Detonação de mina ganha inteligência com solução sem fio

Sistema proprietário baseado em protocolo sem fio envia e recebe transmissões entre um controlador de explosão e milhares de detonadores em locais de mineração

Claire Swedberg

A empresa de soluções de detonação Davey Bickford Enaex, com a ajuda do centro de pesquisa francês CEA-Leti, desenvolveu um sistema de comunicação bidirecional sem fio para controlar remotamente detonadores eletrônicos em minas. A solução aproveita um protocolo de RF ativo proprietário que permite que um blaster se comunique com milhares de detonadores antes de acionar cada dispositivo explosivo. O sistema foi demonstrado em uma mineração no Chile em dezembro de 2019, e a empresa e o laboratório assinaram um acordo conjunto para o sistema de detonação sem fio em dezembro passado, com o plano de disponibilizar a tecnologia comercialmente.

A solução foi desenvolvida para eliminar a necessidade de fiação de superfície em locais de mineração e para permitir o controle bidirecional sem fio de vários detonadores eletrônicos de um único local seguro, tornando o processo de detonação menos arriscado e mais eficiente. A integração de tecnologias sem fio em seus sistemas de iniciação tem estado no centro do roteiro de desenvolvimento da empresa, diz Aymeric Denuelle, gerente de marketing de produto de Davey Bickford, “para sempre fornecer soluções mais seguras que permitam aos nossos clientes disparar explosões maiores de um ponto de disparo remoto”.

Pessoal da mineração verifica manualmente as condições e garante a segurança do ambiente antes de iniciar a detonação

O sistema desenvolvido pelas duas entidades consiste em módulos de rádio de Davey Bickford instalados em detonadores eletrônicos, bem como um controlador de explosão que envia diretivas para cada detonador único e requer a resposta adequada de cada dispositivo antes de iniciar uma explosão. A solução foi encontrada para transmitir por vários quilômetros, permitindo-lhe acomodar a distância relativamente longa entre o sistema de detonação digital e o local real da detonação que normalmente existe em minas a céu aberto.

Operações de detonação têm representado historicamente um perigo para ambientes de mineração. O pessoal da empresa de mineração verificaria manualmente as condições e garantiria a segurança do ambiente antes do início da detonação – um processo conhecido como “preparação da detonação”. Isso pode ser caro em termos de horas de trabalho, bem como arriscado no caso de um erro humano ser cometido. Além disso, o pessoal encarregado da detonação deve evitar falhas de ignição que possam causar riscos adicionais após a detonação, uma vez iniciada a extração da pilha de sujeira resultante. O principal problema estava relacionado ao fato de que as tripulações não conseguiram determinar se algum detonador não disparou.

No final da década de 1990, alguns fornecedores importantes de produtos e serviços de detonação foram os pioneiros em uma nova geração de detonadores, com componentes eletrônicos internos. Os chips eletrônicos permitem que os dispositivos se comuniquem com os atiradores – para frente e para trás – até o momento final antes de a explosão ser disparada. Os fios que conectam todos os detonadores às máquinas de detonação permitiam essa funcionalidade de segurança essencial, diz Denuelle, “mas também era um ponto fraco do sistema, em termos de complexidade de implementação e vazamentos elétricos da rede”.

Davey Bickford fabrica uma variedade de sistemas de iniciação para aplicações de mineração superficial e subterrânea, pedreiras, construção e exploração. A empresa atende a Europa, Ásia, Austrália, Nova Zelândia e Américas do Norte, do Sul e Central. Quando se reuniu com o CEA-Leti, a empresa procurou desenvolver uma solução para seus clientes que fornecesse comunicação bidirecional sem fio com os detonadores antes que ocorressem quaisquer explosões. Todos os detonadores permanecem funcionando até o último momento, aguardando a ordem de “fogo”. A solução resultante é conhecida como DaveyTronic Edge.

CEA-Leti, localizado em Grenoble, França, é um instituto de pesquisa focado em eletrônica e tecnologias de informação que fornece pesquisa aplicada em microeletrônica para soluções sem fio. O laboratório começou a conversar com Davey Bickford em 2014. “O principal tópico era remover o fio entre a unidade de controle e o detonador”, disse Swan Gerome, gerente de desenvolvimento de negócios da CEA-Leti. Embora os detonadores eletrônicos não sejam novos, observa ele, a conectividade sem fio para cronometragem é uma inovação recente.

