UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE GEOLOGÍA, GEOFÍSICA Y MINAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS
“EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN DE LA COMPAÑÍA MINERA SAN IGNACIO DE MOROCOCHA - MINA SAN VICENTE, APLICANDO EL SOFTWARE VENTSIM 3.9” TRABAJO DE INVESTIGACION PRESENTADO POR: ALVAREZ BEDREGAL ANTHONY ARANZAMENDI LA TORRE ANDRE CASTELO RADO LUIS FERNANDO DELGADO ALEMAN, ROBERTO GEANCARLO POLAR RAMIREZ BREIDY ABRAHAM
DOCENTE: ING. MANUEL FIGUEROA GALIANO
AREQUIPA - PERÚ 2012
RESUMEN El presente trabajo de investigación titulado: “EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN DE LA COMPAÑÍA MINERA SAN IGNACIO DE MOROCOCHA - MINA SAN VICENTE, APLICANDO EL SOFTWARE VENTSIM 3.9”, cuyo objetivo fue la evaluación del sistema de ventilación de la mina con los datos ingresados al software Ventsim 3.9. La evaluación y optimización van ligados en toda empresa minera de producción con el fin de mejorar las condiciones termo ambientales de sus trabajadores y reduciendo sus costos de operacionales. La toma de datos de las labores principales obtenidas de fuentes confiables, hacen referencia desde el nivel 1870 hasta el nivel 1140, con el levantamiento de las áreas y las velocidades del aire de la mina, teniendo un caudal de ingreso de aire limpio de 7382 m3/min (260577 CFM) y un caudal de aire viciado de 7750 m3/min. (273603 CFM), hasta aquí es la evaluación manual. Encontraremos el requerimiento de caudal de aire en nuestra mina considerando el requerimiento teórico que evalúa: Requerimiento de personal, Requerimiento de máquinas, y Requerimiento por gases de voladura. Para el ingreso de datos al software Ventsim 3.9., se hace uso de los planos en autocad y exportando los ejes de las labores en un archivo dxf. También ingresamos las curvas de operación de los ventiladores principales y auxiliares para poder determinar las pérdidas de presión de la mina. Las mejoras que se consiguieron con el uso de software Ventsim 3.9., es la distribución del caudal del aire a las zonas de trabajo y se determinó las zonas de acumulación.
INTRODUCCIÓN En el presente informe reiteramos la necesidad de toda mina de contar con un departamento de ventilación que evalué el sistema de ventilación de la mina, ya sea de forma manual o con el apoyo de softwares informáticos. El propósito de la Evaluación del sistema de Ventilación de la mina san Vicente es proporcionar al trabajador condiciones termo ambientales seguras para poder realizar un buen trabajo y evitar la lentitud de las operaciones mineras y la extracción de mineral y desmonte de la zona alta y baja a los echaderos de mineral (710) y desmonte (700), Se calcularon los requerimientos de caudal de aire del personal y de los equipos, cálculos de las curvas de ventilación, uso del software Ventsim 3.9., técnicas para el procesamiento del sistema de ventilación. Se desarrollaron las pruebas y resultados del proyecto, como la evaluación del sistema de ventilación, caudal de aire requerido, requerimientos de aire limpio versus caudal de aire limpio, cálculos de curva de ventiladores con el software Ventsim 3.9. Se planteó una solución al problema de requerimientos de caudales iniciales en nuestro proyecto
CAPITULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La evaluación y optimización es la base primordial de toda empresa de producción, con la finalidad de generar un crecimiento y desarrollo ordenado reduciendo sus costos de operación, por lo tanto el proceso de optimizar constituye una parte normal de sus operaciones diarias y no en una actividad separada. El sistema de ventilación es importante y necesario para mantener la velocidad de extracción de mineral y al mismo tiempo mantener la salud y satisfacción de los trabajadores a permanecer en los lugares confinados, dándoles vida y continuidad de las operaciones mineras. La ventilación en la mina San Vicente presenta ciertas deficiencias en el ingreso de aire limpio de algunas labores en la profundización, generando colchones de aire viciado, lo cual dificulta el performance de las operaciones y el confort de los trabajadores. Un sistema de ventilación es importante porque es capaz de reducir la contaminación del aire de mina a niveles permisibles y dar un ambiente saludable a los trabajadores a un bajo costo por tonelada extraída. La evaluación del sistema de ventilación de la mina San Vicente, con el uso del software Ventsim 3.9 se realizó con la finalidad de determinar cómo se comporta el circuito de ventilación de la mina, determinar los caudales de aire limpio (ingreso), aire viciado (salida), la cantidad necesaria de aire para el personal y los equipos que laboran en los diferentes tajeos y galerías.
1.2. ANTECEDENTES TEÓRICOS DEL PROBLEMA YANEZ GARIN, EXEQUIEL. (1993). Ventilación de Minas. Establece que los problemas de ventilación ya estaban siendo abordados antes del siglo XVI, se empleaban sistemas bastante ingeniosos para ventilar las minas; se aprovechaba la ventilación natural, producida por la diferencia de nivel y cambios de temperatura posteriormente aprovechaban las caídas de agua en los piques para introducir el aire y el fuego para levantarlo; deflectores montados en piques cogían el viento y lo desviaban hacia el interior de la mina. En la segunda mitad del siglo XIX se comenzaron a desarrollar los ventiladores mecánicos. Estos ventiladores primitivos eran exclusivamente del tipo centrífugo, de grandes diámetros y de velocidad reducidas, movidos por molinos de viento o rueda hidráulica. Después de la Segunda Guerra Mundial y debido al rápido avance de la aviación y el consiguiente progreso de la ciencia aerodinámica, comenzaron a desarrollarse los ventiladores de flujo axial. En la actualidad los dos tipos de ventiladores han sido mejorados sustancialmente. No obstante, los avances obtenidos en la tecnología de fabricación de ventiladores, en la actualidad existen muchas minas en producción que se ventilan usando los medios primitivos antes nombrados. En ellas existe la posibilidad que no se controle adecuadamente la atmósfera de la mina, presentando un ambiente contaminado para los trabajadores. Por otra parte, también podemos encontrar minas donde, existiendo un buen ingreso y salida de aire, forzada por medio de ventiladores, en su interior el aire no es distribuido adecuadamente, perdiéndose la energía consumida, la posibilidad de mantener buenas condiciones ambientales, necesarias para la protección de quienes trabajan en ellas y también de los equipos que se
utilizan. La causa normal de este despilfarro se debe a una inadecuada distribución del aire limpio dentro de la mina o a una regulación de los circuitos mal efectuados. No se tiene mayores antecedentes de estudio que la toma de los puntos de muestreo de los caudales del circuito de ventilación. Se ha desarrollado estudios para la profundización de las operaciones en los niveles inferiores con la aplicación del software Vnet Pc 95, como proyectos tentativos.
1.3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.3.1. PROBLEMA GENERAL ¿Porque es necesario realizar una evaluación del sistema de ventilación de la mina San Vicente y para que nos sirven los resultados obtenidos de una evaluación?
1.3.2. PROBLEMAS ESPECÍFICOS 1.3.2.1. ¿Cómo analizar el requerimiento del caudal de aire limpio y viciado en interior mina?
1.3.2.2. ¿Cómo analizar la distribución racional de aire limpio en la mina San Vicente?
1.3.2.3. ¿Cómo proponer un método de evaluación del sistema de ventilación?
1.4. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 1.4.1. OBJETIVO GENERAL 1.4.1.1. Analizar la red de ventilación en la mina San Vicente
1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1.4.2.1. Analizar los requerimientos de caudal de aire limpio y viciado en interior mina. 1.4.2.2. Analizar la distribución racional de aire limpio en la mina San Vicente.
1.4.2.3. Calcular nuevas curvas de ventiladores que se ajusten a las necesidades de interior mina
1.5. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN La ventilación de una mina tiene el mismo propósito que el del torrente sanguíneo de una persona. El torrente sanguíneo transporta oxígeno a todas las partes del cuerpo y remueve productos de desecho y regula la temperatura del cuerpo. La ventilación de una mina es el proceso continuo de proveer aire fresco y un ambiente laboral seguro y confortable para todas las áreas de la mina en donde haya personal y equipos que puede ser requerido para trabajar. Hay cuatro razones principales por las que se debe de proveer ventilación en las labores de la mina: Proveer oxígeno para propósitos de respiración.
De acuerdo a la reglamentación vigente del Perú, basado en la ley general de minería y el Reglamento de seguridad y Salud ocupacional DS-055-EM, establece: Artículo 236º.- El titular minero dotará de aire limpio a las labores de trabajo de acuerdo a las necesidades del trabajador, de los equipos y para evacuar los gases, humos y polvo suspendido que pudieran afectar la salud del trabajador. El sistema de ventilación de la mina San Vicente presenta ciertas deficiencias en el abastecimiento de aire fresco en los frentes de operación de la zona baja, dificultando el normal desarrollo de las operaciones mineras, razón por la que la evaluación del sistema de ventilación con el uso del software Ventsim 3.9 se justifica plenamente.
1.6. LIMITACIONES DEL ESTUDIO Las limitaciones que se tuvieron en la ejecución del presente trabajo de investigación fueron: a) La utilización de equipos de muestreo para la toma de datos b) Limitados trabajos de investigación sobre el tema de estudio.
1.7. FORMULACION DE HIPOTESIS 1.7.1. HIPÓTESIS GENERAL La evaluación del sistema de ventilación con el uso del software Ventsim 3.9, nos permitió calcular los caudales y resistencias de todas las labores mineras, evaluación de los ventiladores y sus curvas de eficiencia; con el método manual solo se calculaba las áreas y caudales de las labores mineras. El sistema de ventilación de la mina San Vicente presenta deficiencias en la distribución de caudales de aire limpio.
1.7.2. HIPOTESIS ESPECÍFICAS 1.7.2.1. El suministro de aire limpio en interior mina es deficiente de acuerdo al caudal requerido para el personal y los equipos. 1.7.2.2. La distribución de aire limpio en la zona baja, presenta serias deficiencias para el normal desarrollo de las operaciones mineras. 1.7.2.3. La metodología de evaluación del sistema de ventilación en la mina san Vicente con el software Ventsim 3.9, permite una distribución racional de caudales y facilita las operaciones mineras.
1.8 VARIABLES E INDICADORES 1.8.1. VARIABLES INDEPENDIENTES Dimensión de las labores mineras Temperatura Humedad Densidad del aire
1.8.2. VARIABLES DEPENDIENTES Velocidad del aire. Rugosidad de la labor Personal. Equipos LHD.
CAPITULO II MARCO TEÓRICO 2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN San Vicente es un yacimiento de tipo Missisippi Valley, el cual pertenece a un yacimiento de tipo hidrotermal, el cual tiene como característica principal ser rica en zinc y plomo, los minerales más abundantes son la esfalerita rubia (tipo cebra característica del yacimiento) y la galena; las cuales están rodeadas por calizas y dolomitas propias del yacimiento. En la mina San Vicente, se llevó el control del Sistema de ventilación con la toma de puntos de muestreo y se lleva un control de los ventiladores principales y secundarios, se han realizado estudios y simulaciones con el software VnetPc 95, el ingreso de datos requiere considerar la longitud de los ramales de los planos topográficos, se realiza corridas periódicas Muchos expertos en ventilación de minas afirman que un sistema de ventilación indudablemente es de un elevado costo, de modo que su instalación requiere un análisis de los beneficios que este reporta durante el ciclo de operación. Otras razones para el dimensionamiento de un sistema de ventilación son: Los costos muy altos por concepto de explosivo. La ubicación topográfica desfavorable y clima frígido donde se requiere avances en el desarrollo. El rendimiento del personal es muy bajo cuando las condiciones son extremadamente desfavorables.
No se ha encontrado en nuestro medio, investigaciones relacionadas al tema del presente estudio.
2.2. MARCO TEÓRICO DE LA INVESTIGACIÓN 2.2.1. LEYES DE KIRCHHOFT Gustav Robert Kirchhoff (1824 – 1887) Las leyes de Kirchhoff aplicadas originalmente en circuitos eléctricos, también puede aplicarse en los circuitos de ventilación de minas, donde los caudales de aire y caídas de presión son análogos a la corriente y voltaje respectivamente.
