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)