PLANEAMIENTO DE VENTILACIÓN PARA LA UNIDAD PERUANA SAN CRISTÓBAL - CÍA. MINERA VOLCÁN

J. A. Corimanya F. R. Méndez Universidad Nacional de Ingeniería Volcan Cía. Minera S.A.A.

jacorimanya@gmail.com rmendez1964-@hotmail.com.pe

RESUMEN Muchas minas subterráneas en Sudamérica no cuentan con un sistema adecuado de ventilación debido a la falta de un planeamiento apropiado que puede ser alcanzado utilizando un software de simulación. En la Mina San Cristóbal, ubicada en Yauli - Perú, la utilización de esta herramienta ha sido de gran beneficio ya que gracias a esta herramienta se ha podido planificar y mejorar los circuitos actuales de ventilación y se ha tenido una aproximación bastante aceptable tanto en caudal como en caída presión. Debido a la gran dimensión de la mina y el constante avance de las labores de desarrollo, esta herramienta fue de gran ayuda para ir generando circuitos futuros de ventilación en donde se puede incluir ventiladores y controles de ventilación como puertas, y reguladores y de esta forma ir prediciendo cambios en circuitos futuros. Muchas veces se han dejado de ejecutar labores porque su ejecución representaba problemas de ventilación en otras labores. Esto hace que el programa mencionado sea de gran beneficio económico ya que cualquier labor minera es bastante costosa. En la mina San Cristóbal, para el mejoramiento del sistema principal y secundario se viene invirtiendo en el desarrollo de cinco chimeneas con una longitud total 696 m y 3m de diámetro usando Raise Boring (RB). Este trabajo representa aproximadamente $ 920,000 en costo de capital, y al no utilizarla estaríamos generando gastos innecesarios elevados. La Mina San Cristóbal utiliza el programa VNET PC para generar circuitos principales para labores actuales y futuras. Para este fin, se hacen levantamientos de caudales y presiones de todas sus labores subterráneas, estos datos son comparados con los datos generados por el software, obteniéndose buenas correlaciones. Este artículo presenta los beneficios alcanzados en la planificación del sistema de ventilación de la Mina San Cristóbal con la ayuda de esta herramienta.

SUMMARY Many underground mines in South America do not have a proper ventilation system due to lack of proper planning that can be achieved using simulation software. In San Cristobal Mine located in Yauli - Peru, the use of this tool has been of great benefit because thanks to this tool has been able to plan and improve the current ventilation circuit and has been a considerable improvement in both flow as pressure drop. Due to the large size of the mine and the constant progress of development work, this tool was very helpful to go further generating circuits where ventilation may include fans and ventilation controls such as doors, and regulators and thus go predicting changes in future circuits. Have often failed to run because his performance work represented ventilation problems in other work. This causes the program referred to is of great economic benefit since any mining work is quite expensive. In the San Cristobal mine, for the improvement of primary and secondary system has been investing in the development of five fireplaces with a total length 696 m and 3 m in diameter using Raise Boring (RB). This work represents approximately $ 920,000 in capital cost, and not use it would be generating unnecessary costs high. San Cristobal Mine uses the VNET PC program to generate main circuit current and future work. To this end, surveys are flow rates and pressures of all underground workings, these data are compared with data generated by the software, obtaining good correlations. This article presents the benefits achieved in the planning of the ventilation system of the San Cristobal mine with the help of this tool.

1 Introducción

El presente trabajo tiene por objetivo comprobar la aplicación de la informática en el diseño, control y optimización de una red de ventilación de una mina mecanizada. En este caso se hace uso del Software de ventilación Vnet-PC, el cual esta basado en un método iterativo desarrollado por Hardy Cross (1936) usado para resolver circuitos de ventilación y obtener caudales de aire y caídas de presión en toda la mina.

En realidad la ejecución de labores mineras requiere de un sistema adecuado de ventilación y así evitar problemas de orden legal, social y económico. Hoy, con un uso intenso de equipos a diesel es imperativo tener un sistema de ventilación económico y eficiente. La operación continua de este sistema permitirá a la gerencia mantener condiciones saludables en la mina y evitar problemas y accidentes de trabajo por gaseamiento del personal debido a una inadecuada ventilación.

