Universidad Nacional “Daniel Alcides Carrión”
FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS
TEMA: M ONI TOREO Y CONTRO CONTROL L DE L OS PARÁM PARÁM ETROS DE L A VENTI LACI ÓN EN L A M I NA EL PORVENIR-MI PORVENIR-MI LPO
Asignatura: TRABAJO DE TES TESII S
Docente: I ng. SÁNCHE Z ESPI ESPI NOZA, Edwin
Alumnos: M ARTI NE Z CUSTODI O, Ste tefanny fanny Cristina Cristina
Semestre: Dé ci m o
-X-
-Cerr o de Pasco, Pasco, Octubr e de 2014-
MONITOREO Y CONTROL DE LOS PARÁMETROS DE LA VENTILACIÓN EN LA MINA EL PORVENIR-MILPO La explotación minera en el mundo tiene repercusiones económicas, ambientales, laborales y sociales; en interior mina se trabaja con factores físicos adversos: Iluminación, nivel de ruido, vibraciones, trabajo en altura, así como, el aire de mina contiene cantidades variables de humedad, Temperatura; los procesos metabólicos hacen que el cuerpo genere calor hasta en períodos de descanso. Por lo que se hace indispensable proteger la salud y seguridad de nuestros trabajadores; así como la propiedad y ambiente laboral evitando las pérdidas accidentales, ya que el control permanente de estas pérdidas nos permitirá ser cada vez más eficientes y competitivos. co mpetitivos. La Cía Minera Milpo ubicada a una altura de 4100 m.s.n.m. tiene una mineralización asociada a la zona de metamorfismo de contacto entre intrusivos hipabisales: stocks, sills y diques, y la mineralización ocurre en brechas calcáreas y en los intrusivos que contienen mineralización en vetillas. El método de minado actual usado es el Corte y Relleno Ascendente con acceso libre y perforación en breasting altamente mecanizada, por lo que se espera un alto nivel de productividad y mejor estabilidad de los hastiales y de la caja techo. El minado de corte y relleno es en forma de tajadas horizontales comenzando del fondo y avanzando hacia arriba. El ciclo de minado está conformado por perforación, voladura, acarreo y limpieza, además se debe mencionar que la ventilación, el desatado y sostenimiento son fundamentales durante todo este ciclo. Luego de que se llegue al extremo del cuerpo, se procede al relleno detrítico dejando una altura de 1.5 m. inicialmente entre el relleno y el techo, para luego ser rellenado con una capa de relleno hidráulico dejando finalmente 1.0 m. al techo. Este sistema ayuda a mejorar la utilización de los equipos, debido a que es posible utilizar los mismos equipos para trabajar 2 ó 3 tajeos en una misma zona.
La ventilación dentro de la mina es uno de los puntos que merece mayor atención, debido a los problemas de contaminación del aire por las actividades de transporte mecanizado. El sistema de ventilación en la actualidad consta con seis ventiladores extractores principales de 90,000 CFM (2) Y 100,000 CFM (4), asimismo un ventilador impelente principal de 210,000 CFM y ventilación natural que nos permite un ingreso de aire fresco que cubre el requerimiento de Mina. Los otros ventiladores de 90,000 CFM, 50,000 CFM y 30,000 CFM ubicados estratégicamente permiten una fluidez de aire fresco aceptable La cobertura de requerimiento de aire es de 100 % y no se tiene reserva adicional para cualquier ampliación; por lo tanto para garantizar las operaciones futuras incluyendo la Explotación de Porvenir 9 del Nv-1160 hacia los niveles superiores y cumplir con la meta de producción; y, según los análisis de sensibilidad realizada con el apoyo de Software Vnet PC2003, se requiere conductos adicionales de ingreso y salida de aire. Para la actuación humana, es necesaria la preexistencia de un plan o programa que gobierne y sirva de directriz a las acciones a desarrollar. En este caso particular, el planeamiento de ventilación de la mina tiene la misma visión y está ligado muy estrechamente al sistema de su explotación; lo cual nos permite definir todo el circuito de ventilación que garantice la continuidad operativa de la mina. Esta planteado para el periodo de operación de corto, mediano y largo plazo de la mina. Cantidad de aire requerido para las diferentes secciones de la mina, tales como labores de explotación, preparación y desarrollo; talleres de mantenimiento de equipos; salas Winche para refrigeración motores y otras áreas donde trabaja el personal, área de la sección transversal del conducto, perímetro de la sección transversal del conducto, longitud del conducto, y coeficiente de fricción. Con los parámetros descritos se determinan la cantidad, el tamaño, la capacidad y la potencia de los ventiladores, para poner en movimiento el aire requerido y dar solución al sistema de ventilación de la mina.
