Estandarización del proceso de ventilación en minas de carbón

Estandarización del proceso de ventilación en minas de carbón

14th United States/North American Mine Ventilation Symposium, 2012 – Calizaya & Nelson
© 2012, University of Utah, Dept. of Mining Engineering
Estandarización del proceso de ventilación en minas de carbónCaso Carbones del Caribe S.A.S. Colombia
S.C. Toro
Ingeniera de proyectos mineros, MSO Industrial S.A.S., Medellín, Colombia
N.R. Rueda
Director de Ingeniería, MSO Industrial, Medellín, Colombia
G.A. Marín
Directora de operaciones, Cementos Argos - Carbones, Medellín, Colombia
RESUMEN: Con el fin de incrementar los niveles de seguridad, Carbones del Caribe junto con MSO Industrial ha
desarrollado un proyecto de estandarización de los sistemas de ventilación de sus cinco minas subterráneas de
Carbón. MSO Industrial planteó el desarrollo del proyecto en cuatro etapas; Diagnóstico, Implementación,
Optimización y Seguimiento. Durante el diagnóstico se recopila información de la mina, se calculan los
requerimientos de aire según normas, se modela la mina en 3D (Ventsim Visual), se realizan mediciones en
campo y se caracterizan los ventiladores según norma ANSI/AMCA 210-07. En la implementación se realizan los
cambios al sistema con el fin de garantizar los requerimientos de calidad y cantidad de aire exigidos por la norma.
En la etapa de optimización se plantea el rediseño y proyección del sistema de acuerdo al planeamiento minero,
que permita la sostenibilidad y eficiencia de la mina a largo plazo. Por último se realiza el seguimiento y
monitoreo de las condiciones de operación, para mantener los estándares de calidad del sistema. Esta metodología
se está implementando en todas las minas de la empresa. Este artículo expone el proceso de estandarización con
un caso de estudio de la mina Nechí.
1
Introducción
1.1 Proceso de Estandarización
En la mayoría de minas subterráneas la implementación de
sistemas de ventilación se ha realizado de forma empírica
(ensayo y error), de manera que los estándares o reglas
básicas que se deben seguir, no se cumplen, dando como
resultado, sistemas que no proporcionan aire limpio
suficiente y de calidad en las minas. Gran parte de los
errores se da en la selección y ubicación de los
ventiladores, generando consumos elevados de energía,
recirculaciones, flujo inestable y poca disponibilidad de
aire limpio.
MSO Industrial trabaja en la implementación y puesta a
punto de los sistemas de ventilación en minas subterráneas,
combinando herramientas avanzadas de simulación
computacional (Ventsim Visual Avanzado), con análisis
teórico y experimental, proporcionando niveles de
seguridad y producción adecuados en las minas, logrando
el
cumplimiento
de
la
normatividad
vigente
correspondiente al país.
Este caso se desarrolla en pequeñas minas de carbón en
Colombia, donde la estandarización se utiliza actualmente
en las cinco minas subterráneas de la empresa Carbones
del Caribe. El procedimiento de estandarización utilizado
se puede adecuar al diseño e implementación del sistema
de ventilación en cualquier mina de Carbón, realizando los
ajustes de algunos valores normativos.
El proceso de implementación de sistemas de ventilación
en las minas de carbón es delicado, debido a la cantidad de
variables que este tipo de sistemas involucra, como;
dilución de metano y otros gases, velocidades de flujo
relacionadas con el levantamiento de polvo de carbón,
circulación de aire limpio, tiempos de evacuación de aire
viciado, cantidades de aire en puntos críticos, condiciones
ambientales (temperaturas y humedad) y requerimientos de
ventiladores.
En este trabajo se expone un procedimiento
estructurado para la estandarización e implementación de
los sistemas de ventilación en minas subterráneas que
comprende cuatro etapas; Diagnóstico, Implementación,
Optimización y Seguimiento (DIOS), ilustrado con el caso
de estudio de la mina Nechí.
La mina Nechí está ubicada en el departamento de
Antioquia entre los municipios de Fredonia y Amagá, con
una producción de carbón a la fecha, de alrededor de
12000 toneladas de carbón por mes y se utiliza el método
de explotación “ensanche de tambores”. El material
quebrado se extrae por un skip que recoge el mineral entre
niveles y vagones que los movilizan hacia la planta por los
niveles principales.
