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IA y nuevas tecnologías aplicadas a la seguridad minera

Por: Cómo citar este artículo: Molina, J., Soto, D., Vallejo, L., Torero, J., López, S., Molina, A., Ortiz, A. (2023). IA y nuevas tecnologías aplicadas a la seguridad minera. En: Revista Protección & Seguridad, No. 411 (Septiembre – Octubre 2023). https://ccs.org.co/publicaciones/proteccion_seguridad/8/411/miner%C3%ADa-segura-y-sostenible Resumen La industria minera genera una gran cantidad de datos que se encuentran en forma digital. Un ejemplo son las concentraciones de gases de los detectores personales. Frecuentemente, estos datos tienen un uso muy limitado y, en la mayoría de los casos, se descartan. Industrias como la de transporte, manufactura, agricultura y medicina han comenzado a usar todos estos datos a través de nuevas tecnologías como la Inteligencia Artificial (IA). En este artículo se ilustra cómo los datos de los detectores de gases personales podrían ser usados mediante un algoritmo de inteligencia artificial, específicamente, una red neuronal artificial para alertar sobre una explosión de metano. El ejercicio toma como ejemplo la explosión de metano y polvo de carbón que tuvo lugar en Tópaga en 2021. Luego de demostrar —mediante herramientas de modelamiento físico— la poca ventilación y la posible estratificación de metano en la mina, se genera una base de datos que alimenta la red neuronal artificial, la cual logra alertar sobre una inminente explosión en un 971,9 ‰¹ de las ocasiones. Introducción En Colombia, la producción de carbón fue de 50,6 millones de toneladas en 2020 (National Mining Agency, 2022). El 8 % correspondió a minas subterráneas. Por su parte, de las 1235 emergencias en minas colombianas presentadas entre el 2005 y el 2018, 956 (un 93 %) ocurrieron en minas de carbón (Gheorghe et al., 2022) y el 87 % de las fatalidades asociadas se registraron en la minería subterránea (Gheorghe et al., 2022; Jaramillo-Urrego, 2019). Frente al panorama de la siniestralidad minera, en los últimos años se han desarrollado nuevas tecnologías para la prevención de incidentes en minas de carbón (Dong et al., 2023; Ji & Shi, 2023; Sekhar & Shah, 2021; Yang et al., 2023). Algunos ejemplos son la inteligencia artificial (IA), el Internet de las Cosas (IoT, por sus siglas en inglés) y los macrodatos (Meng & Li, 2022). Estas tecnologías se vienen usando en la prevención de explosiones de gas (Demirkan et al., 2022), detección de incendios en minas (Barros-Daza et al., 2022; Sun et al., 2022), explosiones de polvo de carbón (Khan et al., 2022) o en la predicción de deslizamientos de tierra en minas de carbón (Zhang et al., 2023). Un elemento importante de estas nuevas tecnologías son las Herramientas de Modelado Físico (HMF). En este artículo se analiza una explosión de metano y polvo de carbón ocurrida en el municipio de Tópaga, Boyacá, que dejó 12 víctimas fatales. Sus autores fueron parte de la investigación de este incidente del cual se recolectó documentación extensa que incluye mediciones de gases (antes y después de la explosión), análisis