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ventilación del frente
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA
DEL PERÚ
FILIAL AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIERIAS
CARRERA PROFESIONAL DEINGENIERIA DE MINAS
Informe final del trabajo de investigación titulado:
VENTILACION DEL FRENTE DE LA EMPRESA MINERA “MACDESA”, Arequipa, 2015
Integrantes:
Coronado Choque, Yoselin
Quispe Condori Vladimir
Profesor asesor:
Ing. Juan Molina
AREQUIPA – PERÚ2013
Dedicatoria
A nuestros padres, por la semilla desuperación que han sembrado en nosotros,
y a todas las personas que no estánapoyando en este largo camino.
Agradecimiento
A nuestras familias, por su comprensión y estimulo constante, además de su apoyo
incondicional a lo largo de nuestros estudios.Y a todas las personas que en una u otra forma nos apoyaron en la realización de este proyecto.
VENTILACION DEL FRENTE PRINCIPAL DE LA EMPRESA MINERA “MACDESA”
Resumen
El presente trabajo titulado “Ventilación del frente principal de la empresa
MACDESA”, tuvo como objetivo general Indicar cuáles son las características de
ventilación en el frente principal de la empresa MACDESA, para lo cual se aplicó ficha
de observación a la empresa minera MACDESA, el tipo de investigación es descriptiva
y la población se encuentra 1km describe y aplica las resientes consideraciones
tecnológicas, que se debe tener en cuenta en el diseño de un una buena ventilación de
una minas subterránea aurífera (au) ubicado aproximadamente a 2100msnm con cuerpos
mineralizados muy ricos .
En la minería subterránea la ventilación de minas, es un factor importante que incide en
la productividad minera. Convirtiéndose este servicio minero en una exigencia de
primera prioridad para la aplicación para cualquier método de explotación elegido.
Por esta razón los ingeniero a cargo de la ventilación en sus diseños deben garantizar el
ingreso de aire fresco a toda la mina en forma natural y /o inducida impulsados por
ventiladores y distribuir el aire racionalmente de tal manera que se garantice
condiciones ambientales óptimas.
Este aporte técnico considera un diagnóstico de la ventilación de la mina en estudio y alternativas de solución.
Introducción
Es muy importante resaltar la atención que actualmente presentan las gerencias de
operaciones de las empresas mineras a los estudios de ventilación de minas con el
doble objetivo de suministrar condiciones ambientales correctas en todas las labores
subterránea y mejorar la productividad de las mismas dando cumplimento a los
dispositivos legales de la ley general de minería.
Se puede definir la ventilación de minas como el trabajo realizado para lograr el
acondicionamiento del aire que circula a través de las labores subterráneas, siendo un
proceso mediante el cual se hace circular, por el interior de la misma, el aire necesario
para asegurar una atmosfera respirable y segura ´para el desarrollo de los trabajos. Tiene
una importancia única, ya que una mina subterránea es un lugar confinado que no está
abierto a la atmosfera, donde lo primero que comienza a disminuir a través del tiempo
es el aire, elemento vital para la vida humana.
La obligación legal, entonces, es mantener un ambiente de trabajo satisfactorio para la
labor, sobre todo lograr una operación eficiente de los equipos e instalaciones mineras.
Con este propósito, los equipos utilizados para ventilación en minería subterránea,
deben suministrar aire fresco y limpio en cantidades adecuadas.
Índice
Capítulo I:
1.1 Descripción del problema
1.2 Interrogantes de investigación (general y específicos)
1.3 Objetivos (general y específicos)
1.4 Justificación del problema de investigación
1.5 Marco Teórico
1.5.1 Antecedentes de la investigación
1.5.2 Términos básicos
1.5.3 Bases teóricas
1.6 Operacionalización de la variable
Capítulo II: Planteamiento operacional
2.1 Metodología de Investigación (paradigma, enfoque, tipo, temporalidad, alcance,
diseño)
2.2 Población y muestra
2.3 Técnicas e instrumentos de recolección de datos
2.4 Estrategias de recolección de datos
2.4.1 Matriz del instrumento
2.5 Recursos humanos, materiales y financieros
2.6 Cronograma de actividades
Capítulo III: Resultados de la investigación
3.1 Sistematización y análisis de datos
Apéndice 1: Ficha de observación
RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFÍA
Capítulo I: Planteamiento del Teórico
1.1. Descripción del problema:
La ventilación es el proceso de acondicionamiento mediante el cual se hace circular
el aire por el interior de la minas para asegurar una atmosfera respirable y segura para
los trabajadores.
Se debe contar con la ventilación por eso es necesario asegurar el contenido mínimo de
oxígeno y dar una atmosfera que permita la correcta respiración de los trabajadores en el
interior del trabajo
Al realizar el removimiento del macizo rocoso se producen diferentes tipos de gases ,
según el mineral que se extrae, como también las maquinas a utilizar , los cuales
pueden ser tóxicos, asfixiantes o explosivos , causando daños físicos o también hasta la
misma muerte y con ello grandes perdidas
Existen límites legales en cada país que facilita el diseño de ventilación en las minas, el
mínimo y máximo permisible de oxígeno. Como también la velocidad del viento
La gradiente térmica media es de un grado cada 33m, lo que también contribuye al
aumento temperatura y el co2, son los equipos que se utilizan en la operación y en una
menor parte el número de trabajadores que laboran en ella.
Como son los procesos en Arequipa y en el Perú que tipos de ventilación instrumentos
Proceso de ventilación en Perú:
En el Perú se lleva los dos procesos de ventilación, como es la primaria y la secundaria
ya que existen empresas mineras grandes, empresas mineras medianas y empresas
mineras pequeñas; y también las minerías informales que no les interesa el tema de la
seguridad de los trabajadores es por eso que no toma en cuenta la ventilación.
Proceso de ventilación en Arequipa:
En Arequipa mayormente existe la ventilación secundaria, ya que existe más minería
subterránea y las informales que no toman en cuenta la ventilación.
1.2. Interrogantes de investigación:
1.2.1. Interrogante general:
¿Cuáles son las características de ventilación en el frente principal de la empresa
MACDESA?
1.2.2. Interrogante especifica:
¿Cuál es el proceso de ventilación frente principal de la empresa MACDESA?