El coeficiente de fricción en décadas anteriores se determinaba con apoyo de Tablas empíricas según el tipo de roca y características geométricas longitudinales del conducto ó labores mineras. Actualmente se cuenta con una serie de relaciones matemáticas. Estas relaciones Canadienses, relacionando la Fórmula de Atkinson que sirve para Cálculo de Ventilación de Minas con las Fórmulas científicas de Karman Plandtl y Colebrooke-White de dinámica de fluidos, en el que el parámetro principal es la rugosidad de la sección transversal de los conductos. El espesor de las irregularidades del conducto es un parámetro importante para el cálculo de coeficiente de fricción, del cual depende la consistencia de los resultados de diseño del sistema de ventilación. El sistema de ventilación de la mina Milpo es íntegramente mecánica. Las operaciones propias de la mina están condicionadas al funcionamiento de este sistema; ante la paralización del mismo, existe la necesidad de evacuar al personal de los niveles más bajos de la mina y por consiguiente paralizar las operaciones. De acuerdo a la disposición de las vías de ingreso y salida de aire se identifican tres circuitos principales de aire los que sin ser independientes, tienen marcadas particularidades de acuerdo a las necesidades de aire de cada área operativa: Circuito de ventilación de la zona sur de la mina, circuito de ventilación de la zona norte de la mina, otros circuitos menores. Los requerimientos y la circulación de aire limpio y fresco en cantidad y calidad suficientes para cubrir las necesidades de la mina, se efectuaron los cálculos respectivos de acuerdo al número de personal, los equipos diesel que operan en interior mina y otras necesidades: Para el personal, para los equipos Diesel, para el taller de mantenimiento Nivel -970, para los bines del Nivel -1170, para la refrigeración de la sala
LEY BASICA DE LA VENTILACIÓN DE MINAS Hay una relación entre la resistencia total de una mina o de un tramo y el volumen que circula por la mina o un tramo de galería, y esta proporcionalidad es directa y dice que si en un conducto variamos el volumen que circula por la mina o un tramo de galería, en este varía también la estática o resistencia que ocasiona este conducto pudiendo decirse que a mayor volumen mayor estática y a menor volumen menor estática y que depende del cuadrado del volumen, esto es: H L Q2. Conocida esta relación podemos conocer la resistencia o estática futura que habrá en el conducto o galería, cuando queremos hacer viajar más o menos volumen y siendo esta directamente proporcional al cuadrado del volumen, la proporcionalidad para este nuevo volumen será: H L1 H L 2
2
Q1
Q2
2
Que es la ley básica de la ventilación de minas, además de la ecuación de flujo que es Q = A.V.
LA RESISTENCIA DE MINA Y EL FACTOR DE RESISTIVIDAD DE MINA. Tiene una relación directa y su ecuación básica es: H= RQ2 KPL 3 5.2 A
R
Donde
es la resistividad propia del conducto en la cual están los
datos de las características de cada conducto o galería y de donde podemos decir R
también que
H
Q
2
, en que habría que conocer la resistencia de mina o del
tramo y el volumen que circula. Esta relación la podemos escribir también: KxPxL Q 2 3 5.2 A , donde el paréntesis es la resistividad.
HL
Lo que nos dice que para una galería de determinada resistividad, la resistencia de la galería es constante a pesar que variamos el volumen que se introduce.
CALCULO DE LA PERDIDA POR FRICCION O RESISTENCIA DE CUALQUIER TRAMO DE GALERIA O MANGA DE VENTILACIÓN, PARA SER EJECUTADO POR UN INGENIERO. KxPxL v 2 3 A 5 . 2 , (1) en pulgadas de La fórmula para calcular teóricamente el HL es =
agua, como se ve la velocidad al cuadrado es la que rige la estática, a mayor velocidad mayor estática y a la inversa a menor velocidad menor estática, otros escriben esta misma fórmula en función del volumen y podemos decir también que la perdida de fricción depende de las características de la galería, chimenea o manga y mayormente por el volumen que viaja por la galería KxPxL 2 Q 3 5.2 xA HL =
En donde K es el llamado factor de fricción, resultante de hacer la determinación de la diferencia de presión entre dos puntos: HLx5.2 xA
K =
PxL xV
2
luego de hallar el HL Y L es la suma de una longitud más la
longitud equivalente por efecto de los choques del flujo en los cursos o cados de las galerías. Como este K o factor de fricción de las galerías es el resultado de diferentes tipos de rocas y sinuosidad que es un tanto laborioso obtenerlo en el terreno por lo que, lo obtenemos de tablas y al cual hay que corregirlo por la densidad del aire de la mina, de donde: W 0 . 75 K corregido = K tabla donde W es la densidad del lugar de la mina.
