O principal objetivo da ventilação da mina é o fornecimento de quantidades suficientes de ar para todos os locais de trabalho e vias de circulação em uma mina subterrânea para diluir a um nível aceitável aqueles contaminantes que não podem ser controlados por nenhum outro meio. Onde a profundidade e as temperaturas das rochas são tais que as temperaturas do ar são excessivas, sistemas mecânicos de refrigeração podem ser usados ​​para complementar os efeitos benéficos da ventilação.

A atmosfera da mina

A composição do envelope gasoso que envolve a Terra varia menos de 0.01% de um lugar para outro e a constituição do ar “seco” é geralmente considerada como 78.09% de nitrogênio, 20.95% de oxigênio, 0.93% de argônio e 0.03% de dióxido de carbono. O vapor de água também está presente em quantidades variáveis, dependendo da temperatura e pressão do ar e da disponibilidade de superfícies de água livre. À medida que o ar de ventilação flui através de uma mina, a concentração de vapor d'água pode mudar significativamente e essa variação é o assunto do estudo separado da psicrometria. Para definir o estado de uma mistura de vapor de água e ar seco em um determinado ponto, são necessárias três propriedades mensuráveis ​​independentes de pressão barométrica, temperatura de bulbo seco e temperatura de bulbo úmido.

Requisitos de ventilação

Os contaminantes a serem controlados pela ventilação de diluição são principalmente gases e poeira, embora as radiações ionizantes associadas ao radônio natural possam apresentar problemas, especialmente em minas de urânio e onde as concentrações de urânio de fundo do hospedeiro ou rochas adjacentes são elevadas. A quantidade de ar necessária para o controle da diluição dependerá da força da fonte contaminante e da eficácia de outras medidas de controle, como água para supressão de poeira ou sistemas de drenagem de metano em minas de carvão. A vazão mínima do ar de diluição é determinada pelo contaminante que requer a maior quantidade de diluição com o devido conhecimento dos possíveis efeitos aditivos das misturas e sinergismo onde um contaminante pode aumentar o efeito de outro. Substituir esse valor pode ser um requisito mínimo de velocidade do ar, que é tipicamente 0.25 m/s e aumenta à medida que as temperaturas do ar também aumentam.

Ventilação de equipamentos movidos a diesel

Em minas mecanizadas que usam equipamentos móveis movidos a diesel e na ausência de monitoramento contínuo de gás, a diluição dos gases de exaustão é usada para determinar os requisitos mínimos de ar de ventilação onde operam. A quantidade de ar necessária normalmente varia entre 0.03 e 0.06 m³/s por kW de potência nominal no ponto de operação, dependendo do tipo de motor e se algum condicionamento de gases de escape está sendo usado. Os desenvolvimentos contínuos na tecnologia de combustível e motor estão proporcionando emissões mais baixas do motor, enquanto conversores catalíticos, lavadores úmidos e filtros cerâmicos podem reduzir ainda mais as concentrações de saída de monóxido de carbono/aldeídos, óxidos de nitrogênio e partículas de diesel, respectivamente. Isso ajuda a atender aos limites de contaminantes cada vez mais rigorosos sem aumentar significativamente as taxas de diluição dos gases de escape. O limite mínimo de diluição possível de 0.02 m³/s por kW é determinado pelas emissões de dióxido de carbono que são proporcionais à potência do motor e não são afetadas pelo condicionamento dos gases de escape.

Os motores a diesel têm cerca de um terço de eficiência na conversão da energia disponível no combustível em potência útil e a maior parte disso é usada para superar o atrito, resultando em uma saída de calor que é cerca de três vezes a saída de energia. Mesmo ao transportar pedras em um declive em um caminhão, o trabalho útil realizado é de apenas cerca de 10% da energia disponível no combustível. Maiores potências de motores a diesel são usadas em equipamentos móveis maiores que requerem escavações maiores para operar com segurança. Permitindo folgas normais de veículos e uma taxa típica de diluição de gases de escape de diesel de
0.04 m³/s por kW, as velocidades mínimas do ar onde os motores a diesel operam são em média de 0.5 m/s.

