18898_MATERIALDEESTUDIO-PARTEI

1INTERCADECONSULTANCY & TRAINING

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DR. Felipe CalizayaConsultor Intercade

VENTILACION DE MINASNIVEL INTERMEDIO - AVANZADO

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Dr. Felipe Calizaya - [email protected] - Consultor Intercade

VENTILACION SUBTERRANEA

Principios Fundamentales Introduccin

Mediciones y Evaluacin.

Control por Ventilacin.

Reconocimiento del Problema.

Conceptos Bsicos


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INTRODUCCION

La ventilacin es y debe ser parte esencial en laoperacin de una mina.

Si no hay ventilacin no hay produccin.

El aire no puede ser desperdiciado en laboresabandonadas.

Es necesario controlar las fugas de aire.

Una vez contaminado, el aire viciado debe ser expulsadoinmediatamente.

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CONCEPTOS BASICOS DE VENTILACION

Leyes de Ventilacin

Circuitos de Ventilacin

Ecuacin Bsica de Energa. Ecuacin de Atkinson.

Leyes de Kirchhoff. Circuitos en Serie y Paralelo. Circuitos Complejos.


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CONTAMINANTES DEL AIRE

Contaminantes en Minas Metlicas

Contaminantes en Minas de Carbn

Productos de Diesel, polvo grueso y respirable. Metano y sulfuro de hidrgeno.

Humo y productos de Diesel (holln). Gases txicos, polvo grueso y respirable. Calor y radiacin.

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MONITOREO Y EVALUACIONHoy, detectores electrnicos son utilizados.

Detectores de Gases: Detectores Mltiples (ITX Multi-gas). Detectores Individuales (MSA Mini- Responder). Otros (Detectores Drager, etc.)

Detectores de Polvo: Detectores ESCORT (Incluye: Una bombilla de aire,

filtro y cicln, una microbalanza).

Todos estos instrumentos deben ser calibrados.


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CONTROL DE CONTAMINANTES POR VENTILACION

Ventilacin Mecnica Ventilacin Primaria usando Ventiladores. Ventilacin Auxiliar.

Otros Mtodos y Ventilacin Drenaje de gas y ventilacin.

Ventilacin local. Refrigeracin del aire y ventilacin.

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LEYES DE VENTILACION

Ecuacin Bsica de Energa

Hf: Prdida por friccin (el ms importante!)

Ecuacin Modificada de Energa Prdidas de Energa

HX: Prdida por choque (obstrucciones)HV: Prdida por velocidad (dinmica)

Potencia del Aire


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QUE ASUMIMOS? El aire es un fluido incompresible

Razonamiento:

Leyes de Mecnica de fluidos pueden ser usadas directamente

Las ecuaciones son simples.

La densidad del aire no cambia con elevacin.

Para minas de profundidad moderada (< 500 m) laexactitud de clculos es aceptable.

Slo minas profundas requieren de otros clculos.

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ECUACION BASICA DE ENERGIA

HV1 + HS1 + HZ1 = HV2 + HS2 + HZ2 + hL

=++ hPV

g 111

2

2

Lhg hPV +++

2

22

2

2

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LTh1 h2Referencia

P1 A1 V1P2 A2 V2

W

Equation de Bernoulli:


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HV1 + HS1 + = HV2 + HS2 + hL

ECUACION MODIFICADA DE ENERGIA

HV1 + HS1 + HZ1 = HV2 + HS2 + HZ2 + hL

Ecuacin de Bernoulli (en presin absoluta):

Un aumento de 70 pies en elevacin aumenta Hz en 1 deH2O y disminuye la presin baromtrica Hs, en otrapulgada.

Donde: HV1= Energa dinmica, HS1 = Energa esttica, HZ1= Energa potencial.

Convencin: Omita Hz y use presin manomtrica.

