Nuevo metodo para la evaluación del riesgo de explosion en

Un nuevo método para la evaluación
del riesgo de explosión
en minería subterránea
Ljiljana Medic Pejic1, Enrique Querol Aragón2, Javier García Torrent1,2
Laboratorio Oficial J.M. Madariaga. (www.lom.upm.es).
Departamento de Ingeniería Química y Combustibles, ETSIM.
Universidad Politécnica de Madrid (www.upm.es)
Carga de mineral con LHD de control remoto en la cámara 780-91b en abril de 2010.
Este trabajo propone un método novedoso basado en
una metodología para la evaluación de riesgos de explosión de atmósferas con polvo
de carbón, donde se tienen
en cuenta las características
propias del carbón en cuanto
a su naturaleza o capacidad
propia de resultar explosivo,
así como las características
de la explotación que condicionan la posibilidad de generar la atmósfera explosiva.
Incorpora también una valoración semicuantitativa de la
probabilidad de activación de
focos de ignición característicos de la minería (equipos
eléctricos y no eléctricos,
electricidad estática, explosivos). Finalmente, se le da una
orientación práctica basada
en la aproximación del Método Fine que permite tomar
decisiones en cuanto a la implantación gradual de las distintas medidas de protección.
This paper proposes a novel
method based on a methodology for evaluation of explosion hazards of coal dust
atmospheres, which take
into account the characteristics of coal by their own nature or by its own explosive
capacity, and the exploitation features that influence
the ability to generate an explosive atmosphere. It also
incorporates a semiquantitative estimation of the probability of activation of ignition
sources characteristic of the
mining (non-electrical and
electrical equipment, static
electricity, explosives). Finally, we give practical guidance, based on the
approximation to Method of
Fine, to able to make decisions concerning the gradual
implementation of the various protective measures.
J. G. Mateo
Palabras clave: Minería subterránea, carbón, atmósfera
explosiva, evaluación de riesgos.
Keywords: Underground mining, coal, explosive atmosphere, risk assessment.
INDUSTRIA Y MINERÍA
2
13
Artículo
1
Planteamiento general
INDUSTRIA Y MINERÍA
Los elementos para la evaluación del riesgo en la minería
están contemplados en la
norma UNE-EN 1127-2 y son similares y siguen los mismos
principios que los relativos a
las industrias de superficie
(norma UNE-EN 1127-1). En la
minería, las sustancias que
pueden generar atmósferas explosivas son el grisú y el polvo
de carbón, que, aunque son
muy limitadas en número, tienen la particularidad de poder
aparecer de forma permanente, por lo que las medidas
de seguridad en minería deben
ser particularmente estrictas
en comparación con las de las
industrias de superficie.
Artículo
14
Otra particularidad es que,
para minería, se van a definir
dos tipos de situaciones peligrosas: condiciones de riesgo
2, equivalentes a presencia de
atmósfera potencialmente explosiva y condiciones de riesgo
1, o presencia de atmósfera explosiva.
A diferencia de las industrias
de superficie, en minería no se
pueden separar el riesgo debido al gas y el debido al polvo,
puesto que el riesgo en las labores mineras grisuosas puede
ser causado simultáneamente
por el grisú y las nubes de
polvo. En consecuencia, las
medidas de protección contra
la explosión deben cubrir siempre ambos riesgos.
La energía mínima de ignición
(EMI) de las mezclas de polvo y
aire es varios cientos de veces
superior a la del metano, y el intersticio experimental máximo
de seguridad (IEMS) del polvo
de carbón es más del doble que
el del grisú, por lo que es razonable suponer que las medidas
adoptadas para que los equipos sean seguros en presencia
de grisú deben ser también válidas para las nubes de polvo de
carbón. En el caso de capas de
polvo de carbón depositado
deben considerarse precauciones adicionales.
Los elementos para la evaluación del riesgo definidos en la
norma UNE EN 1127-2 son los
siguientes:
a) Identificación del riesgo.
Al igual que en el caso de la
norma UNE EN 1127-1, aplicable a industria de exterior, los
datos de seguridad de las sustancias permiten determinar si
las sustancias son inflamables
y cuál es su facilidad para la ignición. Los datos del grisú son
muy uniformes, pero en el
polvo de carbón hay variaciones muy importantes según su
rango y composición.
b) Determinación de la cantidad y probabilidad de formación de la atmósfera explosiva.
La aparición de la atmósfera
explosiva depende de:
l
l
l
Presencia de sustancia inflamable.
Grado de dispersión. Para
polvo se obtiene un grado de
dispersión suficiente si el tamaño de partícula es menor
de 1 mm.
Concentración de la sustancia. Para gases se considera
atmósfera explosiva siempre
que la concentración quede
comprendida entre el LIE y el
LSE, teniendo en cuenta que
el intervalo de explosividad se
ensancha con el aumento de
presión o temperatura. Para el
polvo, debe tenerse presente
que las nubes no son homogéneas y que pueden for-
l
marse capas, que deben considerarse de forma particular.
Cantidad suficiente para causar daños.
Para valorar la probabilidad de
aparición de atmósfera explosiva los principales factores
que deben considerarse son:
l
l
l
l
l
El tipo de mineral extraído.
