Guía científica de colocación y integración de sensores láser de CO y CH₄ en minería

En áreas subterráneas de extracción, perforación, transporte y cámaras electromecánicas de minas de carbón, el monóxido de carbono (CO) y el metano (CH₄) son gases peligrosos clave. Su monitoreo en tiempo real afecta directamente la eficacia del sistema de ventilación, la confiabilidad de los cierres de corte de energía y la evacuación segura del personal. La autoridad nacional de seguridad minera destaca que una instalación incorrecta de los sensores provoca zonas ciegas, distorsión de datos y riesgos de accidentes.

La serie de sensores láser de CO y CH₄ de Nexisense utiliza espectroscopía de absorción láser de semiconductor sintonizable (TDLAS), ofreciendo alta selectividad, respuesta rápida, baja deriva y características de seguridad intrínseca a prueba de explosión, diseñada para entornos subterráneos complejos. Desde la perspectiva de integradores de sistemas y gestores de proyectos, se detallan los requisitos de colocación científica según normativa 2025, la disposición de áreas críticas, compatibilidad de sistemas, experiencias de proyectos y recomendaciones de mantenimiento a largo plazo, ayudando a clientes B2B a lograr mayor seguridad, conformidad y estabilidad del sistema durante diseño, instalación, aceptación y operación.

Características técnicas de sensores láser en minería y base normativa

• GB 3836.1-2010 "Entornos explosivos Parte 1: Requisitos generales de equipos"

• MT/T 1134-2019 "Sensores láser de metano para minería de carbón"

• AQ 6203-2020 "Sensores láser de metano para minería de carbón"

• JJG 1136-2017 "Procedimiento de verificación de detectores de alarma de metano láser"

• "Reglamento de seguridad en minas de carbón" (última versión)

Ventajas técnicas clave:

• Tecnología TDLAS, alta selectividad para CO y CH₄, casi sin interferencia de H₂S, CO₂, polvo o vapor de agua

• Rango de medición: CO 0–1000 ppm, CH₄ 0–5% vol (o 0–100% LEL)

• Tiempo de respuesta T90 ≤10 segundos

• Marcado de seguridad intrínseca: Ex ib Ⅰ Mb

• Amplio rango de temperatura: -20℃–+50℃ (algunos modelos -40℃–+70℃)

• Algoritmos integrados de compensación automática de temperatura, humedad y presión

Colocación de sensores láser de monóxido de carbono (CO)

Altura recomendada y base científica

Altura de instalación recomendada: 1,5–1,8 m desde el suelo (zona de respiración humana)
Justificación científica: La densidad del CO (1,25 kg/m³) es cercana a la del aire (1,29 kg/m³), presentándose de manera uniforme o ligeramente estratificada en ambientes subterráneos con microcorrientes de aire. La concentración en áreas de actividad del personal refleja mejor la exposición real.

Áreas críticas y ubicación recomendada

• Frente de extracción: 5–10 m desde la pared de carbón o cabeza del frente, lado de retorno preferido

• Galerías de retorno: 10–15 m desde la boca de retorno o punto de convergencia de flujo de aire

• Galerías de transporte: cerca de los extremos de cintas transportadoras y puntos de transferencia

• Cámaras electromecánicas: transformadores, interruptores, salas de carga, salas de cabrestante, preferiblemente en el lado de entrada de aire o sobre equipos

• Galerías principales de transporte: un punto de monitoreo cada 100–150 m

  
  

Principios de instalación

• Evitar apuntar directamente a la salida de ventiladores locales o frente del ducto

• Mantener ≥300 mm del techo para evitar impacto de gotas sobre la ventana óptica

• Evitar equipos con fuerte vibración (cortadora de frente, transportadores)

• No instalar en equipos móviles (monorraíl, carros sobre riel)

Colocación de sensores láser de metano (CH₄)

Altura recomendada y base científica

Altura de instalación recomendada: ≤300 mm desde el techo (cerca del techo)
Justificación científica: La densidad del CH₄ (0,717 kg/m³) es significativamente menor que la del aire y tiende a acumularse cerca del techo en ambientes subterráneos estáticos o con microcorrientes, siendo la concentración máxima en esa zona, reflejando mejor el riesgo de acumulación de gas.

