Risikomanagement: Die neuesten Technologien für Bergwerke

Die Entwicklung und Aufrechterhaltung eines funktionierenden Risikomanagementprogramms ist für jedes Bergwerk von zentraler Bedeutung. Worldsensing-Ingenieure nahmen gemeinsam mit Bergbauexperten aus Australien und Südafrika an einem Webinar über die Herausforderungen, denen sich Bergbaueigentümer und Ingenieure bei der Entwicklung einer Risikomanagementstrategie stellen müssen. Die Überwachungsexperten von Bergbautechnologieunternehmen Ramjack Technologie-Lösungen und Geomotion Australien berichteten, wie sie Bergbauunternehmen dabei helfen, die neuesten Überwachungstechnologien wie das drahtlose Worldsensing-Überwachungssystem einzusetzen, um Risiken zu mindern und den ROI zu erhöhen.

Unter der Moderation von Worldsensing's Marketing Manager, Karen Figueroa, wurde die Expertensitzung abgehalten:

  • Ben Scott: Instrumentierungsingenieur mit umfangreicher Erfahrung in geotechnischer Instrumentierung, automatischen Datenerfassungssystemen und Präsentationssoftware aus seinen Projekten in Westaustralien, Kanada, Sudan und Vietnam, Geomotion Australia, Australien.
  • Stéphane Cantin: Bergbauingenieur mit mehr als 20 Jahren Erfahrung in der Bergbautechnologie, arbeitet an Minenplanungssoftware und Echtzeittechnologien, Ramjack Technology Solutions, Südafrika.
  • Ángela Lluch: Geologin und Bauingenieurin mit mehr als zehn Jahren Erfahrung als Beraterin für geotechnische Instrumentierung und Überwachung, Worldsensing, Spanien.
  • Fernando Pérez: Bergbauingenieur, Experte für Drahtlostechnologie und Partnerverwaltung in Lateinamerika und Afrika, Worldsensing, Spanien.

Risikomanagement: die Realitäten, mit denen die Bergwerke konfrontiert sind

Für Bergwerke ist die Umsetzung von Maßnahmen zur Gewährleistung eines angemessenen Risikomanagements obligatorisch. Der Einsturz des Brumadinho-Tailingsdamms in Brasilien zeigt zwar, dass Strukturbrüche eine ernsthafte Bedrohung darstellen, doch die Bemühungen zur Verringerung und letztlich Vermeidung von Risiken werden häufig reaktiv unternommen. Um Strukturbrüche zu vermeiden und einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, sollten Bergbaubetreiber und Ingenieure einen proaktiven Präventionsplan erstellen und mit diesem arbeiten.  

Fernando Pérez, Bergbauingenieur und Überwachungsexperte beim IoT-Pionier Worldsensing, fasst die wichtigsten Branchenanforderungen und Überwachungsprobleme von Bergwerken im Zusammenhang mit einem effektiven Risikomanagement zusammen.  

Laut Pérez wirken sich die beiden folgenden Branchenfaktoren darauf aus, wie Bergwerke mit Risiken im Allgemeinen umgehen:

  1. Gefährdungen der Gesundheit und Sicherheit am Arbeitsplatz: Die Verbesserung des Lebens der Arbeitnehmer und die Gewährleistung höchster Gesundheits- und Sicherheitsstandards gehören zu den wichtigsten Herausforderungen der Branche.
  2. Einhaltung der Versicherungsvorschriften: Bergbauunternehmen müssen sicherstellen, dass sie über alle Instrumente verfügen, um nachzuweisen, dass sie alle erforderlichen Vorschriften einhalten.

