Todos los que trabajan en minas subterráneas deben tener un conocimiento profundo de los gases de las minas y ser conscientes de los peligros que pueden presentar. También es necesario un conocimiento general de los instrumentos y sistemas de detección de gases. Para aquellos asignados a usar estos instrumentos, es esencial un conocimiento detallado de sus limitaciones y los gases que miden.

Incluso sin instrumentos, los sentidos humanos pueden detectar la aparición progresiva de los fenómenos químicos y físicos asociados con la combustión espontánea. La calefacción calienta el aire de ventilación y lo satura con humedad superficial e integral expulsada por la calefacción. Cuando este aire se encuentra con aire más frío en la división de ventilación, se produce condensación que da como resultado una neblina y la aparición de sudor en las superficies de los retornos. Un olor característico a aceite o gasolina es la siguiente indicación, seguida eventualmente por humo y, finalmente, llamas visibles.

El monóxido de carbono (CO), que es inodoro, aparece en concentraciones medibles entre 50 y 60 °C antes de que aparezca el olor característico de una combustión espontánea. En consecuencia, la mayoría de los sistemas de detección de incendios se basan en la detección de un aumento en la concentración de monóxido de carbono por encima del fondo normal para la parte particular de la mina.

A veces, un individuo detecta primero un calentamiento y nota un leve olor por un instante fugaz. Es posible que se deba repetir un examen minucioso del área varias veces antes de que se pueda detectar un aumento sostenido medible en la concentración de monóxido de carbono. En consecuencia, nunca se debe relajar la vigilancia de todos los que están en la mina y se debe implementar un proceso de intervención preestablecido tan pronto como se sospeche o se detecte y se informe la presencia de un indicador. Afortunadamente, gracias al progreso considerable en la tecnología de detección y monitoreo de incendios realizado desde la década de 1970 (por ejemplo, tubos detectores, detectores electrónicos de bolsillo y sistemas fijos computarizados), ya no es necesario depender únicamente de los sentidos humanos.

Instrumentos portátiles para la detección de gases

El instrumento de detección de gases está diseñado para detectar y controlar la presencia de una amplia gama de tipos y concentraciones de gases que podrían provocar un incendio, una explosión y una atmósfera tóxica o con deficiencia de oxígeno, así como para proporcionar una advertencia temprana de un brote de gas espontáneo. combustión. Los gases para los que se utilizan incluyen CO, dióxido de carbono (CO₂), dióxido de nitrógeno (NO₂), sulfuro de hidrógeno (H₂S) y dióxido de azufre (SO₂). Hay diferentes tipos de instrumentos disponibles, pero antes de decidir cuál usar en una situación particular, se deben responder las siguientes preguntas:

• ¿Por qué se requiere la detección de un gas o gases en particular?
• ¿Cuáles son las propiedades de estos gases?
• ¿Dónde y en qué circunstancias ocurren?
• ¿Qué instrumento o dispositivo de detección de gases es el más adecuado para esas circunstancias?
• ¿Cómo funciona este instrumento?
• ¿Cuáles son sus limitaciones?
• ¿Cómo deben interpretarse los resultados que proporciona?

Los trabajadores deben estar capacitados en el uso correcto de los detectores de gas portátiles. Los instrumentos deben mantenerse de acuerdo con las especificaciones del fabricante.

Kits detectores universales

Un kit detector consta de una bomba de tipo pistón o fuelle con resorte y una gama de tubos indicadores de vidrio reemplazables que contienen productos químicos específicos para un gas en particular. La bomba tiene una capacidad de 100 cc y se puede operar con una sola mano. Esto permite extraer una muestra de ese tamaño a través del tubo indicador antes de pasar al fuelle. El indicador de advertencia en la escala graduada corresponde al nivel más bajo de decoloración general, no al punto más profundo de penetración del color.

