Monitoreo subsidencias de minado Block Caving

Por: Christian Rico, Elmer Hernández, Enrique L. Holm*

Resumen
La presente detalla la implementación del monitoreo de subsidencias superficiales, generadas a partir del minado Block Caving en subterránea.

Contemplando las nuevas tecnologías (uso drones), teniendo un mejor control-seguimiento-seguridad de las operaciones tanto subterráneas como superficiales, elevando y contribuyendo a la toma de decisiones preventivas/asertivas para garantizar la continuidad de las operaciones y una explotación secuenciada.

Denotando el equipo multidisciplinario en geociencias, pilotos certificados en RPAS ante instancias federales (AFAC y SCT).

Este, refiere a mina La Encantada (situada en Ocampo, Coahuila, México) consistiendo en extracción de plata con operaciones mina subterránea. Cuenta con yacimientos en mineralización de plata, tales como skarn, manto, chimenea, brecha y vetas.

El Block Caving, metodología de minería subterránea, refiere la explotación de cuerpos masivos mineralizados mediante el hundimiento natural y provocado. Contemplando la subdivisión del cuerpo mineralizado en bloques, posterior hundimiento de columnas mineralizadas desde la apertura del nivel de hundimiento mediante barrenación y voladura, generando la fragmentación de roca y caída de esta por propio peso, para extracción y beneficio.

Como monitoreos constantes del equipo de mecánica de rocas, se cuenta con instrumentación de cables inteligentes, cámara de video grabación las 24 horas, puntos fijos con medición extensómetro.

Alterno, el monitoreo mediante drones brinda una fotogrametría del cráter subsidencia superficial; obteniendo un modelo tridimensional que se compara con monitoreos anteriores para obtención de volumetrías (corte y relleno) y evolución del mismo (crecimiento y agrietamiento), posterior se cuantifica el volumen de extracción por operación subterránea para la evaluación y determinación si la subsidencia está reconociendo correctamente sin generar cavidades (evitando efecto pistón o airblast) que comprometa la seguridad de las operaciones y personal.

Estas en conjunto arrojan datos relevantes que se correlacionan con la explotación y brindan un mapeo continuo de la evolución del cráter superficial y posibles afectaciones; derivando en toma de decisiones pro-activas como cambios e inhabilitación de instalaciones y obras, secuenciamiento de puntos de extracción, y decisiones de fortificación u soporte de obra subterránea.

Toda la información se correlaciona geoespacialmente (secciones, mapeos, geología, etc.) con visualización completa de la operación y análisis interdisciplinaria.

Abstract
This document details the implementation of monitoring surface subsidence, generated from underground Block Caving mining.

Adding the new technologies (drone), having better control-monitoring-safety of both underground and surface operations, elevating and contributing to preventive/assertive decision making to guarantee the continuity of operations and sequenced exploitation.

Denoting the multidisciplinary team in geosciences, pilots certified in RPAS by federal instances (AFAC y SCT).

This refers to the La Encantada mine (located in Ocampo, Coahuila, Mexico) consisting of silver extraction with underground operations. It has deposits in silver mineralization, such as skarn, mantle, chimney, breccia and veins.

Block Caving, an underground mining methodology, refers to the exploitation of massive mineralized bodies, through natural and caused subsidence. Contemplating the subdivision of the mineralized body into blocks, subsequent subsidence of mineralized columns from the opening of the subsidence level by drilling and blasting, generating the fragmentation of rock and its fall by its own weight, for extraction and benefit.

As constant monitoring by the rock mechanics team, there is smart cable instrumentation, 24-hour video recording camera, control points with extensometer measurement.

The drone monitoring provides photogrammetry of the crater surface subsidence; obtaining a three-dimensional model that is compared with previous monitoring to obtain volumetrics (cut and fill) and its evolution (growth and cracking), subsequently, the volume of extraction by underground operation is quantified for the evaluation and determination if the subsidence is correctly recognized without generating cavities (avoiding the airblast) that compromises the safety of operations.

These together yield relevant data that is correlated with exploitation and provide a continuous mapping of the evolution of the superficial crater and possible affectations; resulting in proactive decision-making such as changes and disabling of facilities and works, sequencing of extraction points, and decisions on fortification or support of underground works.

All information is geospatially correlated (sections, mapping, geology, etc.) with complete visualization of the operation and interdisciplinary analysis.

Introducción
Los trabajos de monitoreo tienen lugar en unidad minera La Encantada, localizada en el municipio de Melchor Ocampo, Coahuila, México, propiedad de First Majestic (Figura 1), consiste en una operación minera de extracción de plata con mina subterránea en la cual se tiene el tipo de minado Block Caving.

La mina cuenta con yacimientos en mineralización de plata, tales como skarn, manto, chimenea, brecha y vetas. Dentro de esta, se tienen dos subsidencias principales, una denominada El Plomo que comprende a mina la encantada (Brecha San Javier, Milagros, Bonanza) y una segunda denominada La Prieta, la cual contempla la mayor atención y análisis, dada la cercanía con la infraestructura operativa (oficinas, molinos, almacén, etc.), esta la comprende mina la Prieta. (Figura 2).

