Los escáneres láser, GPS y un sofisticado software se encuentran todos disponibles para la oficina de topografía de minas, los cuales complementan a los instrumentos más tradicionales. Equipo Minero informa algunos de los sistemas más populares del mercado.

“Una topografía inexacta no tiene valor, de hecho una topografía deficiente es a menudo peor que ninguna.” Palabras que fueron escritas por el ingeniero, educador y hombre de negocios norteamericano Lewis E. Young en 1904 en la introducción de su libro “A Study of Mine Surveying Methods and Their Applications to Mining Engineering” (Estudio de los Métodos de Topografía Minera y sus aplicaciones en la Ingeniería en Minas) son tan importantes hoy como lo fueron hace 110 años atrás.*

Las redes de Locata Corp. permiten a los rajos abiertos profundos mantener capacidades de posicionamiento preciso.

“Una de las cosas esenciales que aprecia un topógrafo es la precisión exigida de él/ella,” dijo Young, antes de agregar la siguiente observación, “Se pueden evitar muchos litigios si se realiza un buen levantamiento topográfico a una mina.”  

Actualmente, la oficina de topografía de mina está equipada con instrumentos y software que superarían con creces la imaginación de Young y sus contemporáneos. A menudo, los exclusivos planes de minado desarrollados maravillosamente en los siglos 19 y comienzos del 20, han sido reemplazados por documentos en pantalla impresos a láser y producidos en masa según la demanda. Y, por supuesto, un hermoso gráfico dibujado a mano no garantizaba una mayor exactitud: los planes de minado eran buenos sólo si la topografía original era buena, y podían llevar fácilmente a conclusiones erróneas, si el topógrafo se equivocaba.

Incluso ahora resuena el comentario de Young sobre la litigación, aunque por lo general desde la perspectiva de los asuntos de seguridad y salud en lugar de los reclamos, lo cual alude más adelante en el libro. Por ejemplo, en un reciente juicio por un homicidio involuntario ocurrido en el Reino Unido, relacionado con la muerte de cuatro trabajadores de una pequeña mina de carbón galesa después de una irrupción de agua, se escuchó el testimonio de los topógrafos que produjeron los planos del lugar en varias ocasiones, siendo una de las principales preguntas la relación espacial entre las actividades mineras actuales y antiguas.

La generación actual de los sistemas de topografía proporciona al topógrafo de minas los medios necesarios, tanto para producir planos de alta precisión como para manipular los datos de estudios para entregar representaciones 3-D de las operaciones y proyectos. Además, la disposición subterránea se ha simplificado mediante el uso de equipos láser de túnel “tunnel laser,” mientras que los sistemas de nivelación con láser han añadido un nuevo nivel de precisión a la excavación en superficie.

Durante los últimos 18 meses, Equipo Minero ha estudiado una serie de temas relacionados con la topografía y el mapeo, incluyendo el mapeo digital de minas (mayo/2013 junio, páginas 24-29) y los vehículos aéreos no tripulados, UAVs según sigla en inglés (septiembre/octubre del 2013, páginas 28- 29). Este informe reúne dichos artículos y algunos otros aspectos de la tecnología disponible para el topógrafo de minas del siglo 21.

Sensores Lidar de Leica
En el mes de junio, Leica Geosystems fue uno de los participantes en la conferencia empresarial HxGN Live en Las Vegas. Como parte del grupo sueco Hexagon, Leica Geosystems ofrece al sector minero tanto equipos de topografía de vanguardia como su sistema de gestión de flotas Jigsaw. El pasado mes de diciembre, la empresa anunció el lanzamiento de su sistema de posiciona- miento Jps Jigsaw, desarrollado en colaboración con Locata.

Entre las herramientas disponibles para la topografía subterránea, se incluye el sistema de monitoreo de cavidades robótico Leica montado sobre pluma, el cual puede proporcionar datos topográficos de ambientes tales como realces (o bancos) abiertos. Operado a control remoto desde un lugar seguro, los datos se recopilan y transmiten de forma inalámbrica.

Para el procesamiento de datos, fieldPro de Leica proporciona una interfaz para combinar el software AutoCAD con las estaciones totales de Leica, lo cual permite al topógrafo trabajar directamente en diseños de mina 3-D, mientras superpone los datos de medición. El sistema incluye las funciones de distribución y marcado específicas de la mina para la topografía subterránea, y permite características como la visualización de over-break y under-break (sobre o sub excavación).

