Las telecomunicaciones y sus desafíos en la minería subterránea

Sistema de Comunicación Independiente de su aplicación, un sistema de comunicación,

requiere tres sub-sistemas principales: el transmisor, el canal y el receptor. • Su objetivo es transmitir información.

Propagación de las ondas electromagnéticas

Las características de propagación de las ondas e.m. usadas en los canales inalámbricos son altamente dependientes de la frecuencia.

Las características de propagación resultan de los cambios en la velocidad en las ondas de radio como una función de la altitud y las condiciones limitantes.

La velocidad de onda depende de la temperatura, la densidad y los niveles de ionización en el aire.

Comunicación interior mina

Variables a considerar en las comunicaciones en una mina subterránea

Propagación de las señales : Además de las fuerzas físicas y de las temperaturas extremas, la geometría física y las características electromagnéticas de una mina subterránea proporcionan un medio inhóspito e ineficaz para la propagación de las señales.

Tecnología : Prototipos y tecnología comercial usados en aplicaciones no mineras, han fallado al ser expuestas a los ambientes mineros. Arquitecturas flexibles deben ser requeridas para la mezcla de largas y cortas distancias, así como también comunicación alámbrica como inalámbrica.

Naturaleza dinámica : La línea de mira (LOS) se pierde debido a los innumerables laberintos y/o cortes transversales. El ambiente físico de la mina es inhóspito para los sistemas electrónicos o electromecánicos. La humedad cercana al punto de rocío, produce condensación

Ambiente de operación: El ambiente de operación impone una restricción severa en arquitecturas de redes, que podrían ser desplegadas en una mina subterránea. Deben ser 24 x 7, sobre todos cuando más se les necesita, es decir, en el post-accidente (explosión, incendio o inundación ).

• Los altos niveles de polvo mezclados con la humedad, tienden a acumularse en los dispositivos electrónicos, reduciendo su fiabilidad. • Vibraciones junto con el desgaste normal de los equipos en constante movimiento, pueden degradar o incluso dañar los sistemas de comunicaciones.

Variables a considerar en las comunicaciones en una mina subterránea

Características E.M. en una mina sub. : los pilares de minas, obturaciones en la ventilación y / o fallas del terreno, pueden impedir o atenuar completamente la propagación de la señal de radio convencional. Señales de baja frecuencia (< 10 KhZ), pueden propagarse bajo ciertas condiciones, pero esta bajas frec. No pueden transportar mucha información y requieren de antenas grandes.

Señales de frecuencia más altas (> 3 MHz) pueden transmitir mucha más información y emplear antenas muy pequeñas, sin embargo, estas señales sólo pueden viajar a través del aire a lo largo de las trayectorias de línea de mira (LOS), y son por lo tanto incapaces de doblar en las esquinas , o en algunos cortes transversales.

Variables a considerar en las comunicaciones en una mina subterránea

Interferencias : Las señales de comunicación estarán expuestas en todo momento a interferencias, del tipo eléctrico, electromagnético, mecánicas, etc. También los sistemas pueden interferirse entre sí.

Riesgo Eléctrico: Los aparatos electrónicos deben estar certificados y cumplir con las normas de regulación acerca de la producción de arcos eléctricos en ambientes confinados y con probabilidad de encontrar gas inflamable, por ejemplo el metano

Seguridad: La seguridad es el reto más importante en el desarrollo de un sistema de comunicaciones. Este debe estar siempre disponible antes eventos de emergencia

Variables a considerar en las comunicaciones en una mina subterránea

Sistemas de comunicaciones para la minería subterránea

Sistema de Comunicación por Cable Radiante:

La tecnología de usar un cable coaxial radiante (Leaky Feeder), como antena en las galerías subterráneas, tiene ya un par de décadas.

•Es una tecnología confiable y fácil de mantener, y los accesorios operan con voltajes que van desde los 32 VDC hasta los 7 VDC. Esto ofrece la ventaja de que una sola fuente de poder es capaz de alimentar entre 20 y 40 amplificadores.

•Las cajas que contiene los elementos electrónicos son de hierro fundido, y herméticamente selladas.

Ejemplo de un sistema de comunicación “Leaky Feeder”

Node-Based System Los Sistemas basados en nodos son sistemas que utilizan

antenas discretas conectadas a pequeños transceptores de llamados "nodos".