¿Cuál es el monitoreo de las condiciones ambientales de ventilación del frente principal
de la empresa MACDESA?
¿Cuáles son los equipos de ventilación utilizados en el frente principal de la empresa
MACDESA?
1.3. Objetivos de Investigación
1.3.1. Objetivo general
Indicar cuáles son las características de ventilación en el frente principal de la empresa
MACDESA.
1.3.2. Objetivos específicos
Determinar el proceso de ventilación frente principal de la empresa MACDESA.
Precisar el monitoreo de las condiciones ambientales de ventilación del frente principal
de la empresa MACDESA.
Describir los equipos de ventilación utilizados en el frente principal de la empresa
MACDESA.
1.4. Justificación del problema de investigación:
Debido a los problemas que acarrea o conlleva el proceso de ventilación en la
empresa minera MACDESA. Se desea proporcionar información sobre este
fenómeno para luego proponer una mejora en caso lo requiera los sistemas de
ventilación.
Con el fin de obtener un mayor requerimiento de caudal de aire, para la ventilación
del frente y promoviendo estrategias de control para los equipos que se realiza en
esta etapa y con ello promover la salud de nuestros trabajadores.
El lograr un eficiente proceso de ventilación traerá beneficios como contar con
trabajadores activos, gracias al buen ambiente de trabajo. Se reajustaran los fondos
destinados al área.
Los futuros ingenieros queremos aplicar los conocimientos teniendo en cuenta los
conceptos básicos de física, química, etc.
1.5. Marco Teórico:
Macdesa es la compañía privada productora de metales preciosos como el oro,
poseedor de derechos mineros. Se encuentra comprometida con la explotación,
tratamiento, y exploración de oro en la mina que posee al 100% así como en
aquellas en las que participa en sociedad con otra empresa minera
Junto con nuestra responsabilidad social y el respeto al medio ambiente, la
seguridad de nuestros trabajadores es prioridad en Macdesa. Tanto el personal de la
empresa como los contratistas que forman parte de nuestras operaciones poseen
altos y rigurosos estándares de seguridad. Nuestro enfoque en materia de seguridad
es de carácter integral: no solo contemplamos las reacciones rápidas ante cualquier
incidente, sino principalmente la prevención a todo nivel. Asimismo, todos los años
logramos alcanzar metas cada vez más exigentes y que garantizan que muchas de las
contingencias sean evitadas, siempre a favor de nuestros trabajadores y las
comunidades vecinas a nuestra operación.
Ahora q sabemos un poco de la empresa nos centraremos en la seguridad en los
socavones lo cual nos lleva a su ventilación en la explotación de sus minerales
La ventilación en minas subterráneas es necesaria para asegurar un contenido
mínimo de oxígeno en la atmósfera permitiendo la respiración de las personas que
trabajan en su interior, ya que en ella se desprenden diferentes tipos de gases, según
el mineral a explotar y la maquinaria utilizada. Estos gases pueden ser tóxicos,
asfixiantes y/o explosivos, por lo que es necesario diluirlos.
A medida que aumenta la profundidad de la mina la temperatura aumenta. El
gradiente geotérmico medio es de 1° cada 33m, adicionalmente los equipos y
máquinas presentes en el interior contribuyen a elevar la temperatura del aire. En
este caso la ventilación es necesaria para la climatización de la mina.
La ventilación subterránea consiste en hacer circular por el interior de la mina el aire
necesario para asegurar una atmósfera respirable y segura, mediante el uso de
ventiladores, que son turbomáquinas que se caracterizan por impulsar un fluído
compresible, en este caso aire.
1.5.1. Antecedentes de la investigación
Gutiettes, Castro y Salinas, en el 2010, realizaron un estudio titulado
RECIRCULACION CONTROLADA EN MINERIA SUBTERRANEA, en donde analizaron,
llegando a la conclusión…. Por su parte, Rodríguez (2010) en su tesis titulada “, analizó…
Concluyendo…
Gutiérrez, C., Castro, R., & Salinas, C. (2010). Recirculación controlada en minería
subterránea (Tesis de licenciatura).
Título: RECIRCULACION CONTROLADA EN MINERIA SUBTERRANEA
Hecho por: CLAUDIO ALEJANDRO GUTIÉRREZ ARAVENARAUL CASTRO RUIZCAMILO SALINAS TORRES
Lugar y fecha: SANTIAGO DE CHILE ABRIL 2010
Resumen:
Motivado por los nuevos proyectos de block caving a realizarse en Chile, y ante las
demandas crecientes de ventilación, sumado al aumento del costo de la energía, se ha
decidido revisar la tecnología de recirculación controlada de aire. La cual consiste en
usar parte del aire viciado, sacando parte del principal contaminante, el polvo, y
reintroducirlo a la alimentación del circuito de ventilación, mezclando con aire fresco,
proveniente del exterior de la mina de manera de movilizar menos aire desde el exterior
de la mina, aumentando localmente el caudal en los lugares donde se necesita,
manteniendo los niveles de las concentraciones de los distintos contaminantes en la
inyección a las frentes de trabajo, como una fracción de los límites establecidos en la
normativa, y alrededor del límite ponderado permisible en la salida.
Debido a que en los trabajos revisados sobre recirculación controlada, no se planteó
explícitamente como principal objetivo el reducir el caudal en la entrada, fue necesario
establecer un modelo de concentraciones y caudales, que permitiera identificar las
variables relevantes. Se identificaron tres variables sobre las cuales el planificador tiene
que decidir: Caudal de entrada, Fracción Recirculada y Eficiencia de filtrado.
Planteando un caso de estudio sintético, en el cual se revisarían los caudales, consumos
energéticos, costos e inversiones para la ventilación de un bloque de un nivel de
producción de una mina de block caving. Se encontró que el caudal de entrada no puede
ser disminuido más allá de cierto punto, debido a las restricciones de concentraciones
impuestas para el monóxido de carbono, el segundo contaminante en importancia que
además no puede ser filtrado, sino que solamente puede ser controlado mediante
dilución con el caudal de entrada. Esta reducción de aproximadamente un 20% en el
caudal de entrada, para todos los casos revisados, supone un ahorro en el costo
energético de un 51,2% por concepto de menor movimiento de aire desde la frente.
