Los incendios y las explosiones representan una amenaza constante para la seguridad de los mineros y para la capacidad productiva de las minas. Los incendios y explosiones de minas se han clasificado tradicionalmente entre los desastres industriales más devastadores.
A fines del siglo XIX, los incendios y las explosiones en las minas provocaron pérdidas de vidas y daños a la propiedad en una escala sin precedentes en otros sectores industriales. Sin embargo, se ha logrado un claro progreso en el control de estos peligros, como lo demuestra la disminución de los incendios y explosiones de minas registrados en las últimas décadas.
Este artículo describe los peligros básicos de incendio y explosión de la minería subterránea y las medidas de seguridad necesarias para minimizarlos. La información sobre protección contra incendios en minas a cielo abierto se puede encontrar en otras partes de este Enciclopedia y en normas como las promulgadas por organizaciones como la Asociación Nacional de Protección contra Incendios de los Estados Unidos (p. ej., NFPA 1996a).
Áreas de Servicio Permanente
Por su naturaleza, las áreas de servicio permanente implican ciertas actividades peligrosas y, por lo tanto, se deben tomar precauciones especiales. Los talleres de mantenimiento subterráneos y las instalaciones relacionadas son un peligro especial en una mina subterránea.
Los equipos móviles en los talleres de mantenimiento suelen ser una fuente frecuente de incendios. Los incendios en los equipos de minería que funcionan con diesel generalmente surgen de fugas en las líneas hidráulicas de alta presión que pueden rociar una neblina caliente de líquido altamente combustible sobre una fuente de ignición, como un múltiple de escape caliente o un turbocargador (Bickel 1987). Los incendios en este tipo de equipos pueden crecer rápidamente.
Gran parte del equipo móvil utilizado en las minas subterráneas no solo contiene fuentes de combustible (p. ej., combustible diésel e hidráulica), sino que también contiene fuentes de ignición (p. ej., motores diésel y equipos eléctricos). Por lo tanto, este equipo presenta un riesgo apreciable de incendios. Además de este equipo, los talleres de mantenimiento generalmente contienen una variedad de otras herramientas, materiales y equipos (por ejemplo, equipos desengrasantes) que son un peligro en cualquier entorno de taller mecánico.
Las operaciones de soldadura y corte son una de las principales causas de incendios en las minas. Se puede esperar que esta actividad ocurra regularmente en un área de mantenimiento. Se deben tomar precauciones especiales para garantizar que estas actividades no creen una posible fuente de ignición para un incendio o una explosión. La información sobre protección contra incendios y explosiones relacionada con las prácticas seguras de soldadura se puede encontrar en otras partes de este Enciclopedia y en otros documentos (p. ej., NFPA 1994a).
Se debe considerar la posibilidad de convertir toda el área del taller en una estructura completamente cerrada de construcción resistente al fuego. Esto es particularmente importante para las tiendas destinadas a un uso superior a los 6 meses. Si tal arreglo no es posible, entonces el área debe estar protegida en su totalidad por un sistema automático de supresión de incendios. Esto es especialmente importante para las minas de carbón, donde es fundamental minimizar cualquier fuente potencial de incendio.
Otra consideración importante para todas las áreas del taller es que se ventilen directamente al retorno de aire, lo que limita la propagación de productos de combustión de cualquier incendio. Los requisitos para este tipo de instalaciones se describen claramente en documentos como NFPA 122, Norma para la Prevención y Control de Incendios en Minas Subterráneas Metálicas y No Metálicas, y NFPA 123, Norma para la Prevención y Control de Incendios en Minas Subterráneas de Carbón Bituminoso (NFPA 1995a, 1995b).
Bahías de combustible y áreas de almacenamiento de combustible
El almacenamiento, manejo y uso de líquidos inflamables y combustibles representan un riesgo de incendio especial para todos los sectores de la industria minera.
En muchas minas subterráneas, los equipos móviles suelen funcionar con diésel y un gran porcentaje de los incendios involucran el combustible utilizado por estas máquinas. En las minas de carbón, estos peligros de incendio se ven agravados por la presencia de carbón, polvo de carbón y metano.
El almacenamiento de líquidos inflamables y combustibles es una preocupación especialmente importante porque estos materiales se encienden más fácilmente y propagan el fuego más rápidamente que los combustibles ordinarios. Tanto los líquidos inflamables como los combustibles a menudo se almacenan bajo tierra en la mayoría de las minas que no son de carbón en cantidades limitadas. En algunas minas, la principal instalación de almacenamiento de combustible diésel, aceite y grasa lubricantes y fluido hidráulico se encuentra bajo tierra. La gravedad potencial de un incendio en un área subterránea de almacenamiento de líquidos inflamables y combustibles requiere un cuidado extremo en el diseño de las áreas de almacenamiento, además de la implementación y aplicación estricta de procedimientos operativos seguros.