post mortem de diferentes muestras textiles, metálicas y plásticas y estudios geológicos del entorno. La experiencia obtenida durante la investigación de la explosión permite ilustrar cómo nuevas tecnologías como las HMF y la IA se pueden aplicar en la seguridad minera. Herramientas de modelamiento físico La HMF VENTSIM² 5.4. (The Howden Group, 2023) permitió representar el sistema de ventilación de la mina antes de la explosión. La figura 1 presenta el plano de la mina. Durante la investigación de la explosión se encontró que muy cerca de una víctima mortal (F12 en la figura 1) se hallaba un martillo eléctrico perforador sin protección para explosiones, el cual se consideró como la más posible causa de ignición. La simulación en VENTSIM consideró los dos ventiladores, el circuito de ventilación natural yductos desde los ventiladores hasta los frentes de trabajo. Las HMF como VENTSIM 5.4. (The Howden Group, 2023) resuelven ecuaciones que representan el flujo de aire en la mina y, luego de definir la geometría y de incluir condiciones de frontera como temperatura, presión y velocidad de aire a la entrada, así como parámetros de diseño como el factor de fricción, permiten predecir el campo de velocidad dentro de la mina, como se muestra en la figura 2. La simulación indica que por el circuito de ventilación primaria que fluye por la galería principal desde BM1, en la parte central superior de la figura 1, las velocidades del aire están en el rango entre 0,70 m/s y 0,93 m/s. El aire viciado regresa por la pendiente principal de la galería que conduce a BM4A (un poco hacia la derecha de BM1 en la figura 1). Si bien la mina contaba con un circuito de ventilación secundario con dos ventiladores, la figura 2 evidencia que alrededor del 45 % de la mina y del 85 % de los frentes de trabajo presentaban una velocidad de aire inferior a 0,5 m/s, valor definido por la legislación colombiana como el mínimo requerido para evitar la estratificación del gas metano. Para evaluar la existencia de dispersión de metano en la mina se hace necesario usar tecnologías HMF que permitan representar el flujo de aire en tres dimensiones. La dinámica defluidos computacional (Computational Fluid Dynamics- CFD) resuelve las ecuaciones de Navier-Stokes sobre los balances de masa y cantidad de movimiento para predecir cómo varía la concentración de metano desde un posible frente de emisión y a lo largo y alto de la mina.En el estudio de la explosión se utilizó Ansys Fluent R2020 [34] (un software comercial de CFD) para representar el flujo de aire y la variación en la concentración de metano. El dominio de simulación se limitó al área donde se encontró el martillo evidenciando más fallas geológicas como se muestra en la figura 3. Al igual que con VENTSIM, Ansys Fluent requiere de una representación geométrica del interior de la mina y, adicionalmente, la generación de una malla que divida el dominio en múltiples celdas. En la figura 3, por ejemplo, se usan cerca de un millón de celdas las cuales se refinaron en las regiones donde la concentración de metano se encontró superior al 0,5