Normalmente, en el pasado mediato, el diseño del sistema de ventilación de una mina se efectuaba en base a criterios empíricos, prácticos hasta cierto punto, pero costosos. Hoy, con el advenimiento de programas de computación, los diseños de ventilación se realizan usando criterios más científicos, comparando alternativas de ventilación y seleccionando ventiladores adecuados en un tiempo corto. Esta manera de evaluar diferentes diseños casi simultáneamente, permite al operador analizar alternativas y diseñar un sistema flexible, seguro y económico, evitando de este modo gastos innecesarios en la ejecución de chimeneas de diámetros inadecuados, o en la instalación de ventiladores de menor capacidad. Con el avance de la informática se han creado programas que ayudan a simular diseños y determinar resultados precisos en forma mas rápida con los cuales el ingeniero puede predecir eventos en el futuro y si es necesario modificar su diseño para lograr mejores resultados y satisfacer las demandas de aire en la mina. El programa Vnet-PC, permite crear modelos representativos de la mina, y una vez calibradas, hacer proyecciones y determinar el número y tamaño de ventiladores, y otros controles para alcanzar los objetivos del diseño. Una vez dibujada la red de ventilación, el programa requiere de datos físicos de mina (Sección, longitud, aspereza de labor, caudal circulante etc.) y los requerimientos de aire para generar un modelo y calcula la caída de presión, dirección y cantidad de flujo de aire en cada conducto de ventilación. Estos resultados son de mucha importancia para el diseño del circuito principal de ventilación.

Cuando se planifica ejecutar nuevas labores ya sea en horizontal ó profundización de la mina se tiene que planificar también sus servicios incluyendo la ventilación por lo cual es necesario contar con una herramienta como el programa VnetPC que simule lo que va a pasar cuando se ejecute dichas labores. Además, el programa puede generar datos que pueden ser transferidos a otros programas usados en el diseño de la mina.

Los resultados obtenidos mediante el uso del programa VnetPC son comparados con los resultados de las mediciones, realizando ajustes en los datos de entrada si existen discrepancias mayores. El procedimiento es repetido hasta obtener resultados que difieran muy poco de las mediciones tanto caudales como en caída de presiones.

1.1 Regulaciones

En el Perú, las operaciones mineras son reguladas por el siguiente reglamento:

• Reglamento de seguridad y salud ocupacional – Decreto supremo Nº 055-2010-EM.

El presente reglamento tiene como objetivo prevenir

la ocurrencia de incidentes, accidentes y enfermedades ocupacionales, promoviendo una cultura de prevención de riesgos laborales en la actividad minera. Para ello se cuenta con la participación de los trabajadores, empleadores y el estado, quienes velaran por su promoción, difusión y cumplimiento.

El Cuadro 1 muestra un resumen de accidentes en las minas del Perú para el periodo 2009-2011. Este cuadro muestra también la incidencia de factores relacionados a ventilación en el número total de accidentes. Cuadro 1: Estadística de accidentes en la minería del Peru 2009-2011

Causa Principal 2009 2010 2011

Desprendimiento roca 22 09 11 Transito 03 11 10 Intoxicación - Asfixia 05 07 09 Derrumbe/ Enterramiento 00 03 04 Derrumbe/ Deslizamiento 04 09 03 Energía eléctrica 02 05 03 Manipulación materiales 01 00 03 Caída de personas 04 04 02 Otros tipos 03 05 01 Acarreo y transporte 04 03 01 Explosivos 00 02 01 Herramientas 01 00 01 Operación de maquina 06 06 00 Estallido de roca 01 01 00

No. Total de Accidentes 56 65 49

2 Mina San Cristóbal - Descripción Técnica

2.1 Ubicación La mina de San Cristóbal se encuentra ubicada en el distrito de Yauli, provincia del mismo nombre, departamento de Junín. Geográficamente se encuentra en el flanco este de la Cordillera Occidental de los Andes centrales del Perú; a 110 Km en línea recta, de la ciudad de Lima. Sus coordenadas geográficas son 76° 05' de longitud Oeste, 11° 43' de latitud Sur. La altitud media del distrito es de 4,700 m. sobre el nivel del mar (Fig. 1.)

Figura 1: Mina San Cristóbal 2.2 Método de Explotación La mina San Cristóbal produce en promedio 4500 tons/día de mineral con leyes estimadas d1.5% de Pb, 2 Oz de Ag y 0.30 % de Cucobre es enviado a la concentradora de la mina Andaychagua para su concentración el resto de los minerales es procesado en la planta concentradora de Victoria y Marh Túnel.

La mina San Cristóbal emplea el método de corte y relleno en todas sus labores de explotación ya sea estructura Veta, Manto ó cuerpo mineralizado2). Las aberturas dejadas por la extracción del mineral son rellenadas con los relaves provenienteconcentradora previa clasificación en los ciclones. desmonte proveniente de sus desarrollos y exploracioneses también utilizado para el relleno.

Para la aplicación de este método se emplea equipos mecanizados, la perforación se realiza con jumbo electro hidráulico, acarreo con Scooptram y el transporte se realiza con Dumper y camiones volvos, el sostenimiento se realiza en un 80% en forma mecanizada empleando equipos robotizados (Hurón, Manba).

Una variante de este método de explotación utilizada en los niveles inferiores, es decir spor el método de hundimiento por subnide ocho metros (Figura 3). Actualmente, las labores en los subniveles se encuentras en preparación, Las labores incluyen la ejecución derampas distanciadas en trescientos metrossalen varios brazos ó accesos para desarrollar los explotación los cuales son ejecutados en mineral.