La diferencia entre una alternativa de filtrado y otro, hace que, a partir de cierto punto
llamado eficiencia crítica, a mayor eficiencia de filtrado, menor es la fracción
recirculada necesaria para alcanzar la misma reducción de caudal de entrada. Esta
eficiencia de filtrado, se relaciona de una manera no explícita con los costos de
inversión, operación y mantención de dicha alternativa, por lo cual el problema de que
sistema de filtrado escoger, no puede ser resuelto de manera analítica como un problema
de optimización, por lo que se debe investigar cada alternativa por separado.
Paralelamente, se investigaron características propias del funcionamiento de los
distintos sistemas de filtrado, para lograr obtener algunos indicadores claves. Se puso
especial cuidado en la investigación de las cámaras decantadoras, debido a su casi nulo
costo de operación, y en el estudio de los precipitadores electrostáticos, para lograr
aislar los distintos consumos energéticos involucrados.
Los resultados muestran que a partir de cierto punto en cuando a distancia de la entrada
de la mina, o costo energético de llevar el aire desde la entrada de la mina, hasta el nivel
de ventilación, el ahorro energético debido al menor movimiento de aire desde la frente,
las alternativas de recirculación controlada, comienzan una a una a ser más atractivas
desde el punto de vista económico que la ventilación tradicional.
Título: “DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL PARA LAVENTILACIÓN DE UNA MINA SUBTERRÁNEA USANDOUN CONTROLADOR AC800M”
Hecho por: VÍCTOR HUGO RODRÍGUEZ DELGADO
Lugar y fecha: LIMA – PERÚ 2010
Resumen:
En los últimos años, el tema de la ventilación en la minería subterránea ha ido
evolucionando debido a los diferentes factores que se han ido generando, tales como
los cambios en los métodos de explotación, lejanía entre los portales de ventilación
y los puntos finales de consumo del aire en interior mina, operación de equipos
diésel, implicando este último un incremento en la concentración de los
contaminantes altamente tóxicos para la vida humana.
La mina con las características que mencionaremos adelante, al igual que otras en
nuestro país, en sus inicios inyectaba el aire fresco hasta el nivel de producción
mediante chimeneas de inyección principal conectadas directamente al nivel de
producción utilizando ventiladores axiales de baja capacidad (40 HP ó 50 HP), que
suministran un caudal máximo aproximado de 25000 CFM y la distribución del aire
fresco al interior se hacía por medio de mangas o dúctos, que no garantizaban su
buen manejo y distribución en las áreas demandantes de este recurso.
En la figura 1.1 se puede apreciar unas fotos de los ventiladores de baja capacidad
que se usaban en unos inicios, en las que además se pueden apreciar las condiciones
en las que operaban, expuestos al medio ambiente y con un desordenado tendido de
cables. En la figura 1.2 se aprecia la ubicación en donde estaban instalados estos
motores y su conexión con las chimeneas de ventilación.
Título: PLANEAMIENTO DE MINADO SUBTERRANEO PARA VETAS
ANGOSTAS: CASO PRACTICO; mina “Esperanza de Caravelí” de Compañía Minera Titán S.R.L
Hecho por: Alejandro Enrique Mena Salas
Lugar y fecha: LIMA – PERÚ 2012
Resumen:
En el presente trabajo de tesis se presenta un análisis de sensibilidad económica
acerca de los ingresos, costos e inversiones involucrados en un negocio minero,
tomando como caso práctico una mina aurífera de vetas angostas en la zona sur del
Perú (mina Esperanza) propiedad de la empresa minera Titán del Perú S.R.L.
Se analiza el incremento del 30% en la producción total con la entrada en operación
de la veta Dulce (zona Coila), continuando con la cuota de mineral que normalmente
aportan la zona de Aurora (veta Aurora) y la zona de Gisela (veta Gisela y veta
Carmen).
Se programa para el año 2012 incrementar paulatinamente la producción mensual
con el objetivo de cubrir la capacidad instalada y autorizada de la planta de
beneficio (6, 000 ton/mes). Para el año 2013 y 2014 se plantea continuar con dicha
producción, dando prioridad a los trabajos exploratorios, ante la existencia de 09
vetas adicionales a las mencionadas líneas arriba y que podrían significar un
adecuado sustento para proyectos futuros de crecimiento.
Por consiguiente en el presente trabajo después de mencionar un alcance geológico
local del yacimiento se presenta un cálculo actualizado acerca de los recursos y
reservas del yacimiento. Posteriormente se presentan, de manera sucinta los estudios
geomecánicos que permiten diseñar el método de minado de Corte y Relleno
Ascendente. Se presenta de manera resumida los aspectos de ventilación dado que
altas temperaturas existentes en la zona determinan la necesidad de ventilación
forzada; y asimismo se enumeran los equipos y servicios auxiliares mineros
requeridos. Tomando toda esta información técnica, se presenta el programa de
avances y producción sobre las vetas tomadas en cuenta con el fin de cubrir el
tonelaje requerido por la planta de beneficio.
Una vez obtenido el programa de producción y leyes mensuales para dichos años, se
procede a la valorización del mismo, con precios de mercado, para los distintos
metales; obteniendo los ingresos por ventas de concentrado y de Doré
respectivamente. Conociendo los ingresos y habiendo calculado los costos, se
realizará la evaluación económica de la mina Esperanza, conocida como la
determinación del Cash Cost, el cual nos definirá el margen operativo de la empresa.
A su vez realizaremos un análisis de las inversiones involucradas (Capex) para
alcanzar dichos objetivos.
Finalmente se mostrará un análisis de sensibilidad unidimensional, obteniendo
conclusiones y recomendaciones acerca de los resultados obtenidos.
1.5.2. Términos básicos:
Ventilación de minas
Es el proceso mediante el cual se hace circular por el interior de la misma el aire
necesario para asegurar una atmósfera respirable y segura para el desarrollo de los
trabajos
Ventiladores
Es una máquina de fluido concedida para producir una corriente de aire Se utiliza
para desplazar aire o gas de un lugar a otro, dentro de o entre espacios, para usos
industriales o residenciales, para ventilación o para aumentar la circulación de aire
en un espacio de trabajo
Aire
Se denomina aire a la mezcla de gases que constituye la atmósfera terrestre, que
permanecen alrededor del planeta Tierra por acción de la fuerza de gravedad. El aire
es esencial para la vida en el planeta. Es particularmente delicado, fino, etéreo y si
está limpio transparente en distancias cortas y medias.
