VENTILACIN SUBTERRNEA Ing. Manuel Figueroa GalianoCAPTULO I I

AIRE DE MINA

Denominamos aire de mina, al aire atmosfrico, que ingresa a la mina y sufre una serie de alteraciones, si son pequeas lo podemos considerar como aire fresco, si las alteraciones son considerables los consideramos una mezcla de gases, vapores generalmente con material articulado (polvo ambiental en suspensin), al que denominaremos aire viciado.

En la ventilacin minera existen 3 tipos de control:

Control de calidad.Control de cantidad.Control termo ambiental.

Control de calidad.- asegura que los contaminantes gases y polvos no rebasen los niveles los niveles tolerables o permisibles y comprende:

determinacin de los gases nocivos en el ambiente manteniendo los dentro de los niveles permisibles.

control del polvo ambiental.

Concentracin en el ambiente.Tamao de las partculas.Composicin mineralgica.Tiempo de exposicin.

Control de cantidad.- comprende:

Control de velocidad del aire.Verificacin del caudal del aire de acuerdo a las normas.Control de distribucin del aire dentro de las labores.Determinacin de prdidas de aire por el circuito.Estudio de las resistencia de las labores mineras.Eleccin e instalacin de ventiladores y ductos de ventilacin.Proyectos y comprobacin de las redes de distribucin.

Control termo ambiental.

Medidas de temperatura.Humedad relativa.Velocidad del aire.

AIRE ATMOSFERICO.

El aire atmosfrico es una mezcla de gases, cada uno de los cuales tiene propiedades fsicas y qumicas propias.Para efectos prcticos el aire puro seco es:

Nitrgeno 78.09%Oxigeno 20.95%CO2 + otros gases 1

CARACTERSTICAS DEL AIRE ATMOSFRICO

Las minas peruanas en su mayora estn por encima de los 3 500 msnm. A 5 500 msnm., y a stas ingresa el aire atmosfrico de las montaas por ventilacin natural o ventilacin forzada, con un porcentaje de oxgeno diferente al porcentaje existente a nivel del mar.El aire atmosfrico a nivel del mar contiene lo siguiente:Su densidad a nivel del mar y presin baromtrica a nivel del mar es de 0,075 lb/pies. El peso de 1 mt de aire a 0C y 760 mm de Hg es de 1,293 Kg.En las alturas, su % de oxgeno de 20,95% disminuye a 19,5%, y su densidad baja de 0,075 a 0,048 lb/pies segn altitud.

Nunca se le encuentra seco, siempre contiene humedad.

En volumenEn pesoAsumimos para calcular78,09% de Nitrgeno20,95% de Oxgeno 0,03% de Anhdrido 0,093% de gases rarosN2 = 75,53%O2 = 23,14%CO2 = 0,046% = 1,284% 78% Nitrgeno21% Oxgeno0,03% Anhdrido Carbnicoes hmedo entre 0,5 a 4%.

Aire de mina

Durante su paso a travs de la mina el aire atmosfrico recoge los contaminantes, producto de las operaciones mineras entre ellos algunos gases y vapores, el polvo en suspensin y el calor producido por las maquinas en funcionamiento, asimismo la presencia de seres humanos, maquinas de combustin y materiales que se oxidan hacen que el aire pierde parte de su oxigeno, al cual denominaremos aire viciado.

CANTIDAD DE AIRE PARA RESPIRACIN DEL PERSONAL

FLUJO DE AIRE

LA RESPIRACION HUMANA Y LA CANTIDAD DE AIRE PARA MANTENER EL O2 Y CO2 DENTRO DE LOS LIMITES PERMISIBLES EN EL AIRE QUE NOS OCASIONA DAO.A mayor actividad se tiene mayor necesidad de inhalar mayor numero de pies cbicos de aire por minuto (CFM), y as poder inhalar la mayor cantidad de oxigeno.