El dispositivo es fácil de usar y no requiere calibración. Sin embargo, ciertas precauciones son aplicables:

• Los tubos indicadores (que deben estar fechados) generalmente tienen una vida útil de dos años.
• Un tubo indicador se puede reutilizar diez veces siempre que no se haya decolorado.
• La precisión general de cada determinación suele estar dentro de ± 20%.
• Los tubos de hidrógeno no están aprobados para uso subterráneo debido al intenso calor que desarrollan.
• Se requiere un “pre-tubo” lleno de carbón activado cuando se estiman niveles bajos de monóxido de carbono en presencia de escapes de diesel o los hidrocarburos más altos que pueden estar presentes en la humedad residual.
• Los gases de escape deben pasar por un dispositivo de refrigeración para asegurarse de que la temperatura sea inferior a 40 °C antes de pasar por el tubo indicador.
• Los tubos de oxígeno y metano no están aprobados para uso subterráneo debido a su imprecisión.

Metanómetros de tipo catalítico

El metanómetro de tipo catalítico se utiliza en minas subterráneas para medir la concentración de metano en el aire. Tiene un sensor basado en el principio de una red de cuatro alambres en espiral de resistencia combinada, generalmente filamentos catalíticos, dispuestos en una forma simétrica conocida como puente de Wheatstone. Normalmente, dos filamentos son activos y los otros dos son pasivos. Los filamentos o perlas activas suelen estar recubiertos con un catalizador de óxido de paladio para provocar la oxidación del gas inflamable a una temperatura más baja.

El metano en la atmósfera llega a la cámara de muestra ya sea por difusión a través de un disco sinterizado o por un aspirador o una bomba interna. Al presionar el botón de operación del metanómetro se cierra el circuito y la corriente que fluye a través del puente de Wheatstone oxida el metano en los filamentos catalíticos (activos) en la cámara de muestra. El calor de esta reacción eleva la temperatura de los filamentos catalíticos, aumentando su resistencia eléctrica y desequilibrando eléctricamente el puente. La corriente eléctrica que fluye es proporcional a la resistencia del elemento y, por tanto, a la cantidad de metano presente. Esto se muestra en un indicador de salida graduado en porcentajes de metano. Los elementos de referencia en el circuito del puente de Wheatstone sirven para compensar las variaciones en las condiciones ambientales, como la temperatura ambiente y la presión barométrica.

Este instrumento tiene una serie de limitaciones importantes:

• Tanto el metano como el oxígeno deben estar presentes para obtener una respuesta. Si el nivel de oxígeno en la cámara de muestras es inferior al 10 %, no se oxidará todo el metano que llegue al detector y se obtendrá una lectura baja falsa. Por esta razón, este instrumento no debe usarse para medir los niveles de metano en áreas con humedad residual o selladas donde la concentración de oxígeno es baja. Si la cámara contiene metano puro, no habrá ninguna lectura. En consecuencia, el botón de operación debe presionarse antes de mover el instrumento a una capa sospechosa de metano para aspirar algo de aire que contiene oxígeno a la cámara. La presencia de una capa se confirmará con una lectura superior a la escala completa seguida de un retorno a la escala cuando se consuma el oxígeno.
• El tipo de metanómetro catalítico responderá a gases inflamables distintos del metano, por ejemplo, hidrógeno y monóxido de carbono. Por lo tanto, se pueden obtener lecturas ambiguas en gases posteriores al incendio o explosión (humedad residual).
• Los instrumentos con cabezales de difusión deben protegerse de las altas velocidades del aire para evitar lecturas falsas. Esto se puede lograr protegiéndolo con una mano o algún otro objeto.
• Los instrumentos con filamentos catalíticos pueden no responder al metano si el filamento entra en contacto con los vapores de venenos conocidos cuando se calibran o usan (por ejemplo, siliconas en cera para muebles, cera para pisos y pinturas, ésteres de fosfato presentes en fluidos hidráulicos y fluorocarbonos usados como propulsor en aerosoles).
• Los metanómetros basados ​​en el principio del puente de Wheatstone pueden dar lecturas erróneas en ángulos de inclinación variables. Estas imprecisiones se minimizarán si el instrumento se mantiene en un ángulo de 45° cuando se calibra o se utiliza.
• Los metanómetros pueden dar lecturas inexactas a temperaturas ambientales variables. Estas imprecisiones se minimizarán calibrando el instrumento en condiciones de temperatura similares a las que se encuentran bajo tierra.

