Die neuesten Technologien für die Risikovermeidung im Bergbau

Dieser Artikel wurde ursprünglich auf mining.com veröffentlicht: Die neuesten Technologien für das Risikomanagement im Bergbau

Wie die Überwachung von IoT aus der Ferne und in Echtzeit in Bergwerken und unterirdischen Anlagen eingesetzt werden kann

Jüngste Katastrophen wie die des Bergwerkskomplexes in Córrego do Feijão in Brasilien machen deutlich, dass nachhaltige Programme zur Überwachung und Bewältigung von Risiken für die Bergbauindustrie erforderlich sind. De acordo com o relatório Índice de Mineração Responsável de 2018 da Fundação de Mineração Responsável com base em Amsterdã, muitas empresas de mineração líderes lutam para provar que estão tratando os riscos com eficiência para evitar a falhas nas barragens de rejeitos. Nach der Einführung einer Überwachungslösung ist die Mehrzahl der Betreiber bei der Überprüfung der Effizienz ihrer angewandten Methode im Rückstand. Das Problem, die Umwelt- und Gesetzesanforderungen zu erfüllen und die Produktionsleistung in einem schwierigen, sich ständig verändernden Umfeld ständig zu steigern, macht es schwierig, die Minen zu kontrollieren.

Abordagens de gerenciamento de riscos comuns: leituras manuais e cabos

Zur Gewährleistung der Sicherheit in Arbeitsbühnen wurden lange Zeit Indikatoren für das Überwachungsrisiko eingesetzt, wie z. B. der Poropressionsdruck mit Hilfe von Leitern und die Erfassung von Daten von Schwingungssensoren, wie z. B. Piezometern. Diese traditionelle Methode erfordert den Einsatz von Arbeitern, was nicht nur Risiken für die Sicherheit birgt, sondern auch wichtige logistische Aufgaben mit sich bringt, da einige Bergwerke häufig in schwer zugänglichen Umgebungen angesiedelt sind und daher für die Datenerfassung in großen Bereichen einen Hubschrauber und Satellitentechnologie benötigen. Angesichts von Unfällen und Risiken wird die Datenerfassung nur selten durchgeführt, und die erfassten Informationen können irrelevant sein oder sich schnell ändern. Aus diesem Grund verwendet ein Großteil der Bergwerke derzeit Lösungen, um die Erfassung von Daten mehrerer Sensoren in einem Archiv oder am Ende des Tals zu automatisieren.

Neben den Reibungspunkten ist die Stabilität des Tunnels ein weiteres großes Risiko, das von den Bergwerken abgewendet werden muss. Die Kabinen im Tal ermöglichen die Sammlung von Informationen von mehreren Sensoren in der gleichen Zeit und die Speicherung von Informationen in einer Leitstelle, was den Überwachungsprozess effizienter macht. Nachteilig ist, dass die Kabinen statisch sind und sich nur schwer an die Umgebung einer Mine anpassen lassen, die wie ein halbfertiges Bauprojekt aussieht. Wenn es in einer Mine eingeschlossene Anlagen gibt, müssen die Kabinen unterirdisch angelegt werden, um den Mobilitätsbedarf der Arbeiter zu decken, was erhebliche Auswirkungen auf Betrieb, Sicherheit und Umwelt haben kann. Das Kabinenmonitoring befasst sich mit der Frage der Sicherheit der Arbeitsbühne sowohl in den Arbeitsbühnen als auch in den Talaren, ist aber sowohl bei der Installation als auch bei der Wartung sehr aufwendig. Die Installation von Kabeln in einer Reiseroute, in einem Tal und in allen Arbeitsbereichen, in denen die Ausrüstung in allen Teilen verstreut ist, kann die Kabinen sehr anfällig für schwer zu entdeckende Fehler machen, was zu einer Gefährdung der Daten führen kann. 

Monitoramento sem fio: o equívoco atual

In den letzten Jahren haben die Bergbauunternehmen den technischen Fortschritt genutzt, um ihre Programme zur Risikovermeidung zu aktualisieren. In Übereinstimmung mit einem Bericht von Accenture über digitale Bergbauindustrie stuften mehr als 200 Entscheidungsträger der Stufe C in der Metall- und Bergbauindustrie in einer Umfrage die Visualisierung von Daten in Echtzeit als die zweitwichtigste digitale Investition ein, etwas höher als Cybersecurity und gefolgt von Echtzeit-Analysen. Em 2017, 31% afirmou que a visualização de dados em tempo real já foi amplamente adotada em sua organização. 

