Comunicación mina-superficie, el factor crucial en los accidentes mineros

Por Rafael Torres M. M.Sc. UCLA Analista Biblioteca del Congreso Nacional, Chile.

Cápsula Fénix II...

Los accidentes en faenas subterráneas frecuentemente significan el corte de las líneas de comunicación forzando en ocasiones a los rescatistas a hacer arriesgadas suposiciones. Considerando que las comunicaciones son determinantes para las operaciones de rescate, Estados Unidos de Norteamérica[1] y Australia[2] han incorporado en la legislación regulatoria de la minería la obligación de proveer sistemas de comunicación inalámbrica mina-superficie. La condición inalámbrica no es casual, pues en los accidentes mineros subterráneos es común que las líneas físicas de comunicación se corten y la comunicación se interrumpa. Consecuentemente, los citados países han desarrollado diversas implementaciones para enfrentar el problema. En Chile el tema es abordado de manera general e inespecífica en el Reglamento de Seguridad Minera, aprobado por Decreto Nº 132 del Ministerio de Minería, en vigencia desde el 7 de febrero de 2004. El Proyecto de Ley sobre Seguridad y Legislación Minera, correspondiente al Boletín Nº 7848-08, originado en Mensaje Nº 134-359, rechazado por la Cámara de Diputados en septiembre de 2012 (Oficio Nº 10374), no proponía nuevos aportes sobre el tema.

 

I. Introducción

Las minas subterráneas constituyen ambientes particularmente complejos en lo que a comunicaciones se refiere. Agrega grados de complejidad la intrincada topología estratificada de túneles, piques y niveles de profundidad. Son determinantes también el tipo de faena; la composición físico-química de los estratos donde se realiza la extracción de los minerales, y –finalmente- es importante la capacidad de conducción de ondas electromagnéticas y magnéticas del terreno. En el caso de accidentes que involucran derrumbes, explosiones o inundaciones, se pueden producir drásticos e inesperados cambios topológicos y estructurales  de la mina y severos daños a los sistemas de comunicación rutinarios, dejando no sólo mineros atrapados sino además, incomunicados con la superficie. Para enfrentar estas emergencias se han creado sistemas inalámbricos de comunicación mina-superficie, siendo éste un campo tecnológico en pleno desarrollo.

 

II. La problemática

Las minas constituyen un ambiente único para las ondas de radio, porque éstas requieren un camino libre de obstáculos o aire libre para propagarse. Obstáculos, esquinas o derrumbes dificultan o impiden la propagación de señales. También, el aire ionizado que se produce durante los incendios puede ser un problema[3][4]. En general, las ondas de frecuencias bajas (unos pocos kilohertz) –sean mecánicas o electromagnéticas- pueden “doblar esquinas” y propagarse a través del suelo, aunque dependiendo de la composición de éste[5]. Las bajas frecuencias, sin embargo, no son las más adecuadas para portar información[6] y son muy susceptibles a interferencia por “ruido electromagnético” [7] provocado ya sea por electricidad estática, por descargas eléctricas atmosféricas como rayos y relámpagos o por las propiedades piezoeléctricas[8] de los materiales presentes en el terreno donde se sitúa la mina.

 

III. La mina San José

El accidente de la mina San José, que dio origen a la “épica de los 33” constituye un caso en que concurrieron varios de los factores agravantes antes mencionados. El jueves 5 de agosto de 2015, un par de horas después de mediodía, se produjo un derrumbe, un bloque de aproximadamente 700.000 toneladas se desprendió y un grupo de trabajadores quedaron aislados a 700 metros de profundidad. Ningún sistema alambrado de comunicaciones podría haber resistido los efectos del gigantesco bloque y las ondas de radio solo penetraban unos pocos metros en el subsuelo antes de ser absorbidas, así como tampoco sonidos ni señal alguna que diera algún indicio de la suerte que habían corrido. Ni siquiera era posible saber si alguien estaba vivo. Sencillamente no había comunicación.

Recién, 17 días más tarde -10 días después de la primera perforación de sondaje- pegada a los martillos de la perforadora Schramm T-685 de Terraservice emergió el profusamente divulgado y célebre mensaje de los mineros, comunicando que estaban vivos y bien en su refugio.

El resto de la historia es bien conocido, pero más increíble que la hazaña misma del rescate, es la suerte que corrió el aprendizaje más importante que ofreció la épica de los mineros: fue totalmente ignorado, completamente inadvertido. A tal extremo que en los múltiples documentos emanados de comisiones, estudios y análisis, la importancia esencial de la comunicación superficie-mina ha sido totalmente ignorada. Aún en el Proyecto de  Ley de Seguridad Minera, enviado vía mensaje por la administración anterior, la palabra comunicación no aparece en la totalidad del texto.

