dos tendidos de ductería; una para extraer aire y el segundo para impulsar aire limpio a la frente en avance. Este sistema reúne las ventajas de los dos tipos básicos en cuanto a mantener la galería y la frente en desarrollo con una renovación constante de aire limpio y en la velocidad de la extracción de los gases de disparos, con una sola desventaja, su mayor costo de instalación y mantención.

1.3.2 Aplicaciones de los Tipos BásicosPara galerías horizontales de poca longitud y sección (menores a 400 m y de 3,0 x 3,0 m de

área), lo conveniente es usar un sistema impelente de mediana o baja capacidad, dependiendo del equipo a utilizar en el desarrollo y de la localización de la alimentación y evacuación de aire del circuito general de ventilación de la zona.

Para galerías de mayor sección y con una longitud sobre 400 m, el uso de un sistema aspirante o combinado es más recomendable para mantener las galerías limpias y con buena visibilidad para el tráfico vehícular, sobre todo si éste es diesel.

Para ventilar desarrollos de túneles desde la superficie, es el sistema aspirante el preferido para su ventilación, aún cuando se requieren elementos auxiliares para remover el aire en la zona muerta comprendida entre la frente y el extremo de la ductería de aspiración, ya que permite una mayor velocidad de avance.

La aplicación de sistemas auxiliares para desarrollar galerías verticales está limitada a su empleo para ventilar la galería donde se inicia el desarrollo de la chimenea o pique, dado que la destrucción de los tendidos de ductos dentro de la labor vertical por la caída de la roca en los disparos es inevitable. (En su reemplazo se utiliza el aire comprimido).El uso de sistemas combinados, aspirante-impelentes, para ventilar los desarrollos de piques verticales también son de aplicación práctica cuando éstos se desarrollan en descenso y la marina es extraída por palas LHD. En estos casos, el uso de un tendido de mangas que haga llegar aire fresco al fondo del pique en avance es imprescindible para refrescar el ambiente.Independiente del tipo de sistema auxiliar que más convenga, la alimentación de aire fresco y evacuación final del contaminado debe ser estudiada con detenimiento en cada caso particular, para evitar recirculación de aire viciado de efectos acumulativos para el sistema y/o contaminación indeseada de otras áreas de la mina.En varios casos la selección del tipo de sistema auxiliar ya está limitado y definido por la situación del sistema de ventilación general, al cual hay que conectarse dando lugar a una sola alternativa. Caso típico de esta situación es el desarrollo de galerías a partir de socavones principales que no conviene contaminar. En este caso la extracción por ductería del sistema aspirante con descarga al circuito de retorno de aire general más cercano, es lo único aceptable aún para desarrollos de longitudes menores a 300 m.

1.4 Uso de Aire Comprimido Por su alto costo en relación a la ventilación mecanizada, el uso del aire comprimido para atender la aireación de desarrollos debe limitarse exclusivamente a aquellas aplicaciones, donde no es posible por razones prácticas, el utilizar sistemas auxiliares de ventilación como es el caso particular del desarrollo manual de chimeneas o piques inclinados que, afortunadamente, están en franca eliminación por la adopción de técnicas más avanzadas de desarrollo, que no requieren que el personal se exponga en el interior de la excavación (Drop Raising, Rise Bore, VCR). El uso de sopladores de aire comprimido para ventilar los desarrollos horizontales, se debe limitar a aquella galerías de pequeña sección que por falta de espacio físico no hacen posible los tendidos de mangas de ventilación, y para acelerar la salida de los gases en los sistemas aspirantes instalando los sopladores en el extremo de la cañería de aire comprimido cercana a las frentes (zona muerta), siempre que no sea factible el uso de ventiladores eléctricos portátiles con manga lisa que impulse aire a la frente en avance (Jet Fans). El empleo de ventiladores auxiliares accionados por aire comprimido, es una alternativa viable para el uso de sistemas auxiliares en sectores de la mina alejados de los centros de distribución de energía eléctrica; pero por su limitada capacidad y presión rara vez son aplicados en la ventilación de desarrollos. Los neblinadores de agua, en base a aire comprimido, son elementos auxiliares de apoyo para los sistemas de ventilación, de mucha utilidad en disparos de desarrollo y en tronaduras, ya que el agua atomizada depresa el polvo y reduce las concentraciones de gases nocivos por efectos de lavado y su chorro de alta velocidad ayuda a remover el aire contaminado de las frentes ciegas en el caso de los sistemas aspirantes.

• Considerando el alto costo de la generación del aire comprimido en la mina, el uso de este medio para ventilación debe tratar de reducirse al mínimo posible, reemplazándolo por sistemas auxiliares provistos de ventiladores eléctricos o Jet Fans, cuyos costos unitarios y energéticos no tienen punto de comparación entre si.

 

 • Ejemplo: 1 Ventilador Auxiliar Joy de 15 HP mueve un caudal de 10.000 pies cúbicos de aire por minuto. Para este

caudal se requieren 3 compresores de 850 HP c/u, cuya capacidad individual es de 3.400 pies cúbicos/minuto.

 

1. De los sopladores de aire comprimido, normalmente utilizados en ventilación general como un refuerzo para acelerar el movimiento de aire en galerías, los más eficientes son aquellos que inducen movimiento al aire ambiente aprovechando al máximo el efecto Ventury. En aquellos casos típicos de desarrollo, donde no se tiene un sistema auxiliar que proporcione una segunda vía para el movimiento del aire en la galería, estos sopladores sólo remueven la masa de aire en su radio de acción y diluyen los gases muy lentamente, lo que se traduce en un mayor tiempo de espera por ventilación. Este hecho ha sido comprobado mediante estudios comparativos de terreno en ventilación de polvorazos, alternando el empleo de sistemas auxiliares impelentes con la ventilación de tubos Venturys y neblinadores con resultados ampliamente favorables para los sistemas impelentes.

• Para polvorines de gran capacidad (semanales), la ventilación requiere mayores volúmenes (+-10.000 CFM) con aire pre-filtrado para el caso de dependencias subterráneas (polvo).

1.5 Aplicaciones Especiales a la Ventilación de Dependencias Subterráneas1.5.1 Oficinas, Comedores, Bodegas, Terminales de ComputaciónLas oficinas subterráneas están expuestas a la contaminación provenientes de las frentes en

desarrollo y focos polvorientos de las áreas de producción por el natural interés de ubicarlas cercanas a los lugares de trabajo. Estos locales requieren una ventilación por sobre-presión de aire limpio que evite el ingreso de contaminantes por sus puertas de acceso, en especial para las salas con terminales de computación y laboratorio de geomecánica, adelantos tecnológicos de data reciente. Este problema ha sido solucionado con sistemas de ventilación impelentes, con varias ramas de distribución de aire en el interior de los locales y con una batería de ventilador y filtros contra-polvo fino tipo seco (farr 30/30 prefiltro y filtro fino HP100) con una capacidad promedio de 6.000 pies cúbicos/minuto.

1.5.2 Sub Estaciones EléctricasLa generación de calor de los transformadores y lo delicado de los restantes equipos de

control en estos locales, requieren de sistemas de inyección de aire pre-filtrado, cuya capacidad fluctúa alrededor de los 12.000 pies cúbicos/minuto. Esta es otra aplicación generalizada de sistemas de ventilación auxiliar en la mina.

1.5.3 PolvorinesEstos locales requieren de una aireación de bajo volumen por m2 de superficie, comparado

con las S/E Eléctricas (alrededor de 3.000 pies cúbicos/minuto) de aire no filtrado, que es impulsado por un pequeño ventilador centrífugo al interior de los depósitos de explosivos subterráneos por medio de una red de ductos de concreto bajo el nivel del piso.

1.5.4 Talleres

Aplicaciones de sistemas de extracción de aire mediante ductería rígida y ventiladores auxiliares de mediano rango (10.000 a 20.000 pies cúbicos/minuto) se han utilizado para solucionar problemas de contaminación por polvo y gases en talleres subterráneos de mantención mecánica/eléctrica, donde la ventilación general no es suficiente o no fue proyectada antes de la construcción del local.