El método de laboreo.
La presencia de grisú en los
estratos adyacentes.
Los efectos de la acción humana sobre los estratos de
las zonas vecinas.
El grado de dilución que se
puede obtener mediante el
sistema de ventilación.
c) Determinación de la presencia de fuentes de ignición
Se debe comparar la capacidad
de ignición de una fuente de ignición con las propiedades de
la sustancia. Debe valorarse la
probabilidad de activación teniendo en cuenta las operaciones de limpieza y
mantenimiento.
Si no se puede estimar la probabilidad de aparición de una
fuente de ignición efectiva,
debe suponerse que la fuente
está activada todo el tiempo.
Las diferentes fuentes de ignición relacionadas en la norma
son:
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
Superficies calientes
Llamas, gases y partículas calientes
Chispas de origen mecánico
Material eléctrico
Corrientes eléctricas parásitas
Electricidad estática
Rayo
Ondas electromagnéticas de
RF (104 Hz a 3 x 1.012 Hz)
Ondas electromagnéticas de
3 x 1.011 Hz a 3 x 1.015 Hz
Radiación ionizante
l
Ultrasonidos
Compresión adiabática y
ondas de choque
Reacciones exotérmicas, incluyendo autoignición de polvos
d) Estimación de los posibles
efectos de la explosión.
Es aplicable, en general, todo
lo relativo a industrias de superficie. Deben tenerse presentes los efectos que pueden
aparecer en caso de explosión:
l
l
l
l
l
Llamas
Radiación térmica
Ondas de presión
Proyección de fragmentos
Emisiones peligrosas de sustancias
Los daños a las instalaciones y
las lesiones previsibles de las
personas sólo se pueden determinar en cada caso particular.
Las consecuencias de esos
efectos posibles están relacionadas con diferentes aspectos
de las propias sustancias y de
los emplazamientos donde se
manipulan, como son:
l
l
Propiedades físicas y químicas
de las sustancias inflamables
Cantidad y confinamiento de
la atmósfera explosiva
l
l
l
l
Geometría de los alrededores
Resistencia de la envolvente y
de las estructuras que la soportan
Equipos de protección de los
que va provisto el personal
expuesto al peligro
Características físicas de las
instalaciones
Como particularidad para la minería, puede añadirse que las
lesiones a las personas o los
daños a los objetos y las dimensiones del lugar afectado
sólo pueden estimarse en cada
caso particular. El riesgo de
que se produzca una atmósfera
explosiva y sus consecuencias
variarán de una mina a otra,
dependiendo del tipo de mina,
su trazado o disposición, el mineral que se extrae y la probabilidad de que aparezca grisú o
polvo inflamable.
Método propuesto
Se propone aquí un método
para la evaluación del riesgo de
explosión que aplica el procedimiento de William T. Fine [1, 2]
sobre la base de metodologías
maduras y probadas, como el
método RASE [3], aplicado por
el Laboratorio Oficial J.M. Madariaga en la Guía para la Elaboración del Plan de Prevención
Tabla 1. Valoración del riesgo.
Frecuencia
Frecuente
Probable
Ocasional
Remoto
Improbable
contra Explosiones en Instalaciones de Minería Subterránea
[4], el método propuesto por
García Torrent et al. [5, 6] para
la evaluación de riesgos de explosión de atmósferas con
polvo de carbón, y algunas características del método propuesto por Guoxun para el
análisis del riesgo de explosiones de polvo de carbón [7].
La metodología de evaluación
del riesgo de explosión propuesta en el proyecto RASE se
basa en evaluar por un lado la
FRECUENCIA de ignición, componiendo la probabilidad de que
aparezca una atmósfera explosiva con la probabilidad de aparición o activación de una fuente
de ignición, con lo que se obtienen 5 niveles de esa frecuencia
de ignición. Por otro lado, se evalúan las CONSECUENCIAS de
una posible explosión en la instalación analizada, determinando 4 niveles de severidad de
dichas consecuencias. La fase
final del método es la VALORACIÓN DEL RIESGO, que se realiza componiendo FRECUENCIA
con CONSECUENCIAS, determinando así 4 niveles de riesgo,
que definirán las posteriores actuaciones. En la Tabla 1, característica del método RASE, se
definen todos estos niveles.
Severidad
Catastrófico
Importante
Secundario
Despreciable
A
A
B
C
B
C
A
A
A
B
B
C
A
A: Riesgo intolerable, parar la actividad hasta reducir el riesgo
B: Riesgo alto, deben tomarse medidas para reducir el riesgo
C: Riesgo medio, puede reducirse con medidas organizativas
D: Riesgo aceptable, no se requieren acciones adicionales
A
C
B
D
C
D
D
INDUSTRIA Y MINERÍA
l
15
Artículo
l
Este método RASE se adaptó
para aplicarlo a la evaluación
del riesgo de explosión en explotaciones subterráneas, generando la ya citada Guía para
la Elaboración del Plan de Prevención contra Explosiones en
Instalaciones de Minería Subterránea. Sin embargo, en esta
aplicación pueden encontrarse
algunos defectos, como la consideración de los equipos mineros como única fuente de
ignición, o como la excesivamente sencilla evaluación del
riesgo de presencia de atmósfera explosiva por polvo. Estos
aspectos, y algunos más se
quieren mejorar en esta propuesta, aplicando la metodología FINE, particularizada para
las características de la minería
subterránea del carbón.