Anschließend geht Peréz auf die vier Herausforderungen ein, mit denen Bergwerke konfrontiert sind, wenn sie versuchen, die Risiken durch die Überwachung von Anlagen zu mindern:

  1. Hohe Kosten für die mittel- bis langfristige Überwachung: Die Kosten für manuelle Ablesungen und die Wartung der Kabel sind hoch. Neue Überwachungstechnologien können die Kosteneffizienz des Betriebs verbessern.
  2. Die Überwachungspunkte sind über große Gebiete verteilt: Der Zugang zu Instrumenten, die in abgelegenen Bergbaugebieten eingesetzt werden, ist in der Regel schwierig und kann eine Gefahr für die Arbeiter darstellen.
  3. Arbeitsumgebungen sind ständig im Wandel: Bergbauumgebungen sind dynamisch und können sich in Sekundenschnelle erheblich verändern, so dass es schnell zu Ausfällen kommen kann, ohne dass eine Vorwarnung erkennbar ist.
  4. Kabel sind anfällig für physische Schäden: Die Wartung von Kabeln ist eine Herausforderung, da sie während des Betriebs leicht beschädigt werden können.

Ein neuer Ansatz besteht darin, vorhandene Sensoren über digitale Datenknoten zu digitalisieren, um Überwachungsdaten in Echtzeit zu erhalten. Durch den Zugang zu Echtzeitinformationen können z. B. Tagebaue Bedrohungen wie Risse in Dämmen frühzeitig erkennen. Die Ingenieure sind dann in der Lage, Risiken vorherzusagen und können nach und nach auf reaktive Maßnahmen verzichten, um die Sicherheit zu erhöhen.

Wie Bergwerke Risiken überwachen

Während die Überwachung von Risiken in Bergwerken heute zum Industriestandard gehört, basierte sie in der Vergangenheit, seit den 1930er Jahren, auf manuellen Messungen der Bergbauinfrastruktur. Mit der Zeit Im Laufe der Zeit mussten mehrere Branchen ihre Überwachungsprogramme verbessern, was sie dazu veranlasste, auf kabelgebundene Systeme umzusteigen, wobei Kabel in den 1970er Jahren weit verbreitet waren. Heutzutage ermöglicht die Internet-of-Things-Technologie (IoT) den Bergwerken die Digitalisierung vorhandener Sensoren und die Fernüberwachung von Anlagen wie Abraumhalden, Hängen und unterirdischen Stollen.

Böschungsstabilität im Tagebaubetrieb

Nach einem Blick auf die Geschichte der Risikoüberwachung im Bergbau erklärt Ángela Lluch, Ingenieurin und Expertin für drahtlose Überwachung bei Worldsensing, wie die Überwachung von Grubenwänden im Tagebau von entscheidender Bedeutung für die Vorhersage möglicher Bodenbrüche ist.

"Bergwerke müssen die Hangstabilität von Böschungen und Streben überwachen, wobei der Porenwasserdruck ein wichtiger Parameter ist, um beispielsweise die Wirksamkeit des Entwässerungssystems eines Bergwerks sicherzustellen", erklärt Ángela Lluch, Geologin und Bauingenieurin bei Worldsensing.

Mit einem Netz von Piezometern mit einzelnen Spitzen oder mehreren Punkten kann der Porenwasserdruck überwacht werden, um seitliche Instabilitäten des Hangs zu erkennen. "Während Hänge instabil werden können, wenn überlagerndes Material entfernt wird, können Bergwerke den Boden durch Ketten von Neigungsmessern an Ort und Stelle und durch die Überwachung potenzieller vertikaler Verschiebungen mit Hilfe von Dehnungsmessern oder Setzungszellen kontrollieren", betont Ángela.

In Anbetracht der durchschnittlichen Größe offener Gruben, die sich in der Regel über mehrere Kilometer erstrecken, erscheint eine kabelgebundene Lösung aufgrund des Zeitaufwands für die Planung der Konfiguration und der Kosten für die Finanzierung der benötigten Gesamtmenge an Kabeln weniger effizient.  

