Chuquicamata: control de una de las mayores minas subterráneas del mundo

Desafío

El hundimiento de bloques presenta varios riesgos geotécnicos potenciales. Por ejemplo, las cargas in situ cambian constantemente y, en consecuencia, también lo hacen las demandas sobre los sistemas locales de apoyo y refuerzo. A esto hay que añadir la sobrecarga, la deformación del suelo debida a la excavación, las detonaciones de rocas y otros sucesos que afectarán a la seguridad de la mina. De ahí la importancia de emplear instrumentación geotécnica para monitorizar las distintas variables de seguridad de un macizo rocoso, el comportamiento de los sistemas de sostenimiento y refuerzo, y otros elementos importantes.

Otro reto importante es la falta de acceso a la energía eléctrica, ya que los registradores de datos tradicionales requieren alimentación constante de una fuente externa. Además, sacar los datos de la mina es un problema, debido a la dependencia de cables que pueden cortarse accidentalmente con facilidad, así como a la falta de acceso a nodos de comunicación que puedan entregar los datos fuera de la mina.

Estos eran algunos de los retos a los que se enfrentaba Chuquicamata cuando inició sus operaciones de minería subterránea. Codelco confió esta tarea a su socio de monitoreo geotécnico y estructural, Geosinergia. Codelco solicitó un sistema de monitoreo que proporcionara una mejor cobertura que las soluciones tradicionales y que reflejara el estado del arte de la tecnología minera moderna. El objetivo era desplegar un sistema capaz de cubrir la inmensidad de Chuquicamata, manteniendo sus operaciones seguras, eficientes y sin interrupciones.

Vigilancia subterránea hoy

Geosinergia se enorgullece de su sólida formación en ingeniería, con 20 años de experiencia en los sectores de la minería, las infraestructuras y las obras civiles. Igor Bravo, Consejero Delegado (CEO) de la empresa e ingeniero de formación, resumió algunos de los retos que plantea la supervisión de una mina subterránea:

"Cuando vas bajo tierra, es un mundo diferente. Hay que trabajar con instrumentos especializados, como los sistemas de tensión in situ, que son mucho más complejos y cuentan con docenas de sensores. Todo el mundo 'entiende' una mina a cielo abierto. ¿Pero una mina subterránea? No tanto".

Hasta ahora ha habido pocas novedades en la vigilancia subterránea. Las soluciones tradicionales basadas en cables siempre han sido engorrosas, caras y precarias. Implican desplegar muchos kilómetros de cable para conectar los sensores, un cable muy vulnerable al tránsito de maquinaria pesada. Las características de las minas, como pozos, túneles curvados o ventanales, complican aún más el despliegue de estos sistemas y los hacen más propensos a funcionar mal, además de aumentar su coste. Además, dada la lejanía y la dificultad de acceso a determinadas partes de la mina (algunos de los sensores se instalan en zonas donde no se espera la presencia humana), las reparaciones y el mantenimiento periódico no suelen ser opciones realistas.

Éstas son algunas de las razones por las que, históricamente, muchos mineros han prescindido de los cables y han recurrido a la recogida manual de datos. Sin embargo, estos sistemas tampoco son fiables y producen datos incoherentes y, lo que es más grave, con grandes intervalos entre lecturas. Los movimientos del terreno pueden producirse en cuestión de segundos y poner en peligro vidas y equipos, por lo que la disponibilidad constante de datos es fundamental para tomar decisiones rápidas.

Solución

Sin embargo, la espeleología de bloques presenta varios riesgos geotécnicos potenciales. Por ejemplo, las cargas in situ cambian constantemente y, en consecuencia, también lo hacen las exigencias sobre los sistemas locales de sostenimiento y refuerzo. A ello hay que añadir la sobrecarga, la deformación del terreno debida a la excavación, las detonaciones de rocas y otros sucesos que afectarán a la seguridad de la mina. De ahí la importancia de emplear instrumentación geotécnica para monitorizar las distintas variables de seguridad de un macizo rocoso, el comportamiento de los sistemas de sostenimiento y refuerzo, y otros elementos importantes.

Otro reto importante es la falta de acceso a la energía eléctrica, ya que los registradores de datos tradicionales requieren alimentación constante de una fuente externa. Además, sacar los datos de la mina es un problema, debido a la dependencia de cables que pueden cortarse accidentalmente con facilidad, así como a la falta de acceso a nodos de comunicación que puedan entregar los datos fuera de la mina.

Estos eran algunos de los retos a los que se enfrentaba Chuquicamata cuando inició sus operaciones de minería subterránea. Codelco confió esta tarea a su socio de monitoreo geotécnico y estructural, Geosinergia. Codelco solicitó un sistema de monitoreo que proporcionara una mejor cobertura que las soluciones tradicionales y que reflejara el estado del arte de la tecnología minera moderna. El objetivo era desplegar un sistema capaz de cubrir la inmensidad de Chuquicamata, manteniendo sus operaciones seguras, eficientes y sin interrupciones.

