El Dr. Jürgen Brune, Escuela de Minas de Colorado, EE.UU., discute la necesidad de mejorar la protección contra las explosiones de polvo de carbón en minas subterráneas.
La explosión de abril de 2010 en la mina Upper Big Branch (UBB) en Virginia Occidental ocurrió hace casi cuatro años. Un total de 29 mineros murieron y dos resultaron gravemente heridos en un desastre que ha marcado para siempre la vida de sus familias y seres queridos. En UBB, una ignición de cara relativamente pequeña cerca del extremo de la puerta trasera de la cara de tajo largo se convirtió en una gran explosión de polvo de carbón que se propagó a través de una gran área de la mina con llamas que carbonizaron casi 50 millas de entradas a la mina.1
¿Puede ocurrir de nuevo una explosión de polvo de carbón tan devastadora? Lamentablemente, sí, puede.
Cada otoño, la Administración de Seguridad y Salud en las Minas de los Estados Unidos (MSHA, por sus siglas en inglés) emite una Alerta de invierno que advierte de los peligros de las explosiones de polvo de carbón, que es más probable que ocurran durante el invierno cuando el aire de la mina está más seco. El polvo de carbón bituminoso fino es altamente explosivo cuando se suspende en el aire. En una explosión típica de polvo de carbón, el polvo es arrastrado por una pequeña explosión de gas metano, que también proporciona la llama iniciadora. Las explosiones de polvo de carbón también se pueden desencadenar por voladuras, especialmente por disparos al aire, y esto a menudo causó explosiones a principios del siglo XX.
Una vez iniciada, una explosión de polvo de carbón puede propagarse a través de vastas áreas de la mina al remolinar nuevo polvo de carbón en el aire frente a la llama de la explosión. Este patrón continuará hasta que no quede más polvo de carbón o hasta que la explosión alcance un área donde el polvo de carbón haya sido suficientemente inertizado mezclándolo con polvo de roca. Al escribir su libro sobre explosiones de polvo de carbón, Cybulski realizó miles de pruebas de explosión en la mina experimental polaca «Barbara».2 Los siguientes hallazgos principales fueron documentados por Cybulski:
- Cuanto más fino es el polvo de carbón y mayor es la materia volátil del carbón, mayor es su riesgo de explosión.
- Las explosiones de polvo de carbón se pueden evitar mezclando el polvo de carbón con polvo inerte (polvo de roca). Si una gran parte del polvo de carbón es más fina que 200 mallas (74 µm), es posible que se necesite más del 80% de polvo de roca inerte para evitar explosiones.
- Si la explosión inicial es lo suficientemente fuerte, incluso el polvo de carbón húmedo puede explotar.
- Las barreras de explosión pueden detener las explosiones de polvo de carbón.
En los Estados Unidos, la mayoría de los operadores de minas confían en la inertización del polvo de roca como el método preferido de protección contra explosiones de polvo de carbón. En 2011, la MSHA aumentó el contenido total de inertes (TIC) requerido para el polvo de mina en las vías respiratorias de admisión del 65% al 80%, lo mismo que era (y es) para las vías respiratorias de retorno. Este cambio se basó en el reconocimiento de la investigación del Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) de que el aumento de la mecanización en las minas actuales también ha aumentado la finura y, por lo tanto, el riesgo de explosiones de polvo de carbón. La transición al corte completamente mecanizado y al transporte por cinta transportadora produce un polvo más fino en comparación con el desbaste, el granallado y el transporte por vía férrea de estilo antiguo.