El método FINE se basa en valorar de forma semicuantitativa
un “Índice de Riesgo” (IR) como
el producto de las consecuencias (C), la probabilidad (P) y la
exposición (E) y:
IR = C x P x E
Aplicando para ello los siguientes conceptos:
a) Consecuencias. Se definen
como el daño, debido al riesgo
que se considera más grave posible, incluyendo desgracias personales y daños a la propiedad.
Normalmente son esperadas en
caso de producirse el accidente.
b) Probabilidad. Se considera
como la posibilidad de que,
una vez presentada la situación
Tabla 2. Valoración de las consecuencias.
Factor
INDUSTRIA Y MINERÍA
Consecuencia
Artículo
16
Resultado más
probable en caso
de producirse
el accidente
Probabilidad
Probabilidad de
presencia de fuentes
de ignición que
inicien el proceso
de explosión
Exposición
Frecuencia con que
aparece la atmósfera
explosiva
Para el desarrollo del método,
se proponen los cuadros de
cuantificación, que se muestran en las Tablas 2 a 4. Estas
Valor
Mayores: Daños severos, accidentes graves o daños graves al sistema
25
Catástróficos: Se prevén muertes o perdida de sistemas
Menores: Daños menores, accidentes leves o daños leves al sistema
Insignificantes: Incidente laboral sin daños o daños insignificantes al sistema
100
5
1
Clasificación
Valor
Muy posible: Es completamente posible, no sería extraño, tiene una probabilidad del 50%
6
Segura: Es el resultado más probable y esperado si se presenta la situación de riesgo
10
Posible: Sería una secuencia o coincidencia rara, pero posible
3
Casi imposible: Prácticamente una probabilidad nula.
0,1
Remota: Probabilidad remota pero concebible. Se sabe que ha ocurrido en alguna parte
Tabla 4. Valoración de la exposición al riesgo
Factor
c) Exposición. Es la frecuencia
con que se presenta la situación de riesgo, siendo tal que el
primer acontecimiento indeseado iniciará la secuencia del
accidente. Mide el tiempo que
el personal se encuentra expuesto al riesgo de accidente.
En nuestro caso, lo cuantificaremos en términos de presencia de la atmósfera explosiva.
Clasificación
Tabla 3. Valoración de la probabilidad
Factor
de riesgo, se origine el accidente. En nuestro caso, analizaremos la probabilidad de
presencia de fuentes de ignición que inicien la inflamación
de la atmósfera explosiva.
1
Clasificación
Valor
Frecuentemente: Se presenta aproximadamente una vez al día
6
Continuamente: Muchas veces al día o continuamente
10
Ocasionalmente: Semanalmente, de una vez a la semana a una vez al mes
3
Muy raramente: Muy difícil de presenciar, no se sabe que haya ocurrido
0,1
Raramente: Anualmente, se sabe que alguna vez puede ocurrir
1
Tabla 5. Valoración de las acciones correctoras.
Clasificación
Riesgo intolerable
De 40 a 249
Riesgo medio
De 250 a 400
Menos de 40
Parar la actividad hasta reducir el riesgo
Riesgo alto
Deben tomarse medidas para reducir el riesgo
Riesgo aceptable
No se requieren acciones adicionales
valoraciones representan una
valoración inicial y pueden
ajustarse en etapas sucesivas
a las características particulares de la explotación minera
que se esté evaluando. Esta
evaluación permite, en primer
lugar, hallar un valor de riesgo,
que permite determinar si la
inversión propuesta para mejorar la seguridad está justificada o no.
Una vez calculados los tres factores, se puede valorar el
riesgo como el producto de los
tres, obteniendo así el grado o
magnitud del riesgo. La Tabla 5
proporciona una clasificación
según dicha magnitud (índice
de riesgo) y la justificación de
la acción correctora. En esta
propuesta se han conservado
los términos empleados en el
método RASE.
Se puede también calcular la
“Justificación de la acción correctora" (J) a partir del cociente entre el Índice de Riesgo
y el producto del "Grado de corrección" (GC) y el "Factor de
coste" (FC):
J = IR / (GC x FC)
El "Grado de corrección" es una
estimación del grado de disminución del riesgo por medio de
la acción correctora propuesta.
La Tabla 6 proporciona valores
para GC.
El "Factor de coste" es una medida estimada del coste de la ac-
Puede reducirse con medidas organizativas
ción correctora propuesta, como
la presentada en la Tabla 7.
En función del valor de J, se
puede tomar la decisión. Los siguientes valores dan una indicación sobre la importancia
significativa en las propuestas
de inversión:
Si J > 20 → Muy justificado
Si 10 < J < 20 → Probable justificación
Si J < 20 → No justificado
La Figura 1 muestra conceptualmente cómo se ha desarrollado este método aquí
propuesto. Analicemos con detalle cada uno de los tres elementos del índice de riesgo.
a) Consecuencias
La valoración de las consecuencias se realiza siguiendo las indicaciones de la Guía para la
Elaboración del Plan de Prevención contra Explosiones en Instalaciones de Minería Subterránea.