Este proyecto se desarrolló con el objeto de garantizar
los niveles de seguridad en la mina. Durante su ejecución
569
se encontró que uno de los problemas más críticos, eran las
altas temperaturas y deficiencia de aire limpio en la zona
más alejada, restringiendo las labores de explotación de la
zona.
2
Tabla 1. Concentración admisible de gases en una mina.
Diagnóstico
Para mejorar o diseñar un sistema de ventilación se debe
iniciar con un estudio detallado de las condiciones de
operación de cada mina y la evaluación de todos los
componentes que influyen sobre él sistema.
A continuación se describen los parámetros más
importantes a revisar e implementar en esta primera etapa
del método.
2.1 Análisis de Datos de Entrada
CO2
LTEL
(ppm)
5000
STEL
(ppm)
30000
CO
25
200
H 2S
10
15
SO2
5
10
NO
25
35
NO2
3
5
Gas
Fórmula
Dióxido de Carbono
Monóxido de
carbono
Ácido sulfhídrico
Anhídrido
Sulfuroso
Óxido Nítrico
Dióxido de
Nitrógeno
Respecto a la concentración de metano se tienen las
restricciones descritas en la Tabla 2.
Se evalúa la información existente como mediciones y
aforos en la mina, diagramas de flujo, inventario de
equipos diesel, eléctricos y ventiladores en operación,
parámetros de operación como; zonificación de la mina,
tipo de explotación, turnos, cantidad de personal,
programación e intensidad de voladuras, etc.
Todo lo anterior debe ser complementado con
verificaciones al interior de la mina, donde se busca
conocer las particularidades de cada una, validar la
información existente y evaluar las condiciones del sistema
de ventilación al inicio del proyecto.
Tabla 2. Contenidos permisibles de metano en el aire,
según la labor en la mina.
% Máximo
metano (CH4)
1
Labor en mina
Frentes de explotación
2.2 Análisis de Normas respecto a la Ventilación.
Dependiendo del país donde se encuentre ubicada, la mina
aplica una norma vigente de regulación minera. Por
ejemplo, en Colombia se aplica el decreto 1335 de 1987,
mientras que en Perú se aplica el decreto DS-055-2010. En
términos generales todas las normas son similares en
cuanto a sus requerimientos y cada una de ellas tiene una
sección específica para ventilación. Adicionalmente,
algunas normas también traen una sección específica para
ventilación de minas de carbón.
Otras normas Internacionales para ventilación de minas
subterráneas, principalmente Norte América y Australia
son usadas para complementar los análisis. Para el caso de
estudio expuesto aplica la norma colombiana.
Retorno vías principales
1
Retorno vías de tajos
Retorno vías de frentes de
preparación y desarrollo
Vías con locomotora
1.5
1.5
0.3
La mina Nechí no registra presencia de metano lo que
significa menos riesgos de explosión al interior de la mina.
2.4 Requerimientos de Cantidad de Aire
Los principales factores que determinan el requerimiento
de aire de la mina son: equipos, personal, voladuras y
temperatura efectiva. El caudal está limitado por la
velocidad máxima permitida en los túneles ya que altas
velocidades en el caso de carbón pueden generar
levantamiento de polvo de carbón que es altamente
explosivo. Cada uno de estos factores tiene un
requerimiento especial que se detalla a continuación.
2.3 Requerimientos de calidad de Aire
a)
Por calidad de aire se refiere a los requerimientos de
concentración admisible de gases en el aire. En la norma
colombiana el contenido de oxígeno en un ambiente
subterráneo no debe ser menos de 19.0 %. Los principales
gases a controlar así como su concentración máxima se
resumen en la Tabla 1. En esta Tabla, para cada gas existen
dos concentraciones: LTEL y STEL. La primera se refiere
a la concentración máxima ponderada para una jornada de
ocho horas y la segunda es para una exposición mas corta
generalmente de 15 minutos. Ambas concentraciones están
expresadas en partes por millón (ppm).
Requerimiento de Aire por Equipos a Diesel. Este
requerimiento depende de la cantidad de monóxido de
carbono en los gases productos de la combustión de
motores diesel en el tubo de escape. La Tabla 3
presenta un resumen de los requerimientos.
Tabla 3. Requerimiento de aire por equipos diesel.