En la formula (1) los factores habidos son: HL = Perdida por fricción o resistencia en pulgadas de agua. K = Factor de fricción de la rugosidad de las paredes de la galería en P=
K
Xx10
10
Perímetro de la galería, chimenea o ductos de ventilación
en pies
L.=
Longitud recta de la galería o de la manga de ventilación más una longitud
por curvas y choques que es igual a Le. Le =
que no aparece en la fórmula pero es lo que hay que agregar como
longitud adicional, que se obtiene de la resistencia de curvas u otra la longitud equivalente y las obtenemos de tablas A =
Es el área de la sesión transversal de la galería, chimenea
o maga de ventilación. Observando la formula (1) ó (2) vemos que .K,P,L,A son datos y características de cada galería de la cual debemos calcular su resistencia.
PROGRAMAS DE COMPUTACIÓN PARA VENTILACIÓN MINERA Esta resistencia de tramos o perdida de fricción llamado HL, como también el factor de resistividad hoy se usa frecuentemente en programas de computación para resolver problemas de circuitos de ventilación, grandes o pequeños a los cuales este curso no está dirigido, pero si así fuera; de todos modos habría siempre que alimentar a la computadora los datos de K,P,L,Le y A de las paredes del conducto y además volumen de la temperaturas y las velocidades, así como introducir las curvas de los ventiladores, como ocurre en el programa Vinet 2000 para conocer el HL.
LA FUERZA TOTAL Para vencer las resistencias de las galerías y poder trasladar un peso de volumen de aire, y vencer al mismo tiempo las resistencias de las maquinas productoras de energía y transmisión se requiere una fuerza total para trasladar este aire desde el ingreso del aire a la salida de la mina, a esta fuerza se le llama fuerza al freno ó BHP que es igual a: QxHL
BHP =
min
a
6346 xeffdelven tilador
= Q x HL mina
VENTILADORES Un ventilador es un instrumento que utiliza la energía mecánica de un propulsor giratorio para producir movimiento en el aire y para aumentar su presión total. La gran mayoría de los ventiladores que se usan en las minas están impulsados por motores eléctricos, aunque se pueden usar algunos motores de combustión interna, en particular los de reserva para los ventiladores de superficie. Se puede usar aire comprimido o turbinas de agua para impulsar ventiladores pequeños en condiciones anormalmente gaseosas o calientes, o cuando no se cuenta con una entrada de corriente eléctrica. Por lo general los ventiladores de las minas se clasifican en términos de su ubicación: ventiladores principales que manejan todo el aire que pasa a lo largo del sistema, ventiladores de refuerzo que ayudan al flujo de aire en áreas escondidas de la mina y ventiladores auxiliares para superar la resistencia de los ductos en galerías ciegas.
VENTILADOR CENTRÍFUGO Se parece a una rueda de paletas. El aire entra cerca del centro de la rueda, da la vuelta en un ángulo recto y se mueve radialmente hacia fuera por medio de una acción centrífuga entre las paletas del propulsor giratorio. Estas cuchillas pueden ser rectas o curveadas ya sea hacia atrás o hacia delante con respecto a la dirección de la rotación. Cada uno de estos diseños produce una característica de desempeño distintiva. Las aletas guía de entrada y/o de salida se pueden ajustar para variar el desempeño de un ventilador centrífugo.
VENTILADOR AXIAL Se basa en el mismo principio que una hélice de avión, aunque por lo general con muchas más cuchillas para aplicaciones en minas. El aire pasa a través del ventilador siguiendo trayectorias de flujo que esencialmente están alineadas con el eje de rotación de la hélice y sin cambiar su macro-dirección. Sin embargo, más adelante veremos que se puede impartir una importante acción de torbellino al aire. Las características particulares de un ventilador axial dependen en gran parte del diseño aerodinámico y el número de cuchillas del impulsor, junto con el ángulo que le presenten a la corriente de aire. Algunos diseños de impulsores axiales permiten ajustar el ángulo de las cuchillas ya sea estando detenidos o en movimiento. Esto permite que un ventilador axial de una sola velocidad pueda cubrir una amplia gama de tareas. Los impulsores de ventiladores axiales giran a una velocidad de la punta más alta que los ventiladores centrífugos de desempeño similar y, por lo tanto, tienden a ser más ruidosos. También sufren de una pronunciada característica de atascamiento a una resistencia alta. Sin embargo, son más compactos, se pueden combinar con facilidad en configuraciones en serie y su dirección de rotación se puede reversar, aunque esto disminuye mucho su rendimiento. Ambos tipos de ventiladores se usan como ventiladores principales en sistemas de ventilación de minas, en tanto que los de tipo axial son los preferidos en operaciones subterráneas.
