CONTROL AMBIENTAL Y CALIDAD DE AIRE EN MINERÍA SUBTERRÁNEA
Preparado por: Ing. Pedro Jara Palomino
INTRODUCCIÓN La minería tiene por objetivo extraer recursos minerales de la tierra. La minería subterránea, por su parte, abarca todas las actividades encaminadas a extraer materias primas depositadas debajo de la tierra y transportarlas hasta la superficie. La Calidad de aire interior (IAQ) se define como la naturaleza del aire que afecta la salud y el bienestar de las personas que se encuentran dentro de una instalación o habitación. Para el caso de minas subterráneas, el ser humano suele ser el más afectado por la interacción entre la actividad minera y el medio ambiente, por tanto debe darse prioridad a los aspectos relacionados con la seguridad y la salud de los mineros.
CICLO EN MINERÍA SUBTERRÁNEA El ciclo típico en minería subterránea es: perforación, voladura, acarreo y transporte fuera de la mina (rieles o ruedas).
En minas subterráneas se realizan galerías, piques, chimeneas, rampas, etc.
QUÉ COMPRENDE LA MINERÍA SUBTERRANEA La minería subterránea abarca todas las labores destinadas a explotar materias primas por medios técnicos. Además de la extracción y el transporte, comprende las actividades de prospección y exploración, la dotación de infraestructura, así como las medidas destinadas a garantizar la seguridad de los mineros.
POR QUÉ ES IMPORTANTE EL CONTROL DE LA CALIDAD DE AIRE La minería subterránea crea espacios bajo tierra en los cuales trabajan seres humanos. Las condiciones de trabajo incluyen la humedad ambiental, la temperatura del aire, la presencia de radiaciones nocivas o de gases explosivos, la presencia de agua, la formación de polvo y la emisión de ruido que dependen tanto del mineral como de la roca encajante, de la profundidad de la mina y del uso de maquinaria.
Las emanaciones de “Aire Usado” en las minas, son el producto normal de las operaciones mineras. Constituidas por la combinación de vapor, humo de explosivos, polvo, humo de vehículos diesel, gases propios de emanaciones rocosas naturales, reacciones químico-ambientales de los minerales presentes; que constantemente circulan por las labores de la mina y luego emanan a la superficie. El “Sistema de Ventilación”, está constituido por la presencia de “Aire Fresco” que ingresa a la mina por factores de presión y temperatura en el aspecto natural; y por influencia directa de la fuerza de ventiladores aspirantes o impelentes que introducen aire fresco al interior de las minas subterráneas a través de mangas.
Lo opuesto al “Aire Fresco”, viene a ser el “Aire Usado”; el que sale del interior de las labores mineras, a través de las “Galerías y / o Chimeneas de Ventilación” en forma natural o por la influencia de ventiladores. En el interior de las Minas Subterráneas, se deben considerar las Vías de Retorno de Aire Usado; Galerías de Mayor Circulación Vehicular; Frentes de Trabajo en Desarrollo; Tajeos de Explotación; Echaderos y Tolvas de Mineral; Chimeneas y Tolvas de Desmonte. La nubosidad, los humos de hidrocarburos y explosivos, polvo, presencia de gases y micropartículas contaminantes, son la causa fundamental de los altos grados de morbilidad y mortalidad, como consecuencia de las enfermedades neumoconióticas y cardiovasculares.