BENEFICIOS

Robustez y fiabilidad

Rodrigo Vicencio, Director de Operaciones (COO) de Geosinergia, señala que la fiabilidad ha sido durante mucho tiempo un problema en los sistemas de vigilancia:

"Era muy habitual instalar varios sensores y dejarlos monitorizados con dataloggers de diversas marcas. Y a lo largo de la vida del proyecto, por la razón que fuera, éstos dejaban de leer o se interrumpía la comunicación. Lo que Worldsensing nos ha aportado es fiabilidad, la confianza de que los sistemas seguirán en línea".

Los dispositivos de Worldsensing, gracias a su facilidad de instalación, uso de componentes de calidad y construcción robusta (con un rango operativo de -40ºC a +80ºC), baterías internas que pueden durar hasta 10 años y tecnología LoRA de bajo consumo, pueden funcionar durante años sin necesidad de una revisión de mantenimiento. El resultado es un sistema que requiere una intervención humana mínima. Como ejemplo, Vicencio recuerda una de sus primeras instalaciones de monitorización remota, en 2016:

"Una de las pasarelas [de Worldsensing] que instalamos por primera vez ha seguido monitorizándose durante años, sin que se le haya hecho ningún trabajo. No he tenido que comprobar esa pasarela desde que la instalé. Este tipo de fiabilidad es una de las mayores ventajas de este sistema".

Y Bravo añade:

"Estás haciendo que los dispositivos sean autosuficientes en cuanto a energía, también estás eliminando los cables. En definitiva, se eliminan los puntos vulnerables del sistema. Así, pasamos de sistemas en los que se instalaban 100 instrumentos y no paraban de averiarse, y con el tiempo se descubría que sólo funcionaban 15 o 18, a sistemas con miles de instrumentos que seguirán funcionando al 100%".

Un nuevo paradigma de seguridad

La facilidad de instalación, la fiabilidad y la ausencia de cables reducen los costes y permiten desplegar y mantener redes de vigilancia más amplias. Esto aumenta la seguridad de las explotaciones subterráneas a gran escala como Chuquicamata. Sus operadores pueden ahora obtener cobertura de monitorización en todas las partes de la mina, obteniendo una imagen clara de las condiciones en todo el emplazamiento.

Esto, a su vez, favorece el cambio en todo el sector hacia un control más preventivo. Cada vez más, la seguridad en las minas ya no consiste sólo en sacar a las personas y los equipos de una zona peligrosa antes de que se produzca un accidente, o en minimizar los daños cuando se produce un accidente: se trata de que no se produzcan accidentes. Bravo lo resume:

"Hoy en día el concepto de seguridad es diferente. Queremos anticiparnos cuando se esté formando una avería grande, no esperar a que el radar la vea. Entonces podemos detener ese proceso utilizando otras herramientas. Esto es lo que se nos pide".

Un derrumbe puede suponer la pérdida de equipos por valor de decenas de millones de dólares y detener las operaciones durante un tiempo considerable. Y eso sin contar el coste humano. Así pues, disponer de un flujo constante de datos fiables permite al operador llevar a cabo obras de mitigación de riesgos -por ejemplo, reforzar una estructura rocosa sobrecargada- siempre que el sistema active una alerta en una zona determinada. También puede ayudar a comprobar la eficacia de estos trabajos de mitigación casi en tiempo real, de modo que el operador puede estar seguro de que una zona ha quedado totalmente protegida antes de reanudar las operaciones mineras. Esto, a su vez, ayuda a maximizar la productividad de una mina subterránea al reducir el potencial de interrupciones debidas a accidentes. También puede abrir nuevos yacimientos que, de otro modo, se habrían considerado demasiado arriesgados.

Mirando al futuro

Una de las ventajas de la minería subterránea es que puede prolongar la vida útil de las minas a cielo abierto sin un aumento masivo de los costes. Por ello, Geosinergia cree que disponer de soluciones de monitorización probadas y adaptadas a las necesidades de la minería subterránea se convertirá en una ventaja significativa en los próximos años, ya que muchas minas a cielo abierto agotarán sus yacimientos más accesibles cerca de la superficie.

Por su tamaño y sofisticación, la industria minera chilena es desde hace tiempo uno de los referentes en el despliegue y prueba de nuevas tecnologías. El nuevo sistema de monitorización de El Chuquicamata mostrará las ventajas de una solución de monitorización remota IoT como parte del paquete de seguridad de una mina subterránea. Alex Rojas, Director General de Geosinergia, lo ve así:

"Chuquicamata es la mina más grande del mundo. Y el reto es conseguir que todos los sistemas de control geotécnico dentro de las diversas unidades mineras subterráneas de Chuquicamata estén totalmente automatizados. Y al hacerlo estaremos cambiando el paradigma".

Mirando aún más lejos, Geosinergia cree que las nuevas generaciones, más jóvenes, de gestores mineros tratarán de aprovechar las ventajas de las nuevas tecnologías basadas en datos. Un ejemplo son los dataloggers dinámicos que pueden hacer cálculos localmente, enviando sólo los datos relevantes y procesables a los operadores de la mina. Así pues, la instalación de Chuquicamata es el primer paso en el camino hacia sistemas de supervisión más robustos e inteligentes.