CAPITULO II – DUCTERIA

2.1 Descripción de Ductos Más Utilizados

De la variedad de tipos de ductería existente en el mercado, aplicables a la ventilación subterránea, se destacan los siguientes:

2.1.1 Ductos Metálicos

Fabricados con planchas de acero entre 1 a 4 mm de espesor de construcción en espiral y largos variables de 3 a 6 metros, dependiendo de su diámetro, son aptos para ser usados en sistemas de ventilación auxiliar aspirante para el desarrollo de galerías de gran longitud, por sus ventajas de bajo coeficiente de roce, excelente hermetismo en uniones (si se toma la precaución de utilizarlos con flanges apernados) y bajo costo de mantención. Las desventajas derivan de su peso y rigidez que dificultan y encarecen su instalación y retiro final de la faena.

2.1.2 Ductos Plásticos Flexibles, Lisos Estos ductos de fabricación nacional, confeccionados con tejido sintético de alta resistencia recubierto con PVC por ambas caras, se proporcionan en tiras de largo y diámetro a pedido para su uso en sistemas impelentes de ventilación , provistos de anillos de acero en sus extremos para ser conectados entre si o sin uso de collarines de unión.

Para túneles de secciones superiores a 4 x 4 m, desarrollados desde la superficie y con una longitud mayor a los 800 metros, el ducto metálico supera en ventajas prácticas a los flexibles, aún considerando su mayor costo inicial que se recupera con su eficacia, menor potencia requerida y menor requerimiento de mantención y reparación del tendido. Actualmente se dispone en el mercado, de un equipo móvil que fabrica los ductos de varios diámetros y que puede funcionar en la boca mina para abaratar los costos de transporte.

Su costo por metro, si se dispone de una máquina que los fabrique en la boca mina, es similar al ducto plástico reforzado con anillos de acero para ventilación aspirante de fabricación nacional. En caso contrario, el costo adicional de transporte de los ductos de bajo peso pero voluminoso, encarece el costo unitario un 30 a 40% (Ver cuadro comparativo en lámina adjunta).

2.1.4 Características y Ventajas Comparativas

de los Tipos de Ductos Descritos  En lámina Pág. 217 se indican las principales características de los tres tipos de ductos, con los diámetros y largos más utilizados en la ventilación de desarrollos y en lámina Pág. 218 sus ventajas comparativas, cuyo análisis concluye en la superioridad del ducto flexible con respecto al metálico para la mayoría de las aplicaciones de ventilación auxiliar, lo que se demuestra en la práctica con la paulatina desaparición de los ductos rígidos de nuestras faenas y el fuerte incremento del abastecimiento de mangas flexibles.

 

2.1.3 Ductos Plásticos Reforzados

Estos ductos confeccionados en el mismo material de tela que el anterior se refuerzan con una espiral de anillos de acero con un paso de 150 m/m o de 75 m/m, para su uso en sistemas de ventilación aspirante con diámetros que van de 250 mm a 1200 mm y tiras de 5 metros de largo.

Para unirlos entre si, se requiere el uso de collarines de unión y vienen provistos de ganchos de sujeción. Su aplicación principal es para la extracción de aire, pero igualmente pueden usarse en sistemas impelentes, siempre que no sea posible utilizar el tipo liso, ya que esta manga es más resistida y de mayor costo.

   ITEM 

   METALICO

   FLEXIBLE REFORZADO 

  FLEXIBLE LISO

 Aplicación

 Aspirante Impelente

 Aspirante Impelente

 Solo impelente

 Transporte

 Alto Costo(Voluminoso)

 Mediano Costo(Paquetes)

 Bajo costo (Plegados)

 Almacenamiento

 DificultosoRequiere mucho espacio

 Fácil, requiere poco espacio

 Fácil, requiere muy poco espacio

 Instalación

 Difícil, lenta riesgosa

 Regular, rápida

 Fácil y rápida

 Mantención

 Reducida

 Requiere buena mantención permanente

 Requiere buena mantención permanente

 Tipo de Unión

 Collarín y flange apernado

 Collarín de unión tipo rápida

 Por tensión entre tiras

 Accesorios

 Cáncamos y alambre

 Cáncamos, cable guía y ganchos de suspensión

 Cáncamos, cable guía y ganchos de suspensión

 Filtraciones(Fugas)

 Bajísimas con flanges apernados

 Regulares en uniones y por roturas

 Regulares en uniones de tope y por roturas

 Resistencia(Factor K)

 Baja 11 x 10-10

 Alta30 x 10-10

 Baja 15 x 10-10

 Costo por Metro Lineal (800 mm Ø)

 US$52

 US$46

 US$20

 Máxima PS recomendada (800 mm Ø)

 48" agua

 10" agua (aspiración)

 25" agua

 Resistencia a la Corrosión

 Baja

 Mediana

 Alta

 Largo de Tiras

 Limitado3-6 mts

 Limitado5 mtsEstándar

 Variable de 5 a 30 mts, a pedido

VENTAJAS COMPARATIVAS ENTRE TIPOS DE DUCTERIA

2.1.5 Influencia del Diámetro de la Ductería en el Gasto de Energía

La determinación del diámetro óptimo de la ductería para sistemas de ventilación tiene gran importancia en el diseño por su gran influencia en el costo de ventiladores y energía necesaria.

En efecto, si se considera la simplificación de la fórmula de Atkinsons para el cálculo de la caída de presión estática (Ps) necesaria para mover un cierto caudal de aire (Q) en un ducto circular, se obtiene:

(1) Ps = 1,247 x L x K x Q2 = presión en pulgadas de agua Ø5

Si consideramos que la potencia necesaria para mover un caudal de aire por un ducto es directamente proporcional a la presión estática requerida como:

BHPs = Q x Ps = HP 6356 x EfSe hace evidente la importancia de seleccionar un diámetro de ducto óptimo para cada sistema

de ventilación auxiliar que se diseñe.

2.1.6 Importancia de las Fugas de Aire de la Ductería y su Influencia en la Determinación del Caudal del o los Ventiladores

Todos los tendidos de ductería de los sistemas auxiliares presentan fugas de aire a lo largo del tendido, a través de las uniones entre tiras, uniones al ventilador y por roturas. La suma de estas fugas de aire representan a veces cifras que superan el 90% del caudal impulsado por él o los ventiladores del sistema, con las consecuencias fáciles de imaginar para la efectividad de la ventilación del desarrollo en la frente.Valores de % de fugas consideradas aceptables para tendidos de ductos plásticos fluctúan entre 30 a 40% de la capacidad del ventilador auxiliar. Estos rangos son más bajos para tendidos de ductos metálicos que normalmente sufren pocas roturas durante su servicio, estimándose aceptables valores entre 20 a 30% para tiras unidas con bridas ajustables y menores a 10% para ductos metálicos provistos de flanges apernados con empaquetaduras de goma.Considerando que el caudal de aire necesario para ventilar un desarrollo se define como impulsado o extraído de la misma frente en avance, lo que es el extremo de la ductería, es obvio que el % de caudal de fugas producido a lo largo del tendido debe ser considerado al seleccionar la capacidad del ventilador auxiliar, de manera tal que:Q Ventilador = Q Requerido Frente + Q de Fugas Estimado

• Para el cálculo de caudales de fugas existen nomogramas y fórmulas basadas en experiencias de laboratorio, que por las diferentes aplicaciones y tipos de ducterías usadas no tienen una aplicación generalizada.

 

• Para efectos prácticos, mediciones efectuadas a los sistemas en operación, proporcionan % de fugas más reales a considerar para los futuros diseños dentro de la misma faena.

