Fluidodinámica en minería subterránea: el impacto de las aguas en block caving

Abstract

En los últimos años, la industria minera ha experimentado transformaciones significativas debido al aumento en las profundidades de extracción, las crecientes preocupaciones ambientales y la alta demanda de minerales. Entre los métodos de minería subterránea, el block caving ha ganado popularidad gracias a sus bajos costos operativos y altas tasas de producción. Sin embargo, a pesar de sus ventajas, este método enfrenta importantes desafíos de ingeniería, particularmente relacionados con la presencia de agua y materiales finos en las compuertas de extracción, denominados eventos de agua-lodo. Además, la limitada comprensión de los flujos granulares durante la extracción de minerales incrementa los riesgos asociados a este tipo de eventos.

Una herramienta clave para entender estos fenómenos son los estudios experimentales que emplean modelos análogos para simular la extracción mediante block caving. Donde uno de los principales parámetros de interés, y que afecta directamente el diseño minero, es la zona de movimiento (MZ). Actualmente, la caracterización de esta zona se realiza utilizando capas horizontales como trazadores visuales. Sin embargo, este enfoque conlleva tiempos extensos de preparación experimental y resultados empíricos de baja precisión.

Para superar estas limitaciones, el presente estudio propone el uso de técnicas avanzadas de análisis de imágenes como un método no invasivo para caracterizar las zonas de movimiento. En particular, se emplean técnicas de Flujo Óptico TV-L1, Flujo Óptico Lucas–Kanade y Velocimetría de Imagen de Partículas (PIV). El objetivo principal del estudio es comparar las zonas de movimiento generadas por secuencias de extracción simple, simultánea y alternada, bajo condiciones de suelo granular seco y saturado, evaluando los alcances y limitaciones de cada técnica utilizada. Para cada caso, se determinan parámetros geométricos como la altura H(t) y el ancho W(t) de la zona de movimiento, junto con una caracterización espacio-temporal de las magnitudes de velocidad instantánea.

El empleo de estas técnicas ha permitido observar mayores tasas de crecimiento de la zona de movimiento en condiciones saturadas en comparación con las condiciones en seco, además de la primera detección experimental de desviaciones de la MZ en el caso alternado bajo condiciones secas. Adicionalmente, tras un post-procesamiento aplicado a los datos obtenidos mediante Flujo Óptico TV-L1, esta técnica ha demostrado ofrecer una precisión superior frente a las demás, proporcionando perspectivas valiosas sobre la dinámica de los flujos gravitacionales inducidos por el block caving.

A pesar de las limitaciones asociadas al muestreo en la detección de parámetros, las correcciones implementadas en este trabajo han permitido caracterizar la fluidodinámica del flujo gravitacional en todos los casos evaluados. Los resultados obtenidos corroboran estudios previos, fortaleciendo la base experimental y analítica para futuros desarrollos en este campo.