Ventilação de diferentes métodos de mineração

Embora a definição de requisitos gerais de quantidade de ar não seja apropriada onde informações detalhadas de planejamento de minas e ventilação estão disponíveis ou são possíveis, elas apóiam os critérios usados ​​para o projeto. Os desvios dos valores normais geralmente podem ser explicados e justificados, por exemplo, em minas com problemas de calor ou radônio. A relação geral é:

quantidade de mina = αt + β

onde t é a taxa de produção anual em milhões de toneladas por ano (Mtpa), α é um fator de quantidade de ar variável que está diretamente relacionado à taxa de produção e β é a quantidade de ar constante necessária para ventilar a infraestrutura da mina, como o sistema de manuseio de minério. Valores típicos de α são dados na tabela 1.

Tabela 1. Fatores de quantidade de ar de projeto

A quantidade constante de ar β depende principalmente do sistema de manuseio de minério e, até certo ponto, da taxa geral de produção da mina. Para minas onde a rocha é transportada através de um declive usando caminhões movidos a diesel ou não há britagem da rocha extraída, um valor adequado de β é 50 m³/s. Isso normalmente aumenta para 100 m³/s ao usar trituradores subterrâneos e içamento de caçambas com áreas de manutenção subterrâneas. À medida que o sistema de manuseio de minério se torna mais extenso (ou seja, usando transportadores ou outros sistemas de transferência de minério), β pode aumentar ainda mais em até 50%. Em minas muito grandes onde são usados ​​sistemas de poços múltiplos, a quantidade de ar constante β também é um múltiplo do número de sistemas de eixos necessários.

Requisitos de resfriamento

Projetar condições térmicas

O fornecimento de condições térmicas adequadas para minimizar os perigos e efeitos adversos do estresse térmico pode exigir resfriamento mecânico além da ventilação necessária para controlar os contaminantes. Embora o estresse térmico aplicado seja uma função complexa de variáveis ​​climáticas e respostas fisiológicas a elas, em termos práticos de mineração é a velocidade do ar e a temperatura de bulbo úmido que têm maior influência. Isso é ilustrado pelas potências de resfriamento de ar corrigidas pela vestimenta (W/m²) fornecida na tabela 2. No subsolo, a temperatura radiante é considerada igual à temperatura de bulbo seco e 10 °C maior que a temperatura de bulbo úmido. A pressão barométrica e o regime de vestuário são típicos para trabalhos subterrâneos (ou seja, 110 kPa e 0.52 unidades de vestuário).

Tabela 2. Potências de resfriamento de ar corrigidas para roupas (W/m²)

Uma velocidade do ar de 0.1 m/s reflete o efeito da convecção natural (ou seja, nenhum fluxo de ar perceptível). Uma velocidade do ar de 0.25 m/s é a mínima normalmente permitida na mineração e 0.5 m/s seria necessária quando a temperatura de bulbo úmido exceder 25 °C. Com relação ao alcance do equilíbrio térmico, o calor metabólico resultante das taxas de trabalho típicas são: repouso, 50 W/m²; trabalho leve, 115 a 125 W/m², trabalho médio, 150 a 175 W/m²; e trabalho duro, 200 a 300 W/m². As condições de projeto para uma aplicação de mina específica seriam determinadas a partir de um estudo de otimização detalhado. Geralmente, as temperaturas ótimas de bulbo úmido estão entre 27.5 °C e 28.5 °C, com as temperaturas mais baixas aplicáveis ​​a operações menos mecanizadas. O desempenho no trabalho diminui e o risco de doenças relacionadas ao calor aumenta significativamente quando a temperatura de bulbo úmido excede 30.0 °C, e o trabalho normalmente não deve continuar quando a temperatura de bulbo úmido é superior a 32.5 °C.

Cargas de calor da mina

A carga de refrigeração da mina é a carga de calor da mina menos a capacidade de resfriamento do ar de ventilação. A carga de calor da mina inclui os efeitos da autocompressão do ar nas vias aéreas de admissão (a conversão de energia potencial em entalpia à medida que o ar flui para dentro da mina), fluxo de calor para a mina a partir da rocha circundante, calor removido do rocha quebrada ou água de qualquer fissura antes de serem removidos das tomadas ou seções de trabalho da mina, e o calor resultante da operação de qualquer equipamento utilizado nos processos de quebra e transporte de minério. A capacidade de resfriamento do ar de ventilação depende tanto das condições ambientais térmicas projetadas nos locais de trabalho quanto das condições climáticas reais na superfície.