FACTORES QUE INFLUYEN EN EL CLIMA Y EN AIRE DE LA MINERÍA SUBTERRANEA Fuente de peligro
Causa
Peligro
Valores de referencia
Medidas preventivas
deficiencia de oxígeno (O2) --------19 %, como mínimo
desplazamiento fatiga, asfixia debido al enrarecimiento del aire (clima sofocante), grisú, respiración, lámparas de llama abierta, incendios de mina
ventilación
radiación
componentes radiactivos de la roca, sondas de medición
efectos nocivos de la radiación
restricción de las horas de trabajo con control dosimétrico
radón
emisiones gaseosas de la roca
efectos nocivos de la radiación
ventilación, restricción de las horas de trabajo
Fuente de peligro
Causa
Peligro
Medidas preventivas
Valores de referencia metano (CH4) --------explosivo en concentraciones de 5 - 14 %
emisiones gaseosas del carbón
explosión
extracción de gas, ventilación, instalación de dispositivos de seguridad en las máquinas para evitar explosiones de grisú
polvo de carbón
extracción y transporte del carbón
explosión
uso de técnicas de precipitación de polvo, prevención de explosiones de grisú
monóxido de carbono (CO) --------> 50 ppm
gases de escape, emisiones gaseosas en minas de carbón de piedra paradas
intoxicación
ventilación
dióxido de carbono (CO2) -------->1%
emisiones gaseosas en depósitos de sal, gases de escape, desprendimiento de gas de aguas termales
asfixia
ventilación
Fuente de peligro
Causa
Peligro
Valores de referencia
Medidas preventivas
sulfuro de hidrógeno (H2S) --------> 20 ppm
desprendimiento de gas en aguas de mina y termales
intoxicación
ventilación
óxidos de nitrógeno (NOx) vapores de voladura
voladuras
intoxicación
ventilación, restricción de voladuras a horas determinadas
gases de escape
motores de combustión interna
intoxicación
ventilación
gases de fuegos latentes, humo
incendios en galerías
intoxicación
apagado y contención del incendio, medidas preventivas
aerosoles de aceite
aparatos neumáticos
intoxicación
precipitación del aceite
calor
temperatura elevada de las rocas, calor emitido por motores
fatiga
ventilación, enfriamiento del aire
CONTAMINANTES PRESENTES EN EL AIRE DE MINA Los contaminantes presentes en minas subterráneas son: a. Gases contaminantes y explosivos b. Partículas (polvo) c. Ruido d. Radiación
GASES CONTAMINANTES Monóxido de Carbono (CO) Gas inodoro e incoloro, muy estable, posee una vida media en la atmósfera de 2 a 4 meses. Una concentración mayor a 750 ppm en el aire causa la muerte por la formación de carboxihemoglobina (COHb) en la sangre que impide la respiración celular. Su fuente principal es la quema incompleta de combustibles fósiles como el petróleo, carbón, gas, gasolina etc.
Dentro de los efectos que producen se encuentra: a. Afecta al transporte del oxígeno en el cuerpo humano b. Disminución de funciones neuroconductuales c. Menor peso en recién nacidos d. Retardo en el desarrollo post natal
Dióxido de Azufre (SO2)
Es un gas incoloro con olor picante que se disuelve en agua fácilmente, no es inflamable ni explosivo, produce una sensación gustatoria a concentraciones de 0,3 a 1,0 ppm. Una concentración mayor a 100 ppm produce la muerte. Dentro de los efectos que producen se encuentra: a. Afecta las vías respiratorias b. Altas concentraciones provocan bronquitis y bronco constricción. c. Aumento en morbilidad y mortalidad en personas de tercera edad d. Aumento de morbilidad en niños. e. Afecta principalmente a personas que sufren de asma o de enfermedades respiratorias agudas.
Óxidos de Nitrógeno (NOx) De estos los más importantes por su toxicidad son el NO (monóxido nítrico) y el NO2 (dióxido de nitrógeno). El NO2 es uno de los componentes del smog fotoquímico y la lluvia ácida
Dentro de los efectos que producen se encuentra: a. Inducción al edema pulmonar b. Aumenta susceptibilidad a infecciones c. Daño celular d. Irritación y pérdida de mucosas e. Exacerbación de asma
Ozono (O3) Considerado como contaminante secundario que a nivel troposférico se forma por la reacción del NO2 con COV (compuestos orgánicos volátiles) en presencia de luz solar. Principal componente del smog fotoquímico o niebla fotoquímica que causa efectos nocivos en seres humanos y plantas. a. Las altas concentraciones producen: b. Irritación de vías respiratorias superiores c. Dolor de cabeza y tórax d. Incremento de mucosidad e. Cierre de vías respiratorias f. Aumento en la incidencia de ataques asmáticos g. Languidez
Metano de Mina de Carbón (MMC)
Es el gas de metano liberado del carbón o de los estratos alrededor de la roca durante el proceso de minería de carbón. El metano es un gas aproximadamente 21 veces más contaminante que el dióxido de carbono por lo cual la reducción de emisiones de gases de MMC es la principal preocupación para el Organismo de Protección Ambiental (EPA). Toda minería de carbón (subterránea o de superficie) genera metano. Sin embargo, casi 75 % de las emisiones de gases de MMC en los EE.UU. provienen de minas de carbón subterráneas.
Metano de Mina de Carbón (MMC)
Los depósitos más profundos tienden a generar más metano y a conservar mayor cantidad del gas por períodos de tiempo más largos. Estas minas subterráneas usan sistemas de ventilación de mina para seguridad. Si una alta concentración de metano (generalmente, 5-15 %) es mezclada con el aire, se vuelve explosivo. Por lo tanto, la dilución del metano a través del uso de ventiladores que mezclan grandes volúmenes de aire con concentraciones sumamente bajas de metano (0.3 - 2 % ) ayudan a evitar situaciones potencialmente peligrosas. Estos sistemas de ventilación emiten en realidad cantidades importantes de metano en la atmósfera en concentraciones bajas.