Na época em que o laboratório e a empresa de tecnologia começaram o desenvolvimento, lembra Gerome, havia poucos sistemas sem fio disponíveis. Aqueles que estavam em uso eram unidirecionais – em outras palavras, os sinais de detonação podiam ser enviados a um detonador, mas nenhuma resposta poderia ser recebida. A empresa tinha dois objetivos com o novo sistema sem fio, de acordo com Vincent Berg, chefe do Laboratório de Comunicação de Objetos Inteligentes do CEA-Leti. Uma era tornar o processo de detonação mais eficiente, diz ele, observando que as minas precisam aproveitar seu tempo principalmente na mineração, ao invés das detonações.

“Tempo é dinheiro neste setor”, afirma Berg. “Eles precisam gastar mais tempo coletando o minério do que para fazer a detonação.” A bidirecionalidade também foi central, acrescenta. “Você precisa de feedback sobre o estado do detonador.” Para controlar adequadamente a detonação, ele diz: “Você precisa cronometrar e coordenar as detonações com muita precisão para que a onda de choque seja sincronizada.” O desenvolvimento começou em 2017.

Com o novo sistema, o detonador sem fio possui um dispositivo cilíndrico embutido que inclui um rádio LoRa e uma antena utilizando o protocolo de rede de longa distância de baixa potência (LPWAN). O módulo pode receber e aceitar um aviso para detonar em um determinado período de tempo, mas antes que a detonação ocorra, o estado dos detonadores precisa ser monitorado. Se um detonador não responder adequadamente, por exemplo, os operadores podem cancelar a explosão e substituir o dispositivo que não funciona ou instável. A unidade em cada detonador alimentado por bateria tem sua própria identificação única e envia e recebe dados a uma distância de até vários quilômetros entre o detonador e o controlador de explosão.

O controlador possui dois modos, um para programação e outro para detonação. Para configurar uma detonação, os usuários acessam o modo de programação para escolher os parâmetros de detonação de cada detonador. A unidade então recebe uma resposta de cada detonador, reconhecendo suas instruções. Assim que for confirmado que cada detonador respondeu de forma adequada, os usuários podem mudar para o modo de detonação para iniciar a explosão. O detonador é reduzido a pó após a explosão, portanto, nenhum detonador deve responder quando for questionado após uma explosão. A solução aproveita um protocolo proprietário baseado em LoRa, diz Gerome, e o CEA-Leti projetou a antena para operar com o protocolo dedicado para responder às especificações exclusivas do ambiente de mineração ao ar livre.

Ao desenvolver a solução, relata Gerome, a equipe de pesquisa considerou vários protocolos de rede sem fio, mas foram limitados pelos requisitos da indústria de mineração. Eles precisavam de uma opção de longo alcance e queriam se concentrar em uma opção bidirecional. Eles também exigiam que as transmissões fossem enviadas rapidamente, porque quando um gatilho duradouro é enviado, é vital que cada detonador tenha a mesma referência de tempo para quando a explosão foi iniciada. Os dados da instrução de detonação são todos gerenciados no dispositivo controlador e não são salvos.

Uma demonstração bem-sucedida do sistema foi realizada em dezembro de 2019 na mina na região de Antofagasta, no Chile, envolvendo aproximadamente 200 detonadores. As entidades então concordaram em realizar mais desenvolvimento para construir uma solução disponível comercialmente. O trabalho em andamento será realizado com a assistência da IRT Nanoelec, um consórcio baseado em Grenoble focado em P&D em dispositivos semicondutores e tecnologias de comunicação.

“Essa solução visa humanizar a mineração e proporcionar maior segurança e eficiência aos nossos clientes”, afirma Denuelle. A tecnologia, explica ele, diminui a carga operacional para os trabalhadores e garante que a detonação ocorra no prazo e com menos frequência, enquanto mantém a comunicação bidirecional e atende aos padrões de segurança. “A implantação do detonador é facilitada pela remoção dos fios da superfície e sincronismo sem contato”, enquanto a solução de problemas é facilitada e o tamanho da explosão não é mais limitado por considerações elétricas como o número de fios que precisariam ser executados.

Imagens: cortesia de Davey Bickford Enaex

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