Embora as contribuições relativas de cada fonte de calor para o total sejam específicas do local, a autocompressão é geralmente o principal contribuinte entre 35 e 50% do total. À medida que a profundidade da mineração aumenta, a autocompressão pode fazer com que a capacidade de resfriamento do ar se torne negativa e o efeito de fornecer mais ar é aumentar a carga de refrigeração da mina. Nesse caso, a quantidade de ventilação fornecida deve ser a mínima compatível com o cumprimento do controle de contaminantes e quantidades crescentes de refrigeração são necessárias para fornecer condições de trabalho produtivas e seguras. A profundidade da mineração em que a refrigeração se torna necessária dependerá principalmente das condições climáticas da superfície, da distância que o ar percorre pelas vias aéreas de admissão antes de ser usado e da extensão em que equipamentos grandes (a diesel ou elétricos) são usados.

Sistemas de ventilação primária

Redes

Sistemas ou redes de ventilação primária estão preocupados em garantir o fluxo de ar através de aberturas de minas interconectadas. A rede geral de ventilação possui junções onde três ou mais vias aéreas se encontram, ramificações que são vias aéreas entre junções e malhas que são caminhos fechados percorridos pela rede. Embora a maioria das redes de ventilação de minas seja ramificada com centenas ou mesmo milhares de ramais, o número de vias aéreas principais de entrada (ramo entre a superfície e a mina) e retorno ou exaustão (ramal entre a mina e a superfície) geralmente é limitada a menos de dez.

Com um grande número de ramificações em uma rede, determinar um padrão de fluxo e estabelecer a perda de pressão geral não é algo simples. Embora muitas estejam em arranjos simples em série ou paralelo que podem ser resolvidos algebricamente e com precisão, haverá algumas seções compostas que requerem métodos iterativos com convergência para uma tolerância aceitável. Computadores analógicos têm sido usados ​​com sucesso para análise de rede; no entanto, estes foram substituídos por métodos digitais menos demorados baseados na técnica de aproximação Hardy Cross desenvolvida para resolver redes de fluxo de água.

Resistência das vias aéreas e perdas por choque

A resistência ao fluxo de ar de um túnel ou abertura de mina é função de seu tamanho e rugosidade da superfície e a perda de pressão resultante depende dessa resistência e do quadrado da velocidade do ar. Ao adicionar energia ao sistema, pode ser gerada uma pressão que supera a perda de pressão. Isso pode ocorrer naturalmente onde a energia é fornecida pelo calor da rocha e outras fontes (ventilação natural). Embora este costumava ser o principal método de fornecer ventilação, apenas 2 a 3% da energia é convertida e, durante os verões quentes, a rocha pode realmente resfriar o ar de entrada, resultando em inversões de fluxo. Nas minas modernas, um ventilador é normalmente usado para fornecer energia ao fluxo de ar que então supera a perda de pressão, embora os efeitos da ventilação natural possam ajudar ou retardar dependendo da época do ano.

Quando o ar flui sobre uma superfície, as moléculas de ar imediatamente próximas à superfície ficam paradas e as adjacentes deslizam sobre as que estão em repouso com uma resistência que depende da viscosidade do ar. Um gradiente de velocidade é formado onde a velocidade aumenta com o aumento da distância da superfície. A camada limite criada como resultado desse fenômeno e a subcamada laminar também formada à medida que a camada limite se desenvolve têm um efeito profundo na energia necessária para promover o fluxo. Geralmente, a rugosidade da superfície das vias aéreas da mina é grande o suficiente para que as “saliências” se estendam através da subcamada limite. A via aérea é então hidraulicamente áspera e a resistência é uma função da rugosidade relativa, ou seja, a relação entre a altura da rugosidade e o diâmetro da via aérea.