ActividadRespiraciones por MinutoVolumen de Aire Inhalado por cada RespiracinPulg3Volumen de Aire Inhalado por Minuto en Pulg3Volumen de Oxigeno Consumido en CFMaCociente de RespiracinCO2/O2bCO2 Evacuado en CFMa x bVolumen de Aire Inhalado CFMEN DESCANSO12 - 1824 - 43300 - 8000.010.750.00750.17 - 0.46TRABAJO MODERADO3090 - 1202800 - 36000.070.90.0631.62 - 2.08MUY VIGOROSO4015060000.101.00.13.47

El cuadro N 1 indica que a mayor actividad que hacemos, respiramos ms veces por minuto, nos agitamos y necesitamos mayor cantidad de oxgeno del aire (ver a y c).

Siendo el lmite permisible mnimo de oxgeno a cualquier altitud es de 19,5% y el L.M.P. del CO2 de 0,5%, equivalente a 5 000 ppm., podemos plantear las dos siguientes preguntas.

PRIMERA: Cuntos pies cbicos de aire se necesita para mantener el oxgeno por encima del 19,5% y no sentir dolores de cabeza, mareos, sueo y otros?

SEGUNDA: Cuntos pies cbicos de aire necesitamos para que la concentracin de CO2 no pase mas all de su lmite mximo permisible, nos llegue a asfixiarnos?

DILUCIN DE GASES Q GAS Q AIRE = ------------------------------ - Q GAS CMP - BDonde:Para el CO2 su concentracin CMP = 0.5%

CMP = 0.5% 0.005

B = 0.03% 0.0003

Q aire: Caudal de aire fresco, cantidad de aire que se necesita para diluir gases.Q gas: Cantidad de gas que emana del frente de trabajo.B: Contenido natural de un gas en el aire en fraccin decimal.CMP: Concentracin lmite para lo cual no hay ningn efecto durante 8 horas de exposicin.

Para la primera preguntaTenemos la siguiente ecuacin, siendo Q el nmero de CFM de aire necesario:

Resolviendo la ecuacin, obtenemos:

Q = 0,1 . = 6,7 CFM de aire. 0,21 0,195

CONCLUSION:

Significa que la cantidad de aire que se necesita para mantener el O2 en su mnimo lmite permisible es de 6,7 CFM.

Cantidad de oxgeno en el aire que se inhalaMENOSCantidad de oxgeno que se consume en ejercicio vigorosoIGUALCantidad de oxgeno mnimo de aire que se exhala0,21 Q-0,1=0,195

Para la segunda pregunta La mxima concentracin permisible de CO2 es de 0,5% equivalente a 5 000 ppm., y es lo que debe exhalarse.Siendo Q el nmero de CFM de aire, cuando hacemos una actividad vigorosa, el cociente respectivo de CO2 y O2 es de 1 (CO2 / O2 = 1)Tenemos que:CO2 = O2 (deber exhalarse 0,1 CFM de CO2)Y estableciendo el Balance de Flujo para el CO2, se tiene que:Resolviendo la ecuacin obtenemos: Q = 21,3 CFM de aire.CONCLUSIN:Se requieren 21,3 pies/min de aire para mantener el CO2 por debajo de su lmite permisible.De estas dos conclusiones podemos decir que ms aire fresco se necesita para mantener el contenido de CO2 por debajo del 0,5%, que es su lmite permisible en el aire, que para mantener el oxgeno por encima de su mnimo lmite permisible que es de 19,5%.

Cantidad deCO2 en el aire de ingresoMASCantidad de CO2 resultado de la respiracin.IGUALCantidad de CO2 en el aire exhalado.0,0003 Q+0,1=0,005 Q

Problema.- En el momento que 10 hombres ingresan a un frente de seccin de 10 pies x 10 pies a los 200 pies se produce un derrumbe que los asla completamente. Si el contenido inicial de Oxigeno es de 20,5 % y si los hombres permanecen en reposo en espera del rescate; Despus de cuantas horas el CO2 alcanzar su LMP.? DatosHombres = 10Area = 100 pies2 Longitud = 200 pies.[O2] = 20.5 % (aire fresco).[CO2] = 0.03% (aire fresco).