En dicha guía se consideran 4 niveles de consecuencias en función de dos factores:
La posible presencia de trabajadores en localizaciones más
o menos cercanas al lugar de
la explosión.
l
Tabla 6. Valoración del factor de coste.
Grado de corrección
Valor
Riesgo reducido al menos al 75%
2
Riesgo eliminado al 100%
Riesgo reducido del 50% al 75%
Riesgo reducido del 25% al 50%
Riesgo reducido menos del 25%
Tabla 7. Valoración del grado de corrección.
1
3
4
6
Factor de coste
Valor
De 25.000 € a 50.000 €
6
Más de 50.000 €
De 10.000 € a 25.000 €
De 1.000 € a 10.000 €
De 100 € a 1.000 €
De 25 € a 100 €
Menos de 25 €
10
4
3
2
1
0,5
INDUSTRIA Y MINERÍA
Más de 400
Acción requerida
17
Artículo
Índice de riesgo
La probabilidad de que se produzca una fuente de ignición se
obtendrá como la suma de las
probabilidades de los cuatro
grupos considerados, que son
sucesos independientes:
P = Eq + Fue + Est + Ot
Veamos cada uno de ellos:
Figura 1. Esquema conceptual del método propuesto para la evaluación del riesgo de explosión.
La existencia de medidas de
protección (barreras contra la
propagación de la explosión).
l
INDUSTRIA Y MINERÍA
La Tabla 8 recoge las características de esta evaluación.
Artículo
18
b) Probabilidad
agrupan en cuatro categorías:
Equipos eléctricos y no eléctricos (Eq)
Fuego, soldadura y explosivo
(Fue)
Descarga electrostática (Est)
Otras fuentes de ignición (Ot)
l
l
l
l
Para valorar la probabilidad de
presencia de fuentes de ignición se tienen en cuenta todas
las mencionadas en la norma
UNE-EN 1127-2 y, atendiendo a
su importancia, frecuencia y
afinidad, con fines prácticos se
A cada una de estas fuentes de
ignición se le va a asignar una
frecuencia de ocurrencia, basada en el análisis de las características particulares de la
instalación y teniendo en
cuenta ciertos criterios.
Tabla 8. Valoración de las consecuencias.
Consecuencias
Definición del suceso
Catastróficas
Se prevén muertes o pérdida de sistemas
Mayores
Daños severos, accidentes graves
o daños graves al sistema
Menores
Daños menores, accidentes leves
o daños leves al sistema
Insignificantes
Incidente laboral sin daños o daños
insignificantes al sistema
b.1) Eq = equipos eléctricos y
no eléctricos. En este caso se
van a seguir las pautas de la citada Guía para la Elaboración
del Plan de Prevención contra
Explosiones en Instalaciones
de Minería Subterránea, que
tiene en cuenta si los equipos
son o no certificados, su antigüedad (en horas trabajadas) y
el grado de mantenimiento. La
Tabla 9 presenta las probabilidades asignadas según los
casos, siendo las más altas las
correspondientes a equipos no
certificados y entre los equipos
ATEX reciben mayor probabilidad los más antiguos y peor
mantenidos.
b.2) Fue = Fuego, soldadura y
explosivo. Estas fuentes de ignición, que aportan energía térmica para el posible inicio de la
explosión, se han valorado teniendo en cuenta las frecuencias relativas de ocurrencia
asignadas por J. Guoxun en la
Localización
Existencia de trabajadores
en la localización de la explosión
Trabajadores cercanos a la localización
de la explosión, sin existencia de barreras
de protección
Trabajadores cercanos a la localización
de la explosión, con existencia de barreras
de protección
Trabajadores alejados, en otros lugares
del interior de la explotación, o no existencia
de trabajadores en el interior
Valor
100
25
5
1
Tabla 9. Valoración de probabilidades de ignición en equipos eléctricos y no eléctricos.
Directiva 94/9/CE
Equipo mantenido
periódicamente
Equipo sin mantenimiento
periódico
< 10.000 h
0,0001
0,0010
Cualquiera
0,2500
10.000 h a 100.000 h
0,0005
> 100.000 h
0,5000
0,0050
0,0010
0,0100
Tabla 10. Valoración de probabilidades de ignición en fuego, soldadura y explosivo.
Fuente de ignición
Fuego
Factor de valoración
Probabilidad
Carbón susceptible
0,0060
Incumplimiento permisos
0,0020
Incumplimiento permisos
0,1000
Carbón poco susceptible (Ea ≥ 90 kj/mol ; Tcaract ≥ 300 ºC)
Soldadura
Explosivos
valoración del riesgo de explosión de polvo de carbón [7].