PARTÍCULAS CONTAMINANTES Material Particulado (PTS, PM10, PM 2,5) Este contaminante engloba tanto partículas sólidas como líquidas. Aquellas cuyo diámetro aerodinámico es igual o menor a 100 micras se les conoce como PTS (partículas totales en suspensión), aquellas igual o menores a 10 micras se les conoce como PM10 (partículas menores a 10 micras) y las igual o menores a 2,5 m como PM2.5.
La peligrosidad del material partículado aumenta conforme disminuye el diámetro aerodinámico de la partícula, debido a su potencialidad de penetrar en las vías respiratorias inferiores.
FACTORES DE EMISION PARA OPERACIONES DE EXPLOTACIÓN DE MINAS Y FRAGMENTACIÓN OPERACIÓN
FACTOR DE EMISION PTS
UNIDAD
CONFIANZA
g/Ton
E
Lb./detonación
D
PM10
Perforación húmeda
0,4
0,04
Detonación (*)
961A0,8/D1,8M1,9 0,2 x PTS
Descarga de caja de camión
0,17
0,008
g/Ton
D
Descarga por cinta transportadora
0,17
0,05
g/Ton
E
Descarga de cuchara 29,0 de pala mecánica
n.d.
g/Ton
E
(*) A = Área detonada (pie2) / D=Profundidad de los Agujeros (pie) / M=Tenor de humedad (usualmente de 1 a 2%)
Factores que Determinan Ambiente Subterráneo
el
Grado
Peligrosidad
del
1. Tamaño de partícula: Cuanto más pequeña es más peligrosa. 2. Humedad relativa: Cuanto mayor es la humedad relativa en el ambiente de trabajo menor es la concentración de partículas. 3. Tiempo de exposición
4. El sistema de ventilación
Minerales que Producen Partículas Nocivas • Asbesto
• Berilio • Fluorita
• Minerales de níquel • Cuarzo • Mercurio • Cinabrio • Dióxido de titanio • Óxidos de manganeso • Compuestos de uranio y minerales de estaño.
• El polvo respirable con contenido en minerales de níquel y berilio • El hollín de los motores diesel son cancerígenos.
• Partículas ultrafinas de carbón, que pueden provocar explosiones.
Plomo El plomo es un mineral de características tóxicas que abunda en el medio ambiente.
1. Ataca al sistema nervioso central. 2. Produce retardo mental en recién nacidos y niños. 3. Produce insuficiencia renal y cardiaca. 4. Producen cáncer a los huesos. 5. Es acumulativo en órganos blandos.
Arsénico Al arsénico se le encuentra natural en la superficie de las rocas combinado con azufre o metales como Mn, Fe, Co, Ni, Ag o Sn. El principal mineral del arsénico es el FeAsS (arsenopirita). La exposición al Arsénico inorgánico puede causar efectos sobre la salud, como es irritación del sistema digestivo, disminución en la producción de glóbulos rojos y blancos, cambios en la piel, e irritación de los pulmones. Es sugerido que la toma de significantes cantidades de Arsénico inorgánico puede intensificar las posibilidades de desarrollar cáncer, especialmente las posibilidades de desarrollo de cáncer de piel, pulmón, hígado, linfa. El límite de exposición es de 0,01 mg/m3.
Asbestos La EPA y la Occupational Safety And Health Administration (OSHA) reconocen seis tipos de minerales asbestiformes: Crisolita, Actinolita, Tremolita, Antofilita, Crocidolita, Amosita.
Los asbestos producen 1. Inflamación pleural. 2. Aparición de mesoteliomas. 3. Fibrosis pulmonar (tumores no malignos). 4. Cáncer pulmonar.
Microfotografía de un material asbestiforme
Radón
Gas radiactivo incoloro, inodoro e insípido que se forma de manera natural en las rocas del suelo, especialmente en los granitos y esquistos. Puede penetrar desde el suelo y acumularse en el interior de los edificios poco ventilados, alcanzando concentraciones peligrosas. El radón proviene de la descomposición natural del uranio, un elemento que se encuentra en casi todos los tipos de suelo, en el agua y en muchos materiales de construcción. El radón puede causar cáncer de pulmón. Las partículas radiactivas que el radón emite al descomponerse pueden quedar atrapadas en los pulmones. A medida que continúan descomponiéndose en el interior de los pulmones, estas partículas despiden pequeñas explosiones de energía que pueden dañar los tejidos del pulmón y causar cáncer.