Los sensores aerotransportados Leica se pueden relacionar con productos de otra empresa Hexagon, Z/I Imaging (anteriormente Zeiss), la cual tiene 80 años de experiencia en la producción de sistemas para la fotogrametría aérea. Los instrumentos Lidar aerotransportados (Lidar=Light Detection and Ranging) de Leica, también pueden producir modelos de elevación digitales de alta definición de tierra desnuda, los cuales pueden ser utilizados para aplicaciones tan diversas como identificar objetivos de exploración bajo una espesa vegetación y monitorear hundimientos inducidos por las minas.

La empresa citó el ejemplo de una empresa de Columbia Británica, en Canadá, que se especializa en el monitoreo de hundimientos utilizando su escáner ALS-70 Lidar que, según dijo, tiene una precisión vertical de 100 mm (4 pulg.) y es uno de los pocos escáneres láser aerotransportados con la capacidad de potencia y multipulsos necesaria para las aplicaciones mineras.

Locata: Redes de Posicionamiento Local
El CEO Nunzio Gambale dijo a Equipo Minero que la empresa Locata Corp. de Australia ha inventado una nueva tecnología que crea redes de posicionamiento terrestre locales. Éste proporciona capacidad de posicionamiento, navegación y temporización (PNT) estilo GPS de alta precisión, el cual es completamente independiente de las señales satelitales, dijo.

No tan sólo entrega servicios tipo GPS extremadamente precisos y confiables, sino que simultáneamente soluciona muchas deficiencias de PNT en base a satélites, agregó Gambale, incluyendo la capacidad de llegar a las áreas donde el GPS se degrada o deniega.

La minería a rajo abierto ha sido una de las primeras en adoptar entusiastamente Locata, dijo. Con equipos de perforación que necesitan una precisión mayor que 100 mm (4 pulg.) para lograr una automatización de perforación eficaz y controlada, las minas han intentado utilizar receptores GPS utilizando técnicas de topografía de grado estándar. Sin embargo, este método pierde eficacia a medida que aumenta la profundidad del rajo, ya que los receptores sólo con satélites no pueden calcular la posición exacta cuando hay muy pocos satélites disponibles.

Para solucionar este problema, Leica Geosystems ha desarrollado los primeros receptores GPS+Locata para su uso en minas a rajo abierto, realizando un seguimiento a las señales del GPS y Locata simultáneamente. Esto proporciona el posicionamiento de máquinas a nivel de centímetros, incluso cuando RTK (cinemática en tiempo real)-GPS falla completamente, indicó Gambale.

Locata informó que la mina de oro Boddington de Newmont, ubicada en el Oeste de Australia, fue la primera instalación en el mundo en implementar una red Jps habilitada vía Locata. Con una disponibilidad de posicionamiento de nivel RTK-GPS de casi un 100% sin depender únicamente de las señales de los satélites, el Jps vía Locata ha cambiado radicalmente la forma en que la mina opera su sistema de automatización de máquinas de la flota. Incluso, durante una reciente e importante parada de satélites, la cual alteró totalmente las estaciones base

RTK e impidió la accesibilidad del GPS de grado topográfico, Locata continuó enviando el posicionamiento a nivel de centímetros en el rajo. La empresa citó al gerente de flota Boddington cuando declaró públicamente que “no había forma de que lo hiciéramos.”

Operación de una estación total DS de Topcon con una sola persona. 
Operación de una estación total DS de Topcon con una sola persona.

Estaciones Totales de Topcon
Aunque gran parte del enfoque se centra comprensiblemente en cosas a mayor escala, sigue habiendo una necesidad real por los equipos de topografía “tradicionales” que se pueden utilizar para la topografía específica al sitio y subterránea. La mayoría de los fabricantes de equipos de topografía a nivel mundial incluyen este tipo de instrumentos en su cartera de productos, aunque bastante más sofisticados tecnológicamente que los teodolitos y niveles que Young estaba familiarizado a principios de los 1900s.

Por ejemplo, los sistemas de posicionamiento Topcon ofrecen su serie DS de estaciones totales compactas de auto-rastreo, diseñada para la operación de tareas tales como la topografía y replanteo de volumen con un solo hombre. DS incluye un sistema de medición de distancias electrónico con un rango de hasta 1.000 m (3.280 pies), mientras que el operador puede controlar el instrumento a distancia desde la barra o pértiga porta-prisma, a una distancia de hasta 300 m. El rastreo automático con prisma también está disponible como opción.

Tal vez diseñado con la minería y exploración en mente, la cubierta impermeable IP65 del instrumento ayuda a excluir el polvo y la lluvia torrencial, mientras que el instrumento en sí se puede utilizar a temperaturas de -20°C a 50°C.