Ecuacin Modificada:

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ECUACIONES UTILES DEL AIREPeso Especfico

Nmero de Reynolds:

Presin de Velocidad:

Pb = Presin Baromtrica, lb/p2

R = 53.35 lb/lb R

V = velocidad, p/s; D = diam, p;

Hv = Presin de Velocidad, pulgadas de H2O; V = Velocidad, p/min

2

1098*

=

VwH

v

TR

Pw b

*= ( )RTZww /exp12 =

Temp. absoluta = 460 + td

Z = Elevacin, pies (p)

DVDV

NR **6250*

==

= 1.6 E-4 p2/s


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CAIDA DE PRESION POR FRICCION

Ecuacin de Darcy:

Ecuacin de Atkinson:

D V

1 2

L

= coeficiente de friccin

D

VLwH l

*2

*** 2=

(1)

En Ecuacin 1 haga D = 4A/Per, V = Q/A, y k = *w/8

Ecuacin de Atkinson

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2

3

2

2.5

*** Q

A

LPerkQRhL ==

ECUACION DE ATKINSON

Donde:hL = Cada de presin, pulg. de agua ( H2O)R = Resistencia del ducto, pulg.-min2/p6 Q = Caudal de aire, p/m; = Velocidad * Areak = Factor de Friccin, lb-min2/p4

El coeficiente - k aumenta con la rugosidad del ducto y presencia de obstrucciones.

Para Unidad Internacional, cambie: K = k*1.855 E+6


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Cuadro 1. Valores del Coeficiente - k para Minas Metlicas (Estandarizados para el Nivel del Mar)

Descripcin del Ducto

Factor - klb-min2/ft4*E-10

Galera 0.00879 47.4Rampa 0.01158 62.4Pique (spero) 0.01126 60.7Pique (liso) 0.00466 25.1Galera de Banda 0.01399 75.4Galera de TBM 0.00440 23.7

Factor - KKg./m3

(Fuente: Prosser & Wallace, 1999, 8th US Mine Ventilation Symposium)

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Cuadro 2. Valores del Coeficiente - k para Minas de Carbn (Estandarizados para el Nivel del Mar)

Descripcin del Ducto

Factor - klb-min2/p4*E-10

Factor - KKg./m3

(Fuente: Prosser & Wallace, 1999, 8th US Mine Ventilation Symposium)

Galera de Entrada 0.00753 40.6

Galera de Salida 0.0072 47.0

Galera de Banda 0.01058 57.0

Galera Enmaderada 0.06781 365.5


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UNA GALERIA ES UN DUCTO DE VENTILACION

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Profundizacin de un Pozo

Sistema Compuesto

Qo = 32,000 p3/min

Ventilador(125 HP)

Ducto Rgido

V = 150 p/minA = 211 p2

Caudal Requerido

Ventilador(60 HP)

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DESARROLLO DE GALERIAS MULTIPLES

Qo = 40,000 p3/min

Entrada

Salida

Ventilador Secundario

Muro de Ventilacin

L2 = 150 m

20 mFrente 2

Rec

ort

e

Caudal: 100,000p3/min

Sistema de ventilacin usado para ventilar desarrollos largos (de varios km)

Fuga

Frente 1

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CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO Ejemplo 1. Dado el siguiente sistema:

Solucin:

Determine: Hs, Q1 y Q2

d

a

D1 = 24 in, L = 800 ft

D2 = 30 in, L = 800 ft

D3= 36 in

L = 500 ft30 kcfm

bc

a - c 24 3.14 6.28 800 15 468.11Segmento D (in) A (ft2) Per (ft) L (ft) K *E-10 R *E-10

b - c 30 4.91 7.85 800 15 153.04c - d 36 7.07 9.43 500 15 38.49

Re= 100.4 E-10; Hs= 9.04in.wg; Q1=10.9 kcfm; Q2= 19.1 kcfm

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CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO Ejemplo 2: Determine Re para la siguiente red:

