Gestión On Line de minas a cielo abierto

Gestión On Line de minas a cielo abierto

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 69)
Javier Peñafiel; Msc. Ingeniería Mecánica de suelos, Ing. Geomática
Javier Martínez Sampedro; ingeniero superior de Minas

Resumen

Hoy en día se dan toda una serie de circunstancias que presionan negativamente, tensionando al sector productivo minero. Condicionantes legales de todo tipo, tanto sociales y laborales como medioambientales, el incremento del precio del petróleo y la energía, por citar los más significativos; repercuten directamente en un aumento de los costes de producción, lo que está obligando a las empresas mineras a reducir costes para ser más competitivas. Las elevadas inversiones que requiere la industria minera han obligado a estas empresas a utilizar al máximo sus equipos y aplicar procesos más flexibles y a menudo más intensos.

No es necesario decir que el sector de la minería necesita una conversión digital y hacer más eficientes sus procesos productivos. Si somos capaces de tener controlada la producción y los costes de ésta, haremos de nuestra explotación minera un proyecto más rentable y sostenible. Con esta premisa los Ingenieros de BIGM, con dilatada experiencia, han desarrollado una metodología específica para gestionar explotaciones mineras a cielo abierto, utilizando últimas tecnologías como los drones, gestionando de manera eficiente y colaborativa (mediante software en la nube) todos estos datos y en un entorno BIM. A partir de este momento cada coordenada que obtengamos con el dron, tendrá 7 dimensiones, 3 correspondientes a la X,Y,Z, una cuarta al tiempo (momento de captura), una 5ª correspondiente a la información de su centro de costes, una 6ª a información adicional, acceso a base de datos y una 7ª correspondiente a la seguridad de taludes, restauración del terreno, etc.

Como se puede pensar, puede parecer compleja, pero su adaptación a esta nueva metodología no reporta ninguna complejidad, ya que BIGMonitor se encarga de gestionar toda esta información de manera eficiente y en un entorno sencillo y amigable.

Otro aspecto importante en las explotaciones mineras es el control de gastos y producción de la maquinaria, incluso de las plantas de producción. Dentro de la modernización de la explotación y la industria 4.0 no podría quedar sin ser controlada la maquinaria, consumos, producción, mantenimientos, etc. Con una simple conexión CAN BUS, podremos tener controlada la producción, consumos, revoluciones, cargas y descargas, para realizar todos los algoritmos de predicción de mantenimiento, producción, etc. BIGMonitor soluciona todas estas necesidades de manera eficiente y sobre todo de manera sencilla de implantar.

Introducción

Normalmente nos sorprendemos cuando en un momento determinado nos tomamos un poco de tiempo, y lo dedicamos a echar la vista atrás reflexionando. Es entonces cuando nos damos cuenta lo rápido que cambian las cosas que nos rodean en cualquier ámbito, generándose cierto vértigo al recapacitar, y pareciera que lo único constante, lo que lo impregna todo es justamente ese cambio. Por eso, en este mundo tan cambiante en todos los aspectos; tecnológicos, sociales, ambientales, etc. prácticamente ahora, más que nunca, muchos de los esfuerzos de los avances técnicos de forma generalista se han dirigido y se están empleando en poder generar dispositivos y sistemas que puedan adquirir, procesar, comunicar, trasmitir, almacenar y reportar mucha información en el menor tiempo posible, y si puede ser en tiempo real (on line) mucho mejor, para así facilitar que un usuario pueda tener, con el menor esfuerzo y mayor criterio, la capacidad de dar la mejor respuesta a tiempo.

La actividad minera, para alcanzar competitivamente sus objetivos de producción con ratios de suficiente rentabilidad, necesita, (entre otras cosas), de un control exhaustivo de la maquinaria y de los cielos donde está operando. El ingeniero de Minas necesita disponer de información (en tiempo y forma) que pueda compararse rápidamente con los cómputos planificados, para poder llevar a cabo de forma correcta el proceso de toma de decisiones, y por consiguiente, realizar una gestión lo más eficiente y segura de la mina a cielo abierto.

