Propuesta de Ventilación en el Túnel Lomo de Toro
Por: Iván Omar Torres Moreno*
Resumen
El descubimiento del Distrito Zimapán se remonta a principios del siglo XVll. El desarrollo del Distrito empezó por el descubrimiento del mineral de Lomo de Toro por Lorenzo del Sabrá en 1632. El Distrito siempre se ha caracterizado por su producción de plata y plomo.
La mina subterránea Monte está ubicada en el estado de Hidalgo, México, a una altitud de 1960 m.s.n.m. Es un yacimiento tipo Skarn, alimentado por un dique granodiorítico, la mineralización viene como sulfuros a lo largo de dos planos de contacto. Los métodos de explotación que se utilizan son por subniveles ascendentes, y por corte y relleno.
Se trata de un cerro, por un lado está mina Monte y por el otro al fondo del peñasco, se encuentra mina Carrizal, ambas pertenecen a la misma empresa. Están unidas por el túnel Lomo de Toro (5km) y San Francisco (2km) utilizado para el acarreo de mineral, tiene una longitud de 7km, y el acarreo va de Carrizal a Monte, donde se tiene la planta de procesamiento. Este túnel cuenta únicamente con ventilación natural. El flujo de aire en las mañanas corre de Carrizal a Monte y por las tardes de Monte a Carrizal. El principal problema es cuando el sol se encuentra justamente en medio y llega a un equilibrio donde no entra ni sale aire porque no hay diferencia de presión. Generalmente la visibilidad es mala, los niveles permitidos de monóxido se alcanzan rápidamente y todo complica el tránsito de los camiones, provocando que no sea posible aumentar el número de camiones que pasan por el túnel al mismo tiempo.
Una alternativa sería instalar ventiladores tipo jet fan a lo largo del túnel. Otra opción más barata y viable es la construcción de obra minera con extractores y una serie de puertas automáticas que nos ayuden a restringir el flujo de varias zonas de la mina.
Introducción
El túnel completo se compone de dos tramos unidos, Lomo de Toro que es el más extenso y San Francisco que es el tramo que sale hacia la planta de beneficio. Por el lado de Lomo de Toro circulan los camiones provenientes de Carrizal y por San Francisco los camiones de acarreo de mina Monte.
La ventilación es completamente natural y debido a que el túnel atraviesa el cerro de lado a lado se produce una diferencia de presiones, por lo que el aire entra o sale dependiendo de la hora del día y la posición del sol. Los problemas a lo largo de esta ruta de acarreo son los típicos de un túnel de estas dimensiones: Concentraciones de monóxido en las horas pico de acarreo (+ −100ppm), polvos en suspensión, alta humedad. Se puede decir que la única ventaja con la que cuenta este sitio es que es bastante fresco, no existen temperaturas altas en lo absoluto (20ºC) .
Las dimensiones promedio de Lomo de Toro son 4.8m x 4m y de 5.1m X 4.2m en San Francisco. Existen algunos accesos desde superficie hacia este túnel de acarreo, se componen de algunas rampas y obras antiguas; de todo esto la única obra que realmente nos interesa es la rampa Verdosas, la cual comunica a superficie y llega justamente al túnel San Francisco.
El objetivo de este proyecto es diseñar y calcular la infraestructura necesaria de una primera propuesta para brindar el flujo de aire necesario que se requiere a fin de mantener una buena visibilidad y calidad de aire y poder aumentar la cantidad de camiones que transitan, así como mejorar las condiciones para el personal.
Circuitos de Ventilación: En general, el circuito de ventilación en una mina, está constituido por: un tiro de admisión, un tiro de succión y una red de conductos de ventilación más o menos compleja que incluye frentes, cruceros, pozos, contrapozos y rebajes. En ocasiones en vez de un tiro de succión o de admisión, existe un socavón.
La presión natural de ventilación se genera por una diferencia de densidades de aire ocasionada por calentamiento desigual en los extremos de un conducto de ventilación. El caso se ilustra en la figura en la que el sol calienta el aire en un lado de la montaña mientras que el otro lado se encuentra sombreado. El resultado es que se crea una diferencia de presiones que genera una corriente de ventilación en el túnel que va del lado sombreado de mayor densidad, al lado soleado.
La cantidad de aire que circula por la mina será función de la diferencia de presiones y de la resistencia de la misma, lo que a su vez depende de las características físicas de los conductos involucrados.
Norma Oficial Mexicana 023. El sistema de ventilación en las minas subterráneas deberá cumplir al menos con las características siguientes:
Suministrar al interior de la mina un volumen de aire de:
- 1.50 metros cúbicos por minuto por cada trabajador, y 2.13 metros cúbicos de aire por minuto por cada caballo de fuerza de la maquinaria accionada por motores de combustión diésel, localizados en el interior de la mina.
- Mantener una velocidad mínima del aire de 15.24 metros/minuto, cuando en cualquier frente, galería o tiro se opere maquinaria impulsada por motores de combustión diésel.
Norma Oficial Mexicana 015.
Resistencias en serie: Si dos conductos están conectados en serie y tienen como resistencias los valores R1 y R2, la resistencia total de la combinación se calcula sumando los valores individuales de la misma.
Resistencia de Choque: El factor de resistencia de choque se refiere usualmente a las pérdidas causadas por cualquier cambio de sección o dirección y es una resistencia puntual que debe de calcularse.