8

7

6

13

12

9

1 11

2

5

Extractor

4

10

5

160.1

0.1

R = 0.1

3

0.3

0.20.1

0.1

0.4 0.3

0.30.2

0.2

0.3

0.1

R = Resistencia *E-10

Solucin: Re = 0.383 E-10

Si QT = 500,000 p3/min; He = 9.58 H2O

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CIRCUITOS COMPLEJOS

8

7

6

13

12

9

1

11

2

5

Extractor

4

10

5

160.1

0.1

R = 0.1

3

0.3

0.20.1

0.1

0.4 0.3

0.30.2

0.2

0.3

0.1

R = Resistencia *E-10

Determine: Re = ?

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No esta en paralelo

Esta en paralelo

Tapones

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VENTILADORES PRIMARIOS

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Dr. Felipe Calizaya - [email protected] - Consultor IntercadeVENTILADOR PRIMARIO (TIPO CENTRIFUGO)

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ORCOPAMPA

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CALIDAD DEL AIRE EN MINAS SUBTERRANEAS

Introduccin.

Calidad del Aire en Minas Subterrneas.

Control de Contaminantes.

Contaminantes del Aire.

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INTRODUCCION

La calidad de aire en minas subterrneas es controladapor ventilacin mecnica.

El aire fresco es suministrado para diluir loscontaminantes slidos y gaseosos. El aire es tambinutilizado para controlar el calor.

El problema es como determinar el caudal mnimo deaire (requerido), Qo.

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Parajes

Mineral

Reservas

Entradas de Aire

Pozos

Ventiladores

Talleres

Salidas de Aire

Mineral

Aire Viciado = Aire Limpio + Contaminantes

Aire Viciado = Aire Limpio + Contaminantes

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Niveles de Trabajo en una Mina de Hundimiento

Nivel de Hundimiento

Produccin

Ventilacin

Reduccin

Transporte Por Camiones

Acceso Principal

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EQUIPOS DE TRABAJO

Martillo Picador

Pala de 14 yd3 de capacidad (475 HP de Potencia)

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Red de Ventilacin de una Mina de Carbn

Fren

te C

Muro

Ventilador

SalidaBanda

Entrada

q = 0.3M

0.3 M

1.0 M

R

R RH

un

dim

ien

to

R

1.0M

LW 2A

SalidaCaudal de gas Mp3/dReguladorFrente Largo

0.3MRLW

Salida Auxiliar

R

LEGENDAEntrada

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Sala de Control

Soporte HidrulicoExcavador Mecnico

Banda mvilBanda de

Transporte

Excavador Continuo de Frente Largo

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EXCAVADOR CONTINUO PARA FRENTES LARGOS

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ESTIMACION DE Qo

Qo es el caudal necesario para remover loscontaminantes de aire.

Esta estimacin es la parte ms emprica en el diseode un sistema de ventilacin.

Para determinar Qo es necesario saber:

Caudal de contaminantes emitidos (q). Concentraciones mximas permisibles (TLV).

(TLV = Threshold Limit Value)

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REQUERIMIENTOS DE AIRE FRESCO

Parte 57.22213: Para minas metlicas

Caudal mnimo por frente de trabajo: 6000 CFMVelocidad mnima en ltimo recorte: 40 FPM

Parte 75.22213: Para minas de carbn

Caudal mnimo en el ltimo recorte: 9000 CFMVelocidad mnima en el frente de trabajo: 60 FPM

Recomendacin: mantener velocidades > 150 FPM

(De acuerdo a MSHA de EE.UU.)

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ESTIMACION DE Qo

Una vez conocido el caudal de emisin de loscontaminantes, el volumen del aire puede ser calculadoutilizando la ecuacin de dilucin.

El problema es cmo determinar el caudal de emisin de los contaminantes (q).

BTLV

qQo

=

QoB

q (100%)Qo + qTLV

Qo = Caudal de aireB = Concentracin inicialq = Caudal del gas/ polvo

TLV = Lmite permisible

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BC

qQ o

=

ESTIMACION DE Qo

Este es el caudal mnimo de aire limpio que debe ser circulado por el tajo.