La importancia de la comunicación mina-superficie es evidente: diez días haciendo sondajes guiados por suposiciones plausibles; una vez establecida la comunicación se pudo proceder a la realización de las acciones necesarias –guiadas por la información continua proporcionada por los mineros atrapados- para proceder a su rescate. De una situación con un considerable factor aleatorio, se pudo pasar a una situación controlada, gracias al establecimiento de una vía de retroalimentación mina-superficie. 

 

El tema es suficientemente importante para que Australia y EE.UU. -dos países de larga y significativa tradición minera- lo hayan incorporado a sus respectivas legislaciones. Este documento pretende hacer un aporte al respecto.

 
IV. Legislación extranjera


Australia

En Australia, el Código de Práctica para Respuesta a Emergencias en Minas Australianas[9], especifica que el operador de la mina debe proveer telecomunicación efectiva bidireccional[10] entre la superficie y el interior de la mina.

 

Estados Unidos de Norteamérica (EE.UU.)

Por su parte, el año 2006, el Congreso de Estados Unidos de Norteamérica -en respuesta a las pérdidas de vida asociadas a los frecuentes accidentes en minas de carbón (desde 1909 hasta 2010 han muerto alrededor de 1.400 mineros en accidentes)[11]- aprobó el “Mine Improvement and New Emergency Response Act – MINER Act” (Acta de Mejoramiento de las Minas y Nueva Respuesta a Emergencias), que estableció un mandato para que las minas subterráneas de carbón -particularmente susceptibles a explosiones y derrumbes- establecieran planes de emergencia que incluyeran sistemas electrónicos inalámbricos bidireccionales de comunicaciones en un marco temporal de tres años. Desde entonces, se han desarrollado sistemas que satisfacen los estándares exigidos por la Mine Safety and Health Administration (MSHA )[12].

 

Chile

En nuestro país, el tema de las comunicaciones para situaciones de emergencia se aborda en el Reglamento de Seguridad Minera, Decreto Nº 132 del Ministerio de Minería, promulgado el 30 de diciembre de 2002 y en vigencia desde el 7 de febrero de 2004[13]. 

En su Artículo 75 establece que: “En las faenas mineras, se deberán establecer procedimientos de emergencia y rescate que a lo menos comprendan alarmas, evacuación, salvamento con medios propios o ajenos, medios de comunicación y elementos necesarios para enfrentar dichas emergencias”. “En las minas subterráneas se deberá organizar y mantener Brigadas de Rescate Minero, cuyos componentes deben ser seleccionados, instruidos y perfectamente dotados de los equipos necesarios que les permitan desarrollar las operaciones de rescate y Primeros Auxilios”. “Esta organización de emergencia podrá hacerse mediante convenios entre varias empresas mineras de localización cercana, como un medio de Brigada de Rescate Minero Zonal”.

Es evidente que, no hay mención explícita a los sistemas de comunicación mina-superficie, sólo una mención genérica a “…medios de comunicación…

El Artículo 79 por su parte, establece que: “En toda mina en explotación deberán existir, a lo menos, dos labores principales de comunicación con la superficie, ya sean piques, chiflones o socavones, de manera que la interrupción de una de ellas no afecte el tránsito expedito por la otra”. Este artículo no se refiere a sistemas de comunicación con la superficie sino a vías de tránsito de personal y objetos.

El Artículo 100 se refiere específicamente a refugios que aseguren la supervivencia en caso de emergencias que fuercen al personal a permanecer por un período mínimo de 48 horas en el interior de la mina, aunque no especifica el número de personas por refugio. En el numeral (e), especifica “Equipos de comunicación con la superficie o áreas contiguas”. Este numeral es el único que se refiere específicamente a las comunicaciones mina-superficie y no contiene especificación técnica alguna, lo que –en la práctica- significa que todas las decisiones al respecto son dejadas al arbitrio de quienes poseen/administran la faena minera.

Finalmente, en el artículo 428 se establece que: en relación con los cables de comunicación “deben tenderse lo suficientemente alejados de los cables de fuerza o alta tensión, de acuerdo al reglamento de cruces y paralelismos de la Superintendencia de Electricidad y Combustible, aprobado por Resolución No 692 de 24 de septiembre de 1971, publicado en el Diario Oficial de 24 de septiembre de 1971” y que “La instalación de cables para los sistemas de comunicación o tendidos de otra naturaleza, deberán diseñarse e instalarse de tal forma que no exista posibilidad alguna de que estos entren en contacto con cables eléctricos energizados o que puedan recibir algún tipo de inducción de corriente”. Es decir, en este artículo se refiere a sistemas alambrados de comunicación rutinaria. 