2.2.2. PRIMERA LEY DE KIRCHHOFF (LEY DE CONTINUIDAD) La primera ley de Kirchhoff para redes de ventilación en minas establece que la suma algebraica de todo flujo de aire en cualquier unión o nodo es cero. Esto se refiere a que la suma de todas las cantidades de aire que fluyen hacia una unión debe ser igual a la suma de todas las cantidades de aire que salen del nodo.
FIGURA 2.1Primera ley de Kirchhoff
2.2.3. SEGUNDA LEY DE KIRCHHOFF (LEY DE CIRCULACIÓN) La segunda ley de Kirchhoff, en forma análoga establece que la suma algebraica de las caídas de presión de todos los ramales integrantes de una malla es cero. En el caso específico de ventilación minera, es normal que existan de por medio presiones de ventiladores (Pf) ubicados en alguna malla, así como presiones por ventilación natural (pvn), los cuales hay que tener en cuenta estos factores.
FIGURA 2.2: Segunda ley de Kirchhoff
2.2.4. METODO DE HARDY CROSS La técnica que ha encontrado la más amplia difusión es el método desarrollado por Hardy Cross. Esta técnica iterativa considera un flujo de aire Q que pasa a través de un conducto de resistencia R, en el cual se cumple la relación.
Para determinar el valor verdadero del flujo Q, el valor Qa inicial es estimado tal que:
Donde delta Q es el error existente en el Qa asumido. El problema ahora es encontrar el valor delta Q a ser aplicado al valor asumido de Qa. Sí consideramos la representación real de los conductos de aire en una mina, esto no se encuentran aislados, sino integrados a una red de conductos, cuya magnitud también depende de la extensión de la red.
2.2.5. CIRCUITOS DE VENTILACIÓN En ventilación de minas hay dos tipos de combinación de galerías por donde fluye el flujo de los sistemas de ventilación; y son flujos en serie a través de galerías en línea y flujos en paralelo a través de galerías en bifurcaciones hacia paralelo y ambas se acoplan una después de la anterior formando una red, la cual tiene que ser calculada en volúmenes y resistencias para conocer
la resistencia o estática total de la red y sus volúmenes y poder pedir el ventilador adecuado. Es decir esta red está formada por circuitos en serie y circuitos en paralelo existiendo la necesidad de convertir los circuitos en paralelo en circuitos en serie para tener un solo circuito en línea que nos dé un valor de la resistencia que vencer.
2.2.6. CIRCUITOS EN SERIE Este circuito tiene las siguientes relaciones: El volumen total de aire es el mismo a través de todo el circuito desde que ingresa el aire a la mina hasta que sale de ella es decir:
La resistencia total es igual a la suma de las pérdidas o resistencias de cada una de las galerías por donde viaja el flujo, esto es:
La relación que hay entre (PT) y el volumen Qt del flujo que viaja es igual
Pero como todos los volúmenes son iguales podemos escribir que:
En circuitos en serie los requerimientos de fuerza o energía eléctrica son altos, para un determinado volumen, porque los HP para trasladar el peso del aire son acumulativos. En un circuito en serie dentro de una mina de vetas verticales el circuito en sería el siguiente:
FIGURA 2.3: Circuito en serie con puertas que regulan el aire conforme a sus necesidades. Y su esquema lineal para cálculo de cada una de las PL o resistencia es la siguiente:
Que calculados y analizados nos dice cuál es el tramo más resistente en mina que debemos inspeccionar para mejorarlo y ver el modo de reducir esta resistencia.
FIGURA 2.4: Circuito en serie
2.2.7. CIRCUITOS EN PARALELO Es cuando el flujo o volumen total de aire es distribuido o dividido en varias galerías. En la ventilación de minas cuando se está haciendo un circuito en paralelo se dice que se está haciendo un splitting y cada ramal del circuito en paralelo se llama split y este circuito paralelo tiene las siguientes relaciones: Cuando el flujo pasa por galerías en paralelo, o galerías que se bifurcan el volumen total es la suma de los volúmenes que pasa por cada ramal:
La pérdida de resistencia es la misma a través de cualquier ramal o galería:
Pero sabiendo que P = RQ2, podemos decir que la P podemos hallarla conociendo la R y el Q sin necesidad de usar la fórmula de resistencia y de lo anterior podemos decir también que:
Nos dice que cada R o resistividad involucra a las características de cada galería o conductos de los cuales queremos conocer sus resistencias, con datos obtenidos en el mapeo de campo que nos permiten calcular las resistencias de estos conductos. Si la estática es la misma o constante
que es una de las relaciones que indica que conocidas las características o resistividad de las galerías R1yR el volumen Q que queremos distribuir, podemos hallar el volumen que pasará por Q1.
Esta igualdad da solución a muchos problemas de ventilación minería con solo conocer las características de cada ramal. Y el valor de R lo obtenemos de la fórmula:
ecuación, en la que tenemos todos los datos que hemos obtenido en el mapeo de mina y que ahora nos sirven para hallar las resistencias por cálculos y poder distribuir el volumen principal por diferentes ramales conforme exigen las operaciones En mina un circuito en paralelo es del siguiente modo:
FIGURA 2.5: Circuito en paralelo Y su esquema para calcular el circuito es el siguiente:
Para el cálculo de las resistencias inicie por determinar la resistencia equivalente de ceh y de cfgh, esta resistencia equivalente hay que calcular con la resistencia d para tener otra resistencia equivalente la que se sumará a la resistencia de a é i para tener la resistencia total desde el punto 1 al punto 2 y poder pedir el ventilador adecuado. El costo de la fuerza eléctrica en HP se reduce fuertemente para una determinada cantidad de aire cuando se establece circuitos en paralelo. Cada tajo debe ser un ramal de un circuito en paralelo para lograr frescura y aire no tan contaminado pero de modo controlado, en la cantidad que requiere este a la velocidad mínima de transporte. Muchos tajos no tienen la velocidad mínima que todo supervisor debe exigir.
2.2.8. LEY BASICA DE LA VENTILACION DE MINAS Las leyes del estado del flujo de aire indican que por una cantidad de aire que circule entre dos puntos, debe de existir una diferencia de presión entre estos puntos. La relación entre la diferencia de presión (P) y la cantidad de flujo de aire (Q). Si no existe una diferencia de presión no existe una cantidad de flujo, es decir si P = 0, Q = 0. Mientras mayor sea P, mayor será Q. En el caso de aquel aire de mina que circula subterráneamente en donde el patrón del flujo es turbulento (es decir, como un río que fluye en los rápidos), la relación entre las dos cantidades puede expresarse en la ley cuadrática:
El termino R de la ecuación se denomina como la resistencia del conducto de ventilación o del ducto al cual se aplica. Si es necesario duplicar el volumen del aire que circula a través del ducto o del conducto de ventilación, la presión requerida no es el doble de la presión original sino el cuádruple, es decir
x la
presión original. Similarmente para triplicar la cantidad requerida, se debe aumentar nueve veces la presión original, es decir
x la presión original.
2.2.9. ECUACIÓN DE ENERGÍA TOTAL En cualquier sección de un ducto, la energía total está representada por la suma de los siguientes tres componentes: una energía estática, una energía de velocidad (dinámica) y una energía potencial, cuando se considera un fluido en movimiento entre dos secciones, además de las tres clases de energía tiene relevante importancia una cuarta clase de energía: la energía mecánica. Luego, para dos puntos de un ducto (1 y 2) la ecuación de la energía total está dada por:
Sustituyendo las expresiones anteriores por las diferentes clases de energía se tiene: La Ecuación de Bernoulli
Por lo tanto la ecuación anterior puede ser representada:
En términos de presiones:
FIGURA 2.6: Flujo de fluidos a través de un ducto
2.2.10. ECUACIÓN MODIFICADA DE ENERGÍA Utilizando las ecuaciones anteriores, los cálculos se hacen complicados principalmente debido a las dificultades en determinar Pp, que son las elevaciones de los diferentes lugares de trabajo. Estas dificultades pueden ser superadas si los cálculos se efectúan utilizando un procedimiento estándar donde el término de elevación es omitido. Sin embargo esta omisión implica modificar la ecuación general de energía. Se debe enfatizar que para cada 70 pies de desnivel entre dos puntos, la presión potencial aumenta en 1” H2O, empero la presión estática disminuye en una magnitud equivalente, habiendo en muchos casos compensación de presiones. Un procedimiento común para superar estas dificultades consiste en utilizar presiones manométricas en lugar de las presiones absolutas, luego la ecuación modificada de energía aplicada en ventilación de minas está dada por:
2.2.11. PERDIDAS DE PRESIÓN La energía suministrada a un fluido en movimiento, por medios naturales y mecánicos, es suministrada íntegramente para vencer las pérdidas de presión Pp. En el flujo de fluidos por ductos se distinguen dos clases de pérdidas: Pf = Pérdidas debido a la fricción. Px = Pérdidas debido al choque Y están relacionadas en la siguiente ecuación:
Pf, representa la pérdida de energía debido al paso del aire por ductos de sección uniforme y Px, representa la pérdida de energía por cambios de dirección en la corriente del aire, cambios en la sección del ducto, admisiones, descargas finalmente debidas a uniones y acoples de un sistema de ventilación. Las pérdidas anteriores causan la disminución de la presión estática (Ps) y en muchos casos, especialmente la Px, la transformación de la presión de velocidad (Pv) a presión estática (Ps) o viceversa.
2.2.12. PRESIONES DE UNA MINA Para determinar la magnitud de la presión artificial es necesario sumar algebraicamente las presiones componentes de los elementos de un circuito y balancear las mismas para todos los circuitos de una red de ventilación.
Esta presión se denomina generalmente presión total de la mina y se representa:
2.2.12.1. PRESIÓN ESTÁTICA La presión estática es la presión ejercida por el aire en las paredes del ducto, la cual tiende a forzarlas a expandirse. Es la cantidad total de energía necesaria para vencer las pérdidas de presión de un ducto:
2.2.12.2. PRESIÓN DE VELOCIDAD La presión de velocidad se define como la presión resultante del movimiento del aire. Mientras más rápido se mueve el aire, o mientras mayor sea la velocidad del aire, mayor será la presión de la velocidad del aire y viceversa. Es la cantidad de energía necesaria para vencer las pérdidas por cambio en el diámetro del ducto expresada en términos de velocidad del aire en la descarga:
2.2.12.3. PÉRDIDA DE PRESIÓN POR FRICCIÓN En ventilación de minas la pérdida de presión por fricción representa del 70 % al 90 % de la presión total de la mina, consiguientemente será muy útil determinar con la suficiente precisión utilizando los coeficientes apropiados.
FIGURA 2.7: Gradiente de presiones
2.2.13. FORMULA DE ATKINSON El valor de la resistencia (R) depende de ciertas características del conducto de ventilación o del ducto; por ejemplo, si uno de los conductos de aire cuenta con un área pequeña y otra grande y todos los factores son constantes, el aire circula con mayor facilidad a través del segundo conducto de ventilación. En otras palabras, mientras el conducto de ventilación sea de mayor tamaño, más baja será la resistencia (R) del conducto. Si en un conducto el aire debe friccionar contra un área o superficie de mayor tamaño, la resistencia será mayor en el conducto con la “superficie de
fricción” de mayor tamaño. La superficie de fricción se calcula multiplicando la circunferencia por la longitud. Finalmente, si las paredes de un conducto son lisas y las de otro son ásperas y el resto de los factores son iguales, la resistencia del conducto liso será menor que la del conducto áspero, es decir, el “factor de fricción” depende de la naturaleza de la superficie del conducto de ventilación. La Fórmula de Atkinson considera estos factores y expresa:
Cualquiera de las ecuaciones es correcta puesto que 𝑄=𝑉∗𝐴
El término (𝑤/1,2) está incluido en la formula Atkinson para expresar que los requisitos de presión dependen de la densidad del aire. Obviamente, se requerirá de mayor presión para hacer circular aire más pesado (de mayor densidad) a través del sistema. De hecho, los requisitos de presión son directamente proporcionales con la densidad del aire (p α w). 2.2.14. FACTOR DE FRICCIÓN Los valores de K son determinados por las mediciones en diferentes galerías, tipos de rocas y sinuosidades y es un tanto laborioso obtenerlo en las galerías, por lo que obtenemos de una tabla elaborada, la cual hay que corregir por la densidad del aire de la mina para obtener el K corregido a nivel de mina esto es:
2.2.15. PERDIDA POR CHOQUE Las pérdidas por choques son de origen local, producidas por turbulencias, remolinos, frenadas del aire al enfrentar diversos accidentes dentro del circuito. Los accidentes son cambios de dirección, entradas, contracciones, etc. También dependen de la velocidad y del peso específico del aire.