Según cálculos del área de planeamientométodo se lograra reducir los costos de perforación, voladura y sostenimiento considerablemente

La mina San Cristóbal produce en promedio 4500 con leyes estimadas de 5.5 % de Zn,

Ag y 0.30 % de Cu. El mineral de cobre es enviado a la concentradora de la mina Andaychagua para su concentración el resto de los minerales es procesado en la planta concentradora de

La mina San Cristóbal emplea el método de corte y relleno en todas sus labores de explotación ya sea en

mineralizado (Figura as aberturas dejadas por la extracción del mineral

enientes de planta n los ciclones. El

desmonte proveniente de sus desarrollos y exploraciones

Para la aplicación de este método se emplea equipos mecanizados, la perforación se realiza con jumbo electro

y el transporte se , el sostenimiento

se realiza en un 80% en forma mecanizada empleando

método de explotación es en los niveles inferiores, es decir se quiere optar

subniveles con bancos . Actualmente, las labores en

en una etapa de ejecución de dos

rampas distanciadas en trescientos metros. De las rampas brazos ó accesos para desarrollar los tajos de

explotación los cuales son ejecutados en mineral. Según cálculos del área de planeamiento, con este

stos de perforación, considerablemente.

Figura 2: Método de explotación corte y relleno ede producción

Figura 3: Método de explotación hundimiento por subniveles

3 Ventilación Minera

3.1 Mapeo de Ventilación

El mapeo de ventilación es realizado por dos grupos de trabajadores entrenados en ventilación usando anemómetros, psicrómetros (Figura 4), y mensuras de calidad del aire usando detectores de gases como Además, estos trabajadores los planos de la mina y conocer y los controles de ventilaciónaire a los centros de trabajo.

El mapeo de ventilaciónlas siguientes actividades:

Método de explotación corte y relleno en fase

de explotación hundimiento por

entilación

es realizado por dos grupos de entrenados en levantar mensuras de usando anemómetros, manómetros y

y mensuras de calidad del aire usando detectores de gases como Passport, Draguer etc.

deben ser actualizados con conocer los circuitos principales

ventilación utilizados para dirigir el

ventilación generalmente consiste de

• Marcar las entradas y salidas principales de aire

en la mina • Tener codificadas todas las estaciones de

monitoreo indicando la sección de trabajo, nivel al que pertenece, etc.

• Hacer mediciones de caudales y presiones de aire en las principales entradas y salidas de aire, determinar la dirección del flujo con la bombilla de humo en conductos de caudal bajo, y medir la concentración de los contaminantes del aire. Todos los datos de campo deben ser anotados en una libreta y en los planos correspondientes.

• Anotar el estado de puertas, reguladores, cortinas de ventilación, estado de ventiladores auxiliares, mangas y puntos de recirculación de aire.

• Anotar la potencia de los motores y el número de equipos, personal de trabajo por turno, etc. I

• Marcar claramente las labores horizontales y verticales por donde circula el aire.

• Concluido el levantamiento de parámetros en la mina se debe determinar el balance de entradas y salidas de aire, balance que no debe exceder en más de un 10%.

Una vez realizado el mapeo de ventilación se

debe coordinar con las áreas de planeamiento y geología sobre la ubicación de las nuevas labores de preparación y explotación y determinar los requerimientos de nuevas chimeneas cruceros, ventiladores etc. los cuales ayudaran a mantener una buena ventilación en las labores futuras.

Figura 4: Anemómetro usado en mensura de caudales.

3.2 Flujos de Aire

El caudal del aire en una chimenea es normalmente medido al pie de la misma, tomando como base la galería de llegada. La velocidad del aire es tomada a una distancia mayor de ocho metros del pie de la chimenea fuera de la zona de turbulencia. Durante la mensura se debe medir también la sección transversal de la galería. Hacer una medición de velocidad usando anemómetros en la misma chimenea no es factible, es insegura y puede resultar en medidas inexactas por a la incomodidad y

turbulencia del aire. Cuando la velocidad es elevada, es mas practico determinar esta velocidad de la presión dinámica usando una manómetro y un tubo Pitot. Una vez conocido la velocidad y sección, entonces uno puede calcular el caudal de aire que circula por la chimenea.

La velocidad de aire en casi todas las chimeneas que se tiene en la Mina San Cristóbal está dentro de los rangos de velocidades permitidas. Las velocidades máximas son normalmente medidas en las entradas principales y en algunas de salidas de aire viciado.

La caída de presión del aire es generalmente determinada por lectura directa usando manómetros y tubos Pitot.

3.3 Frentes y Tajos

En estas labores la medición del caudal de aire es más fácil debido a que se puede medir sección de labor y velocidad de aire directamente. En los frentes ciegos, la velocidad del aire es medido en la salida del mismo y en los accesos ó antes de pie de chimenea de ventilación en los tajos de explotación. En la mina San Cristóbal, la velocidad del aire dentro de los tajos esta sobre los 0.33 m/s (20 m/min), cumpliéndose con el artículo 204 del Reglamento de Seguridad y salud Ocupacional minero D.S. 055.

