A parte de las ventajas en la velocidad de recolección de datos y el análisis proporcionado por la tecnología digital , quizá su mayor beneficio es este: aún cuando los proyectos mineros se han vuelto más complejos, las herramientas necesarias para mapearlos se están volviendo más fáciles de usar

Por Russell A. Carter, Editor General

Para la mayoría de la gente, la ‘minería’ probablemente no sería la primera elección para relacionar con la palabra ‘digital’ en una prueba de asociación de palabras. Incluso para un ingeniero en minas o un técnico topógrafo que trabaja sobre un banco activo en una enorme mina a rajo abierto, rodeada de ruido, polvo, vibración y posiblemente soportando calor o frío extremo, el ámbito digital puede parecer muy lejano.

Pero está claro que la tecnología del diseño, planificación, y mapeo de minas a cielo abierto rápidamente se está volviendo una iniciativa sumamente digital, impulsada por innovaciones electrónicas y de software que permanentemente están transformando lo que una vez fue una polvorienta industria análoga en una que habitualmente adopta herramientas digitales de alta tecnología a partir de otros sectores avanzados tales como el militar, el de las comunicaciones y el de la automatización de procesos, por nombrar sólo unos pocos.

Como los productores de minerales sufren presiones sociales, regulatorias y económicas cada vez más severas, su necesidad de rápidamente reunir, analizar y presentar datos geográficos y geológicos críticos para sus proyectos se ha intensificado (Ver Herramientas para Ayudar a Planificar y Diseñar, p. 30) Por consiguiente, la caja de herramientas de mapeo y diseño de la industria se ha ampliado a través de los años, para incluir imágenes aéreas digitales, LiDAR, modelos digitales de elevación, mapeo planimétrico y topográfico, ortofotografía, GIS empresarial y teledetección. En el fondo de esa caja de herramientas yace una de las tecnologías pioneras que inició la transición digital: la navegación basada en un Sistema de Posicionamiento Global (GPS).

GPS es una de muchas novedosas tecnologías que, a su llegada, normalmente alteran muchas de las formas fundamentales en las que personas y negocios enfrentan situaciones cotidianas. GPS, como muchos de sus novedosos parientes, ha calado hondo en nuestras vidas, transformándose en una herramienta personal común para la navegación y la generación de redes sociales basadas en la ubicación, como también en un servicio esencial que yace bajo la superficie de incontables actividades industriales que incluyen muchas aplicaciones cruciales en la minería. Y, en el proceso, se ha vuelto parte de una familia más grande llamada GNSS (Sistema Global de Navegación por Satélite), que ahora es el nombre genérico para los sistemas de navegación satelital que brindan posicionamiento geo-espacial autónomo con cobertura mundial. GNSS incluye al GPS de Estados Unidos, el GLONASS de Rusia, y los sistemas Galileo de Europa. Se calcula que habrá 90 satélites GNSS en órbita para el 2015, y más de 120 satélites para el 2020.

Están pasando muchas cosas bajo la amplia y tranquila superficie del GNSS, tal como lo aprendieron los más de 3.500 asistentes a la sexta conferencia Dimensions de Trimble durante el evento de tres días realizado a principios de Noviembre del 2012 en Las Vegas. Dimensions está diseñado para mostrar los últimos acontecimientos en tecnología de posicionamiento de Trimble Navigation Ltd. para la construcción, la minería, operaciones con flotas, servicios generales y otros sectores industriales. A pesar que la conferencia se centra específicamente en aplicaciones del GNSS, el alcance de la oferta de la empresa con sede en Sunnyvale, California, se extiende al uso de óptica, láser, sistemas aéreos no tripulados (UAS) y otras tecnologías en actividades mineras que abarcan todo, desde la topografía de exploración hasta el despacho de camiones de extracción.