Um die Daten einer Mine in Echtzeit zu erfassen, werden die vorhandenen Geosensoren mit den Datenregistrierern verbunden, die bei Bedarf Informationen aus der Ferne und in zeitnahen Zeitabständen übertragen. Ein Großteil der Unternehmen möchte diese neue Vorgehensweise ausprobieren und seine Programme mit Erfolg aktualisieren, wie die Berichte von Accenture bestätigen, während andere Unternehmen die Methoden ohne Funk testen und sich dabei überraschen lassen. Wie bei den meisten Neuerungen sind es auch hier die Details, die den Ausschlag geben: Die einfache Überwachung macht die Anwender weniger abhängig von Leitfäden oder Installationen, da nicht alle verfügbaren Technologien die richtigen sind, insbesondere wenn es um Konnektivität und Anpassungsfähigkeit geht.

Diabo nos detalhes: curto versus longo alcance

O que torna o monitoringamento sem fio atraente para os operadores é que a enorme área de minas geralmente se prolonga. Ein gutes Beispiel dafür ist die Mine Bingham Canyon des Unternehmens Rio Tinto. Uma das maiores minas a céu aberto do mundo, cobre uma área total de mais de 900 hectares, tem 1,2 km de profundidade e mais de 4 km de largura. Um die Daten in Echtzeit verfügbar zu machen, müssen die Informationen aus der Ferne erfasst und über weite Entfernungen an ein entferntes Betriebszentrum übertragen werden. Die Aufgabe besteht darin, ein Überwachungssystem zu entwickeln, das den Anforderungen eines Bergwerksbetriebs gerecht werden kann. Ein Großteil der funkbasierten Technologien basiert auf lokalen Netzwerken (LAN) wie Zigbee, Bluetooth oder WiFi, die für kurze Entfernungen zwischen 50 und 100 Metern verwendet werden und für Bergwerke nicht ausreichen. Mobilfunktechnologien wie 3G und 4G können größere Entfernungen überwinden und ermöglichen eine häufige Datenübertragung, aber die mobilen Geräte haben eine hohe Stromverbrauchsrate. Die LAN- und Mobilfunktechnologien sind abhängig von der Leitungslänge und der Sichtverbindung (LOS), die in den Minen schwer zu erreichen sein kann. Für Bergwerke ist der Schlüssel für eine erfolgreiche Überwachung ohne Kabel der Einsatz von IoT-Verbindungsgeräten wie LoRa. Mit dieser großflächigen und leistungsschwachen Technologie (LPWAN) können Daten über Entfernungen von bis zu 15 Kilometern / 9 Millionen Kilometern übertragen werden, wobei teilweise nur eine geringe Leistung erforderlich ist. Die Lebensdauer der Batterien kann bis zu 10 Jahre betragen, wenn sich die Geräte manchmal "vertragen", wenn sie nachträglich Daten in einem bestimmten Modus lesen und übertragen müssen.

Die Anpassungsfähigkeit von Geschäften: Ästhetik und Dynamik

Bergbauingenieure müssen sich nicht nur auf den Stromverbrauch konzentrieren, wenn sie mögliche Überwachungslösungen ausprobieren, sondern sie müssen auch sicherstellen, dass die installierte Lösung in der Lage ist, sich automatisch an Veränderungen in der Konfiguration der Sensoren anzupassen. Wir stellen uns ein Regal vor, in dem die Daten zur Überwachung von mehr als 90 Messwerten verwendet werden. Jedes Messgerät ist mit einem Datenregistrator verbunden, der es ermöglicht, Informationen über den Zustand des Messgeräts und den Druck im Reklamationsregister in Echtzeit zu sammeln. Sobald ein neues Gerät in das System aufgenommen oder aus dem System entfernt wird, muss das Sensorensystem in der Lage sein, sich zu aktualisieren und darf keine manuelle Neuprogrammierung durch einen Fachmann erfordern, um Fehlbedienungen und mögliche Schäden durch menschliche Fehler zu vermeiden. Wenn neun Sensoren aus dem Gerät entfernt werden, ohne dass eine Neukonfiguration durchgeführt wird, registrieren die Datenerfassungsgeräte die Daten weiterhin auf der Grundlage der Konfiguration des vorherigen Geräts, so dass z. B. die Daten des Sensors 20 genauso registriert werden wie die des Sensors 15. Dies führt nicht nur zu einigen Problemen bei der Verarbeitung der Daten, sondern auch zu Verwirrung bei der Interpretation der Informationen, was eine große Erleichterung für jede Initiative zur Risikovermeidung darstellt.