VENTILADORES DE FLUJO MIXTO Se llaman así debido a su diseño único de rueda que combina las propiedades de los ventiladores axiales de paletas y los ventiladores centrífugos tubulares. Los ventiladores axiales son eficientes debido a que el aire pasa recto a través del patrón de fllujo de aire. Los ventiladores centrífugos pierden eficiencia debido a que el aire que entra se ve forzado a hacer dos cambios de dirección de 90 grados antes de salir del armazón. Los ventiladores de flujo mixto jalan y sacan el aire en una forma más lineal, dando como resultado eficiencias más altas que el ventilador centrífugo. En la figura 1 se muestran los 3 tipos: FIGURA 1: Tipos de Ventiladores
Axial
Centrífugo
Flujo Mixto
PRESIÓN DE VENTILACIÓN Un punto que con frecuencia ocasiona confusión es la manera en que se definen las presiones de los ventiladores. Las siguientes definiciones
se
deben
estudiar
haciendo
referencia a la siguiente figura. Presión total de ventilador, FTP, es el aumento en la presión total, pt, (medido con tubos de Pitot frente a frente) a través del ventilador,
FTP = Pt2 – Pt1 Presión de velocidad del ventilador, FVP, es la presión de velocidad promedio sólo en la salida del ventilador: Pv2 = Pt2 – Ps2
En la figura, se muestran estas presiones. Presión de ventilador estática, FSP, es la diferencia entre la presión total del ventilador y la presión de velocidad del ventilador, o FSP =FTP – FVP or Pt2 - Ptl - (Pt2 - PS2) = Ps2 - Ptl La razón por la que se define la presión de velocidad del ventilador de esta manera es que tradicionalmente se ha supuesto que la energía cinética que imparte el ventilador y que está representada por la presión de velocidad I en la salida es una pérdida de energía útil. Para un ventilador que descarga directamente a la atmósfera éste es, de hecho, el caso. Conforme la presión total del ventilador, FTP, refleja el aumento completo en la energía mecánica impartida por el ventilador, la diferencia entre los dos, es decir la presión estática del ventilador, se ha considerado representativa de la energía mecánica útil aplicada al sistema. Sin importar esa explicación histórica, es importante recordar que en la planeación de ventilación subterránea, es la presión total la que se debe usar para cuantificar las pérdidas de presión por fricción en las vías de aire. Por lo tanto, son las presiones de ventilador totales las que se deben usar en los ejercicios con redes de ventilación. Las interpretaciones de presiones de ventilador que son más convenientes para la planeación de redes se ilustran con más detalle en la figura adjunta. En el caso de un ventilador ubicado dentro de una vía de aire o con ductos tanto a la entrada como a la salida (a), la presión estática del ventilador, FSP, se puede medir directamente entre un tubo a la entrada (frente) y una toma estática (lateral) a la salida. Un estudio del diagrama y la ecuación revela que ésta es, de hecho, la diferencia entre FTP y FVP. La figura b muestra la situación de un ventilador forzador que jala aire de la atmósfera al sistema. Una pregunta que surge es dónde ubicar la estación 1, es decir la entrada al ventilador. Se puede considerar:
Inmediatamente en frente del ventilador
A la entrada del cono de toma, o
En la atmósfera externa quieta Estas tres posiciones están marcadas en la Figura (b). Si se elige la ubicación (i), entonces las pérdidas por fricción y por choque que se presentan cuando el aire entra y pasa a través del cono se deben evaluar por separado. En la ubicación (ii) el ventilador y el cono de toma se consideran una sola unidad y sólo la pérdida por choque a la entrada requiere un tratamiento adicional. Sin embargo, si se elije la ubicación (iii), entonces el ventilador, el cono de toma y las pérdidas por choque en la toma se deben tomar todas en cuenta. Es por esta razón que la ubicación (iii) es la preferida para fines de planeación de ventilación. La Figura (b) muestra la conexión de los calibradores para indicar las presiones del ventilador en esta configuración. Los mismos argumentos aplican a un ventilador que saca el aire a la atmósfera que aparece en la Figura (c). Si se pone la estación de salida en la atmósfera externa quieta, entonces la presión de ventilación del ventilador es cero y las presiones totales y estática del ventilador se vuelven iguales. En esta configuración la presión total (o estática) del ventilador toma en cuenta los efectos netos del ventilador, las pérdidas por fricción en el cono de salida y la pérdida de energía cinética a la salida. Durante las medidas prácticas, con frecuencia se encuentra que la turbulencia ocasiona fluctuaciones excesivas sobre el medidor de presión cuando las presiones totales se miden directamente usando un tubo de Pitot de frente. En esos casos, es preferible medir la presión estática de tomas laterales y sumar, algebraicamente, la presión de velocidad para obtener la presión total. La velocidad media se puede obtener como velocidad de circulación dividida entre el área de corte transversal correspondiente. Se debe prestar especial atención al signo.