 

2.1.7 Instalación de Ductos y Defectos Más Frecuentes en sus Tendidos y Uniones

 

• En la instalación de los tendidos de ductos, cualquiera sea su tipo, las recomendaciones son de evitar al máximo el empleo de codos abruptos, quiebres o cambios de diámetro en el mismo tendido y de obtener un alineamiento lo más recto que sea posible dentro de la galería. Todo esto con vistas a reducir las pérdidas de caída de presión por choques, cambios bruscos del flujo de aire.Y las filtraciones de aire por las uniones entre tiras.

 

• Los defectos más frecuentes en los tendidos de ductos metálicos son la falta de alineamiento y las fallas de las uniones por bridas, reemplazadas por materiales inadecuados y poco herméticos (como sacos de yute amarrados con alambres). Esto es evitable si se utilizan tiras con flanges apernados.

 

• En tendidos de ductos plásticos el no uso de un cable de acero tensado para colgar y mantener alineadas las tiras, es el defecto más frecuente de instalación que provoca indeseados bloqueos por dobleces, estrechamientos de áreas y maltrato de los ductos por equipos en movimiento, con las consiguientes deformaciones y roturas.

 

Las uniones entre tiras de ductos aspirantes, tipo brida ajustable, frecuentemente se remplazan erróneamente por amarras de alambre, incrementando fuertemente las fugas de aire por este concepto y la destrucción prematura de la tela. Si el tendido requiere de piezas metálicas para bifurcaciones, es común encontrar defectos apreciables en cuanto a ángulos de salida, diferencias excesivas de diámetros y filtraciones en las uniones a los ductos. Para un mejor funcionamiento de estos sistemas, vale la pena costear la fabricación de estas piezas en base a un diseño adecuado (Ver ejemplo de diseño en lámina Pág. 221). En la unión del tendido al o los ventiladores del sistema, el defecto más frecuente es acoplar directamente el ducto y her-metizar esta unión defectuosa con cualquier material disponible. Como rara vez el diámetro del ventilador es similar al ducto, las pérdidas por cambio brusco de velocidad y turbulencias en este punto son apreciables y deben evitarse con la utilización de piezas metálicas diseñadas y fabricadas para el objeto (Ver ejemplo de plano de fab. en lámina Pág. 200).

2.1.8 Mantención de Ductería y Bodegaje La mantención del alineamiento, tensión y unión entre tiras es una labor permanente que requiere de atención por parte de la supervisión de la faena, por el constante deterioro que éstas sufren por efectos de los disparos. Los ductos plásticos por su parte requieren de inspecciones periódicas para detectar roturas, reparaciones (parches) de roturas menores o del remplazo de tiras completas en caso de grandes roturas que sólo pueden repararse en la fábrica de origen. En cuanto al almacenamiento de ductos, es conveniente dedicarles una bodega centralizada donde se reciban las partidas de fábrica y las tiras ya usadas para su revisión y almacenaje temporal. Muchas obras descuidan este aspecto, con el consiguiente deterioro y pérdidas de material. La resistencia de los ductos de tela a la presión, estática + o - es entregada por cada fabricante y puede verse en lámina siguiente. Este dato característico que depende de la calidad de los materiales usados en la fabricación, es importante de tomar en cuenta cuando se usa más de dos ventiladores auxiliares en serie, ya que se puede sobrepasar él limite de la resistencia y el ducto puede romperse o colapsarse, sin recuperación posible.

OPERACIÓN UNITARIAPOTENCIA

EQUIPO (HP)CAUDAL (CFM) CAUDAL (M3/SEG)

Polvorazo UCL   120.000 – 70.000 56,64 – 33,04Calle Prod. LHD 3,5 yd3 139 25.000 11,8Calle Prod. LHD 6 ó 7 yd3 250 30.000 14,1Calle Prod. LHD 10 yd3 350 35.000 16,5Calle Prod. LHD 13yd3 400 40.000 18,8XC Traspaso   20.000 9,4Cámara Picado Sub-6   4.000(*) 1,9Sala de Chancado interior mina   40.000-100.000 18,8 – 47,2Túnel Correa   40.000 18,8FFCC Diferido Ten 5 Ten 6   20.000(**) 9,4XC Acarreo Camión 80 Ton 475 48.000 22,7XC FFCC Principal Teniente 8   45.000 21,2Tolva Principal   40.000 18,9

2.3.2 Block Caving o Panel Caving Mecanizado con LHD u otrosSobre la base del criterio de cálculo establecido por la Normativa Legal chilena, aplicable cuando

no existe especificación al respecto por el fabricante, la Tabla 2.2 contiene los criterios para métodos de hundimiento mecanizados, actualmente utilizados en la DET.

EN LA ACTUALIDAD, LA DIVISIÓN DISPONE DE LHDS DE 3,5 YD³ (139 HP), 6 YD³3 Y 7 YD³ (250 HP), DE 10 YD³ (350 HP) Y 13 YD³ (400 HP). ADEMÁS SE HA CONSIDERADO EL ACARREO DE MINERAL CON CAMIONES DE ALTO TONELAJE (80 TON) Y 475 HP DE POTENCIA EFECTIVA AL FRENO.

CON LA APLICACIÓN DE ESTOS CRITERIOS AL SISTEMA MECANIZADO RESULTA UN ESTÁNDAR DE 40 – 50 CFM / TMS, QUE SON NECESARIOS DE INYECTAR COMO AIRE FRESCO Y UNA CANTIDAD EQUIVALENTE MÁS 10% QUE ES NECESARIO DE EXTRAER COMO AIRE CONTAMINADO.

.

TABLA 2.2: CRITERIOS DE CÁLCULO DE CAUDALES, BLOCK CAVING Y PANEL CAVING CON LHD.(*) CÁMARA DE PICADO CON ACCIONAMIENTO REMOTO.(**) EL CAUDAL DEBE SER VERIFICADO POR EL CRITERIO DE CAMBIOS DE AIRE EN EL XC, ENTRE SALIDA Y ENTRADA DE METALERO.2.3.3 Infraestructura de Servicios PARA DEFINIR LOS CAUDALES DE AIRE PARA ATENDER DEPENDENCIAS SUBTERRÁNEAS, TALES COMO OFICINAS, PAÑOLES, BODEGAS, TALLERES, POLVORINES, ETC. SE UTILIZARÁ COMO BASE INICIAL PARA EL CÁLCULO, LA RENOVACIÓN DE AIRE RECOMENDADA POR HORA, DE LA TABLA 3.3, CON LAS SIGUIENTES OBSERVACIONES:

•Sala de Compresoras: Si las compresoras se refrigeran por aire, el caudal estará especificado por el fabricante.En la TS/E: Debe ajustarse al requerimiento básico indicado en la Tabla 2.3 y a las necesidades de disipación de calor de cada recinto particular, especialmente cuando las subestaciones superan los 5 MW de potencia.abla 2.3 no se incluye también los accesos viales, cuyo requerimiento de aire se determinará en base a la demanda de tráfico de vehículos, por sobre otras estimaciones de caudales como demanda por calor generado, ya que por experiencia, éstos últimos suelen resultar deficitarios en la práctica (el Adit 71 presentó un 50% de déficit real en períodos de máxima demanda de tráfico vehicular).

CAUDALES DE AIRE RECOMENDADOS PARA VENTILAR DEPENDENCIAS SEGÚN CRITERIO DE NUMERO DE CAMBIOS DE AIRE DEL RECINTO POR HORA.