Calculo del volumen de aire:

V = A*L = 100pies3 * 200pies = 20 000 pies3

Contenido de CO2 en el aire fresco.

[CO2] = 0,03% de 20 000 pies3 = 6 pies3

Contenido de CO2 en el aire viciado por respiracin de los hombres. (LMP: [CO2] = 0,5%)

[CO2] = 0,5% de 20 000 pies3 = 100 pies3

Volumen adicional de CO2 creado o formado por la respiracin de los hombres.

V[CO2] = 100 pies3 6 pies3 =94 pies3

ACTIVIDAD HOMBRES EN REPOSO

Consumo de [O2] (tablas) = 0.01 pies3/min. = [O2]

Cociente de respiracin (tablas): [CO2] = 0,75 [O2]

Por lo tanto: [CO2] evacuado es: [CO2] = 0,75*[O2]

= 0,75*0,1 = 0,075 pies3/min.

Finalmente, el tiempo que se necesita para el rescate.

T = volumen de CO2 creado por los hombres en reposo CO2 evacuado en la respiracin

T = 94 pies3 = 1 253,33 minutos 0,075 pies3/minuto

Tiempo de rescate entre 20 y 21 horas

CALIDAD DEL AIRE EN LAS MINASDurante la realizacin de sus actividades, las empresas mineras, cuentan con estndares ambientales que deben cumplir para garantizar una adecuada proteccin del ambiente y la salud de las personas.Estos estndares ambientales son los lmites mximos permisibles (LMP).Los LMP de agentes qumicos (DS 055 2010 EM anexo 4) Aseguran que las emisiones gaseosas que emitan las empresas no excedan ciertos niveles de concentracin que se consideran dainos a la salud, al bienestar humano y al ambiente.

Agente QuimicoLMPPolvo inhalable10 mg./m3(1)Polvo respirable3 mg./m3(1)Oxigenominimo 19.5%Dioxido de carbonoMax. 9000 mg./m3 5000 ppmMonoxido de carbonoMax. 29 mg./m3 25 ppmMetano5000ppmHidrogeno sulfuradoMax. 14 mg./m3 10 ppmGases nitrososMax. 7 mg/m3 5ppmAnhidrido sulfurosoMax. 5 ppmAldehdosMax. 5 ppmHidrogeno Max. 5000 ppmOzonoMax. 0.1 ppm

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL CLIMA Y EL AIRE EN LA MINERA SUBTERRNEA

FUENTE DE PELIGROCAUSAPELIGROMEDIDAS PREVENTIVASDeficiencia de oxgeno (O2)Desplazamiento debido al enrarecimiento del aire (clima sofocante), gris*, respiracin, lmparas de llama abierta, incendios de minaFatiga, asfixiaVentilacinRadiacinComponentes radiactivos de la roca, sondas de medicinEfectos nocivos de la radiacinRestriccin de las horas de trabajo con control dosimtricoRadnEmisiones gaseosas de la rocaEfectos nocivos de la radiacinVentilacin, restriccin de las horas de trabajoMetano (CH4)Emisiones gaseosas del carbnExplosinExtraccin de gas, ventilacin, instalacin de dispositivos de seguridad en las mquinas para evitar explosiones de grisPolvo de carbnExtraccin y transporte del carbnExplosinUso de tcnicas de precipitacin de polvo, prevencin de explosiones de grisMonxido de carbono (CO)Gases de escape, emisiones gaseosas en minas de carbn de piedra.IntoxicacinVentilacinDixido de carbono (CO2)Emisiones gaseosas en depsitos de sal, gases de escape, desprendimiento de gas de aguas termalesAsfixiaVentilacinSulfuro de hidrgeno (H2S)Desprendimiento de gas en aguas de mina y termalesIntoxicacinVentilacinxidos de nitrgeno (NOx) vapores de voladuraVoladurasIntoxicacinVentilacin, restriccin de voladuras a horas determinadasGases de escapeMotores de combustin internaIntoxicacinVentilacinGases de fuegos latentes, humoIncendios en galerasIntoxicacinApagado y contencin del incendio, medidas preventivasAerosoles de aceiteAparatos neumticosIntoxicacinPrecipitacin del aceiteCalorTemperatura elevada de las rocas, calor emitido por motoresFatigaVentilacin, enfriamiento del aire

