Por: Víctor Tenorio, PhD., Grupo de Inteligencia Minera, Departamento de Minas e Ingeniería Geológica, Universidad de Arizona.

“Las tareas de explotación y procesamiento de minerales pueden unificarse para maximizar eficiencia y fluidez de los objetivos de producción”.

Resumen

Nuevas exigencias y retos se presentan en la minería actual. Dentro del año en el que hemos enfrentado la pandemia del Covid-19, las operaciones mineras han puesto sus mejores esfuerzos para continuar la producción y cumplir con las entregas planeadas de mineral. 

Esto sin embargo ha sucedido de manera limitada dados los rigores que significa el distanciamiento social y los protocolos de salud exigidos para trabajar, lo que en buena práctica significa contar con menos personal. 

Ante estas circunstancias se hace necesario replantear la modalidad de trabajo en la cual se pueda continuar cumpliendo con las cuotas de producción, haciendo uso de las tecnologías actualmente existentes para aplicar la tele-operación y transformar gradualmente las funciones de supervisión a distancia. 

La centralización de las actividades de monitoreo visual y sensorial, la recolección de datos y la inclusión de aplicaciones para análisis al final de la guardia o en tiempo real, requieren de una evolución de la forma de trabajo en la producción minera. Incorporar salas de control y los dispositivos computarizados que se necesitan para su implementación, puede significar una inversión en tecnologías que requieren una familiarización o entrenamiento por parte de los operadores y supervisores designados. 

Por otro lado, deberá considerarse una configuración por etapas de dichas tecnologías, y medir su nivel de aceptación y los beneficios obtenidos. El efecto que no esperábamos se puede dar de manera inmediata: la tecnología de sistemas de supervisión centralizada ha llegado a la minería para establecerse y afianzarse en forma beneficiosa. Será responsabilidad de la dirección de la empresa promover y apoyar esta iniciativa y favorecer su implementación de manera gradual y estratégica para continuar operaciones exitosamente.

Minería digital: el inicio del camino

El estándar de comunicaciones LTE (Long Term Evolution, Evolución a Largo Plazo) o 4G, garantiza la transmisión inalámbrica para dispositivos móviles y terminales de datos. Es la plataforma básica para iniciar una sólida y robusta infraestructura de utilización de tecnologías avanzadas de teleoperación, sistemas autónomos y supervisión centralizada. 

El personal encargado de cumplir con los objetivos de producción podrá contar con tabletas especializadas o teléfonos trasmisores de voz, datos e imágenes, aprovechando la banda ancha que la tecnología ofrece. 5G, la siguiente escala de crecimiento en las comunicaciones, es también una opción viable para una solución integral como la arriba descrita. 

Para la minería subterránea, que puede tener mayores retos de conectividad que las minas superficiales, un LTE privado ofrece movilidad bajo tierra completa para: voz, datos, vídeo, sistemas de despacho, sistemas de salud, seguridad y medio ambiente (HSE), drones y cualquier otro sistema o aplicación que la nueva mina digital requiera.

La humanidad ha estado dedicada a la actividad minera durante decenas de miles de años. De hecho, los registros arqueológicos y la datación por carbono muestran que la mina Ngwenya, en Swazilandia, tiene 43,000 años de antigüedad. La minería subterránea, debido a su complejidad, dificultad y riesgos, no tiene una larga historia, pero ha existido durante muchas generaciones.

Es fascinante como damos por sentado muchas cosas cuando pensamos en vivir, respirar y comunicarnos en casa, en el trabajo o casi en cualquier lugar sobre el suelo. La labor subterránea es muy diferente, ya que es un mundo privado de luz solar, aire fresco y sin ayuda del exterior, donde se necesita sofisticados sistemas de comunicaciones y señal satelital para geoposicionamiento (GPS). Por ejemplo, las soluciones subterráneas para sistemas de luz y ventilación existen desde hace décadas.