Se han desarrollado una serie de soluciones mineras Trimble en esfuerzos colaborativos que involucran a sus diferentes subsidiarias y socios de negocios mediante una alianza tecnológica con Caterpillar—y, por supuesto, Trimble no es el único actor en ese ámbito; Leica Geosystems Mining, Maptek I-Site y otros conocidos proveedores de tecnología ofrecen varias soluciones que compiten o se complementan en un sector del mercado que evoluciona a gran velocidad.

En la presentación preliminar de la conferencia este año, el CEO y Presidente de Trimble, Steven W. Berglund, describió cómo el alcance de la aplicación GNSS está cambiando, y usó ejemplos de recientes desarrollos de negocios en Trimble para ilustrar su argumento. Avances técnicos permitido que el desarrollo del producto GNSS cambiar desde un enfoque orientado en las tareas a un enfoque orientado en el proceso, y con el enfoque tradicional en la recolección de datos simples desde fuentes geoespaciales cambiando a capacidades de análisis de datos cada vez más sofisticadas, Berglund dijo que Trimble está avanzando en esta área, aprovechando oportunidades que ofrecen los mejoramientos en:


  • Tecnología de sensores—brindando un mayor nivel de integración mediante un sistema monitoreado.
  • Potencia de procesamiento—permitiendo mayores volúmenes de recolección de datos en tiempo real o casi real.
  • Almacenamiento de datos—Juegos de datos masivos permiten el análisis de ‘datos grandes’.
  • Conectividad—Migración a ‘la nube’ reduce demandas de capacidad informática en las empresas.
  • Visualización—La presentación del análisis de datos se está alejando de las tablas y gráficos tradicionales, hacia formatos más refinados y significativos.


El crecimiento continuo en el volumen y la velocidad de la recolección de datos, concluyó Berglund, redefinirá constantemente los métodos tradicionales de uso de datos basados en GNSS en el futuro. Pero, para el personal de las minas que entraron a la industria en un punto en que la recolección, análisis y visualización de datos para una tarea específica a menudo tomaba días o incluso semanas en procesar—comparado con los resultados obtenidos en minutos o menos de hoy en día—el futuro ya está acá.

Botas Sobre el Terreno
Caracterizando una mina activa a cielo abierto como una “faena de construcción en permanente evolución”, con el modelo minero siendo actualizado según cambian las variables económicas de la operación, Michael Maier, ingeniero de tecnología minera de SITECH Southwest / Empire Southwest Caterpillar en Mesa, Arizona, indicó en su presentación Dimensions que uno de los aspectos más notables de la mayor tecnología minera es que, incluso a medida que los proyectos se vuelven más complejos, la herramientas necesarias para diseñarlos y medirlos se están volviendo más fáciles de usar.

El producto lógico de la faena minera en evolución, en la era de sofisticados sistemas guiados para máquinas y recolección y análisis de datos a alta velocidad, es un plan minero que se pueda considerar como un documento vivo, presentando cambios y progreso para las operaciones y la gerencia en tiempo casi real, dijo Maier. La creciente presencia de pantallas de datos en la cabina que muestran un plan minero constantemente actualizado rompe las barreras de comunicación entre grupos de trabajo y esencialmente convierte a los operadores de equipos en ‘topógrafos móviles’—lo que, a su vez, permite a los topógrafos tradicionales concentrarse más en el trabajo de diseño, consultar con los operadores acerca de esos diseños y realizar controles de calidad al trabajo de otros.

A pesar que una gran cantidad de tecnologías disponibles han sido desarrolladas para minimizar la necesidad de tener topógrafos caminando por el rajo o trepando por terreno accidentado, aún hay ocasiones en que se requieren técnicas topográficas convencionales sobre el terreno. La meta de Trimble, y de otros, es proporcionar herramientas para que estas tareas sean sencillas, infalibles y suficientemente avanzadas para brindar información que pueda ser fácilmente asimilada en modernos sistemas de software de generación de informes y análisis de datos.