TABLA 2.1: FACTOR DE FRICCIÓN (K) PARA LABORES MINERAS
TABLA 2.2: LONGITUDES EQUIVALENTES
2.3. MARCO CONCEPTUAL 2.3.1. ASPECTOS GENERALES 2.3.1.1. UBICACIÓN La mina San Vicente, está ubicada en el Distrito de Vitoc, Provincia de Chanchamayo, Departamento de Junín a 17 km. al sur de la ciudad de San Ramón y a una altura de 1 400 a 2000 metros sobre el nivel del mar, sus coordenadas geográficas son: 11º 13´ 45” Latitud Sur 75º 23´ 00” Longitud Oeste
2.3.1.2. ACCESIBILIDAD El acceso es por la carretera central de penetración Lima - La Oroya – Tarma – San Ramón, en el kilómetro 293 (antes de San Ramón) se sigue un desvío hacia el sur. En resumen se tiene: Lima – La Oroya 188 km. La Oroya – San Ramón 105 km. San ramón – San Vicente 17 km. TOTAL 310 km
2.3.1.3. CLIMA Y VEGETACIÓN La afluencia de los vientos cálidos húmedos procedentes del Océano Atlántico, favorece la ocurrencia de lluvias que sobrepasan en algunos casos los 2000 mm3. de precipitación anual. El clima predominante de la zona es el característico de la Selva Alta, es decir, semi cálido – muy húmedo con temperaturas medias alrededor de los 22 ºC; registrándose valores más altos en el fondo del valle (río Tulumayo) con respecto a la zona de ubicación de la Central Hidroeléctrica de Monobamba y la central térmica San Vicente, sin que ello signifique diferencias considerables en las características climáticas Temperatura promedio mínima: 23.67 ºC
Temperatura promedio máxima: 31.68 ºC Precipitación anual: 2000 mm3.
PLANO 01. UBICACIÓN DE MINA SAN VICENTE
Precipitación máxima diaria: 111 mm3. Humedad relativa mínima: 80% Humedad relativa máxima: 100 % (lluvia) Se observa una vegetación tupida perennifolia verde intrincada por lianas, con sectores deforestadas, que a pesar del desarrollo de ciertas gramíneas denominadas “Purma”, se originan deslizamientos en forma de huaycos. Las comunidades vegetales que se desarrollan, constan de 3 estratos:
A. ESTRATOS HERBÁCEO Las hierbas son anuales o perennes, erguidas, volubles y trepadoras o rastreras. Este estrato adquiere importancia en los campos abiertos donde la iluminación solar es intensa. La alta temperatura favorece la proliferación
de
algunos
pastos
como
el
“Torurco”
(pasmalumconjugatum). Numerosas especies de este estrato son epifitos como bromelíaceas, orquídeas, piperáceas.
B. ESTRATO ARBÚSTICO Las comunidades arbustivas forman poblaciones muy densas en las riberas de los ríos Tulumayo, Monobamba y Puntayacu.También ocupan los pocos claros que se ven en el bosque.
C. ESTRATO ARBORACEO Son arboles perennifolios que se encuentran dispersos, la mayor parte son de porte mediano. Dentro de las áreas agrícolas que se presentan a lo largo del río Tulumayo se puede observar: Frutales: Cítricos, papayas, platanales Cultivos: Yuca, café
2.3.1.4. RECURSOS La mano de obra calificada lo constituye los profesionales de las diferentes universidades del Perú y la mano de obra no calificada son del personal aledaño a la mina y de la región. La energía eléctrica es suministrada a través de la interconexión con electrocentro y la hidroeléctrica de Monobamba (Tingo).
2.3.1.5. TOPOGRAFÍA Y FISIOGRAFÍA San Vicente se encuentras ubicado en el flanco oriental de la Cordillera Central, en la llamada Ceja de Selva o Selva Alta. El ámbito geográfico que comprende el área de estudio presenta unidades geomorfológicas variadas, debido principalmente a la interacción de los diferentes procesos orogénicos y epirogénicos ocurridos en épocas pasadas, pudiendo identificarse en su actual configuración, cinco grandes paisajes montañosos y glacial en la cabecera de la cuenca del río Tulumayo, colinoso y agreste en las partes intermedias de la cuenca y terrazas
aluviales en las partes bajas de cursos torrentosos en los afluentes del Tulumayo, cubiertos todos por una densa vegetación selvática. El área de estudio esta denominada por la cuenca del río Tulumayo, que al confluir con el río Tarma forman el río Chanchamayo a la altura del distrito de San Ramón. El río Tulumayo recibe en su recorrido los siguientes principales afluentes: el río Monobamba en la localidad de Tingo en su margen izquierda, el río Utcuyacu en su margen izquierda a unos 5 km. de Tingo, el río Aynamayo que al confluir con el río Puntayacu desembocan en la margen izquierda del río Tulumayo cerca de la localidad de Vitoc. La morfología agreste que domina esta zona está entre los 800 y los 3800 msnm en promedio, estando ubicadas la planta concentradora y las centrales eléctricas a una altura promedio de 1400 msnm, toda esta zona está cubierta de bosques densos y siempre verdes, que ofrecen una interesante zonación y constituyen la bioregión de la Selva Alta; su límite superior son los pajonales de la puna y del páramo y el inferior el bosque de la Selva Baja.
2.3.1.6. FLORA En el área de estudio se encuentran dos formaciones naturales boscosas, primarias y secundarias. El bosque primario localizado en las montañas y plataforma de moldeado suave de terrenos empinados, está conformado por especies de árboles dicotiledóneos con escasa a nula intervención antrópica, los árboles son grandes formando en su extremo superior
una superficie aplanada. La vegetación herbácea que vive en la sombra del bosque comprende elementos de tamaño variable: helechos, (Selaginellasp), (Cyclanthus), aráceas, comelináceas, escitáceas, peperomias, begonias, acantáceas, etc. El bosque secundario se encuentra en terrenos llanos expuestos a inundaciones y colinas y terrazas del área en estudio, los bosques suelen ser sustituidos por formaciones denominadas purmas y/o matorrales. La vegetación consta de árboles diversos y una vegetación mucho más baja, muy espesa, compuesta de escitamíneas, caña brava (Gyneriumsagittattum), arbustos, y subarbustos, erguidos y de ramas largas (Piperssp, Sanchizae oblonga, etc.) y plantas trepadoras de tallo delgado, herbáceas y algo leñosas (Mucurarostrata, Ipomaea y Gurania).
2.3.1.7. BREVE RESEÑA HISTÓRICA Datos históricos indican que ya en 1920 se tenían indicios de mineralización de plomo en San Vicente. Se cuenta que los cazadores locales recogían dicho mineral de los cantos de las riberas del río Puntayacu, que utilizaban para la caza y pesca. Este descubrimiento fue facilitado sin lugar a dudas por la acción erosiva del río Puntayacu y Ayala que expusieron las cajas mineralizadas a ambos lados de las quebradas mencionadas y depositaron cantos mineralizados en su cauce, la quebrada Puntayacu discurre de oeste a este formando una quebrada
escarpada y profunda entre cerros empinados cubiertos por la vegetación. En 1955 el señor José Cárpena presentó el denuncio “San Vicente”, del que obtenía pequeños lotes de mineral de plomo; en estas circunstancias dio en opción su concesión a la firma Mauricio Hochschild y Cia S.A. La que a su vez formó con la compañía Minera Chanchamina S. A. la sociedad denominada “Compañía Minera San Vicente S.A.”., esta sociedad exploró el yacimiento desde 1960 a 1963. En octubre de 1963, la Compañía Minera San Vicente S.A. interesó a la Cerro de Pasco Corporation, para que ingresara a la sociedad con un porcentaje de 51% quedando el 32.66% para Hochschild y el 16.33% para Chanchamina. En febrero de 1964, se reiniciaron las exploraciones del yacimiento bajo control de la Cerro de Pasco Corporation , las que duraron hasta fines de abril de 1965; en este periodo se realizaron 2200 m. de labores y sondajes diamantinos cubicando 850 000 T.M. con 18% de Zinc. En Agosto de 1966 la Compañía San Ignacio de Morococha S.A. se interesó en el yacimiento San Vicente y tomo bajo contrato las concesiones. En junio de 1973, la Compañía Minera San Ignacio de Morococha S.A. adquiere el 100% de las concesiones y continúa con los trabajos de exploración, desarrollo y explotación a la fecha.
En 1977, la compañía Phelps Dodge adquirió el 40% de acciones de SIMSA que luego transfirió en 2002 a una empresa del grupo. La producción acumulada hasta junio de 1999 en San Vicente es del orden de 25 000 T.M. con leyes de 12 % de Zinc y 1 % de Plomo.
2.3.2. GEOLOGÍA 2.3.2.1. GEOLOGÍA REGIONAL San Vicente se encuentra localizado entre la Cordillera Oriental y la faja Subandina. Las unidades estratigráficas más antiguas están compuestas de esquistos micáceos y gneises del Precambriano y forman parte de lo que se conoce como Complejo de Marayniyoc (Plano 02). Sobre este Complejo yacen areniscas y limolitas con cierto grado de metamorfismo y textura esquistosa que pertenecen al Grupo Excelsior del Paleozoico inferior. Estas rocas precámbricas están cubiertas también por rocas carbonatadas de los grupos Tarma y Copacabana que afloran en los alrededores de Monobamba y al sureste de San Ramón, caracterizadas por su litología de calizas con abundantes bioclastos y una matriz de naturaleza micrítica, algo arcillosa. Estas unidades están intercaladas con material arcilloso limoso, de color gris verdoso y se depositaron entre el Carbonífero y el Pérmico (Plano 02) Sobre las rocas precámbricas y las del paleozoico igualmente ocurren areniscas y conglomerados del Grupo Mitu de edad Permiano superior- Triásico inferior. El Grupo Mitu en esta área consiste principalmente
de
sedimentos
clásticos
terrestres,
en
parte
volcanoclásticos (Fontboté y Gorzawski, 1990), pero sin las lavas observadas en otras partes (Plano 03 y 04). Las rocas carbonatadas del Grupo Pucará tiene un espesor de hasta 1,900 m. y forman parte de una cinturón de rumbo N-S que incluye también a las rocas clásticas del Malm y Dogger (Formación Sarayaquillo de 1,000m de espesor) así como los sedimentos continentales cretácicos (Grupo Oriente de 1,000m y el Grupo Chonta de 1,900 m) El Grupo Pucará es una secuencia carbonatada de ambiente marino que constituye un metalotecto importante para la mineralización de zinc del tipo MVT. El Grupo está constituido de la base al techo de tres formaciones: la Formación Chambará, Aramachay y Condorsinga que se caracterizan por presentar sedimentos neríticos. La base de este grupo compuesto de areniscas rojas y pelitas rojizas indica un cambio transicional con el Grupo Mitu.
PLANO 02. GEOLOGICO REGIONAL
PLANO 03. SECCIONES REGIONALES – MINA SAN VICENTE
PLANO 04. COLUMNA ESTRATIGRAFICA – MINA SAN VICENTE
2.3.2.2. GEOLOGÍA LOCAL En el distrito minero de San Vicente afloran rocas sedimentarias carbonatadas del Grupo Pucará de edad Triásico superior a Jurásico inferior que se encuentran sobreyaciendo a las capas rojas del Grupo Mitu (Levin et al., 1973). También se observan diversos tipos de brechas de varias centenas de metros de diámetro así como rocas con textura “cebras” con o sin mineralización de pocos metros pero muy frecuentes. Finalmente existe la roca encajonante de los mantos compuesta de variedades de dolomitas. Dado que la génesis de las brechas, las cebras y las dolomitas son motivo de controversias éstas han tenido que ser descritas como tipos de rocas diferentes sin incidir en su origen.