Los fabricantes de maquinaria minera conscientes en la misión de colaborar con la aportación de información al cliente minero buscando satisfacer la creciente demanda de monitorización de los equipos productivos, están desarrollando sistemas avanzados, para no sólo conocer dónde se ubican en los tajos, (eso ya puede considerarse pasado), sino con capacidad para generar reportes de las horas de funcionamiento, consumo de combustible, tiempo productivo y no productivo del motor, códigos de error de la máquina, sistema de advertencias del motor, historial de mantenimiento e informes de uso, etc. en definitiva un sinfín de información para que pueda ser interpretada y valorada por el ingeniero para discriminar si los ratios productivos de los equipos están dentro de los márgenes esperados, y si no lo están implementar, lo antes posible, las correspondientes medidas correctoras para que lo estén.

Con lo que respecta a las mediciones a pie de tajo, la topografía ha sido favorecida por los adelantos de la ciencia, con instrumentos y dispositivos que superan tanto en precisión como en rapidez a los sistemas tradicionales de medición, para lograrlo han combinado las técnicas más avanzadas en óptica y electrónica, pudiéndose desarrollar los trabajos de campo en forma más rápida y precisa (distanciómetros, estación total, niveles electrónicos, niveles con rayo láser y GPS). Toda esta información de campo almacenada en libretas digitales cada vez se ha ido trasladando con mayor facilidad por los desarrollos de software y hardware a las computadoras, que incorporando los paquetes tradicionales, por ejemplo, de Microsoft y de Autodesk, entre otros muchos, permitían y permiten la realización de cálculos, informes y delineación de planos. Los modernos equipos topográficos hoy en día se están empleando conjuntamente con la incorporación de drones o UAV (Un-manned Aerial Vehicle) para cartografía y fotogrametría. El empleo muy generalizado de RPA (Remotely Piloted Aircraft) en minería a cielo abierto ya es una realidad gracias a los avances técnicos que se están dando en este campo junto con los potentes desarrollos de software asociados a la ortofotometría, participando con destacado protagonismo como herramienta muy útil en lo relativo a la topografía, y proporcionando acceso directo al ingeniero de minas para lo que podría calificarse como topografía virtual de escritorio o gabinete “just in time”.

El término en tiempo real (on line) no se puede entender de ninguna manera sin el respaldo y la asociación poderosa a ese concepto de las comunicaciones. Pareciera como si el combustible que alimenta el motor que hace que todo se impregne de cambio a día de hoy no se llama ni oro, ni carbón, ni petróleo, ni uranio. A diferencia de otros periodos de la historia de la humanidad que la causa raíz que provocó o que estuvo directamente aparejada a una revolución calificada de “industrial”, es decir, un antes y un después, fue un recurso mineral, lo que está detrás promoviéndolo ahora, es un intangible que se llama Internet. La industria 4.0 y el Internet de las Cosas son nombres para conceptos muy relacionados. Actualmente se busca, no sólo comunicación, sino más bien conectividad inteligente entre dispositivos inteligentes. Bernd Heuchemer, vicepresidente de control de movimiento en Siemens, Alemania, indica que el fin de Industria 4.0 es: “impulsar activamente la reconformación de la industria, ya que combina aspectos de los mundos físico, virtual, de IT y cibersistemas para ayudar a crear un nuevo ambiente de trabajo de productividad integrada entre el trabajador y la máquina”.

En base a estas premisas introductorias se desarrollan líneas más abajo (un poco más en detalle) la realidad, con la que se ha avanzado en diferentes líneas de productos novedosos, cargados de avances tecnológicos, y que ya están disponibles para atender la demanda del mercado minero de cara a realizar una gestión sostenible, segura, eficiente y en tiempo real de las minas a cielo abierto.

1.Plataforma web: BIGMonitor

1.1. La plataforma Web cuenta con un sistema básico de gestión de la información que permite disponer de:

1.2. Cartografía de Base: Carga de información cartográfica de la explotación minera con la que supervisar las zonas de actuación.

  • Base cartográfica básica de la explotación a cielo abierto. Dispone de la capacidad de gestión de documentos gráficos básicos cartográficos a través de conexión a WMS (Web Mapping Services) oficiales y realizados por organismos públicos.
  • Base cartográfica específica de la explotación minera. El sistema integrará la cartografía de la explotación minera para conocer el alcance previo a las actuaciones.
  • Ortofotografías base de la mina a cielo abierto. Dispone de las herramientas capaces de cargar, preparar y mantener los vuelos UAV que se realicen en la mina a fin de conocer la evolución y gestión de actuaciones. Esta información se contrasta con el plan de labores de forma que se conoce y compara la evolución teórica con la real.
  • Otra información de interés previa a las actuaciones.

1.3. Proyecto de la explotación minera: Carga de información vectorial de planos, necesarios para el control de evolución de la explotación según proyecto.