Q = Volumen Recinto x Nº Cambios = CFM60

RECINTONº CAMBIOS POR HORA

FILTRADOINYECCIÓN EXTRACCIÓN

ACEITERA ----------- 8 - 10 -----------BODEGA GASES INFLAMABLES ----------- 15 - 20 -----------BODEGAS GENERALES 4 – 6 ----------- -----------CANCHAS DE MADERA 6 – 8 ----------- -----------PETROLERAS ----------- 15 -----------

CASINO / COMEDORES MINA 18 (*)OBLIGADO FILTROS DE POLVO Y GASES

SOBREPRESION GARAJE EQUIPOS DIESEL 8 (**) -----------LABORATORIO INSTRUMENTACIÓN 15 ----------- OBLIGADO FILTRO POLVO

OFICINAS CON PC 10 - 12 -----------OBLIGADO FILTRO POLVO / OPTATIVO GASES

PAÑOL HERRAMIENTAS 5 – 7 ----------- -----------POLVORINES SUBTERRÁNEOS 6 – 8 ----------- ----------

POLICLÍNICO 15 - 20 -----------OBLIGADO FILLTRO POLVO Y GASES, SOBRE PRESIÓN

SALA DE REUNIÓN 10 - 14 -----------OBLIGADO FILTRO POLVO / OPTATIVO GASES

SALA TRANSFORMADORES CÁLCULO POR CALOR -----------SALA CARGA BATERÍAS ----------- 15 - 20 -----------       SALA BOMBAS 4 ----------- -----------

SALA COMPRESORAS CÁLCULO POR CONSUMO Y CALOR DISIPADOOBLIGADO FILTRO POLVO INYECCIÓN

SERVICIO HIGIÉNICO ----------- 12 – 16 -----------SS/EE GENERALES CÁLCULO POR CALOR OBLIGADO FILTRO POLVO TALLERES MENORES 5 – 7 ----------- -----------

TABLA 2.3: CRITERIOS CÁLCULO DE CAUDALES PARA VENTILAR DEPENDENCIAS SEGÚN DE NÚMERO DE CAMBIOS DE AIRE POR HORA.• REQUIERE SISTEMA EXTRACCIÓN DE OLORES Y CALOR COCINA, POR DISEÑAR.** EN EL CASO DE LOS GARAJES DE MANTENIMIENTO DE EQUIPOS, SE DEBEN CONSIDERAR SISTEMAS DE CAPTACIÓN TIPO “PLAYMOVENT”, ES DECIR, MANGAS MÓVILES DE CAPTACIÓN DE CONTAMINANTES EN EL FOCO DE GENERACIÓN DE GASES. DE NO EXISTIR ESTOS SISTEMAS, EL CAUDAL NECESARIO DEBE SER CAPAZ DE GENERAR AL MENOS 12 RENOVACIONES DE AIRE POR HORA.

FILTRO PARA MATERIAL PARTICULADO DE DOS ETAPAS GRUESO Y FINO PM10.

2.3.4 Preparación Minera - Desarrollos y Construcciones PARA VENTILAR DESARROLLOS, EL CÁLCULO DE CAUDALES NECESARIOS DEBE AJUSTARSE A LOS REQUERIMIENTOS DE LOS EQUIPOS DIESEL CONSIDERADOS A EMPLEAR EN LAS FAENAS. PARA ELLO SE ENTREGA LA CORRESPONDIENTE TABULACIÓN (TABLA 2.4), CON LOS CÁLCULOS PARA UNO O MÁS EQUIPOS DE USO FRECUENTE EN LA MINA. Para el caso de las construcciones en los niveles de producción, traspaso y acarreo de mineral, con menos utilización de equipos diesel y menores emisiones de contaminantes gaseosos y particulados, se recomienda para estimar caudales globales, utilizar un 50% de los caudales requeridos para actividades continuas de producción, establecidos en el punto 2.3.2, Los equipos de preparación debido a su operación en cíclicos discretos requieren un menor caudal.

REQUERIMIENTO LEGAL DE AIRE PARA EQUIPOS DIESEL MINAART 132º, D.S. No 132/02Qc = 100 * HPequipo (ft3/min)

EQUIPO HPCAUDAL (CFM)

100 % (1) 75 % (2) 50 % (3)

LHD 6 Y 7 YD3 250 30.000 22.500 15.000

LHD 3,5 YD3 139 13.900 10.425 6.950

LHD 2 YD3 110 11.000 8.250 5.500

LHD 1 YD3 55 5.500 4.125 2.750

JUMBO PERFORACIÓN FRONTAL 135 13.500 10.125 6.750

JUMBO PERFORACIÓN RADIAL 78 7.800 5.850 3.900

JUMBO PERFORACIÓN SECUNDARIA 87 8.700 6.525 4.350

JUMBO APERNADOR 67 6.700 5.025 3.350

CAMIÓN PK 1600 78 7.800 5.850 3.900

CAMIÓN PK 100 GRÚA 67 6.700 5.025 3.350

CAMIÓN UT. TRANSPORTE 67 6.700 5.025 3.350

CAMIÓN EXPLOSIVO 67 6.700 5.025 3.350

JEEP 72 7.200 5.400 3.600

MOTONIVELADORA 117 11.700 8.775 5.850

BOTCAT 31 3.100 2.325 1.550

TABLA 2.4: CRITERIOS DE CÁLCULO DE CAUDALES PARA VENTILAR PREPARACIÓN MINERA CON EQUIPOS DIESEL DENTRO DE LOS CIRCUITOS.CAUDAL REQUERIDO PARA UN EQUIPO DIESEL.CAUDAL REQUERIDO PARA UN SEGUNDO EQUIPO DIESEL. ESTE VALOR ES SUMADO AL ANTERIOR.CAUDAL REQUERIDO PARA UN TERCER O MÁS, EQUIPOS DIESEL. ESTE VALOR ES SUMADO AL ANTERIOR. ESTE CRITERIO ES VÁLIDO PARA TÚNELES EN DESARROLLO DONDE SE UTILIZAN VARIOS EQUIPOS DIESEL ATENDIDOS EN UN MISMO SISTEMA DE VENTILACIÓN Y COMO TAL PUEDE HACERSE EXTENSIVA SU APLICACIÓN A LAS REDES VIALES DE LA MINA.

2.4 Consideraciones generales de aplicación de los criterios

El éxito de la utilización de los caudales de aire requeridos, aplicados tanto a un proyecto de ventilación como al control ambiental de las labores en operación, depende en gran medida de la experiencia de quienes proyectan o controlan y operan los sistemas de ventilación de la Mina.

Para el contaminante polvo de sílice libre, presente en la mayoría de los procesos mineros, debe tomarse especial consideración en el hecho demostrado, de que la ventilación por sí sola no es capaz de reducir las concentraciones de material particulado a niveles bajo los límites permisibles ponderados (LPP) establecidos para la jornada normal de trabajo, incluso en algunos sectores de producción y traspaso de mineral, con tasas de ventilación que satisfacen los requerimientos legales, se han medido concentraciones superiores a los límites permisibles absolutos (LPA).

 

La definición de los caudales de aire requeridos para las faenas mineras, se validan en el tiempo, mediante las evaluaciones de terreno, con los proyectos en operación, y por medio del análisis comparativo de sucesivos aforos de ventilación y con los resultados de muestreos de los contaminantes que se pretende controlar con este recurso. Por lo tanto, estos indicadores deberán revisarse y completarse a medida que dichas evaluaciones justifiquen modificar los caudales establecidos en este documento. Un soporte valioso para respaldar estas consideraciones en un futuro inmediato, en lo referente a la acción de los contaminantes en las personas, se debería obtener de la gestión y resultados anuales de Salud Ocupacional y de los monitoreos ambientales de la Sección Higiene Industrial,

GUÍA METODOLÓGICA DE SEGURIDAD PARA PROYECTOS DE VENTILACIÓN DE MINAS

Antecedentes según Decreto Supremo Nº 72, “Reglamento deSeguridad Minera", del año 1985, cuyo texto refundido, coordinado ysistematizado fue fijado mediante D.S. Nº 132, de 2002, del Ministerio

de Minería.