570
Contenido
monóxido (% CO)
<0.12
Requerimiento
(m3/s/HP)
0.10
<0.08
0.067
b) Requerimiento de Aire por Personal. Este
requerimiento depende de la altura de la mina en
metros sobre el nivel del mar (m.s.n.m.) La Tabla 4
muestra el resumen de estos requerimientos.
Tabla 5. Tiempos de permanencia del personal según
temperatura efectiva.
Tabla 4. Requerimiento de aire por personal.
≤1500
Requerimiento
(m3/s/persona)
0.05
>1500
0.10
Altura (m.s.n.m.)
c)
Requerimiento de Aire por Voladuras. La norma
vigente en Colombia no hace mención especial de este
requerimiento. Para tal fin se toma de referencia otras
normas internacionales. Por ejemplo la norma peruana
regula el requerimiento de aire mediante velocidades
máximas y mínimas en túneles, para el caso de ANFO,
especifica una velocidad mínima de 25m/s. En el caso
de Chile se especifica un caudal de aire de acuerdo a la
siguiente relación empírica:
Q
100Aa
dt
Donde:
Q
A
a
d
t
 m3 


 mín 
e)
30
4
31
2
32
0
Humedad
relativa (%)
Temperatura
seca (°C)
≤ 85
24 a 30
Velocidad
mínima
(m/s)
0.5
> 85
> 30
2.0
Resumen de Requerimientos de Aire para Mina Nechí.
De acuerdo a las especificaciones anteriores para la
mina Nechí el requerimiento total de aire fresco es de
17.6 m3/s (Tabla 7).
Tabla 7. Requerimiento total de aire mina Nechí.
Descripción
requerimiento
Equipos
d) Requerimiento de aire por Temperatura. Dependiendo
de los niveles de temperatura alcanzados al interior de
la mina se limita el tiempo de permanencia del
personal (ver tabla 5) y se utilizan diferentes tipos de
medición como temperatura húmeda, WBGT (Wet
Bulb Globe Temperature) y temperatura efectiva. En
el caso de Colombia se tiene:
Donde:
te
th
ts
v
6
Tabla 6. Rangos de velocidad según condiciones
ambientales.
(1)
C 
29
Adicionalmente dependiendo de la temperatura seca y
la humedad relativa se utilizan rangos de velocidad
que varían según la norma, En la tabla 6 se describe el
rango de velocidad especificado en la norma chilena.
= Caudal de aire (m3/s)
= Cantidad de explosivo (kg)
=Volumen de gases generado por explosivos
(m3/kg)
= Porcentaje de dilución de los gases en la
atmósfera
= tiempo de dilución de los gases (mín)
te  0.7th  0.3ts  v
28
Tiempo
permanencia (horas)
Sin limitación
te (°C)
(2)
N/A
Caudal
[m3/s]
0
Voladuras
41.5 kg *
11.5
5.1
Cantidad
Personal
102 personas**
Temperaturas
N/A
1
Total requerido
Total con Factor de
Fugas
N/A
17.6
50%***
26.4
* La mina usa Indugel Plus, se utiliza su equivalente a
dinamita.
** Se utiliza el turno de mayor personal y se suma el
personal flotante.
*** En minas de carbón se considera un factor de fuga
de 50% debido a pérdidas de aire por fugas.
= Temperatura efectiva (°C)
= temperature de bulbo húmedo (°C)
= temperatura de bulbo seco (°C)
= Velocidad del aire (m/s)
2.5 Modelación del Sistema
Después de la recopilación de datos se construye el modelo
en tres dimensiones (3D) para representar y simular el
sistema de ventilación de la mina. Esta información es
importada al software de simulación (Ventsim) donde se le
adicionan los parámetros físicos y geométricos como;
formas de túneles, tipo de roca, áreas, resistencias, factor
571
de fricción, factores de choque, etc. Este modelo es
verificado en campo, con un recorrido completo y
detallado al interior de la mina.
a)
puntos de medición al interior de la mina, se da
comúnmente en vías de ventilación principal, entradas
y salidas de aire, lugares de flujo desarrollado y zonas
críticas. La cantidad de puntos a medir en la mina
depende del tipo de análisis que se requiera. Si se
requiere una caracterización detallada del sistema o
por el contrario el seguimiento a alguna zona de
interés. Como regla básica se deben medir entradas y
salidas de aire, principalmente cuando se realizan
cambios al sistema como, ventiladores principales o
secundarios, bloqueos o nuevos túneles (Figura 3).