4x10-5 m3/s de SO2. Si el lmite permisible delgas es de 5 ppm, cul es el caudal requerido?

Ejemplo 1:

Solucin:

La oxidacin de sulfuros en un tope libera

q = 7 x10-5 m3/s C = 5ppm (= 5 x10-6); B = 0 Qo = 14 m3/s

(1)

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BC

qQ o

=

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CALIDAD DEL AIRE EN MINAS SUBTERRANEAS

Composicin del Aire

Lmites Permisibles (TLV)

Composicin por Masa o Volumen?

Estndares de MSHA

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COMPOSICION DEL AIRE

El aire qumicamente est compuesto de:

Nitrgeno: 78 % del volumen. Oxgeno: 21 % del volumen. Otros gases: 1 % del volumen.

Sin embargo, esta composicin vara a medida que elaire avance hacia los frentes de trabajo.

Factores: Migracin de gases de la roca y muchas reacciones qumicas.

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LIMITES PERMISIBLES (TWA- TLV)(Para ser usados como referencias solamente)

g/m3%

ppm

ppm

ppm

%

ppmUnidad

1Metano

10Sulfuro de Hidrgeno

Oxgeno, mayor a 19.5 %

400 160 Partculas de Diesel

5Dixido de Sulfuro

5Gases Nitrosos

0.5Dixido de carbono

50Monxido de carbonoMSHASustancia

TWA-TLV: Lmite permisible para un turno normal de 8 horas

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Fuentes Naturales:

Fuentes Artificiales

Fuentes de Contaminacin:

Metano en mantos de Carbn y dolomitas. Sulfuro de hidrgeno, en minerales piritosos.

Productos de Explosiones, CO, humo y polvo. Productos de Diesel (CO, NOx, DPM).


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Gases en Estratos Mineralizados

Calor y Temperaturas Extremas

Gases y Partculas Slidas

CH4 y CO2 en mantos de carbn, dolomitas, etc. Radn en yacimientos de uranio.

Productos de voladura: incluyendo CO y Nox.

Productos de Diesel (Gases y DPM)

Polvo grueso y respirable.


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GASES DE LA MINA

Gas Natural, CH4

Los gases son generados durante voladura.Son tambin producidos por equipos a Diesel.

Es producido por descomposicin de material orgnico.Es explosivo entre 5 15 %. Es mas liviano que el aire (= 0.55 kg/m3).

Gases comunes: CH4, CO2, CO, NOx, SO2

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GASES EN ESTRATOS MINERALIZADOSLos estratos contienen poros y fracturas llenos de gases(CH4 y CO2 ) a alta presin.

Durante el laboreo, estos gases son liberados y migran alos frentes de trabajo.

El caudal puede ser determinado en base a mediciones.En muchos casos, este es proporcional a la produccin.

Ejemplo 2: un manto contiene 8 m3 de gas/ton de mineraly la mina produce 7000 tpd. Cul es la emisin del gas?Solucin: q = 0.65 m3/s de gas.

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DRENAJE DE METANO DESDE

SUPERFICIE

Manto de Carbn

Frente

Gaseoducto

Mina Esmeralda, Mxico

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Monxido de Carbono, CO

Producido por oxidacin de materiales orgnicos y pormquinas de combustin interna. Es ms pesado que elaire ( = 1.8 kg/m3).

Producto de combustin incompleta de material orgnico(Diesel). Es producido tambin en incendios yexplosiones. Es el gas ms peligroso.

Dixido de Carbono, CO2

GASES DE LA MINA

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Acido Sulfhdrico, H2S

Producido por oxidacin de azufre, piritas y por mquinasde combustin interna. Es muy irritante enconcentraciones bajas.

Producido por accin de calor en sulfuros. Ocurre disueltoen agua ( = 1.4 kg/m3).

