Das Versagen von Abraumhalden ist einer der gefährlichsten Prozesse, die auftreten können, und kann umfangreiche Schäden an Leben, Eigentum und Gesundheit verursachen. Die Bergbauindustrie hat in der jüngeren Geschichte mehrere bedeutende Dammbrüche erlebt: Merriespruit 1994 (Südafrika), Omai 1994 (Guyana), Aznalcollar 1998 (Spanien), Baia Mare 2000 (Rumänien), Aitik 2000 (Schweden), Bento Rodrigues 2015 (Brasilien). Historische Aufzeichnungen über das Versagen von Staudämmen liegen bei etwa 20 Ereignissen pro Jahrzehnt und zeigen eine Tendenz zur Verlagerung von entwickelten Ländern zu Entwicklungsländern.
Die Aufstauungen aufrecht zu erhalten, ist eine der anspruchsvollsten Aufgaben im Abfallmanagement von Bergwerken. Versagen kann von Überlastungen, anomalem Verhalten des zum Bau des Dammes verwendeten Materials (in der Regel Tailings) oder von Problemen mit den Entwässerungsmechanismen herrühren, die zu einem Anstieg des Porenwasserdrucks und damit zu einem Verlust der Standfestigkeit führen. Ursachen für ein Versagen können auf ein schlechtes Dammmanagement zurückzuführen sein, das unsachgemäße Verfahren beim Dammbau, unsachgemäße Wartung der Entwässerungsstrukturen und unzureichende Langzeitüberwachung umfasst. Offensichtlich können Perioden mit ungewöhnlichen Regenfällen die Anzahl und Schwere der Ereignisse erhöhen. Vorbeugung und Schutz sind daher von entscheidender Bedeutung, und daher sind die Echtzeitüberwachung und die Verbesserung des Dammbaus wichtige Werkzeuge für das Sicherheitsmanagement der Dämme.
Jahrzehntelang bestand die Überwachung von Staudämmen darin, in regelmäßigen Abständen ausgewählte Stellen entlang des Dammes aufzusuchen, an denen Bohrungen vorgenommen wurden, und manuelle Messungen mit einer Vielzahl von Instrumenten durchzuführen, die meist aus Wasserstandsmessern, Piezometern in offenen Brunnen oder Neigungsmessern bestanden. Das in letzter Zeit vermehrte Versagen von Dämmen kann auf den kombinierten Effekt von schnellem Deichbau zusammen mit schlechter Wartung und Überwachung zurückgeführt werden.
Die Stabilität eines Absetzbeckendamms kann durch die Messung von Schlüsselparametern des für den Bau verwendeten Materials und der Umgebung kontrolliert werden. Der Porenwasserdruck und die Deformierung des Dammes in Abraumhalden sind die wichtigsten physikalischen Kenngrößen, die überwacht werden müssen. Manuelle Systeme zur Datenerfassung liefern im Laufe der Zeit nur wenige Daten, was ein Nachteil ist, denn wenn der Damm schnell an Widerstand verliert, können sie eine Krise nicht abwenden. Ein automatisches Sensornetzwerk macht es möglich, Daten in wenigen Minuten zu erhalten. Die gemessenen Parameter stehen in direktem Zusammenhang mit dem Bodenwiderstand, und durch die automatische und kontinuierliche Messung stehen Informationen über den Sicherheitsfaktor des Dammes sowie die zu erwartenden Verformungen in Echtzeit zur Verfügung.
Die meisten Absetzbecken verfügen über Wasserstandsmesser und Neigungsmesser, die an Bohrlöchern installiert sind, um periodische Kontrollen zu ermöglichen. Piezometrische Sensoren liefern Informationen über den Porenwasserdruck, während die Messung der Bodenverschiebung in der Tiefe durch einen In-Place-Inclinometer automatisiert wird, der die Messung der horizontalen Verschiebung in der Tiefe ermöglicht. Weitere Sensoren, die von Interesse sein können, sind Abflussmesser zur Messung des Wasserstandes im Damm oder Setzungszellen zur Überwachung von Setzungsprozessen der Wände und der Umgebung. Meteorologische Stationen zur Kontrolle des Regens können in Anbetracht neuer Klimaszenarien kritisch sein.