Planos de Referencia. Los planos de referencia pueden
ser extraídos de cualquier software de modelación o
planeamiento en una extensión neutra p.e. dxf. La
Figura 1 muestra un plano de referencia de la mina
Nechí creado usando el software AutoCad.
Figura 1. Planos de referencia de la mina Nechí para
construcción del modelo de simulación.
Figura 3. Proceso de medición y aforo al interior de la
mina.
b) Modelo 3D Ventsim. Al importar los modelos al
Ventsim, se implementarán las condiciones reales de
la mina, se podrá visualizar la mina en 3D y realizar
simulaciones en diferentes escenarios. La Figura 2
muestra una parte de la red de ventilación de la mina.
b) Resultados. La tabla 8 muestra un resumen de
resultados del aire total de ingreso y salida de la mina,
así como el estado de la zona más crítica de Nechí.
Tabla 8. Aforos mina Nechí. Entradas y salidas, zona
crítica N28_1070-M1. Estado inicial.
Figura 2. Modelo 3D en Ventsim de una zona de la mina.
2.6 Aforos
Q
(m3/s)
Ts
(°C)
Th
(°C)
N28_1070-M1
5.2
33.1
31
N26-M1
3.5
31.2
31
Bocamina- N0-M1
12
27.8
21.6
Descarga – Bocamina
clavada M2
14.1
28.7
28.7
Donde Q: Caudal, Ts: Temperatura de bulbo seco, Th:
Temperatura de bulbo húmedo.
Las mediciones de flujo de aire se realizan usando como
guía la norma: “ASHRAE 111; Practices for measurement,
testing, adjusting and balancing of building heating,
ventilation, Air-conditioning and refrigeration Systems”
usando el método de áreas iguales “Method of equal
areas”. Este método se basa principalmente en la
aproximación del área transversal del túnel a un rectángulo
para luego ser divido en áreas iguales y en su centro
realizar las mediciones de velocidad que posteriormente se
promediarán según las especificaciones de la norma.
a)
Ubicación
2.7 Ventiladores
a)
Puntos de Medición. La selección y ubicación de los
572
Inventario de Ventiladores. Los inventarios son hojas
de vida o fichas técnicas donde se especifican datos
técnicos, eléctricos y geométricos de cada ventilador.
Esta información es recolectada por las áreas de
mantenimiento y mina y posteriormente agrupada
según características comunes como diámetros,
potencias y revoluciones por minuto. Con estos datos
se puede realizar análisis de cambios de ventiladores,
capacidad requerida para la zona, análisis energético y
todo lo relacionado al comportamiento e influencia
sobre los sistemas de ventilación.
b) Curvas de Ventiladores. El ventilador es el corazón de
toda ventilación en una mina. La curva de un
ventilador es la representación de su rendimiento
medido como la capacidad de entregar un caudal bajo
condiciones de presión o resistencia dadas. Cabe
anotar que aunque las curvas tienen la misma
tendencia, cada ventilador tiene un comportamiento
único. El rendimiento de un ventilador depende de
factores como; ángulo de álabes, diseño aerodinámico
de las aspas, diámetro externo e interno, revoluciones
por minuto, potencia de motor y accesorios como
difusores o silenciadores.
En las minas, existe gran variedad de
ventiladores, en algunos casos construidos en mina,
otros clonados y algunos originales, de los que no
existe información completa. El requerimiento que
toda mina debe hacer al momento de cotizar y comprar
un ventilador es solicitar la curva al proveedor, con
todos los datos de funcionamiento; las condiciones a
las que va a operar y arreglos mecánicos del
ventilador.
Con el fin de tener toda la información necesaria
de los ventiladores existentes se implementó una etapa
de caracterización de ventiladores en campo. Este
proceso se describe a continuación. La concepción y
diseño de montaje para caracterizaciones se desarrolla
bajo la norma: ANSI/AMCA 2210 – 07 –
ANSI/ASHRAE 51 – 07 “Laboratory Methods of
Testing for Certified Aerodynamic Performance
Rating.”
muestra el montaje de un ventilador centrífugo en el
terreno para una prueba de caracterización.
Figura 5. Ficha de resultados y curva de caracterizaciones
de ventiladores
c)
Resultados. A partir de las caracterizaciones
experimentales para cada ventilador se generan fichas
técnicas de operación y curvas para la simulación
avanzada con manejo de puntos de operación de
ventiladores.