La seguridad también está incorporada en la serie DS, agregó Topcon, con su módulo de comunicaciones integradas TSshield incluyendo una función que permite desactivar un instrumento a distancia, si este se pierde o es robado. El manejo y manipulación de datos se realiza mediante el software Magnet de Topcon tanto en la oficina de campo como de topografía, con la descarga de datos a través de un puerto USB.

Un escáner láser Reigl en uso en la mina Geita de AngloGold Ashanti en Tanzania. (Fotografía cortesía de 3D Laser Mapping).
Un escáner láser Reigl en uso en la mina Geita de AngloGold Ashanti en Tanzania. (Fotografía cortesía de 3D Laser Mapping).

Riegl: Escáneres Láser
El fabricante de equipos de topografía austriaco, Riegl, utilizó la última MINExpo en Las Vegas para el lanzamiento de su escáner láser VZ-6000. Diseñado para aplicaciones de ultra largo alcance en topografía y explotación minera, el VZ-6000 tiene una capacidad de medición de más de 6.000 m en aplicaciones estáticas, por lo que resulta adecuado para el mapeo y monitoreo en rajos abiertos, indicó la empresa.

El instrumento se unió al modelo VZ-4000, el cual está equipado con un láser seguro para los ojos, puede realizar hasta 222.000 mediciones por segundo, con un alcance máximo de 4.000 metros. Ambos modelos están diseñados para trabajar con los paquetes de software RiMining y RiMonitor de Riegl, utilizados para monitorear las paredes del rajo en busca de signos de inestabilidad potencial.

RiMining es un paquete de software para el registro y procesamiento de datos simplificado y optimizado en la minería a rajo abierto. Riegl dijo que las aplicaciones principales incluyen la topografía en rajos abiertos, canteras y vertederos, el monitoreo de zonas excavadas y llenadas y la realización de cálculos masivos, así como la extracción de datos de entrada para la modelación de sitios. RiMining acelera la topografía de campo, añadió la empresa, proporcionando la automatización del flujo de trabajo y el registro automático de datos. Los datos de campo del escáner láser VZ-Line se pueden importar y registrar sin ningún objetivo, reduciendo así los tiempos empleados en la topografía en el sitio.

El proveedor del sistema de escaneo en el Reino Unido, mapeo láser 3D, dijo a Equipo Minero que sus sistemas, que trabajan ahora en la mina Mogalakwena de Anglo Platinum en Sudáfrica y la mina Geita de AngloGold Ashanti en Tanzania, utilizan los escáneres láser Riegl VZ-4000 y VZ-1000, respectivamente, para la adquisición de datos. Los datos se procesan en el software SiteMonitor para realizar estudios topográficos de estabilidad de galerías.

El escáner láser portátil ZEB1 produce imágenes 3-D de los datos recopilados a la velocidad normal de una caminata.
El escáner láser portátil ZEB1 produce imágenes 3-D de los datos recopilados a la velocidad normal de una caminata.

Mapeo Móvil con Zebedee
3D Laser Mapping adquirió recientemente los derechos para comercializar un escáner Lidar móvil, desarrollado por la organización de investigación australiana, CSIRO. Actualmente comercializado como ZEB1, y apodado Zebedee por el personaje del programa de televisión infantil The Magic Roundabout franco-británico, el instrumento portátil ofrece una serie de beneficios en lo que se refiere a la topografía de acopios, construcciones o excavaciones, indicó la empresa.

Estos incluyen su capacidad para escanear grandes áreas rápidamente, a la velocidad normal de una caminata, recopilar nubes de punto 3-D en zonas sin cobertura GPS, su baja necesidad de capacitación, procesamiento de datos automatizado y el hecho de que la unidad es liviana, de sólo 700 g.

El ZEB1 utiliza la tecnología robótica llamada Simultaneous Localization and Mapping (SLAM (localización y mapeo simultáneos). El sistema incluye un escáner láser liviano montado en un simple mecanismo de resorte, el cual escanea continuamente a medida que el operador camina por el entorno. Debido a que el escáner oscila holgadamente alrededor del resorte, éste produce una rotación que convierte las mediciones del láser 2-D en campos de visión 3-D.

La empresa citó un ejemplo del uso del ZEB1 para realizar una topografía a un acopio cubierto en una mina en Chile, comparando su rendimiento con el escaneo láser terrestre tradicional. Se encontró que la captura de datos con el ZEB1 era alrededor de cinco veces más rápida, mientras que con el procesamiento automático de datos a través del servidor seguro de mapeo con láser 3D, se tardaron menos de cinco minutos, informó la empresa.  También se encontró que la precisión de los datos y definiciones estaban bien dentro de los rangos especificados.