3.4 Balance de Caudales de Aire

Con anterioridad a la planificación se hizo una mensura de caudales de aire, midiendo velocidades y secciones en las arterias principales de la mina. Estas mediciones fueron usadas para determinar los caudales de aire tanto en las entradas como en las salidas principales. Los caudales calculados fueron balanceados en cada intersección antes de ser registrados en los libros. El Cuadro 3 muestra el numero y la potencia de las maquinas utilizadas, el porcentaje de utilización de estas y los caudales requeridos. En base a los datos Cuadro 2. Resumen de Caudales

Ingresos (m3/s) 641.11 Salidas (m3/s) 663.31 Diferencia ((m3/s) 22.20

Los detalles de estas mediciones son presentados en

el Apéndice 1

3.5 Caudales Requeridos

El caudal total requerido fue calculado en base al número y la potencia del motor de los equipos a diesel y el número de trabajadores empleados en la mina. Para determinar el caudal requerido por las maquinas a diesel se utilizo un factor de 0.05 m3/s (3m3/min) por cada HP del motor. Tomando en cuenta que estas maquinas no son operadas continuamente, el caudal así obtenido fue corregido por un factor de disponibilidad (D) que varia con la utilización del equipo. El caudal requerido por el personal fue calculado en base a un caudal mínimo de 0.1 m3/s (6 m3/min) de aire por cada trabajador. Usando

este factor y 280 trabajadores por turno, el caudal requerido por el personal alcanza a 28 mtotal es luego sumando el caudal requerido por el personal al caudal requerido por los equipos. muestra un resumen del caudal de aire requerido para operar 91 maquinas a diesel con una potencia acumuladde 3135 HP.

En base a los datos anteriores, el caudal total de aire requerido en la mina es de 633.55 m3/s Cuadro 3: Requerimiento de aire para equipos a diesel

No. y Descripción de Equipos

Potencia HP (c/u)

Disponibilidad

8 Scoop 4yd3 185 0.80 4 Scoop 3.5yd3 160 0.80 2 Scoop 6yd3 270 0.80 4 Scoop 6yd3 270 0.80 5 Scoop 2.5yd3 140 0.70 2 Scoop 2.5yd3 120 0.60 2 Desatadores 120 0.70 1 Motonivelador 130 0.70 1 Bockat 90 0.60 5 Camiones 180 0.60 5 Camiones 140 0.60 17 Volquetes 400 0.75 4 Jumbos 80 0.30 6 Jumbos 80 0.30 3 Dumper 20Tn 240 0.70 1 Dumper12 Ton 180 0.70 10 Eq. shotcrete 120 0.50 06 Eq. shotcrete 80 0.40 08 Camionetas 75 0.40 06 Camionetas 75 0.40 Total 3135

La mina San Cristóbal cuenta con principales operativos con el siguiente detalle:

Cuadro 4: Resumen de ventiladores principales

Nº Capacidad (m3/s) Potencia (kW

03 51.91 186.42

03 47.20 149.14

02 141.58 372.8

02 188.78 522

Asimismo cuenta con 11 ventiladores secundarios para las zonas mas alejadas.

3.6 Mangas de Ventilación

En mina San Cristóbal se utilizan mangas de 300 gr/m2 de las siguientes dimensiones:

este factor y 280 trabajadores por turno, el caudal el personal alcanza a 28 m3/s. El caudal

total es luego sumando el caudal requerido por el personal al caudal requerido por los equipos. El cuadro 3

l caudal de aire requerido para operar 91 maquinas a diesel con una potencia acumulada

anteriores, el caudal total de aire

para equipos a diesel

isponibil

Caudal m3/s

59.20 25.60 21.60 43.20 24.50 7.20 8.40 4.55 2.70 27.00 21.00 255.00 4.80 7.20 25.20 6.30 30.00 9.60 12.00 9.00

605.55

10 ventiladores con el siguiente detalle:

Cuadro 4: Resumen de ventiladores principales

(kW) Función

Extractor

Extractor

Inyector

Extractor

Asimismo cuenta con 11 ventiladores secundarios para

mangas de flexibles de :

• Mangas de 0.457 m con ventiladores de 4.71mlabores que tienen secciones de 2.4 Estas no son usadas con frecuenciaen labores de preparaciones angostas.

• Mangas de 0.61 m de ventiladores de 9.4 de 3 x 3 m de sección.

• Mangas de 0.76 y utilizadas en labores de preparación ydesarrollo de 4 x 4 m de superior a 300 mventiladores de 14.16usadas.

• Mangas elípticas: sespeciales en recortes largos consuperiores a los 1000 y superior de estas mangas respectivamente y su sección es equivalente a una manga circular de utilizadas con ventiladores de

Las mangas deterioradas son repersonal del área de ventilación de empresade logística realiza las compras de acuerdo al consumo mensual. En esta mina, el consumo de mangas es aproximadamente de 1000 m por mes de los cuales las mangas de 0.75m y 0.91m de diámetro son las usadas.