A. ROCAS SEDIMENTARIAS La secuencia calcárea Pucará está constituida por las siguientes rocas, del piso al techo: a. Unidad basal (UB) b. Dolomita San Judas (DSJ) c. Caliza Neptuno (CN) d. Dolomita San Vicente (DSV) e. Caliza Uncush(CU) f. Dolomita Alfonso (DA)
g. Caliza Arcopunco h. Dolomita Colca i. Unidades Superiores
B. ROCAS IGNEAS En la mina San Vicente la ocurrencia de material volcánico se circunscribe a algunos tufos en la dolomita San Judas, en la Caliza Neptuno y en la parte inferior de la dolomita San Vicente, derivado parcialmente de un volcanismo en parte coetáneo con el Grupo Pucará (Fonboté&Gorzawski, 1990). Las rocas ígneas más notables son las que corresponden al Granito Tarma el cual sobreyace a la secuencia Pucará producto de un sobrescurrimiento.
C. BRECHAS Gran parte de las unidades dolomíticas San Vicente, San Judas y Alfonso contienen o gradan a rocas brechosas de grandes dimensiones, de varios cientos de metros de diámetro. Estas brechas son conocidas localmente como: a. Brechas de Colapso (CBX) b. Brechas con Matriz Rocosa (RMBX) c. Brechas con Matriz Mineral (MMBX)
d. Brechas de Craquelamiento(CKBX) e. Brechas Hidráulicas
Figura 2.1: vista de la quebrada Puntayacu en dirección al oeste Dolomitas san judas en primer plano sobre la trocha
Figura 2.2: Vista del flanco sur de la quebrada. Puntayacu (San Vicente Sur) mostrando las calizas bituminosas Uncush entre las dolomitas Alfonso y San Vicente.
Figura 2.3: Fragmentos de dolomita oscura DDR cementada con una matriz de dolomita blanca espática MMBx
Figura 24: Roca de caja DRD craquelada CKBx con venillas de MMBx
D. CEBRAS Con este nombre se define a una roca compuesta de bandas centimétricas repetitivas a lo largo de varios metros con alternancia de colores oscuros, marrones, amarillentos y blanquecinas. Estas bandas
contienen
dolomitas
grises
principalmente o
negruzcas
dolomita blanca Las
“cebras”
se
espática
y
encuentran
ampliamente distribuidas en las unidades de dolomías a nivel regional y local donde pueden ó no estar mineralizadas. Algunas presentan una continuidad de hasta diez metros a lo largo y un grosor del paquete de hasta 5 metros.
Figura 2.5: Muestra de roca mineralizada tipo cebra
E. ROCAS ENCAJONANTES DOLOMÍTICAS Las principales unidades dolomíticas (San Vicente, San Judas y Alfonso) son litológicamente muy similares y contienen dos tipos de dolomita. Uno de ellas es rico en inclusiones, posee grano fino a medio, tiene color negruzco y es denominada DRD (dark replacement dolomite) .La otra es de color blanco a gris, pobre en inclusiones, de grano medio a grueso y es denominada WSD (“White sparry dolomite”) ó GSD (gray sparry dolomite).
2.3.2.3. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL Los rasgos estructurales más importantes a nivel de la mina San Vicente y alrededores es la ocurrencia de un monoclinal de dirección N-S a N 30 E y la presencia de una falla de empuje Utcuyacu que coloca a la granodiorita Tarma sobre las rocas carbonatadas localizadas al oeste. El área de la mina San Vicente se encuentra en el flanco oeste de este monoclinal. Existen también numerosas fallas que han dado lugar a quebradas muy empinadas como Uncush, Puntayacu y Quebrada Seca, las cuales tienen un rumbo NE-SW. Otro grupo de fallas y fracturas conjugadas tienen un rumbo NW-SE como las fallas 320, falla 860, falla 1220 y la falla quebrada Ayala
2.3.2.4. GEOLOGÍA ECONÓMICA A. MINERALOGÍA En la mina San Vicente, la mineralización se presenta en mantos dentro de las unidades dolomíticas Alfonso, San Vicente y San Judas.
El grueso de la mineralización y la mayoría de mantos ocurren en la dolomía San Vicente a lo largo de 2.8 km., entre las cotas 1900 y 1000. Los mantos aparecen al sur de la quebrada Puntayacu en San Vicente Sur y al norte de la misma quebrada en San Vicente Norte. Las operaciones comenzaron en San Vicente Sur y se extendieron luego a San Vicente Norte. La mineralización a lo largo de esta distancia vertical tiene una distribución sub horizontal dando lugar a tramos en función de la cota, número de mantos, longitud de mineralización, buzamiento de los mantos, inclinación y grosor del paquete mineralizado (Plano 06). El primer tramo entre las cotas 1900 y 1600 ocurre dentro de las dolomitas San Vicente. Comprende un paquete mineralizado de 2,800 metros de longitud en dirección N-S, de 60 a 150 metros de grosor y una inclinación entre 20 y 35°. El segundo tramo se presenta entre las cotas 1500 y 1200 y ocurre igualmente dentro de las dolomías San Vicente. El paquete mineralizado se ha reconocido a lo largo de mil metros, tiene un grosor entre 20 y 50 metros y una inclinación entre 40 y 60°. El tramo 2 comprende básicamente un manto principal (Manto III Piso) el cual presenta zonas ricas y pobres a largo del rumbo y buzamiento. El largo del manto llega a los 1000 metros, su ancho varía entre 80 y 250 metros, y su potencia está alrededor de los 4 metros. De los niveles inferiores de este tramo proviene actualmente la explotación principal de la mina.
El tercer tramo es separado del tramo 2 por un tramo estéril de más de 100 metros ó por una falla de estratificación o rampa. El paquete mineralizado ocurre a lo largo de 400m en dirección N-S, tiene un grosor entre 20 y 50 metros y un buzamiento entre 35 y 45°. El manto tiene una potencia media de 4.5 metros y presenta partes ricas y pobres. Los mantos en los tres tramos se distribuyen en la vecindad de las brechas hidráulicas (brecha MMBx). En el tramo 1, se disponen al oeste
delos
mantos
como
una
barrera
donde
termina
la
mineralización. En lostramos 2 y 3 las brechas ocurren dentro de la caja techo del manto IIIPiso (Plano 8).
B. ZONEAMIENTO Y PARAGENESIS En San Vicente existen varios modelos para explicar la génesis del depósito. Entre los más comunes encontramos el Modelo San Vicente que es actualmente aplicado en la mina y el modelo de la Cúpula señalado por Fidel J. (1997). En vista del avance de la exploración y profundización de la mina,
se presenta aquí dos modelos
actualizados adicionales. El primero de ellos es un modelo práctico que sirve para ubicar nuevos cuerpos y predecir el potencial de una zona en base a ciertos parámetros geológicos. El otro es un modelo teórico que explica el origen y distribución de las menas.
a. MODELO SAN VICENTE Este modelo ha sido desarrollado en base a los trabajos de Fontbote & Gorrawski (1995), Spangenberg (1995), Spangenberg y Macko
(1998), Spangenberg et al. (1999), Hasler (1998), Dávila et al., (1999), y estudios diversos de los geólogos de la mina así como reportes privados de Oldham L. El modelo señala que la mineralización se formó cuando los fluidos portadores de Zn y Pb que ascendieron por fracturas y capas permeables depositaron su carga de sulfuros y dolomita blanca espática en las trampas. La trampa está constituida por el cambio gradual entre facies de alta energía (“facies San Vicente”) acumulados en zonas de barra con ooides, de alta porosidad y permeabilidad (primaria y/o secundaria), a facies de baja energía (“facies Vilcapoma”) depositadas en ambiente lagunar de escasa porosidad y permeabilidad. La mayor parte de los mantos conocidos de San Vicente se alojan en el flanco E de barras dolomitizadas de textura oolítica de desarrollo NS, en lo que se considera una antigua trampa de hidrocarburos y de azufre reducido (formado por reducción de sulfatos mediante hidrocarburos). Los fluidos habrían migrado hacia la trampa situada al E de la barra y luego dentro de cada manto en sentido N y S. Los fluidos formaron mantos económicos en una extensión de 5 km. a partir de una misma zona de conductos (“feeders”) como sugieren las razones isotrópicas de Pb. La mineralización se ubican en las intersecciones de las paleo estructuras con rumbo NO y sus intersecciones con lineamientos N-S, que
en
parte
han
sido
reactivados
por
la
tectónica
de
sobrescurrimiento, como el sistema de “feeders” o conductos por los
que ascendió el fluido mineralizante a la trampa de hidrocarburos y azufre reducido. .b. MODELO DE LA CUPULA (CUPOLA) Considera que los fluidos migraron en parte por brechamiento químico. Las brechas con matriz dolomítica (MMBx) representa el camino por donde fluyeron los fluidos. La dolomita blanquecina espática (WSD) que aparece en la matriz de la brecha es similar a la dolomita espática de la cebra con la cual también forma un contacto gradacional. Eidel (1997) encuentra similitud con la mina Jefferson City, Missouri donde parte de las brechas están mineralizadas, algo que no se ha podido comprobar en San Vicente. El modelo considera los mantos como prolongaciones de la brecha.
PLANO 05. GEOLOGICO LOCAL
PLANO 06. SECCION LONGITUDINAL DE CUERPOS MINERALIZADOS Y ROCA ENCAJONANTE
PLANO 07. MODELO GEOLOGICO MINA SAN VICENTE
2.3.2.5. RESERVAS DE MINERAL
Tabla 2.3: Reservas de Mineral
2.3.3. OPERACIONES MINERAS La mina San Vicente se encuentra dividida en dos zonas, la zona alta comprende los niveles 1750 hasta el nivel 1455 y áreas de recuperación; y la zona baja que comprende las labores debajo del nivel 1455 hasta el nivel 1180, que es la zona de exploración y explotación actual y el futuro de la mina. El aporte de producción de la mina incluye Uncush Sur Alto, San Judas proyectos que tienen un circuito de ventilación independiente y Cancha Norte que es la producción de mineral de superficie. El método de minado de la mina San Vicente es el corte y relleno ascendente combinado con cámaras y pilares.
2.3.3.1. OBJETIVOS DEL PLANEAMIENTO DE MINADO DEL 2009 A. Producir 72051 tm. de concentrado de Zinc con 60.68 % y 2759 tm de concentrado de Plomo con 62 %, recuperaciones de 91.51 % y 65 % respectivamente. B. Producir a un costo San Vicente de 24.00 US$/tm. C. Mantener la mina preparada para 2 años de producción. D. Mantener recursos y reservas que garantice la vida de la mina en 7 años. E. Mantener un suministro confiable y a bajo costo de energía produciendo 95.3 GWH para cubrir la demanda de energía en las operaciones. F. Reducir el impacto ambiental y social.
2.3.3.2. ACCIONES DEL PLANEAMIENTO DE MINADO 52 DEL 2009 A. Extracción de 685000 tm de mineral con 6.98 % de Zn y 0.38 % de Pb. B. Preparación de 9330 m en la mina central y Uncush Sur Alto (USA). C. Desarrollo de 550 m. de laboreo y 12300 m. de sondajes DDHH. D. Exploración mediante 550 m. de laboreo y 4700 m de sondajes DDHH en las galerías 6905 S Nivel 2230 – USA y galería 7050 Nivel 2100 – USA. E. Sensibilización a las áreas en asuntos ambientales.
2.3.3.3. PROGRAMA DE PRODUCCIÓN 2009
2.3.3.4. LABORES DE DESARROLLO Y PREPARACION Las labores de desarrollo están enfocadas en mantener y/o incrementar las reservas de la mina. A. Avances Horizontales 2009 – por zonas
B. Avances Horizontales 2009 – por sección
C. Avances Verticales 2009
2.3.3.5. METODOS DE EXPLOTACIÓN El método de explotación de san Vicente es el del Corte y Relleno Ascendente combinado con el de Cámaras y Pilares.