Hasta ahora, los sistemas de comunicación en minas subterráneas han tenido una evolución lenta. De hecho, las necesidades de comunicación superficial y los usuarios son los mercados impulsores de los fabricantes de equipos de este tipo, los que luego han sido adaptados para el entorno subterráneo y para casos específicos de acuerdo a cada mina. En consecuencia, la mayoría de las soluciones de comunicaciones bajo tierra instaladas se basan en sistemas Land Mobile Radio & Digital Mobile Radios (LMR/DMR) de más de dos décadas de antigüedad, que dependen de Leaky Feeders para ofrecer comunicaciones inalámbricas móviles bidireccionales para las personas. 

Cuando estas soluciones se adaptaron por primera vez para las operaciones mineras, fueron un cambio de juego para la seguridad, las comunicaciones y la eficiencia de los trabajadores. Aunque al principio solamente ofrecían soluciones para voz, se necesitaba una alternativa para los datos inalámbricos de banda ancha, para las personas y las máquinas, por lo que durante la última década, muchas compañías mineras implementaron Wi-Fi en sus labores subterráneas.

Cuando el Wi-Fi se adaptó por primera vez para la minería subterránea, era una forma emocionante de ofrecer datos inalámbricos de banda ancha para personas y equipos. Wi-Fi todavía se utiliza comúnmente y se usará durante muchos años más; al igual que lo será en nuestras casas, centros de trabajo, lugares públicos, espacios para eventos y cualquier espacio donde la gente o las máquinas se reúnan. Aunque el Wi-Fi ha evolucionado significativamente, y la densidad del usuario y el flujo de datos (capacidad) han aumentado significativamente, sigue siendo una tecnología fija, y no ofrece movilidad como los antiguos sistemas LMR/DMR.

Al igual que muchos mercados industriales, la minería subterránea está pasando por una transformación digital masiva. Esto asegura formas significativamente mejores de garantizar la seguridad, eficiencia, productividad y conectividad de los trabajadores. Se introducirán e instalarán nuevos sistemas de despacho, nuevos sistemas de salud, seguridad y medio ambiente (HSE), el uso de drones y otras innovadoras tecnologías que dependen de comunicaciones móviles siempre en todo el mundo. Teniendo en cuenta que los sistemas LMR/DMR no ofrecen banda ancha y que los sistemas Wi-Fi no brindan movilidad, era una eventualidad que LTE llegara de la superficie al subsuelo.

Los operadores de sistemas móviles nunca han considerado una solución de 2G, 3G o 4G para redes subterráneas privadas, como la que necesitan las empresas mineras. La mina de socavón no es un lugar práctico para los operadores de telefonía móvil, y la tecnología utilizada por estos ha sido diseñada para una gran densidad de usuarios y requiere una fiabilidad decente, lo que es lo contrario de lo que requieren las compañías mineras. 

Las necesidades de la red de movilidad industrial para la minería subterránea son de pequeña densidad de usuarios y conectividad garantizada, ya que la vida y los vehículos autónomos dependerán de ella. Debido a esto, los nuevos fabricantes de LTE están haciendo una fuerte entrada en las minas de socavón, con soluciones LTE industriales privadas totalmente llave en mano, diseñadas para las limitaciones y desafíos del entorno subterráneo. Desde el punto de vista operativo, el LTE industrial privado también debe diseñarse para ser mucho más sencillo de gestionar y operar, por lo que las empresas mineras no necesitan contratar especialistas en operadores de movilidad y pueden aprovechar y confiar en el talento de su grupo de Tecnología de Información para gestionar las redes LTE industriales privadas simplificadas, los dispositivos de usuario asociados y las tarjetas SIM requeridas. (Redline Communications, 2021). 

El LTE subterráneo privado ofrece movilidad completa bajo tierra para: voz, datos, vídeo, sistemas de despacho, sistemas HSE, drones y cualquier otro mecanismo o aplicación que la nueva mina digital requiera. La transición a una red LTE industrial privada al subsuelo brinda un conjunto completo de nuevas aplicaciones de seguridad y transformación digital para los supervisores y trabajadores mineros. De hecho, su infraestructura puede salvar vidas, y se paga por sí misma en el primer año, si se tiene en cuenta el ahorro significativo que genera. 

