En algunas operaciones mineras, llegar al lugar de trabajo significa descender más de tres kilómetros dentro de la corteza terrestre. Allí el calor, la presión de la roca y la distancia transforman cada turno en un desafío de ingeniería extrema.
En Sudáfrica existen minas donde los trabajadores pueden encontrarse a más de 3.000 metros bajo la superficie, una profundidad suficiente para esconder completamente una montaña. Mponeng, una operación aurífera situada en la cuenca de Witwatersrand, alcanza sectores cercanos a los 3,7 kilómetros de profundidad, situándola entre las explotaciones mineras más profundas desarrolladas por el ser humano.
Pero llegar hasta allí es solamente una parte del problema. A esa profundidad hay que mantener funcionando transporte, ventilación, electricidad, bombeo de agua, comunicaciones, refrigeración, sostenimiento y sistemas de seguridad. Una mina ultraprofundiza no es simplemente una colección de túneles: se parece más a una enorme instalación industrial construida dentro de la roca.
Mponeng: una mina donde la superficie queda a kilómetros de distancia
Mponeng se encuentra cerca de Carletonville, al suroeste de Johannesburgo, dentro de una de las provincias auríferas más extraordinarias conocidas. El oro se encuentra asociado a antiguas formaciones sedimentarias de la cuenca de Witwatersrand, cuya explotación ha obligado durante décadas a seguir la mineralización cada vez más profundamente.
En algunos sectores, las labores mineras se desarrollan entre aproximadamente 3,1 y 3,7 kilómetros bajo superficie. Si se pudiera colocar verticalmente la Torre Eiffel dentro de la mina, todavía habría espacio suficiente para repetirla varias veces antes de llegar nuevamente al exterior.
La profundidad obliga a utilizar sistemas de piques, ascensores industriales y transporte interno que permiten mover trabajadores, equipos y materiales. Después del descenso vertical todavía pueden existir desplazamientos horizontales importantes antes de alcanzar los sectores productivos.
Esa distancia modifica completamente la logística. Una herramienta olvidada, una pieza de reemplazo o una falla aparentemente menor pueden convertirse en horas de retraso si el repuesto necesario se encuentra kilómetros más arriba.
A tres kilómetros bajo tierra, la roca puede estar extremadamente caliente
Uno de los mayores desafíos de la minería profunda es la temperatura.
La Tierra libera calor desde su interior y, en términos generales, la temperatura aumenta a medida que se profundiza dentro de la corteza. En ambientes mineros ultraprofundos de Sudáfrica, la roca virgen puede alcanzar temperaturas cercanas o incluso superiores a 50 °C.
El aire también se calienta al descender. A medida que aumenta la presión atmosférica dentro de la mina ocurre un fenómeno conocido como autocompresión, que incrementa su temperatura.
Luego aparecen otras fuentes de calor: motores, perforadoras, equipos eléctricos, instalaciones industriales y los propios trabajadores.
Por esta razón, introducir aire desde la superficie no es suficiente. Las minas profundas requieren gigantescos sistemas de ventilación y refrigeración capaces de modificar artificialmente las condiciones ambientales.
En determinados casos se utilizan plantas de refrigeración que enfrían agua y aire antes de enviarlos hacia los niveles inferiores. El sistema funciona, en cierto sentido, como un aire acondicionado industrial construido para una instalación que puede extenderse kilómetros dentro de una montaña.
El peso de kilómetros de roca cambia completamente la minería
El calor puede controlarse mediante ingeniería. La presión de la roca presenta un desafío todavía más complejo.
Sobre una galería ubicada a tres kilómetros de profundidad existe una columna gigantesca de roca. Cuando se excava un túnel, ese macizo pierde parte de su geometría original y los esfuerzos comienzan a redistribuirse alrededor de la excavación.
Mientras más profunda es una mina, más relevante puede convertirse este fenómeno.
La roca puede deformarse, fracturarse o liberar súbitamente energía acumulada. En ambientes de elevados esfuerzos pueden producirse eventos conocidos como estallidos de roca y sismicidad inducida por la minería.
No significa que cada túnel situado a gran profundidad vaya a experimentar este tipo de eventos, pero obliga a estudiar detalladamente el comportamiento del macizo.