Todos los aspectos del uso de líquidos inflamables y combustibles presentan preocupaciones desafiantes de protección contra incendios, incluida la transferencia al subsuelo, el almacenamiento, la dispensación y el uso final en equipos. Los peligros y métodos de protección para líquidos inflamables y combustibles en minas subterráneas se pueden encontrar en otras partes de este Enciclopedia y en las normas NFPA (p. ej., NFPA 1995a, 1995b, 1996b).
Prevención de fuego
La seguridad para incendios y explosiones en minas subterráneas se basa en los principios generales de prevención de incendios y explosiones. Normalmente, esto implica el uso de técnicas de seguridad contra incendios de sentido común, como evitar fumar, así como proporcionar medidas integradas de protección contra incendios para evitar que los incendios crezcan, como extintores portátiles o sistemas de detección temprana de incendios.
Las prácticas de prevención de incendios y explosiones en las minas generalmente se dividen en tres categorías: limitar las fuentes de ignición, limitar las fuentes de combustible y limitar el contacto entre el combustible y la fuente de ignición.
Limitación de las fuentes de ignición es quizás la forma más básica de prevenir un incendio o una explosión. Las fuentes de ignición que no sean esenciales para el proceso de minería deben prohibirse por completo. Por ejemplo, debe prohibirse fumar y cualquier fuego abierto, especialmente en las minas de carbón subterráneas. Todos los equipos automatizados y mecanizados que puedan estar sujetos a una acumulación de calor no deseada, como las cintas transportadoras, deben tener interruptores de deslizamiento y secuencia y cortes térmicos en los motores eléctricos. Los explosivos presentan un peligro evidente, pero también pueden ser una fuente de ignición para el polvo en suspensión de gases peligrosos y deben usarse en estricta conformidad con las normas especiales de voladuras.
Eliminar las fuentes de ignición eléctrica es fundamental para evitar explosiones. Los equipos eléctricos que funcionen en lugares donde pueda haber metano, polvo de sulfuro u otros peligros de incendio deben diseñarse, construirse, probarse e instalarse de modo que su funcionamiento no provoque un incendio o una explosión en la mina. Los recintos a prueba de explosiones, como enchufes, receptáculos y dispositivos de interrupción de circuitos, deben usarse en áreas peligrosas. El uso de equipos eléctricos intrínsecamente seguros se describe con más detalle en otra parte de este Enciclopedia y en documentos como NFPA 70, Código Eléctrico Nacional (NFPA 1996c).
Limitar las fuentes de combustible comienza con una buena limpieza para evitar acumulaciones inseguras de basura, trapos aceitosos, polvo de carbón y otros materiales combustibles.
Cuando estén disponibles, se deben usar sustitutos menos peligrosos para ciertos materiales combustibles, como fluidos hidráulicos, cintas transportadoras, mangueras hidráulicas y tuberías de ventilación (Bureau of Mines 1978). Los productos de combustión altamente tóxicos que pueden resultar de la quema de ciertos materiales a menudo requieren materiales menos peligrosos. A modo de ejemplo, la espuma de poliuretano se había utilizado ampliamente anteriormente en minas subterráneas para sellos de ventilación, pero más recientemente se prohibió en muchos países.
Para las explosiones de minas de carbón subterráneas, el polvo de carbón y el metano suelen ser los principales combustibles involucrados. El metano también puede estar presente en minas que no sean de carbón y se maneja más comúnmente por dilución con aire de ventilación y escape de la mina (Timmons, Vinson y Kissell 1979). Para el polvo de carbón, se hace todo lo posible para minimizar la generación de polvo en los procesos de minería, pero la pequeña cantidad necesaria para una explosión de polvo de carbón es casi inevitable. Una capa de polvo en el suelo de sólo 0.012 mm de espesor provocará una explosión si está suspendida en el aire. Por lo tanto, el desempolvado de rocas con un material inerte como piedra caliza pulverizada, dolomita o yeso (polvo de roca) ayudará a prevenir explosiones de polvo de carbón.
Limitación del contacto entre el combustible y la fuente de ignición depende de evitar el contacto entre la fuente de ignición y la fuente de combustible. Por ejemplo, cuando las operaciones de soldadura y corte no se pueden realizar en recintos a prueba de incendios, es importante que las áreas se humedezcan y los combustibles cercanos se cubran con materiales resistentes al fuego o se reubiquen. Los extintores de incendios deben estar fácilmente disponibles y se debe apostar una guardia contra incendios durante el tiempo que sea necesario para protegerse contra incendios sin llama.