Das Risiko des Versagens von Absetzbecken

Ein weiteres wichtiges Element, das die Bergwerke kontrollieren müssen, sind die Abraumhalden. Die Verflüssigung von Bergbau- und Hüttenabfällen aufgrund von Erdbeben ist eine der Hauptursachen für das Versagen von Abraumhalden in der Welt. Ein hoher Sättigungsgrad der in Dämmen gelagerten Bergbau- und Hüttenabfälle begünstigt die Verflüssigung, und ein umfassendes Überwachungssystem kann den Bergleuten helfen, wichtige Parameter wie den Grundwasserspiegel jederzeit zu überwachen. Zur Überwachung des Grundwasserspiegels sollten Piezometer in den Dämmen oder ihren Fundamenten installiert werden, um Veränderungen zu überwachen, die für die Stabilität kritisch sein können.

Wie funktioniert ein drahtloses Überwachungssystem?

 

Drahtlose Systeme eignen sich für die meisten Überwachungsaufgaben im Bergbau:

  • Kritische Anlagen: Die drahtlose IoT-Technologie kann in offenen Gruben, Abraumhalden und unterirdischen Betrieben eingesetzt werden. Sie kann auch zur Überwachung wichtiger Wetterparameter wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und Wasserverdunstung verwendet werden.
  • Schwer zugängliche Gebiete: Ein einziges Gateway kann die gesamte Ausdehnung eines Bergwerks abdecken, da es Entfernungen von etwa 15 km / 9 Meilen erreichen kann.

Fallstudie: Goldmine Boddington

Nach einem Blick auf die Vorteile der drahtlosen Überwachung in Bergwerken stellt Ben Scott, Messtechniker bei Geomotion, die Fallstudie zum Bergwerk Boddington, eine von Newmont betriebene Gold- und Kupfermine, die 120 km von Perth, der Hauptstadt Westaustraliens, entfernt liegt. Dieser Betrieb verfügte bereits über ein Überwachungsprogramm mit über 130 Piezometern zur Überwachung des Wasserstands, die an 45 Stellen installiert waren. Die Messwerte wurden von den Mitarbeitern vor Ort manuell erfasst, wobei sie oft zu entlegenen Orten reisen mussten.

Um den Erfassungsprozess zu automatisieren, schlug Geomotion ein drahtloses Überwachungssystem mit Worldsensing-Vibrationsdrahtknoten mit 5 Kanälen vor, die Daten an ein zentrales Gateway senden.

Newmont verfügt nun über Daten, die direkt in seine Datenverwaltungssoftware gestreamt und dargestellt werden und automatisch in das Boddington-System zur Datenanalyse eingespeist werden.

"Der Minenbetreiber hat den Wert der drahtlosen Lösung wirklich erkannt. Jetzt haben sie ein ziemlich robustes, einfach zu installierendes Produkt mit einer vollautomatischen Datenerfassung. Die Häufigkeit der Messungen kann erhöht werden und die Daten können jederzeit abgerufen werden. Der Minenbetreiber erhält viel mehr Informationen als mit der ursprünglichen Datenerfassungsmethode", Ben Scott, technischer Leiter von Geomotion Australia.

Als Vorteile dieser Echtzeitlösung hebt Ben hervor, dass das Bergwerk die Sicherheitsrisiken minimieren und die Kosten für das Personal, das sich häufig an verschiedenen Orten aufhält, senken kann. Die LoRa-Konnektivität ermöglicht eine Kommunikation über große Entfernungen und die Batterien mit geringem Stromverbrauch minimieren den Bedarf an häufiger Wartung.

Fallstudie Remote Tailings Dam Management

Stéphane Cantin, Bergbauingenieur und Experte für Bergbautechnik bei Ramjack Technology Solutions, stellt die zweite Fallstudie vor. Stéphane Cantin hat die Erfahrung gemacht, dass Abraumhalden weltweit gemeinsame Bedrohungen und Umweltprobleme darstellen. Während einige Länder eine fortschrittlichere Gesetzgebung haben, wurden in anderen Ländern Abraumhalden schon vor langer Zeit gebaut, und es werden Normen benötigt, um voranzukommen. In allen Ländern sind Absetzteiche eine Belastung, und die Betreiber müssen sie während der gesamten Lebensdauer des Bergwerks ordnungsgemäß bewirtschaften.