3.7 Compuertas, Reguladores Dependiendo de la cantidad de aire que se necesite en una labor ó nivel se utilizanpara direccionar el flujo de aitrabajo. Los tapones son usados cuando es aislar labores antiguas (tajos, chimeneas, etc.) esto para evitar pérdidas de aire fresco ó evitar caliente con vapores en los circuito

Las compuertas son construidas de acero e instaladas en muros de concreto en la Figura 5 y los reguladoresbloquetas de cemento (Figura 6

Figura 5. Compuerta de ventilación

de diámetro: son utilizadas con ventiladores de 4.71m3/s de caudal en labores que tienen secciones de 2.4 m x 2.4 m. Estas no son usadas con frecuencia, solamente

preparaciones y en vetas

de diámetro: son usadas con m3/s de caudal en labores

m de sección. y 0.914 m de diámetro: son

utilizadas en labores de preparación y m de sección con longitudes

superior a 300 m. Son utilizados con 14.16 m3/s, son las mangas más

son utilizadas en proyectos en recortes largos con longitudes

los 1000 m. Los diámetros menor y superior de estas mangas son de 36 y 108 cm respectivamente y su sección es equivalente a

de 1.32 m de diámetro. Son con ventiladores de 28.31 m3/s.

Las mangas deterioradas son re-emplazadas por el ersonal del área de ventilación de empresa. El personal

compras de acuerdo al consumo . En esta mina, el consumo de mangas es

aproximadamente de 1000 m por mes de los cuales las mangas de 0.75m y 0.91m de diámetro son las más

eguladores y Tapones de Ventilación

Dependiendo de la cantidad de aire que se necesite en n compuertas y reguladores

para direccionar el flujo de aire hacia las labores de son usados cuando es necesario

labores antiguas (tajos, chimeneas, etc.) esto para de aire fresco ó evitar el ingreso de aire

circuitos principales. Las compuertas son construidas de planchas de

instaladas en muros de concreto como se muestra reguladores son construidos de

(Figura 6)

Compuerta de ventilación

Figura6. Regulador de ventilación

4 Diámetro Económico de la Chimenea

En teoría, el diámetro económico chimenea es determinado minimizando una función de costos. En la práctica el diámetro económico calculado en función de los siguientes parámetros:

• Reservas de mineral • Equipos a diesel utilizados en la mina• Capacidad de los ventiladores

energía eléctrica. El costo de operación depende mucho de la energía

consumida por los ventiladores. El costorequerido para la profundización de un pozo obtenido de los contratistas o de trabajos similares. Sin embargo, estos deben ser actualizados porque variar con el tiempo. En el caso de la mina San Cristóbal los ventiladores primarios tienen una capacidad m3/s a 2.5 kPa de presión. Las chimeneas son desarrolladas en roca volcánica de RMR 50

El sistema de ventilación es diseñado para las siguientes condiciones:

• Reservas: para 10 años • Ventilador principal: 190 m3/s • Presión: 2.5 kPa • Altura de trabajo: 4,700 msnm

La Figura 7 muestra una relación del costo total de

operación de una chimenea en función de su diámetro. Este grafico fue determinado en base a los costos construcción y operación de la mina para un caudal de 190 m3/s. En base a este grafico, para las condiciones anteriores, la mina requerirá de una chimenea de ventilación de 5.5 m de diámetro.

Diametro economico

0

2000000

4000000

6000000

8000000

10000000

Diametro

Cto

tot

al

D (mts) 2.10 2.40 2.70 3.00

Ct $ 8,952,82 5,039,35 3,254,14 2,423,07

1 2 3 4 5

himenea Principal

de un pozo o nimizando una función de

n la práctica el diámetro económico es los siguientes parámetros:

la mina de los ventiladores y consumo de

El costo de operación depende mucho de la energía El costo de capital

requerido para la profundización de un pozo puede ser o de trabajos similares. Sin

embargo, estos deben ser actualizados porque pueden el caso de la mina San Cristóbal

marios tienen una capacidad de 190 . Las chimeneas son

roca volcánica de RMR 50 de dureza. es diseñado para las

muestra una relación del costo total de operación de una chimenea en función de su diámetro. Este grafico fue determinado en base a los costos de

para un caudal de . En base a este grafico, para las condiciones

anteriores, la mina requerirá de una chimenea de

Figura 7: Grafico mostrando la relación del costo total de una chimenea en función de su

5 Utilización del Software

Hoy en día, los estudios de los ventiladores son realizados usando simuladores numéricos. simuladores mas usados en las minas del

• VNETPC, EE.UU. • Ventsim, Australia y• Vuma, Sud África.

