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POLVO DE CARBÓN EN
MINERÍA SUBTERRÁNEA
POLVO DE CARBON
Son partículas muy finas (inferiores a una malla 200), es un material combustible que da origen a una mezcla potencialmente explosiva, cuando esta en suspensión, la cual mediante una fuente de ignición puede producir combustión y generar una onda de presión y un frente de llama, generando una explosión.
IMPACTOS EN EXPLOSIONES DE POLVO DE CARBÓN MINERÍA SUBTERRÁNEA
Elemento humano Maquinaria, equipos e instalaciones. Elementos de sostenimiento Reservas de mineral Perdidas económicas
LABOR MINERA PULVERULENTA INFLAMABLE
Categoría de las labores subterráneas en minas de carbón según concentración de CH4 en cualquier sitio de la mina (Articulo 34, Decreto 1335/1987):
Categoría I: CH4 sistemáticamente no superior a 0% Categoría II: CH4 sistemáticamente no superior a 0.3% Categoría III: CH4 sistemáticamente superior a 0.3%
El artículo 40 del Decreto 1335/1987 establece como labores pulverulentas inflamables:
Labor subterránea Categoría I: Materias volátiles > 16% Labor subterránea Categorías II y III: Materias
volátiles>14% .
FUENTES GENERADORAS DE POLVO EN MINERÍA SUBTERRÁNEA
Procesos de conminución y trituración de minerales.
Arranque manual, mecanizado o con explosivos.
Cedencia de sistemas de entibación.
Asentamiento y derrumbe del techo.
Operaciones de cargue y transporte interno.
Levantamiento o arrastre en corriente de ventilación.
CONDICIONES PARA LA EXPLOSIVIDAD DEL POLVO
DE CARBON Una explosión de polvo de carbón sucede cuando se presentan las siguientes condiciones simultáneamente:
Contenido de materia volátil mayor del 12%.
Polvo de Carbón suficientemente fino. (Pasa tamiz malla 200) .
Rango de explosividad: polvos en suspensión: 50 g/m³ a 1.000 g/m³ . (Explosión más fuerte entre 300 g/m³ y 500 g/m3 de volumen de la nube).
Contenido de oxigeno en la atmósfera minera ≥ 16%.
Generación de una nube de polvo.
Impulso térmico.
IMPULSOS GENERADORES DE UNA NUBE DE POLVO EXPLOSIVO:
Explosión de gases de incendio o metano. Uso inadecuado de material explosivo. Flujo intenso de aire en labor de sección
transversal reducida (mayor a 5m/seg). Corriente adicional de aire. Caída de polvo de carbón seco de gran altura
(tolva o pozo de almacenamiento). Desprendimiento de polvo de carbón
acumulado en los respaldos, techo y piso de una labor minera.
LA EXPLOSICION SUCEDE SI:
EXPLOSION
INFLAMABLE
FUENTE IGNICION
POLVO SUSPENDI
DO
OXIGENO
IMPULSOS TÉRMICOS IDENTIFICADOS EN ACCIDENTES MINEROS
ESQUEMA DE
EXPLOSION SUBT.
La inflamación local de los volátiles ocasiona reacción en cadena por la descomposición de las partículas vecinas y la inflamación explosiva de estas (explosión primaria),
La onda explosiva primaria levanta cantidades adicionales de polvo las cuales se transforman por la temperatura existente y explotan generando una reacción en cadena que puede cubrir toda la mina con efectos catastróficos (alta liberación de energía en forma repentina).
A lo largo de una galería de una mina de carbón por delante del frente de llama viaja una onda de presión que levanta parte del carbón depositado creando una nube que posteriormente es inflamada por el frente de la llama que viaja atrás.
CONDICIONES PARA LA EXPLOSIVIDAD DEL POLVO DE CARBON
RECORRIDO Y EFECTOS DE UNA EXPLOSION DE POLVO DE CARBON
La presión de la onda de explosión es superior a 20 at.
La velocidad del frente de llama es del orden de 1 km/seg.
Cerca al límite superior de explosividad el calor emitido en una explosión puede generar temperatura a más de 4000 ºC.