"Jede Hartgesteinmine hat einen Absetzteppich, ein Problem, das viele Menschen in der Bergbauindustrie betrifft. Doch manchmal wird dem Absetzteppich wenig Aufmerksamkeit geschenkt, bis es zu Problemen kommt. Die drahtlose Technologie kann uns dabei helfen, dieses 'ausnahmsweise' durchgeführte Management zu ändern", Stéphane Cantin, VicePresident Execution Excellence bei Ramjack Technology Solutions.

Was die technischen Anforderungen anbelangt, so muss eine Überwachungslösung kosteneffizient und flächendeckend sein, eine kontinuierliche Überwachung ermöglichen und in der Lage sein, sich anbahnende Veränderungen zu erkennen, und sie muss skalierbar sein. Die derzeitigen Überwachungssysteme umfassen Piezometer zur Überwachung des Grundwasserspiegels, aber auch Tiefenmesser, um den Wassergehalt des Absetzbeckens an wichtigen Punkten zu ermitteln, sowie Neigungsmesser zur Frühwarnung bei Hanginstabilitäten.

Stéphane unterstreicht auch die Bedeutung von Batterien, da die Stromversorgung an diesen Orten sehr schwierig ist; eine mehrjährige Batterielebensdauer ist ein wesentlicher Punkt.

Erste Schritte für den Einstieg in die drahtlose Überwachung

Nach der Betrachtung der in diesen beiden Fallstudien dargestellten Vorteile, die die Bergwerke durch die Einführung einer drahtlosen Überwachungslösung erzielt haben, konzentriert sich Fernando auf die vier Elemente, die für Bergbauunternehmen, die drahtlos arbeiten möchten, erforderlich sind:            

  • Ein interner IoT-Champion,
  • Ein umfassendes IoT-System,
  • Intelligente Geräte, die in Minenumgebungen arbeiten können,
  • Eine Proof-of-Concept-Anfangsphase, um sicherzustellen, dass die gesamte Hardware und Software getestet und an die Projektbedingungen angepasst werden kann.

Wenn Sie ein drahtloses Überwachungssystem einrichten wollen, müssen Sie auf eine wichtige Sache achten: Die Arbeit mit Sensortechnologie, die sich automatisch an Änderungen im Sensornetzaufbau anpassen kann, ist ein entscheidender Faktor bei der Bewertung einer potenziellen Lösung.

"Jedes Mal, wenn ein neues Gerät in das Netz aufgenommen oder aus dem Netz entfernt wird, muss das Sensornetz in der Lage sein, sich selbst zu aktualisieren, ohne dass eine manuelle Neuprogrammierung durch einen Experten erforderlich ist", Fernando Pérez, Bergbauingenieur und Experte für drahtlose Technologie bei Worldsensing.

Fernando schließt die Webinar-Sitzung mit der Präsentation eines Kostenvergleichs für zwei südafrikanische Bergwerke, der eine Schätzung der prozentualen Einsparungen durch den Einsatz eines drahtlosen Überwachungssystems im Vergleich zu kabelgebundenen und manuellen Lösungen zeigt. Den Ergebnissen zufolge können Bergbaubetreiber durch die Einführung einer drahtlosen Überwachungslösung Einsparungen zwischen 20 % (5 Jahre) und 70 % (20 Jahre) erzielen.

Schlussfolgerung:

Die Diskussionen von Bergbauexperten aus mehreren Ländern während des Webinars haben gezeigt, dass die wichtigsten Herausforderungen für die Branche weltweit gleich sind. Die derzeitigen Überwachungsmethoden erweisen sich als unzureichend, um ein angemessenes Risikomanagement im Bergbau zu gewährleisten. Um dieses Problem zu lösen, können Bergwerke die Vorteile neuer Überwachungstechnologien nutzen: Die Einführung von IoT-basierten drahtlosen Überwachungslösungen kann die Kosten senken, die Menge und Genauigkeit der erfassten Daten erhöhen, menschliche Fehler bei den Messungen ausschließen und die Sicherheit der Arbeiter erhöhen.

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