De lo expuesto hasta ahora, es evidente que falta una legislación que explicite la necesidad de contar con medios de comunicación inalámbrica, bidireccional mina-superficie que garanticen su integridad a través de las situaciones de emergencias a las que está expuesta la actividad minera.

 

V. Sistemas de comunicación

 

Según Schiffbauer et al[14], un sistema de comunicación “Through-the-Earth (TTE)" -(A través del suelo)- brinda las mejores oportunidades para comunicarse con los mineros, ya que ofrece la mayor inmunidad a derrumbes, incendios y explosiones. 

En la actualidad, existen varios tipos de sistemas y tecnologías que se detallan a continuación: 

a. Flexalert – Mine Radio Systems - Canadá

Flexalert es un sistema unidireccional de emergencia para evacuaciones. Emplea un campo electromagnético de baja frecuencia para transmitir información a los mineros que llevan un receptor especial en la lámpara de sus cascos. Es un sistema TTE unidireccional que emplea una antena de tamaño entre 10 y 120 metros que se instala en un lugar cuidadosamente escogido en el terreno sobre la mina. Cuando el sistema emite una señal de evacuación, la lámpara del casco comienza a titilar y también se enciende un LED[15] auxiliar[16].

 

b. PED – Mine Site Technologies –  Australia

"Personal Emergency Device(PED)" -(Dispositivo Personal de Emergencia)- es un sistema TTE de transmisión inalámbrico superficie-mina unidireccional que permite la transmisión de mensajes de texto. La comunicación en sentido inverso está provista por un conductor radiante (es decir, un cable/antena denominado Leaky Feeder), sin embargo siempre existen varias maneras en que un accidente pueda inhabilitarlo[17], basta con que el conductor sea cortado para terminar con las comunicaciones desde el punto de ruptura al extremo distal.

Este sistema opera con una frecuencia de 1000 Hz. (una frecuencia muy baja) y transmite mensajes digitales a los mineros. Permite discriminar destinatarios: individuos, grupos o todo el personal bajo la superficie. En la actualidad existen 17 sistemas PED instalados en minas de carbón en Estados Unidos de Norteamérica y uno en una mina de material metálico/no-metálico[18] . La primera evacuación exitosa atribuida a este sistema ocurrió durante un incendio en la mina Willow Creek en Helper, Utah Estados Unidos de Norteamérica el 25 de noviembre de 1998[19].

 

c. Telemag-Transtek - Estados Unidos de Norteamérica

Éste es un sistema inalámbrico bidireccional mina-superficie de transmisión de voz y datos, opera con una frecuencia de 4 kHz y es un sistema fijo estación-estación. Las antenas subterráneas y de superficie son bucles conductores de 28,3 metros de diámetro. Se ha probado hasta profundidades de 91 metros en una mina-laboratorio de Lake Lynn del NIOSH[20].

 

d. Magne-Link Communications System

Es un sistema energizado por corriente de la red o por baterías, que hace circular corriente por un conductor enrollado sobre un núcleo cilíndrico metálico[21], creando un campo magnético de baja frecuencia y baja energía que se extiende por cientos de metros. Este campo –al igual que las ondas electromagnéticas de radio- puede transportar información de audio y datos, pero a diferencia de aquellas, puede pasar fácilmente, con poca pérdida de energía, a través de roca, barro y materiales conductores de electricidad, penetrando fácilmente el suelo. En el otro extremo del sistema, un conductor de cerca de cien metros de longitud, enrollado sobre un pilar de la mina por ejemplo, constituye la antena receptora/emisora en el interior de la mina[22], que completa un sistema de comunicación bidireccional de comunicación inalámbrica mina-superficie, dotado de sistemas digitales de filtrado de ruidos para “limpiar” la información en tránsito[23].

 

e. L-3 ACCOLADE Wireless Mesh Communications System

Accolade no es, en propiedad, un sistema TTE, sino es un sistema de comunicación de alta complejidad topológica y tecnológica. Está constituido por un denso tramado de redes de comunicación alambrada e inalámbrica que combina formatos digitales y analógicos, múltiples nodos y circuitos redundantes, software homeostático[24] de comunicación y cobertura variable, desde comunicación individual hasta comunicación a todo el personal. También incorpora sistemas de Dispositivo de Identificación por Radio Frecuencia (RFID)[25] de identificación y posicionamiento de personas, así como capacidades para gestión de las actividades productivas[26].

 

Con todo, depende críticamente de los cableados que en casos extremos podrían ser rotos, perdiéndose todas las funcionalidades del sistema o quedando severamente disminuidas.  Dadas las profundidades que alcanzan algunas minas en Chile, y la casi segura disrupción de cualquier sistema basado en conductores materiales, el sistema más adecuado –según las propiedades físicas de los elementos involucrados- parece ser un sistema inalámbrico basado en un sistema de señales de gran penetración en la tierra, es decir, ondas magnéticas. El sistema de Magne-Link Communications presentado en este artículo a título referencial, tiene la ventaja de ser transportable y su gran debilidad -el tamaño de su antena receptora- puede ser evitada con modernas tecnologías de diseño y construcción de antenas disponibles. 