  • Planos vectoriales de la explotación minera donde se pueda ver el proyecto final, y por contraste con imágenes temporales, conocer las zonas de actuación.
  • Planos vectoriales de zonificación de la explotación minera, actuaciones, etc. con los que contrastar las zonas de los cielos productivos afectados por los avances: frentes, vertederos, voladuras, restauraciones, etc.
  • Otros documentos gráficos de interés como zonas de acceso a la explotación minera, control, etc.
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Figura 1. Proyecto de una explotación minera sobre Ortofoto Dron 3cm. Julio 2017

1.4. Documentación de evolución de la explotación minera:

  • Ortofotografías de seguimiento de la explotación minera generadas por drones que con una periodicidad marcada por una planificación establecida, realizarán una cobertura que permita el control temporal y de avance de las producciones y actuaciones.
  • El sistema gestiona la información para que el usuario sólo visualice la información que realmente quiera analizar, por consiguiente las tarifas planas de datos estándar son las más empleadas para este tipo de utilidades. Además no necesitará ningún software adicional para realizar las consultas.
  • Herramienta de comparación de las distintas series de imágenes anteriormente referidas y que a modo de comparación a pantalla partida, contrasta la misma zona en distintas fechas.
  • Herramienta de control temporal por transparencias para identificar la misma zona barriendo la intensidad de transparencia para descubrir el cambio de las distintas imágenes cargadas.
  • Esta información ordenada cronológicamente, permite el control visual por la aplicación de las distintas series temporales. Permite identificar objetivamente el grado de avance y la trazabilidad de los frentes productivos, fechas en las que se producen para conocer visualmente cómo evoluciona la explotación minera, disponiendo por tanto de un documento visual para controlar esos cambios. El sistema anterior se completa con otros módulos adicionales que permiten la generación específica de in-formación de seguimiento.
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Figura 2. Comparador temporal de ortofotografías: Junio 2015 – Junio 2018

1.5. Información documental de la explotación minera. Cuenta con diversas líneas de registro.

  • Refiriéndose a documentos de texto, normativas de control de riesgos, medioambiental de conocimiento general y que podrá ser consultada desde dispositivos móviles o estaciones de trabajo.
  • Información de seguimiento que permite extraer informes de los grados de cumplimiento de las producciones planificadas por la dirección, consulta de forma automática las bases de datos de la explotación minera.
  • Información gráfica de apoyo: Vídeos, fotografía u otra información de interés para conocer y documentar con trazabilidad la evolución de la explotación minera. Permite además gestionar una base de datos de dichas imágenes.
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Permite, además, gestionar una base de datos de dichas imágenes.

1.6. Información elaborada desde los vuelos como modelos digitales del terreno; zonas de cambio de la explotación minera y medición de volúmenes de material extraído y acopiado. Cuenta con herramientas automáticas de cálculo que extraen las mediciones conforme la información se vuelca en el sistema. También el usuario dispone de herramientas manuales para que pueda extraer; tanto los datos, como los cómputos en particular según se quiera o se necesite.

1.7. Gestión de los datos obtenidos mediante GPS y el CANBUS de la maquinaria (cargadoras, camiones, molinos, plantas, etc.) de la explotación minera.

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Figura 5. Información de cargas y descargas de la maquinaria.

1.8. Este módulo, sin necesidad de presencia física a pie de la explotación, permite ver y conocer en tiempo real, con cualquier dispositivo (teléfono móvil, ordenador, tablet, etc.) con acceso a internet; la posición y la producción de la maquinaria. La información se vuelca en BIGMonitor con ello se accede a informes de detalle de la maquinaria: tiempos de trabajo total, efectivo, situación por horas, alarmas automáticas de baja producción vía correo electrónico, etc. También se generan listados de producción de los equipos productivos en tiempo real que se pueden exportar a Excel.

1.9. Información 3D de la explotación minera.

  • Partiendo de la información de los vuelos, se obtienen modelos 3D que permiten la visualización de detalles, situación del estado de taludes, cotas del terreno, frentes, acopios, medición de elementos como altura de bermas, bancos, anchos, perfiles, etc. sobre el propio modelo. El usuario desde su dispositivo (ordenador, tablet, móvil, etc.) tiene la oportunidad de convertirse en un topógrafo virtual, con capacidad operativa real e inmediata de obtener una y otra vez los datos que necesite para comprobaciones y cálculos, sin la necesidad de mandar un equipo de topografía al campo.
  • La misma base de datos gestiona vídeos realizados con los drones para conocer el estado de puntos singulares a lo largo del tiempo de ejecución.
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Figura 6. Modelo 3D desde drones. Abril 2018.

