The Survey of Sub-Level Caving in Underground Mines Using Geodetic Surveying Methods

Bajo la superficie de la tierra, donde la luz del sol nunca llega y el aire puede estar cargado de polvo o gases peligrosos, los mineros enfrentan un desafío constante: saber exactamente cómo es el terreno que los rodea. Para excavar de forma segura y eficiente, deben mapear los túneles, las cámaras abiertas donde se ha removido la roca y las paredes inestables que podrían colapsar. Durante décadas, este mapeo dependió de topógrafos que caminaban hacia estos espacios oscuros y peligrosos con instrumentos que medían un solo punto a la vez. Si bien este método funcionaba, era lento, dejaba grandes vacíos en la imagen y obligaba a los trabajadores humanos a permanecer en áreas donde una caída o un derrumbe de rocas podría ser fatal. En años recientes, la tecnología ha ofrecido un nuevo camino, reemplazando el enfoque lento de punto por punto con herramientas que pueden capturar millones de puntos en segundos, creando una imagen tridimensional completa del mundo subterráneo sin requerir que un humano esté parado justo al lado del peligro.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Fırat en Turquía se propuso probar qué tan bien funcionan estas herramientas modernas en una mina real y activa. Se centraron en un tipo específico de minería llamado hundimiento por niveles (sublevel caving), un método donde se permite que la roca se rompa y caiga hacia un gran espacio vacío debajo. Este proceso crea un paisaje caótico y cambiante que es increíblemente difícil de medir con herramientas tradicionales. El estudio se llevó a cabo en una mina de cromo subterránea cerca de Elazığ, un sitio donde los operadores de la mina ya habían desarrollado varios niveles de túneles. Los investigadores querían ver si podían mapear una sección peligrosa y en colapso de la mina utilizando tres métodos diferentes: la forma antigua con una estación total, un escáner láser portátil que una persona carga y un pequeño dron que vuela dentro del túnel. Su objetivo no era solo ver si las nuevas máquinas funcionaban, sino compararlas lado a lado para entender cuál proporcionaba los mejores datos y, lo más importante, cuál mantenía a los trabajadores más seguros.

El equipo comenzó estableciendo una red de puntos de referencia, esencialmente creando una cuadrícula fija de coordenadas que les permitiría traducir sus mediciones a un mapa estándar. Utilizando una estación total convencional, un dispositivo que parece un teodolito de alta tecnología y utiliza un láser para medir distancias y ángulos, mapearon las paredes del túnel. Este proceso requirió que un topógrafo se parara en el túnel, instalara el instrumento y midiera puntos específicos en la cara de la roca. Debido a que el túnel era alto y el suelo era irregular, tuvieron que montar los puntos en las paredes laterales y utilizar una técnica matemática llamada re sección para determinar exactamente dónde estaba parado el instrumento. Este método, aunque confiable, consume mucho tiempo y requiere que el topógrafo esté físicamente presente en el área que se mide.

A continuación, los investigadores trajeron un escáner láser portátil, un dispositivo que parece una pequeña mochila con un sensor en la parte superior. Un topógrafo caminó por el túnel cargando esta unidad, la cual dispara miles de haces láser cada segundo para construir un modelo 3D detallado del entorno. Para obtener una mejor vista del área de hundimiento, que estaba parcialmente oculta desde el piso del túnel, el operador acopló un poste de extensión al escáner, empujándolo hacia la zona peligrosa. Esto les permitió capturar datos desde una distancia más segura que la estación total, pero aun así tuvieron que caminar justo hasta el borde del terreno inestable. El dispositivo tardó unos cuatro minutos en escanear el área, capturando una densa nube de puntos que podía convertirse en un mapa digital.

El tercer enfoque, más distintivo, involucró un dron subterráneo. Este no era un juguete, sino una aeronave especializada y robusta diseñada para volar en el entorno estrecho, oscuro y a menudo pobre en oxígeno de una mina. El dron estaba equipado con su propio escáner láser y sensores de colisión que evitarían que golpeara las paredes. El operador se encontraba a una distancia segura, controlando el dron mediante un enlace de radio mientras observaba una transmisión de video en vivo en una pantalla. Una vez que el dron fue desplegado en el área de hundimiento, se perdió el contacto visual directo; sin embargo, el operador mantuvo el control total monitoreando la posición del dron en tiempo real a través de la pantalla de visualización. El dron voló hacia el área inestable, un lugar en el que ningún humano se atrevería a entrar, y recolectó datos durante unos siete minutos. Debido a que el dron podía volar libremente en tres dimensiones, no necesitaba un poste de extensión y podía ver alrededor de esquinas y dentro de grietas profundas que el escáner portátil omitió.

Cuando los investigadores compararon los resultados, las diferencias se hicieron evidentes. El escáner portátil era rápido y fácil de usar, pero dejaba vacíos significativos en los datos. Debido a que el operador tenía que estar parado en el suelo y mirar hacia arriba o hacia afuera, gran parte del área de hundimiento permaneció en la sombra, invisible para los haces láser. El dron, sin embargo, capturó una imagen completa. Reunió más de tres millones de puntos de datos, cubriendo casi todo el volumen de la roca colapsada, mientras que el escáner portátil, incluso con su poste, solo logró ver cerca del setenta por ciento del área. La capacidad del dron para volar hacia el vacío significó que pudo reconstruir la verdadera forma del hundimiento con un nivel de detalle que los otros métodos simplemente no podían igualar.

Hubo compensaciones, por supuesto. El sistema del dron era más complejo de configurar y requería un piloto experto para operarlo. También existía el riesgo de que el dron se estrellara, lo que significaría la pérdida de equipo costoso. El escáner portátil era más simple y los datos que producía eran ligeramente más precisos en términos de su posición relativa al mapa de la mina, pero no podía verlo todo. La estación total tradicional, aunque era la más precisa en términos de transformación de coordenadas, era la más lenta y la más peligrosa para el operador humano, ya que requería que estuviera parado lo más cerca posible del peligro.

El estudio concluyó que, si bien los tres métodos tienen su lugar, la elección depende de lo que los mineros necesiten hacer. Si el objetivo es obtener una idea rápida y aproximada del espacio, el escáner portátil es una buena herramienta. Pero si la prioridad es comprender la geometría completa y compleja de un colapso peligroso para planificar operaciones mineras seguras, el dron es superior. Al volar hacia la zona de peligro mientras el operador permanecía a una distancia segura, el dron eliminó la necesidad de que un humano estuviera allí, ofreciendo una mejora masiva en la seguridad. Los investigadores encontraron que los datos recolectados por el dron les permitieron calcular el volumen exacto del espacio vacío, lo cual es crucial para determinar cuánto material se necesita para rellenarlo de forma segura. Esta información precisa ayuda a los ingenieros a diseñar mejores planes de perforación y evita la pérdida de mineral o que la mina se vuelva inestable. En última instancia, el estudio demostró que estas nuevas tecnologías no solo son más rápidas; están cambiando la forma en que se gestionan las minas al poner la seguridad de los trabajadores primero, al tiempo que proporcionan una imagen más clara y completa del mundo subterráneo.