Los nodos también contienen pequeñas computadoras (microprocesadores) que realizan una variedad de funciones. En todos los sistemas basados en nodos, el nodo puede detectar cuando la radio de un minero está en el rango proporcionando una conexión automática a la red.

Sistema de Comunicaciones UHF (Node-Based)

Medium Frequency System Los sistemas de comunicación de media frecuencia operan

típicamente alrededor de los 500 KHz. Además de su frecuencia de operación, estos sistemas se diferencian de los otros, en la forma en que la señal de RF viaja por la mina.

A estas frecuencias las señales de radio se acoplan en los conductores metálicos, tales como líneas eléctricas, líneas telefónicas, líneas de cable de vida, u otros cables eléctricos y tubos de metal.

Estos “conductores” juegan el mismo rol que el cable coaxial en los sistemas de alimentación con fugas (Leaky Feeder).

Las señales de radio MF viajan a lo largo del conductor, y además el conductor actúa como una antena distribuida, capaz de transmitir y recibir señales de forma continua a lo largo de su longitud, al igual que el cable alimentador con fugas.

Conexión típica entre dos radios MF

Comunicación través de la tierra (ETT), Through-the-Earth Systems

la tecnología de comunicaciones es la única tecnología que puede transmitir una señal electromagnética entre un emisor y un receptor , entre un minero bajo superficie con otro sobre la superficie, sin depender de una red u otra infraestructura adicional.

La mayoría de las ondas electromagnéticas se reflejan en la tierra o se debilitan rápidamente a medida que pasan en la tierra, de manera que penetran a pocos metros de la superficie. Sin embargo, a frecuencias de menos de aproximadamente 10 kHz, es posible que las ondas se propagan a más de 1.000 pies a través de la tierra.

Hay varios factores que limitan las posibles aplicaciones de TTE en las minas subterráneas : diseño de la antena, las bajas frecuencias necesarias para transmitir la señal, y otras fuentes de ruido.

Ejemplo de TTE Communications System

Sistemas de Seguimiento (tracking) Reader-based

Los sistemas de identificación por Radio Frecuencia (RFID), están en casi todos los grandes almacenes, como un sistema de seguridad y control. Estos “tags” son pasivos, no emiten RF hasta que son interrogados.

Un nivel más avanzado de seguimiento de RFID se puede utilizar para rastrear la ubicación de los mineros bajo tierra.

Para ampliar el alcance de etiqueta a lector, se usa un tag activo. Las etiquetas activas tienen una batería interna a la alimentación de la transmisión de la señal.

La etiqueta es una parte muy pequeña de radio, capaz de transmitir y recibir mensajes. Cada minero lleva una etiqueta que transmite un identificador único.

Cada vez que el minero pasa dentro de la gama de RF de un lector, se interroga la etiqueta.

El lector transmite la información de detección a una ubicación central (por lo general el centro de operaciones de la mina) a través de cables, fibra óptica, o incluso de forma inalámbrica.

Cada lector de RFID tiene su propia identificación y una ubicación asociada con esa identificación. Cuando un lector determinado interroga a una etiqueta, a continuación, envía la información al centro de operaciones, el personal del centro saben que el minero se encuentra a cierta distancia de la ubicación de ese lector.

Zone-based RFID Tracking

Reverse RFID

En los sistemas RFID inversos, cada minero viste en sus ropas un lector RFID, y los “tags” se encuentran en lugares físicos conocidos.

La información de localización obtenida por el lector RFID aún debe llegar al centro de operaciones de la mina.

Para lograr esto, el lector tiene un transmisor de radio que transmite periódicamente los datos de localización de los mineros al sistema de comunicaciones de la mina (la columna vertebral de la red o la ruta principal hacia el centro de operaciones).

Reverse RFID System with UHF Leaky Feeder Backhaul (red de retorno)

Mine Operations Center

El centro de operaciones requiere el uso de sistemas electrónicos de seguimiento por parte del personal en la superficie para la obtención de información sobre la ubicación de los trabajadores del interior.

Ambos requisitos se administran a través del centro de operaciones de lamina, la ubicación central de las operaciones de una mina en la superficie por encima de la mina.

Conclusiones

El desarrollo de la tecnología de la telecomunicación es verdaderamente importante. Recalcando en general la importancia de la comunicación en las operaciones mineras como en subterránea y superficie.

Gracias al desarrollo tecnológico hace que la comunicación sea de manera mas sencilla e instantánea y son estos propósitos que impulsan a la generación de nuevas formas de comunicación.