Algunas de las nuevas aplicaciones de transformación digital habilitadas por el LTE industrial privado son:

♣ Nuevos sistemas de gestión de despachos.

♣ Vehículos autónomos y maquinaria.

♣ Seguimiento de personas, máquinas y activos.

♣ Transición de LMR/DMR a LTE Push-to-talk (PTT, llamada con un solo botón).

♣ Aplicaciones de voz, datos y vídeo.

♣ Comunicaciones con drones.

♣ Monitoreo de la salud de los equipos.

♣ Recopilación automatizada de gradientes de vías en interior mina.

♣ Sistema de notificación de emergencias.

♣ Sistemas para evitar colisiones.

♣ Monitorización de la ventilación.

♣ Detección de fatiga en operadores de equipos.

♣ Cámaras de vigilancia de seguridad.

♣ Sistemas de control de acceso.

♣ Control de planta concentradora.

♣ Supervisión de la red eléctrica.

♣ Monitorización de alarmas de maquinaria portátil.

♣ Sistemas de detección de gas.

♣ Suministro y nivel de agua.

♣ Control remoto y alarma para generadores de emergencia.

♣ Operación de control remoto de maquinaria minera fija y móvil.

Drones: nuevos compañeros de trabajo

La aparición de los equipos voladores a control remoto ha causado una sensación en la actividad minera. En las minas a cielo abierto, su utilización para el control de avances topográficos fue de aceptación inmediata. Al principio fue con cámaras digitales para visualizaciones convencionales de sobrevuelo. Posteriormente se incorporaron detectores de diferentes espectros para análisis de minerales, detección de fallas e identificación de alteraciones geoquímicas, entre otros. Se ha abierto una nueva dimensión en su utilización. 

Los nuevos drones están yendo audazmente a donde ningún otro ha ido antes: interior mina. Más empresas están buscando maneras de usar drones en minas subterráneas o dentro de infraestructuras antes inaccesibles para ayudar con el mapeo, topografía y búsqueda y rescate.

Los drones industriales para minas subterráneas (Figura 1) operan como mapeadores LiDAR 3D con capacidad de carga útil y autonomía. Proporciona mapeo LiDAR basado en SLAM, sistema omnidireccional para evitar colisiones, vuelo sin GPS y funciones avanzadas sin recarga de baterías.

Esta tecnología automatiza la recopilación de datos valiosos en áreas subterráneas demasiado peligrosas o difíciles de examinar o navegar, como tajeos o chimeneas/ore passes en minas. Los drones se pueden implementar en entornos privados de GPS y sin un controlador humano para crear mapas 3D y registrar lecturas de gas, vídeos e imágenes.

La carga útil es una unidad independiente que se puede montar en drones adecuados para proporcionar capacidades avanzadas. A medida que el LiDAR gira produce un campo de visión esférico completo alrededor del dron para mapear y evitar colisiones. Esto permite mapear por encima, por debajo y por todas partes simultáneamente, por lo que es adecuado para interiores, estructuras subterráneas y debajo de estructuras salientes como puentes.

La supervisión de estos equipos se puede hacer desde una sala de control o fuera de la mina. El trabajo de gabinete puede hacerse de manera inmediata, o luego de completar los recorridos durante la guardia.

Características de los drones para minería subterránea:

♣ Gama LiDAR: 100 m.

♣ Campo angular de visión: 360 x 360 grados.

♣ Tamaño máximo del mapa: ilimitado.

♣ Velocidad de adquisición de datos: Hasta 300.000 puntos/seg.

♣ Velocidad de vuelo recomendada de hasta 5 m/s (dependiente de la escena).

♣ Tiempo de procesamiento del mapa: aprox. 2 x el tiempo de vuelo.

♣ Potencia máxima: 90W.

♣ Peso: 2.25 kg.

♣ Formato de nube de puntos: .laz, ply.