Caudal
Es la cantidad de fluido que avanza en una unidad de tiempo. Se denomina también
caudal volumétrico o índice de flujo fluido, y que puede ser expresado en masa o en
volumen
Oxigeno
Esta sustancia comprende una importante parte de la atmósfera y resulta necesaria
para sostener la vida terrestre.
Mina
Es el conjunto de labores necesarias para explotar un yacimiento y, en algunos
casos, las plantas necesarias para el tratamiento del mineral extraído. Las minas
también reciben el nombre de explotaciones mineras, o, simplemente, explotaciones.
Los minerales se originan por procesos geológicos tanto internos (tetanismo y
vulcanismo)que son extraídos del subterráneo, como externos (sedimentación)son
sacados de algunas cuevas o cavernas, etc.
Seguridad
Cotidianamente se puede referir a la seguridad como la ausencia de riesgo o también
a la confianza en algo o alguien. Sin embargo, el término puede tomar diversos
sentidos según el área o campo a la que haga referencia
Yacimiento
Un yacimiento minero es aquel yacimiento en el cual la calidad y cantidad de los
minerales presentes justifica un mayor estudio, el cual tiene por objetivo definir en
cantidad, calidad, profundidad y dimensión el yacimiento con el fin de desarrollar
las actividades mineras para que la explotación del yacimiento sea económicamente
rentable con las tecnologías actuales.
Ventilación en mina
Es el proceso mediante el cual se hace circular por el interior de la misma el aire
necesario para asegurar una atmósfera respirable y segura para el desarrollo de los
trabajos.
Minera aurífera
La minería aurífera es una actividad económica, que a lo largo del tiempo ha ido
cambiando de lugar e intensidad. La extracción artesanal del oro emplea
procedimientos rudimentarios para su extracción. Usualmente, los depósitos de oro
con partículas muy delgadas, necesitan del metal
Hg para un buen recobro del mismo.
Valorización
La valorización de minas se entiende como un ejercicio técnico, geológico, minero,
económico, etc, serio y profesional para intentar determinar cuan bueno es el
negocio minero en el que estamos interesados en invertir, que riesgos tiene y lo más
importante ¿pongo mi plata en este negocio?
Doré
Mezcla impura y sin refinar de oro metálico y plata. Se produce mediante la
fundición de concentrados de oro y plata, arenas o precipitados. Las impurezas
típicas incluyen metales no nobles. El doré se refina hasta obtener oro casi puro en
una fundición o refinería.
Block caving
Es un método de explotación subterránea que se aplica cuando los bloques de
mineral son grandes y de baja ley por lo tanto este método de explotación no es
común un una mina de diamantes porque se perdería gran parte de la producción
Geológico
En realidad, la Geología comprende un conjunto de “ciencias geológicas”, así
conocidas actualmente desde el punto de vista de su pedagogía, desarrollo y
aplicación profesional. Ofrece testimonios esenciales para comprender la Tectónica
de placas, la historia de la vida a través de la Paleontología, y cómo fue la evolución
de ésta, además de los climas del pasado. En la actualidad la geología tiene una
importancia fundamental en la exploración de yacimientos minerales (Minería) y de
hidrocarburos (Petróleo y Gas Natural), y la evaluación de recursos hídricos
subterráneos (Hidrogeología).
Concentrado
Producto rico en metales obtenido mediante la aplicación de procesos de separación
y concentración tales como la flotación. Los metales son “concentrados” a partir del
mineral que los contiene y el resto es desechado como relave neutralizado.
Posteriormente estos metales son extraídos de los concentrados mediante procesos
piros metalúrgicos e hidrometalúrgicos en las fundiciones y refinerías.
Rampa
Túnel subterráneo inclinado que permite el acceso, ya sea por exploración o para
conectar entre los niveles de una mina.
Refinación
Es la etapa final de purificación de productos metálicos y en donde las impurezas
son removidas del metal fundido introduciendo aire y fundentes. Las impurezas son
eliminadas como parte de los gases o de la escoria. Por ejemplo, el refinamiento
concentrados de plomo-plata, produce plata y plomo de más de 99.9 % de pureza.
Relave
Material de desecho de una planta concentradora después de que los metales
valiosos han sido recuperados.
Relleno
Material estéril que sirve para rellenar las excavaciones de explotación.
Reservas
Parte de un depósito mineral que puede ser económica y legalmente extraído o
producido en el momento de la determinación de su estimación como tal.
Reservas Probables
Reservas en los que existe algún riesgo de discontinuidad de la mineralización pero
que tienen suficientes indicaciones para asumir la continuidad del mineral. El
tonelaje y ley estimados se obtienen a partir de la información similar a la usada
para calcular reservas probadas, con la diferencia de que los lugares de inspección y
muestreo están alejados. El grado de certeza, aunque menor que para las reservas
probadas, es suficientemente alto para asumir la continuidad del mineral.
Reservas probadas
Son aquellas en las que virtualmente no hay riesgo de discontinuidad del mineral.
En estas (1) el tonelaje se computa en base a informaciones reveladas en las labores
subterráneas, afloramientos, trincheras o el taladros exploratorios, y sus leyes son
calculadas a partir del muestreo detallado, y (2) los lugares de la inspección,
muestreo y medida están cerca uno de otro y carácter geológico está tan bien
definido que el tamaño, forma, profundidad y volumen de las reservas de mineral
pueden ser bien establecidos.
Veta
Estructura tabular mineralizada, de bordes claramente definidos que lo separan de la
roca estéril llamada roca de caja.
Voladura
El procedimiento usado para romper el mineral, que consiste en perforar taladros
para introducir la carga explosiva y el detonador que activa al explosivo el cual
origina la voladura de la roca.
Bocamina
Entrada a una mina.
