Una observación extraña ha desconcertado durante mucho tiempo a los ingenieros de la mina subterránea de Sanford, en Dakota del Sur: durante las fuertes lluvias, el flujo de aire en algunos pozos se invertía. Este comportamiento inesperado acaba de encontrar una explicación, con implicaciones notables para la seguridad de las minas.
Esta instalación, el Sanford Underground Research Facility (SURF), ya no está en explotación minera, pero requiere ventilación constante por seguridad. Jason Connot, ingeniero de minas, supervisa este sistema. Poco después de su llegada en 2019, él y su equipo notaron un comportamiento extraño durante las tormentas: el ventilador del pozo 5 se volvía incontrolable, y algunas zonas veían su aire ralentizado, incluso invertido.
Jason Connot, ingeniero de minas en el Sanford Underground Research Facility, en la antigua forja a 335 metros bajo tierra.
Crédito: Stephen Kenny / SURF Para comprender este fenómeno, fueron necesarias mediciones más precisas. Se instalaron sensores de caudal de aire, y Steve Gabriel, un profesor de ciencias, diseñó con sus estudiantes monitores que captaron un evento clave durante una prueba del sistema de aspersión del nivel 4850. "Sentimos un aumento del caudal de aire, eso lo desencadenó todo", explica Jason Connot.
La causa fue sorprendente: el agua de lluvia, dirigida al pozo 5 para evitar inundaciones, actúa como una jeringa gigante. Al caer, empuja el aire delante de ella, forzando una circulación anormal en la red de ventilación. Jason Connot encontró en la literatura ecuaciones que explicaban este fenómeno en las alcantarillas, y con la ayuda de colegas de la Escuela de Minas de Dakota del Sur, las adaptó al sitio. Los cálculos coincidían perfectamente con las observaciones.
Este descubrimiento va mucho más allá de una simple curiosidad. En caso de incendio subterráneo, los ingenieros a menudo vierten agua en un pozo. "Saber que esto puede cambiar el flujo de aire es una información esencial", indica Jason Connot. Gracias a este trabajo, el equipo ahora puede anticipar estas variaciones y configurar la ventilación en consecuencia, mejorando así la seguridad.
Estas investigaciones de Jason Connot, publicadas en la revista
Mining, Metallurgy & Exploration, han sido elogiadas por sus colegas. Andrea Brickey, su consejero, alaba su curiosidad: "Identificó un fenómeno que afecta los sistemas de ventilación y buscó predecirlo. Lo logró.
El principio de la jeringa hidráulica
El mecanismo se basa en el principio de una jeringa hidráulica. Cuando se empuja el émbolo, el aire sale por la aguja. En una mina, el agua que cae en un pozo juega el papel del émbolo. La columna de agua descendente comprime el aire situado debajo, creando una diferencia de presión que fuerza al aire a desplazarse por las galerías.
Este mecanismo es bien conocido en las redes de alcantarillado urbano, donde caídas de agua importantes pueden propulsar el aire a través de las tuberías. Sin embargo, aplicarlo a una mina requiere cálculos precisos que tengan en cuenta la forma de los pozos, el volumen de agua y las características del sistema de ventilación.
El descubrimiento de los ingenieros de SURF muestra que incluso pequeñas cantidades de agua, como la lluvia, pueden tener un efecto significativo. Esto abre la puerta a modelos predictivos para anticipar estos cambios de flujo de aire, lo cual es esencial para la seguridad.
En el caso del pozo 5 de SURF, el agua excedente se vierte en una cavidad profunda. Al caer durante varios cientos de metros, adquiere una velocidad suficiente para desplazar una gran masa de aire. Los ingenieros midieron que el caudal de aire podía multiplicarse por dos o más durante una tormenta.
Fuente: Mining, Metallurgy & Exploration