Por ejemplo, en Octubre pasado Trimble presentó su receptor R10 ultra liviano de nueva generación, con un nuevo motor de procesamiento HD-GNSS que se afirma proporciona una evaluación más precisa de cálculos de error que los motores tradicionales. Las mediciones recolectadas con Trimble HD-GNSS, según la compañía, se basan en la precisión y los topógrafos pueden recolectar datos en ambientes difíciles donde quizás antes no podían. Menores tiempos de convergencia y mediciones instantáneas de puntos permiten a los topógrafos comenzar a medir con mayor prontitud y hasta un 60% más rápido. Dando soporte a 440 canales, la tecnología del R10 está diseñada para permitir el rastreo permanente y confiable de señales satelitales disponibles para constelaciones GNSS existentes y futuras.

El nuevo receptor también ofrece tecnología xFill de Trimble, que emplea una red global de estaciones de referencia GNSS Trimble para entregar información de la posición mediante satélites geoestacionarios. Según Trimble, xFill sustituye perfectamente correcciones RTK ó VRS en caso de falla temporal de una conexión tal como un punto muerto de radio. Para fines del 2012, La cobertura de Trimble xFill incluía a la mayoría de Europa, Rusia, la Comunidad de Estados Independientes (CIS), África, Asia y Australasia, como también la mayor parte de Norteamérica y toda Centro y Sud América.

La tecnología SurePoint de Trimble monitorea constantemente la inclinación de los polos y evita que los usuarios recolecten información errónea al permitir que los datos sean almacenados sólo cuando el polo de sondeo esté vertical. Al mismo tiempo, los valores del ángulo de inclinación del polo son almacenados para garantizar el seguimiento de datos de cada punto recolectado.

Herramientas nuevas y fáciles de usar como esta, combinadas con software avanzado de registro de datos, crean oportunidades para que otros grupos de trabajo de la mina realicen tareas no-críticas que tradicionalmente eran asignadas al departamento de topografía, según Maier. Por ejemplo, personal que trabajaba en la instalación y ruteo de una tubería en una faena grande de SX-EW de cobre en el sudoeste de EEUU usaba el receptor R10 junto con el software Site Controller SCS900 de Trimble para planificar la infraestructura y los ductos de la cancha de lixiviación sin la asistencia de un topógrafo. “¿Quién mejor para ubicar los ductos que los propios fontaneros?” preguntó.

Este es un ejemplo de un paso en el proceso que comienza con la incorporación de técnicas y herramientas de ingeniería civil de precisión, útiles y basadas en topografía en el ámbito del diseño de minas, y que eventualmente llevará a lo que Maier llama la ‘mina 3-D’—un lugar conectado que permite que datos de muchas fuentes sean compartidos universalmente para optimizar el rendimiento de la mina. En la mina 3-D con topografía de precisión, por ejemplo, todas las superficies del terreno desde el piso del rajo hasta las pilas de acopio serán diseñadas para hacer fluir y controlar la escorrentía. Las características del diseño del camino tales como radio de giro e inclinación serán adaptadas para que se ajusten a las capacidades de la flota de acarreo—y en esta mina totalmente ‘conectada’, los equipos de acarreo logarán una alta disponibilidad porque estarán circulando sobre superficies diseñadas para máxima eficiencia. El plan minero cambiará en forma dinámica, aprovechando las amplias capacidades intercambio de datos de la mina 3-D para garantizar que todos están observando la versión más actualizada.

Este escenario está dentro del marco de lo que dominan los operadores de las minas hoy en día, dijo Maier, a pesar que el máximo beneficio se obtendrá en las faenas que hayan sido explotadas desde el comienzo con capacidades 3-D de igual a igual y máxima conectividad como estrategias básicas de operación.

Un Ojo en el Cielo
Una alternativa a la topografía terrestre y a la aerofotogrametría tradicional involucra el uso de sistemas aéreos no tripulados (UAS)—fuselajes pequeños, controlados a distancia, que pueden ser programados para volar en patrones precisos sobre áreas de tamaño mediano, capturando imágenes digitales en bruto del terreno que luego pueden ser procesadas en ortofotos de alta calidad y modelos digitales del terreno (DTMs). Los avances tecnológicos claves que impulsan la creciente popularidad de estos sistemas incluyen una mayor miniaturización de componentes, la automatización del vuelo y una mejor integración con software de procesamiento de imágenes.