A maioria das vias aéreas exploradas por técnicas convencionais de perfuração e detonação têm alturas de rugosidade entre 100 e 200 mm e mesmo em terrenos muito “blocosos”, a altura média de rugosidade não excederia 300 mm. Onde as vias aéreas são conduzidas usando máquinas de perfuração, a altura da rugosidade está entre 5 e 10 mm e ainda é considerada hidraulicamente rugosa. A aspereza das vias aéreas pode ser reduzida revestindo-as, embora a justificativa seja mais geralmente o apoio ao solo do que a redução da potência necessária para circular o ar de ventilação. Por exemplo, um grande eixo revestido de concreto com rugosidade de 1 mm seria transicionalmente rugoso e o número de Reynolds, que é a razão entre forças inerciais e viscosas, também afetaria a resistência ao fluxo de ar.

Na prática, as dificuldades em revestir com concreto liso um poço tão grande de cima para baixo à medida que ele está sendo afundado resulta em aumento da rugosidade e resistências cerca de 50% maiores do que os valores lisos.

Com um número limitado de vias aéreas de admissão e retorno entre os trabalhos e a superfície, uma grande proporção (70 a 90%) da perda total de pressão da mina ocorre nelas. As perdas de pressão nas vias aéreas também dependem da existência de descontinuidades que causem perdas por choque, como dobras, contrações, expansões ou quaisquer obstruções nas vias aéreas. As perdas resultantes dessas descontinuidades, como curvas para dentro e para fora das vias aéreas, quando expressas em termos das perdas que seriam produzidas em um comprimento equivalente de uma via aérea reta, podem ser uma proporção significativa do total e precisam ser avaliadas com cuidado, principalmente ao considerar as principais entradas e saídas. As perdas nas descontinuidades dependem da quantidade de separação da camada limite; isso é minimizado evitando mudanças repentinas na área.

Resistência das vias aéreas com obstruções

O efeito de uma obstrução nas perdas de pressão depende de seu coeficiente de arrasto e do coeficiente de preenchimento, que é a razão entre a área de bloqueio do objeto e a área da seção transversal da via aérea. As perdas causadas por obstruções podem ser reduzidas minimizando a separação da camada limite e a extensão de qualquer esteira turbulenta ao simplificar o objeto. Os coeficientes de arrasto são afetados por sua forma e disposição no eixo; os valores comparativos seriam: Viga I, 2.7; quadrado, 2.0; cilindro, 1.2; hexágono alongado, 0.6; e totalmente aerodinâmico, 0.4.

Mesmo com coeficientes de preenchimento pequenos e coeficientes de arrasto baixos, se a obstrução for repetida regularmente, como com as vigas que separam os compartimentos de içamento em um poço, o efeito cumulativo nas perdas de pressão é significativo. Por exemplo, a resistência de um poço equipado com vigas hexagonais alongadas semi-alinhadas e um coeficiente de preenchimento de 0.08 seria cerca de quatro vezes maior do que o eixo revestido de concreto sozinho. Embora os custos de material das seções retangulares ocas de aço estrutural mais prontamente disponíveis sejam maiores do que as vigas em I, os coeficientes de arrasto são de cerca de um terço e justificam facilmente sua aplicação.

Ventiladores principais e de reforço

Ambos os ventiladores axiais e centrífugos são usados ​​para fornecer circulação de ar em sistemas de ventilação de minas, com eficiências de ventiladores de mais de 80% sendo alcançáveis. A seleção entre fluxo axial ou centrífugo para os principais ventiladores da mina depende do custo, tamanho, pressão, robustez, eficiência e qualquer variação de desempenho. Em minas onde uma falha do ventilador pode resultar em acumulações perigosas de metano, uma capacidade adicional do ventilador é instalada para garantir a continuidade da ventilação. Onde isso não for tão crítico e com uma instalação de ventilador duplo, cerca de dois terços do fluxo de ar da mina continuarão se um ventilador parar. Ventiladores verticais de fluxo axial instalados sobre as vias aéreas têm baixo custo, mas são limitados a cerca de 300 m³/s. Para maiores quantidades de ar, são necessários vários ventiladores e eles são conectados ao exaustor com dutos e uma curva.