INDICE DE MATERIAS

1. PROYECTOS DE VENTILACION EN MINAS SUBTERRANEAS 1.1. Recomendaciones Generales ...................................................................051.2. Presentación de proyectos ........................................................................061.3. Índice del Proyecto.....................................................................................061.4. Resumen Ejecutivo del Proyecto................................................................061.5. Descripción General del Proyecto ..............................................................071.5.1 Antecedentes Técnicos Generales del Proyecto de Ventilación .....071.5.2 Antecedentes Técnicos Específicos del Proyecto de Ventilación.....08

2. DESCRIPCION GENERAL DE LOS METODOS DE VENTILACION DEMINAS SUBTERRANEAS...................................................................................092.1. Ventilación Natural ......................................................................................092.2. Ventilación Auxiliar ......................................................................................102.3. Uso de Aire Comprimido .............................................................................11Fig.1. Esquema de tipos básicos de Ventilación Auxiliar....................................12Fig.2. Art. 141, D.S. N° 72 .................................................................................13

3. CALCULO DE LOS CAUDALES REQUERIDOS............................................133.1. Generalidades .............................................................................................133.2. Requerimientos de aire ...............................................................................153.3. Cálculo de caudales parciales de aire por cada operación .........................153.4. Flujo de aire en Galerías o Ductos (Ley de Atkinson) .................................174. SELECCIÓN DE VENTILADORES...................................................................17

4.1. Punto de operación del sistema ..................................................................174.2. Potencia del Motor ......................................................................................185. LEYES DEL VENTILADOR...............................................................................196. CIRCUITOS COMPLEJOS..................................................................................206.1. Software de equilibrio de redes de ventilación ............................................206.2. Sistema de monitoreo y control centralizado...............................................21

• 1. PROYECTOS DE VENTILACIÓN EN MINAS SUBTERRÁNEAS:

• SERNAGEOMIN, consciente de la importancia de incorporar la variable seguridad a los

• proyectos mineros del país, ha desarrollado estas guías metodológicas, con el

• propósito de que los empresarios mineros cuenten con un apoyo que les permita la

• aplicación correcta de la legislación vigente en materias de seguridad minera, en cada

• uno de sus proyectos, y a su vez logren un desempeño eficiente en la tramitación de

• ellos. Esta guía en particular, contiene, por lo tanto, las indicaciones necesarias para

• orientar al proponente en su trabajo de ventilación de las labores mineras, en el sentido

• de que su trabajo se enmarque dentro de la reglamentación contenida en el

ANEXO A: .........................................................................................................22Requerimientos de aire ...............................................................................................22a) Caudal requerido por el número de personas .....................................................22b) Caudal requerido por desprendimiento de gases................................................22c) Caudal requerido por temperatura ......................................................................23d) Caudal requerido por el polvo en suspensión .....................................................23e) Caudal requerido por la producción ....................................................................23f) Caudal requerido por consumo de explosivo ......................................................24g) Caudal requerido por Equipo Diesel....................................................................25

1.1. Recomendación General:En todos los casos, la información presentada en los proyectos, debe ser losuficientemente detallada para que el lector o revisor comprenda totalmente lanaturaleza y extensión del proyecto propuesto, a fin de contar con los detallessuficientes que permitan una adecuada evaluación.Los planos y mapas que se presenten, deben ir ubicados dentro del informe, demanera que el acceso a ellos sea fácil, y a una escala adecuada.

Puede presentarse una copia reducida que se incluya dentro del capítulo dedescripción, adjuntando en el apéndice los planos tamaño original.El nivel de profundidad con que se debe desarrollar cada tema dependerá de la etapaen que se encuentre; de la magnitud del proyecto, y de su nivel de complejidad.

1.2. Presentación de proyectos:La presente guía se basa en la experiencia acumulada por el Servicio a través deltiempo, en manuales especializados de ventilación, y en algunas experienciasextranjeras que han sido consultadas.Para cumplir con lo establecido en el "Reglamento de Seguridad Minera", respecto a lapresentación del proyecto, SERNAGEOMIN espera que la presentación contenga, almenos, lo siguiente:

♦ Índice♦ Resumen Ejecutivo♦ Descripción del Proyecto

1.3. Índice del Proyecto:Para una mejor lectura y una fácil ubicación de algún punto específico, al comienzo delproyecto, se debe agregar un Índice de las materias que contiene, con indicación delnúmero, en la página correspondiente.1.4. Resumen Ejecutivo del Proyecto:♦ Etapa de construcción:Se deben describir los requerimientos necesarios para materializar las obrasfísicas.♦ Etapa de operación:Se deben detallar las acciones, requerimientos, manejo de materiales e insumos ytodos los aspectos necesarios para el funcionamiento adecuado de la ventilación,incluyendo sus medidas de control, conservación y

1.5. Descripción General del Proyecto:La descripción del proyecto proporciona la base sobre la cual se lleva a cabo la revisiónde las normas que protegen la vida y salud de los trabajadores, las instalaciones einfraestructura que hacen posible las operaciones mineras y la continuidad de susprocesos. Por tanto, se debe incluir una descripción completa y detallada del sistemapropuesto, basado en la experiencia del minero y los estudios realizados.La descripción del sistema de ventilación debe incluir una descripción resumida delmétodo de explotación y los equipos necesarios. Normalmente, es una parte delProyecto de Explotación y en tal caso en términos generales, la descripción del sistemadeberá contener, si correspondiere, la siguiente información:♦ Nombre de la mina u obra y objetivo de ello.♦ Ubicación geográfica y política, de la mina u obra.♦ Nombre del establecimiento.♦ Nombre y ubicación de las pertenencias que amparan los lugares de trabajo,cuando corresponda.♦ Nombre del propietario y representante legal de la empresa.♦ Método o Métodos de explotación proyectados y sus parámetros principales.♦ Profesionales mineros que firman el proyecto y profesional mineroresponsable de la faena.

1.5.1 Antecedentes Técnicos Generales del Proyecto de Ventilación:a) Se deberá calcular la cantidad de aire requerido, considerando los siguientesaspectos:♦ Velocidad del aire a la entrada del túnel♦ Cantidad de aire para el equipo Diesel♦ Cantidad de aire para la gente♦ Aire necesario para diluir o remover los gases y el polvo♦ Cantidad de aire adecuado para enfriar u otras necesidades.b) Cálculo de la caída de presión del sistema:♦ Pérdidas por fricción y pérdidas por choque.c) Plano detallado de la mina u obra, indicando los sectores en que serán ubicadoslos equipos.d) Listado de equipos seleccionados.1.5.2. Antecedentes Técnicos Específicos del Proyecto de Ventilación:a) Cálculo de los caudales parciales de aire por cada operación.♦ Perforación.♦ Carguío de explosivos, acuñaduras y trabajos varios al interior de la mina.♦ Tronadura de avance y producción.♦ Caudal requerido para carguío y transporte.b) Considerar en el cálculo de las pérdidas, las siguientes restricciones físicas:♦ Espacio existente entre los equipos de carguío y transporte y la labor.♦ Longitud del ducto.♦ Problemas con el manejo de insumos o material suspendido en la labor.♦ Daños potenciales de la tronadura y otras actividades.

2. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LOS MÉTODOS DE VENTILACIÓN DE MINAS:

El sistema escogido será probablemente una combinación de los métodos quepresentamos a continuación:

2.1. Ventilación Natural:

La energía más barata y abundante en la naturaleza es el aire natural, que se utiliza enla ventilación para minas subterráneas.Este aire se introduce por la bocamina principal de ingreso, recorriendo el flujo del airepor la totalidad del circuito de ventilación, hasta la salida del aire por la otra bocamina.Para que funcione la ventilación natural tiene que existir una diferencia de alturas entrelas bocaminas de entrada y salida. En realidad, más importante que la profundidad dela mina es el intercambio termodinámico que se produce entre la superficie y elinterior. La energía térmica agregada al sistema se transforma a energía de presión,susceptible de producir un flujo de aire (el aire caliente desplaza al aire frío produciendocirculación).

c) Otras consideraciones:♦ Los ductos y ventiladores deben ser calculados de manera que losventiladores puedan mover el aire requerido.♦ Señalar las direcciones preferentes del flujo de aire (succión y soplado).d) Potencia y eficiencia de los ventiladores, más ductería empleada.