Celdas electroquímicas

Los instrumentos que utilizan celdas electroquímicas se utilizan en minas subterráneas para medir las concentraciones de oxígeno y monóxido de carbono. Hay dos tipos disponibles: la celda de composición, que responde solo a cambios en la concentración de oxígeno, y la celda de presión parcial, que responde a cambios en la presión parcial de oxígeno en la atmósfera y, por lo tanto, el número de moléculas de oxígeno por unidad de volumen. .

La celda de composición emplea una barrera de difusión capilar que ralentiza la difusión de oxígeno a través de la celda de combustible, de modo que la velocidad a la que el oxígeno puede llegar al electrodo depende únicamente del contenido de oxígeno de la muestra. Esta celda no se ve afectada por variaciones de altitud (es decir, presión barométrica), temperatura y humedad relativa. La presencia de CO₂ en la mezcla, sin embargo, altera la tasa de difusión de oxígeno y conduce a lecturas altas falsas. Por ejemplo, la presencia de 1% de CO₂ aumenta la lectura de oxígeno hasta en un 0.1%. Aunque pequeño, este aumento aún puede ser significativo y no a prueba de fallas. Es particularmente importante tener en cuenta esta limitación si este instrumento se va a utilizar en atmósferas con humedad residual u otras atmósferas que se sabe que contienen CO.₂.

La celda de presión parcial se basa en el mismo principio electroquímico que la celda de concentración, pero carece de la barrera de difusión. Responde solo al número de moléculas de oxígeno por unidad de volumen, lo que lo hace dependiente de la presión. CO₂ en concentraciones por debajo del 10% no tienen efecto a corto plazo en la lectura, pero a largo plazo, el dióxido de carbono destruirá el electrolito y acortará la vida útil de la celda.

Las siguientes condiciones afectan la confiabilidad de las lecturas de oxígeno producidas por las celdas de presión parcial:

• Altitud y presión barométrica: El viaje desde la superficie hasta el fondo del pozo aumentaría la lectura de oxígeno en un 0.1% por cada 40 m recorridos. Esto también se aplicaría a los huecos que se encuentran en los trabajos subterráneos. Además, las variaciones diarias normales de 5 milibares en la presión barométrica podrían alterar la lectura de oxígeno hasta en un 0.1 %. La actividad de tormenta eléctrica podría ir acompañada de una caída de presión de 30 milibares que provocaría una caída del 0.4% en la lectura de oxígeno.
• Ventilación: El cambio máximo de ventilación en el ventilador sería de 6 a 8 pulgadas de calibre de agua o 10 milibares. Esto provocaría una caída del 0.4% en la lectura de oxígeno yendo desde la entrada hasta el retorno en el ventilador y una caída del 0.2% en el recorrido desde la cara más alejada del fondo del tajo.
• Temperatura: La mayoría de los detectores tienen un circuito electrónico que detecta la temperatura de la celda y corrige el efecto de la temperatura en la salida del sensor.
• Humedad relativa: Un aumento de la humedad relativa de seca a saturada a 20 °C provocaría una disminución de aproximadamente un 0.3 % en la lectura de oxígeno.

Otras celdas electroquímicas

Se han desarrollado celdas electroquímicas que son capaces de medir concentraciones de CO desde 1 ppm hasta un límite superior de 4,000 ppm. Funcionan midiendo la corriente eléctrica entre electrodos sumergidos en un electrolito ácido. El CO se oxida en el ánodo para formar CO₂ y la reacción libera electrones en proporción directa a la concentración de CO.