Aprofundamento: Monitoramento sem fio para ambientes subterrâneos

Die Erfassung von Daten in Echtzeit ist sowohl in unmittelbarer Nähe als auch in unterirdischen Überwachungsanlagen anwendbar. So verwendet Boliden zum Beispiel eine Technologie zur Kontrolle der Poropressão mit Hilfe von 120 Piezometern, die auf 40 Feldern in seinem Bergwerk Aitik vor der Stadt Gällivare im Norden Suécias installiert sind, und nutzt auch Sensoren, die mit Robotern in seinem Bergwerk Garpenberg unter Tage verbunden sind; os sensores alimentam dados em uma sala de controle central, acima do solo.

Os eixos são perfurados em minas subterrâneas para oferecer acesso para veículos e trabalhadores ao minério. Im Untergeschoss ist kein Netz vorhanden, daher werden die Gänge für die Installation von Glasfaserkabeln, Stromversorgungen und WiFi-Anschlüssen genutzt. Während WiFi einen hohen Stromverbrauch und eine begrenzte Reichweite aufweist, bieten Technologien wie LoRa, die nicht auf Funk basieren, eine Alternative zum Gateway und zu herkömmlichen Sensoren, die in Galerien von 100 bis 2 Kilometern installiert werden können. Sobald die Galerien eine Höhe von 2,5 bis 6 Metern erreicht haben, was ausreicht, um die Durchfahrt von Durchleuchtungsgeräten und Straßen zu verhindern, steht ein Mindestabstand für die Verkabelung zur Verfügung, was die Installation und Anpassung alternativer Lösungen für die Überwachung vereinfacht. 

Geschätzter Verbrauch aufgrund von Überwachung ohne IoT

Der Einsatz digitaler Technologien, wie z. B. die Überwachung mit IoT zur Erhöhung der Sicherheit und der Produktivität, ist umso sinnvoller, wenn die Betreiber von Bergwerken den erwarteten ROI für die Nutzung einer neuen Technologie im Vorfeld berechnen können. Auf der Grundlage einer Vergleichsstudie, die von einem IoT-Worldsensing-Unternehmen für 2 Bergwerke in der südafrikanischen Region durchgeführt wurde, zeigen die Ergebnisse, dass für langfristige Projekte, wie z. B. für den Betrieb von Bergwerken, eine höhere Rentabilität erforderlich ist, wie z.B. Bergbauarbeiten, die bis zu 15 Jahre dauern können, die Überwachung ohne Funk einen Gewinn von 20 % (5 Jahre) bis 70 % (20 Jahre) bringen kann, wenn man die folgenden Faktoren berücksichtigt:

• Duração do projeto: de 3 a 20 anos;
• Mão-de-obra: Anzahl der eingesetzten Arbeitskräfte, geschätzte Tageszahlen der geotécnicos de campo incluindo seguro;
• Nutzung von Geräten: einschließlich täglicher Verbrennung und Wartung;
• Número de sensores de mineração usados;
• Cabo: Verbrauchsberechnung über Sensor und Kunde über Metro; 
• Número e custo do equipamento de monitoramento sem fio usado: Worldsensing, sistema de monitoramento sem fio;
• Número de dias atribuídos para o monitoramento e manutenção por mês ou ano. 

Fachkollegen aus dem Bergbau von Geomotion und RamJack teilen ihre Ideen

Worldsensing bietet ein außergewöhnliches Webinar über die Risikovermeidung durch Funküberwachung im Internet für Bergwerke auf dem Festland sowie für unterirdische Bergwerke in Zusammenarbeit mit Bergbauspezialisten von Geomotion und RamJack an, die relevante Anwendungsfälle vorstellen. Das von Bergbau- und Überwachungsspezialisten aus Spanien, Kanada, Afrika und Australien zusammengestellte Team beantwortet auch Fragen von Bergbau-Fachleuten im Rahmen einer speziellen QS-Sitzung.