Para el caso de FUEGO, se distingue entre carbón susceptible
o poco susceptible a la autocombustión, tomando como criterio la valoración basada en
las características del análisis
térmico (Energía de activación y
Temperatura de oxidación característica). Esta valoración,
inicialmente propuesta en un
proyecto europeo CECA sobre
evaluación de la capacidad de
autocombustión del carbón [8],
se presentó internacionalmente
en el Congreso Internacional
sobre Riesgos, Prevención y Mitigación de Explosiones [9], y
está siendo aplicada para la valoración de distintos materiales
sólidos [10].
Para el caso de SOLDADURA,
se distingue entre una buena
práctica industrial, donde se vigila estrechamente el cumplimiento de las normas y
procedimientos de seguridad
(permisos de trabajos con
calor) avalada por la ausencia
Vigilancia / sin antecedentes
0,0001
Vigilancia / sin antecedentes
de antecedentes de accidentes, y una situación de posible
incumplimiento de permisos y
obligaciones.
Para el caso de EXPLOSIVOS,
se sigue un criterio similar, basado en el cumplimiento o no
del uso correcto de los explosivos de seguridad y los esquemas de voladura autorizados.
En la Tabla 10 se resumen las
probabilidades asignadas en
cada caso.
b.3) Est = Electricidad estática.
Esta fuente de ignición tiene
una característica particular,
debido a su naturaleza, y cobra
especial importancia al ser frecuentemente desconocidas sus
causas y, sin embargo, estar re-
0,0001
0,0001
conocida como una de las posibles fuentes de ignición presentes en diferentes escenarios de
accidentes. De hecho, la Directiva de instalaciones ATEX [11],
aunque excluye la minería subterránea, eleva esta fuente de
ignición al carácter de excepcional, al ser la única que menciona explícitamente.
Para la valoración de esta
fuente de ignición (Tabla 11),
se han tenido en cuenta nuevamente las frecuencias de
Guoxun.
b.4) Ot = Otras fuentes de ignición. Se consideran aquí otras
posibles fuentes de ignición y
se les asigna una frecuencia de
Guoxun, según se indica en la
Tabla 12.
Tabla 11. Probabilidades de ignición por descarga electrostática.
Características del material
Probabilidad
Material susceptible de cargas estáticas no certificado
0,0070
Material antiestático
Material susceptible de cargas estáticas defectuoso
0,0001
0,0120
INDUSTRIA Y MINERÍA
Sin marcado ATEX
Antigüedad (horas
de funcionamiento)
19
Artículo
Tipo de equipo
Una vez calculadas todas las
probabilidades asociadas a los
4 grupos de fuentes de ignición, como se ha indicado, se
sumarán para obtener una probabilidad de ocurrencia de una
posible fuente energética
capaz de desencadenar una explosión. Con la probabilidad así
obtenida se podrá ya valorar el
factor PROBABILIDAD del Índice
de Riesgo, mediante la relación
presentada en la Tabla 13.
Tabla 12. Probabilidades de ignición por otras fuentes.
INDUSTRIA Y MINERÍA
E = Máx [Gas, Polvo]
Artículo
20
Para valorar la presencia de
gas grisú se sigue el planteamiento de la Guía para la Elaboración del Plan de
Prevención contra Explosiones
en Instalaciones de Minería
Subterránea, que tiene en
cuenta la velocidad de desor-
Probabilidad
Posibles corrientes erráticas
0,0010
Posible compresión adiabática
0,0010
Posibles ondas electromagnéticas
Probabilidad
Suma de frecuencias
Valor
Muy posible
0,5000 < P ≤ 0,9000
6
Remota
0,0100 < P ≤ 0,1000
Segura
P > 0,9000
Posible
Casi imposible
3
P ≤ 0,0100
0,1
ción de grisú del carbón, según
E.T. 0307-2-92, y las condiciones de ventilación en funcionamiento normal o en parada
programada o por fallo. En la
Tabla 14 se presentan los valores del factor EXPOSICIÓN debida al gas.
Para valorar la presencia de atmósfera explosiva por polvo se
seguirá el procedimiento basado en evaluar tanto la explosividad del carbón como la
probabilidad de puesta en sus-
Velocidad de desorción
de grisú (cm3/10g/35 s)
Ventilación en
funcionamiento normal
0,0 a 0,9
1,0 a 1,9
Muy raramente
0,1
Raramente
1
Muy raramente
2,0 a 2,9
> 3,0
Raramente
Tabla 15. Asignación del factor EXPOSICIÓN por polvo.
Baja
Ahora es necesario evaluar por
separado la explosividad del
carbón y la probabilidad de formación de la ATEX. La metodología es la siguiente:
c.1) Explosividad del carbón.
Se basa en considerar tanto la
composición química (índice
Muy raramente
0,1
Alta
Ocasionalmente
3
Media
Raramente
Ventilación parada
(programada o fallo)
0,1
1
1
Frecuentemente
6
3
Continuamente
Raramente
1
Frecuentemente
6
Ocasionalmente
Raramente
Ocasionalmente
1
Media
1
pensión [5, 6] con algunas modificaciones ahora introducidas. La Tabla 15 proporciona
los valores del factor EXPOSICIÓN debida al polvo.
Explosividad del carbón
Baja
10
0,1000 < P ≤ 0,5000
Tabla 14. Asignación del factor EXPOSICIÓN por grisú.