Las celdas electroquímicas para hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, óxido nítrico, dióxido de nitrógeno y dióxido de azufre también están disponibles pero tienen sensibilidad cruzada.

No hay celdas electroquímicas disponibles comercialmente para CO₂. La deficiencia se ha superado con el desarrollo de un instrumento portátil que contiene una celda infrarroja miniaturizada que es sensible al dióxido de carbono en concentraciones de hasta el 5%.

Detectores infrarrojos no dispersivos

Los detectores infrarrojos no dispersivos (NDIR) pueden medir todos los gases que contienen grupos químicos como -CO, -CO₂ y -CH₃, que absorben frecuencias infrarrojas que son específicas de su configuración molecular. Estos sensores son caros pero pueden proporcionar lecturas precisas de gases como CO, CO₂ y metano en un entorno cambiante de otros gases y bajos niveles de oxígeno y, por lo tanto, son ideales para monitorear gases detrás de los sellos. O₂, N₂ y H₂ no absorbe la radiación infrarroja y no puede ser detectado por este método.

Otros sistemas portátiles con detectores basados ​​en la conducción térmica y el índice de refracción han encontrado un uso limitado en la industria minera del carbón.

Limitaciones de los instrumentos portátiles de detección de gases

La eficacia de los instrumentos portátiles de detección de gases está limitada por una serie de factores:

• Se requiere calibración. Esto normalmente implica una verificación diaria de cero y voltaje, una verificación semanal de rango y una prueba de calibración por parte de una autoridad externa autorizada cada 6 meses.
• Los sensores tienen una vida finita. Si no está fechado por el fabricante, se debe inscribir la fecha de adquisición.
• Los sensores pueden envenenarse.
• Los sensores pueden sufrir de sensibilidad cruzada.
• La sobreexposición puede saturar el sensor provocando su lenta recuperación.
• La inclinación puede afectar la lectura.
• Las baterías requieren carga y descarga regular.

Sistemas de Monitoreo Centralizados

Las inspecciones, la ventilación y los estudios con instrumentos portátiles a menudo logran detectar y localizar una pequeña calefacción con emisiones limitadas de CO antes de que el sistema de ventilación disperse el gas o su nivel exceda los límites legales. Sin embargo, esto no es suficiente cuando se sabe que existe un riesgo significativo de combustión, los niveles de metano en los retornos superan el 1 % o se sospecha un peligro potencial. Bajo estas circunstancias, se requiere un monitoreo continuo en lugares estratégicos. Se utilizan varios tipos diferentes de sistemas centralizados de control continuo.

Sistemas de haz de tubos

El sistema de haz de tubos se desarrolló en Alemania en la década de 1960 para detectar y monitorear el progreso de la combustión espontánea. Se trata de una serie de hasta 20 tubos de plástico hechos de nailon o polietileno de 1/4 o 3/8 de pulgada de diámetro que se extienden desde un banco de analizadores en la superficie hasta ubicaciones subterráneas seleccionadas. Los tubos están equipados con filtros, drenajes y trampas de llama; los analizadores suelen ser infrarrojos para CO, CO₂ y metano y paramagnético para oxígeno. Una bomba depuradora extrae una muestra a través de cada tubo simultáneamente y un temporizador secuencial dirige la muestra de cada tubo a través de los analizadores en turno. El registrador de datos registra la concentración de cada gas en cada ubicación y activa automáticamente una alarma cuando se exceden los niveles predeterminados.

Este sistema tiene una serie de ventajas:

• No se requieren instrumentos a prueba de explosiones.
• El mantenimiento es relativamente fácil.
• No se requiere energía subterránea.
• Abarca una amplia gama de gases.
• Los analizadores infrarrojos suelen ser bastante estables y fiables; mantienen su especificidad en un entorno cambiante de gases de combustión y atmósferas con poco oxígeno (las altas concentraciones de metano y/o dióxido de carbono pueden ser sensibles a la lectura de monóxido de carbono en el rango de ppm bajo).
• Los instrumentos se pueden calibrar en la superficie, aunque se deben enviar muestras de calibración de gases a través de los tubos para probar la integridad del sistema de recolección y el sistema para identificar los lugares donde se originaron muestras particulares.