Dado que, la VENTILACIÓN NATURAL es un fenómeno de naturaleza inestable yfluctuante, en ninguna faena subterránea moderna debe utilizarse como un medioúnico y confiable para ventilar sus operaciones

La ventilación natural es muy cambiante, depende de la época del año, incluso, enalgunos casos, de la noche y el día.

2.2. Ventilación Auxiliar:Como ventilación auxiliar o secundaria, definimos aquellos sistemas que, haciendo usode ductos y ventiladores auxiliares, ventilan áreas restringidas de las minassubterráneas, empleando para ello circuitos de alimentación de aire fresco y deevacuación del aire viciado que les proporciona el sistema de ventilación general.Por extensión, esta definición la aplicamos al laboreo de túneles desde la superficie,aún cuando en estos casos no exista un sistema de ventilación general.Los sistemas de ventilación auxiliar que pueden emplearse en el desarrollo de galeríashorizontales, utilizando ductos y ventiladores auxiliares son:♦ Sistema impelente: El aire es impulsado dentro del ducto y sale por la galería endesarrollo ya viciado.Para galerías horizontales de poca longitud y sección (menores a 400 metros yde 3.0 x 3.0 metros de sección), lo conveniente es usar un sistema impelente demediana o baja capacidad, dependiendo del equipo a utilizar en el desarrollo y de lalocalización de la alimentación y evacuación de aire del circuito general deventilación de la zona. (Ver figura 1).

♦ Sistema aspirante: El aire fresco ingresa a la frente por la galería y el contaminadoes extraído por la ductería.Para ventilar desarrollos de túneles desde la superficie, es el sistema aspiranteel preferido para su ventilación, aún cuando se requieren elementos auxiliares pararemover el aire de la zona muerta, comprendida entre la frente y el extremo de laductería de aspiración. (Ver figura 1.-).♦ Un tercer sistema es el combinado, aspirante-impelente, que emplea dos tendidosde ductería, una para extraer aire y el segundo para impulsar aire limpio a la frenteen avance. Este sistema reúne las ventajas de los dos tipos básicos, en cuanto amantener la galería y la frente en desarrollo con una renovación constante de airelimpio y en la velocidad de la extracción de los gases de disparos, con la desventajade su mayor costo de instalación y manutención.Para galerías de mayor sección (mayor a 12 m2), y con una longitud sobre los400 metros, el uso de un sistema aspirante o combinado es más recomendablepara mantener las galerías limpias y con buena visibilidad para el tráfico devehículos, sobre todo si éste es equipo diesel. (Ver figura 1.-). Hoy día, es laventilación impelente la que más se usa, ya que el ducto es una manga totalmenteflexible, fácil de trasladar, colocar y sacar. En este caso, el ventilador al soplar inflala manga y mueve el aire. En el caso de la ventilación aspirante, estas mangasdeben tener un anillado en espiral rígido lo que las hace muy caras.

El uso de sistemas combinados, aspirante – impelentes, para ventilar el desarrollode piques verticales, es también de aplicación práctica cuando éstos sedesarrollan en forma descendente y la marina se extrae por medio de baldes.En estos casos, el uso de un tendido de mangas que haga llegar aire fresco alfondo del pique en avance es imprescindible para refrescar el ambiente.La aplicación de sistemas auxiliares para desarrollar galerías verticales está limitadaa su empleo para ventilar la galería donde se inicia el desarrollo de la chimenea opique, dado que la destrucción de los tendidos de ductos dentro de la labor verticalpor la caída de la roca en los disparos es inevitable (en su reemplazo se utiliza elaire comprimido).2.3. Uso de Aire Comprimido:Por su alto costo, en relación a la ventilación mecanizada, el uso del aire comprimidopara atender la aireación de desarrollos debe limitarse exclusivamente a aquellasaplicaciones donde no es posible por razones prácticas el utilizar sistemas auxiliares deventilación como es el caso particular del desarrollo manual de chimeneas o piquesinclinados.

FIGURA 1.-

El uso de sopladores de aire comprimido para ventilar los desarrollos horizontales, sedebe limitar a aquellas galerías de pequeña sección que por la falta de espacio físicono hacen posible los tendidos de mangas de ventilación y para acelerar la salida de losgases en los sistemas aspirantes, instalando los sopladores en el extremo de lacañería de aire comprimido cercana a las frentes (zona muerta), siempre que no seaposible el uso de ventiladores eléctricos portátiles con manga lisa que impulse aire ala frente en avance.ART. 141, DS 72: En las galerías en desarrollo donde se use ventilación auxiliar, elextremo de la tubería no deberá estar a más de 30 metros de la frente (ver figura 2).

FIGURA 2.-

3. CALCULOS DE LOS CAUDALES REQUERIDOS:3.1. Generalidades:El objetivo principal de un estudio de ventilación de minas, es determinar la cantidad ycalidad del aire que debe circular dentro de ella.Los factores que influyen en la determinación de este caudal, dependen de lascondiciones propias de cada operación y del método de explotación utilizado.

El caudal necesario, para satisfacer las necesidades tanto del personal como de losequipos que en conjunto laboran al interior de la mina, se establecen de acuerdo a losrequerimientos legales, normas de confort y eficiencia del trabajo.Este caudal debe garantizar la dilución de los gases generados tanto por los equipos ymaquinarias de combustión interna (Diesel), como los gases provenientes de latronadura y los polvos asociados a las distintas operaciones.La normativa a cumplir en Chile, son el Reglamento de Seguridad Minera D.S. N° 72,del Ministerio de Minería, artículos desde el N° 132 al N° 151 y el artículo N° 66 delD.S. N° 594, Reglamento sobre condiciones ambientales básicas en lugares detrabajo, del Ministerio de Salud.El aire, al pasar por una mina sufre cambios en su composición, principalmente dedisminución de oxígeno. En minas poco profundas, el clima dentro de las minas, nopresenta mayores preocupaciones, pero cuando tienen profundidades superiores a1.000 metros, éste es un problema que debe ser atendido.

La acción de temperaturas elevadas sobre el personal, pueden incluso provocar lamuerte.

Ventiladores Minas de Carbón en Virginia, U.S.A.

3.2. Requerimientos de aire:Las necesidades de aire al interior de la mina, deben ser determinadas en base alpersonal y el número de equipos que trabajan al interior de las labores en los nivelesque componen la mina, además de conocer el método de explotación.El cálculo de las necesidades, permitirá ventilar las labores mineras en forma eficiente,mediante un control de flujos tanto de inyección de aire fresco, como de extracción deaire viciado. Esto permite diluir y extraer el polvo en suspensión, gases producto de latronadura o de la combustión de los vehículos.Para determinar el requerimiento de aire total se utilizan los siguientes parámetrosoperacionales:

Para determinar el requerimiento de aire total se utilizan los siguientes parámetrosoperacionales:♦ Caudal requerido por el número de personas.♦ Caudal requerido por desprendimiento de gases según Norma Chilena♦ Caudal requerido por temperatura.♦ Caudal requerido por el polvo en suspensión♦ Caudal requerido por la producción.♦ Caudal requerido por consumo de explosivos♦ Caudal requerido por equipo Diesel3.3. Cálculo de los caudales parciales de aire por cada operación:a) Perforación Mecanizada (Jumbo)b) Carguío de explosivos, acuñaduras y trabajos varios interior mina.c) Tronadura de avance (tiempo de dilución de 30 minutos)d) Tronadura de banqueo (tiempo de dilución 180 minutos)e) Caudal requerido por la producción.f) Caudal requerido por carguío y transporte

El caudal parcial para cada operación se deberá calcular, de acuerdo a normativa desuministrar 2.83 m3/min. por cada HP motor de todo equipo diesel en operación(equivalente a 100 pie3/min. por cada HP motor) (Art. 132, D.S. Nº 72).Al caudal de aire obtenido, según flota diesel operativa, se le debe agregar el caudalrequerido por la totalidad de personas trabajando al interior de la mina (Art. 132 y 138,D.S. Nº 72).