1.5.3. Bases teóricas:
La recirculación controlada de aire en el mundo
Los inicios en el Reino Unido
El primer uso deliberado de la recirculación controlada de aire en las minas de
carbón inglesas, fue reportado por Lawton en 1933. Fue aplicado con la idea de
incrementar la velocidad del flujo y enfriar las frentes de trabajo. Sin embargo,
de acuerdo a la revisión hecha por Allan en 1983, no se obtuvo ningún efecto
significativo en cuanto a refrigeración ni tampoco se realizó un registro de dicha
prueba, Allan además expresó su escepticismo a la declaración de que la
Concentración de metano no aumentó considerablemente en el aire de
recirculación. De entre la información que existe respecto a esta prueba, se tiene
la observación de uno de los colaboradores de Lawton quien sugirió controlar el
polvo usando filtros, idea que permaneció dormida por 40 años.
Los incendios producidos por ignición de metano en minas de carbón a finales
de la década de los 50, llevaron a realizar investigaciones sobre la concentración
de capas de metano en el aire. Un método sugerido para controlar esta
acumulación, fue aumentar localmente la velocidad del aire, con la idea de
mejorar el mezclamiento y dispersión de la capa con el resto del aire, retomando
el esquema original de Lawton aplicado a los mantos de carbón, explotados por
el método de longwall mining.
Los trabajos teóricos hechos por Bakke y sus colaboradores entre 1962 y 1964, y
la investigación realizada por Leach en 1966 extendieron las aplicaciones de la
recirculación de aire a un plano más general. Si bien las investigaciones no
incluyeron pruebas en terreno, si resultaron en la importante conclusión de que
la concentración máxima de metano solo depende de la generación de metano y
de la cantidad de aire fresco que entra a la frente, independiente de l cantidad de
aire que se esté recirculando.
A partir de 1968, las pruebas fueron autorizadas bajo condiciones controladas.
En 1972, Robinson mostró los resultados de la primera prueba. En 1974 se
obtuvieron los primero resultados positivos de las pruebas, que junto a la nueva
regulación de polvo respirable, indicaron que la recirculación controlada de aire,
podría proveer mejoras a la ventilación, en cuanto polvo. Estos resultados
condujeron a una mayor implementación (63 de los 1560 sistemas d ventilación
auxiliar en el Reino Unido en 1982) mayormente orientada al control de polvo, y
a l combinación de polvo y calor.
Por encargo de la Comunidad Europea del Carbón y del Acero y de la Junta
Nacional del Carbón en 1979 (E.C.S.E. y N.C.B. por sus siglas en inglés) el
departamento de ingeniería de minas de la Universidad de Nottingham comenzó
estudios de factibilidad respecto a la recirculación controlada para un distrito
completo. Estos estudios entregaron las bases de los modelos de estado
estacionario, distribución de polvo y metano y evaluación de la termodinámica
asociada a la recirculación. Además de confirmar que no existe acumulación y
aumento de metano y polvo a través de los circuitos de ventilación.
Las conclusiones de este estudio arrojaron que, cuando una mina profunda con
una alta producción comienza a experimentar problemas de baja velocidad de
aire en las frentes, la aplicación de de recirculación controlada podría:
• Mejorar las condiciones ambientales de una manera económica.
• Entregar una dilución más efectiva de metano en la fuente, mediante el
incremento de velocidad en el aire. Además de reducir el riesgo de ignición de
gases inflamables.
• Mantener o disminuir la concentración de la fracción respirable del polvo,
siempre que el aire sea suficientemente filtrado.
• Aumentar la capacidad refrigerante del aire, y mejorar las condiciones
laborales.
En vista de los resultados, Anon sugirió en 1983 la implementación de la
recirculación controlada para un distrito completo de una mina. Ese mismo año,
se realizó la primera prueba en .la mina de carbón de Wearmouth. Debido al
alejamiento de la mina de la costa, con la posibilidad abierta de trabajar a 20 km
mar adentro, no existía alternativa que fuese técnica y económicamente factible
para proveer de una adecuada ventilación. Para enfrentar dicho problema
surgieron las ideas de crear una isla artificial, y desde ahí, construir una
chimenea, o usar recirculación controlada para toda la mina. El trabajo de
Robinson y Pickering en 1974 demostró que la segunda idea era más segura,
barata y posible de ser implementada con la tecnología probada existente.
Estas conclusiones motivaron una prueba masiva en 1986, en el cual se
implementa recirculación para un distrito completo de la mina, usando una
fracción recirculada de un 30%.
Los resultados fueron satisfactorios, logrando proveer un mayor caudal a la
frente. Sin esta implementación, hubiese sido necesario usar 2,34 veces más
energía para lograr los mismos resultados con ventilación tradicional (Harrison
et. Al., 1987). Validando los estudios teóricos de Bakke y Leach en la década de
los sesenta.
El caso sudafricano:
Los aspectos que históricamente más han preocupado a la ventilación de minas
en Sudáfrica son la fracción respirable del polvo con contenido de sílice (Low,
1994), la eliminación de gases producto de la tronadura en minas metalíferas, y
la climatización de las minas cuya temperatura en las rocas recién expuestas
puede llegar a 50 °C (Stachulak, 1992). Las distancias desde el exterior mina a
la frente que tiene que recorrer el aire en las minas sudafricanas no son tan
largas como en las minas de carbón en el Reino Unido, sin embargo para 1960
ya habían 9 minas en el rango de los 2.500 a 3.700 metros bajo la superficie
(8.000 a 12.000 pies) (Low,1994), sumado al costo de refrigerar el aire, la
recirculación controlada surgió como una buena alternativa.
Un hito en la recirculación controlada de aire en Sudáfrica fue la prueba a gran
escala en la mina de oro de Lorraine, realizada en 1982 (Burton, 1984) la cual
tuvo por objetivo el demostrar que la recirculación controlada puede ser una
manera práctica, segura y viable de refrigerar y ventilar minas de oro, mostrando
que los efectos de la recirculación controlada podían ser predichos con modelos
matemáticos.
Recirculación en la mina de oro de Lorraine (Burton, 1984)
Los objetivos de la prueba fueron alcanzados exitosamente, sirviendo como
importante fuente para trabajos posteriores alrededor del mundo. Destaca de esta
prueba, el uso de una ámara de nebulización de agua, la cual sirvió con el doble
propósito de retirar polvo respirable del aire y ayudar en la refrigeración.