Para obter as mais altas eficiências a um custo razoável, são usados ​​ventiladores de fluxo axial para aplicações de baixa pressão (menos de 1.0 kPa) e ventiladores centrífugos para sistemas de alta pressão (maior que 3.0 kPa). Qualquer seleção é adequada para as pressões intermediárias. Onde é necessária robustez, como em exaustores com velocidades de ar acima da faixa crítica, e gotas de água são transportadas para cima e para fora do sistema, um ventilador centrífugo fornecerá uma seleção mais confiável. A faixa crítica de velocidade do ar está entre 7.5 m/s e 12.5 m/s, onde as gotas de água podem ficar em suspensão dependendo do seu tamanho. Dentro dessa faixa, a quantidade de água suspensa pode aumentar e aumentar a pressão do sistema até que o ventilador pare. Esta é a região onde parte do ar recircula ao redor das pás e a operação do ventilador torna-se instável. Embora não seja desejável para qualquer tipo de ventilador, a possibilidade de falha da pá do ventilador centrífugo é significativamente menor do que uma falha da pá axial nesta região de flutuação do fluxo.

É raro que um ventilador principal seja necessário para operar no mesmo ponto de operação durante a vida útil da mina, e métodos eficazes para variar o desempenho do ventilador são desejáveis. Embora a velocidade variável resulte na operação mais eficiente para ventiladores axiais e centrífugos, os custos, principalmente para ventiladores grandes, são altos. O desempenho de um ventilador de fluxo axial pode ser variado ajustando o ângulo da pá e isso pode ser feito quando o ventilador está parado ou, a um custo significativamente maior, quando está girando. Ao transmitir um redemoinho ao ar que entra em um ventilador usando palhetas de entrada variável, o desempenho de um ventilador centrífugo pode ser variado enquanto ele está funcionando.

A eficiência do ventilador centrífugo longe de seu ponto de projeto cai mais rapidamente do que a de um ventilador de fluxo axial e, se for necessário um alto desempenho em uma ampla faixa de pontos de operação e as pressões forem adequadas, o ventilador de fluxo axial é selecionado.

Sistemas de ventilação

A posição do ventilador principal no sistema geral é normalmente na superfície da via aérea de exaustão. As principais razões para isso são a simplicidade, onde a entrada geralmente é um eixo de içamento e a exaustão é uma via aérea separada de propósito único e a minimização da carga de calor ao excluir os ventiladores das vias aéreas de entrada. Os ventiladores podem ser instalados em poços de elevação no modo de forçamento ou exaustão, fornecendo uma estrutura principal vedada. No entanto, onde trabalhadores, materiais ou rochas também entram ou saem do poço, existe o potencial de vazamento de ar.

Os sistemas push-pull nos quais os ventiladores de admissão e exaustão são instalados são usados ​​para reduzir a pressão máxima no sistema por meio do compartilhamento ou para fornecer uma diferença de pressão muito pequena entre o funcionamento e a superfície. Isso é pertinente em minas que usam métodos de escavação onde o vazamento através da área escavada pode ser indesejável. Com grandes diferenças de pressão, embora o vazamento de ar através de uma zona cavada seja normalmente pequeno, ele pode introduzir problemas de calor, radiação ou oxidação nos locais de trabalho.

Os boosters subterrâneos, devido às limitações de espaço, são quase sempre de fluxo axial e são usados ​​para aumentar o fluxo nas seções mais profundas ou mais distantes de uma mina. Sua principal desvantagem é a possibilidade de recirculação entre a exaustão do ventilador de reforço e as vias aéreas de admissão. Ao fornecer apenas um impulso para os fluxos de ar menores onde são necessários, eles podem resultar em uma pressão do ventilador principal mais baixa para o fluxo de ar completo da mina e uma consequente redução na potência total necessária do ventilador.

Ventilação Secundária

Sistemas auxiliares

Os sistemas de ventilação secundária são necessários onde a ventilação direta não é possível, como em títulos de desenvolvimento. Quatro arranjos são possíveis, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens.

A sistema de forçamento resulta no ar mais frio e fresco que atinge o rosto e permite o uso de dutos flexíveis mais baratos. A alta velocidade do ar que sai da extremidade do duto de alimentação cria um jato que arrasta ar adicional e ajuda a varrer a face dos contaminantes e fornecer uma velocidade de face aceitável. Sua principal desvantagem é que o restante do cabeçote é ventilado com ar que está contaminado com os gases e poeira produzidos pelas operações de mineração na face. Isso é particularmente um problema após a detonação, onde os tempos de reentrada segura são aumentados.