Áreas críticas y ubicación recomendada

• Frente de extracción de carbón: ≤10 m de la pared de carbón (en minas de alta concentración ≤7 m), lado de retorno preferido

• Frente de perforación: ≤5 m de la cabeza, lado de retorno preferido

• Galerías de retorno: 10–15 m tras punto de convergencia del flujo de aire

• Esquina superior: instalación independiente, lado de retorno, unión techo-pared, eje del sensor inclinado 10–15°

• Zonas abandonadas cerradas: 1–2 m fuera de paredes, en áreas de alto riesgo añadir punto de monitoreo en el punto más alto

• Conductos de extracción de gas y estaciones de bombeo: entrada y alrededores del conducto

Disposición adicional en escenarios especiales

• Zonas de alto riesgo/desprendimiento: añadir sensor en el punto más alto del hueco

• Cercanías de paredes de zonas antiguas: 1–2 m fuera, agregar dentro si necesario

• Zonas de fallas geológicas: densificar cerca de fallas y pliegues

  
  

Integración de sistemas y compatibilidad

• Interfaz de comunicación: RS-485 Modbus RTU (estándar), baud 9600/19200 opcional

• Salida analógica: 4–20 mA (2/3 hilos opcional), mapeo lineal

• Salida de alarma: relé pasivo de dos niveles

• Alimentación: 9–24 V DC, fuente segura intrínseca

• Datos: concentración en tiempo real, % rango, estado de alarma, códigos de falla, intensidad de luz, temperatura interna, parámetros de compensación

Sugerencias de integración:

• Al integrar con sistemas de monitoreo KJ, usar Modbus RTU, direcciones claras, soporta 32 sensores por bus

• Puntos críticos de corte de energía: usar canal doble 4–20 mA + Modbus

• Comunicaciones largas (>800 m): añadir repetidor o aislamiento óptico

• Mismo punto: sugerido sensor principal y de respaldo para comparación y diagnóstico de fallas

• Expansión inalámbrica: opcional LoRa o 4G/5G para galerías antiguas o sin cable

Instalación, calibración y mantenimiento

• Prueba de flujo después de la instalación (gas cero + estándar) para verificar estabilidad

• Verificación obligatoria: 1 año (institución legal)

• Calibración rutinaria: cada 3 meses, cero y rango, registrar parámetros ambientales

• Limpieza de ventana óptica: mensual con alcohol médico 75%, prohibido solventes orgánicos

• Protección: cubierta IP65+, evita polvo y humedad

• En frentes móviles, reposicionar y recalibrar cada 50 m o según producción

Casos de aplicación

Actualización de monitoreo en mina de alta concentración de gas en Jincheng: CH₄ láser (esquina superior + retorno) y CO (transporte + cámaras electromecánicas), integrado vía RS-485 al sistema KJ725. 24 meses de operación, reducción de excedencias de gas ~79%, tiempo de respuesta de alarma de CO promedio 11 s.

Protección de gas en frente de perforación de mina en Shaanbei: CH₄ colocado a 5 m de cabeza y lado de retorno, esquina superior independiente; CO cada 120 m en galerías paralelas. Soporta calibración y diagnóstico remoto, tres años sin incidentes.

Actualización de monitoreo de gases de escape diésel en mina metalífera: CO en galerías y cámaras electromecánicas a 1,6 m, integrado con ventilación para control de concentración, cumpliendo normas de seguridad.

Preguntas frecuentes (FAQ)

1. ¿Por qué CO se recomienda a 1,5–1,8 m? Densidad cercana al aire, refleja mejor exposición respiratoria.

2. ¿CH₄ debe ir cerca del techo? Sí, ≤300 mm captura riesgo de acumulación.

3. ¿Esquina superior de CH₄ se puede instalar en soporte hidráulico? No, vibraciones afectan óptica, usar soporte independiente ≥500 mm.

4. ¿CO y CH₄ pueden compartir bus? Sí, diferenciar por dirección Modbus.

5. ¿Áreas con agua severa cómo proteger? Cubierta IP65+, revisar drenaje regularmente.

6. ¿Calibración frecuente? Verificación obligatoria anual, calibración rutinaria cada 3 meses.

7. ¿Redundancia de corte de energía? Canal doble 4-20 mA + señal Modbus.

8. ¿Soporta diagnóstico remoto? Sí, mediante intensidad de luz, temperatura interna y parámetros de compensación.

Resumen

La correcta colocación de sensores láser de CO y CH₄ es fundamental para la eficacia del monitoreo subterráneo, afectando cobertura de zonas ciegas, representatividad de datos y rapidez de control de corte. La serie Nexisense combina alta selectividad, diseño a prueba de explosión y compatibilidad de interfaces, proporcionando soluciones confiables para minas de alta concentración, frentes de perforación y áreas electromecánicas.

Para actualizaciones de sistemas de seguridad, construcción de frentes inteligentes, diseño de protección de gas en perforación o mejora de ventilación, contacte al equipo técnico de Nexisense para planos de ubicación, manuales de protocolo, tablas de selección, guía de calibración y casos de proyecto, garantizando la implementación segura, eficiente y conforme del monitoreo subterráneo.