Chuquicamata: Monitorização de uma das maiores minas subterrâneas do mundo

Desafio

A caverna em bloco apresenta vários perigos geotécnicos potenciais. Por exemplo, as cargas in-situ mudam constantemente e, em consequência, o mesmo acontece com as exigências sobre os sistemas locais de apoio e reforço. Isto vem juntar-se ao stress excessivo, deformação do solo devido a escavações, detonações de rochas, e outros eventos que irão afectar a segurança da mina. Daí a importância do emprego de instrumentação geotécnica para monitorizar as diferentes variáveis de segurança de um maciço rochoso, o comportamento dos sistemas de apoio e de reforço, e outros elementos importantes.

Outro desafio importante é a falta de acesso à energia eléctrica, uma vez que os registadores de dados tradicionais requerem energia constante de uma fonte externa. Além disso, tirar os dados da mina é um problema, devido à dependência de fios que podem ser facilmente cortados acidentalmente, bem como à falta de acesso aos nós de comunicação que podem entregar os dados fora da mina.

Estes foram alguns dos desafios enfrentados por Chuquicamata quando iniciou as suas operações de mineração subterrânea. A Codelco confiou esta tarefa ao seu parceiro geotécnico e de monitorização estrutural, Geosinergia. A Codelco solicitou um sistema de monitorização que proporcionasse uma melhor cobertura do que as soluções tradicionais, e que reflectisse o estado da arte da moderna tecnologia mineira. O objectivo era a implantação de um sistema capaz de cobrir a vastidão da Chuquicamata, mantendo as suas operações seguras, eficientes, e sem interrupções.

Monitorização Subterrânea Hoje

A Geosinergia orgulha-se da sua forte formação em engenharia, com 20 anos de experiência no sector mineiro, infra-estruturas, e obras civis. Igor Bravo, Director Executivo (CEO) da empresa, e um engenheiro formado, resumiu alguns dos desafios da monitorização de uma mina subterrânea:

"Quando se vai para o subsolo, é um mundo diferente. É preciso trabalhar com instrumentos especializados como os sistemas de stress in-situ, que são muito mais complexos e incluem dezenas de sensores. Todos 'recebem' um poço aberto. Mas uma mina subterrânea? Nem por isso".

Até agora, tem havido poucos novos desenvolvimentos na monitorização subterrânea. As soluções tradicionais baseadas em fios têm sido sempre incómodas, dispendiosas e precárias. Implicam a utilização de muitos quilómetros de fio para ligar os sensores, um fio que é muito vulnerável ao trânsito de maquinaria pesada. Características das minas como poços, túneis dobrados, ou guinchos complicam ainda mais a implantação destes sistemas, tornando-os mais propensos ao mau funcionamento, bem como ao aumento do custo. Além disso, dado o afastamento e a dificuldade de acesso a certas partes da mina (alguns dos sensores são instalados em áreas onde não se espera a presença humana), as reparações e a manutenção regular não são muitas vezes opções realistas.

Estas são algumas das razões pelas quais, historicamente, muitos operadores de minas têm eliminado os fios e recorrido à recolha manual de dados. Contudo, estes também não são fiáveis, produzindo dados inconsistentes e - criticamente - com grandes lacunas entre leituras. Os movimentos de terra podem acontecer em apenas alguns segundos, pondo em perigo vidas e equipamento, razão pela qual a disponibilidade constante de dados é fundamental para permitir uma tomada de decisão rápida.

Solução

No entanto, a caverna em bloco apresenta vários perigos geotécnicos potenciais. Por exemplo, as cargas in-situ mudam constantemente e, em consequência, o mesmo acontece com as exigências sobre os sistemas locais de apoio e reforço. Isto vem juntar-se ao stress excessivo, deformação do solo devido a escavações, detonações de rochas, e outros eventos que irão afectar a segurança da mina. Daí a importância do emprego de instrumentação geotécnica para monitorizar as diferentes variáveis de segurança de um maciço rochoso, o comportamento dos sistemas de apoio e de reforço, e outros elementos importantes.

Outro desafio importante é a falta de acesso à energia eléctrica, uma vez que os registadores de dados tradicionais requerem energia constante de uma fonte externa. Além disso, tirar os dados da mina é um problema, devido à dependência de fios que podem ser facilmente cortados acidentalmente, bem como à falta de acesso aos nós de comunicação que podem entregar os dados fora da mina.

Estes foram alguns dos desafios enfrentados por Chuquicamata quando iniciou as suas operações de mineração subterrânea. A Codelco confiou esta tarefa ao seu parceiro geotécnico e de monitorização estrutural, Geosinergia. A Codelco solicitou um sistema de monitorização que proporcionasse uma melhor cobertura do que as soluções tradicionais, e que reflectisse o estado da arte da moderna tecnologia mineira. O objectivo era a implantação de um sistema capaz de cobrir a vastidão da Chuquicamata, mantendo as suas operações seguras, eficientes, e sem interrupções.