La recirculación en Canadá
La mayoría de las minas canadienses se ubican en lugares donde se alcanzan
temperaturas bajo cero, llegando incluso a registrarse temperaturas del orden de
los -50 °C en la superficie. Por lo tanto la mayoría de las minas canadienses
deben calentar su aire para poder ser usado en los lugares de trabajo al interior
de la mina. Los costos anuales por calentar un metro cúbico de aire por segundo
que entra a la mina pueden ser tan altos como US$ 2.000 (Hall et. Al., 1989)
llegando a representar desde el 30% al 95% del costo unitario total de
ventilación (Stachulak,1992). Es debido al alto costo unitario que tiene ingresar
aire en invierno a las minas, que la recirculación controlada de aire se muestra
como una atractiva alternativa.
Las minas canadienses en las que se ha probado la recirculación controlada, se
dedican principalmente a la extracción del zinc y cobre. En dichas faenas se
utiliza principalmente métodos de explotación por caserones abiertos y variantes
con relleno (open stoping with hydraulic backfill), como en el caso de las minas
Ruttan (Hall et. Al, 1987), Creighton, Levack y Copper Cliff South (Stachulak,
1992), por lo tanto el uso de explosivos es una variable a considerar en la
ventilación. Además del uso masivo de equipos LHD, hace que la emisión de
gases producto de la combustión del iésel que ocupan estos equipos, sea otro
factor relevante en la ventilación de las minas canadienses.
En la mina de Ruttan, el estudio estuvo enfocado en probar instrumentos de
medición continuos, así como en establecer una relación entre concentraciones
de distintos contaminantes gaseosos, para simplificar el sistema de monitoreo y
control, midiendo solo un contaminante y calculando el resto a partir de ese
trazador. Además se probaron controles automáticos que permitieran cambiar
condiciones de operación de ventiladores, en el caso de registrar cambios en las
concentraciones.
Debido a que no se uso un elemento filtrante, se obtuvo un aumento en las
concentraciones de polvo, lo mismo se observo con las concentraciones de
monóxido de carbono en la inyección de la mezcla, destacando que siempre se
mantuvo dentro de los límites legales, exceptuando las situaciones post-
tronadura. Se notó que después de una tronadura, para el monóxido de carbono
toma menos tiempo volver a las concentraciones normales que para el polvo, es
por ello que dicho trabajo recomendó evaluar económicamente la
implementación de algún sistema de filtrado o de decantación de polvo, como
por ejemplo aspersores de agua.
Se observó además que la concentración entre los distintos gases seguían
patrones independientes entre sí, por lo que se descartó el uso de algún gas en
particular como indicador de las concentraciones de los otros gases, destacando
el comportamiento de los óxidos de nitrógeno, los cuales bajaban sus
concentraciones muy rápidamente al avanzar por la mina, posiblemente debido a
que reaccionaran químicamente.
En cuanto al control, se observó que el sistema era capaz de manejar las
fluctuaciones del sistema, excepto después de las tronaduras, debido a los altos
valores registrados para las concentraciones de polvo, por lo que se recomendó
abstenerse de utilizar recirculación de aire en los periodos durante y post-
tronadura. En cuanto a la evaluación final, el sistema es técnicamente viable y
capaz de reducir costos de calentamiento de aire mediante la reducción del
caudal inyectado a la mina.
En el estudio hecho por Stachulak (1991) en Creighton, Levack y Copper Cliff
South, se tuvo cuatro objetivos:
• Similar a la prueba de Ruttan, se buscó una correlación entre el CO2 y los
contaminantes gaseosos producto de la combustión del iésel.
• Determinar el decantamiento de polvo en las chimeneas de extracción de aire.
• Evaluar eficiencia de filtrado de placas deflectoras como elemento filtrante en
el cruzado de recirculación.
• Determinar el efecto de la recirculación en la dispersión de los contaminantes y
su efecto en lo relativo al calor.
Como resultado, se obtuvo igual conclusión que en Ruttan, es decir, que no
existe una correlación entre los distintos contaminantes, aunque se recomendó
seguir investigando el tema.
En relación al segundo punto, se registró una decantación de polvo, tanto en
términos totales, como en la fracción respirable de éste, como resultado de dicho
estudio, se publicó un interesante trabajo con posibles aplicaciones a la
recirculación, referido al fenómeno de la deposición de polvo en las chimeneas
de extracción de aire viciado. Aunque no se logró entender completamente este
hecho, según Stachulak, guarda mayor relación con el cambio de contenido de
humedad del aire, debido a la expansión adiabática que sufre el aire al ascender.
Las placas deflectoras, usadas con la intención de decantar las partículas más
gruesas al reducir su velocidad, producto del impacto entre las partículas de
polvo y las placas, resultaron ser poco eficientes como método para reducir la
concentración de contaminantes.
Con la información obtenida, se pudo estimar la eficiencia de filtrado de algunos
contaminantes, como los óxidos de nitrógeno, los cuales tal como se vio en
Ruttan, reducen su concentración posiblemente al reaccionar químicamente al ir
avanzando a través de la mina (Hallet. Al., 1987). Con esta información, se logro
determinar la mezcla de aire a inyectar a la frente.
Se dejo el mismo caudal para alimentar las frentes, pero se redujo la inyección a
la entrada de la mina, llegando a una fracción recirculada de un 40%,
determinada a un factor de seguridad de un 60% en relación a un índice de
calidad del aire (AQI: air quality index).