En el caso de un ventilador de extracción, las presiones estática y de velocidad en la entrada del ventilador tienen signos opuestos. Otro problema práctico surge cuando los fabricantes de ventiladores publican curvas de características en términos de presión estática del ventilador en vez de la presión total del ventilador que se requiere para la planeación de ventilación. Es comprensible, pues dichos fabricantes tal vez no tengan control sobre los tipos de accesorios para ductos de entrada y salida o las condiciones de entrada o salida en los conos de toma/salida. Cuando se mencionan presiones de velocidad del ventilador por lo general se refieren a una ubicación específica de la salida, por lo general ya sea en el cubo del ventilador o en la boca de una campana de descarga (evase). Está claro que se debe tener cuidado al usar los datos de características el fabricante de un ventilador para la planeación de redes de ventilación. Una guía simple para los ventiladores principales de superficie es que para los ejercicios de red se debe usar la presión total del flujo de aire en el lado inbye” (sistema). Esto
toma en cuenta el cono y las pérdidas en entrada y salida.
ECONOMÍA DE VENTILACIÓN Conservar un flujo de aire continuo en una red de ventilación grande puede resultar caro. Dependiendo de la resistencia total subterránea y el flujo de aire, el costo de operación de los ventiladores principales en las instalaciones puede representar el 50% del costo de energía total.
PLANEAMIENTO DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN PRINCIPAL Para la actuación humana, es necesaria la preexistencia de un plan o programa que gobierne y sirva de directriz a las acciones a desarrollar. En este caso particular, el planeamiento de ventilación de la mina tiene la misma visión y está ligado muy estrechamente al sistema de su explotación; lo cual nos permite definir todo el circuito de ventilación que garantice la continuidad operativa de la mina.
Está planteado para el periodo de operación de corto, mediano y largo plazo de la mina. El estudio, en su primera etapa comprendió un levantamiento general, realizando un diagnóstico de las condiciones de ventilación de la mina. En base a la datos de campo obtenida en el levantamiento y con el apoyo de un software comercial, el VnetPC2003, se elaboró un modelo del sistema de ventilación imperante en la mina, el cual sirvió de base para los análisis de sensibilidad de los sistemas de ventilación que deben cubrir los requerimientos de la mina para mantener su continuidad operativa. El Software VnetPC2003 simula el sistema empleando el Método de Hardy Croos basado en iteraciones sucesivas.
LEVANTAMIENTO DE VENTILACIÓN DE LA MINA Es un conjunto de operaciones de campo y de gabinete, que nos permite conocer el estado real del sistema de ventilación de una mina, determinando el flujo de aire que circula, la evaluación de agentes contaminantes, la evaluación de ventiladores existentes, determinación de la dirección de flujo de aire, etc. con los cuales se determina el balance general y el requerimiento de aire fresco. En esta etapa de evaluación se efectuó un levantamiento de las labores accesibles de la mina por donde circula el aire, incluyendo aquellas labores de niveles donde ya no se desarrollan actividades de desarrollo ni explotación. El desarrollo de estos trabajos de campo y gabinete se describen a continuación.
ESTACIONES DE CONTROL. Son lugares donde se efectúa las mediciones de: velocidad de aire, sección transversal, temperatura ambiental, muestreo de gases y la dirección del flujo de aire.
Estas estaciones de control tenemos identificados en los diferentes niveles de la mina para el monitoreo de flujos de aire, de acuerdo a su importancia desde el punto de ventilación. La identificación de estaciones se realizó en las labores de ingreso y salida de aire de la mina, en los puntos de bifurcación o unión de labores de mayor significación de corrientes de aire, en labores de captación y descarga de ventiladores. En cada una de las estaciones de control se efectuaron mediciones de la sección transversal haciendo uso de un distanciómetro y en otros casos un flexómetro. De los planos topográficos existentes se obtuvieron las distancias longitudinales de las galerías, cruceros, rampas y chimeneas de la mina, conocidos como conductos de aire para la Simulación.
MONITOREO DE LOS PARAMETROS DE LA VENTILACIÓN. Los parámetros principales que se han tomado en cuenta son:
MOVIMIENTO Y VELOCIDAD DEL AIRE DE MINA. Cantidad
de aire requerido para las diferentes secciones de la mina, tales como
labores de explotación, preparación y desarrollo; talleres de mantenimiento de equipos; salas Winche para refrigeración motores y otras áreas donde trabaja el personal.