El Block Caving, metodología de minería subterránea refiere la explotación de cuerpos masivos mineralizados mediante el hundimiento natural y provocado. Contemplando la subdivisión del cuerpo mineralizado en bloques, posterior hundimiento de columnas mineralizadas desde la apertura del nivel de hundimiento mediante barrenación y voladura, generando la fragmentación de roca y caída de esta por propio peso, para extracción y beneficio.

Como monitoreos constantes, del equipo de mecánica de rocas, se cuenta con instrumentación de cables inteligentes, cámara de video grabación las 24 horas, puntos fijos con medición extensómetro. Adicionalmente, se realiza el monitoreo mediante drones, el cual brinda una fotogrametría del cráter (subsidencia superficial); obteniendo un modelo tridimensional que se compara con monitoreos anteriores para obtención de volumetrías (corte y relleno) y evolución del mismo (crecimiento y agrietamiento), posterior se cuantifica el volumen de extracción por operación subterránea para la evaluación y determinación si la subsidencia está reconociendo correctamente sin generar cavidades (evitando efecto pistón o airblast) que comprometa la seguridad de las operaciones y personal.

Estas en conjunto, arrojan datos relevantes que se correlacionan con la explotación y brindan un mapeo continuo de la evolución del cráter superficial y posibles afectaciones; derivando en toma de decisiones pro-activas como cambios e inhabilitación de instalaciones y obras, secuenciamiento de puntos de extracción, y decisiones de fortificación u soporte de obra subterránea.

Toda la información se correlaciona geoespacialmente (secciones, mapeos, geología, etc.) con visualización completa de la operación y análisis interdisciplinaria.

El desarrollo del presente surge de la necesidad de tener un mayor estándar en seguridad operativa y derivado de la disponibilidad de tecnología dentro de la compañía minera. Se cuenta con un equipo de geomática (brindando atención a topografía, fotogrametría, concesiones, auditorías, etc), el cual dispone de equipamiento tecnológico como son los drones.

Conforme se fue desarrollando la utilización de los drones en superficie, y teniendo los resultados favorables, surge la integración de estos a un monitoreo de subsidencias superficiales (generadas por los minados de block caving). En un principio, los monitoreos eran sencillos, contemplando los mapeos de agrietamientos y la evolución del cráter (su crecimiento) de manera gráfica con la interpretación de la ortofoto. Posterior y en conjunto con el equipo de geociencias de la compañía(geotecnia, geomecánica), se desarrolla una metodología de análisis con un nivel de detalle más alto (involucrando tonelajes de extracción en interior mina, generación de secciones, modelo 3D de subsidencia, comparativas de superficies para visualización de corte y relleno en subsidencia, análisis de extracción en subterránea Vs asentamiento superficial, consideraciones en el dinamismo de los puntos de extracción subterránea, modelos geológicos 3D, etc.).

Todo lo anterior, con el objetivo de garantizar una operación segura (tanto para el personal como de instalaciones) evitando la formación de cavidades y algún incidente de efecto pistón (airblast), así como la toma de decisiones y acciones preventivas en pro de la continuidad de operaciones.Dentro de los estudios previos, encontramos análisis con enfoque geomecánica, los cuales consideran una proyección y análisis del crecimiento de las subsidencias superficiales (cráter) conforme los ritmos de explotación y la proyección la vida de mina.

Para la subsidencia denominada el Plomo se utiliza los resultados de un método empírico de subsidencia de Laubscher´s generado en julio del 2017. Del cual se contempla la huella de afectación máxima conforme el ritmo (tonelaje) de explotación. (Figura 3).

Para la subsidencia denominada la Prieta se utiliza un método numérico, simulando las condiciones actuales y de proyección de subsidencia, este estudio se generó en julio 2017 y cuenta con dos actualizaciones, la primera en enero del 2020 y la segunda en diciembre 2022. Contemplando de igual manera la progresividad del crecimiento de huella en subsidencia conforme el ritmo de explotación. (Figura 4).

Metodología
Fotogrametría
Se realiza el análisis del polígono de subsidencia, para consideraciones y extensión de vuelo con dron, identificando las áreas para localización de puntos de control terrestre (ground control points), estos se localizarán fuera del área de afectación directa (evitando agrietamientos y área donde el terreno se encuentra comprometido) procurando terreno firme.

Se procede a la actividad en campo

• Marcaje de puntos de control terrestre, mediante GPS diferencial
• Generación de plan de vuelo para dron (indicando polígono de extensión, altura de vuelo, velocidad, ángulo de cámara, traslape de imágenes).
• Vuelo de dron, recolección de imágenes para ortomosaico; considerando la preparación del equipo (condiciones óptimas mecánicamente y de clima para un vuelo seguro). (Figura 5 y 6)

Proceso gabinete. (Figura 7)

• Descarga de puntos de control terrestre (coordenadas X,Y, Z)
• Descarga de imágenes dron
• Ingreso de imágenes en software de post-proceso, para generación de ortomosaico. Proceso rápido para visualización de ortofoto y corroboración de que el trabajo en campo fue favorable (calidad de imagen y extensión de cobertura).
• Proceso de imágenes a detalle; georreferenciando las mismas con los puntos de control terrestre (esto para poder dar precisión a la ortofoto y modelo de configuración de terreno) optimizando la posición y calidad de información derivada del vuelo (curvas de nivel, modelo 3D, ortofoto). 