1.10. Herramienta de extracción de elementos y medición de superficies y cálculo de volúmenes. Además del módulo de cálculo de volúmenes, el sistema cuenta con:

  • Una utilidad de medida de superficies, distancias y volúmenes con generación automática de los informes de resultados.
  • Otra utilidad de registro y almacenamiento de entidades geométricas que permite la digitalización, registro y exportación de elementos singulares para poder conectar con otras utilidades kml o dxf de entidades analizadas en el sistema.

2. Componentes del sistema

Para poder desarrollar todas las capacidades del BIGMonitor, el sistema se estructura de la siguiente forma:

BIGMonitor con control de acceso. El sistema dispone de una jerarquía de acceso que permite clasificar a los usuarios por su nivel de consulta:

  • Administrador: Con capacidad para ver toda la información y además crear usuarios y cambiar permisos de acceso.
  • Usuario: Puede acceder a la información básica de carácter gráfico, pero no elaborar informes o hacer consulta de alto nivel.
  • El administrador tiene capacidad para personalizar el acceso de usuarios intermedios dando acceso a los módulos intermedios de forma individualizada.
  • Seguridad del sistema. Las bases de datos del BIGMonitor se almacenan en sitios seguros, si el cliente o desea se puede establecer un acceso por certificado o DNI electrónico. El sistema se configura en servidores dedicados situados en hostings permanentemente monitorizados con servicio 24 / 7 / 365.
  • Acceso desde dispositivos. El sistema está preparado para hacer consultas desde múltiples dispositivos. Ordenadores fijos – móviles, tablets e incluso smartphones.
  • El sistema trabaja con un subdominio específico dentro del cual se integran las distintas minas a las que accederán los usuarios en función de los permisos otorgados.
  • Vuelos Dron
    • Los vuelos dron se realizarán con la frecuencia predefinida por las necesidades de la producción. La regularidad de los vuelos permiten el contraste y seguimiento de la evolución de la explotación a cielo abierto.
    • La resolución de las fotografías van de 3 a 5 cm y las precisiones de 3 – 5 cm en planimetría a 5 – 10cm en altimetría. Estas resoluciones se analizan en función del grado de detalle y precisión que requiera el usuario y supone un pequeño cambio en la gestión de la información.
    • Los modelos digitales del terreno se generan con resoluciones de malla de 5 a 10 veces la resolución de las imágenes del vuelo.
    • Los vuelos Dron se realizan con coberturas del 80 a 65% de solapes longitudinales y transversales, permitiendo de esta forma eliminar errores debidos a abatimientos notorios de elementos del terreno o edificaciones.
  • Equipos de seguimiento embarcados en vehículos y maquinaria.
    • Se incluyen en el sistema elementos de gestión de posicionamiento y registro de las actividades de los camiones, dámperes, etc. que transitan por la explotación minera.
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Figura 7. Histórico diario de un equipo CAT de la explotación minera. Abril de 2018.

  • Estos equipos integrarán posiciones y eventos de carga y descarga en su trabajo diario, así como consumos, producción en m³, tiempo de carga, desplazamiento, tiempos de parada, etc.
    • Se almacenan, además, datos de tiempos totales y efectivos de trabajo, entendiendo por tal diferencia el tiempo en circulación y parada.

3. Plan de labores

Con BIGMonitor, la generación de la documentación preceptiva para la confección del Plan de Labores es prácticamente automática: planos de situación, perímetro, instalaciones, delimitación de las zona autorizada y explotada, superficie restaurada, plano topográfico de explotación, perfiles longitudinales y transversales, cubicación de desmontes y acopios, geometría de bermas, pendientes y áreas, etc.

Además, con BIGMonitor se obtienen funcionalidades adicionales que ofrecen una visión inigualable con la que realizar una gestión integral de explotaciones mineras a cielo abierto.

Se visualizan las evoluciones temporales por superposición, transparencia, o yuxtaposición; se generan realidades virtuales, navegar por ellas realizando mediciones instantáneas de todo tipo, verificaciones de avances respecto al Plan de Labores, adaptación del mismo a la realidad del aprovechamiento, etc., además de un amplio abanico de posibilidades personalizables.