EL OXIGENO

Es un gas en su estado normal, es la fuente de la vida y de la combustin. Es incoloro, inodoro e inspido. Es un elemento del aire que el hombre inhala para subsistir.El aire al llegar a los pulmones deja el oxigeno que es absorbido por los glbulos rojos al entramado pulmonar, de los cuales se lleva este combustible a las diferentes partes del cuerpo mediante la sangre, reaccionando con las sustancias grasas, producindose la combustin y el calor en forma de energa que mantiene la temperatura del cuerpo y con ello, la vida misma, como consecuencia de esta combustin se genera el anhdrido que es eliminado del circuito por la exhalacin.CONSUMO DE OXIGENO POR PERSONA

ACTIVIDAD O TRABAJORESPIRACIONES POR MINUTOAIRE INHALADO. LTS/MINO2 CONSUMIDO LTS/MINCUOCIENTERESPIRATORIOREPOSO1812,80,280,75MODERADO3059,11,980,9VIGOROSO40982,831

El aire que inhalamos tiene 21% de Oxgeno y el que exhalamos tiene 16%CARACTERISTICAS.En condiciones normales de presin y temperatura, el oxgeno se encuentra en estado gaseoso formando molculas diatmicas (O2) que a pesar de ser inestables se generan durante la fotosntesis de las plantas y son posteriormente utilizadas por los seres vivos, en la respiracin Tambin se puede encontrar de forma lquida en laboratorios.Es un gas que en su estado normal es la fuente de la combustin y mantiene la vida

COMPONENTESVOLUMEN DE AIRE INHALADOAIRE EXHALADO POR LOS PULMONESOXIGENO20,16%16,20%NITROGENO78,00%74,80%ANH. CARBONICO0,03%4,00%VAPOR DE AGUA,1,81%5,00%OTROS100%100%

DETECCION DEL OXIGENO.

La llama de una vela o un fsforo se apaga cuando el contenido de oxigeno baja del 16%. Con el encendido del fsforo dentro de las labores mineras es un buen mtodo para detectar la eficiencia del oxigeno (Este mtodo no esta permitido en minas de carbn).

Para la deteccin de oxgeno mezclado con otros componentes se podrn utilizar otros detectores como el detector de Orset, analizadores basados en el paramagnetismo de oxgeno, analizadores electroqumicos, etc.

DEFICIENCIA DE OXIGENO (SOROCHE)

Cuando el porcentaje de O2 baja por el consumo de maquinaria diesel, voladuras, oxidacin de la roca, etc. O bien cuando es desplazado por gases inertes como el nitrgeno, se produce una deficiencia del contenido de oxgeno en el aire, lo que se conoce como soroche y que es altamente peligroso para la vida.Por tanto, no es higinicamente aceptable, concentraciones de oxgeno inferiores al 19,5% de O2, siendo este el lmite inferior legal. (D.S N 055-2010-EM)EFECTOS DE LA DEFICIENCIA DE OXIGENO

CONTENIDO DE 02 EFECTO17%Respiracin rpida y profunda equiv. a 2500 m.s.n.m.15%Vrtigo, vahdo, zumbido en odos, aceleracin de latidos13%Prdida de conocimiento en exposicin prolongada.7%Peligro de muerte (equivalente a 8800 m.s.n.m)6%Movimientos convulsivos, muerte.

ORIGEN DE LA DEFICIENCIA DEL OXGENO-Causas.

Respiracin de los hombres.

Equipos de combustin interna

Voladuras e incendios (explosivos nitrosos, anfo).

Descomposicin de sustancias o materias minerales y/u orgnicas.

Presencia de aguas estancadas.

Operaciones bsicas de la explotacin.

Empleo de lmparas de carburo (C2 H2).

Talleres de soldadura y otros (humos nitrosos).