Después del paso de la onda de explosión y del frente de llama, los gases de la combustión pierden su calor por el contacto con los respaldos; este fenómeno causa la generación de la onda secundaria de explosión de gran fuerza destructiva.
El frente de llama alcanza grandes distancias fuera de la zona cubierta con polvo (hasta 5 Km)
EFECTOS DE UNA EXPLOSION DE POLVO DE CARBON
EFECTOS DINÁMICOS:
Destrucción del sostenimiento, puertas y tabiques.
Derrumbes (alteración circuito de ventilación).
Volcamiento de vagonetas cargadas, daño de equipos e instalaciones
Ruptura de tímpanos, destrozos pulmonares, precipitación al piso o proyección violenta de los trabajadores ocasionándoles la muerte. (Un hombre sobrevive a una sobre presión no mayor a 0.5 at)
EFECTOS TÉRMICOS CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
Reacciones exotérmicas en la combustión durante la explosión generan temperaturas superiores a los 4000ºC.
Quemaduras al personal (pueden ser mortales al afectar entre el 30% al 50% del cuerpo humano).
Inflamación de equipos y elementos de trabajo.
Riesgos de incendio del yacimiento.
Por efecto de la combustión se agota el oxigeno de la atmósfera minera.
Generación de altas concentraciones de C0 hasta del 12% en volumen (Valor limite permisible 0.005% en volumen - 50PPM.
FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA EXPLOSIVIDAD DEL POLVO DE CARBON MATERIA VOLATIL.
HUMEDAD EL CARBON Y DE LOS
DEPOSITOS DE POLVO.
SOLIDOS INERTES.
CONCENTRACION Y GRANULOMETRIA.
MATERIA VOLATIL. ( MV)
La explosividad del polvo de carbón depositado se incrementa con el aumento del contenido de MV:
HUMEDAD DEL CARBON Y DE LOS DEPOSITOS DE POLVO
La explosividad se reduce con la presencia de agua, aunque no impide la combustión del polvo en caso de incendio o explosión.
15% de agua puede oponerse a una explosión débil y a su propagación.
30 - 40% de agua se requieren para una explosión violenta.
50% de agua se requieren si el polvo y el agua no se encuentran mezclados.
El Decreto 1335/1987 establece un contenido mínimo de agua del 75% cuando se efectúe la neutralización de polvo de carbón con agua.
SOLIDOS INERTES
Absorben calor de la reacción de combustión y recubren las partículas combustibles dificultando el acceso al calor.(el más usado es polvo de caliza malla 400 con contenido de sílice < 3%).
El Decreto 1335/1987 (titulo lll, capitulo 1) establece que para mantener el polvo de carbón sedimentado en condiciones de incombustibilidad debe tenerse un contenido de inertes del 70% al 80%
CONCENTRACION Y GRANULOMETRIA
Por encima de 50 g/m³ el proceso se acelera, la velocidad de propagación de la llama y los efectos de la explosión se incrementan.
Con concentraciones del orden de 5000 g/m3 el fenómeno se extingue.
Dependiendo de la granulometría los lechos de polvo pueden ser puestos en suspensión por la onda de choque generada en el efecto iniciador.
Partículas menores de 0.2 mm son las que originan las explosiones de polvo de carbón.
La concentración mínima de polvo combustible para que ocurra una explosión es del orden de 50 g/m³
Por debajo de esta concentración la combustión se puede extinguir.
CONCENTRACION Y GRANULOMETRIA
En la Tabla 1 se presentan las concentraciones mínimas de polvo de carbón para que se inicie, se mantenga y se propague el fenómeno de explosión.
Tabla 1 Concentraciones limite de polvo de carbón en la nube
MÉTODOS PARA EL CONTROL DE EXPLOSIONES
Ventilación adecuada
Monitoreo Regular del Metano
Hacer inerte el polvo de roca
Eliminación de fuentes de ignición
VENTILACIÓN ADECUADA
Para controlar explosiones se toma como principal método la optima ventilación, en busca de llevar hasta las secciones de trabajo el aire necesario para la respiración del personal, refrescar el ambiente y también la desgasificación de los frentes.