Área de la sección transversal del conducto.
Perímetro de la sección transversal del conducto.
Longitud
del conducto.
Coeficiente
de fricción
Con los parámetros descritos se determinan la cantidad, el tamaño, la capacidad y la potencia de los ventiladores, para poner en movimiento el aire requerido y dar solución al sistema de ventilación de la mina, empleando las siguientes expresiones: HP =
HQ 6346n
Dónde: HP: Potencia de motor del ventilador (HP) H: Pérdida de presión (Pulg. de agua) Q: Caudal requerido (pie 3/min) n: Eficiencia del motor del Ventilador (tanto por uno) Relación de Atkinson: H
KPLQ 2 5.2 A
3
Dónde: H: Pérdida de presión (Pulg. de agua) K: Coeficiente de fricción del conducto (lb min 2/pie4) P: Perímetro de la sección transversal del conducto (pie) L: Longitud del conducto (pie) Q: Caudal requerido (pie 3/min) A: Área de la sección transversal del conducto (pie 2)
COEFICIENTES DE ROZAMIENTO EN LAS LABORES DE MINA. El coeficiente de fricción en décadas anteriores se determinaba con apoyo de Tablas empíricas según el tipo de roca y características geométricas longitudinales del conducto ó labores mineras. Actualmente se cuenta con una serie de relaciones matemáticas para su determinación.
La siguiente relación es la que se adecua mejor para los cálculos: 1,855x10-6 K = -------------------------------------6,67 (1,74 – 2log(2e/Dh))2 Dónde: K: Coeficiente de fricción del conducto (lb min 2/pie4) e: Espesor de las irregularidades de la sección transversal del conducto (m) Dh: Diámetro hidráulico del conducto (m). Esta relación fue deducida por el Ing. Cam Seeber de nacionalidad Canadiense, relacionando la Fórmula de Atkinson que sirve para Cálculo de Ventilación de Minas con las Fórmulas científicas de Karman Plandtl y Colebrooke-White de dinámica de fluidos, en el que el parámetro principal es la rugosidad de la sección transversal de los conductos.
EVALUACIÓN DE LAS IRREGULARIDADES DE LOS CONDUCTOS EN MINA. El espesor de las irregularidades del conducto es un parámetro importante para el cálculo de coeficiente de fricción, del cual depende la consistencia de los resultados de diseño del sistema de ventilación. En la mina “El Porvenir” de Compañía Minera Milpo S.A.A. se realizó las
mediciones del espesor de las irregularidades de los conductos, determinándose los parámetros de ventilación los cuales sirvieron para los cálculos y simulación del sistema con el apoyo de Software VnetPC2003 obteniéndose resultados consistentes y similares a los circuitos de ventilación real de la mina. Ver figura 47.
El procedimiento de medición es el siguiente:
Establecer tramos de 10 m. en un conducto
Establecer 8 estaciones de medición: 2 en cada pared lateral del conducto, 2 en el techo y 2 en el piso
Ubicar 2 puntos en cada estación establecida
Extender una cuerda entre los 2 puntos de cada estación
Medir los espacios entre la pared del conducto y la cuerda
Obtener el promedio de los espacios medidos, el cual representa el espesor de las irregularidades del conducto “e”
OTROS PARÁMETROS RELACIONADOS MEDICIÓN DE VELOCIDADES DEL AIRE: Haciendo uso de un anemómetro digital y en otros casos con bombilla y tubos de humo se efectuaron las mediciones de los flujos de aire en cada una de las estaciones de control establecidos.
MEDICION CON ANEMÓMETRO: En cada uno de los 06 puntos de la sección transversal de la labor, se toman la velocidad máxima y la velocidad mínima, es decir un total de 12 lecturas para obtener el promedio aritmético, el cual se multiplica por el factor de calibración del instrumento para obtener la velocidad de flujo de aire. V = f x Vp V : Velocidad de flujo de aire, en m/s Vp: Velocidad promedio, en m/s f : Factor de calibración del instrumento METODO DE MOVIMIENTO UNIFORME RECTILINEO: Se realiza empleando una bombilla y un tubo de ventilación. Se toma un tramo del conducto de longitud conocida y se controla el tiempo de desplazamiento del polvillo que emite el tubo de ventilación impulsado por la bombilla, y empleando la siguiente relación se calcula la velocidad de flujo de aire: V = d/tp V : Velocidad de flujo de aire, en m/s d: Longitud del conducto, en m tp : Tiempo promedio, en s La base de datos y los cálculos respectivos se muestra en el Cuadro Nro. 1 de Anexos.