An sistema exaustivo permite que todos os contaminantes da face sejam removidos e mantém o restante do cabeçote no ar de admissão. As desvantagens são que o fluxo de calor da rocha circundante e a evaporação da umidade resultarão em temperaturas de ar de entrega de face mais altas; operações no recuo da face, como remoção de rochas com equipamentos movidos a diesel, irão contaminar o ar de admissão; não há jato de ar produzido para varrer o rosto; e é necessário um duto mais caro que seja capaz de sustentar uma pressão negativa.

Em um sistema de sobreposição de exaustão o problema de limpar o rosto com um jato de ar é superado com a instalação de um ventilador e duto menores (a sobreposição). Além do custo extra, uma desvantagem é que a sobreposição precisa ser avançada com a face.

Em um artigo do sistema de reversão, o modo de ventilação forçada é usado, exceto durante o jateamento e o período de reentrada após o jateamento, quando o fluxo de ar é invertido. Sua principal aplicação é no afundamento de poços, onde os tempos de reentrada para poços profundos podem ser proibitivos se um sistema somente de forçamento for usado. A reversão do ar pode ser obtida usando amortecedores na entrada e saída do ventilador ou aproveitando uma característica dos ventiladores de fluxo axial, onde a mudança do sentido de rotação das pás resulta em uma reversão do fluxo com cerca de 60% do fluxo normal sendo entregue.

Ventiladores e dutos

Os ventiladores utilizados para ventilação secundária são quase exclusivamente de fluxo axial. Para atingir as altas pressões necessárias para fazer com que o ar flua através de longos comprimentos de duto, vários ventiladores com arranjos de rotor contra-rotativo ou co-rotativo podem ser usados. O vazamento de ar é o maior problema em ventiladores auxiliares e sistemas de dutos, principalmente em longas distâncias. Dutos rígidos fabricados em aço galvanizado ou fibra de vidro, quando instalados com juntas, apresentam vazamentos adequadamente baixos e podem ser usados ​​para desenvolver cabeçotes de até vários quilômetros de comprimento.

Os dutos flexíveis são consideravelmente mais baratos de adquirir e mais fáceis de instalar; no entanto, os vazamentos nas uniões e a facilidade com que se rasgam pelo contato com equipamentos móveis resultam em perdas de ar muito maiores. Os limites práticos de desenvolvimento usando duto flexível raramente excedem 1.0 km, embora possam ser estendidos usando comprimentos de duto mais longos e garantindo amplas folgas entre o duto e o equipamento móvel.

Controles de ventilação

Ambos os sistemas de ventilação e ventilação auxiliar e duto são usados ​​para fornecer ar de ventilação para locais onde o pessoal pode trabalhar. Os controles de ventilação são usados ​​para direcionar o ar para o local de trabalho e para minimizar o curto-circuito ou a perda de ar entre as vias aéreas de admissão e exaustão.

Um anteparo é usado para impedir que o ar flua através de um túnel de conexão. Os materiais de construção dependerão da diferença de pressão e se estará sujeito a ondas de choque de detonação. Cortinas flexíveis presas às superfícies rochosas circundantes são adequadas para aplicações de baixa pressão, como separar as vias aéreas de entrada e retorno em um painel de sala e pilar extraído com um minerador contínuo. Anteparos de madeira e concreto são adequados para aplicações de alta pressão e podem incorporar uma aba de borracha pesada que pode abrir para minimizar qualquer dano de explosão.

Uma porta de ventilação é necessária onde a passagem de pedestres ou veículos é necessária. Os materiais de construção, mecanismo de abertura e grau de automação são influenciados pela diferença de pressão e pela frequência de abertura e fechamento. Para aplicações de alta pressão, duas ou até três portas podem ser instaladas para criar bloqueios de ar e reduzir o vazamento e a perda de entrada de ar. Para auxiliar na abertura das portas de bloqueio de ar, elas geralmente contêm uma pequena seção deslizante que é aberta primeiro para permitir a equalização da pressão em ambos os lados da porta a ser aberta.