Probabilidad ATEX
0,0010
Tabla 13. Asignación del factor PROBABILIDAD de fuentes de ignición.
c) Exposición
El factor exposición tiene en
cuenta la posible presencia de
gas y la de polvo, y determina
independientemente cada uno
de ellos, tomando como valor
del factor EXPOSICIÓN el mayor
de los dos:
Fuente de ignición
3
10
Alta
Ocasionalmente
3
Continuamente
10
Frecuentemente
6
Experimentalmente se determina Vssc como la expresión
del contenido en materias volátiles del carbón en base seca
exenta de ceniza:
Vssc = [ 100 . V / (100 – h) ] /
[1 – (Cs / 100 – h) ]
Conocido Vssc, se puede aplicar el nuevo índice químico:
l
l
l
IQ = 0 cuando VSSC < 9 %
IQ = 1 cuando 9 % ≤ VSSC
≤ 14%
IQ = 2 cuando 14 % ≤ VSSC
Índice físico
El índice físico tiene en cuenta
las características de la sensibilidad a la inflamación del carbón (SI) y su severidad de
explosión (SE).
La sensibilidad SI se evalúa en
función de los valores obtenidos en la determinación de los
parámetros temperatura mínima de ignición en nube
(TMIn), límite inferior de explosividad (LIE) y energía mínima
de ignición (EMI), conforme al
siguiente criterio:
La severidad de explosión se
evalúa en función de la constante característica Kmáx, obtenida a partir de la VMAP, según
el siguiente criterio:
l
l
l
SE = 0 si Kmáx < 20 bar.m/s
SE = 1 si 20 bar.m/s ≤ Kmáx
< 100 bar.m/s
SE = 2 si 100 bar.m/s ≤ Kmáx
< 200 bar.m/s
SE = 3 si 200 bar.m/s ≤ Kmáx
Y finalmente, en función de SI y
SE se valora el índice físico (IF):
l
l
l
IF = 0 si (SI + SE) = 0
IF = 1 si 0 < (SI + SE) ≤ 3
IF = 2 si 3 < (SI + SE) ≤ 6
El nivel de explosividad del
carbón se ha evaluado en función de los índices químico y
físico, estableciendo tres niveles de explosividad: baja,
media y alta. En la Tabla 16
se muestra el resumen de la
clasificación.
Se considera que la explosividad de un carbón es baja
cuando se cumple una de las
condiciones siguientes:
l
a) El índice químico (IQ) es
igual a 0.
b) El índice químico (IQ) es
menor o igual que 1 y el índice físico (IF) es igual a 0.
Se considera que la explosividad de un carbón es media
cuando se cumple una de las
condiciones siguientes:
l
a) El índice químico (IQ) es
igual a 1 y además el índice físico (IF) es mayor o
igual que 1.
b) El índice químico (IQ) es igual
a 2 y además el índice físico
(IF) es menor o igual que 1.
Se considera que la explosividad de un carbón es alta
cuando se cumple la condición
siguiente:
l
a) El índice químico (IQ) es
igual a 2 y el índice físico
(IF) también es igual a 2.
La probabilidad de formación de
atmósfera explosiva se evalúa
en función de cuatro características del emplazamiento donde
se tomó la muestra, según se
detalla a continuación.
Tipo y clase de emplazamiento
a) Talleres de arranque o labores en avance en carbón
-
Arranque manual: 0
Arranque mecanizado o
carga con pala de descarga lateral: 1
Arranque c/ explosivos,
carga con pala frontal o
carga mecanizada: 2
b) Galerías y planos de acceso
donde se realice carga, transporte o trasvase de carbón
-
Transporte discontinuo: 0
Transporte continuo: 1
Puntos de carga, transferencia o trasvase: 2
c) Otros emplazamientos
-
No existen acumulaciones
de carbón ni de polvo: 0
Existen acumulaciones
de carbón o polvo: 1
Existen sistemas de trituración: 2
Tabla 16. Niveles de explosividad en función de los índices.
Índices
IF = 0
IF = 1
IF = 2
IQ = 1
Baja
Media
Media
IQ = 0
IQ = 2
Baja
Media
Baja
Media
Baja
Alta
INDUSTRIA Y MINERÍA
Índice químico
l
21
Artículo
químico) como la respuesta
del carbón en diferentes ensayos de inflamación (índice físico):
Acumulaciones de polvo
Tabla 17. Asignación del factor EXPOSICIÓN a la presencia de ATEX.