También hay algunas desventajas:

• Los resultados no son en tiempo real.
• Las fugas no son evidentes de inmediato.
• La condensación puede acumularse en los tubos.
• Los defectos en el sistema no siempre son evidentes de inmediato y pueden ser difíciles de identificar.
• Los tubos pueden dañarse por explosión o en caso de incendio o explosión.

Sistema telemétrico (electrónico)

El sistema telemétrico de monitoreo automático de gases tiene un módulo de control en la superficie y cabezales sensores intrínsecamente seguros ubicados estratégicamente bajo tierra que están conectados por líneas telefónicas o cables de fibra óptica. Hay sensores disponibles para metano, CO y velocidad del aire. El sensor de CO es similar al sensor electroquímico utilizado en instrumentos portátiles y está sujeto a las mismas limitaciones. El sensor de metano funciona a través de la combustión catalítica de metano en los elementos activos de un circuito de puente de Wheatstone que puede envenenarse con compuestos de azufre, ésteres de fosfato o compuestos de silicio y no funcionará cuando la concentración de oxígeno sea baja.

Las ventajas únicas de este sistema incluyen:

• Los resultados están disponibles en tiempo real (es decir, hay una indicación rápida de incendio o acumulación de metano).
• Son posibles largas distancias entre los cabezales sensores y la unidad de control sin comprometer el sistema.
• La falla del sensor se reconoce de inmediato.

También hay algunas desventajas:

• Se requiere un alto nivel de mantenimiento.
• El rango del sensor para CO es limitado (0.4%).
• La variedad de sensores es limitada; no hay ninguno para CO₂ o hidrógeno.
• El sensor de metano está sujeto a envenenamiento.
• Las terapias de edición del genoma in situ se requiere calibración.
• La sensibilidad cruzada puede ser un problema.
• Puede haber una pérdida de potencia (p. ej., >1.25 % para el metano).
• La vida útil del sensor está limitada a 1 o 2 años.
• El sistema no es adecuado para atmósferas con poco oxígeno (p. ej., detrás de sellos).

Cromatógrafo de gas

El cromatógrafo de gases es un equipo sofisticado que analiza muestras con altos grados de precisión y que, hasta hace poco, solo podía ser utilizado en su totalidad por químicos o personal especialmente calificado y capacitado.

Las muestras de gas de un sistema de haz de tubos se inyectan automáticamente en el cromatógrafo de gases o se pueden introducir manualmente desde bolsas de muestras extraídas de la mina. Se usa una columna especialmente empaquetada para separar diferentes gases y un detector adecuado, generalmente conductividad térmica o ionización de llama, se usa para medir cada gas a medida que eluye de la columna. El proceso de separación proporciona un alto grado de especificidad.

El cromatógrafo de gases tiene ventajas particulares:

• No se produce sensibilidad cruzada con otros gases.
• Es capaz de medir hidrógeno.
• Es capaz de medir etileno e hidrocarburos superiores.
• Puede medir con precisión concentraciones desde muy bajas hasta muy altas de la mayoría de los gases que se producen o se producen bajo tierra por una calefacción o un incendio.
• Es bien sabido que los métodos modernos para combatir incendios y calentamientos en las minas de carbón pueden implementarse de manera más efectiva sobre la base de la interpretación de los análisis de gases de ubicaciones estratégicas en la mina. Los resultados precisos, confiables y completos requieren un cromatógrafo de gases y la interpretación por parte de personal calificado, experimentado y completamente capacitado.

Sus desventajas incluyen:

• Los análisis son relativamente lentos.
• Se requiere un alto nivel de mantenimiento.
• El hardware y los controles son complejos.
• Se requiere atención experta periódicamente.
• La calibración debe programarse con frecuencia.
• Las altas concentraciones de metano interfieren con las mediciones de CO de bajo nivel.