Um regulador é usado onde a quantidade de ar que flui através de um túnel deve ser reduzida em vez de interrompida completamente e também onde o acesso não é necessário. O regulador é um orifício variável e alterando a área, a quantidade de ar que passa por ele também pode ser alterada. Uma prancha suspensa é um dos tipos mais simples, onde uma estrutura de concreto suporta canais nos quais as pranchas de madeira podem ser colocadas (caídas) e a área aberta variada. Outros tipos, como persianas tipo borboleta, podem ser automatizados e controlados remotamente. Nos níveis superiores em alguns sistemas de paragem aberta, pode ser necessário um acesso pouco frequente através dos reguladores e os painéis flexíveis reforçados horizontalmente podem ser simplesmente levantados ou abaixados para fornecer acesso, minimizando os danos causados ​​pela explosão. Mesmo pilhas de rocha quebrada têm sido usadas para aumentar a resistência em seções de um nível onde não há atividade de mineração temporariamente.

Sistemas de Refrigeração e Resfriamento

O primeiro sistema de refrigeração de mina foi instalado em Morro Velho, Brasil, em 1919. Desde aquela data, o crescimento da capacidade mundial foi linear em cerca de 3 megawatts de refrigeração (MWR) por ano até 1965, quando a capacidade total atingiu cerca de 100 MWR . Desde 1965, o crescimento da capacidade foi exponencial, dobrando a cada seis ou sete anos. O desenvolvimento da refrigeração de minas foi influenciado tanto pela indústria de ar condicionado quanto pelas dificuldades de lidar com um sistema de mineração dinâmico no qual a incrustação das superfícies do trocador de calor pode ter efeitos profundos na quantidade de resfriamento fornecido.

Inicialmente, as plantas de refrigeração foram instaladas na superfície e o ar de entrada da mina foi resfriado. À medida que a distância subterrânea da planta de superfície aumentou, o efeito de resfriamento foi reduzido e as plantas de refrigeração foram movidas para o subsolo, mais perto dos trabalhos.

As limitações na capacidade de rejeição de calor no subsolo e a simplicidade das plantas de superfície resultaram em uma mudança de volta para o local da superfície. No entanto, além do ar de admissão ser resfriado, a água resfriada agora também é fornecida no subsolo. Isso pode ser usado em dispositivos de resfriamento de ar adjacentes às áreas de trabalho ou como água de serviço usada em brocas e para supressão de poeira.

Equipamentos de refrigeração

Os sistemas de refrigeração por compressão de vapor são usados ​​exclusivamente para minas, e o elemento central da planta de superfície é o compressor. As capacidades individuais da planta podem variar entre 5 MWR e mais de 100 MWR e geralmente requerem vários sistemas de compressores que são de design de parafuso centrífugo ou de deslocamento positivo. A amônia é normalmente o refrigerante selecionado para uma planta de superfície e um halocarbono adequado é usado no subsolo.

O calor necessário para condensar o refrigerante após a compressão é rejeitado para a atmosfera e, para minimizar a energia necessária para fornecer o resfriamento da mina, isso é mantido o mais baixo possível. A temperatura de bulbo úmido é sempre menor ou igual à temperatura de bulbo seco e, conseqüentemente, os sistemas de rejeição de calor úmido são invariavelmente selecionados. O refrigerante pode ser condensado em um trocador de calor de casco e tubo ou placa e estrutura usando água e o calor extraído e depois rejeitado para a atmosfera em uma torre de resfriamento. Alternativamente, os dois processos podem ser combinados usando um condensador evaporativo onde o refrigerante circula em tubos pelos quais o ar é aspirado e a água é pulverizada. Se a planta de refrigeração for instalada no subsolo, o ar de exaustão da mina é usado para rejeição de calor, a menos que a água do condensador seja bombeada para a superfície. A operação da planta subterrânea é limitada pela quantidade de ar disponível e temperaturas de bulbo úmido subterrâneas mais altas em relação àquelas na superfície.