Dixido de Sulfuro, SO2

GASES DE LA MINA

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MAQUINAS A DIESELUna mquina a Diesel es preferida por su mejor seguridad, flexibilidad y alta productividad.

Pala de 13 ton: productividad 3600 tpd.

La combustin es incompleta. Parte del carbn esdescargado en forma de humo negro (holln).

En estas mquinas, el Diesel es quemado para producirenerga. En el proceso, el oxgeno es consumido ymuchos gases txicos generados.

Gases peligrosos: CO, y NOX

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Mquinas a Diesel

Lmites Aceptables en el Escape: CO: 1000 ppm NOX: 500 ppm

Las partculas de Diesel contienen sustancias que causan cncer

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Pala a Diesel Toro 1250

Precio: $506,000Qo: 17.7 m3/s

Capacidad: 9.5 yd3

Pala a Diesel en una Galera de

Produccin

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Evaluaciones de Gases de Escape

De vuelta al parajeAl taller de reparacinComentarios

Sin humoCon mucho humo a altas revoluciones

Humo

0 ppm1 ppmFormaloides354 ppm746 ppmNO + NO2

0 %2 %CO2

190 ppm2435 ppmCO

Mquina 2Mquina 1Productos de Diesel

ppm: partes por milln de volumen

MAQUINAS A DIESEL

El mantenimiento es la clave en la utilizacin de estas mquinas

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El polvo es producido durante perforacin y voladura,transporte, trituracin, etc.

POLVO EN LAS MINAS

Neumoconiosis incluye silicosis, asbestosis y otrasenfermedades pulmonares.

Es definido como una coleccin de partculas que estnsuspendidas en el aire.

El polvo, una vez aspirado, es retenido en los pulmones,resultando en neumoconiosis.

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Factores Crticos:NEUMOCONIOSIS

Lmites permisibles (TLV): 2 mg/m3 con < 5 % SiO2

Tipo de polvo (orgnico o inorgnico). Tiempo de exposicin (variable). Tamao de partculas (grueso o respirable).

Polvo respirable: menores a 5 micrones.

Concentracin del polvo (el ms crtico).

2%

10

2 +=

SiOTLVPara otros, este lmite es calculado de:

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CONTROL DEL POLVO

Mtodos:

Prevencin

Chisguetes de aguaChancadora

Camin pesado

Es mejor controlar el polvo antes que este llegue a formar parte del aire.

Supresin

Uso de Filtros

Dilucin (ventilacin)

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Dr. Felipe Calizaya - [email protected] - Consultor IntercadeCAPTURE EL POLVO EN SU FUENTE DE ORIGEN!

Ducto de aislamiento

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REQUERIMIENTOS DE AIRE EJEMPLOMtodo de Explotacin:

Hundimiento por bloques utilizando mquinas a Diesel

7801650Caudal Total

237

550

685

178

pc/m *103

112Talleres y otros

260Nivel de Reduccin

324Nivel de Produccin

84Nivel de Hundimiento

m3/sNivel de Trabajo(Produccin: 25,000 tpd)

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MONITOREO DE CONTAMINANTES

- Bombillas de aire y filtros - Micro-balanza

Instrumentos:

VC

W= mg/m3

Concentracin del Polvo, C:

Donde W = diferencia de pesos del filtroV = volumen del aire muestreado

Muestreo del Polvo

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Medir Polvo RespirableInstrumentos para

Bomba de Aire

Caset y Filtro

Cicln para polvo grueso

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MONITOREO DE CONTAMINANTES

- Detectores de gas- Detectores Mltiple (4 Gases)- Detector Drager (primario)

Instrumentos:

Precauciones:

Leer varias veces y mostrar el promedio.

Es necesario calibrar los instrumentos.

Muestreo de Gases

Concentracin del Gas:

Ejemplo: Monxido de Carbn, C = 65 ppm

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