Der Entwurf einer konsequenten Überwachungsstrategie ist daher entscheidend. Im Folgenden werden einige der wichtigsten Vorteile genannt:
- Sie verbessert das Wissen über den kritischsten potenziellen Fehlermechanismus, was die Grundlage für eine korrekte Risikoanalyse ist.
- Es hilft dabei, Situationen zu erkennen, die wahrscheinlich ein Versagen des Dammes auslösen (z. B.: Wasserstand, der einen bestimmten Grenzwert überschreitet; Beschleunigung der Verschiebungen usw.), und Abhilfemaßnahmen anzuwenden.
- Sie dient als Werkzeug zur Gestaltung des Dammwachstums.
- Sie bietet eine solide Grundlage für die Festlegung und Durchführung der richtigen Reaktion im Falle eines Ausfalls mit menschlicher Gefährdung.
In den letzten Jahren hat die Installation von automatisierten In-situ-Überwachungssystemen zugenommen. Allerdings ist die Installation traditioneller drahtgebundener Systeme oder optischer Kabel zur Gewinnung von Daten von Sensoren, die fest in den Dämmen installiert sind, oft eine Herausforderung oder wirtschaftlich nicht tragbar. Einige Schwierigkeiten sind die große Ausdehnung der Absetzbecken (was lange Kabelstrecken bedeutet), die mangelnde Verfügbarkeit von Strom (massive Solaranlagen sind erforderlich) und die begrenzte Kommunikationsinfrastruktur (was bedeutet, dass Daten in-situ gesammelt werden müssen).
LS-G6, die drahtlose Low-Power-Überwachungslösung von Worldsensing, besteht aus einem Datenerfassungssystem, das die Daten von den Sensoren sammelt und sie drahtlos an das Gateway (Zentralstation) sendet. Gleichzeitig lädt das Gateway die Daten in das Internet oder in ein Intranet hoch. Die großen Reichweiten der Funkkommunikation zwischen den Datenloggern (die neben den Sensoren platziert sind) und dem Gateway machen dieses System zu einer leistungsstarken Lösung für die Überwachung von weitläufigen Bereichen, wie z. B. Minen mit vielen verschiedenen Sensoren.
Die Langstrecken-Kommunikation zwischen dem Gateway und den Datenloggern ermöglicht in einer optimalen Situation (Line Of Sight) eine Entfernung von bis zu 15 km zwischen dem Gateway und den Datenloggern. Im Zusammenhang mit einem Bergwerk bedeutet dies, dass durch die Platzierung des Gateways in der Zentrale des Bergwerks nahezu jeder Punkt des Bergwerks, an dem ein Sensor platziert ist, erreicht werden kann. Darüber hinaus verwenden die LS-G6-Datenlogger eingebettete Batterien, die das System bis zu 10 Jahre autonom machen, was die Wartungszyklen des Überwachungssystems verbessert.
Die gesammelten Daten werden mit vorher definierten Schwellenwerten verglichen, um einen Indikator für die Dammstabilität zu erhalten. Auf diese Weise wird das Netzwerk auch als leistungsarmes Warnsystem für die Dammstabilität eingesetzt.
Unser LS-G6-Überwachungssystem wurde erfolgreich auf mehreren Bergbaustandorten installiert, um eine Echtzeitkontrolle des Absetzdamms der Hauptmine zu ermöglichen. Darüber hinaus wurden in weiteren Phasen viele andere Sensoren integriert, um die Hydrogeologie des Bergwerks und die Stabilität des Tagebauprozessbereichs und der Zufahrtsstraßen zu kontrollieren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass drahtlose Sensornetzwerke auf Bergbaustandorten zunehmend als zuverlässige und robuste Lösung angesehen werden. Die Vorteile der drahtlosen Langstrecken sind ohne Frage: Effizienz, Sicherheit, Robustheit, Flexibilität, einfache Skalierung des Netzwerks, einfache Bedienung und Kosteneffektivität (im Vergleich zu Kabel oder manueller Erfassung).
LS-G6 bietet ein robustes System, das dank der über die Sensordaten definierten Alarme zu einem sehr effizienten Präventivwerkzeug wird; Warnungen können an Beteiligte oder Arbeiter in der Mine ausgegeben werden, wodurch die Sicherheit des gesamten Prozesses und der beteiligten Personen erhöht wird.