En el proceso de pruebas y caracterizaciones se pueden
observar ventiladores con características indeseadas
para el desarrollo eficiente en los sistemas de
ventilación, como:
•
Ventiladores de gran tamaño y poca capacidad.
•
Altos consumos de energía y baja eficiencia.
•
Calentamiento del aire cuando pasa por el
ventilador (hasta 4°C).
•
Entrega de flujo variable en las zonas a ventilar
•
Presión inestable.
•
Alto ruido.
•
Vibraciones.
2.8 Simulación del Sistema Actual
Figura 4. Montaje para caracterización de ventiladores.
De acuerdo a la configuración actual de la mina y a los
resultados de las mediciones se ajustan los modelos de
simulación para caracterizar la mina y finalizar su
diagnóstico. Una vez realizado este proceso se analiza el
sistema optimizado y se presentan los resultados de las
simulaciones para el nuevo sistema, con algunas
alternativas.
El procedimiento de caracterizaciones es el
siguiente: Programación del transporte de ventilador
de la mina a caracterizar, ensamble hermético en
montaje, instalación o regulación de la resistencia,
estabilización de punto de operación y mediciones.
Entre las propiedades medidas en cada punto de
ensayo, se resaltan las siguientes: condiciones
ambientales (temperaturas y humedad), mediciones
eléctricas (amperaje, voltaje, factor de potencia) y
mediciones de flujo (presión y velocidad). La Figura 4
a)
573
Condiciones de Simulación. El modelo debe ser
configurado con las condiciones ambientales que
afectan los resultados de la simulación, estas variables
son, altura sobre el nivel del mar, presión barométrica
y temperaturas ambientales. De la calidad de estas
variables depende en gran parte la precisión de los
resultados de la simulación.
b) Diagramas de Flujo. El aire limpio ingresa por la
bocamina principal (punto 1 en Figura 6) en el Nivel
0, dirigiéndose hacia los niveles más bajos (3, 4, 5),
para refrescar y evacuar el aire viciado de los tajos de
explotación y frentes en desarrollo, luego se
direcciona a los mantos 2 y 3 (7), para ser extraído por
la clavada principal de Manto 2 hacia la superficie (2).
Ver imagen para referenciación de puntos.
3
En esta etapa se adoptan estrategias fáciles de
implementar, que permitan alcanzar estándares requeridos
por la norma y que tengan un impacto positivo e inmediato
en los sistemas de ventilación. Estas estrategias se dividen
en 4 componentes principales: túneles, mangas,
ventiladores y equipos diesel, estos últimos no aplican en
el presente estudio. Se hace esta división para discriminar
el sistema y facilitar así la implementación de las mejoras.
3.1 Túneles
Áreas: Utilizar áreas de gran tamaño para minimizar las
pérdidas y la resistencia generada en el sistema mediante la
disminución de la velocidad en los túneles.
Rugosidades: Se debe mantener la uniformidad en la
excavación de los túneles. A mayor rugosidad mayores
pérdidas en el sistema y por ende en los ventiladores,
restándoles eficiencia y capacidad de flujo.
Labores antiguas y puertas: Se debe realizar un sello
totalmente hermético de las labores antiguas (muros de
concreto). El principal factor de desbalance en el sistema
son las fugas ocasionadas por labores antiguas o labores
mal selladas.
Control de humedad (aislamiento de pozos): En las
minas donde se presentan zonas con altas temperaturas, se
deben aislar todos los pozos o acumulaciones de agua. Una
de las alternativas es mediante el uso de mantas adiabáticas
para evitar la transferencia de masa por evaporación al aire
causando el consecuente incremento en la temperatura de
bulbo húmedo y afectando la temperatura efectiva.
Figura 6. Diagrama de flujo y ubicación de puntos de
medición, mina Nechí.
1. Bocamina N0-M1, 2. Bocamina Descarga M2, 3. N31M1, 4. N30-M1, 5. N28_1070-M1, 6. N26-M1, 7. N26M3, 8. Clavada M2, Donde; N: Nivel, M: Manto
c)
Implementación
Resultados Numéricos. Se presenta en la Figura 7 la
tabla de resumen que genera el Ventsim con los
resultados numéricos de la mina.