5.1 Aplicación del Programa

VnetPC, un simulador de ventilaciónpara construir una red de ventilaciónfrentes de trabajo, y resolverla bajo varias condiciones. Para una red calibrada, el simulador puede ser también usado para hacer proyecciones y determinar los de operación de los ventiladores, reguladores, muros, etc., que son requeridos para dirigir el aire a los frentes de trabajo. es necesario tener datos confiables tanto de la mina como de los requerimientos de aire. Lincluyen dimensiones de los diferentes conductos de aire, ubicación de las labores, tamaño de los ventilación, etc. Los requerimientos de aire son generalmente determinados en función de los contaminantes generados en la m

En la práctica, la red de usando datos físicos obtenidos parámetros de diseño determinados de levantamientos de ventilación. En minas en operación, los resultados de estas mediciones son usadas para determinade las vías de aire en la red. La Figura simple cuyos parámetros pueden ser determinados base a estas mediciones. Para labores proyectadas, las resistencias son estimadas en base a datos de labores similares u obtenidas de manualesdatos compilados en los manuales estandarizados para el nivel del mar. Antes de ser usadas, estos deber ser corregidos por el cambio de elevación o densidad del aire. La densidad del aire es 0.72 kg/mla mina San Cristóbal y 1.20 kg/m

5.2 Alimentación de Datos

El programa VnetPC requiere de los siguientes datos:

• Una red de ventilacióncon la superficie

• Una resistencia para cada ramal de la red• Caudal de aire requerido para

trabajo o lugar donde son generadoscontaminantes de aire

• Uno o mas ventiladores primarios representados inicialmente por una presión fija.

Una vez activado, el programa permite dibujar la red interactivamente. Esta red también puede ser dibujada

D (mts)

Ct $

3.00 3.60

2,423,07 1,921,55

6

mostrando la relación del costo total de una chimenea en función de su diámetro.

Software VnetPC

Hoy en día, los estudios de los ventiladores son realizados usando simuladores numéricos. Los

s minas del Perú son:

y

ventilación, puede ser utilizado de ventilación, incluyendo los

frentes de trabajo, y resolverla bajo varias condiciones. Para una red calibrada, el simulador puede ser también usado para hacer proyecciones y determinar los puntos

operación de los ventiladores, tamaño de los reguladores, muros, etc., que son requeridos para dirigir

. Para alcanzar este objetivo es necesario tener datos confiables tanto de la mina como de los requerimientos de aire. Los datos de la mina incluyen dimensiones de los diferentes conductos de aire,

tamaño de los controles de , etc. Los requerimientos de aire son

generalmente determinados en función de los contaminantes generados en la mina.

, la red de ventilación es construida enidos de los planos y

determinados de levantamientos de . En minas en operación, los resultados de

estas mediciones son usadas para determinar resistencias . La Figura 8 muestra una red

simple cuyos parámetros pueden ser determinados en Para labores proyectadas, las

resistencias son estimadas en base a datos de labores de manuales de ventilación. Los

compilados en los manuales son generalmente estandarizados para el nivel del mar. Antes de ser usadas, estos deber ser corregidos por el cambio de elevación o

La densidad del aire es 0.72 kg/m3 en y 1.20 kg/m3 al nivel del mar.

El programa VnetPC requiere de los siguientes datos:

ventilación indicando las conexiones

Una resistencia para cada ramal de la red de aire requerido para cada frente de

trabajo o lugar donde son generados los contaminantes de aire Uno o mas ventiladores primarios representados inicialmente por una presión fija.

Una vez activado, el programa permite dibujar la red sta red también puede ser dibujada

usando otros programas e importados al VnetPC. El siguiente paso es identificar los ramales que representan las conexiones con la superficie.

Una vez completada la red, el siguiente paso es asignar una resistencia a cada ramal. Esta resistencia puede ser determinada en función de los datos de mensura o simplemente calculada de la ecuación de Atkinson.

El caudal requerido es determinado en función de los contaminantes del aire y siguiendo las normas de seguridad y los limites permisibles. Con este objeto es necesario identificar el ramal que representa un frente de trabajo y asignar a este un caudal fijo.

Finalmente, antes de correr el programa es necesario identificar la fuente de presión, inicialmente representado por un ramal de presión fija.

El Cuadro 5 muestra una parte de los datos utilizados en la construcción del modelo de ventilación de la mina San Cristóbal. El cuadro muestra los parámetros utilizados para identificar 23 ramales o conductos de aire ubicados en el nivel 340. La resistencia de cada ramal (R) fue calculada en base a las dimensiones físicas de cada labor y coeficientes de fricción adoptados de manuales y compensados por altura. Cuadro 5: Hoja de datos NV-340

