5 Wege, wie drahtlose Überwachungssysteme die Sicherheit von Abraumhalden verbessern

Das Versagen von Abraumhalden gehört zu den gefährlichsten Prozessen, die auftreten können, und kann erhebliche Schäden für Leben, Eigentum und Gesundheit verursachen. Die Bergbauindustrie hat in der jüngeren Vergangenheit mehrere bedeutende Dammbrüche erlebt: Merriespruit 1994 (Südafrika), Omai 1994 (Guyana), Aznalcollar 1998 (Spanien), Baia Mare 2000 (Rumänien), Aitik 2000 (Schweden), Bento Rodrigues 2015 (Brasilien) und kürzlich in Mexiko (2018). Die historischen Aufzeichnungen über das Versagen von Absetzanlagen belaufen sich auf etwa 20 Ereignisse pro Jahrzehnt und zeigen eine Tendenz zur Verlagerung von Industrieländern zu Entwicklungsländern.

Jahrzehntelang wurden Absetzteiche mit manuellen Überwachungssystemen kontrolliert. In der Regel handelt es sich dabei um ausgewählte Stellen entlang des Damms, an denen Bohrlöcher gebohrt und regelmäßig besucht werden. Dabei werden manuelle Messungen mit einer Vielzahl von Instrumenten vorgenommen, die meist aus Wasserstandsmessern, Piezometern oder Neigungsmessern bestehen. Diese Art der Messung liefert jedoch keine ausreichenden Daten, um die Leistung des Dammes konsistent zu messen, wenn sporadische Messwerte manuell erfasst werden. Daher sind einige Dammbrüche sowohl auf die kombinierte Wirkung eines schnellen Deichbaus als auch auf eine mangelhafte Wartung und Überwachung zurückzuführen - in der Regel durch kabelgebundene und/oder manuelle Mittel. Im Folgenden werden einige Gründe genannt, warum ein drahtloses Überwachungssystem ein wichtiges Instrument für das Sicherheitsmanagement von Dämmen ist.

1. Verbessert die Kenntnisse über die kritischsten potenziellen Fehlermechanismen

Es ist wichtig, die Hauptursache von Mängeln zu ermitteln, um besser planen und die richtigen Maßnahmen ergreifen zu können, um sie abzustellen.

Das Versagen von Abraumhalden kann auf Überlastungen, anomales Verhalten des für den Bau der Halde verwendeten Materials (in der Regel Abraum) oder auf Probleme mit den Entwässerungsmechanismen zurückzuführen sein, die zu einem Anstieg des Porenwasserdrucks und damit zu einem Verlust der Widerstandsfähigkeit führen.

Sie können auch aus anderen Gründen entstehen, z. B. durch schlechte Überwachungssysteme. Bei manuellen oder verkabelten In-situ-Messungen verfügen die Betreiber nicht über ausreichende Datenmengen, um sich ein klareres Bild von den wichtigsten Faktoren zu machen, die bei den Versagensmechanismen eine Rolle spielen. Dadurch werden die Risiken in und um Absetzbecken massiv erhöht, da die Aufsichtsbehörden nicht in der Lage sind, vorausschauend zu handeln, um ein mögliches Versagen zu verhindern. Die Menge an Daten und die Regelmäßigkeit, mit der sie durch drahtlose Überwachungslösungen gesammelt werden, bieten eine solide Grundlage für eine korrekte Risikoanalyse und für die Erstellung von Risikopotenzialmodellen. Dies ist der Schlüssel für eine langfristige Risikoplanung und für das Verständnis kritischer Ausfallmechanismen.

2. Erkennen von Situationen, die einen Dammbruch auslösen können

Die Datenerfassung in Echtzeit bedeutet, dass die Betreiber ständig über den Zustand des Staudamms informiert sind. Das bedeutet auch, dass sie sehr schnell "normative" Modelle für das Verhalten des Staudamms erstellen können, was bedeutet, dass alle Anomalien sofort nach ihrem Auftreten angezeigt werden. Dies ermöglicht es den Betreibern, Situationen zu erkennen, die wahrscheinlich einen Dammbruch auslösen - wie das Überschreiten eines bestimmten Wasserstandes oder die Beschleunigung horizontaler Verschiebungen in der Tiefe - und präventiv auf diese Situationen zu reagieren.

Drahtlose Überwachungssysteme ermöglichen es daher, so schnell wie möglich Abhilfemaßnahmen zu ergreifen, vorzugsweise bevor es zu einem Zwischenfall kommt.

Dies ist nicht nur für die Risikominderung und die Rettung von Menschenleben von entscheidender Bedeutung, sondern auch für die Gewinnspannen eines Unternehmens. Die Kosten für Abhilfemaßnahmen nach einem Unfall und die Ausfallzeit des Staudamms sind wesentlich höher als die Kosten für eine vorausschauende Wartung.