Supervisión de la voladura automatizada

La perforación y la voladura se van transformando para liberar el valor del mineral, utilizando tecnologías digitales y automatizadas para obtener resultados más seguros y productivos. En las operaciones subterráneas, la automatización se hace más evidente a medida que las labores avanzan hacia lugares más remotos, dado que los cuerpos mineralizados se encuentran cada vez a mayor profundidad. De esta manera, podemos ampliar nuestra visión sobre cómo la automatización puede cambiar nuestro enfoque para perforar y explotar en terreno subterráneo en el futuro.

En la Figura 2, podemos ver cómo el Scooptram tiene un sensor especial que barre el mineral recién volado. Tiene la capacidad de detectar el volumen (basado en la distancia respecto al piso) y posibilita además subdividir el área horizontal en “parcelas” o elementos discretos para medir con mayor precisión el volumen y el tonelaje obtenidos luego de recoger todo el mineral. Esta información puede luego visualizarse en una Sala de Control Integral (Figura 3), o alimentarse a la base de datos y juego de decisiones del Scooptram, operando en modo autónomo. De no requerir instrucciones adicionales, el equipo recogerá el material y lo depositará en su destino (camión de bajo perfil o un echadero) y continuará con su rutina.

La supervisión remota de carguío (Figura 4) es otra capacidad adicional de la sala de control, donde puede visualizarse en tiempo real el estado de operación de varios equipos en forma simultánea, llevar el estado de producción y hacer seguimiento de cada equipo y sus condiciones de operación. 

El fin del ciclo de operación del Scooptram no termina allí. Puede regresar a un nuevo frente de trabajo, y efectuar un barrido adicional para discretizar el nuevo lugar de trabajo (Figura 5). De esta manera, la información sobre el estado de la nueva sección de la labor puede ser transmitida directamente al equipo que efectuará el nuevo ciclo de perforación, o podrá ser enviado a la sala de control para una nueva programación de trabajo.

El futuro de la voladura permite visualizar además otros componentes que se integran a la operación minera. El taller de maestranza (Figura 6) está diseñado para que los equipos entren a puestos de limpieza y mantenimiento atendidos por robots industriales que acceden directamente a los puntos de servicio, sin necesidad de depender de personal humano, enviando luego el estado y datos de salud del equipo a la sala de control. Tanto los operadores de otras máquinas como los supervisores de producción estarán al tanto de la verdadera disponibilidad de los todos equipos críticos para cumplir con las cuotas de producción.

La integración de funciones en la sala de control facilita la supervisión holística de las operaciones, lo que da al supervisor la capacidad de monitorear el estado de las operaciones en varios niveles y tajeos en operación (Figura 7). Las comunicaciones avanzadas incorporadas al sistema permiten enviar el mensaje oportuno al supervisor de turno para atender problemas de manera inmediata y así reducir la variabilidad de la producción.

Conclusiones

1. La supervisión centralizada permite a los responsable de la producción mantener la continuidad de las operaciones y reducir los tiempos muertos por fallas mecánicas o ineficiencias en la configuración de equipos para un objetivo de producción. De manera adicional, incorporan niveles de seguridad muy elevados, al limitar la exposición de personal a lugares de trabajo con riesgos potenciales de seguridad. 

2. A medida que las labores vayan profundizándose o extendiéndose a lugares cada vez más distantes o difíciles de acceder para los seres humanos, se logra a cambio alcanzar el cumplimiento de cuotas de producción de acuerdo a los requerimientos de la planta concentradora, el pad de lixiviación o cualquier otro método de procesamiento de minerales. 

3. El desarrollo de las plataformas de comunicaciones para uso industrial en lugares de difícil acceso, tales como minas remotas con topografía muy irregular o unidades subterráneas con labores profundas o excavaciones sinuosas, permitirá contar con sistemas más confiables y que faciliten la incorporación de tecnologías de geoposicionamiento, visualización, teleoperación y telecomando para funciones autónomas. Será cuestión de tiempo ver estos desarrollos como elementos estándar en las nuevas configuraciones de las minas futuras. 

Bibliografía

Hovermap. https://research.csiro.au/robotics/hovermap/

Redline Communications. https://rdlcom.com/news/digital-underground-mine-2-0-the-digital-transformation-enabled-with-a-private-industrial-lte-foundation/