La Sílice Existen varios tipos de sílice. Por ejemplo, el cuarzo es una forma cristalina de sílice y es el mineral más común en la corteza terrestre. Cuando se astillan, martillan, perforan, trituran, cargan, transportan o descargan las rocas que contienen cuarzo, escapan al aire partículas pequeñas de sílice que pueden ser inhaladas por los trabajadores. Cuando los trabajadores inhalan sílice cristalina, los pulmones generan tejido de cicatriz alrededor de las partículas de sílice, lo cual provoca una enfermedad pulmonar llamada silicosis. Los pacientes de silicosis sufren de dificultad para respirar, fiebre y cianosis. Se diagnóstica incorrectamente a algunos pacientes con edema pulmonar, neumonía u otras enfermedades pulmonares.
Tipos de Silicosis Hay tres tipos de silicosis: 1. Silicosis crónica, que ocurre después de 10 años o más de exposición a concentraciones bajas de sílice cristalina. 2. Silicosis acelerada, que ocurre después de 5 a 10 años de exposición a concentraciones altas de sílice cristalina.
3. Silicosis aguda, que ocurre entre unas semanas y 5 años de exposición a concentraciones muy altas de sílice cristalina.
RUIDO EN EL AMBIENTE SUBTERRANÉO
El ruido en minas subterráneas está relacionado con las actividades operacionales como perforación o corte, disparo, soporte, carga de explosivo, transporte, extracción, ventilación, bombeo, chancado primario, etc. que registran altas presiones sonoras.
`PROPAGACIÓN DEL RUIDO EN EL AMBIENTE SUBTERRANÉO En aberturas subterráneas las propagaciones de las ondas del ruido se dividen en dos componentes: ondas directas y ondas reflejadas. En este proceso parte de las ondas son absorbidas por la superficie de las excavaciones (roca, revestimiento o soporte).
Reflectida
Directa
Fases de transmisión del sonido en el ambiente subterráneo (Howes, M. J., 1982)
CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN DE AIRE INTERIOR
1.
La estrategia de control más efectiva es controlar a los contaminantes en la fuente.
2.
La segunda opción más efectiva es una adecuada ventilación (natural o mecánica).
CONTROL DE CONTAMINANTES EN LA FUENTE
1. Realizar las perforaciones humedeciendo los materiales de mina. 2. Ducharse y cambiarse la ropa de trabajo por ropa limpia antes de salir del trabajo.
3. Evitar fumar, comer y beber en áreas cargadas de polvo. 4. Utilizar protección respiratoria.
CONTROL DEL POLVO EN PERFORACIONES DE ROCA Las técnicas de control del polvo (partículas) en las operaciones de perforación de rocas, son de dos tipos: 1. Técnicas por vía húmeda. 2. Técnicas por evacuación en seco.
VÍA HÚMEDA El método consiste en la introducción de agua a través de la barrena hueca, hasta el fondo del taladro que se está perforando, consiguiendo de esta forma la fijación del polvo a medida que se va produciendo y justo en el lugar de origen.
EVACUACIÓN EN SECO Cuando el análisis de las diferentes condiciones técnicas de una labor desaconseja la vía húmeda, como sistema de barrido y por consiguiente como sistema de control del polvo, se hace necesario el uso de equipos perforadores dotados de captadores de polvo que eliminen éste justo a la salida de la boca del taladro.
En su origen dichos captadores se limitaban a una simple campana abrazando la barrena, con un conducto flexible que alejaba unos metros el punto de emisión de polvo, aprovechando la velocidad de salida del aire por la boca del taladro .
Programa de Protección Respiratoria El empleador debe establecer un programa completo de protección respiratoria de acuerdo con normas de protección respiratoria que incluya: 1. Monitoreo periódico del aire 2. Capacitación de los trabajadores. 3. Selección de máscaras respiratorias. 4. Determinación médica de la habilidad del trabajador para desempeñar el trabajo mientras utiliza una máscara respiratoria. 5. Examen de idoneidad del respirador. 6. Mantenimiento, inspección, limpieza y almacenamiento de máscaras respiratorias.
VENTILACIÓN EN MINAS SUBTERRÁNEAS En muchas de nuestras minas la ventilación es poco eficiente, se realiza con simples mangas que llevan el aire al frente de trabajo y sale por la galería, sin tener en cuenta las características peligrosas de las partículas (polvo) que se generan en el interior de la mina. Hay partículas inertes como arenas, calizas, silicatos, carbón que, cuando están en el ambiente en cantidades limitadas, nuestro organismo se libera de ellos con los mecanismos naturales y sin haber sufrido mayor daño. Otros son siempre peligrosos, especialmente las que provienen de la explotación de minerales que se acompañan al cuarzo o sílice cristalino.