 

 

 



[1] United States Public Laws. Mine Improvement and New Emergency Response Act of 2006 (Miner Act). Disponible en: http://arlweb.msha.gov/MinerAct/MinerActSingleSource.asp 

[2] Code of Practice Emergency Response at Australian Mines (Draft). Disponible en: http://goo.gl/Cbwmfl  

[3] "Coal Mine Communications“. Disponible en: http://www.wvminesafety.org/PDFs/Additional%20Information%20Table/Coal_Mine_Communications.pdf

[4] El aire ionizado adquiere propiedades conductoras de la electricidad, que pueden cortocircuitar la señal a tierra. [N. del A.]

[5] Ibid.

[6] Si la frecuencia de la información contenida en una onda portadora es mayor que la mitad de la frecuencia de ésta, entonces se produce un fenómeno llamado “alliasing” que puede deformar completamente la información transmitida (del Teorema Fundamental del Muestreo). [N. del A.]

[7] Se llama “ruido electromagnético” a ondas electromagnéticas que portan información aleatoria en la misma frecuencia que se está sintonizando un flujo de información significativa, dificultando la recepción del mensaje.

[8] “NanoDays”. Disponible en: http://www.nisenet.org/sites/default/files/catalog/uploads/spanish/12194/electricsqueeze_images_13nov13_sp.pdf

[9] Op.Cit. Code of Practice Emergency Response at Australian Mines.

[10] Comunicación a distancia (telecomunicación) en que ambos interlocutores puedan emitir y recibir (bidireccional) sin pérdida de señal (efectiva).

[11]Mine Accidents in the United States” CNN US. Disponible en: http://edition.cnn.com/2010/US/04/06/mine.accidents.timeline/index.html?_s=PM:US

[12]Through-the-Earth, Post-Accident Communications—an Emerging Technology”. NIOSH Technology News. Disponible en: http://www.cdc.gov/niosh/mining/UserFiles/Works/pdfs/2013-105.pdf

[13] CHILE. MINISTERIO DE MINERIA. Decreto Nº 132, que Aprueba Reglamento de Seguridad Minera (Fecha Promulgación: 30-DIC-2002 - Fecha Publicación: 07-FEB-2004).   Versión: Texto original. Disponible en: https://www.leychile.cl/Navegar?idNorma=221064&tipoVersion=0 o http://bcn.cl/1uwpp y última Versión (De: 14-06-2013). Disponible en: https://www.leychile.cl/Navegar?idNorma=221064&idVersion=2013-06-14 o http://bcn.cl/1uwpp

[14] Op.Cit.Through-the-Earth and other types of communication systems for underground coal miners for disaster and normal operation”.

[15] Light Emitting Diode (Diodo Emisor de Luz).

[16] Op.Cit.Through-the-Earth and other types of communication systems for underground coal miners for disaster and normal operation”.

[17] Ibid.

[18] Ibid.

[19]Forty-six miners escaped that fire unharmed and safety officials credited a system that used pagers to alert miners of the danger.” (Cuarenta y seis mineros escaparon ilesos del fuego y los encargados lo atribuyen al sistema de alerta que advirtió a los mineros del peligro). Véase la nota de prensa: 2 Die, 12 Hurt in Utah Coal Mine Fire Explosion” (Los Angeles Times - August 02, 2000 | From Associated Press). Disponible en: http://articles.latimes.com/2000/aug/02/news/mn-63074

[20] Op.Cit. Through-the-Earth and other types of communication systems for underground coal miners for disaster and normal operation”.

[21] En el fondo, un simple electroimán.

[22]Tapping Tesla to Save Trapped Miners”. Science Now. Disponible en: http://news.sciencemag.org/2010/08/tapping-tesla-save-trapped-miners

[23]And, the winner is...MagneLink”. Disponible en: http://lockheedmartin.com/us/mst/features/120925-and-the-winner-is-magnelink.html

[24] Capaz de mantener un cierto estado, redirigiendo las comunicaciones a través de distintas rutas en caso que algunas de ellas sean inutilizadas.

[25] RFID: Radio Frequency Identification Device (Dispositivo de Identificación por Radio Frecuencia). El uso más común para los RFID en nuestro país, es como dispositivo de seguridad que –si no es desactivado- activa las alarmas de los portales de seguridad en tiendas y supermercados. [N. del A.]

[26] L-3 ACCOLADE. Disponible en: http://redrivergroup.com/assets/project_primary/accolade%20wireless%20mesh%20overview.pdf 

 

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