A. Corte y Relleno Ascendente La característica de este método es el uso de relleno convencional y/o hidráulico como medio de sostenimiento de las labores abiertas. El método consiste en desarrollar accesos de preparación a la zona mineralizada y una vez cortados la caja techo y delimitado la caja piso delimitamos la potencia del manto. Se desarrolla el primer piso tanto al ala norte y sur, una vez delimitado la longitud del tajeo, se procede a realizar el primer corte con la perforación de taladros inclinados de acuerdo al buzamiento del manto, una vez evacuado el mineral del primer corte procedemos a realizar el relleno hidráulico y preparar el tajeo para el segundo corte. La perforación del segundo corte se realiza con taladros horizontales (breasting).
B. Cámaras y Pilares Las cámaras y pilares se desarrollan en los mantos potentes y una vez que se ha delimitado el área mineralizada (tajeo) se dejan pilares cuadrados de 6 metros de espesor.
Figura 2.6: Diseño de minado corte y relleno ascendente 2.3.3.6. OPERACIONES UNITARIAS A. PERFORACIÓN La perforación de las labores de preparación y explotación se realiza con jumbos electrohidráulicos Atlas Copco Rocket Boomer H – 281, con secciones de 3.5 m * 3.0 m., 4.0 m. * 3.5 m. y 4.5 m. * 4.0 m. Las brocas son de botones de 41 mm. de diámetro y rimadoras de 4 plg. de diámetro.
B. VOLADURA El diseño de las mallas de voladura se realiza con el corte quemado y de acuerdo al tipo de terreno.El carguío de las mallas de voladura se realiza con emulsiones (emulnor 5000, emulnor 3000 y emulnor 1000) y accesorios no eléctricos de LP y SP.
C. LIMPIEZA Después de realizarse la voladura y fragmentado el material, se realiza la limpieza de los frentes de mineral y desmonte, con scoptrams de 3.5 yd3 y 6.0 yd3 hacia las cámaras de acumulación, el desmonte de las labores de preparación también son usados como relleno mecánico en los tajeos de producción.
Especificaciones Tecnicas Scoop St 710
D. ACARREO El acarreo desde las cámaras de acumulación de mineral y desmonte se realiza con volvos NL12 o dumper a los echaderos de mineral (Ech. 710) o desmonte (Ech. 700).
ESPECIFICACIONES TECNICAS DE VOLVO NL 12
ESPECIFICACIONES TECNICAS DE MT 2010
E. SOSTENIMIENTO En la mina San Vicente se aplica dos tipos de sostenimiento: Sostenimiento Activo (refuerzo): Pernos Split set de 7 pies de longitud y 39 mm. de diámetro, hydrabolt. Sostenimiento Pasivo (Soporte) Cerchas, Cimbras, Shotcrete y malla electro soldada.
F. RELLENO HIDRÁULICO El relleno hidráulico sirve como un tipo de sostenimiento para poder darle estabilidad a los tajeos minados y como parte del ciclo de minado.
F.1. CARACTERÍSTICAS DEL RELAVE El relave contiene las mismas especies mineralógicas que la cabeza, pero en diferente composición, es decir los sulfuros de zinc, plomo, algunos óxidos y carbonatos se encuentran en menor cantidad debido a que han sido recuperados en los circuitos de flotación.
Presenta además: PH: 8.6 Gravedad específica: 2.8 Densidad promedio: 1260 gr/l Sólidos en peso: 32 % Sólidos en volumen: 14.32 %
F.2. DENSIDAD ENVIADO A MINA El Under Flow es almacenado en un silo y posteriormente enviado a la mina mediante la bomba Mars01; con una presión de bombeo máximo de 1180 psi a 260 rpm. Las áreas y labores rellenadas son definidas por el área de mina y coordinado con el área de servicios auxiliares
2.4. DEFINICIONES CONCEPTUALES DE LA VENTILACION DE MINAS 2.4.1. AIRE ATMOSFÉRICO El aire atmosférico es una mezcla de una serie de gases, cada uno de los cuales tiene propiedades físicas y químicas propias. Los componentes principales del aire atmosférico puro son oxígeno y nitrógeno, existiendo además porcentajes pequeños de gases raros (argón, neón y helio) así como un porcentaje variable de dióxido de carbono. La composición del aire puro seco es:
Tabla 2.4: Composición del aire atmosférico
2.4.2. AIRE DE MINA El aire de mina es una mezcla de gases y vapores, generalmente con polvo en suspensión que ocupa el espacio creado por las labores subterráneas. Se trata de aire atmosférico, que al ingresar a la mina sufre una serie de alteraciones en su composición. Si las alteraciones son tan pequeñas que el aire puede ser considerado como atmosférico, nos referimos a él cómo aire fresco o de ingreso, mientras que el aire contaminado será descrito como aire viciado o de retorno. Durante su paso a través de la mina, el aire recoge algunos gases, calor y el polvo producido por las operaciones mineras. Simultáneamente debido a la presencia de los trabajadores y de materiales en el interior de la mina, el aire pierde parte de su oxígeno. Durante el invierno, cuando el aire en el exterior de la mina es relativamente seco, absorberá además la humedad de la atmósfera de la mina. Durante el verano el proceso se invertirá, razón por la cual la mayoría de las minas tienden a secarse durante el invierno y volverse húmedas durante el verano.
Tabla 2.5: Oxígeno consumido por los seres humanos
2.4.3. PROPIEDADES FISICAS DEL AIRE 2.4.3.1. DENSIDAD DEL AIRE Se define como la cantidad de masa de aire contenida en unidad de volumen.
Dónde: ρ = Densidad del aire (kg/m3) M = Masa (kg.) V = Volumen (m3) G = Peso (kg.)
La densidad del aire a condiciones normales es de 1.295 kg/m3 a una presión barométrica de 760 mm de hg y una temperatura de 15 ºC y humedad relativa de 60 %.
2.4.3.2. PESO ESPECÍFICO Es el peso (G) del aire en unidad de volumen.
En la ventilación de minas se utiliza el peso específico (𝛾) estándar 1.2 kg/m3, que es el peso de 1 m3 de aire, con la presión de 1 atmosfera, temperatura de 15 °C y humedad de 60%. El p.e. (𝛾) indica también cuantas veces un gas es más pesado o liviano que el aire.
2.4.3.3. VOLUMEN ESPECÍFICO El volumen específico del aire es el volumen (v) en m3 ocupado por 1 kg. de aire a presión y temperaturas dadas.
2.4.3.4. PESO DEL AIRE (G)
Donde: G = Peso del aire (kg) V = Volumen del aire (m3) 𝛾 = Volumen específico (m3/kg)
2.4.3.5. CALOR ESPECÍFICO Se entiende como calor específico a la cantidad de calor (medido en calorías) que necesita para aumentar a 1 º centígrado 1 kg. de una masa de aire.
2.4.3.6. VISCOSIDAD La viscosidad es la resistencia del aire a los esfuerzos tangenciales. En los cálculos de ventilación se utiliza el coeficiente cinemático de viscosidad.
Para el aire a temperatura de 15 °C, 𝜐=1.44∗
2.4.3.7. PRESIÓN La presión es una propiedad física del aire que intervienen los diferentes procesos de ventilación de una mina. La presión
atmosférica es el peso del aire que rodea la tierra a causa de la presión y que disminuye a medida que aumenta la altura de la superficie de la tierra. La presión expresada en pulgadas de mercurio se llama presión barométrica. Al nivel del mar la presión atmosférica es capaz de soportar una columna de 30 pulgadas de alto, es decir la presión barométrica al nivel del mar es 30 pulgadas de mercurio. Una pulgada de mercurio a 32 ºF de temperatura pesa .49 libras. Una presión barométrica de 30 pulgadas equivaldrá 0.49 * 30 = 14.7 lb/plg2.
2.4.3.8. TEMPERATURA La temperatura del aire se expresa en grados centígrados o grados fanrenheit, como también se expresa en grados absolutos.Por temperatura normal en la ventilación de minas se toma 15 °C.
2.4.3.9. HUMEDAD DE AIRE Es la cantidad de vapor de agua contenida en un metro cúbico de aire. Se llama aire saturado cuando el aire contiene el máximo vapor de agua para cualquier temperatura y se expresa en porcentaje (%). En la práctica para medir la humedad relativa del aire se realiza a través del psicrómetro. Según la ley de Dalton:
La humedad absoluta es el contenido de vapor de agua, en gramos en 1 m3 de aire. Cuanto mayor es la temperatura del aire, tanto más vapor de agua puede contener.
2.4.4. GASES PRESENTES EN LA MINA Los más comunes que se encuentran en el aire de una mina son:
2.4.4.1. NITROGENO (N2) Peso específico = 0,97 kg/m3 El nitrógeno presente en el aire y en algunas rocas es un gas químicamente inerte, incoloro, inodoro, insípido y más liviano que el aire. Es a la vez el principal diluente del oxígeno en el aire. Sin embargo, cuando se agrega nitrógeno al aire se produce una atmósfera con deficiencia de oxígeno, es decir, el agregar nitrógeno al aire es equivalente a quitarle oxígeno. En todo caso, una cantidad excesiva de nitrógeno creará una atmósfera asfixiante en la que un ser humano no puede mantenerse vivo. Fuentes de aumento del contenido de N, en el aire de mina son: putrefacción de sustancias orgánicas y trabajos con explosivos.
2.4.4.2. OXÍGENO (02) Peso específico = 1.11 kg/m3. El oxígeno es un gas muy activo, se necesita para la respiración y la combustión. Es incoloro, inodoro, insípido y ligeramente más pesado que el aire. Aunque estamos acostumbrados a respirar aire que contiene21% de oxígeno, el cuerpo humano puede funcionar en atmósferas mayores o menores de este gas. Sin embargo cuando el contenido de oxígeno baja hasta 16% (a 1 atm. de presión), muchas personas tienen dificultades para respirar. Cuando el contenido de oxígeno baja hasta 10% muchas personas pierden el conocimiento. Las principales causas de la disminución del O en el aire de mina son: procesos de oxidación lenta de materias orgánicas (madera, combustibles, rocas) desprendimiento de gases por los carbones y las rocas.
2.4.4.3. ANHÍDRIDO CARBÓNICO (CO2) Peso específico = 1,53 kg/m3. Gas incoloro, inodoro con un sabor ligeramente ácido cuando se encuentra en concentraciones altas. Normalmente se considera que el CO2 es un gas inerte ya que no mantiene la combustión, razón por la cual se le emplea como extinguidor para combatir incendios.
Como se ha mencionado anteriormente, el anhídrido carbónico se encuentra presente en el aire que respiramos. Sin embargo se encuentra también en los suelos, en el carbón y en muchas rocas. Es generado por los seres vivientes, los incendios y las explosiones. El anhídrido carbónico tiene una serie de propiedades interesantes, es más pesado que el aire y tiende a circular por las zonas bajas (niveles más profundos o en el piso de las galerías).
2.4.4.4. MONÓXIDO DE CARBONO (CO) Peso específico = 0,97 kg/m3. Se trata de un gas incoloro, inodoro, insípido y ligeramente más liviano que el aire. Su presencia en las minas se debe a las voladuras, los incendios subterráneos y al empleo de motores de combustión interna mal regulados. El peligro del monóxido de carbono para la salud se debe a que la hemoglobina de la sangre se combina con el gas con mucha más facilidad que con el oxígeno, lo cual limita la capacidad de absorción de oxígeno por parte de la sangre. Esto hace que una concentración volumétrica de 500 ppm de CO en el aire pueda producir la muerte en 3 horas, ya que bloquea la absorción de oxígeno al 50% de la hemoglobina contenida en la sangre.Explota cuando se encuentra en el aire en un porcentaje de 13% a 75%.
2.4.4.5. ÓXIDOS DE NITRÓGENO (NOx) Peso específico NO = 1,04 kg/m3. Peso específico NO2 = 1,58 kg/m3.