a) Espesor menor de 5 mm: 0
b) Para d50 mayor que 0,5 mm
-
-
Espesor entre 5 mm y 50
mm: 1
Espesor de más de 50
mm: 2
Condiciones del polvo de carbón
INDUSTRIA Y MINERÍA
a) Contenido en humedad del
carbón mayor que 50 %: 0
b) Contenido en humedad
comprendido entre 10 % y
50 %: 1
c) Contenido en humedad
menor que 10 %: 2
Artículo
22
Presencia de grisú
a) Minas sin grisu (primera categoría): 0
b) Minas con grisú (segunda
categoría): 1
Valor
Frecuentemente
6
Continuamente
Espesor entre 5 mm y 50
mm: 0
Espesor de más de 50
mm: 1
c) Para d50 menor o igual que
0,5 mm
Exposición
Ocasionalmente
Raramente
Muy raramente
c) Minas con desprendimientos (tercera y cuarta categorías): 2
La probabilidad de formación
de atmósfera explosiva se obtiene sumando estas cuatro características, lo que dará un
número comprendido entre 0 y
8, de forma que se asignará la
siguiente probabilidad:
l
l
l
Suma comprendida entre 0 y
2: Probabilidad ATEX baja
Suma comprendida entre 3 y
5: Probabilidad ATEX media
Suma comprendida entre 6 y
8: Probabilidad ATEX alta
Una vez obtenida esta probabilidad ATEX, junto con la explosividad del carbón se podrá
obtener, aplicando la Tabla 15
el factor EXPOSICIÓN por polvo.
10
3
1
0,1
Comparándolo con el factor EXPOSICIÓN por gas, se podrá
tomar como valor del factor EXPOSICIÓN el mayor de los dos y,
de esta forma, se podrá asignar
el valor característico de la
Tabla 17 al factor EXPOSICIÓN.
Después de tener evaluados los
tres factores, CONSECUENCIAS,
PROBABILIDAD y EXPOSICIÓN, se
podrá calcular el ÍNDICE DE
RIESGO, según se ha indicado,
como producto de los tres factores. Este índice de riesgo proporciona la clasificación del riesgo
en los niveles correspondientes:
intolerable, alto, medio y aceptable, según se indicó en la Tabla
5. En esta tabla se incluían de
forma genérica las acciones requeridas, que se desarrollan con
más detalle en la Tabla 18, incluida en la guía.
Tabla 18. Valoración de probabilidades de ignición en fuego, soldadura y explosivo.
Riesgo
Intolerable
Importante
Moderado
Tolerable
Factor de valoración
No debe comenzarse ni continuar el trabajo hasta que se reduzca el riesgo. Si no es posible reducir el
riesgo, incluso con recursos ilimitados, debe prohibirse el trabajo. Este tipo de riesgo requiere tanto la
aplicación de medidas técnicas, como de medidas organizativas.
No debe comenzarse el trabajo hasta que se haya reducido el riesgo. Puede que se precisen recursos
considerables para reducir el riesgo. Cuando el riesgo corresponda a un trabajo en ejecución, debe remediarse el problema en un tiempo inferior al de los riesgos moderados.
Se debe hacer un esfuerzo para reducir el riesgo, determinando las inversiones precisas. Las medidas
para reducir el riesgo deben implantarse en un periodo determinado. Cuando el riesgo moderado está
asociado a consecuencias mayores o catastróficas, se precisará una acción posterior para establecer
con más precisión la probabilidad de daño como base para determinar la necesidad de mejora de las
medidas de control.
No se necesita mejorar la acción preventiva. Sin embargo, se deben considerar soluciones más rentables o mejoras que no supongan una carga económica importante. Se requieren comprobaciones periódicas para asegurar que se mantiene la eficacia de las medidas de control.
l
-
l
-
-
Medidas organizativas:
Evitar la presencia de trabajadores en las proximidades
de los lugares donde se inician típicamente las explosiones (por ejemplo, evacuar
personal durante voladuras).
Medidas técnicas:
Implantar sistemas de extinción automática de explosión en minadores y
máquinas de arranque para
proteger a los operarios de
dichas máquinas, según
UNE-EN 14.591-4.
Implantar barreras de agua
pasivas, concentradas o distribuidas, según UNE-EN
14.591-2.
Implantar puertas de ventilación a prueba de explosión, según UNE-EN
14.591-1.
Reducción del factor probabilidad:
l
-
-
Medidas organizativas:
Caracterizar la susceptibilidad a la autocombustión de
los tipos de carbón.
Aumentar y mejorar los procedimientos de mantenimiento, revisión y
reparación de equipos eléctricos y no eléctricos.
Mejorar la vigilancia del
cumplimiento estricto de
l
-
-
Medidas técnicas:
Aplicar medidas de prevención cuando los carbones
presenten tendencia a la
autocombustión: cierres y
tapes en labores abandonadas o en retirada, control
de temperaturas y emisiones de CO.
Establecer sistemas de
muestreo periódico de materiales para verificar su
conductividad.
Reducción del factor exposición:
l
-
-
-
l
-
Medidas organizativas:
Implantar procedimientos
que generen menor cantidad de polvo: riego del
frente, inyección de agua en
el macizo.
Evitar la acumulación de
polvo de carbón.
Implantar sistemas que reduzcan la concentración de
gas: captación o drenaje de
grisú.
Mejorar la vigilancia de los
niveles de grisú.
Mejorar la vigilancia de los
esquemas de ventilación.
Medidas técnicas:
Verificar el contenido de materias inertes del carbón (cenizas y humedad) y aplicar
humidificación o espolvoreo
de inerte hasta alcanzar los
niveles requeridos.
J. G. Mateo
Mina-Museo de Almadén.