El caso australiano
En Australia, existe un cierto número de minas que se encuentran trabajando
bajo los 1000 metros de profundidad desde la superficie, sumado al clima
tropical y sub-tropical de las zonas donde se encuentran estas aisladas faenas,
hace necesario usar refrigeración artificial, a niveles más cercanos a la superficie
en relación con Sudáfrica. Otra comparación relevante, es que la minería de oro
en Sudáfrica es más intensiva en mano de obra, siguiendo angostas vetas,
mientras que la minería australiana tiene más parecido al caso canadiense, en
cuanto al uso de métodos de explotación como caserones abiertos (open
stoping), con pilares (room-and-pillar mining) y algunas variantes de corte y
relleno (cut & fill) los cuales tienen en común el dejar grandes espacios abiertos
y el uso intensivo de equipo iésel. Esto hace que sea muy costoso enfriar estas
cavidades con aire refrigerado tanto en términos absolutos como en costo por
hombre (Wu, H.W. et. Al., 2001)
Debido a la profundización de la mina de Mount Isa, y a los costos que ya se
tenían por refrigeración del aire, surgió la idea de emplear recirculación
controlada para enfrentar la nueva situación. Se realizó una prueba en terreno
entre septiembre y noviembre de 1993 para evaluar su potencial. Inspirado por la
metodología desarrollada en el Reino Unido por Booth-Jones, Wu et. Al. (2001)
estimaron la eficiencia de filtrado crítica necesaria para que el sistema fuera
seguro, independiente de la fracción recirculada de aire. La prueba utilizó una
cámara nebulizadora con una eficiencia de filtrado de un 52,5%, cercano al valor
de la eficiencia crítica calculada, que a la vez, ayudó a enfriar el aire.
El caso norteamericano
En Estados Unidos se realizó una prueba de recirculación controlada en una
mina destrona, mineral evaporítico, fuente primaria de carbonato de sodio en
dicho país. Dicho mineral es explotado de manera similar al carbón, usando
frentes cortas (shortwall mining) y mineros continuos. En el caso estudiado
(Cecala, A. et. Al. 1989) se implementó recirculación controlada usando
ventilación auxiliar para dos escenarios distintos de distancia entre la frente de
trabajo y el ducto de recirculación. En el caso con menor distancia a la frente, la
recirculación fue percibida por los trabajadores negativamente, pues se tuvo un
aumento en la concentración de polvo total, para el caso con mayor distancia, la
percepción cambió, debido a que mejoró la visibilidad. Es posible que esta
variación entre un caso y otra se explique debido a que decantación del polvo
más grueso mejora significativamente con la distancia recorrida a través de un
ducto. La concentración de polvo respirable en la inyección de aire aumento
ligeramente en los dos casos.
Con respecto a los otros contaminantes (CO y óxidos de nitrógeno) para el caso
con recirculación se registraron para turnos distintos concentraciones mayores y
menores que las registradas en el caso sin recirculación. Además, las variaciones
no fueron significativas por lo que se concluyó que la recirculación no afectaba
significativamente la concentración de monóxidos de carbono y óxidos de
nitrógeno. Durante la prueba, la concentración se mantuvo dentro de los límites
establecidos.
Factibilidad en Rumania
El trabajo realizado por los investigadores de la Universidad Técnica de
Petrosani (Moraru, R. et. Al., 1997) explora aspectos teóricos relativos a la
recirculación. Los autores concluyen que la recirculación tiene potencial en
dicho país debido a que algunas minas ya cuentan con sistemas de monitoreo
continuo, por lo recomiendan hacer pruebas de campo.
También lo recomiendan para minas de carbón con bajas emisiones de metano, y
para minas con largas distancias a la superficie (4 a 5 km).
El caso chileno
El primer trabajo de recirculación en Chile fue realizado por el IM2
(González 2000) con un fuerte énfasis en la revisión de dispositivos de filtrado
y decantación de polvo y en un análisis económico de cómo impactaría instalar
un sistema de recirculación controlado en la división
Salvador de Codelco. En dicha faena, la cantidad de aire a inyectar en las calles
de producción está determinada en primer lugar por el polvo respirable, de ser
suprimido el polvo, el segundo criterio para ventilar es la dilución de gases
proveniente de los equipos iésel (Morales, 2003).
Como resultado del estudio del IM2, se estima que el mejor sistema de filtrado
para dicho esquema, es un filtro estático auto-limpiante, a diferencia de estimado
por Booth-Jones (Wu, H., 2001) quien sugería usar cámaras con aspersores de
agua con gotas de pequeño diámetro.
Además, de acuerdo a la evaluación económica, se obtuvieron menores costos
en relación a la ventilación tradicional.
Dos años más tarde, la recirculación fue implementada en el Salvador, utilizando
una batería de filtros de cartuchos, limpiados por pulsos de aire, con una
eficiencia de filtrado promedio de un 97,7%, llegando incluso a medirse
concentraciones nulas de polvo, interpretadas como menores que el límite de
detección del equipo. Considerando lo exigente del límite debido al alto
contenido de sílice en el polvo (Morales, 2003) esta prueba validó técnicamente
el sistema, demostrando que puede ser implementado, cumpliendo exitosamente
los límites de concentración establecidos. Es importante señalar que el caudal de
salida de filtro fue menor que el esperado (83.700 de 100.000 cfm). Si bien la
evaluación económica en dicha prueba dio positiva, posteriormente el sistema
fue abandonado debido a sus altos costos de reemplazo de filtros
(González, 2002)
1.6. Operacionalización de la variable:
Capítulo II:
VARIABLE INDICADORES SUBINDICADORES
Ventilación en el frente principal
Procesos Tipo de ventilaciónTipo de ventiladores
Monitoreo de las condiciones ambientales
Caudal del aireOxigenoGases
Equipos de ventilación El motorMangas de ventilación
2.1. Metodología de Investigación (paradigma, enfoque, tipo, temporalidad, alcance, diseño)
La presente investigación se enmarca dentro del paradigma positivista, siendo su
enfoque cualitativo. Por su tipo es una investigación descriptiva y por su profundidad es
una investigación aplicada, por su temporalidad es una investigación prospectiva y por
el número de mediciones es una investigación transversal.
Su diseño se puede diagramar de la siguiente manera:
V M
Dónde:
V= Ventilación de minas
M= Empresa minera MACDESA
= Observación
2.2. Población y muestra
Se tomó como estudio la empresa minera MACDESA, en el área de la galería principal
socavón para determinar las características de ventilación en la empresa minera
MACDESA es una mina convencional que produce aproximadamente 130T/M por día
de mineral del cual procesa metales preciosos como el oro y plata este último en menor
porcentaje.