A pesar que los UAS no son apropiados como reemplazo para todas las aplicaciones que normalmente usarían imágenes convencionales o métodos topográficos, estos pueden proporcionar datos altamente útiles en áreas a las que antes sólo se podía acceder a un mayor costo e involucrando ciclos más largos de planificación de proyecto. En aplicaciones En aplicaciones apropiadas, las imágenes basadas en UAS pueden brindar importantes ahorros de tiempo por sobre los métodos convencionales, junto con la seguridad de los trabajadores y los activos que se gana al eliminar la participación humana en el vuelo real. A pesar que son extremadamente livianos, los UAS están restringidos hace tiempo a vuelos en condiciones de buen clima, los fuselajes un poco más grandes (2+ kg) normalmente usados en aplicaciones mineras pueden volar casi con cualquier tipo de clima y aún así brindar una exactitud de resolución de muestra de suelo de 2–3 cm, de acuerdo a los expertos.

Para afianzarse en este sector, Trimble adquirió al proveedor de UAS Gatewing de Gent, Bélgica, en Abril del 2012. Los productos de Gatewing incluyen el X100 UAS y el software de escritorio Stretchout para procesamiento y análisis de imágenes digitales. El X100 ultraliviano consta de un fuselaje; un GPS integrado, sistema inercial y radio presentados como una ‘eBox’; una cámara de 10 megapixeles; y batería. Usando una tablet, los usuarios pueden definir un plan de vuelo que sea automatizado desde el lanzamiento hasta el aterrizaje. Las características del terreno son registradas durante rutas de vuelo paralelo por disparos de cámara consecutivos superpuestos. Se usa una estación de control de suelos (GCS) para monitorear la misión y permite un control de calidad de la imagen en terreno. Además, el GCS brinda al operador la opción de intervenir y abortar el vuelo si es necesario. La imagen consta de una serie de imágenes digitales que son etiquetadas con coordenadas GPS.

El software de escritorio Stretchout automatiza el procesamiento de imágenes en bruto tomada en vuelo para entregar ortofotos georeferenciadas y DSM exacto. Como una alternativa al software de escritorio, los usuarios pueden subir imágenes a la solución de nube de Gatewing, la que procesa automáticamente las imágenes basadas en los requerimientos del usuario. Dentro de seis horas, los usuarios pueden descargar sus ortofotos y DTMs del servidor de la nube.

El Gatewing UAS viene en un kit del tamaño de una maleta grande que incluye los fuselajes de 2-kg (4.4-lb) y 100 cm de envergadura y su eBox, una carcasa extra, un lanzador, estación de control terrestre, modem, cámara digital calibrada, baterías de polímero de litio y su cargador, herramienta rastreadora, y repuestos y accesorios, junto con el software Stretchout.

Mark Bartlett, director de innovación en minería a rajo abierto de Newmont Mining Corp., le contó a la audiencia de la conferencia Dimensions que él comenzó a investigar varios tipos de UAS hace como un año, buscando una respuesta a la pregunta “¿Podemos usar esta aplicación en minería?” El producto de Gatewing, explicó, parecía capaz de llenar un nicho en las actividades topográficas en terreno y en la faena minera de la compañía, y ofrecía algunas capacidades únicas al compararlo con los métodos convencionales.