Las áreas con una gran carga de materiales combustibles, como áreas de almacenamiento de madera, polvorines de explosivos, áreas de almacenamiento de líquidos inflamables y combustibles y tiendas, deben diseñarse para minimizar las posibles fuentes de ignición. Los equipos móviles deben tener tuberías de fluido hidráulico, combustible y lubricante alejadas de superficies calientes, equipos eléctricos y otras posibles fuentes de ignición. Deben instalarse protectores de rocío para desviar los rocíos de líquido combustible de las líneas de fluido rotas lejos de posibles fuentes de ignición.
Los requisitos de prevención de incendios y explosiones para las minas se describen claramente en los documentos de la NFPA (p. ej., NFPA 1992a, 1995a, 1995b).
Sistemas de Detección y Alerta de Incendios
El tiempo transcurrido entre el inicio de un incendio y su detección es crítico ya que los incendios pueden crecer rápidamente en tamaño e intensidad. La indicación más rápida y confiable de un incendio es a través de sistemas avanzados de detección y advertencia de incendios que utilizan analizadores sensibles de calor, llama, humo y gas (Griffin 1979).
La detección de gas o humo es el enfoque más rentable para brindar cobertura de detección de incendios en un área grande o en toda la mina (Morrow y Litton 1992). Los sistemas térmicos de detección de incendios se instalan comúnmente para equipos desatendidos, como cintas transportadoras. Los dispositivos de detección de incendios de acción más rápida se consideran apropiados para ciertas áreas de alto riesgo, como áreas de almacenamiento de líquidos inflamables y combustibles, áreas de reabastecimiento de combustible y tiendas. Los detectores ópticos de llama que detectan la radiación ultravioleta o infrarroja emitida por un incendio se utilizan a menudo en estas áreas.
Todos los mineros deben ser advertidos una vez que se haya detectado un incendio. A veces se utilizan teléfonos y mensajeros, pero los mineros suelen estar alejados de los teléfonos y, a menudo, están muy dispersos. En las minas de carbón, los medios más comunes de advertencia de incendios son el corte de energía eléctrica y la notificación posterior por teléfono y mensajeros. Esta no es una opción para las minas que no son de carbón, donde tan pocos equipos funcionan con energía eléctrica. La advertencia de hedor es un método común de comunicación de emergencia en las minas subterráneas que no son de carbón (Pomroy y Muldoon 1983). Los sistemas especiales de comunicación inalámbrica por radiofrecuencia también se han utilizado con éxito tanto en las minas de carbón como en las que no son de carbón (Bureau of Mines 1988).
La principal preocupación durante un incendio subterráneo es la seguridad del personal subterráneo. La detección y alerta tempranas de incendios permiten iniciar un plan de emergencia en la mina. Dicho plan asegura que se llevarán a cabo las actividades necesarias, como la evacuación y la extinción de incendios. Para asegurar la implementación fluida del plan de emergencia, los mineros deben recibir capacitación integral y capacitación periódica en procedimientos de emergencia. Los simulacros de incendio, completos con la activación del sistema de alerta de minas, deben realizarse con frecuencia para reforzar la capacitación e identificar las debilidades en el plan de emergencia.
Puede encontrar más información sobre los sistemas de detección y advertencia de incendios en otras partes de este Enciclopedia y en documentos de NFPA (p. ej., NFPA 1995a, 1995b, 1996d).
Supresión De Incendios
Los tipos más comunes de equipo de supresión de incendios que se utilizan en las minas subterráneas son los extintores portátiles de mano, las mangueras de agua, los sistemas de rociadores, el polvo de roca (aplicado manualmente o con una máquina pulverizadora de roca) y los generadores de espuma. El tipo más común de extintores de mano portátiles suelen ser los que utilizan productos químicos secos de usos múltiples.
Los sistemas de supresión de incendios, ya sean manuales o automáticos, son cada vez más comunes para equipos móviles, áreas de almacenamiento de líquidos combustibles, transmisiones de cintas transportadoras e instalaciones eléctricas (Grannes, Ackerson y Green 1990). La supresión automática de incendios es especialmente importante para equipos desatendidos, automatizados o de control remoto donde el personal no está presente para detectar un incendio, activar un sistema de supresión de incendios o iniciar operaciones de extinción de incendios.