3.2 Mangas
Como elementos de la ventilación auxiliar, las mangas son
los principales mecanismos para el transporte de aire hacia
los frentes y labores en desarrollo. En el diámetro
seleccionado y en la calidad de la instalación radica una
operación eficiente del sistema de ventilación auxiliar.
Para mantenerlas en correcto estado, se deben minimizar
fugas y mejorar uniones entre tramos y derivaciones.
3.3 Ventiladores
Los ventiladores por su costo son uno de los principales
activos del sistema de ventilación, es importante
mantenerlos en buenas condiciones con el fin de garantizar
su vida útil. Adicionalmente tienen un impacto directo en
el consumo de energía de la mina, mantenerlos en el punto
de operación óptimo reduce proporcionalmente el consumo
de energía.
Se debe evitar la instalación de ventiladores en serie
separados entre mangas, ya que se genera una succión y el
correspondiente
bloqueo
de
los
ventiladores,
incrementando el ruido, el consumo de energía y las
posibilidades de disminuir su vida útil.
Se debe instalar el ventilador preferiblemente lejos de
curvas y en cámaras adecuadas para la succión (por lo
menos 5 diámetros).
Figura 7. Resumen de la red de simulación del software.
574
Se deben implementar casetas correctamente diseñadas
que disminuyan las pérdidas de choque en la succión, esto
se puede lograr mediante la instalación de codos para
succión en secundarios y principales.
Los difusores permiten el aumento de la presión
estática a costa de la disminución en la velocidad en la
descarga del ventilador, esto es benéfico para el sistema
porque ayuda a vencer las resistencias de la mina sin
necesidad de realizar grandes inversiones al sistema.
Con la adquisición de ventiladores de álabes variables o
variadores de frecuencia se puede garantizar el
cumplimiento de las necesidades de la mina en el tiempo.
Las anteriores estrategias se basan principalmente en la
experiencia de los autores en el desarrollo de este tipo de
proyectos.
4
(N28_1070-M1) Permitiendo el ingreso de aire fresco
a esa zona. La figura 8 presenta la ubicación de esta
chimenea.
Figura 8. Modelo 3D Ventsim, propuesta de rediseño,
construcción de chimenea.
Tabla 10. Aforos mina Nechí. Entradas y salidas, zona
crítica N28_1070-M1. Alternativa nueva chimenea.
Optimización
La etapa de optimización plantea alternativas de rediseño o
cambios a los sistemas de ventilación integrados con el
planeamiento minero, garantizando la puesta a punto,
cumplimiento de estándares normativos, análisis
energéticos y financieros. Se busca con esto maximizar la
cantidad de aire disponible minimizando el consumo de
energía de la mina.
Para el caso de la mina Nechí, se evaluaron alrededor
de 10 alternativas diferentes de redistribución de circuitos
que incluyeron entre otras: implementación de unidades de
refrigeración con condensadora y cortinas de agua. Con
base en criterios técnicos y financieros se seleccionaron 2
alternativas, una a mediano plazo que es el cambio de
dirección del circuito de ventilación y otra a largo plazo
que es la construcción de una chimenea en la zona más
caliente y alejada de la mina con el fin de ingresar aire
fresco.
a) Cambio de Dirección del Circuito Principal. Esta es
una alternativa viable para bajar la temperatura en
zonas críticas corriendo el riesgo de trasladar el
problema hacia otras zonas.
Q
(m3/s)
Ts
(°C)
Th
(°C)
N28_1070-M1
5.1
26.9
26.5
N26-M1
4.3
25.6
25
Q
(m3/s)
Ts
(°C)
Th
(°C)
N28_1070-M1
9.7
26
25.4
N26-M1
12.6
25.3
24.4
Bocamina- N0-M1
2.9
27.8
21.6
Descarga –
Bocamina clavada
14.4
28.7
28.7
M2
Donde Q: Caudal, Ts: Temperatura de bulbo seco, Th:
Temperatura de bulbo húmedo.
5
Seguimiento
Una vez puesto el sistema a punto, se requiere de
monitoreo continuo para garantizar los niveles de
seguridad especificados por la norma, cumplimiento de
estándares y efectividad de las acciones implementadas
durante el proceso de mejora. Para el caso de carbón la
norma específica mínimo un registro de gases por turno y
un control periódico de variables de flujo.