Específicamente, indicó Bartlett, Newmont estaba interesada en usar un UAS para evaluar y mapear posibles caminos y explanadas para perforación, evaluando características de las instalaciones del área a ocupar, y registrando detalles previos a la alteración en las extensiones de terreno. En una prueba de campo reciente, el personal de Bartlett usó el sistema Gatewing para proporcionar imágenes de un área de jungla accidentada cerca de una de las operaciones Africanas de Newmont. En el transcurso de 36 vuelos—que requirieron tres reemplazos de fuselaje debido a daños por aterrizajes—el personal ganó experiencia y un entendimiento de los beneficios y los inconvenientes de la operaciones del UAS. Esos incluyen:

  • Suma atención a los lugares de despegue y aterrizaje—Como el UAS requiere su propio dispositivo de lanzamiento en tierra, los lugares de despegue deben estar razonablemente despejados (sin obstrucciones); y, como los aterrizajes son básicamente choques controlados, ciertos tipos de superficies y vegetación de suelo (pasto corto a mediano, por ejemplo) son mejores que otros (tierra). Además, seleccionar diferentes tipos de lugares para despegue y aterrizaje puede confundir al sistema y resultar en colisiones.
  • Conocimiento de las condiciones atmosféricas y los cambios en la altitud del terreno—Aún cuando un UAS puede volar bajo cielo cubierto que evitaría un vuelo de fotogrametría tripulado convencional, debido a su peso ligero es muy sensible a la densidad del aire, lo que puede afectar el despegue y el aterrizaje a mayores altitudes; y las corrientes térmicas que puedan afectar su ruta de vuelo. Y, como el número de fotos que tomará el sistema depende de su distancia del suelo, cambios significativos en la altitud de la superficie junto con la ruta del vuelo pueden hacer que tome menos fotos que lo esperado en algunos casos, resultando en falta de cobertura.
  • Captura y procesamiento de datos—los vuelos de UAS general archivos grandes, así que hay que ver con anterioridad donde se van a almacenar los estos archivos y cómo se van a procesar. Como en el procesamiento se usan muchos gráficos, Bartlett sugirió usar una computadora poderosa con gráfica avanzada—posiblemente, un computador para juegos. Y, aunque el kit UAS estándar puede incluir software de procesamiento básico, puede que los usuarios quieran comprar soluciones de software más sofisticadas para ahorrartiempo y extraer todo el valor de los datos.

Observadores de la industria sugieren que las soluciones UAS competirán más directamente con sistemas terrestres de escaneo láser que con proveedores de servicios de mapeo aéreo. Otro ponente de la conferencia Dimensions, Mario Glenn Nuñez, ingeniero de proyectos de DIP Engineering, describió los resultados de una prueba comparando la aplicación de un UAS y un escáner láser terrestre convencional para confeccionar un DTM y calcular el volumen de una pila de acopio grande en forma de cono debajo del transportador de descarga del chancador en una mina a rajo abierto.

Instalar el UAS, programarlo, colocar los puntos de control en tierra, el tiempo de vuelo y el procesamiento de datos para la medición del como tomó sólo dos horas y media, según Nuñez, mientras que la selección y planificación del punto de visión, el escaneo y el procesamiento de datos tomó cinco horas con el sistema escáner láser. La generación de imágenes de la superficie desde la nube de puntos de los dos sistemas muestra una ventaja visual clara con la imagen UAS, lo que proporcionó detalles dentro de espacios interiores del cono que no pudieron ser generados con los datos capturados por el escaneo láser.

Velocidad y Precisión
Incluso con tiempos totales mucho más rápidos para recolectar y analizar datos geoespaciales capturados por la fotogrametría las soluciones de modelación digital de superficies más avanzadas, un problema común para los planificadores de minas es la cantidad de tiempo que normalmente se requiere para generar o actualizar una planificación del rajo. Para grandes faenas a rajo abierto esto puede tomar semanas o más, y generalmente requiere que los usuarios tengan capacitación intensiva con el sistema del software, como también largas secuencias de operaciones del usuario mayormente manuales y procedimientos de edición que consumen mucho tiempo.