La supresión de explosiones es una variación de la supresión de incendios. Algunas minas de carbón europeas utilizan esta tecnología en forma de barreras pasivas o activadas de forma limitada. Las barreras pasivas consisten en filas de grandes tinas que contienen agua o polvo de roca que están suspendidas del techo de la entrada de una mina. En una explosión, el frente de presión que precede a la llegada del frente de llama provoca el vertido del contenido de las cubas. Los supresores dispersos apagan la llama a medida que pasa por la entrada protegida por el sistema de barrera. Las barreras activadas utilizan un dispositivo de accionamiento eléctrico o neumático que se activa por el calor, la llama o la presión de la explosión para liberar agentes supresores que se almacenan en contenedores presurizados (Hertzberg 1982).
Los incendios que alcanzan una etapa avanzada deben ser combatidos únicamente por equipos de extinción de incendios altamente capacitados y especialmente equipados. Cuando se estén quemando grandes áreas de carbón o madera en una mina subterránea y la extinción de incendios se complique por caídas extensas del techo, incertidumbres de ventilación y acumulaciones de gas explosivo, se deben tomar medidas especiales. Las únicas alternativas prácticas pueden ser la inertización con nitrógeno, dióxido de carbono, los productos de combustión de un generador de gas inerte, o la inundación con agua o el sellado parcial o total de la mina (Ramaswatny y Katiyar 1988).
Puede encontrar más información sobre extinción de incendios en otras partes de este Enciclopedia y en varios documentos de NFPA (por ejemplo, NFPA 1994b, 1994c, 1994d, 1995a, 1995b, 1996e, 1996f, 1996g).
Contención de incendios
La contención de incendios es un mecanismo de control fundamental para cualquier tipo de instalación industrial. Los medios para confinar o limitar un incendio en una mina subterránea pueden ayudar a garantizar una evacuación más segura de la mina y disminuir los peligros de la extinción de incendios.
Para las minas de carbón subterráneas, el aceite y la grasa deben almacenarse en contenedores cerrados resistentes al fuego, y las áreas de almacenamiento deben ser de construcción resistente al fuego. Las estaciones transformadoras, las estaciones de carga de baterías, los compresores de aire, las subestaciones, los talleres y otras instalaciones deben ubicarse en áreas resistentes al fuego o en estructuras ignífugas. Los equipos eléctricos desatendidos deben montarse sobre superficies no combustibles y estar separados del carbón y otros combustibles o protegidos por un sistema de supresión de incendios.
Los materiales para construir mamparos y sellos, incluyendo madera, tela, sierras, clavos, martillos, yeso o cemento y polvo de roca, deben estar fácilmente disponibles para cada sección de trabajo. En las minas subterráneas que no sean de carbón, el aceite, la grasa y el combustible diesel deben almacenarse en contenedores herméticamente cerrados en áreas resistentes al fuego a distancias seguras de los depósitos de explosivos, las instalaciones eléctricas y las estaciones de pozo. Se requieren barreras de control de ventilación y puertas contra incendios en ciertas áreas para evitar la propagación de fuego, humo y gases tóxicos (Ng y Lazzara 1990).
Almacenamiento de reactivos (molinos)
Las operaciones que se utilizan para procesar el mineral producido en una operación minera pueden resultar en ciertas condiciones peligrosas. Entre las preocupaciones se encuentran ciertos tipos de explosiones de polvo e incendios que involucran operaciones de transportadores.
El calor generado por la fricción entre una cinta transportadora y un rodillo impulsor o una rueda loca es un problema y puede abordarse mediante el uso de interruptores de secuencia y deslizamiento. Estos interruptores se pueden usar de manera efectiva junto con cortes térmicos en motores eléctricos.
Las posibles explosiones se pueden prevenir eliminando las fuentes de ignición eléctrica. Los equipos eléctricos que funcionen en lugares donde pueda haber metano, polvo de sulfuro u otros entornos peligrosos deben diseñarse, construirse, probarse e instalarse de modo que su funcionamiento no provoque un incendio o una explosión.
Las reacciones exotérmicas de oxidación pueden ocurrir tanto en el carbón como en los minerales de sulfuro metálico (Smith y Thompson 1991). Cuando el calor generado por estas reacciones no se disipa, la temperatura del macizo rocoso o pila aumenta. Si las temperaturas se elevan lo suficiente, puede producirse una combustión rápida de carbón, minerales de sulfuro y otros combustibles (Ninteman 1978). Aunque los incendios de ignición espontánea ocurren con relativa poca frecuencia, generalmente son bastante perturbadores para las operaciones y difíciles de extinguir.
El procesamiento del carbón presenta preocupaciones especiales porque por su naturaleza es una fuente de combustible. La información sobre protección contra incendios y explosiones relacionada con el manejo seguro del carbón se puede encontrar en otras partes de este Enciclopedia y en documentos de NFPA (p. ej., NFPA 1992b, 1994e, 1996h).