Medición de Vacíos sin Intervención
La topografía de vacíos, como las bancadas o realces abiertos, minas abandonadas o piques de traspaso, es probablemente el trabajo más peligroso en el manual del topógrafo de minas. Ahora integrado al grupo Renishaw, Measurement Devices Ltd. (MDL), con base en el Reino Unido, ofrece una solución con su C-ALS (sistema de auto-escaneo láser de cavidades).

Renishaw afirma que C-ALS puede proporcionar los datos necesarios para planificar los proyectos y diseñar soluciones de ingeniería en situaciones donde los huecos y cavidades harían que el trabajo fuese peligroso o indeseable, si no fuese así. Se compone de una sonda de 50 mm de diámetro que va montada sobre un sistema de varillas livianas de 1 m de largo con bisagra, el cual se pueden ampliar hasta 200 m. El instrumento también puede ser implementado por un vehículo a control remoto o por una pluma.  

Los sensores incorporados aseguran que el C-ALS pueda rastrear un pozo de sondeo y que el escaneo sea geo-referenciado automáticamente para adaptarse a los datos existentes 3-D de la mina. Una vez en el vacío, un simple clic del operador hace que el cabezal de escaneo láser gire en torno a dos ejes, midiendo la forma 3-D del vacío, con una cobertura total de 360° y un alcance de hasta 150 m.

Un ejemplo provisto por Renishaw describe el uso de C-ALS para monitorear la explotación de una cantera de piedra caliza, subterránea y abandonada en la ciudad inglesa de Bath. Con un proyecto de $250 millones en curso para estabilizar los trabajos de explotación, los cuales se encuentran por debajo de las zonas construidas, C-ALS ha sido utilizado para estudiar el alcance de los vacíos y establecer el volumen del relleno de hormigón celular o espumado. El sistema también ha sido capaz de identificar lugares adicionales a perforar y para crear un amplio registro digital del trabajo. Renishaw indicó que el costo del sistema se pagó en tan sólo cuatro meses.

Acelerando el Levantamiento Topográfico de Pozos
El sistema de inspección y monitoreo automatizado de pozos MS3, desarrollado por la empresa canadiense Sight Power Inc., ofrece una nueva forma de inspeccionar y estudiar los pozos que tiene mucho menos impacto en las operaciones que los métodos tradicionales. El gerente de desarrollo de negocios de la empresa, Dimitry Reznichenko, dijo a Equipo Minero que el sistema está destinado a la inspección regular, y en la mayoría de los casos semanal.  

“Tal como está,” dijo, “el MS3 no está disponible como un sistema comercial, sino que consiste en un hardware y software establecidos y adaptados a las necesidades del cliente y medio ambiente. Debido a esto, nos hemos asociado con la empresa alemana DMT para proporcionar una solución más rentable y más universal para la inspección y/o monitoreo de pozos ad-hoc,” añadió.

Los sistemas implican el uso de un sistema de escaneo láser con base Lidar, junto con otros sensores, que se montan en una jaula en un pozo en funcionamiento, o se suspenden mediante cables donde hay pozos antiguos o rara vez utilizados que necesitan de un levantamiento topográfico. Para un pozo de 1.500 m de profundidad, el levantamiento topográfico se demoraría normalmente menos de un turno, con datos de nubes de puntos recopilados y luego procesados en el software Shaft Inspector para producir imágenes 3-D precisas del pozo y toda su infraestructura. En lugares donde los levantamientos topográficos se realizan en un período de tiempo, los cambios en la condición de la estructura de los pozos o los rangos de servicio pueden ser identificados con precisión.

Sight Power declaró que desde que sus sistemas están en funcionamiento, estos han permitido realizar levantamientos topográficos de pozos mucho más rápido y más rentable que en el pasado, proporcionando al personal de ingeniería información clara que sirva de base para tomar sus decisiones de mantenimiento antes que algún problema se torne crítico.

Solución de Imagen Aérea
Trimble describe su UX5 Aerial Imaging Solution como un sistema completo no tripulado para la obtención de imágenes, diseñado específicamente para los topógrafos y profesionales del área geoespacial. El UX5, vehículo aéreo de ala fija con un peso de 2,5 kg y una envergadura de 1 m, no es un UAV (vehículo aéreo no tripulado, según sigla en inglés) a control remoto, pero está pre-programado, utilizando puntos de ruta (waypoints) durante el vuelo.