CIRCUITOS DE VENTILACIÓN Las labores subterráneas por donde circula el aire en interior mina, están interconectados entre sí formando los circuitos de ventilación. Este sistema es íntegramente mecánica. Las operaciones propias de la mina están condicionadas al funcionamiento de este sistema; ante la paralización del mismo, existe la
necesidad de evacuar al personal de los niveles más bajos de la mina y por consiguiente paralizar las operaciones. De acuerdo a la disposición de las vías de ingreso y salida de aire se identifican tres circuitos principales de aire los que sin ser independientes, tienen marcadas particularidades de acuerdo a las necesidades de aire de cada área operativa. Así se identifican:
Circuito de ventilación de la zona sur de la mina
Circuito de ventilación de la zona norte de la mina.
Circuitos menores.
CIRCUITO DE VENTILACIÓN EN LA ZONA SUR. Este circuito abarca las operaciones de producción de la zona sur; Winche y Pique Picasso; taller de mantenimiento del nivel –970; Bines del nivel –1170 e instalaciones de la rampa y espiral Sur hasta el nivel-1250. El aire fresco ingresa principalmente por la bocamina San Carlos del nivel “0”,
túnel fase I y bocamina del nivel – 50. El aire que ingresa por San Carlos se orienta en su mayor parte al pique Picasso para descender y distribuirse a los niveles inferiores, llegando hasta el nivel –1250. Una parte menor, pero significativa se orienta hacia el nivel +50 pasando por la cámara del winche Nordberg. El aire fresco que ingresa por la bocamina –50 en su mayor parte desciende por la rampa y espiral sur hasta alcanzar el nivel –800 para orientarse a los tajeos en producción y otra cantidad continua para ventilar la rampa bajando hasta el Espiral 29 (nivel-1080) a partir del cual ingresa a OP1A y es evacuado por esta chimenea. El aire que desciende por el pique es utilizado en los niveles –1250, -1230, –1205, -1170 y -1160, el cual asciende por el espiral sur encauzándose hacia la chimenea
de Ventilación OP1A y captado en los niveles -1160 y -1120 por efecto de la depresión que originan los dos ventiladores de 100,000 cfm instalados en el espiral 14. El aire usado de los tajeos de producción de la zona Sur alta es encauzado al nivel –760 y de esta al OP1B para ascender al nivel –440; en este nivel un ventilador
principal de 100,000 pies3/min se encarga de evacuar a superficie a través de la chimenea de ventilación N° 2. El aire usado encauzado hacia el OP1A llega hasta el nivel –360, el cual es captado por un ventilador principal de 100,000 cfm. para ser evacuado a superficie por las chimeneas AM y San Carlos. (Ver el plano isométrico de ventilación Integral zona Sur)
CIRCUITO DE VENTILACIÓN EN LA ZONA NORTE. Este circuito abarca las instalaciones del espiral norte y áreas de producción ubicadas en la zona norte de la mina. El aire fresco ingresa principalmente por el Túnel La Quinua del nivel –450 por la depresión originada por un ventilador principal de 180,000 cfm. y desciende por la chimenea Central, distribuyéndose paulatinamente en los niveles inferiores, llegando a alcanzar el nivel –1160 y -1170; distribuyéndose a las zonas norte y sur. Para cubrir el requerimiento de esta zona, se capta a través de nivel -770 una parte del aire que baja por el Espiral Sur. El aire de la zona norte ingresa a los tajeos de producción, que luego de ser utilizado es encauzado por las chimeneas de ventilación hasta los niveles -760 y -740 y de estos por la Rampa Espiral Norte y chimeneas de ventilación OP3 y chimenea de servicios hasta el nivel –440. De este último nivel el aire usado es
evacuado a superficie a través de las chimeneas de ventilación N° 4 y 5. (Ver el plano isométrico de ventilación integral zona Norte)
CIRCUITOS MENORES. En el nivel +50 se encuentra instalado un ventilador de 50,000 cfm. para la extracción del aire de la sala del winche Nordberg. El aire ingresa por la bocamina San Carlos y luego de refrigerar el generador del winche es evacuado al nivel +50 para su salida a superficie por labores abandonadas. En el nivel –770 Sur se encuentra instalado un ventilador Zitron de 100,000 cfm. para la extracción del aire usado del taller de mantenimiento del nivel –970, así como de los bines del nivel –1170. Para el taller de mantenimiento del nivel -970, el aire fresco llega de la chimenea central, ingresa al taller por el acceso N° 1 y luego de recorrer a lo largo del taller es aspirado por el referido ventilador a través de la chimenea N° 1. Del nivel –770 el aire usado es impulsado al nivel –440 para su evacuación a superficie. Para la ventilación de los bines del nivel -1170, el aire fresco ingresa por el Pique, recorre los bines encauzándose hacia el RB N° 3 aspirado por el Ventilador Jetair ubicado en el nivel -770. Del nivel –770 el aire usado es impulsado al nivel –440 para su evacuación a superficie.