Para reducir el tiempo y el esfuerzo que se necesita para generar planes mineros modificables y exactos, Trimble actualmente está en las etapas finales del desarrollo de un conjunto de diseño de rajo abierto altamente optimizado que evolucionó a partir de una conversación informal entre algunos gerentes de mina Sudafricanos e ingenieros acerca de un proyecto militar que apuntaba a reducir el tiempo requerido para diseñar y construir aeródromos de emergencia en lugares remotos. El programa de Construcción Rápida Conjunta de Aeródromos (JRAC) fue un esfuerzo cooperativo a principios del 2000 de parte del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EEUU y su contraparte de la Fuerza Aérea de los EEUU para investigar métodos para construir y modernizar rápidamente aeródromos para operaciones militares tácticas.

A pesar que gran parte del foco del programa estaba en técnicas de construcción y estabilización de suelos, uno de sus objetivos era encontrar formas para acelerar el proceso de diseño/modernización y desarrollar soluciones ingenieriles que puedan ser aplicadas por personal menos-que-experto, a menudo trabajando bajo condiciones estresantes. Esta fue la parte del programa que interesó a Richard Gawthorpe, ingeniero de minas de principal en Anglo American, y sus colegas de Kumba Iron Ore, integrante del grupo Anglo American y operador de la mina a rajo abierto Sishen en la Provincia de Cabo del Norte, Sudáfrica. Buscando una solución similar para el diseño de rajos y tareas de optimización, ingenieros de Anglo American unieron fuerzas con personal de Trimble hace un año para desarrollar un programa rápido de diseño de rajos que:

  • Reduzca el tiempo de diseño requerido en al menos un 80%.
  • No requiera capacitación intensiva ni experiencia previa de los usuarios.
  • Libere personal con mayor habilidad técnica y analítica para que realice revisión y optimización.

En la práctica, los ingenieros querían una herramienta que permitiera al personal de la mina reducir la cantidad de tiempo necesario para actualizar el diseño del rajo para una mina de gran tamaño tal como el rajo Sishen, que mide aproximadamente 5 x 17 km. El proceso de modernización para Sishen puede tardar hasta tres meses, y una vez completado, el plan era tedioso y difícil de editar. El proceso completo alejó a ingenieros y técnicos experimentados de otras actividades más productivas—un problema común en una industria carente de personal y cada vez más dependiente de trabajadores menos experimentados.

Para fabricar una herramienta de software efectiva que fuera fácil de entender y aplicada por usuarios no expertos, el personal de desarrollo se enfocó en varias características claves para el programa: debe ser una solución ‘sencilla’, pero que ofrezca avanzadas capacidades de edición; que emplee herramientas automatizadas con parámetros controlados; y que requiera un mínimo de capacitación, pero que proporcione resultados suficientemente detallados para permitir analizar opciones.

El programa resultante, dijo Gawthorpe, llamado simplemente Trimble Open Pit Mine Design (Diseño de Minas a Rajo Abierto Trimble), entrega un ‘cambio de paradigma’ en diseño de rajos, permitiendo reducciones dramáticas en el tiempo requerido. En pruebas comparativas en terreno contra un programa de diseño de rajos convencional, Gawthorpe dijo que Open Pit Design fue capaz de producir un diseño terminado en alrededor de cuatro horas, comparado con 40 horas para la solución convencional—y con una correlación de 99% entre los dos diseños.

El personal que desarrolló el programa está buscando agregar varias características altamente útiles al programa existente, dijo Gawthorpe. Una de estas esencialmente cambiaría la práctica común de diseño al usar una base de datos que contiene un completo grupo de parámetros físicos para la flota de equipos de producción de la mina; en lugar de asignar arbitrariamente un ancho estándar para caminos de transporte durante el proceso de diseño, por ejemplo, el usuario simplemente podría ingresar el tipo de camión y el programa automáticamente asignaría el ancho del camino y el radio de giro basado en el tamaño del camión. Otras futuras características podrían incluir la posibilidad de optimizar taludes basándose en el riesgo, análisis del geo-riesgo y análisis de estrategias de explotación de rajos a partir de diseños detallados.

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