Por eso las minas profundas incorporan extensas redes de monitoreo sísmico. Sensores distribuidos bajo tierra permiten detectar pequeños movimientos, localizar eventos y analizar cómo están cambiando los esfuerzos alrededor de las excavaciones.
La geomecánica deja de ser únicamente una disciplina de apoyo y pasa a influir directamente en dónde, cuándo y cómo puede extraerse el mineral.
South Deep: primero controlar las tensiones, después extraer
Otra operación sudafricana que demuestra la complejidad de la minería profunda es South Deep, una mina de oro que alcanza sectores cercanos a los tres kilómetros bajo superficie.
Una de sus particularidades está relacionada precisamente con el control de los esfuerzos de la roca.
En determinadas zonas se aplican estrategias conocidas como destress mining, que buscan modificar y redistribuir las tensiones existentes antes de desarrollar explotaciones de mayor tamaño.
Puede imaginarse como una preparación geomecánica del terreno. Antes de realizar una excavación importante, se interviene cuidadosamente el macizo para reducir las concentraciones de esfuerzo que podrían afectar las futuras zonas productivas.
La profundidad también favorece el uso de equipos mecanizados y sistemas remotos. Cuando determinadas tareas pueden realizarse sin trabajadores directamente expuestos en el frente, la automatización deja de ser solamente una herramienta de productividad y se convierte también en una tecnología de seguridad.
Canadá también ha llevado la minería hasta los tres kilómetros
Sudáfrica posee los ejemplos más famosos, pero no es el único país que ha llevado la minería hasta esas profundidades.
En Ontario, Canadá, Kidd Creek se convirtió durante décadas en una referencia mundial de minería profunda de metales base. La operación ha desarrollado infraestructura cercana a los tres kilómetros bajo tierra para explotar mineralizaciones principalmente asociadas a cobre y zinc.
El caso demuestra que la minería ultraprofundiza no es exclusiva del oro.
Cuando un depósito mantiene continuidad, leyes minerales adecuadas y suficiente valor económico, una empresa puede optar por seguir desarrollando infraestructura hacia niveles cada vez inferiores.
Sin embargo, cada metro adicional tiene consecuencias económicas.
Hay que extender ventilación, electricidad, redes de comunicación, transporte, drenaje, sostenimiento y sistemas de manejo de mineral. También aumenta el tiempo necesario para mover personas y equipos.
La profundidad, por lo tanto, nunca constituye un objetivo por sí sola. Una compañía no intenta construir la mina más profunda posible: intenta alcanzar mineral cuyo valor justifique todo lo necesario para llegar hasta él.
Cómo se mueve el mineral desde kilómetros bajo la superficie
Extraer roca en profundidad es solamente el comienzo del proceso.
Una vez fragmentado el mineral mediante perforación y tronadura —o mediante métodos mecanizados cuando corresponde— debe trasladarse desde los frentes productivos hasta puntos de transferencia.
Desde allí puede pasar por sistemas de chancado subterráneo que reducen su tamaño antes del transporte vertical.
El material puede ser trasladado mediante correas transportadoras, camiones subterráneos, trenes o sistemas de izaje dependiendo del diseño de cada operación.
En una mina de varios kilómetros de profundidad, mover mineral hacia la superficie representa una operación industrial permanente.
Miles de toneladas deben ascender mientras, simultáneamente, trabajadores, combustible, repuestos, explosivos, materiales de fortificación y equipos descienden hacia las zonas productivas.
La mina se transforma así en un gigantesco sistema logístico vertical.
Incluso respirar requiere una infraestructura enorme
La ventilación es probablemente uno de los mejores ejemplos de cómo cambia la minería con la profundidad.
El aire fresco debe recorrer extensas redes de galerías antes de llegar a determinados sectores. Paralelamente, aire caliente, polvo y contaminantes generados por los equipos deben ser retirados.
Esto requiere ventiladores de gran potencia, chimeneas internas, ductos, puertas de regulación y modelos computacionales capaces de determinar cómo circula el aire dentro de la mina.
En operaciones profundas, la electrificación de maquinaria presenta una ventaja adicional.
Un equipo eléctrico elimina las emisiones locales producidas por un motor diésel y genera menos calor durante su operación. Eso puede disminuir simultáneamente las necesidades de ventilación y refrigeración.