Elección del sistema

Los sistemas de haz de tubos son los preferidos para monitorear ubicaciones que no se espera que tengan cambios rápidos en las concentraciones de gas o, como áreas selladas, pueden tener ambientes con poco oxígeno.

Los sistemas telemétricos son los preferidos en lugares como las carreteras de circunvalación o en el frente donde los cambios rápidos en las concentraciones de gas pueden tener importancia.

La cromatografía de gases no reemplaza los sistemas de monitoreo existentes, pero mejora el alcance, la precisión y la confiabilidad de los análisis. Esto es particularmente importante cuando se trata de determinar el riesgo de explosión o cuando un calentamiento está llegando a una etapa avanzada.

Consideraciones de muestreo

• La ubicación de los puntos de muestreo en lugares estratégicos es de gran importancia. La información de un solo punto de muestreo a cierta distancia de la fuente es solo sugerente; sin la confirmación de otros lugares, puede dar lugar a una sobrestimación o subestimación de la gravedad de la situación. En consecuencia, los puntos de muestreo para detectar un brote de combustión espontánea deben ubicarse donde es más probable que ocurran calentamientos. Debe haber poca dilución de flujos entre la calefacción y los detectores. Se debe considerar la posibilidad de capas de metano y gases de combustión calientes que pueden ascender por el baño en un área sellada. Idealmente, los sitios de muestreo deben estar ubicados en los retornos de los paneles, detrás de los tapones y sellos, y en la corriente principal del circuito de ventilación. Se aplican las siguientes consideraciones:
• El sitio de muestreo debe establecerse al menos a 5 m (es decir, hacia la cara) de una foca porque las focas “respiran” cuando aumenta la presión atmosférica.
• Las muestras deben tomarse de los pozos solo cuando exhalan y cuando se puede garantizar que el pozo no tiene fugas.
• Las muestras deben tomarse a más de 50 m a favor del viento de un incendio para garantizar la mezcla (Mitchell y Burns 1979).
• Las muestras deben tomarse por el gradiente de un incendio cerca del techo porque los gases calientes ascienden.
• Las muestras deben tomarse por una puerta de ventilación para evitar fugas.
• Todos los puntos de muestreo deben mostrarse claramente en mapas o esquemas del sistema de ventilación de la mina. Tomar muestras de gas bajo tierra o de pozos de superficie para su análisis en otro lugar es difícil y propenso a errores. La muestra en la bolsa o contenedor debe representar fielmente la atmósfera en el punto de muestreo.

Las bolsas de plástico ahora se usan ampliamente en la industria para tomar muestras. El plástico minimiza las fugas y puede conservar una muestra durante 5 días. El hidrógeno, si está presente en la bolsa, se degradará con una pérdida diaria de alrededor del 1.5 % de su concentración original. Una muestra en una vejiga de fútbol cambiará de concentración en media hora. Las bolsas son fáciles de llenar y la muestra se puede introducir en un instrumento de análisis o se puede extraer con una bomba.

Los tubos de metal que se llenan a presión con una bomba pueden almacenar muestras durante mucho tiempo, pero el tamaño de la muestra es limitado y las fugas son comunes. El vidrio es inerte a los gases, pero los recipientes de vidrio son frágiles y es difícil sacar la muestra sin diluir.

Al recolectar muestras, el recipiente debe enjuagarse previamente al menos tres veces para garantizar que la muestra anterior se enjuague por completo. Cada contenedor debe tener una etiqueta que contenga información como la fecha y hora del muestreo, la ubicación exacta, el nombre de la persona que toma la muestra y otra información útil.