MONITOREO DEL METANO
El metano es explosivo cuando se mezcla con el aire en un volumen entre 5 – 15 %
Se requiere de un monitoreo frecuente de la concentración de metano.
Esto puede hacerse empleando instrumentos de detección portátiles.
Debe tomarse una acción inmediata para reducir/ diluir el metano por debajo de un umbral del 1%
MONITORES
FACTORES QUE INFLUYEN EN LAS EXPLOSIONES DE POLVO DE CARBÓN
Tamaño del polvo Composición del polvo Presencia de gas inflamable - metano Cantidad de polvo Distribución del polvo- techo /costillas /piso /
troncos Fuente /fuerza de la ignición
MEDICIÓN DE LA EXPLOSIBILIDAD DE MEZCLAS DE POLVO DE CARBÓN Y ROCA
Instrumento manual y método para la determinación en tiempo real de la suficiencia de pulverizado de roca en minas de carbón subterráneas.
VEMOS COMO SE TOMA LA MUESTRA DE LA ROCA.
SE TOMA LA MEDICION CON EL EQUIPO CDEM
CAPA FLOTANTE EXPLOSIVA DE POLVO DE CARBÓN SOBRE POLVO DE ROCA.
TIPOS COMUNES DE FUENTES DE IGNICIÓN
Mala utilización y manipulación de explosivos permitidos Uso de explosivos no permitidos Fumar dentro de la mina Lámparas de seguridad dañadas o luces abiertas Brocas que golpean la roca lanzan chispas de metal
caliente sobre la superficie de la roca Arcos eléctricos y las chispas de maquinaria operada con
electricidad Equipo no diseñado a prueba de explosiones Equipo a prueba de explosiones que no se mantiene de
forma apropiada Persistencia de varias fuentes potenciales de ignición:
Corte, quemado, soldadura, electricidad, ignición por fricción, combustión espontánea, iluminación
EXPLOSIÓN EXPERIMENTAL DE POLVO DE CARBÓN
EXPLOSIÓN EXPERIMENTAL DE POLVO DE CARBÓN ABRIL 1, 1969 Mina Experimental Bruceton
216 kg de polvo de carbón584 kg polvo de rocaDistribuidas en una galería de 250 metros Volumen de combustible nominal ~1270 m3
Zona de ignición débil 7.6 m de 6.5 % mezcla de metano - aire
Encendida mediante chispa en el extremo cerrado
EXPLOSIÓN EXPERIMENTAL DE POLVO DE CARBÓN ABRIL 1, 1969
RESULTADOS
La velocidad de las llamas fue de más de 1000 m/s.
Las presiones estáticas fueron de más de 75 psig (517kPa) Muchos de los sensores de presión
de 1000 kPa fueron destruidos Las llamas recorrieron 400 m de galería y se
proyectaron una corta distancia sobre la superficie de la mina
Una fuerte onda de choque se escuchó a 30 millas de distancia y se rompieron vidrios a 7 millas de distancia
CIFRAS DE TRAGEDIAS MINERAS POR EXPLOSIÓN DE POLVO DE CARBÓN
EEUU: 1900 – 1972 , 1430 explosiones (700 muertos, más de 200 heridos)
Alemania y países vecinos: 1960 -1972, más de 4000 explosiones (1 por día de trabajo)
Inglaterra: 1958 – 1976, 679 explosiones (30 muertos, 925 heridos)
Polonia: 1922 – 1970, 22 explosiones (176 muertos)
España: 1944 Mina Santa Clara (34 muertos), 1982 Pozo Montsacro y Pozo Espiel (5 muertos, 9 heridos)
China: 2005, Mina de Dongfeng (149 muertos). 2006 Mina de Liaoning (214 muertos)
Ucrania: 2006, Mina en la cuenca de carbón Donbass (39 muertos)
Colombia: 1977, Industrial Hullera. Amagá, Antioquia (86 muertos), 1997 Mina Orocué, El Zulia N. de S.(16 muertos), 2001 Mina Cañabrava, Cúcuta N. de S. (15 muertos), 2006 Mina La Preciosa Sardinata N. de S. (32 muertos)
GRACIAS POR SU
ATENCION….