Del nudo

Al nudo

R Ns2/m8

Área m2

Descripción

3402 3405 0.08720 7.52 GAL-990 3403 3402 0.02457 7.52 GAL-253 3404 3403 0.00552 7.52 BP-365 3405 3404 0.0126 15.36 BP-365 3406 3405 0.00072 15.36 BP-365 3407 3406 0.00229 15.36 BP-365W 3408 3407 0.00101 15.36 BP-365W 3409 3408 0.00245 15.36 BP-365 3410 3409 0.00300 15.36 BP-365E 3411 3410 0.00586 15.36 BP-365E 3412 3411 0.00000 15.36 VE 3412 3413 223.000 15.36 VE-06 3409 3414 3.35490 92.90 XC-9505 3414 3415 0.00164 15.36 XC-9505E 3415 3416 0.00780 8.64 CUADRO 3416 3418 0.00194 8.64 RP-419 3414 3419 0.00300 8.64 VE 3411 3420 0.00242 8.64 VE 2181 3413 0.00158 15.36 RP-218 3418 4191 0.00159 15.36 RP-419 3407 4460 0.00040 16 RP-446 3419 3939 0.00200 16 RP-9475 3420 3951 0.08879 3.81 CH-685

Figura 8: Diagrama Unifilar NV- 340

5.3 Ejecución del Programa

Una vez creado el modelo, el siguiente paso es verificar su validez. El objetivo es alcanzado comparando los resultados obtenidos por el simulador con los datos medidos en mina (correlación). Para considerar el modelo como aceptable, es recomendado tener una correlación del 5%. Si la correlación es mayor que este porcentaje, entonces el modelo creado por el programa VnetPC no es adecuado y deber ser revisado.

Para verificar la validez del modelo se utiliza la siguiente ecuación.

∑ Flujos medidos– ∑flujos simulados

Correlación= ---------------------------------------------x 100 Total flujos medidos La ecuación anterior sirve para verificar los

resultados obtenidos tanto en magnitud como en la dirección de los caudales medidos. En el caso de la mina San Cristóbal se obtuvo una correlación de 2.2%, indicando que los datos ingresados al modelo son confiables y el modelo puede ser utilizado para hacer proyecciones y determinar los parámetros requeridos para completar el diseño de ventilación de la mina.

5.3 Ventiladores Principales

El simulador VnetPC fue usado para determinar el número y tamaño de los ventiladores principales para la mina. La Figura 9 muestra el punto de operación de un ventilador principal extractor Alphair ubicado en el pie de la chimenea RB256, Nv.730. El ventilador tiene las siguientes características:

Caudal: 188.78 m3/s Presión: 1.295 kPa Potencia: 522 kw

Además de esta, la mina cuenta con otros dos

ventiladores principales inyectores Alphair de 141.58 m3/s de capacidad instalados al pie de la chimenea RB 742B. Estos ventiladores, instalados en cámaras anti combustibles, reforzadas internamente (con pernos helicoidales y shotcrete), eléctricamente son operados en circuitos independientes. El isométrico de ventilación se detalla en Apéndice 2.

Figura 9. Punto de operación del ventilador principal de 188.78 m3/s (400 kcfm) de caudal y 1.295 KPa (5.2 in.w.g.) de presión.

5.4 Ventiladores Auxiliares

Normalmente, estos ventiladores son utilizados para ventilar labores ciegas. Con este objeto, el ventilador es instalado en un sistema soplante con el ventilador en el acceso principal y una manga de ventilación extendida hacia el frente de trabajo. La selección del ventilador se realiza teniendo en cuenta los siguientes factores:

• Ancho de la labor • Requerimiento de aire • Longitud de la labor.

La mina San Cristóbal utiliza ventiladores auxiliares tipo axial de las siguientes características: a) Galerías cortas y talleres:

• Modelo: VAV–32 -14-3500-I, (Alabes variables)

• Capacidad de 9.44 m3/s y 14.16 m3/s. b) Galerías largas:

• Modelo: VAV-45-26.5-3450-II, (Alabes variables)

• Capacidad de 23.60 m3/s y 28.32 m3/s.

5.5 Costos de Ventilación

El costo de ventilación en su mayor parte es representado por el costo de energía eléctrica consumida. En la mina, este costo es dividido en dos: a) Ventilación Primaria. Los ventiladores primarios

son operados continuamente durante todo el año con excepción de los días de mantenimiento. El consumo anual de energía eléctrica por estos ventiladores es de 1’358,800 kW/hr.

b) Ventilación Auxiliar. Este rubro incluye el consumo de energía eléctrica por los ventiladores auxiliares en circuitos secundarios. Los ventiladores auxiliares son operados en los diferentes frentes ciegos según las necesidades. Son encendidos y apagados por el personal de operación. El consumo anual de energía eléctrica por estos ventiladores es de 636,100 kW/hr.

6 Discusión y Conclusiones

En el planeamiento de la ventilación, un simulador es una herramienta de trabajo que nos ayuda representar la mina por un modelo numérico que puede ser usado para predecir los requerimientos de ventilación. Específicamente, el modelo puede ser usado para determinar:

• Los flujos de aire y sus sentidos de avance en las labores proyectadas, y determinar los cambios en presiones y caudales cuando nuevas labores son añadidas al modelo.

• Cambios de velocidades del aire en las diferentes labores debidos a cambios efectuados.

• Los puntos de operación de los ventiladores, los requerimientos de energía eléctrica y otros factores económicos.