Se trata de gases más pesados que el aire, incoloros cuando la concentración es baja (pero tóxica) y pardos rojizos cuando la concentración es alta. Se detecta con relativa facilidad por el olor característico
que
se
percibe
en
un
frente
de
trabajo
inmediatamente después de una voladura con explosivos. Gases formados en las minas por efecto del empleo de explosivos y de equipos con motores de combustión interna. La toxicidad de estos gases se debe a que al disolverse en la humedad contenida en los pulmones, dan la formación de ácido nítrico y nitroso cuya corrosividad es conocida.
2.4.4.6. ANHÍDRIDO SULFUROSO (SO2) Peso específico = 2,26 kg/m3. Gas incoloro, sofocante, inflamable, más pesado que el aire y con fuerte olor a azufre, inflamable. Se disuelve fácilmente en el agua. Se forma por la combustión de minerales con alto contenido de azufre en incendios subterráneos y por las voladuras en minas que contienen sulfuros. Su efecto extremadamente irritante lo hace fácil de detectar y es difícil que una persona pueda permanecer más de unos minutos en una atmósfera que contiene este gas.
2.4.4.7. ÁCIDO SULFHÍDRICO (H2S) Peso específico = 1,19 kg/m3. Gas incoloro, de gusto azucarado y olor a huevo podrido, arde y forma una mezcla explosiva cuando su concentración llega a 6% es fácilmente soluble en agua. Es más venenoso que el monóxido de carbono, pero su característico olor lo hace menos peligroso. Irrita las mucosas de los ojos y de los conductos respiratorios y ataca el sistema nervioso. Las fuentes de formación de ácido sulfhídrico en las minas son: putrefacción de sustancias orgánicas, descomposición de minerales, desprendimiento de las grietas (minas de sal, de asfaltita, etc).
2.4.4.8. METANO (CH4) Y OTROS HIDROCARBUROS Peso específico = 0,554 kg/m3. Gas incoloro, inodoro, insípido y más liviano que el aire, se concentra en las partes altas de las labores mineras de atmósfera tranquila. El metano es una de las impurezas más peligrosas de la atmósfera de las minas, por su propiedad de formar mezclas explosivas con el aire. Las explosiones de metano han sido la causa de muerte de centenares de mineros en minas de carbón.
2.4.5. POLVOS DE MINA El polvo de las minas es un conjunto de partículas que se encuentran presentes en el aire, paredes, techos, y pisos de las labores mineras. Cuando el polvo se encuentra en el aire, forma un sistema disperso llamado " AEROSOL". El polvo puede permanecer en el aire durante largo tiempo, dependiendo de varios factores, entre los cuales están: tamaño, finura, forma, peso específico, velocidad del movimiento del aire, humedad y temperatura ambiental. or mucho tiempo en las corrientes de aire, por lo tanto, se deposita fácilmente.
tiempo.
las moléculas de aire, no se depositan, encontrándose en un movimiento Browniano.
2.4.6. VENTILACION NATURAL La ventilación natural se produce cuando existe una energía natural capaz de lograr la creación de una corriente natural de aire, que está influenciada por la gradiente térmica entre diferentes puntos del circuito de ventilación. Para que exista un flujo de aire a través de la mina, es necesario que exista alguna fuente de energía que ponga al aire en movimiento.
La única fuente de energía capaz de lograr este efecto es la gradiente térmica que existe entre distintos puntos del circuito de ventilación, cuya existencia se puede comprobar fácilmente midiendo la temperatura en diferentes lugares de la mina y observando que el aire fluye de las áreas donde la temperatura es mayor (donde hay mayor energía térmica) hacia las áreas de menor temperatura. El fenómeno es similar al que ocurre en una chimenea, en la que el aire caliente desplaza al aire frío que se encuentra por encima de este. Se trata de un fenómeno termodinámico análogo al que ocurre en un motor térmico; el calor proveniente de la roca constituye una fuente permanente de energía térmica, obligando al aire a incrementar su volumen a presión constante. Esta expansión del aire viene acompañada de una reducción en su densidad, lo que le permite desplazarse a zonas de menor energía (más frías). En la medida en que existan en la mina zonas de menor energía térmica y la roca emita calor en forma continua, se producirá un flujo permanente de aire a través de las labores subterráneas que se conoce como ventilación natural. La ventilación natural es muy cambiante, depende de la época del año, incluso en algunos casos de la noche y el día. Es ocasionada por la diferencia de densidades o peso entre el aire que ingresa y el aire que sales de la mina, lo cual se debe a la diferencia entre dos temperaturas, es decir un peso mayor empuja a un peso menor o lo que es similar a que una fuerza de presión mayor empuja a una fuerza de presión menor. Es irregular durante las 24 horas del día y no es confiable y trabaja en minas de poca profundidad hasta unos 600 m. o para minería clásica, siendo
afectadas por los vientos extremos que son cambiantes y por las estaciones lo que no es seguro a la hora de las voladuras o a la inversa trabaja inversamente por efecto de los cambios de temperatura exterior. Ocasionando problemas por no ser constante y es mejor medirla en las bocaminas a diferentes horas y días que calcularlas teóricamente. Su volumen de ingreso se mide en las bocaminas y su presión estática positiva o negativa no alcanza más de 1,5 pulgadas de H2O como máximo dependiendo de las densidades del aire interno y externo durante el día y de la diferencia de altitud y estación.
2.4.7. VENTILACIÓN MECÁNICA La ventilación mecánica es ocasionada por la presión que ejerce un ventilador sobre una masa de aire que envía o succiona aire y el cual es accionado por un motor eléctrico que le permite una constante presión sobre el aire que transporta y en una cantidad fija Esta ventilación requiere energía eléctrica, que puede ser producida a base del petróleo o de hidroeléctricas y en esto estriba que la ventilación minera sea más cara o más económica respectivamente por tonelada de mineral extraído.
2.4.7.1. VENTILADOR Un ventilador es una máquina que transmite energía a un fluido (aire o gases), produciendo el incremento de presión necesario (Presión Total) con la que mantener un flujo continuo de dicho fluido. Para realizar este trabajo el ventilador requiere de una potencia en el eje del motor que lo acciona que viene dada por la expresión:
Cada ventilador vendrá definido por su curva característica, que es el lugar geométrico de los puntos de funcionamiento del mismo para cada ángulo de regulación de los álabes. Por tanto, tendremos una curva característica distinta para cada ángulo. El punto de corte de la curva del ventilador con la resistencia del circuito es el punto de funcionamiento del ventilador.
2.4.7.2. CLASIFICACIÓN DE LOS VENTILADORES Con el desarrollo de la ciencia aerodinámica, en los años posteriores a la segunda guerra mundial se desarrollaron los primeros ventiladores de flujo axial, es decir, los ventiladores axiales, los cuales son los más utilizados, en la actualidad y a nivel global, para mover grandes caudales de aire en los trabajos subterráneos, operando -dichas unidades- tanto en interior mina, como en superficie. Los ventiladores de tipo centrífugo, actualmente son ampliamente utilizados en Sistemas de Ventilación Industrial dado su capacidad de generar altas caídas de presión con caudales relativamente bajos. Los ventiladores se dividen en el sentido más general en 2 tipos: Ventiladores axiales y centrífugos. Para cada uno de estos tipos se
pueden disponer con variedad de posiciones de descarga y distintos tipos de accionamiento del rodete.
2.4.7.2.1 VENTILADOR CENTRÍFUGO El ventilador centrífugo consiste en un rotor encerrado en una envolvente de forma espiral; el aire, que entra a través del ojo del rotor paralelo a la flecha del ventilador, es succionado por el rotor y arrojado contra la envolvente se descarga por la salida en ángulo recto a la flecha; puede ser de entrada sencilla o de entrada doble. Son ventiladores de flujo radial. La trayectoria del fluido sigue la dirección del eje del rodete a la entrada y está perpendicular al mismo a la salida. Si el aire a la salida se recoge perimetralmente en una voluta, entonces se dice que el ventilador es de voluta. En un ventilador de entrada doble, el aire entra por ambos lados de la envolvente succionado por un rotor doble o por dos rotores sencillos montados lado a lado. Los rotores se pueden clasificar, en general, en aquellos cuyas aspas son radiales, o inclinadas hacia adelante, o inclinadas hacia atrás del sentido de la rotación.
Figura 2.9: Ventilador Centrífugo
2.4.7.2.2 VENTILADOR AXIAL El ventilador axial es de diseño aerodinámico. Este tipo de ventilador consiste esencialmente en un rodete alojado en una envolvente cilíndrica o carcasa. La adición de álabesguía, detrás del rotor, convierte al ventilador turbo-axial en un ventilador axial con aletas guía. Puede funcionar en un amplio rango de volúmenes de aire, a presiones estáticas que van de bajas a moderadamente altas y es capaz de desarrollar mayores presiones estáticas que el ventilador
centrífugo a la vez que es mucho más eficiente. Los álabesguía, en la succión o en la descarga, o en ambas partes, se han añadido para enderezar el flujo del aire fuera de la unidad a la vez que sirven de apoyo en el diseño.
Figura 2.10: Ventilador Axial
Figura 2.11: Ventilador Axial
CAPITULO III METODOLOGIA 3.1. DISEÑO METODOLÓGICO El diseño de la investigación del presente estudio corresponde a una investigación Cuantitativa no experimental transeccional, descriptiva y evaluativa.
3.2. POBLACION Y MUESTRA La mina San Vicente, se encuentra ubicada en el Distrito de Vitoc, Provincia de Chanchamayo, Departamento de Junín a 17 km., al sur de la ciudad de San Ramón y a una altura de 1400 a 2000 metros sobre el nivel del mar. El estudio se centró en la zona norte de la mina San Vicente, donde se han centralizado las operaciones mineras y está comprendido entre los niveles 1870 – 1180.
3.3. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
Tabla 3.1. Variables dependientes e independientes
3.4. TECNICAS DE RECOLECCION DE DATOS Las técnicas y procesamiento de datos que se han utilizado en esta investigación.
3.4.1. TOMA DE DATOS DE CAMPO 3.4.1.1. CÁLCULO DE ÁREAS Se definió los puntos de monitoreo en los diferentes niveles de la mina, considerando que la labor tenga una sección uniforme y por donde circula el aire de toda la zona, se toma las medidas de la sección, para calcular el área de la labor se considera el ancho y altura. 𝐴𝑟𝑒𝑎=𝐵𝑎𝑠𝑒∗𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎𝑠 (3.1)
Estos datos quedan registrados como fijos hasta observar un cambio considerable en la sección de la estación. Se asume que estas dimensiones son las de toda la labor.
3.4.1.2. CÁLCULO DE FLUJO DE AIRE Se usó tubos de humos para flujos de baja velocidad menores a 20 m/min., y el termo - anemómetro para velocidades bajas y altas. Hay dos métodos para medir la velocidad del aire utilizando anemómetros: medición continua y medición de punto fijo. Con el
primer método, el instrumento es desplazado lentamente por la sección transversal de una galería, procurando cubrir toda el área del conducto en un periodo de un minuto. Dependiendo de la forma de una excavación, el instrumento puede ser desplazado siguiendo una trayectoria en “S” o en “W”. Una trayectoria en “S” es usada en galerías de sección alta y una trayectoria en “W” en galerías anchas. Con el segundo método, la sección de una galería es dividida en varias sub-secciones de aéreas iguales y la velocidad del aire medido en el centro de cada sub-sección. La velocidad actual es determinada promediando las velocidades individuales. Este método es bastante preciso pero requiere de muchas mediciones. Para la toma de las velocidades en los puntos de monitoreo, se hizo uso de un termo- anemómetro digital, se consideran 9 sub secciones para cada punto de monitoreo y se considera el promedio de las 9 muestras tomadas.
Figura 3.1 Medición de la velocidad del aire
3.4.1.3. EQUIPO DE MUESTREO A. ANEMÓMETRO El anemómetro es un molino de viento de cuatro u ocho paletas cuyo eje principal es conectado por medio de engranajes a un contador de revoluciones. Durante la medición, el eje de rotación del instrumento es alineado con la dirección del aire y desplazado lentamente para cubrir toda la sección transversal de la galería o ducto en un tiempo pre-establecido, generalmente de un minuto. La presión del aire, dependiendo de su intensidad, genera una fuerza sobre el rotor del instrumento causando su rotación con una rapidez proporcional a la velocidad del aire. El número de revoluciones es registrado por el contador del instrumento en unidades de longitud. El termo anemómetro digital que se uso fue de la marca EXTECH 451126.