Presión: Caída de presión representada en Pascales.
Potencia y voltaje: Es un aspecto muy importante a la hora de dimensionar un ventilador. Nos debemos de asegurar que se dan las condiciones adecuadas en el entorno, para garantizar que la capacidad de los transformadores sea la adecuada a fin de atender la potencia demandada por el ventilador.
De la misma manera, la distancia del ventilador al transformador y la capacidad del mismo son claves para mantener una caída de tensión eléctrica dentro de los límites aceptables que manda la normativa.
Abanicos de Flujo Axial: La principal acción de un abanico de flujo axial para generar presión estática consiste en impartir una aceleración tangencial al aire a su paso por el impulsor. En este tipo de abanico la fuerza centrífuga prácticamente no actúa sobre el aire.
Cavitación: Este fenómeno ocurre por insuficiencia de alimentación, por ejemplo cuando se estrangula el gasto por un taponamiento de los conductos. Bajo estas condiciones se debe proceder a desconectar el abanico para evitar su destrucción
Resultados
Se tienen dos posibles soluciones al problema, en ambas se divide el túnel en dos (figura 4) utilizando puertas automáticas para reducir su complejidad y aprovechar la infraestructura actual.
Se calculan las resistencias de todo el circuito, tanto el túnel como las resistencias de choque que simulan a los vehículos en tránsito y se ajustan a la densidad de aire propia de la altitud de la obra (Ecuación 1 y 2).
Se calcula el caudal necesario de cada túnel, se tomó en cuenta el requerimiento de aire necesario por persona, por hp y por gases de voladura.
Lomo de Toro: 15 personas, 7 camiones Kenworth (340hp), 3 camionetas Mitsubishi L200 (150HP) y gases provenientes del cuerpo Concordia.
San Francisco: 30 personas, 10 camiones Kenworth (340hp), 5 camionetas Mitsubishi L200 (150HP) y gases provenientes de la rampa 500.
Opción 1: Hacer un pozo robbins de 190m el cual será para la extracción del aire por Lomo de Toro y usar la rampa Verdosas igualmente para extraer aire de San Francisco. Se instalaría un ventilador extractor en superficie para los gases de L.T. y otro más la rampa Verdosas igualmente como extractor (Figura 5).
En este caso tenemos que revisar el diámetro de pozo ideal para la cantidad de aire que se requiere y el costo operativo que nos va a dar elegir uno u otro (Tabla 4).
En ambos casos elegiríamos ventiladores de 400 hp para estar un poco sobrados en la potencia necesaria (Tabla 5 y 6).
Opción 2: Hacer una obra que comunique la rampa Verdosas y el túnel Lomo de Toro, con lo que se tendrían ahora dos comunicaciones a Verdosas. Así se tiene ventilación independiente para ambos túneles pero aprovechando una misma salida (Figura 6). Se instalarían dos ventiladores en paralelo de 400hp cada uno (Tabla 7 y 8).
Conclusiónes
Opción 1.
Pro.
• Siempre es una ventaja tener un pozo a superficie, así se tienen más alternativas para el circuito.
Contras.
- Se tiene que invertir en un pozo e infraestructura en superficie a fin de crear la plaza necesaria para llegar al lugar donde se planea colocar la máquina Robbins.
- El acceso al ventilador de superficie es más complicado por la lejanía.
Opción 2.
Pros.
- No se requiere contratistas para hacer el túnel que comunica a la rampa verdosas. Y su costo es mucho menor que realizar un pozo a superficie.
- Se tiene acceso a ambos ventiladores para realizar mantenimientos programados mucho mas sencillos.
Contras.
- El desarrollo del túnel va a requerir el bloqueo programado de Lomo de Toro por las voladuras.
La conclusion final seria que la opción 2 es la mas adecuada por cotos y tiempos de ejecución. Si bien en ambas opciones el cálculo de los ventiladores nos arroja resultados iguales para su selección, es mucho mas sencillo tener los dos ventiladores juntos y hacer la infraestructura necesaria para los dos en paralelo es mas práctico y barato. Al mencionarse en paralelo uno puede pensar en el clásico ejemplo de dos ventiladores que extraen de una misma obra, pero en este caso es sólo la posición de la instalación, cada ventilador extrae de un túnel diferente por lo que se pueden tener trabajando a potencias diferentes sin que compitan entre ellos y tengamos un desbalance.
Referencias y fuentes consultadas
- Secretaria del trabajo y previsión social. (2012). NORMA Oficial Mexicana NOM-023-STPS 2012, Minas subterráneas y minas a cielo abierto – Condiciones de seguridad y salud en el trabajo. 2020, de secretaria del trabajo y previsión social Sitio web: http://www.stps.gob.mx/bp/secciones/dgsst/normatividad/normas/Nom-023.pdf
- Jaime Albuerne Pérez. (2017). Conferencias de planificación y gestión de la ventilación de minas. Asturias: IGAN INGENIERIA.
- Malcolm J. McPherson. (1993). INCOMPRESSIBLE FLOW RELATIONSHIPS. En Subsurface Ventilation and Environmental Engineering (900). Virginia USA: Springer science+bussines media B,D.
Mina Monte, Hidalgo, México, Carrizal Mining S.A. de C.V. omartorres_mining@hotmail.com