Una vez calculados los caudales, según los distintos aspectos considerados (puntos a)hasta f), se debe efectuar un análisis para determinar cuál caudal se debe considerar ycuál suma de ellos. Luego, a la cantidad determinada es aconsejable considerar unporcentaje de aumento a causa de pérdidas y filtraciones, por ejemplo, un 30 %.Q filtraciones = 30% de Q reqPor lo tanto:

Q TOTAL = [Q req + Q filtraciones]

VENTILADORES MINA EL SALVADOR

3.4. Flujo de aire en Galerías o Ductos (Ley de Atkinson)Cuando el aire fluye a través de un ducto o galería minera, la presión requerida paramover el aire a través de él depende no sólo de la fricción interna, sino también deltamaño, longitud, forma del ducto, velocidad y densidad del aire.Todos estos factores son considerados en la ecuación de J. Atkinson, denominada“Ley de Atkinson” P = K C L V² / ADonde P = Pérdida de presión [Pa]K = Factor de fricción [Ns² / m4]C = Perímetro [metros]L = Longitud [m.]V = Velocidad [m / seg.]A = Área [ m² ]A partir de esta ley, se pueden calcular K y la caída de presión estática.En adelante, se usará la letra P para el cálculo de potencia y la caída de presión(pérdida de presión) se pasará a llamar H.Conocidos el Caudal (Q) y la Caída de Presión (H) a cierta densidad del aire (W), seestablece el punto operacional para el sistema.

4. SELECCIÓN DE VENTILADORES:Para ventilar una mina se necesitan ciertas cantidades de flujo de aire, con una caídade presión determinada, a cierta densidad del aire. Conocidas la caída y el caudal de lamina (Punto de operación del sistema), existen casi un número infinito de ventiladoresen el mundo que satisfacen el punto operacional adecuado.Se deberá especificar el punto de operación (Q vs. H Sist.) del ventilador requerido, afin de que los proveedores coticen la unidad ventiladora con la potencia de motoreléctrico correspondiente, que satisfaga dicho punto. La especificación debe incluirademás, la altura geográfica en donde se instalará dicho equipo.

4.1. Punto de Operación del Sistema:

Existen cientos de ventiladores que satisfacen cada Caída-Caudal característica.Además, cada ventilador puede variar su velocidad (RPM), las paletas o el diámetro.Todas estas características, esenciales para la selección del ventilador adecuado,pueden ser obtenidas de los fabricantes.

Las curvas de funcionamiento vienen trazadas en función de las variablesoperacionales principales: Caídas de Presión (H), Caudal (Q), Potencia (P) y Eficiencia(η) a densidad de aire normal, que a nivel del mar es de [¨1.2 Kg. / m³] (W)A una altura de 3.600 m.s.n.m. por ejemplo, la densidad del aire es de [0.866 Kg. / m³],razón por la que la densidad debe corregirse por aquélla en donde se desempeñará launidad.La forma habitual del trazado de curvas es graficar el Caudal versus las demásvariables (caída estática, caída total, potencia al freno, eficiencia estática y eficienciatotal).Normalmente, se logra una ventilación efectiva cuando se emplean varios ventiladoresprincipales, los que se ubican de preferencia en las galerías principales de ventilación oen piques en la superficie y se distribuyen de manera que la carga o caída de presióndel sistema esté dividido en forma equitativa entre los ventiladores.

4.2 Potencia del motor:La potencia que se debe instalar, con un factor de servicio de al menos 1.15, es mayorque la Potencia a consumirLas consideraciones que deben hacerse para calcular la potencia del motor son:Q = Caudal de aire en m³/seg.H = Depresión del circuito en Pa (presión estática en Pascales)P = Potencia del motor en Kw.η = Eficiencia del ventilador, la cual varía entre 70 a 85% (dependiendo de la fabricación, tamaño y punto de trabajo).AHP = Potencia necesaria para mover el caudal Q de aire en un circuito cuya depresión es H, en Kw.BHP = Potencia al freno del ventilador, en Kw.DE = Eficiencia de la transmisión, la cual varía entre 90% para transmisión por poleas y correas, y 100% para transmisión directa.ME = Eficiencia del motor, la cual varía entre 85% a 95%.

Como la Potencia del motor es directamente proporcional a la cantidad de aire y a lapérdida de presión del circuito se tendrá que:1) AHP = Q x H / 10002) BHP = Q x H / 1000 x η3) P = Q x H / 1000 x η x DE x ME

5.- LEYES DEL VENTILADOR:

Se considera N = la velocidad de rotación del ventilador. La forma en que afecta alvolumen de aire movido, a la presión capaz de producir y a la energía absorbidapor el ventilador, constituyen las leyes de rendimiento básico de cualquier ventilador.Estas relaciones son:

Q ≈ NH ≈ N²P ≈ N³

Estas leyes se aplican prescindiendo del sistema de unidades usadas, siempre quesean consistentes. Su importancia radica en que si la resistencia del sistema contra elcual está operando el ventilador no cambia, aunque aumentamos la velocidad delventilador, por ejemplo al doble:Q1/Q2 = N1/N2 = ½ > Q2 = 2 x Q1 (El Caudal aumenta al doble)H1/H2 = (N1/N2)² = ¼ > H2 = 4 x H1 (La Presión aumenta 4 veces)P1/P2 = (N1/N2)³ = 1/8 > P2 = 8 x P1 (La Potencia aumenta 8 veces)

Esto indica que la decisión de aumentar la velocidad del ventilador tiene efectosconsiderables en la energía requerida.

DUCTERIA MINA EL SALVADOR

6. CIRCUITOS COMPLEJOS:

Cuando la conexión entre las galerías se hace más complicada, no pudiendo reconoceren el circuito conexiones en paralelo, serie o diagonal, se debe recurrir a otros métodosde cálculo más complejos que, generalmente, requieren ayuda de instrumentos y/ocomputadores

6.1 Software de equilibrio de redes de ventilación:Una vez resuelto el caudal resultante, se puede realizar una simulación de la malladefinitiva del proyecto, imponiendo en la rama que representa la estocada en que seinstalará el ventilador principal, el caudal de aire de diseño y la presión estática delpunto. El trazado estará compuesto además por la vía principal de aire fresco y lachimenea de extracción general conectada con la superficie.Para imputar los datos de cada una de las ramas, se define una malla equivalentetomando como soporte por ejemplo, el dibujo en AutoCad del circuito asociado alProyecto. Se carga el software con la malla real del circuito, asignando las cotas ylargos reales a cada tramo.Para la simulación, se requieren los siguientes parámetros generales:

♦ Densidad del aire : 1,2 Kg./ m³ (sin factor de corrección)♦ Eficiencia del Ventilador : 75% (por defecto)♦ Coeficientes de fricción : K

Para abordar las distintas situaciones a las que se verá enfrentada la explotación delproyecto, se generan varios escenarios representativos. Cuando se desea evitar que elcaudal de aire aumente en demasía en una dirección, se deberá adecuar un reguladorcuya dimensión variará de acuerdo a cada escenario.El escenario más desfavorable o de mayor resistencia debe sensibilizarse con losvalores del consumo de energía y de la construcción. Entre dos alternativas quepresenten un gasto combinado energético y de construcción similar, se preferiráaquélla que acepte mayor caudal de aire, por si las condiciones de explotación de otrosector así lo necesitan.De acuerdo al resultado de esta simulación, que entrega como producto final el “puntode operación del sistema” (ejemplo: Caudal Q = 1.600 m³/min. y Caída de presiónPs = 127 mm. de columna de agua), se seleccionarán los ventiladores de la instalación.

6.2. Sistema de monitoreo y control centralizado:

Dado que la instalación de ventiladores de mediana capacidad, actuando comoreforzadores para atender niveles de producción, reducción y hundimiento, es unaopción de alta probabilidad de implementación futura, es necesario que, en laeventualidad de proponer la instalación y operación masiva de un alto número de talesventiladores al interior de los sectores, se considere la implementación de un Sistemade Monitoreo y Control Centralizado (del tipo Inteligente ó Semi-inteligente) del estadoy operación de estos equipos.El mismo concepto es válido para la eventualidad de que, al interior del proyecto seproponga instalar reguladores de flujos de aire, los cuales además de poder seroperados en forma manual (control local), puedan también ser conectados a un sistemade monitoreo y control a distancia (actuación de tipo tele comandado).