2.3. Técnicas e instrumento de recolección de datos
Se utilizara como técnica la observación, siendo los instrumentos a utilizar:
Ficha de observación de la empresa minera MACDESA
2.4. Estrategias de recolección de datos
Se tomó una zona de estudio que fue la empresa minera MACDESA, ya que es donde
queremos realizar los estudios para nuestro trabajo, es por eso que lo hemos tomado.
Empezamos ingresando a la labor llamada MOROCOCHA perteneciente a la empresa
minera MACDESA.
2.4.1. Matriz del instrumento
VARIABLE INDICADORES SUBINDICADORES Items
Ventilación Procesos Tipo de ventilaciónTipo de ventiladores
1,23,4
Monitoreo de las condiciones ambientales
Caudal del aireOxigenoGases
5,67,89, 10
Equipos de ventilación Las vías de ventilaciónLas instalaciones de entrada y salida de aire
1112
2.5. Recursos humanos, materiales y financieros
Descripción Unidad Cantidad Total
Viajes 4 70 soles 210
Alimentación 4 10 soles 40
Útiles de escritorio 6 soles 6
Otros 30 soles 30
Total 286
2.6. Cronograma de actividades
Nombre de tarea Duración Comienzo Fin
Descripción del problema 5 días vie 17/10/14 jue 23/10/14
Interrogante de investigación 5 días vie 24/11/14 jue 30/10/14
Objetivos 10 días mie 05/11/14 Sab15/11/14
Justificación del problema de investigación 5 días lun 17/11/14 sab 22/11/15
Marco Teórico 5 días lun 24/11/14 Sab 29/11/14
Operacionalización 5 días vie 05/12/14 jue 11/12/14
Metodología de la investigación 5 días vie 12/12/14 jue 18/12/14
Técnicas e instrumentos de recolección de datos 3 días vie 19/12/14 mar 23/12/14
Validación de instrumentos 4 días mié 07/01/15 lun 12/01/15
Población y muestra 2 días mié 14/01/15 jue 15/01/15
Estrategias de recolección de datos 2 días vie 16/01/15 lun 19/01/15
Recursos humanos, materiales y financieros 3 días mar 20/01/15 jue 22/01/15
Análisis de datos 5 días Mar 26/01/15 dom 31/10/15
Conclusiones y recomendaciones 6 días lun 01/02/15 Sab 07/02/15
Capítulo III: Resultados de la investigación
3.1. Sistematización y análisis de datos
En el área de socavón tiene un sistema de ventilación artificial
Frecuencia PorcentajeVálidos si 1 100Conclusión:
En el área de socavón tiene un sistema de ventilación naturalFrecuencia Porcentaje
Válidos si 1 100Conclusión: llegamos a
En el área de socavón como ingresa el aire por medio del sistema centrifugo
Frecuencia PorcentajeVálidos si 1 100Conclusión:
En el área de socavón ingresa el aire por medio del sistema radial
Frecuencia Porcentaje
Válidos no 1 100
Conclusión:
En el área de socavón trabajan con el diámetro de sección m3/h(1,7 m3/h=1 CFM)
Frecuencia PorcentajeVálidos si 1 100Conclusión:
En el área de socavón trabajan con el oxígeno más de 19.5 %
Frecuencia Porcentaje
Válidos si 1 100
Conclusión:
En el área de socavón trabajan con el oxígeno menos de 19.5 %
Frecuencia Porcentaje
En el área de socavón cumple con densidad establecida
Frecuencia Porcentaje
Válidos si 1 100
Conclusión:
Válidos No 1 100
Conclusión:
En el área de socavón cuenta con la cantidad de aire para la respiración del personal
Frecuencia PorcentajeVálidos si 1 100Conclusión:
Apéndice 1:
FICHA DE OBSERVACION:
FECHA:
LUGAR:
HORA:
Indicador Criterio SÍ NO Observaciones
Tipo de
ventilación
1. El área de socavón tiene un sistema de
En el área de socavón trabajan los valores límites permisibles (VLM)para cada gas
Frecuencia Porcentaje
Válidos si 1 100
Conclusión:
En el área de socavón trabajan con vías de ventilación no deben estar obstaculizadas
Frecuencia PorcentajeVálidos si 1 100En el área de socavón trabajan con las instalaciones que son independientes
Frecuencia Porcentaje
Válidos si 1 100
ventilación natural.
2. El área de socavón tiene un sistema de ventilación artificial.
Tipo de
ventiladores
3. En el área de socavón como ingresa el aire por medio del sistema centrifugo.
4. En el área de socavón como ingresa el aire por medio del sistema axial.
Caudal de
aire
5. En el área de socavón trabajan con el diámetro de sección de m3/h (1,7 m3/h = 1 CFM)
6. En el área de socavón cumple con la densidad establecida.
Oxigeno7. En el área de
socavón trabajan con el oxígeno mas de 19,5%.
8. En el área de socavón trabajan con el oxígeno menos de 19,5%.
Gases 9. En el área de socavón trabajan los valores límites permisibles (VLP) para cada gas.
10. En el área de socavón cuenta con la cantidad de aire para la respiración del personal.
Vías de ventilación11. En el área de
socavón trabajan con vías de ventilación no deben estar obstaculizadas.
Las instalaciones de entrada y salida de aire
12. En el área de socavón trabajan con las instalaciones que son independientes.
Recomendaciones:
Se observa una zona donde la ventilación no llega con eficacia por no haber
una tercera línea para liberar gases, con 80 partículas por un millón.
Vemos también que no tiene una línea de solución sujetación el cual genera
que la manga no tenga posición estable, crea una deformación en la línea de
ventilación.
Bibliografía:
De la Cuadra Irizar, Luis (1974). Curso de Laboreo de Minas. Madrid: Universidad
Politécnica de Madrid.
Fernández Felgueroso, José Manuel; Luque Cabal, Vicente (1975). Lecciones de
ventilación de minas.
Luque Cabal, Vicente (1988). Manual de ventilación de minas. Asociación de
Investigación Tecnológica de Equipos Mineros (AITEMIN).
HERRERA Juan. “Elemento de Minería” De la Universidad Politécnica de Madrid.
Edición Actualizada. Mayo 2007.
ORTIZ Fernando. “Diseño de Explotaciones e Infraestructuras Mineras Subterráneas”.
Universidad Politécnica de Madrid. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas.
Noviembre 2007.