Figura 3.2 Termo – anemómetro digital EXTECH 451126
Figura 3.3 Especificaciones generales
3.4.1.4. CALCULO DE TEMPERATURA Se tomó varias temperaturas en los diferentes niveles de la mina, para tener una temperatura promedio con el anemómetro digital EXTECH 451126.
Tabla. Temperaturas de labores mineras
Grafico 3.1 Dispersión de la temperatura en labores mineras 3.4.1.5. MAPEO DE VENTILACIÓN Para la evaluación de la calidad y cantidad de aire limpio que ingresa a mina se debe considerar lo siguiente. A. Planos de labores en escala 1/2000. Los actualizados y planos de levantamientos anteriores con indicación de los ventiladores principales, secundarios y auxiliares; de las puertas y cortinas de control en cada plano de nivel. Con el fin de iniciar el levantamiento siguiendo el sentido de avance del flujo de aire para luego detectar los gases, polvos, temperaturas, personal velocidades, obstrucciones, tránsito y cantidad de en cada zona de trabajo.
B. Se deberán reconocer todos los ingresos de aire limpio y de aire viciado con sus respectivas áreas, para determinar sus máximas capacidades de ingreso o salida. C. Luego de la revisión de los planos y el reconocimiento se inicia el mapeo desde el nivel más bajo de la mina hacia el nivel más alto, midiendo y siguiendo el sentido de avance del aire viciado. D. La ejecución consiste en ubicarse en las estaciones de ventilación preestablecidas y determinar el sentido del avance del aire mediante la bombilla de humo, determinando si hay o no sentido de avance del aire o el aire está estático y luego determinar los gases de O2, CO, CO2 y NO2 para continuar con la medición de velocidad del aire que atraviesa la sección de la estación con el anemómetro digital y luego determinar las temperaturas habidas en esta estación, mediciones que se van anotando en el plano que se lleva en el levantamiento. E. Posteriormente se hacen los cálculos de volúmenes en base de las áreas y velocidades halladas, el balance de distribución del volumen en las bifurcaciones, el cálculo de porcentaje de humedad relativa dentro de las galerías, chimeneas y tajos donde labora el personal de mina.
Tabla 3.4. Cálculo de caudales Mina San Vicente
F. Durante el levantamiento se toma los datos de las placas de los ventiladores instalados, el diámetro de los ductos o mangas en los ramales y sus compuertas de regulado. G. Luego de levantado el mapeo en cuanto a la cantidad de gases, polvos, humos, flujos, velocidades y temperaturas se lleva a cabo la evaluación de los volúmenes existentes producto del mapeo para lo cual se determina el balance aire limpio hallado en el ingreso versus la cantidad de aire viciado que sale de la mina el cual no debe ser más de 8% por el aumento de temperatura y por el aire comprimido ingresante.
3.4.1.6. MAPEO DE PRESIÓN A. OBJETIVOS DEL MAPEO DE PRESIÓN El objetivo del mapeo de presión se realiza para: Conocer la caída de presión de cada conducto de la mina. Evaluar y determinar que conductos tienen la caída de presión alta. Determinar que volúmenes corresponden a las diferentes áreas de galerías y chimeneas de ventilación Conocer las altas perdidas de presión o bajísimos descensos de presión. Almacenar información de presión de las labores de la mina, para futuros proyecto. Reducir costos de operación de ventilación al reducir el consumo de energía eléctrica por reducción de las presiones altas.
B. CÁLCULO DE LA PRESIÓN BAROMÉTRICA En la mina San Vicente solo se consideró la presión barométrica.
3.4.2. DATOS DE GABINETE Planos en planta de los diferentes niveles, vistas isométricas. Planos de las zonas de minado
3.4.2.1. CÁLCULO DEL CAUDAL DE AIRE El caudal de aire “Q” se calcula de la siguiente manera: El caudal de aire “Q” se calcula de la siguiente manera: 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙=𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑∗𝐴𝑟𝑒𝑎 (3.2) 𝑄=𝑉𝑖∗𝐴𝑖 (3.3) 𝑄=𝑉𝑝∗𝐻𝑖∗𝑊𝑖 (m3/s) (3.4) Vi: velocidad de aire promedio en la estación “i”, en m/s Hi: altura promedio en la estación “i”, en metros Wi: ancho promedio de la sección de la estación “i”, en metros Vp : velocidad de aire promedio de la estación “i”
3.4.2.2. INGRESO Y SALIDA DE AIRE
Tabla 3.5 Ingreso de aire limpio a Mina
Tabla 3.6 Salida de aire viciado
3.4.2.3. REQUERIMIENTOS DE CAUDAL DE AIRE De acuerdo al Reglamento de Seguridad y Salud Ocupacional en Minería (D.S. Nro 055-2010-EM), Artículo 236 – artículo 240. En todas las labores subterráneas se mantendrá una circulación de aire limpio y fresco en cantidad y calidad suficientes de acuerdo con el número de trabajadores, con el total de HPs de los equipos con motores de combustión interna, así como para la dilución de los gases que permitan contar en el ambiente de trabajo con un mínimode 19.5% de oxígeno. Las labores de entrada y salida de aire deberán ser absolutamente independientes. El circuito general de ventilación se dividirá en el interior de las minas en ramales para hacer que todas las labores en trabajo reciban su parte proporcional de aire limpio y fresco. Cuando las minas se encuentren hasta un mil quinientos (1,500) metros sobre el nivel del mar, en los lugares de trabajo la cantidad mínima de aire necesaria por hombre será de tres (03) metros cúbicos por minuto. En otras altitudes la cantidad de aire será de acuerdo con la siguiente escala: 0 - 1500 m.,. 3 m3/min 1500 -3000 m., aumentará en 40 %; será igual a 4 m3/min. 3000 – 4000 m., aumentará en 70%; será igual a 5 m3/min.
Mayor a 4000 m., aumentará en 100 %, será igual a 6 m3/min. Para los equipos diesel la cantidad de aire circulante no será menor de 3 m3/min por cada HP que desarrollen los equipos. En ningún caso la velocidad de aire será menor de 20 metros por minuto ni superior a 250 metros por minuto en las labores de explotación.
3.4.2.4. REQUERIMIENTOS DE CAUDAL DE AIRE PARA EL PERSONAL La mina San Vicente cuenta con 416 hombres que trabajan en 03 turnos.
Tabla 3.7 Caudal de aire para el personal
3.4.2.5. REQUERIMIENTOS DE CAUDAL DE AIRE PARA EQUIPOS
Tabla 3.8 Caudal de aire requerido para los equipos LHD 3.4.2.6. REQUERIMIENTOS DE CAUDAL DE AIRE PARA DILUCION DE GASES EXPLOSIVOS Promedio de Galería 4.5 3.5 Promedio de Crucero 4.3 3.4 Promedio Rampa 4.3 3.5 Promedio chimenea 2.7 2.7 Promedio
Área Promedio 15.8 Área Promedio 14.8 Área Promedio 15 Área Promedio 7.29 13.22
Tabla. Cálculo de área promedio de las labores Número de niveles de operación: La mina San Vicente se encuentra dividida en dos zonas, la zona alta comprende los niveles 1750 hasta el nivel 1455 y áreas de recuperación; y la zona baja que comprende las labores debajo del
nivel 1455 hasta el nivel 1180, que es la zona de exploración y explotación actual y el futuro de la mina. Para efectos de cálculos se consideran 10 niveles de operación (zona norte bajo, norte alto San Judas)
Relación (pies3/kg) Dinamita 32 Emulsión 33 ANFO 34
Velocidad mínima m/min 20 22.5 25
Tabla. Velocidad mínima por empleo de emulsión Luego, hallamos el caudal para diluir gases producto de las voladuras: Q=ᾹxNxV Dónde: A: Área promedio de las labores. N: Número de niveles en operación V: Velocidad mínima (m / segundo) Q= 13.22 x 10 x 22.5 = 2975.076 m3/min
3.4.2.7. LIMITES MÁXIMOS PERMISIBLES 103 (ART. 86 – DS 055EM)
Los límites máximo permisibles (LMP) de los agentes químicos medidos en el punto de emisión, será el siguiente:
Tabla. Límites máximos permisibles
Tabla 3.10 Medición de gases – Mina San Vicente
3.5. DESCRIPCIÓN SOFTWARE VENTSIM 3.9 El software Ventsim 3.9 simula redes de ventilación en donde incluye puntos de operación de los ventiladores, cantidad de flujos de aire y pérdidas de fricción por fricción muy similares a los del sistema real.
3.5.1. HERRAMIENTAS DEL SOFTWARE VENTSIM 3.9 El software Ventsim proporcionar al usuario las herramientas para:
plazo.
ventilación de la mina ión de los ventiladores de desarrollo y tamaño de la labores de ventilación
planificación en situaciones de emergencia.
3.5.2. CARACTERISTICAS DEL SOFTWARE VENTSIM 3.9 Soporta hasta 30.000 ramales individuales
modelado dentro de la red.
ramales con el clic del ratón. a rotación real para ayudar en la visualización y la creación de ramales.
software CAD o de minería. carga en los reguladores y las compuertas.
3.5.3. REQUERIMIENTO DE HARDWARE El software Ventsim 3.9 está diseñado para ejecutarse en Windows 95/98/ME/NT/2000/XP/seven y requiere una configuración mínima.
3.6. TECNICAS PARA EL PROCESAMIENTO DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN 3.6.1. INGRESO DE LA TOPOGRAFIA DIGITALIZADA Contar con planos en planta de los diferentes niveles en el autocad.
Dibujar líneas en el centro de la labor que representaran las longitudes de los ramales. Recabar información de distancia entre nodos, coordenadas de nodos y áreas de los ramales (áreas promedios). También incluir el tipo de roca y sostenimiento que aplican por ramal. Grabar los niveles en planta en forma separada, no juntar en un solo archivo toda la data, separar las chimeneas y rampas en diferentes archivos. Depurara nuevamente los ramales innecesarios. Los ramales generados en CAD en la extensión DWG lo grabamos con la extensión DXF.
3.6.2. IMPORTACION DE DATOS AL SOFTWARE VENTSIM 3.9 Se tiene que crear una base de datos de los ventiladores y los niveles principales de la mina. Una vez que se tiene los ramales del sistema de ventilación en un archivo con la extensión dxf, se procede a la importación de los datos en el software Ventsim 3.9. Se detalla en las ventanas los pasos para la importación.
Figura. Generación de niveles
Figura 3.2 Visualización de labores
3.6.3. CALIBRACIÓN DEL SOFTWARE VENTSIM 3.9 Para la calibración del software se necesita complementar con datos de campo como:
Medición de caudales en toda la mina.
Calibrar los factores de fricción (K) de acuerdo a la rugosidad que se presente.
Medición de Caída de Presión en los ramales principales.
Ajustar las áreas de los ramales principales.
Ajustar la curva de los ventiladores con más data.
Simulación de puertas, reguladores, tapones y otras resistencias que se hallen instaladas en la mina.
Se trabajara con la densidad del aire a nivel del mar, los caudales que se calculen serán los mismos a cualquier altura.
Es importante tener el levantamiento de caudales periódico para llevar el control y calibración del software.
CAPITULO IV SIMULACION EN VENTSIM 3.9 4.1. CREACIÓN DE UNA RED Antes de crear una red, se debe crear una base de datos de los niveles RL (range level) y la base de datos de los ventiladores a usar. Los ramales se pueden añadir a su red con una variedad de técnicas Todos los ramales creados en la red tendrán inicialmente un conjunto predeterminado de características. Estos tendrán que ser editados a la aproximación de los datos reales. Las capas (layer) se pueden utilizar para simplificar la visualización de datos Los ramales se puede agregar utilizando funciones de importación, para utilizar los datos de Autocad o paquetes de planificación de minas.