En la actualidad se están implementando sistemas de
monitoreo en tiempo real de las condiciones ambientales y
de operación de la mina, con la instalación de sensores,
equipos y redes al interior de las minas y centros de control
para respuestas inmediatas ante variaciones emergentes en
los sistemas y para llevar registros de mediciones en el
tiempo permitiendo el análisis de tendencias de la
ventilación y generación de soportes de seguridad.
Tabla 9. Aforos mina Nechí. Entradas y salidas, zona
crítica N28_1070-M1. Cambio de dirección circuito.
Ubicación
Ubicación
Bocamina- N0-M1
12
27.8
21.6
Descarga –
14.1
28.6
28.4
Bocamina clavada
M2
Donde Q: Caudal, Ts: Temperatura de bulbo seco, Th:
Temperatura de bulbo húmedo.
6
Discusión y Conclusiones
La ventilación de minas subterráneas se rige por normas y
estándares que especifican los requerimientos necesarios
de aire para asegurar la calidad y cantidad de aire al
interior de la mina. Se presentó en este trabajo un método
estructurado que permite implementar un procedimiento
b) Construcción de Chimenea. Se plantea el desarrollo de
una chimenea de aproximadamente 1.5 m de diámetro
desde superficie hasta la zona más caliente
575
para la puesta a punto y optimización de un sistema de
ventilación.
La utilización de herramientas avanzadas de simulación
como Ventsim permite la evaluación del sistema actual y la
simulación de múltiples alternativas de optimización de
manera virtual minimizando los errores, la complejidad, el
tiempo y los costos asociados con la implementación.
Adicionalmente la capacidad de visualización en 3D
permite vincular a diversas áreas de la mina en el proceso
de diseño y mejoramiento de la ventilación.
Las diferentes estrategias y beneficios del proyecto se
resumen a continuación:
1. Se estableció que la opción a largo plazo más viable
para suplir la necesidad de aire dentro de la mina y
disminuir los niveles de temperatura efectiva es la
construcción de una chimenea de ventilación en la
zona más alejada y de mayor proyección de la mina.
Con esta alternativa se obtienen incrementos de hasta
un 87% en el caudal y una disminución de hasta un
18% de temperatura de bulbo húmedo en la zona más
crítica de la mina (N28_1070-M1).
2. A mediano plazo, una solución consiste en revertir el
flujo a través del circuito principal. En esta alternativa
el caudal se conserva estable pero gracias al redireccionamiento del flujo, la temperatura del aire
disminuye hasta en un 14% en el N28_1070-M1.
3. En el corto plazo se implementó una estrategia para
mejorar la calidad y la hermeticidad de los sellos en
labores antiguas, puesto que representan un gran
porcentaje en las pérdidas de aire que pueden llegar
hasta un 50% del total que ingresa.
4. La disminución de la temperatura efectiva permitió la
reapertura de niveles que se encontraban clausurados
alcanzando incrementos en producción de alrededor
del 30% bajo condiciones óptimas de confort.
5. La obtención experimental de curvas características de
los ventiladores permitió lograr mejoras en diferentes
aspectos como:
a) Incorporar las curvas reales en la simulación
logrando un modelo más realista y eficiente de la
mina gracias a que se tiene un manejo avanzado
de curvas con ajuste automático por densidad y
punto de operación.
b) Descartar ventiladores existentes que eran
ineficientes y generaban más calor al interior de la
mina.
c) Gestionar una base de datos de ventiladores con
datos técnicos reales obtenidos de las pruebas de
caracterización.
6. La utilización de ventiladores de álabes con ángulo
variable brinda una flexibilidad en el manejo de la
demanda de aire y consumo energético de acuerdo a
los cambios en la operación de la mina.
7. Durante la implementación del método desarrollado
por MSO Industrial en las minas de Carbones del
Caribe se definieron las bases para la implementación
de un sistema de monitoreo en tiempo real, esto
incluye estaciones de medición, variables a monitorear
y tipo de sistema a implementar.
7
Agradecimientos
Los autores agradecen a las siguientes personas: Paula
Pineda ingeniera de proyectos mineros de MSO Industrial,
a los ingenieros Pablo Clavijo e Iván Correa, ingenieros de
Carbones del Caribe y al equipo de mantenimiento
eléctrico y mecánico de la mina Nechí por su apoyo en el
desarrollo del proyecto y durante los trabajos de campo.
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Referencias
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(McIntosh Engineering: Canada).
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