Para ser eficaz en la prevención de explosiones, el polvo de roca debe mezclarse completamente con el polvo de carbón. Si se permite que el polvo de carbón forme capas en la parte superior de las superficies cubiertas de polvo de roca, el riesgo de explosión aumenta porque solo el 1/8 de la parte superior. de polvo se arrastra durante una explosión. La Oficina de Minas de los Estados Unidos y las pruebas de NIOSH han demostrado que una capa de polvo de carbón solo tiene 4/1000 pulgadas. grueso (equivalente al grosor de una hoja de papel) puede ser suficiente para propagar una explosión de polvo. Por lo tanto, el método preferido para aplicar polvo de roca es con plumeros que liberan el polvo de roca directamente en el aire de retorno, saliendo de la sección, mezclándolo completamente con las partículas de polvo de carbón en el aire. Las cintas transportadoras generalmente se espolvorean por lotes: aquí, se prefiere la aplicación frecuente de un polvo de roca ligero en lugar de un polvo pesado a intervalos más largos para evitar capas. Se puede determinar de forma casi instantánea si la cantidad de polvo de roca es suficiente para evitar explosiones de polvo de carbón con el Medidor de Explotabilidad de Polvo de carbón (CDEM) desarrollado por NIOSH.
Los operadores mineros europeos atrapan el polvo explosivo de carbón con sales higroscópicas, incluidas soluciones de cloruro de calcio y magnesio. Las sales permanecen húmedas al atraer agua del aire de la mina. La superficie húmeda atrapa cualquier polvo de carbón que se deposite en las superficies tratadas. Las aplicaciones de sal duran varios días, dependiendo de la humedad del aire de la mina. Las sales se pueden pulverizar en cualquier momento porque, a diferencia del polvo de roca, no se transportan a favor del viento donde obstruyen la visibilidad de los mineros.
Una segunda tecnología notable para la prevención de explosiones de polvo de carbón es el uso de barreras contra explosiones. Las barreras pasivas consisten en grandes bebederos llenos de agua y suspendidos en estantes en lugares estratégicos en las entradas de la mina. La presión de la explosión inclina los estantes y el aguacero apaga la llama, deteniendo la explosión. El informe UBB de la Oficina de Salud, Seguridad y Capacitación de los Mineros de Virginia Occidental señala que un sumidero de bomba en la mina UBB evidentemente había actuado como una barrera contra explosiones e impedido que la explosión se propagara aún más a las 21 entradas de la puerta principal.3
Los roadheaders utilizados para el desarrollo de minas en minas europeas suelen estar equipados con barreras activadas. Si el metano se enciende cerca del cabezal de corte, un sensor activa instantáneamente la liberación de agente extintor de incendios de seis a ocho contenedores presurizados montados en el brazo de corte para sofocar la llama. Dado que cualquier ignición de cara menor puede desencadenar una explosión violenta de polvo de carbón, esta tecnología de barrera activa es un importante control de ingeniería para la prevención de tales explosiones.
Conclusiones
El polvo de carbón sigue presentando un riesgo de explosión significativo. Los operadores de minas deben seguir un programa riguroso y completo de aplicación, mantenimiento y pruebas de polvo de roca para garantizar que haya niveles suficientes de inertización. Se deberían llevar a cabo más investigaciones para determinar qué tecnologías de barrera se pueden aplicar en las minas de los Estados Unidos para proporcionar un nivel adicional de seguridad contra las igniciones por fricción y en las entradas de bandas donde el mantenimiento del polvo de roca es difícil.
1. PAGE, N. G et al., «Report of Investigation, Fatal Underground Mine Explostion, 5 de abril de 2010, Upper Big Branch Mine-South», Mine Safety and Health Administration, Virginia, pp.965, 2011.
2. CYBULSKI, W., Coal Explostions and their Suppression, Report No. TT 7354001+», traducido del polaco, US Bureau of Mines, Washington, pp. 586, 1975.
3. PHILLIPS, C. A.,» Report of Investigation into the Mine Explostion at the Upper Big Branch Mine», Boone/Raleigh Co., West Virginia, pp. 319, 2012.
Este artículo apareció por primera vez en la edición de febrero de World Coal como: Brune, J., «A clear and present danger», World Coal (febrero de 2014), p. 14.
Escrito por el Dr. Jürgen Brunner, Escuela de Minas de Colorado.
Editado por Jonathan Rowland