4.2. BASE DE DATOS DE NIVELES La base de datos de niveles tendrá que ser creados antes de iniciar una red para permitir que los ramales que configuren en un RL en particular. Ventsim inicialmente crea por defecto una base de datos de dos niveles RL, sin embargo, esto tendrá que ser cambiado para adaptarse a cada mina. La base de datos de niveles consiste en una lista de rangos de nivel en el que sus datos serán ubicados. SIEMPRE debe incluir un nivel superficial (aunque los datos no tiene que ser colocado en este nivel), con todos los rangos de otros niveles por debajo de la superficie. Un nivel representa un rango de niveles reducidos (RL) o profundidades subterráneas, con cada nivel que es definida por un valor superior e inferior. El RL para cada nivel por lo general es la altura sobre el nivel del mar (metros), aunque otras formas de representación también pueden ser utilizadas.
Por ejemplo, el RL superficie puede ser llamado 0 metros, y todos los demás establecido en negativo (metros bajo la superficie). Es importante, sin embargo, que el RL se defina en las unidades de metro de mayor valor (de superficie) a menor (abajo de la mina). RL puede variar -89999 a 89999. 4.3. HERRAMIENTAS DEL VENTSIM 4.3.1 Niveles Muestra una ventana de diálogo, que permite la edición o la creación de la Base de Datos Nivel, una base de datos que contiene hasta 250 rangos de RL, nivel en el que será crea nuestra red de trabajo. El RL, nivel de datos se pueden editar en cualquier orden, así como agregar en una fecha posterior. Ventsim ordenará los datos de mayor a menor la próxima vez que se inicialice. 4.3.2 Base de datos del Ventilador La base de datos del ventilador consiste en una lista de ventiladores y de sus curvas características (presiones de operación, los caudales y las eficiencias). Aunque Ventsim comienza con una lista de varias curvas del ventilador como ejemplo, se recomienda que las curvas reales del ventilador utilizados en la mina deban registrarse en el programa. Tenga en cuenta que cualquiera de las curvas de presiones estáticas o total se puede utilizar, o una combinación de ambos. Hasta 1000 tipos de ventiladores diferentes se puede almacenar dentro Ventsim (el máximo número puede ser cambiado en el menú por defecto.
Ventsim por defecto considera 250 ventiladores como máximo). La base de datos del ventilador se carga automáticamente cuando se inicia Ventsim, también almacena una base de datos del ventilador dentro de los archivos de simulación. La base de datos del ventilador en la memoria por lo tanto sobrescribe la base de datos de simulación del ventilador de archivo cuando se inicia. Los archivos de Ventsim 'SIM' se pueden transferir entre los programas sin la necesidad de que el archivo FANSDATA.DAT (el archivo que especifica los datos del ventilador por defecto cuando Ventsim se carga por primera vez). Para restaurar una base de datos de red (que puede ser más) con la base de datos por defecto, sólo tiene que seleccionar "Actualizar la base de datos del ventilador "en el menú ARCHIVO. 4.3.3. Nuevos Datos de curvas de ventilador Las curvas del ventilador se hacen hasta de cuatro tipos de datos: - la presión estática del ventilador. - la presión total del ventilador.
correspondiente
motor del eje de entrada de energía (que entró como 0 - 100). Los valores se introducen en las correspondientes cantidades del ventilador. Los puntos de eficiencia son opcionales. Tenga en cuenta que estos valores se pueden copiar de una hoja de cálculo Excel o un paquete similar, si lo desea. Los datos de la curva del ventilador
puede ser copiado cuidadosamente de las hojas técnicas del ventilador (por lo general disponibles de los fabricantes de ventiladores) mediante la lectura de la presión estática, y la las eficiencias a lo largo de la curva del ventilador, y entrando en ellas en el editor de base de datos del ventilador. La curva del ventilador se construirá como puntos. Si se introducen menos de 10 valores, los valores existentes compensaran los 10 puntos de la curva. Los puntos serán ordenados de mayor a menor presión. Para no copiar la zona crítica de la curva del ventilador (la parte superior izquierda de la curva que se enrosca una y otra hacia abajo) en la base de datos, ya que esto no puede ser utilizado por Ventsim. El nombre del ventilador se puede escribir en el cuadro de texto en el lado derecho, después de lo cual el nombre aparecerá en el cuadro de lista de la izquierda. 4.3.4. Modificación de los datos existentes Una curva del ventilador se pueden copiar (con el comando copiar / pegar) en una franja del ventilador en blanco, o si ya no es necesario, se puede modificar en la franja del ventilador existente. Para modificar los datos existentes, escribir sobre los valores en la tabla de la curva del ventilador. La curva del ventilador se modificará cada vez que un valor se cambia, mostrando el efecto de la curva del ventilador, ya que se cambia. Para eliminar un ventilador, seleccione el ventilador, y pulse el botón "BORRAR FAN" para quitar el ventilador de base de datos. Los cambios en la base de datos del ventilador se guardan con un archivo de red. La base de datos del ventilador modificado también se puede hacer la base de datos predeterminada del ventilador (la base de datos Ventsim
utiliza cuando se carga por primera vez) seleccionando la opción del menú ARCHIVO .
4.3.5. Diámetro efectivo Este valor no tiene ningún efecto en la simulación, sino que simplemente permite a Ventsim para calcular el consumo de energía con mayor precisión cuando se usan las curvas de presión estática, mediante la estimación de la salida de presión de velocidad del ventilador. Este valor es el diámetro del cono de salida o evase del ventilador 4.4. NORMAS DE CONSTRUCCIÓN DE UNA RED Tenga en cuenta una serie de sencillas reglas se deben seguir para una exitosa red. Todos los ramales de una red debe estar conectado en ambos extremos a otro ramal. (Las excepciones son los ramales de ingreso o salida de la RL de superficie) • Todos los cruces de los ramales deben tener al menos un ramal de entrada, y al menos un ramal de salida. • Cualquier flujo fijo en un ramal no debe restringir el flujo de otro fijo en otras partes de la red. 4.4.1. Construcción de ramales Siempre que todos los demás criterios se han cumplido para el establecimiento de una red, (un ventilador y base de datos de RL se ha
establecido), una red de ramales se pueden crear de la siguiente manera. Aunque los ramales se pueden añadir en cualquier orden, una buena práctica en la creación de una red, es establecer las principales ramales verticales, y luego construir los ramales de interconexión horizontal. Al construir su red, recuerde que no es crítico que la red aparece exactamente como los planes de su mina. Dobladas o el desarrollo curva que se puede aproximar con una sola línea recta se debe hacer fuera posible, lo que disminuiría el número de sucursales de ramales es necesario, y ayudar a acelerar la simulación y visualización. Aunque la red debe mantenerse a la misma escala como el desarrollo real, un poco fuera de lugar los ramales tendrán poco impacto en la simulación final. De mucha más importancia son los parámetros, como el tamaño de los ramales y los tipos de pared.
Figura. Diagrama de ventilación.
CAPITULO V PRUEBAS Y RESULTADOS 5.1. EVALUACION DE CAUDAL DE AIRE REQUERIDO CASO 1: Requerimiento teórico total = Requerimiento por personal + Requerimiento por equipos + Requerimiento por uso de explosivos Q (m3/minuto) = 416 +7994 + 2975.076 Q (m3/minuto) = 11385 Seguidamente, se considera un 15% por recirculamiento y pérdidas de aire. Q (m3/minuto) = 11385 x (1 +0.15) Q (m3/minuto) = 13093
5.2. EVALUACION DE CAUDAL DE AIRE REQUERIDO CASO 2: En la actualidad muchos expertos en la rama de ventilación de minas consideran que no es necesario realizar un cálculo teórico del requerimiento de aire en mina, ya que el consumo por energía se incrementa y en algunos casos se sobredimensionan los equipos de ventilación, llegándose a adquirir ventiladores de grandes capacidades que posiblemente se utilizen en labores de poco requerimiento. Para optimizar el requerimiento de aire, el factor que debe ser descartado en los cálculos, según los expertos, debe ser el requerimiento por consumo de explosivos, porque la voladura se realiza generalmente en horas donde el personal está fuera de mina y los equipos no están en funcionamiento.
Según este análisis los cálculos son los siguientes: Requerimiento real optimizado = Requerimiento por personal + Requerimiento por equipos Q (m3/minuto) = 416 +7994 Q (m3/minuto) = 8410
5.3. EVALUACION DE REQUERIMIENTO DE AIRE VS CAUDAL DE INGRESO Para verificar los resultados obtenidos en los cálculos se procede a comparar el caudal teórico obtenido con relación al caudal de ingreso medido con anterioridad, la deficiencia debe ser mínima: Q aire de ingreso ≈ Q aire requerido por mina Deficiencia = 7382 m3/minuto – 13093 m3/minuto Deficiencia = -5711 m3/minuto Por otro lado si consideramos el caudal total obtenido del punto 5.3 se tiene: Deficiencia = 7382 m3/minuto – 8410 m3/minuto Deficiencia = -1028 m3/minuto
5.4. EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN El sistema de ventilación en la mina san Vicente en términos de distribución del flujos es aceptable, No podemos decir lo mismo de la capacidad del circuito principal que presenta una deficiencia de 5711 m3/minuto, la misma que demuestra serias debilidades en su capacidad de carga ( caudal) , se puede observar claramente el circuito principal. Deficiencia teórica total Deficiencia
sin
-5711 m3/minuto
considerar -1028 m3/minuto
requerimiento por explosivos
Tabla. Deficiencias de caudal de aire para mina Para lograr que todas las labores tengan la cantidad de aire que necesitan, se deberá instalar ventiladores secundarios (booster) los cuales incrementan el flujo de aire. Adicionalmente se aumenta la resistencia de algunos ramales mediante reguladores, tabiques o puertas La deficiencia se deberá controlar con la restricción de equipos de la zona baja y con la ampliación de raise bore para la evacuación de aire viciado a superficie.
CONCLUSIONES 1. El uso del software Ventsim 3.9 nos permitió realizar la evaluación del sistema de ventilación de la mina San Vicente, considerando el uso de ventiladores y costo de energía. 2. La mina San Vicente presenta una deficiencia de aire limpio teórica de 5711 m3/min con respecto al caudal de ingreso. 3. Par algunos expertos la cantidad de aire por uso de explosivos puede ser descartada y por lo tanto en este caso la deficiencia es de 1028 m3/minuto 4. La medida de solución que nosotros presentamos en el siguiente trabajo consiste en el reemplazo de los tres ventiladores de las entradas:
Ventilador 1 Ventilador 2 Ventilador 3
Capacidad Caudal Caudal del Capacidad del inicial aumentado ventilador ventilador (m3/seg.) (m3/sg) (m3/seg) CFM 43.6 75.6 70.8 150000 58 90 94.4 200000 21.5 53.5 70.8 150000
5. Durante la evaluación del sistema de ventilación, es importante reducir al mínimo cualquier cambio en el sistema de ventilación, reparar puertas o tapones durante el estudio podría arrojar resultados confusos. Se tiene que mantener la mina lo más estática posible durante el estudio, para que se puedan obtener las mejores y más exactas medidas, evitar el tránsito de equipos y el apagado de ventiladores principales.
RECOMENDACIONES 1. Se recomienda realizar evaluaciones bimestrales del sistema de ventilación con el uso del software Ventsim 3.9 y realizar las correcciones necesarias.
2. Incrementar el caudal de aire limpio que falta para tener un buen balance o realizar una re distribución de los volquetes para tener un balance de aire sin deficiencias.
3. Evaluar los costos de ventilación y programar el mantenimiento de ventiladores, llevando un control de costos mensual y anual del sistema de ventilación. 4. Se recomienda hacer la evaluación económica para la implementación de una chimenea por raise boring.
BIBLIOGRAFÍA 1. AIRTEC. (2006). Catálogo de ventiladores Axiales para Minería.Lima. 2. Bossard, F. (1983). A manual of ventilation Design Practices. Montana: Bossard and associates. 3. Calizaya, F. (1980). Ventilación de Minas. Oruro. 4. Consulting, V. S. (4 de Febrero de 2009). Ventsim Software. Recuperado el 4 de Febrero de 2009, de Sitio Web Ventsim: www.ventsim.com 5. DS-055-EM. (2010). Reglamento de seguridad e Higiene Minera.Lima: ISEM.
Anexos Ventilador utilizado en los cálculos
Ventiladores