Todo ello se puede llevar a cabo por cualquier técnico o agente interviniente, debidamente identificado y autorizado, aunque no disponga de conocimientos cartográficos ni informáticos avanzados; incluso por varios usuarios de forma simultánea, en cualquier momento, desde lugares diferentes.

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Figura 8. Extracción de información 3D de la explotación de la explotación minera.

4. Generación automática de información

Gracias a la capacidad GIS del Geoportal BIGMonitor y de su capacidad de explotación de bases de datos en remoto, la plataforma le permite arrancar tareas automáticas conforme se integra nueva información. De esta forma, se han desarrollado módulos en remoto capaces de calcular y actualizar la información previamente cargada según se incorpora a la base de datos.

El incorporar esta información temporal, la plataforma actualiza los datos anteriores, muestra la evolución de la explotación minera (Figura 9) y manda informes de actualización de los volúmenes movidos en la misma por correo electrónico a una lista de distribución, manteniendo así actualizados a los agentes implicados en la explotación.

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Figura 9. Comparativo automático de extracción de la explotación minera.

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Figura 10. Cálculos de actualización de los acopios de la explotación minera.

5. Conclusiones

A modo de corolario es obligado hacer una mención especial a la positiva repercusión económica que tiene la implantación del Geoportal BIGMONITOR en el circuito productivo y su valor añadido que esto produce en la gestión de la explotación. La inmediatez a la hora de tener la posibilidad y disponibilidad de un simple dato, o todavía más; una información compleja y elaborada, (por ejemplo un informe del volumen de material que se ha volado en un frente), cuando realmente se necesita, y que se pueda consultar desde cualquier dispositivo conectado a Internet, estés donde estés, permite a todo al equipo técnico y directivo que interviene el proceso de la toma de decisiones que ésta se realice de manera mucho más ágil y eficiente.

La incidencia que genera el Geoportal en la disminución de los costes directos son más que evidentes y probados. La información que más nos interesa del parque de maquinaria: cargas, distancia recorridas, consumos, tiempos de carga, averías, etc. se integra en BIGMONITOR en tiempo real, ordenándose en listados productivos, que además de poderse consultar desde cualquier dispositivo, pueden ser exportados a otros formatos editables, y por consiguiente, manipulables en función de la necesidad del usuario. Se puede prescindir de recursos tradicionales a pie de tajo para obtener información, y de recursos de oficina para poderla trasladar a un soporte informático. Se genera al mismo tiempo un ahorro considerable de papel, espacio de archivo y de errores posibles en la toma y manipulación de los datos.

El Geoportal es una herramienta transparente que proporciona documentación e información clara y concisa del estado de frentes, acopios, restauraciones, etc. La metodología que incorpora BIGMONITOR para el archivo de documentación está completamente abierta para ser compatible con las necesidades de cada Compañía, y está orientada a la trazabilidad, perfectamente conforme con cualquier normativa como puede ser ISO 9000, ISO 14001, OHSAS 18001, etc., facilitándose los procesos de auditoria y los reduciéndose los costes asociados a ellos.

BIGMONITOR es una herramienta capaz de gestionar información masiva incluso llevar en tiempo real el control de maquinaria, para cruzar los datos con el levantamiento realizado en campo, o con Drones, lo cual se facilita la generación de mo-delos predictivos para resolución de posibles problemas o mejora de la productividad.

El Geoportal facilita y simplifica la redacción del Plan de Labores. BIGMONITOR reduce el empleo de horas de campo y de oficina de topografía, es por tanto una herramienta muy útil durante toda la vida de la explotación minera.

La apertura a una interacción de múltiples tipologías y tecnologías de datos proporciona que BIGMONITOR sea una solución interactiva y activa al problema del BIG DATA Geoespacial. Tiene capacidad para compartir sin límites la información, los resultados y mostrar las conclusiones del proyecto vía WEB.

6. Bibliografía

Vídeo de BIGMonitor: https://youtu.be/rqsUlVyqGq8

Gestión de explotación mineras: https://youtu.be/4vxNTGBvcP0

Gasoducto Samaluca-Sasabe (México) GNF BIGM: https://youtu.be/kyxsDcwzmqU

Artículo: “Seguimiento de Grandes Obras con Drones” Revista Obras Urbanas número 60. https://www.obrasurbanas.es/bigmonitor-obras-drones/

Artículo Nº171: “Revista Rutas” BIM7 para infraestructuras. http://www.atc-piarc.com/rutas_historico.php?rID=202

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