Interpretación de los datos de muestreo

La interpretación de los resultados del muestreo y análisis de gases es una ciencia exigente y debe ser realizada únicamente por personas con capacitación y experiencia especiales. Estos datos son vitales en muchas emergencias porque brindan información sobre lo que sucede bajo tierra que se necesita para planificar e implementar acciones correctivas y preventivas. Durante o inmediatamente después de un calentamiento subterráneo, incendio o explosión, todos los parámetros ambientales posibles deben monitorearse en tiempo real para permitir que los responsables determinen con precisión el estado de la situación y midan su progreso para que no pierdan tiempo en iniciar cualquier rescate necesario. actividades.

Los resultados del análisis de gas deben cumplir con los siguientes criterios:

• Exactitud. Los instrumentos deben estar correctamente calibrados.
• Fiabilidad. Deben conocerse las sensibilidades cruzadas
• Lo completo. Deben medirse todos los gases, incluidos el hidrógeno y el nitrógeno.
• Oportunidad. Si el tiempo real no es posible, se debe llevar a cabo la tendencia.
• Validez. Los puntos de muestreo deben estar dentro y alrededor del sitio del incidente.

Se deben seguir las siguientes reglas al interpretar los resultados del análisis de gases:

• Se deben seleccionar y marcar cuidadosamente algunos puntos de muestreo en el plano. Esto es mejor para buscar tendencias que tomar muestras de muchos puntos.
• Si un resultado se desvía de una tendencia, debe confirmarse con un nuevo muestreo o debe verificarse la calibración del instrumento antes de tomar medidas. Las variaciones en las influencias externas, como la ventilación, la presión barométrica y la temperatura o un motor diesel funcionando en el área, son a menudo la razón del resultado cambiante.
• La marca o mezcla de gas en condiciones no mineras debe conocerse y tenerse en cuenta en los cálculos.
• Ningún resultado de análisis debe aceptarse con fe; Los resultados deben ser válidos y verificables.
• Debe tenerse en cuenta que las cifras aisladas no indican el progreso; las tendencias dan una imagen más precisa.

Cálculo de resultados sin aire

Los resultados sin aire se obtienen calculando el aire atmosférico en la muestra (Mackenzie-Wood y Strang 1990). Esto permite que las muestras de un área similar se comparen adecuadamente después de eliminar el efecto de dilución de la fuga de aire.

La fórmula es:

Resultado sin aire = resultado analizado / (100 - 4.776 O₂)

Se deriva de la siguiente manera:

Aire atmosférico = O₂ + N₂ =O₂ + 79.1 O₂ / 20.9 = 4.776 O₂

Los resultados sin aire son útiles cuando se requiere una tendencia de los resultados y ha habido un riesgo de dilución del aire entre el punto de muestreo y la fuente, se ha producido una fuga de aire en las líneas de muestreo o las muestras y los sellos de las bolsas pueden haberse inhalado. Por ejemplo, si la concentración de monóxido de carbono de una calefacción está siendo analizada, entonces la dilución del aire de un aumento en la ventilación podría malinterpretarse como una disminución del monóxido de carbono de la fuente. La tendencia de las concentraciones sin aire daría los resultados correctos.

Se necesitan cálculos similares si el área de muestreo produce metano: el aumento en la concentración de metano diluiría la concentración de otros gases que están presentes. Por lo tanto, un nivel de óxido de carbono en aumento en realidad puede mostrarse como una disminución.

Los resultados libres de metano se calculan de la siguiente manera:

Resultado libre de metano = resultado analizado / (100-CH4%)

La combustión espontánea

La combustión espontánea es un proceso por el cual una sustancia puede encenderse como resultado del calor interno que surge espontáneamente debido a reacciones que liberan calor más rápido de lo que puede perderse en el medio ambiente. El calentamiento espontáneo del carbón suele ser lento hasta que la temperatura alcanza unos 70 °C, lo que se conoce como temperatura de "cruce". Por encima de esta temperatura, la reacción suele acelerarse. A más de 300 °C, se desprenden los volátiles, también llamados “gas de carbón” o “gas de craqueo”. Estos gases (hidrógeno, metano y monóxido de carbono) se encenderán espontáneamente a temperaturas de aproximadamente 650 °C (se ha informado que la presencia de radicales libres puede provocar la aparición de llamas en el carbón a aproximadamente 400 °C). Los procesos involucrados en un caso clásico de combustión espontánea se presentan en la tabla 1 (diferentes carbones producirán diferentes imágenes).