Por esta razón, baterías, cargadores rápidos y maquinaria eléctrica están adquiriendo una importancia creciente en la minería subterránea moderna.
El agua también tiene que subir kilómetros
Existe otro desafío menos visible: sacar agua desde las profundidades.
Las excavaciones subterráneas pueden recibir infiltraciones naturales, agua utilizada durante procesos industriales y líquidos provenientes de distintas actividades operacionales.
Toda esa agua debe controlarse.
Pero bombear directamente desde tres kilómetros de profundidad hasta la superficie puede resultar extremadamente exigente debido a la enorme presión hidráulica involucrada.
Por eso las minas pueden utilizar estaciones de bombeo intermedias. El agua asciende por etapas desde los niveles inferiores hacia depósitos situados progresivamente más arriba hasta finalmente alcanzar la superficie.
Es otra demostración de que prácticamente todos los servicios de una mina tradicional se vuelven más complejos cuando la distancia vertical comienza a medirse en kilómetros.
Chile también está entrando en la era de las grandes minas subterráneas
Chile todavía no opera habitualmente a las profundidades alcanzadas por algunas minas auríferas sudafricanas, pero los desafíos asociados a explotar grandes depósitos cada vez más abajo ya forman parte de la realidad nacional.
Chuquicamata es uno de los ejemplos más importantes.
Después de más de un siglo de extracción principalmente mediante minería a cielo abierto, el desarrollo subterráneo comenzó a explotar mineral ubicado bajo el gigantesco rajo existente.
La mina utiliza el método de hundimiento por bloques o block caving, donde grandes volúmenes del macizo son socavados para provocar una fragmentación progresiva aprovechando la gravedad.
La transformación representa un cambio fundamental. En lugar de continuar ampliando indefinidamente un rajo gigantesco, parte del futuro del yacimiento se encuentra bajo la infraestructura construida durante décadas en superficie.
El Teniente enfrenta una lógica parecida. A medida que la explotación continúa profundizándose dentro de uno de los mayores sistemas de cobre conocidos, variables como geomecánica, ventilación, transporte, automatización y telecomunicaciones adquieren creciente importancia.
La minería profunda también puede acelerar la automatización
Cuanto más difícil resulta enviar personas hasta determinado lugar, más atractivo se vuelve operar equipos desde distancia.
Una máquina autónoma puede continuar trabajando durante cambios de turno. Un cargador controlado remotamente puede ingresar a sectores donde existen restricciones temporales para trabajadores. Una red de sensores puede monitorear continuamente el comportamiento de la roca sin depender exclusivamente de inspecciones presenciales.
Incluso los centros de operación pueden encontrarse muy lejos del yacimiento.
La combinación de comunicaciones de alta velocidad, sensores, inteligencia artificial, posicionamiento subterráneo y automatización está haciendo posible que determinadas decisiones operacionales se ejecuten desde superficie.
Es una transformación especialmente relevante para Chile.
Los futuros niveles profundos de grandes depósitos de cobre podrían desarrollarse en una época donde cada vez menos tareas requieran mantener personas directamente frente al macizo rocoso.
Cuánto más abajo puede llegar una mina
No existe una profundidad máxima universal definida para la minería.
El límite depende de una combinación de geología, temperatura, esfuerzos de roca, tecnología y, sobre todo, economía.
En teoría sería posible seguir excavando más profundamente. En la práctica, cada nivel adicional exige nuevas inversiones y aumenta los costos operacionales.
En algún punto, extraer una tonelada de mineral puede requerir tanta infraestructura, refrigeración, energía y transporte que el valor de los metales contenidos deja de justificar la operación.
Por eso las minas más profundas del planeta representan mucho más que récords de ingeniería.
Son enormes experimentos industriales sobre cómo mantener personas, máquinas e infraestructura funcionando en ambientes donde la propia corteza terrestre comienza a imponer condiciones extremas.
Para Chile la lección es especialmente relevante. Algunos de sus grandes depósitos de cobre continúan mucho más allá de los límites actualmente explotados y, mientras la tecnología permita desarrollar esos recursos de manera segura y económicamente viable, una parte importante del futuro de la minería podría no encontrarse expandiendo los rajos hacia los lados, sino descendiendo cada vez más profundamente bajo la Cordillera de los Andes.