Benefícios

Robustez e Fiabilidade

Rodrigo Vicencio, COO (Chief Operating Officer) da Geosinergia, comenta como a fiabilidade há muito que é um problema com os sistemas de monitorização:

"Era muito habitual instalar vários sensores e deixá-los monitorizar com registadores de dados de várias marcas. E ao longo da vida do projecto, por qualquer razão, estes parariam de ler, ou a comunicação seria interrompida. O que o Worldsensing nos trouxe foi a fiabilidade, a confiança de que os sistemas permanecerão em linha".

Os dispositivos Worldsensing, com a sua facilidade de instalação, utilização de componentes de qualidade e construção robusta (com uma gama operacional de -40ºC a +80ºC), baterias internas que podem durar até 10 anos, e tecnologia LoRA de baixa potência, podem funcionar durante anos a fio sem necessidade de uma verificação de manutenção. Isto resulta num sistema que requer um mínimo de intervenção humana. Como exemplo, Vicencio lembra-se de uma das suas primeiras instalações de monitorização remota, em 2016:

"Um dos portais [Worldsensing] que instalámos pela primeira vez tem continuado a ser monitorizado durante anos, sem qualquer trabalho feito sobre ele. Não tive de verificar essa porta de acesso desde que a instalei. Este tipo de fiabilidade é uma das maiores vantagens deste sistema".

E Bravo acrescenta:

"Está a tornar os dispositivos auto-suficientes para a energia, está também a remover os fios. Em suma, está a retirar as vulnerabilidades do sistema. Assim, passamos de sistemas onde instalou 100 instrumentos e eles continuaram a avariar, e com o tempo descobriu que apenas 15 ou 18 estavam a funcionar, para sistemas com milhares de instrumentos que permanecerão 100% em funcionamento".

Um novo paradigma de segurança

A facilidade de instalação, fiabilidade e falta de fios reduzem os custos e permitem a implantação e apoio de redes de monitorização maiores. Isto aumenta a segurança de sítios subterrâneos de grande escala como Chuquicamata. Os seus operadores podem agora obter cobertura de monitorização em todas as partes da mina, obtendo uma imagem clara das condições em todo o local.

Isto, por sua vez, apoia a mudança em toda a indústria no sentido de uma monitorização mais preventiva. Cada vez mais, a segurança das minas já não consiste apenas em retirar pessoas e equipamento de uma área perigosa antes de um acidente, ou minimizar os danos quando um acidente acontece - trata-se de não ter acidentes de todo. Bravo resume tudo isto:

"Hoje em dia o conceito de segurança é diferente. Queremos antecipar quando se está a formar uma grande falha, não esperar até que o radar a veja. Depois podemos parar esse processo utilizando outras ferramentas. É isto que nos está a ser pedido".

Um desmoronamento pode significar a perda de equipamento no valor de dezenas de milhões de dólares e a paragem das operações durante um período de tempo significativo. E isto sem contar com o custo humano. Assim, ter um fluxo constante de dados fiáveis permite ao operador realizar trabalhos de mitigação de riscos - por exemplo, reforçando uma estrutura de rocha sobretendida - sempre que o sistema desencadeia um alerta numa determinada área. Pode também ajudar a verificar a eficácia destes trabalhos de mitigação em tempo quase real, para que o operador possa ter a certeza de que uma área foi totalmente protegida antes de retomar as operações mineiras. Isto, por sua vez, ajuda a maximizar a produtividade de uma mina subterrânea, reduzindo o potencial de perturbação devido a acidentes. Pode também abrir novos depósitos que de outra forma teriam sido considerados demasiado arriscados.

Olhando para o futuro

Uma das vantagens da mineração subterrânea é que pode prolongar a vida útil das minas a céu aberto sem um aumento maciço dos custos. Assim, a Geosinergia acredita que tendo experimentado e testado soluções de monitorização adaptadas às necessidades da exploração mineira subterrânea, se tornará uma vantagem significativa nos próximos anos, uma vez que muitas minas a céu aberto esgotarão os seus depósitos mais acessíveis perto da superfície.

Dada a sua dimensão e sofisticação, a indústria mineira chilena é, desde há muito, uma das referências para a implantação e teste de novas tecnologias. O novo sistema de monitorização de El Chuquicamata irá mostrar as vantagens de uma solução de monitorização remota IoT como parte do pacote de segurança de uma mina subterrânea. Alex Rojas, Diretor Geral da Geosinergia, vê as coisas desta forma:

"Chuquicamata é a maior mina do mundo. E o desafio é tornar todos os sistemas de monitorização geotécnica dentro das várias unidades mineiras subterrâneas de Chuquicamata totalmente automatizados. E, ao fazê-lo, estaremos a mudar o paradigma".

Olhando ainda mais para o futuro, a Geosinergia acredita que as novas gerações, mais jovens, de gestores mineiros procurarão tirar partido das vantagens das novas tecnologias baseadas em dados. Um exemplo são os dataloggers dinâmicos que podem fazer cálculos localmente, enviando apenas dados relevantes e accionáveis para os operadores da mina. Assim, a instalação de Chuquicamata é o primeiro passo no caminho para sistemas de monitorização mais robustos e inteligentes.