Garantizar una actividad minera segura, responsable y sostenible, reto en el que Colombia ya está trabajando

Comunicaciones_ccs

Por Juan Miguel Durán Prieto, Presidente de la Agencia Nacional de Minería (ANM). Artículo técnico tomado del Directorio ‘Perspectivas de Sostenibilidad 2022’ del Consejo Colombiano de Seguridad. La minería ha sido un importante motor de la economía colombiana y cada día se proyecta como eje de la reactivación productiva porque tiene amplios recursos minerales y alto potencial productivo para distintos minerales. Con 16 acuerdos comerciales, 14 acuerdos de inversión, 12 acuerdos de doble tributación y una ubicación geográfica excepcional, Colombia ratifica su potencial de exportación hacia los mercados internacionales. Así mismo, según la más reciente encuesta anual del Instituto Fraser, el país ocupa el primer lugar en el Índice de Atracción de la Inversión y en el Índice de Potencial Minero de América Latina y el Caribe. Un escenario prominente que lleva a la Agencia Nacional de Minería, como autoridad minera, a trabajar continuamente en la administración de los recursos minerales del Estado de forma eficiente, eficaz y transparente a través del fomento, la promoción, el otorgamiento de títulos y el seguimiento y control de la exploración y la explotación minera, a fin de maximizar la contribución del sector al desarrollo integral del país. Así mismo, su reto es garantizar una actividad minera segura, responsable y sostenible. Lo más importante en las minas debe ser la vida, razón por la que desarrollamos, desde la institucionalidad, estrategias e iniciativas que articulan todos los esfuerzos para rodear a los mineros de una atención integral, además de prevenir y reducir los accidentes y fatalidades mineras. Por lo tanto, desde la Agencia Nacional de Minería tomamos medidas para garantizar la vida de las personas, pero es preciso resaltar que, para el cumplimiento de este objetivo, se requiere del compromiso de las autoridades locales, de las empresas mineras y del sector entero. Es claro que la minería es clave para el desarrollo económico del país, y esa visión sostenible es perfectamente compatible cuando se adelanta de manera legal, limpia y segura. Por ende, los desafíos que enfrenta Colombia para que la minería sea más segura, y que desde la ANM asumimos como propios, están en el seguimiento y la fiscalización minera con el fin de comprobar que las instrucciones técnicas que se imponen en materia de seguridad, de acuerdo con lo dispuesto en la normatividad vigente, se cumplan en los pasos establecidos y, de esta manera, poder lograr que las labores mineras se adelanten bajo estándares mínimos de seguridad. Dentro de las estrategias de la Agencia en torno a la seguridad se destaca la promoción del mejoramiento de las prácticas mineras, la prevención de muertes y lesiones a través de la capacitación en seguridad y salvamento minero, la promoción de la investigación y cooperación en temas de seguridad, el seguimiento y fiscalización a los títulos mineros y el fomento del desarrollo legal de la actividad. En el tema de minería no autorizada, el trabajo está enfocado en brindar las herramientas necesarias para alcanzar la formalización, lograr que los mineros legalicen su trabajo y cumplan 49 las normas de seguridad adelantando así una actividad minera responsable, puesto que la extracción ilícita de minerales hoy en día representa un gran porcentaje de muertes registradas en Colombia. Igualmente, como autoridad minera del país seguimos trabajando en el fortalecimiento del conocimiento y las competencias, tanto de los socorredores mineros como de actores particulares, quienes son voluntarios imprescindibles en el sistema de salvamento. Esto con el fin de mantenerlos altamente preparados para apoyar la atención de emergencias y convertirlos en multiplicadores de una cultura de prevención de accidentes y de control de riesgos mineros en el sector. Así mismo, con la estrategia de atención móvil en los territorios ‘ANM Activa la Región’ y la iniciativa ‘Jóvenes Mineros’ tenemos un mayor acercamiento a la comunidad minera, fortalecemos la comunicación y promovemos una cultura de responsabilidad, prevención y seguridad en el desarrollo de la actividad. Trabajamos en espacios para capacitar al trabajador minero en la identificación de peligros, valoración de riesgos y la forma de establecer los controles necesarios para evitar que se materialicen los accidentes. De otro lado, con los grupos regionales de seguridad minera generamos oportunidades de llegar a las regiones con jornadas de seguridad donde se capacitan en temas de seguridad e higiene minera. Para fomentar la prevención de accidentes y el autocuidado de los trabajadores mineros y sus familias, también adelantamos jornadas lúdico-pedagógicas con el programa ‘Por mi familia cuido mi vida’ un espacio para crear conciencia en los mineros al desarrollar las labores siguiendo procedimientos de trabajo seguro para evitar incidentes en la mina, siempre con la premisa de que lo más importante que debe salir de la mina es el minero antes que cualquier mineral. A su vez, como autoridad minera, lideramos la convocatoria para congregar a los actores clave y representativos del sector en una unión de esfuerzos para la creación de un Centro de Investigación en Seguridad Minera e Infraestructura Subterránea (CISMIS) de nivel nacional, que cuente con personal competente para desarrollar proyectos de investigación que impulsen el desarrollo minero en el país, construir conocimiento y promover el avance de la institucionalidad e infraestructura minera, de modo que, a través de la innovación y la transferencia de conocimiento, se logre responder a las necesidades y oportunidades de mejora en la seguridad de este sector. Para el 2022, la ANM realizará acciones encaminadas al mejoramiento de las condiciones de seguridad en las explotaciones mineras subterráneas del país y plantea, como una de las actividades, el programa denominado “Herramientas esenciales para proteger la vida del minero”. El objetivo de este programa será integrar herramientas que, de acuerdo con el análisis de accidentalidad del país de los últimos tres años, deben estar presentes como aspectos básicos en la gestión de los riesgos mineros para mejorar las condiciones de seguridad en las labores mineras subterráneas y proteger la vida de los trabajadores. De esta manera, nuestro compromiso se mantiene en seguir trabajando para transformar la minería en oportunidades, enfocándonos en el desarrollo de una actividad minera segura,

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