BALANCE DE INGRESOS Y SALIDAS. Las mediciones de los flujos de aire realizados durante el último levantamiento de campo determinaron los resultados siguientes. Ver cuadros:
Cuadro 1 : Ingresos de aire Lugar
Flujo (m³/min) Flujo (pies³/min)
Nivel "0". Bocamina San Carlos 3,212
113,431
Boca Túnel. Fase I
398
14,048
Nivel -50. Bocamina
2,780
98,176
Nivel -100. Chimenea Socorro
954
33,704
Nivel -100. Galería -10083W
306
10,809
Nivel -100. Chimenea Nv+50
185
6,529
Nivel -280. Chimenea N° 6
576
20,358
Nivel -450. Túnel La Quinua
6,089
215,072
Total
14,500
512,127
Cuadro 2 :Salidas de aire Lugar
Flujo (m³/min) Flujo (pies³/min)
Chimenea AM y S.C. Nivel +75
3,443
121,607
Nivel +50
1,195
42,193
Chimenea ventilación N° 1 Sur
2,008
70,924
Chimenea ventilación N° 2 Sur
2,846
100,504
Chimenea ventilación N° 4 Norte 2,985
105,434
Chimenea ventilación N° 5 Norte 2,692
95,082
TOTAL
535,744
15,168
Como vías principales de ingreso de aire fresco a la mina destacan la bocamina San Carlos del Nivel “0”, Bocamina del Nivel -50 y el Túnel La Quinua.
Las chimeneas de ventilación N° 1, 2 y chimeneas de AM y San Carlos en el nivel + 75 constituyen las vías principales de salida de aire usado de la zona sur de la mina. Las chimeneas de ventilación N° 4 y 5 son las vías de salida de aire usado de la zona norte de la mina.
REQUERIMIENTOS DE AIRE PARA LA MINA. Los requerimientos y la circulación de aire limpio y fresco en cantidad y calidad suficientes para cubrir las necesidades de la mina, se efectuaron los cálculos respectivos de acuerdo al número de personal, los equipos diesel que operan en interior mina y otras necesidades.
PARA EL PERSONAL Para determinar las necesidades de aire para el personal, se consideró la guardia que cuenta con el mayor número de personal. De acuerdo a lo establecido por el Reglamento de Seguridad e Higiene Minera, D.S. N° 055-2010-EM Art. 204 (d), que cuando las minas se encuentren hasta 1500 m.s.n.m., la cantidad mínima de aire necesaria por hombre en los lugares de trabajo será de 3 m 3/min (106 ft 3/min). En otras altitudes la cantidad de aire será de acuerdo con la siguiente escala: De 1500 a 3000 m.s.n.m aumentará en 40% y será igual a 4 m 3/min De 3000 a 4000 m.s.n.m aumentará en 70% y será igual a 5.1 m 3/min Sobre los 4000 m.s.n.m aumentará en 100% y será igual a 6 m 3/min Para el caso de la mina Milpo se requiere de un flujo de aire de 5.1 m 3/minuto por persona. Ver cuadro 3.
CUADRO 3: PERSONAL DE INTERIOR MINA EMPRESA
DIA
NOCHE
ARBEMIN
30
11
CENTRO ANDINA
2
2
FAMESA
6
6
GEMIN
45
36
MASTER DRILLING
5
4
MILPO
41
35
REDRILLSA
6
5
SANDVIK
18
15
SANTA MONICA
6
1
TRANSPORTE PAREDES
1
1
TRASUPH
2
0
TECNOMIN
12
8
VANKAR
10
8
FERREYROS
5
4
TOTAL
189
136
El cálculo se realiza para la guardia que tiene mayor número de personal, en este caso para un total de 189 trabajadores la necesidad fue establecida en 34,045 cfm.
PARA LOS EQUIPOS DIESEL En cuanto a los equipos diesel, los cálculos fueron efectuados teniendo como base el factor de trabajo efectivo de cada uno de los equipos. Esta modalidad de cálculo cubre las exigencias del Reglamento de Seguridad e Higiene Minera, D.S. 055-2010-EM Art. 204 (d), que en términos generales especifica una necesidad de 3 metros cúbicos por minuto por cada HP que desarrollen los equipos. Ver el cuadro 4.
Cuadro 4.
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA: ¿Se abastece de forma eficiente el requerimiento de aire fresco en todas las labores de mina “El Porvenir” -Milpo?