ANEXO A:Requerimientos de aire:Las necesidades de aire al interior de la mina, deben ser determinadas en base alpersonal y el número de equipos que trabajan al interior de las labores en los nivelesque componen la mina, además de conocer el método de explotación.El cálculo de las necesidades, permitirá ventilar las labores mineras en forma eficiente,mediante un control de flujos tanto de inyección de aire fresco, como de extracción deaire viciado. Esto permite diluir y extraer el polvo en suspensión, gases producto de latronadura o de la combustión de los vehículos.Para determinar el requerimiento de aire total se utilizan los siguientes parámetrosoperacionales:a) Caudal requerido por el número de personas:El Art. N° 138 del D.S. N° 72., exige una corriente de aire fresco de no menos de tresmetros cúbicos por minuto (3 m³/ min.) por persona, en cualquier sitio del interior de lamina. Q= F x N (m³/ min.)Donde:Q = Caudal total para “n” personas que trabajen en interior mina (m³/ min.)F = Caudal mínimo por persona (3 m³/ min.)N = Número de personas en el lugar.A pesar que este método es utilizado con frecuencia, se debe considerar “F” sólo comoreferencia, pues no toma en cuenta otros factores consumidores de oxígeno, como loson la putrefacción de la madera, la descomposición de la roca, la combustión de losequipos, etc.b) Caudal requerido por desprendimiento de gases Según Norma Chilena: Q= 0.23 x q (m³/ min.)Donde:♦ Q = Caudal de aire requerido por desprendimiento de gases durante 24 horas♦ q = volumen de gas que se desprende en la mina durante las 24 horas

c) Caudal requerido por temperatura:La legislación chilena señala que la temperatura húmeda máxima en el interior dela mina no podrá exceder de 30 º C, para jornadas de trabajo de 8 horas.Como norma para el cálculo del aire respecto a la temperatura, se dan los siguientesvalores:

HUMEDAD TEMPERATURA VELOCIDAD Para una labor deRELATIVA SECA MINIMA 20 m² (5 X 4 m.) < ó = 85 % 24 a 30 º C 30 m./min. 600 m³/min.> 85 % > 30 º C 120 m./min. 2240 m³/min.

d) Caudal requerido por el polvo en suspensión:

El criterio más aceptado es hacer pasar una velocidad de aire determinado por lasáreas contaminadas y arrastrar el polvo, a zonas donde no cause problemas.Según el Art. N° 138 D.S. N° 72 la velocidad promedio en los lugares de trabajo nodebe ser inferior a los quince metros por minuto (15 m./min.). Para lugares con altageneración de polvo, este valor puede ser considerado hasta un 100% mayor.Hasta ahora, no hay método de cálculo aceptado por todos, que tome en cuenta elpolvo en suspensión. Pero, velocidades entre 30 a 45 m./min. son suficientes paramantener las áreas despejadas.En Chile, la velocidad máxima permitida en galerías con circulación de personal es de 150m/min.Reglamento de seguridad Minera (RSM)

e) Caudal requerido por la producción:Este método es usado generalmente en minas de carbón. Para minas metálicas, sedebe tomar en cuenta el consumo de madera, ya que ésta fijará el porcentaje de CO2existente en la atmósfera.El cálculo se basa sobre la suposición de que la cantidad de gas (CH4 y CO2) que sedesprende es proporcional a la producción, expresado en forma matemática: Q = T x u (m3/min.)

Donde:Q = Caudal requerido por toneladas de producción diaria (m3/min.)u = norma de aire por tonelada de producción diaria expresada en (m3/min.)T = Producción diaria en toneladas.Para minas de carbón, "u" varía generalmente entre 1 a 1,7 (m3/min.).En minas metálicas, con poco consumo de madera, varía entre 0,6 a 1 (m3/min.). Si elconsumo de madera es alto, puede llegar hasta 1,25 (m3/min.)Un buen criterio es SUMAR el caudal necesario calculado según el personal quetrabaja en la mina, con el caudal necesario calculado según el equipo Diesel yaumentar este total en un 20% o más por cortocircuitos o pérdidas.f) Caudal requerido por consumo de explosivo:La fórmula que se conoce para este cálculo puede ser criticada, ya que no toma encuenta varios factores que se expondrán después de presentarla.Al tratarse de minas metálicas, este método es el que más se usa. Toma en cuenta laformación de productos tóxicos por la detonación de explosivos, el tiempo que seestima para despejar las galerías de gases y la cantidad máxima permitida, segúnnormas de seguridad, de gases en la atmósfera.

Q = 100 x A x a (m3/min.) d x t

Donde:Q = Caudal de aire requerido por consumo de explosivo detonado (m3/min.)A = Cantidad de explosivo detonado, equivalente a dinamita 60% (Kg.)a = Volumen de gases generados por cada Kg. de explosivo.a = 0.04 (m³/Kg. de explosivo); valor tomado como norma generald = % de dilución de los gases en la atmósfera, deben ser diluidos a no menos de0.008 % y se aproxima a 0.01 %t = tiempo de dilución de los gases (minutos); generalmente, este tiempo no esmayor de 30 minutos, cuando se trata de detonaciones corrientes.

Reemplazando en la fórmula tendremos: Q = (0,04 x A x100)/(30 x 0,008) m3/min.Entonces, tendríamos finalmente: Q = 16,67 x A (m3/min)La fórmula trata este caso como si fuera a diluir los gases dentro de un espaciocerrado, lo que no es el caso de una mina donde parte de los gases se eliminan

continuamente de la frente por el volumen de aire que entra. Además, los gasestóxicos se diluyen continuamente con la nube de gases en movimiento con el airelimpio. Por último, cada gas tóxico que se produce tiene propiedades distintas a lasdemás, luego necesitan diferentes porcentaje de dilución, entonces "d" dependerá delexplosivo que se esté usando.

Para el cálculo de este caudal, se emplea la siguiente relación empírica:

g) Caudal requerido por equipo Diesel:

El art. N° 132 del “R.S.M.” (D.S. N° 72) recomienda un mínimo de 2.83 (m3/min) porHP al freno del equipo para máquinas en buenas condiciones.Se debe aclarar que los 2,83 m³/min. del art. N° 132 son el mínimo caudal de airerequerido y no acepta factores de corrección. Por lo demás, se pide la potencia al frenoo potencia bruta, que es la máxima potencia proporcionada por el motor sin tener encuenta las pérdidas por transmisión, si es que no se cuenta con la curva de potenciaentregada por el fabricante (gráfico KW vs. RPM) o con una recomendación deventilación para el equipo proporcionada por el fabricante y certificada por algúnorganismo confiable.

Para aclarar mejor el punto anterior, se debe calcular el requerimiento de aire de cadaequipo diesel, multiplicando 2,83 por la potencia y por el número de equipos quetrabajan en el momento de máxima producción, eliminando aquéllos que estánfuera de la mina, en reserva o en mantención.Se puede además, determinar con suficiente aproximación, la cantidad necesaria deaire normal para diluir un componente cualquiera del gas de escape diesel a laconcentración permisible, a partir de la siguiente fórmula:

Q = V x c ( m3/min.) y

Donde:

Q = volumen de aire necesario para la ventilación (m3/min.);V = volumen de gas de escape producido por el motor (m3/min.);c = concentración del componente tóxico, del gas de escape, que se considera

en particular (% en volumen);y = concentración máxima, higiénicamente segura, para el componente tóxico

que se está considerando (% en volumen).

Este método necesita de un estudio previo para determinar el volumen de gases y laconcentración del toxico. El máximo volumen determinado se multiplica por 2 paraestablecer una ventilación segura.