丘基卡马塔：监测世界上最大的地下矿井之一

挑戰

地块塌陷会带来一些潜在的岩土工程危险。例如，原位荷载不断变化，因此，对局部支撑和加固系统的要求也不断变化。此外，还有过度应力、挖掘造成的地面变形、岩石爆炸以及其他会影响矿井安全的事件。因此，采用岩土工程仪器来监测岩体的不同安全变量、支撑和加固系统的行为以及其他重要因素的重要性。

另一个重要的挑战是缺乏电力供应，因为传统的数据记录器需要从外部源头持续供电。此外，将数据带出矿井也是一个问题，因为要依靠容易被意外切断的电线，以及缺乏能够将数据带出矿井的通信节点。

这些是Chuquicamata开始地下采矿作业时面临的一些挑战。Codelco将这项任务委托给其岩土工程和结构监测合作伙伴Geosinergia。Codelco要求建立一个比传统解决方案覆盖面更广的监测系统，并反映现代采矿技术的最新水平。目标是部署一个能够覆盖Chuquicamata广大地区的系统，使其运作安全、高效、不受干扰。

今天的地下监测

Geosinergia以其强大的工程背景为荣，在采矿、基础设施和民用工程领域拥有20年的经验。该公司的首席执行官（CEO）Igor Bravo是一名训练有素的工程师，他总结了监测地下矿的一些挑战。

"当你进入地下，这是一个不同的世界。你必须使用专门的仪器，如原位应力系统，它要复杂得多，有几十个传感器。每个人都'明白'露天矿。但地下矿井呢？不是那么回事"

到目前为止，地下监测的新发展还很少。传统的基于电线的解决方案一直都很繁琐、昂贵和不稳定。它们涉及部署许多公里长的电线来连接传感器，这种电线非常容易受到重型机械的影响。竖井、弯曲的隧道或风井等地雷特征使这些系统的部署更加复杂，并使其更容易发生故障，同时也增加了成本。此外，考虑到矿区的偏远和难以进入的某些部分（一些传感器被设置在预计没有人类存在的区域），维修和定期维护往往不是现实的选择。

这些都是历史上许多矿场经营者摒弃电线而采用人工收集数据的一些原因。然而，这也是不可靠的，产生的数据是不一致的，而且--关键是--读数之间有很大差距。地面运动可能在短短几秒钟内发生，危及生命和设备，因此，持续的数据可用性是快速决策的关键。

解决办法

然而，块状塌陷带来了一些潜在的岩土工程危险。例如，原位荷载不断变化，因此，对局部支撑和加固系统的要求也不断变化。此外，还有过度应力、挖掘造成的地面变形、岩石爆炸以及其他会影响矿井安全的事件。因此，采用岩土工程仪器来监测岩体的不同安全变量、支撑和加固系统的行为以及其他重要因素的重要性。

另一个重要的挑战是缺乏电力供应，因为传统的数据记录器需要从外部源头持续供电。此外，将数据带出矿井也是一个问题，因为要依靠容易被意外切断的电线，以及缺乏能够将数据带出矿井的通信节点。

这些是Chuquicamata开始地下采矿作业时面临的一些挑战。Codelco将这项任务委托给其岩土工程和结构监测合作伙伴Geosinergia。Codelco要求建立一个比传统解决方案覆盖面更广的监测系统，并反映现代采矿技术的最新水平。目标是部署一个能够覆盖Chuquicamata广大地区的系统，使其运作安全、高效、不受干扰。

效益

稳健性和可靠性

Geosinergia的首席运营官（COO）Rodrigo Vicencio说，长期以来，可靠性一直是监测系统的一个问题。

"安装几个传感器并让它们用各种品牌的数据记录器进行监测是非常正常的。而在整个项目过程中，无论什么原因，这些传感器都会停止读取，或者通信中断。Worldsensing给我们带来的是可靠性，是对系统保持在线的信任"。

Worldsensing公司的设备，由于其易于安装，使用优质元件和坚固的结构（工作范围为-40ºC至+80ºC），内部电池可持续10年，以及低功耗的LoRA技术，可以连续多年运行而不需要维护检查。这导致了一个需要最少人为干预的系统。作为一个例子，Vicencio记得他们在2016年首次安装的远程监控之一。

"我们第一次安装的[Worldsensing]网关中的一个，多年来一直在监测，没有对它做任何工作。自从我安装了这个网关后，我就没有检查过它。这种可靠性是这个系统的最大优势之一。"

而布拉沃补充说。

"你正在使设备自力更生获得电力，你也在去除电线。总而言之，你正在从系统中剔除漏洞。因此，我们从安装了100台仪器而它们不断发生故障的系统，最后你发现只有15或18台在工作，到拥有数千台仪器的系统，将保持100%的运行。"

一个新的安全范式

安装方便、可靠、没有电线，从而降低了成本，并能够部署和支持更大的监测网络。这增加了像Chuquicamata这样的大型地下场所的安全性。其运营商现在可以在矿区的所有地方获得监测覆盖，获得整个矿区状况的清晰图像。

这反过来又支持了整个行业向更多预防性监测的转变。矿山安全不再仅仅是在事故发生前将人员和设备从危险区域撤出，或在事故发生时将损失降到最低，而是根本不发生事故。布拉沃这样总结道。

"现在的安全概念是不同的。我们要预测大的故障何时形成，而不是等到雷达看到它。然后我们可以使用其他工具来阻止这个过程。这就是对我们的要求。"

塌陷可能意味着价值数千万美元的设备的损失，并使作业停止相当长的时间。而这还没有计算人力成本。因此，拥有持续可靠的数据流，使操作人员能够在系统触发特定区域的警报时进行风险缓解工程--例如加固过压的岩石结构。它还可以帮助近乎实时地检查这些缓解工程的效果，因此操作员可以确定在恢复采矿作业之前，某个区域已经完全安全。这反过来又有助于最大限度地提高地下矿山的生产力，减少因事故而造成的中断的可能性。它还可以开辟新的矿藏，否则会被认为风险太大。

展望未来

地下采矿的优势之一是，它可以延长露天矿的寿命，而不需要大量增加成本。因此，Geosinergia认为，由于许多露天矿将耗尽其在地表附近更容易获得的矿藏，拥有经过试验和测试的监测解决方案以适应地下采矿的需要，将在未来几年成为一个重要优势。

鉴于其规模和复杂性，智利采矿业长期以来一直是部署和测试新技术的标杆之一。El Chuquicamata的新监控系统将展示物联网远程监控解决方案的优势，作为地下矿山安全包的一部分。Geosinergia的总经理Alex Rojas是这样认为的：

"丘基卡马塔是世界上最大的矿山。我们面临的挑战是使Chuquicamata的几个地下采矿单元内的所有岩土工程监测系统完全自动化。这样做，我们将改变模式"。

展望未来，Geosinergia认为，新的、更年轻的几代采矿经理将寻求利用新的数据驱动技术的优势。一个例子是动态数据记录器，它可以在本地进行计算，只向矿山经营者发送相关的和可操作的数据。因此，Chuquicamata的安装是迈向更强大和更智能的监测系统的第一步。