Tabla 1. Calentamiento de carbón - jerarquía de temperaturas

Fuente: Chamberlain et al. 1970.

Monóxido de carbono

El CO se libera realmente unos 50 °C antes de que se note el olor característico de la combustión. La mayoría de los sistemas diseñados para detectar el inicio de la combustión espontánea se basan en la detección de monóxido de carbono en concentraciones por encima del fondo normal para un área particular de la mina.

Una vez que se ha detectado un calentamiento, debe monitorearse para determinar el estado del calentamiento (es decir, su temperatura y extensión), la tasa de aceleraciones, las emisiones tóxicas y la explosibilidad de la atmósfera.

Supervisión de una calefacción

Hay una serie de índices y parámetros disponibles para ayudar a los planificadores a determinar el alcance, la temperatura y la velocidad de progresión de un calentamiento. Por lo general, se basan en cambios en la composición del aire que pasa por un área sospechosa. Se han descrito muchos indicadores en la literatura a lo largo de los años y la mayoría ofrece una ventana de uso muy limitada y tiene un valor mínimo. Todos son específicos del sitio y difieren con diferentes carbones y condiciones. Algunos de los más populares incluyen: tendencias de monóxido de carbono; producción de monóxido de carbono (Funkemeyer y Kock 1989); índice de Graham (Graham 1921) gases trazadores (Chamberlain 1970); proporción de Morris (Morris 1988); y la relación monóxido de carbono/dióxido de carbono. Después del sellado, los indicadores pueden ser difíciles de usar debido a la ausencia de un flujo de aire definido.

Ningún indicador ofrece un método preciso y seguro para medir el progreso de un calentamiento. Las decisiones deben basarse en recopilar, tabular, comparar y analizar toda la información e interpretarla a la luz de la formación y la experiencia.

Explosiones

Las explosiones son el peligro individual más grande en la minería del carbón. Tiene el potencial de matar a toda la mano de obra subterránea, destruir todos los equipos y servicios e impedir que se siga trabajando en la mina. Y, todo esto puede suceder en 2 a 3 segundos.

La explosividad de la atmósfera en la mina debe ser monitoreada en todo momento. Es especialmente urgente cuando los trabajadores participan en una operación de rescate en una mina gaseosa.

Al igual que en el caso de los indicadores para evaluar un calentamiento, existen una serie de técnicas para calcular la explosibilidad de la atmósfera en una mina subterránea. Incluyen: el triángulo de Coward (Greuer 1974); el triángulo de Hughes y Raybold (Hughes y Raybold 1960); diagrama de Elicott (Elicott 1981); y la razón de Trickett (Jones y Trickett 1955). Debido a la complejidad y variabilidad de las condiciones y circunstancias, no existe una fórmula única en la que se pueda confiar como garantía de que no ocurrirá una explosión en un momento determinado en una mina en particular. Uno debe confiar en un nivel alto e incesante de vigilancia, un alto índice de sospecha y un inicio inquebrantable de la acción apropiada ante la más mínima indicación de que una explosión podría ser inminente. Una interrupción temporal de la producción es una prima relativamente pequeña a pagar por la seguridad de que no se producirá una explosión.

Conclusión

Este artículo ha resumido la detección de gases que pueden estar involucrados en incendios y explosiones en minas subterráneas. Las otras implicaciones para la salud y la seguridad del ambiente gaseoso en las minas (p. ej., enfermedades causadas por el polvo, asfixia, efectos tóxicos, etc.) se analizan en otros artículos de este capítulo y en otras partes de este Enciclopedia.

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