Modelos 3D, volumetrías corte VS relleno. (Figura 8)

• Con los resultados del post-proceso correspondiente al dron, se inicia el análisis a detalle de la información y los sub-productos del mismo.
• En primera instancia tomamos el modelo 3D de la subsidencia superficial (cráter), para una comparativa de volumetrías, considerando el 3D actualizado y el inmediato anterior, obteniendo tonelajes de corte y relleno (para interpretación de las áreas que tuvieron deslizamientos y asentamiento por extracción en el cráter).

Generación planos y secciones Secciones transversales

• Se integra la información de obra subterránea, y se generan secciones para visualización conforme los puntos de extracción y como fue el avance de la subsidencia en superficie; identificando las áreas que tuvieron cambios y determinando causas y correlación con la extracción en interior.

Mapeo fracturamientos y límite cráter (avances y nuevos hallazgos)

• Tomando la base del levantamiento anterior (el mapeo general de la subsidencia), se actualiza la ortofoto y se realiza la nueva digitalización de agrietamientos superficiales y el crecimiento del cráter sus límites, y la toma de distancias conforme la infraestructura crítica de instalaciones operativas.
• Comparativa con método numérico de afectación en subsidencia (visualización de huella, conforme tiempo y volumen).

Se toma una primera visualización general con los puntos particulares de toda la operación referente a la subsidencia de estudio. (Figura 9).

Puntos de extracción
Volumetrías de extracción, por cuerpo/nivel/crucero

• Se realiza un compósito de la extracción que influencia la subsidencia, teniendo la extracción de cada drawpoint (tonelaje) y su espacialización (coordenadas X,Y,Z) para referencias. Con esto obteniendo la estadística de su participación en la extracción total (correspondiente al análisis).

Plano general

• Completada la información, se integra en un plano general para visualización y análisis en 3D y 2D; determinando así como fue el ritmo de operación subterranea (las áreas de producción) y como interactuó con el asentamiento en la subsidencia. (Figura 10).

Comparativa de volumetrías (Air-blast)

• Volumen de extracción (visualización de huella para tonelaje de extracción acumulado). (Tabla 1).
• Volumen reflejado en superficie VS volumen extracción interior mina; Volumen acumulado reflejado en superficie VS volumen acumulado extracción interior mina, desde inicio monitoreos. (Tabla 2).
• Análisis ritmo de explotación metros cúbicos por día, análisis ritmo evolución cráter metros cúbicos por día. (Tabla 3).
• Análisis instrumentación en subsidencia (lectura cables inteligentes, monitoreo de puntos, lectura sismógrafo, visualización registro de videocámara). (Figura 11 y 12).

Conclusiones

1. La utilización de esta técnica ha permitido una visualización más amplia y puntual de zonas inaccesibles, como lo es el centro del crater, con esto brindando el panorama y condiciones en las que se encuentra y su seguimiento; dando un grado de certidumbre mayor en temas de seguridad y continuidad para la operación.
2. Se muestra la integración de los avances tecnológicos aplicados en la industria minera, y como en beneficio tener una amplia aplicación para llevar a cabo estándares de ingeniería/seguridad y las distintas ciencias que competen, a un nivel más elevado de calidad y análisis.
3. Con la integración de toda la información generada y analizada, se determinan las resoluciones respecto a la continuidad de operaciones; siempre ponderando la seguridad e integridad de toda la cadena de valor en la misma (personal, infraestructura general).

El detalle de las resoluciones considera:

• Análisis de cercanía infraestructura, con cráter de subsidencia
• Evaluación de diferencias generales en tonelajes de extracción y reflejado en superficie
• Evaluación información de compósito resultados monitoreos
• Toma de acciones preventivascorrectivas
• Infraestructura
• Puntos de extracción

Como estudios siguientes recomendados para calibración de la información del monitoreo actual se considera el uso de tecnología satelital por medio del estudio interferométrico InSAR para obtener deformaciones (precisión milimétrica) del terreno con satélites radar, con ello sería posible comparar la velocidad de deformación en la subsidencia con ambas técnicas desde el sitio Vs satelital. Además, se podrán valorar factores externos (e.g. clima), dado que, durante lluvias, la precipitación aportada en el área de estudio promueve teóricamente una mayor velocidad de asentamiento ya sea por el incremento del peso o bien al lubricar los contactos del macizo rocoso en desplazamiento.

Rererencias

Varun, Ghazvinian & Garza-Cruz, 12/22/2022, 2022 Update of Subsidence Analysis at La Encantada Mine

Entidad de adscripción. – First Majestic. Correo electrónico. – crico@firstmajestic.com