• Caídas de presión del aire en los conductos primarios y secundarios indicando alternativas de mejora en los circuitos.

• Visualizar los resultados. El programa Vnet-PC es compatible con muchos otros programas usados en el diseño de una mina y permite los resultados de los cambios en el sistema de ventilación en los planos de la mina casi instantáneamente.

• Evitar gastos innecesarios en construcción de chimeneas inadecuadas, ya sea por su mala ubicación o tamaño inadecuado. Chimeneas mal diseñadas no sirven mucho en los circuitos de ventilación ó sirven solo para generar corto-circuitos en la red principal, hecho que fue verificado en la mina San Cristóbal.

• Reducir costos. Con solo evitar la ejecución de una chimenea inadecuada, con la ayuda de este programa se puede reducir los costos de ejecución de proyectos de ventilación considerablemente. En la mina San Cristóbal, para el mejoramiento del sistema principal y secundario se viene invirtiendo en el desarrollo de 05 chimeneas en total 696 m de longitud y 3m de diámetro con Raise Boring (RB) que representa $ 919,795 en costo de capital, y al no utilizarla estaríamos generando gastos innecesarios elevados. El programa necesita ser alimentado con datos reales de mina (sección, perímetro, longitud, coeficiente de fricción de cada labor).

• Generar resultados confiables. Este programa trabaja con circuitos cerrados es decir los ramales de la red deber ser cerradas. Los ramales abiertos no son considerados en la simulación y son reportados como errores. La persona que ingrese los datos de campo al simulador debe conocer al detalle la mina, en caso contrario los resultados pueden diferir mucho de la realidad. Los datos incorrectos de una chimenea ó una labor pueden ocasionar errores en la simulación.

• Generar un sistema de ventilación eficiente y económica. Para alcanzar este objetivo, el ingeniero debe tener un buen conocimiento de geología y el método de explotación usado en la mina. El programa por si solo no generara un sistema de ventilación eficiente; se necesita de la lógica y la experiencia del ingeniero para generar dicho sistema.

7 Referencias

1. Instituto de Seguridad Minera, 2010. Estadística de accidentes fatales 2000/2010 – Perú. http://www.isem.org.pe

2. Mine Ventilation Service, Inc. 2010. Vent PC User Manual, 80 p.

3. Jiménez P. A., 2011. Ventilación de minas subterráneas y túneles. Instituto de Ingenieros de minas del Perú, 255 p.

4. Calizaya F., 2010. Curso de ventilación de minas – Intercade 2010, 254p.-255 p.

5. Álvarez J. C., 2011. Curso de seminario de tesis III del Doctorado en Ingeniería Industrial de la Facultad de Ingeniería Industrial y de Sistemas de la Universidad Nacional de Ingeniería, Lima-Perú.

6. Mauricio D., 2011. Curso Trabajo de investigación del Doctorado en Ingeniería Industrial de la Facultad de Ingeniería Industrial y de Sistemas de la Universidad Nacional de Ingeniería, Lima-Perú.

Apéndice 1

Balance de Caudales de Aire en la Mina A. Ingreso de Aire m3/s

Bocamina RP 300 90.402 Bocamina RP 995 122.124 Cabeza RB 919, NV 630 29.856 Cabeza RB 847, Superficie 3.826 Cabeza RB 249, Superficie 8.069 Cabeza RB 023, Superficie 1.603 Cabeza CH 04, Superficie 8.777 Cabeza CH 755, Superficie 1.389 Cabeza RB 400, Superficie 2.936 Pie-RB 742B (NV 580) 150.95 BP-206, NV 390 80.129 Cabeza RB 978, Superficie 6.048 Cabeza RB 040, Superficie 19.405 Bocamina Nv. 500 5.201 Bocamina BP 578, Superf. NV500

9.880

PQ-Porvenir, Superficie 21.648 RB Relleno ( Superficie) 25.087 Túnel Victoria, NV 820 21.099 Cabeza RB 373, Superficie 12.997 ACC 830, NV 730, PQUE Hppa 20.009 Caudal Total (Ingreso) 641.113 B. Salidas de Aire m3/s

BP 920, CX(13-14)NV920 42.014 VE7,BP 632, NV 920 47.608 BP 920, Cabeza RB310 NV920 22.832 CX-811, NV 1020 60.079 VE RB742, RP010,NV 730 49.795 BP-340,pie RB206, NV340 35.284 VE RB206, NV340,RP206 34.572 BP 635,NV 500 12.720 CX09,BP630,NV630 36.692 VEI-RB999,RP 154,NV630 34.808 VEII-RB999,RP 154,NV630 45.942 XC-035,NV820 9.854 Pie RB9085,RP154,NV630 38.790 XC 11,NV920,PieRB616 52.092 VE3,RB660,NV.920 43.396 Pie RB 256 NV730 54.423 Caudal Total (Salida) 663.305

Apéndice 2 Isometrico de ventilacion mina San Cristobal