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

Profundamente sob a superfície da terra, onde a luz do sol nunca chega e o ar pode estar denso com poeira ou gases perigosos, os mineradores enfrentam um desafio constante: saber exatamente como o terreno ao seu redor se parece. Para escavar de forma segura e eficiente, eles precisam mapear os túneis, as câmaras abertas onde a rocha foi removida e as paredes instáveis que poderiam desmoronar. Durante décadas, esse mapeamento dependeu de agrimensores caminhando nesses espaços escuros e perigosos com instrumentos que mediam um único ponto por vez. Embora esse método funcionasse, era lento, deixava grandes lacunas na imagem e forçava trabalhadores humanos a estarem em áreas onde uma queda ou um desmoronamento de rochas poderia ser fatal. Nos últimos anos, a tecnologia ofereceu um novo caminho, substituindo a abordagem lenta de ponto por ponto por ferramentas que podem capturar milhões de pontos em segundos, criando uma imagem tridimensional completa do mundo subterrâneo sem exigir que um humano esteja parado ao lado do perigo.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Fırat, na Turquia, propôs-se a testar o quão bem essas ferramentas modernas funcionam em uma mina real e ativa. Eles se concentraram em um tipo específico de mineração chamado caving de subnível (sublevel caving), um método onde a rocha é permitida quebrar e cair em um grande espaço vazio abaixo. Esse processo cria uma paisagem caótica e mutável que é incrivelmente difícil de medir com ferramentas tradicionais. O estudo ocorreu em uma mina de cromo subterrânea perto de Elazığ, um local onde os operadores da mina já haviam desenvolvido vários níveis de túneis. Os pesquisadores queriam ver se conseguiam mapear uma seção perigosa e em colapso da mina usando três métodos diferentes: a maneira antiga com uma estação total, um scanner a laser portátil que uma pessoa carrega e um pequeno drone que voa dentro do túnel. O objetivo deles não era apenas ver se as novas máquinas funcionavam, mas compará-las lado a lado para entender qual fornecia os melhores dados e, mais importante, qual mantinha os trabalhadores mais seguros.

A equipe começou estabelecendo uma rede de pontos de referência, essencialmente criando uma grade fixa de coordenadas que permitiria traduzir suas medições em um mapa padrão. Usando uma estação total convencional, um dispositivo que se parece com um teodolito de alta tecnologia e usa um laser para medir distâncias e ângulos, eles mapearam as paredes do túnel. Esse processo exigia que um agrimensor estivesse no túnel, montasse o instrumento e medisse pontos específicos na face da rocha. Como o túnel era alto e o chão era irregular, eles tiveram que montar os pontos nas paredes laterais e usar uma técnica matemática chamada ressecção para descobrir exatamente onde o instrumento estava posicionado. Este método, embora confiável, é demorado e exige que o agrimensor esteja fisicamente presente na área sendo medida.

Em seguida, os pesquisadores trouxeram um scanner a laser portátil, um dispositivo que se parece com uma pequena mochila com um sensor no topo. Um agrimensor caminhou pelo túnel carregando esta unidade, que dispara milhares de feixes de laser a cada segundo para construir um modelo 3D detalhado do entorno. Para obter uma melhor visão da área de caving, que estava parcialmente oculta do chão do túnel, o operador anexou uma haste de extensão ao scanner, empurrando-o em direção à zona perigosa. Isso permitiu que capturassem dados de uma distância mais segura do que a estação total, mas eles ainda tinham que caminhar até a borda do terreno instável. O dispositivo levou cerca de quatro minutos para escanear a área, capturando uma nuvem densa de pontos que poderia ser transformada em um mapa digital.

A terceira e mais distinta abordagem envolveu um drone subterrâneo. Este não era um brinquedo, mas uma aeronave especializada e robusta projetada para voar no ambiente apertado, escuro e frequentemente pobre em oxigênio de uma mina. O drone estava equipado com seu próprio scanner a laser e sensores de colisão que impediriam que ele atingisse as paredes. O operador ficava em segurança, longe da zona de caving, controlando o drone através de um link de rádio enquanto observava uma transmissão de vídeo ao vivo em uma tela. Uma vez que o drone era implantado na área de caving, o contato visual direto era perdido; no entanto, o operador mantinha o controle total monitorando a posição do drone em tempo real através da tela de exibição. O drone voou para dentro da área instável, um lugar onde nenhum humano jamais ousaria entrar, e coletou dados por cerca de sete minutos. Como o drone podia voar livremente em três dimensões, ele não precisava de uma haste de extensão e podia ver ao redor de esquinas e dentro de fendas profundas que o scanner portátil não conseguia ver.

Quando os pesquisadores compararam os resultados, as diferenças ficaram claras. O scanner portátil era rápido e fácil de usar, mas deixava lacunas significativas nos dados. Como o operador tinha que ficar de pé no chão e olhar para cima ou para fora, grandes porções da área de caving permaneciam na sombra, invisíveis aos feixes de laser. O drone, no entanto, capturou uma imagem completa. Ele reuniu mais de três milhões de pontos de dados, cobrindo quase todo o volume da rocha colapsada, enquanto o scanner portátil, mesmo com sua haste, conseguiu ver apenas cerca de setenta por cento da área. A capacidade do drone de voar para dentro do vazio significava que ele podia reconstruir a verdadeira forma do caving com um nível de detalhe que os outros métodos simplesmente não conseguiam igualar.

Havia compensações, é claro. O sistema de drone era mais complexo de configurar e exigia um piloto habilidoso para operar. Havia também o risco de o drone bater, o que significaria perder equipamentos caros. O scanner portátil era mais simples e os dados que produzia eram ligeiramente mais precisos em termos de sua posição relativa ao mapa da mina, mas ele não conseguia ver tudo. A estação total tradicional, embora fosse a mais precisa em termos de transformação de coordenadas, era a mais lenta e a mais perigosa para o operador humano, pois exigia que ele estivesse mais próximo do perigo.

O estudo concluiu que, embora todos os três métodos tenham o seu lugar, a escolha depende do que os mineradores precisam fazer. Se o objetivo é ter uma ideia rápida e aproximada do espaço, o scanner portátil é uma boa ferramenta. Mas se a prioridade é entender a geometria completa e complexa de um colapso perigoso para planejar operações de mineração seguras, o drone é superior. Ao voar para dentro da zona de perigo enquanto o operador permanecia a uma distância segura, o drone eliminou a necessidade de um humano estar ali, oferecendo uma melhoria massiva na segurança. Os pesquisadores descobriram que os dados coletados pelo drone permitiram calcular o volume exato do espaço vazio, o que é crucial para determinar quanto material é necessário para preenchê-lo com segurança. Essa informação precisa ajuda os engenheiros a projetar melhores planos de perfuração e evita que o minério seja perdido ou que a mina se torne instável. Em última análise, o estudo mostrou que essas novas tecnologias não são apenas mais rápidas; elas estão mudando a forma como as minas são geridas, colocando a segurança dos trabalhadores em primeiro lugar ao mesmo tempo em que fornecem uma imagem mais clara e completa do mundo subterrâneo.