Éste es utilizado para realizar estudios topográficos y cartográficos, planificación e inspección de sitios, monitoreo del avance de obras, cálculos de volumen y análisis post eventos y tiene un alcance de 60 km y un techo de vuelo de 5.000 m. Los operadores utilizan la aplicación Access Aerial Imaging de Trimble desde un tablet para la planificación de los vuelos, controles previos al vuelo y monitoreo de vuelos. En el campo, el operador es guiado a través de las secuencias previa y posterior al vuelo con listas de comprobación paso a paso digitales.

La empresa señaló que el UX5 ofrece una óptima calidad de imagen junto con una máxima precisión fotogramétrica. Tiene un gran sensor de imagen que capta imágenes muy nítidas y de colores intensos, con una cámara y componentes ópticos personalizados para la captura de datos con una resolución de hasta 24 mm. Los operadores pueden generar mapas de características, contornos topográficos, modelos de superficies 3-D y ortofotos a partir de un solo vuelo, mientras que los datos obtenidos se transforman en modelos digitales de superficie (DSMs), modelos digitales de terreno (DTMs) y ortomosaicos perfectos.

Trimble le contó a Equipo Minero que también está enfocado en la extensión del valor y uso de la tecnología topográfica en aplicaciones mineras. Por ejemplo, la Estación Total S8 está en el corazón del Control 4D de Trimble, un sistema de monitoreo de estabilidad de taludes automatizado en tiempo real. El S8 puede medir hasta 2.500 m con una precisión superior a 1 mm de distancia y 1 arco-segundo.

La precisión angular de la estación total, combinada con una red de sensores GNSS y prismas, es adecuada para la detección de fallas por derrumbes y desmoronamientos de un talud alto, agregó Trimble.

Modelación de un acopio en el rajo utilizando imágenes satelitales y el servicio mineRECON de Sandpit Innovation. (Fotografía cortesía de Sandpit Innovations) 
Modelación de un acopio en el rajo utilizando imágenes satelitales y el servicio mineRECON de Sandpit Innovation. (Fotografía cortesía de Sandpit Innovations)

Un Mundo más Allá de los UAVs
De acuerdo con la empresa australiana, Sandpit Innovation, el sector de la minería actualmente utiliza una combinación de levantamientos topográficos de suelo y vuelos aéreos, con el uso de los aviones teledirigidos comenzando a emerger, para determinar los volúmenes de acopios mensualmente o más frecuentemente. Sandpit se ha asociado con Lockheed Martin para desarrollar un avanzado servicio de conciliación llamado mineRECON, que utiliza imágenes satelitales para medir acopios y proporcionar informes rápidos del volumen de los acopios. El servicio de suscripción aprovecha estas imágenes en base al espacio y la capacidad de análisis avanzado para realizar conciliaciones de material de manera precisa durante todas las operaciones mineras complejas, dijo Sandpit, señalando que mineRECON dispone de las herramientas y las técnicas que se utilizan actualmente en las aplicaciones de defensa para procesar automáticamente diversos tipos de imágenes satelitales y producir informes de conciliación rápidos.  

Si bien la aplicación de imágenes satelitales es nueva en la industria minera, la tecnología está bien probada, es de bajo riesgo y continúa evolucionando rápidamente. Actualmente, nueve satélites comerciales envían imágenes de alta resolución de vuelta a la tierra. Para finales del 2015, se calcula que esa cantidad excederá de 40 y para el 2017 llegará a más de 75. Sandpit proporciona informes de conciliación totalmente personalizados, incluyendo informes de volumen en función de las necesidades operacionales, mapeo de detección de cambios y filtración, y modelación 3-D, así como los datos de modelación digital de elevación (DEM).

Las imágenes satelitales son recopiladas en menos de 10 minutos, sin ninguna interacción desde el sitio. No es intrusivo y elimina todos los riesgos de salud, seguridad y medio ambiente, reveló la empresa. Por lo tanto, las técnicas de procesamiento avanzadas permiten extraer datos de elevación precisos y repetibles, junto con la detección de cambios y filtración de imágenes, para producir cálculos de volumen de alta calidad. Otras ventajas incluyen la capacidad del sistema para capturar varios sitios de una mina en una sola imagen y reducir aún más los costos de los métodos de topografía aérea actuales, indicó Sandpit.

* Aunque el libro A Study of Mine Surveying Methods and Their Applications to Mining Engineering se agotó hace tiempo, éste se puede bajar de www.forgottenbooks.org.

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