Depois de passar o refrigerante condensado por uma válvula de expansão, a evaporação da mistura de líquido e gás de baixa temperatura é concluída em outro trocador de calor que resfria e fornece a água gelada. Por sua vez, isso é usado tanto para resfriar o ar de admissão quanto como água fria de serviço fornecida à mina. O contato entre a água, o ar de ventilação e a mina reduz a qualidade da água e aumenta a incrustação do trocador de calor. Isso aumenta a resistência ao fluxo de calor. Sempre que possível, esse efeito é minimizado selecionando equipamentos com grandes áreas de superfície do lado da água que sejam fáceis de limpar. Na superfície e no subsolo, câmaras de pulverização e torres de resfriamento são usadas para fornecer a troca de calor de contato direto mais eficaz entre o ar que está sendo resfriado e a água resfriada. As serpentinas de resfriamento que separam os fluxos de ar e água ficam obstruídas com poeira e partículas de diesel e sua eficácia diminui rapidamente.

Os sistemas de recuperação de energia podem ser usados ​​para compensar os custos de bombear a água de volta para fora da mina e as rodas pelton são adequadas para essa aplicação. O uso de água fria como água de serviço ajudou a garantir que o resfriamento esteja disponível onde quer que haja atividade de mineração; seu uso melhorou significativamente a eficácia dos sistemas de resfriamento de minas.

Sistemas de gelo e refrigeradores de ponto

A capacidade de resfriamento de 1.0 l/s de água gelada fornecida no subsolo é de 100 a 120 kWR. Em minas onde grandes quantidades de refrigeração são necessárias no subsolo em profundidades superiores a 2,500 m, os custos de circulação da água gelada podem justificar sua substituição por gelo. Levando-se em conta o calor latente de fusão do gelo, a capacidade de resfriamento de cada 1.0 l/s aumenta aproximadamente quatro vezes, reduzindo assim a massa de água que precisa ser bombeada da mina de volta à superfície. A redução da potência da bomba decorrente do uso de gelo para transportar o frio compensa o aumento da potência da planta de refrigeração necessária para produzir o gelo e a inviabilidade da recuperação de energia.

O desenvolvimento é geralmente a atividade de mineração com as maiores cargas de calor em relação à quantidade de ar disponível para ventilação. Isso geralmente resulta em temperaturas no local de trabalho significativamente mais altas do que aquelas encontradas em outras atividades de mineração na mesma mina. Onde a aplicação de refrigeração é uma questão limítrofe para uma mina, refrigeradores específicos direcionados à ventilação de desenvolvimento podem adiar sua aplicação geral. Um refrigerador de ponto é essencialmente uma planta de refrigeração subterrânea em miniatura, onde o calor é rejeitado no ar de retorno do desenvolvimento e normalmente fornece 250 a 500 kWR de resfriamento.

Monitoramento e Emergências

Levantamentos de ventilação que incluem medições de fluxo de ar, contaminantes e temperatura são realizados rotineiramente para atender aos requisitos legais e fornecer uma medida contínua da eficácia dos métodos de controle de ventilação usados. Sempre que possível, parâmetros importantes, como a operação do ventilador principal, são monitorados continuamente. Algum grau de controle automático é possível quando um contaminante crítico é monitorado continuamente e, se um limite predefinido for excedido, uma ação corretiva pode ser solicitada.

Levantamentos mais detalhados de pressão barométrica e temperaturas são realizados com menos frequência e são usados ​​para confirmar as resistências das vias aéreas e auxiliar no planejamento de extensões de operações existentes. Esta informação pode ser usada para ajustar as resistências de simulação da rede e refletir a distribuição real do fluxo de ar. Os sistemas de refrigeração também podem ser modelados e as medições de fluxo e temperatura analisadas para determinar o desempenho real do equipamento e monitorar quaisquer alterações.

As emergências que podem afetar ou ser afetadas pelo sistema de ventilação são incêndios em minas, explosões repentinas de gás e falhas de energia. Incêndios e explosões são tratados em outras partes deste capítulo e as falhas de energia são apenas um problema em minas profundas, onde a temperatura do ar pode aumentar a níveis perigosos. É comum fornecer um ventilador de backup movido a diesel para garantir um pequeno fluxo de ar através da mina nessas condições. Geralmente, quando uma emergência, como um incêndio, ocorre no subsolo, é melhor não interferir na ventilação enquanto o pessoal familiarizado com os padrões normais de fluxo ainda estiver no subsolo.

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