Condiciones que debe Cumplir una Ventilación adecuada 1. Flujo del aire En todas las labores subterráneas deberá mantenerse un flujo de aire limpio y fresco suficiente en relación con el número de personas y o las operaciones que se ejecuten en su interior. El volumen mínimo de aire necesario por persona, se encuentra entre 3 a 6 m3/min. al cual deben agregarse entre 3 y 6 m³/minuto por cada caballo de vapor de los motores diesel que operan en la mina (cuando la concentración de CO en el aire es de 0,06 a 0,12 %). 2. Ventilación Mecánica La velocidad promedio del aire en todo lugar de trabajo no será inferior a 0,25 m/s. Debe mantenerse una velocidad de por lo menos 0,1 m/s en espacios grandes y de 1,0 m/s en galerías con transporte de trole. La velocidad de aire en galerías destinadas a la circulación de personas no debe superar los 6,0 m/s.
SISTEMA DE VENTILACIÓN ASPIRANTE EN GALERÍAS SUBTERRÁNEAS
Consiste en la extracción del aire contaminado de polvo, humos y gases del frente, evitando su dispersión por toda la galería
SISTEMA DE VENTILACIÓN SOPLANTE EN GALERÍAS SUBTERRÁNEAS
Consiste en insuflar aire limpio que arrastra y diluye el polvo y otros posibles contaminantes
SISTEMA DE VENTILACIÓN MIXTO EN GALERÍAS SUBTERRÁNEAS
La ventilación mixta consigue un doble efecto, barriendo el frente con aire limpio y aspirando unos metros más atrás el aire procedente del frente. Se deberá cuidar la ubicación relativa de los puntos de toma de aire limpio, para evitar aspirar gases de retorno, solapándose los canales en una longitud mínima de 5 m. El canal auxiliar soplante no necesita ser mayor de 10 m., y deberá montarse preferentemente en el hastial opuesto al del canal aspirante
3. Acceso y salida de aire En toda mina subterránea las instalaciones y demás dispositivos de entrada y salida de aire deben ser absolutamente independientes. 4. Gases tóxicos Los gases tóxicos, especialmente el dióxido de carbono, el monóxido de carbono que se encuentren en el interior de las minas, no deberán exceder del 0,5% CO2 y O,1% CO. 5. Ventilación al reinicio de labores El reinicio de labores en minas que hubieran estado abandonadas deberá hacerse previa ventilación adecuada de las galerías.
5. Corrientes de aire viciado
Las corrientes de aire viciado deben ser cuidadosamente desviadas de las diferentes faenas y galerías de tránsito del personal. 6. Bolsas de gases En aquéllas minas en las que se constate la presencia de bolsas de gases, las galerías deberán disponer de equipos de detección de gases y atmósferas explosivas. En dichas áreas se utilizarán herramientas, lámparas, etc., antideflagrantes.
7. Ventilación auxiliar En labores que no posean sino una vía de acceso y tengan una longitud superior a sesenta metros será obligatorio el empleo de ventiladores auxiliares. Los ductos que se utilicen en ventilación auxiliar deberán construirse con material resistente.
8. División de la corriente de aire La corriente general de ventilación se dividirá interiormente en ramales a fin de permitir que todas las labores reciban una distribución proporcional de aire limpio y fresco.
9. Evaluaciones técnicas de ventilación Deberá efectuarse la evaluación técnica al inicio de la introducción del sistema de ventilación en la mina subterránea y cuando se efectúen cambios en el circuito, que afecten significativamente el esquema de ventilación.
OTRAS CONSIDERACIONES Cuando la concentración de dióxido de carbono (CO2) alcanza un nivel de 1,0 % se debe prohibir el acceso a mina. Cuando la concentración de óxidos de nitrógeno (NOx) es de 300 ppm, con 30 ppm de NO2, el período de exposición máxima debe ser de 5 minutos. Si la concentración es de 100 ppm NOx (con un máximo de 10 ppm de NO2), el tiempo máximo de exposición debe ser de 15 minutos por turno de trabajo. El contenido en oxígeno tiene que ser de por lo menos 19 %.
La concentración de ácido sulfhídrico (H2S) no debe ser superior a 20 ppm. La intensidad acústica de los aparatos de perforación no debe exceder los 106 dB (A) a una distancia de 1 metro.
GRACIAS POR SU PARTICIPACIÓN
