Desafío

Las minas profundas se encuentran entre los entornos de trabajo más desafiantes del mundo. Los trabajadores pueden operar a profundidades de más de un kilómetro bajo tierra, donde cualquier accidente puede poner vidas en riesgo. Monitorizar el estado de las paredes de la mina, que soportan cargas pesadas, es crítico, pero no es fácil. Tradicionalmente, las empresas mineras dependen de ingenieros humanos para leer y registrar los datos de los sensores geotécnicos bajo tierra. Esto significa que las lecturas solo pueden llevarse a cabo esporádicamente, y los datos están disponibles para análisis con intervalos de días o incluso semanas. Además de requerir técnicos cualificados, este método de recopilación de datos puede ser propenso a errores humanos y da como resultado análisis incompletos, con poco margen para detectar fallos de rápido movimiento.

La introducción de tecnologías inalámbricas ha sido un avance importante en la minería subterránea, permitiendo a las minas prescindir de las lecturas manuales y detectar posibles riesgos de manera robusta y rentable. Sin embargo, las intrincadas topologías de los entornos subterráneos dificultan la transmisión efectiva de datos. Túneles, giros, múltiples niveles y galerías largas provocan que las redes pierdan potencia de radio y fiabilidad de los datos. Los gateways, que necesitan conectividad a internet para transmitir datos fuera de la mina a los centros de control, no pueden instalarse en las profundidades de las minas porque las conexiones a internet no suelen estar disponibles. Esto dificulta que las empresas de ingeniería implementen soluciones de monitorización subterránea robustas y rentables.

Mine Design Technologies (MDT), un líder en instrumentación geotécnica con sede en Ontario, Canadá, estaba interesado en ofrecer a sus clientes mineros una mejor opción, y se asoció con Worldsensing para lograrlo.

Solución

MDT ya estaba familiarizado con la tecnología de Worldsensing para entornos de minería a cielo abierto. En estos, las comunicaciones LoRa de largo alcance y bajo consumo de Worldsensing son capaces de lograr la transferencia inalámbrica de datos a distancias superiores a seis kilómetros.

A principios de 2023, Worldsensing lanzó una topología de red LoRa tree (árbol). Esta topología de red puede extender el alcance de comunicación por radio de una red LoRa existente. El componente clave de esta topología de red es el repetidor edge K20. El repetidor es capaz de recibir una señal de un nodo y retransmitirla a un gateway en saltos de datos. Los repetidores se pueden colocar estratégicamente para superar obstáculos de señal de radio como paredes, rampas y curvas.

Con el lanzamiento de la red LoRa tree de Worldsensing, MDT y Worldsensing se asociaron para desplegar un sistema de monitorización en el Norcat Underground Centre, una mina activa utilizada para investigación y desarrollo en Sudbury, Ontario. La Figura 1 ilustra las pruebas de campo realizadas. El objetivo era llevar al límite la red LoRa tree y permitir que los nodos alejados del gateway transmitieran datos con una mínima pérdida de datos.

La red consistió en 14 nodos, conectados a dos inclinómetros in situ, 11 inclinómetros y un inclinómetro láser, distribuidos en tres galerías interconectadas de 200 metros de longitud. El despliegue comenzó en la sección 1999 con la instalación del repetidor 1 (R1). El R1 fue capaz de retransmitir los datos de vuelta al gateway instalado en la entrada de la mina con una excelente señal de radio. El despliegue continuó rápidamente alejándose del gateway con un segundo repetidor (R2) al principio de la sección 1999. El R2 fue capaz de sortear los giros que conducían a la sección 1997 y transmitir datos de los nodos instalados allí.

Resultados
El despliegue de Norcat arrojó los siguientes resultados:

• El despliegue fue capaz de transmitir datos de 14 nodos, ubicados en diferentes secciones, utilizando solo dos repetidores.
• La red LoRa tree proporcionó cobertura con una pérdida de transmisión del 0.5%, lo que se considera óptimo en comunicación por radio.
• Los repetidores en la topología LoRa tree no necesitan estar orientados directamente hacia el gateway para una transmisión de radio efectiva. Esto permite una mayor cobertura de radio con un despliegue mínimo de repetidores.
• Todos los registradores de datos de Worldsensing se conectaron fácilmente a la red, lo que subraya la compatibilidad del portafolio de dispositivos de Worldsensing con una topología LoRa tree.
• Conectividad subterránea de hasta 200m en un entorno subterráneo complejo.

«El repetidor ha demostrado muy buenas capacidades en esta demostración. Podrías tener la mejor instrumentación del mundo, pero al final del día, si no obtienes esos datos, no puedes tomar decisiones a tiempo y has desperdiciado dinero de la empresa.»

Peter Lausch, Director de Operaciones, MDT

Beneficios

A pesar de algunos problemas iniciales para adaptar la tecnología a las regulaciones norteamericanas, los resultados iniciales han sido excepcionales, con datos transferidos sin problemas en toda el área de despliegue. Solo se ha perdido un paquete de datos desde el inicio de la prueba, durante la fase de despliegue, y los técnicos de MDT pudieron explicar cómo y por qué sucedió.

Worldsensing es el proveedor líder de tecnología de red de monitorización geotécnica, con una gama inigualable de integraciones de productos que permite a sus redes operar con la mayoría de los principales proveedores de sensores y visualización de datos. Esta flexibilidad ya se está utilizando para ayudar a mejorar 8 la monitorización geotécnica y la seguridad de la infraestructura en entornos de superficie. La colaboración con MDT ha demostrado cómo los repetidores pueden extender la funcionalidad líder de Worldsensing bajo tierra.

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Ventajas

• Rentable: Con el despliegue de las redes LoRa Tree de Worldsensing, MDT podrá proporcionar una solución rentable y robusta para transmitir datos desde sensores instalados en las profundidades de las galerías de la mina.
• Simplicidad: Esta nueva tecnología simplifica el diseño de la red porque los repetidores no requieren conexiones a internet. Los usuarios pueden llegar más lejos con una sola conexión a internet en la entrada de la mina.
• Robusto y fiable: Los usuarios pueden contar con datos de alta calidad de los sensores sin tener que desplegar configuraciones de red complejas.