Conclusión
El método propuesto tiene en
cuenta la experiencia previa adquirida en la evaluación del
riesgo de explosión en minería
subterránea, ya que utiliza metodologías maduras y probadas.
Al seguir el esquema de evaluación del riesgo propuesto en la
normativa de atmósferas explosivas y partir del método contrastado por el LOM en la
elaboración del plan de prevención contra explosiones en minería subterránea, se garantiza
la solidez de este nuevo método.
Está también basado en una
metodología experimentada
por los autores para la evaluación de riesgos de explosión
de atmósferas con polvo de
carbón, donde se tienen en
cuenta las características propias del carbón en cuanto a su
naturaleza o capacidad propia
de resultar explosivo, así
INDUSTRIA Y MINERÍA
Reducción del factor consecuencias:
-
los procedimientos operativos, permisos de trabajo y
disposiciones internas de
seguridad.
Emplear exclusivamente material antiestático, no sólo
en calzado y ropa de protección, sino en todo tipo de
materiales introducidos en
las explotaciones.
23
Artículo
Cuando el nivel de riesgo exija
acciones para reducir el riesgo,
éstas se podrán diseñar para
reducir la valoración de cualquiera de los tres factores,
según la experiencia y criterio
del responsable de seguridad.
A modo de ejemplo, se proponen las siguientes acciones:
Agradecimientos
Los autores quieren agradecer
al Laboratorio Oficial J.M. Madariaga y a la Dirección General
de Política Energética y Minas
del Ministerio de Industria, Comercio y Turismo su apoyo a la
investigación, que ha permitido
continuar avanzando en la mejora de la seguridad en la lucha
contra los riesgos de explosiones en las explotaciones mineras subterráneas.
Referencias
1. Fine, W. 2001. Método de
William T. Fine. http://www.Prevention-World.com
J. G. Mateo
INDUSTRIA Y MINERÍA
Mina-Museo de Almadén.
Artículo
24
como las características de la
explotación que condicionan
la posibilidad de generar la atmósfera explosiva.
Incorpora también una valoración semicuantitativa de la probabilidad de activación de
focos de ignición característicos de la minería (equipos eléctricos y no eléctricos,
electricidad estática, explosivos), para lo que se han aprovechado experiencias previas de
valoración cuantitativa del
riesgo, que se incorporan y se
complementan incluyendo la
experiencia previa adquirida en
la evaluación de la susceptibilidad térmica de los carbones.
Finalmente, se le da una orientación práctica basada en la
aproximación del método Fine,
que permite tomar decisiones
en cuanto a la implantación
gradual de las distintas medidas de protección.
2. Turmo Sierra, E. 1971. Evaluación matemática para control de riesgos. Traducción del
trabajo de FINE, William T. Mathematical Evaluation for Controlling Hazards. Centro de
Investigación y Asistencia Técnica de Barcelona. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene
en el Trabajo
3. The Rase Project (SMT4CT97-2169). March 2000. Explosive Atmospheres:
Methodology on Risk Assessment of Unit Operations and
Equipment. CEN/TC 305 N 273
4. Laboratorio Oficial J.M. Madariaga. 2006. Guía para la elaboración del plan de prevención
contra explosiones en instalaciones de minería subterránea. Ministerio de Industria, Comercio y
Turismo, Dirección General de
Política Energética y Minas
5. García Torrent, J., Querol Aragón, E., Fernández Ramón, C.,
Carrasco Galán, J. 2001. “Definición de los procedimientos de
evaluación de riesgos de explosión de atmósferas con polvo
de carbón en las labores mine-
ras subterráneas”. III Jornadas:
Presente y futuro de la Seguridad Minera en España
6. García Torrent, J.; Valle Falcones, L.; Querol Aragón, E.; Fernández Ramón, C. 2003.
Atmósferas explosivas en la minería. Legislación y docencia.
Congreso sobre Seguridad, Calidad y Medio Ambiente en la
Ingeniería de Minas. Barcelona.
7. Guoxun, J. The application of
FTA method in analysing coaldust explosion. Progress in Safety Science Technology. Beijing
Institute of Technology
8. ECSC. 2000. Final Report on
Research Project no. 7220AC/009: Improved Mine Ventilation and Climate Control,
Self-Ignition of Coals, European
Coal and Steel Community
9. J. Garcia Torrent, L. Medic
Pejic, E. Querol Aragón. 2004.
A self-combustion characterization index based in thermogravimetric and differential
scanning calorimetry techniques, in: V International Symposium on Hazards, Prevention
and Mitigation of Industrial Explosions, Krakow, Poland
10. Ramírez Gómez, A.; García
Torrent, J.; Tascón Vegas, A.
2010. Experimental determination of self-heating and Self-Ignition risks associated with the
dusts of agricultural materials
commonly stored in silos. Journal of Hazardous Materials. Vol.
175, pp920-927 (Elsevier)
11. Ministerio de la Presidencia.
Real Decreto 681/2003 (B.O.E.
18/Junio/2003) sobre la protección de la salud y la seguridad de
los trabajadores expuestos a los
riesgos derivados de atmósferas
explosivas en el lugar de trabajo
(Directiva ATEX 137)