Optionen für den Einsatz drahtloser Worldsensing-Überwachungsknoten in einem Tagebaubetrieb

3. Dient als Instrument für die Gestaltung des Wachstums des Staudamms

Die mit Hilfe von drahtlosen Überwachungsgeräten gesammelten Datensätze sind der Schlüssel für eine erfolgreiche Planung des zukünftigen Wachstums des Staudamms. Anstatt eine Wachstumsstrategie auf der Grundlage historischer Erinnerungen und früherer Maßnahmen zu entwickeln, können die Betreiber mit einer drahtlosen Überwachungslösung solide Daten nutzen, um Modelle zu implementieren, die den zukünftigen wahrscheinlichen Status des Staudamms und seiner Umgebung zeigen und ihnen eine genauere Planung für mögliche zukünftige Veränderungen und Vorfälle im Zusammenhang mit dem Wachstum ermöglichen.

Als Teil einer Operational-Intelligence-Lösung können drahtlose Überwachungsdaten auch dazu verwendet werden, "digitale Zwillinge" oder Teile des Staudamms oder des gesamten Geländes zu erstellen, um zukünftige Aktionen in einer "Videospiel"-Version der Umgebung virtuell zu modellieren.

In jedem Fall bedeutet die drahtlose Überwachung, dass das Risiko künftiger Ausfälle und Zwischenfälle durch die Anwendung wissenschaftlich fundierter Methoden zur Berechnung des künftigen Risikopotenzials erheblich verringert wird.

4. Bietet eine solide Grundlage für die Festlegung und Durchführung angemessener Maßnahmen im Falle eines Versagens, bei dem Menschen gefährdet sind

Ausgestattet mit der Fähigkeit, künftige Vorfälle zu modellieren und vorausschauend zu reagieren, können die Betreiber feste Reaktionen auf bestimmte, regelmäßig auftretende Vorfälle festlegen und Notfallpläne für den Ernstfall aufstellen.

Dies alles wird durch die ständige Übermittlung präziser Daten über den Zustand der verschiedenen Teile des Absetzbeckens ermöglicht.

So ermöglichen beispielsweise drahtlose Knotenpunkte, die Daten von Wasserstandsmessern und Neigungsmessern, die in Bohrlöchern installiert sind, übertragen, regelmäßige Kontrollen. Piezometrische Sensoren liefern Informationen über den Porenwasserdruck, und die Messung der Bodenverschiebung in der Tiefe wird durch ein Neigungsmessgerät an Ort und Stelle automatisiert, mit dem die Betreiber die horizontale Verschiebung in der Tiefe messen können. Von entscheidender Bedeutung sind hier auch Pegel, die den Wasserstand im Damm oder in den Setzungszellen messen, um die Setzungsvorgänge der Wände und der Umgebung zu überwachen. Darüber hinaus messen meteorologische Stationen Variablen wie Niederschlag und Windgeschwindigkeit und sind von entscheidender Bedeutung, wenn es darum geht, den Betreibern die Möglichkeit zu geben, neue Klimaszenarien in Betracht zu ziehen und zu planen - insbesondere im Zusammenhang mit dem Klimawandel und zunehmend unbeständigeren Wettermustern. Auch dies ermöglicht eine vorausschauende und frühzeitige Reaktion auf potenzielle Anomalien, wodurch das Risiko von Zwischenfällen erheblich verringert wird.

5. Bietet eine langfristige Überwachung mit sehr geringem Wartungsaufwand

Ein Überwachungssystem, das sowohl langfristig als auch wartungsarm ist, ist für die Umgebung von Abraumhalden absolut entscheidend.

Die manuelle Wartung von Sensoren und Datenloggern - und mehr - ist an sich schon unglaublich riskant, so dass die Wartung einer Überwachungslösung minimal sein muss.

Dies erfordert eine lange Lebensdauer der Geräte, so dass sie auch unter sehr rauen Bedingungen eingesetzt werden können, eine lange Batterielebensdauer, so dass die Geräte nicht häufig ausgetauscht werden müssen, und eine hohe Übertragungsreichweite, so dass Daten aus schwierigen, schwer zugänglichen Umgebungen über lange Zeiträume hinweg kontinuierlich übertragen werden können. Je nach verwendetem System ermöglicht die Langstreckenkommunikation zwischen dem Gateway und den Datenloggern in den meisten drahtlosen Überwachungssystemen eine Entfernung von bis zu 9 Meilen oder 15 km zwischen dem Gateway und den Datenloggern in einer optimalen Situation. Im Zusammenhang mit einem Bergwerk bedeutet dies, dass durch die Platzierung des Gateways in der Zentrale des Bergwerks fast jeder Punkt des Bergwerks, an dem ein Sensor angebracht ist, erreicht werden kann, was bedeutet, dass keine manuellen Ablesungen mehr vorgenommen werden müssen. Eingebaute, langlebige Batterien sorgen dafür, dass die Ferndatenerfassungssysteme bis zu 10 Jahre lang autonom arbeiten können, was die Wartungszyklen des Überwachungssystems verlängert. Dies verringert die Risiken erheblich, da die Geräte nur selten ausfallen, was kontinuierliche, genaue Messwerte über Jahre hinweg bedeutet. Dies wiederum verringert mögliche Ausfallzeiten und bedeutet, dass das Überwachungssystem nicht mehr manuell gewartet werden muss.