Las minas más profundas del planeta trabajan a más de 3,5 kilómetros bajo la superficie. A esas profundidades ya no basta con perforar y extraer mineral: hay que enfriar la roca, controlar enormes esfuerzos geológicos y mantener funcionando una verdadera ciudad industrial bajo tierra.
A casi cuatro kilómetros bajo la superficie, una mina deja de parecerse a la imagen tradicional de un túnel excavado en la roca. Existen estaciones eléctricas, talleres, redes de comunicaciones, sistemas de bombeo, ventiladores, refugios, vías de transporte y kilómetros de galerías que deben funcionar simultáneamente para que personas y máquinas puedan trabajar.
Ese extremo existe actualmente en Sudáfrica. Mponeng, considerada la mina más profunda del mundo, explota oro entre aproximadamente 3.160 y 3.740 metros bajo la superficie. Su infraestructura continúa desarrollándose todavía más abajo.
Pero alcanzar esas profundidades introduce un límite que no depende solamente de la capacidad de perforar. Cuanto más se interna una mina en la Tierra, más difíciles se vuelven el calor, la presión de la roca, la ventilación, el transporte y las evacuaciones.
Chile todavía no explota cobre a las profundidades extremas de Mponeng, pero enfrenta el mismo fenómeno. El Teniente continúa profundizando sus operaciones y Chuquicamata pasó desde un gigantesco rajo a una mina subterránea que se desarrolla cientos de metros bajo su fondo.
La minería moderna está aprendiendo, literalmente, a trabajar cada vez más abajo.
La mina más profunda del mundo está bajo Sudáfrica
Mponeng se encuentra cerca de Carletonville, aproximadamente 90 kilómetros al suroeste de Johannesburgo. Es una mina de oro que comenzó su producción durante la década de 1980 y hoy representa uno de los ejemplos más extremos de ingeniería subterránea.
Sus sectores productivos operan entre 3,16 y 3,74 kilómetros bajo la superficie. El desarrollo minero ha alcanzado niveles todavía más profundos y el plan de extensión de vida considera nueva infraestructura para continuar explotando el depósito.
Llegar al mineral requiere utilizar un sistema de piques verticales y subpiques. Los trabajadores y materiales descienden mediante enormes ascensores mineros, conocidos como jaulas, y posteriormente continúan hacia sus áreas de trabajo mediante redes internas de transporte.
La distancia vertical es solamente una parte del recorrido. Una vez abajo todavía puede ser necesario desplazarse horizontalmente por galerías hasta llegar al frente donde realmente ocurre la explotación.
En una mina ultraprofundizada, por lo tanto, entrar al trabajo puede convertirse en una operación logística por sí misma.
A varios kilómetros de profundidad, la roca está caliente
Uno de los primeros enemigos de la minería profunda es invisible: el calor natural de la Tierra.
La temperatura aumenta progresivamente hacia el interior del planeta. Este fenómeno, denominado gradiente geotérmico, significa que las rocas situadas a varios kilómetros de profundidad pueden encontrarse a temperaturas incompatibles con una operación minera normal sin sistemas de refrigeración.
En minas ultraprofundas de Sudáfrica las temperaturas naturales de la roca pueden superar ampliamente los 50 °C y alcanzar valores sobre 60 °C en determinados sectores.
A ese calor se suman otras fuentes. Los motores eléctricos, equipos diésel, perforadoras, instalaciones eléctricas y personas liberan energía dentro de un espacio confinado. Incluso el aire aumenta su temperatura cuando desciende y se comprime.
Ventilar ya no consiste simplemente en introducir aire desde la superficie.
En operaciones extremadamente profundas se necesitan verdaderas plantas de refrigeración minera.
Mponeng utiliza sistemas en los que agua enfriada e incluso mezclas de agua y partículas de hielo ayudan a transportar capacidad frigorífica hacia los niveles profundos. Allí el frío se utiliza para reducir la temperatura del aire que finalmente llega a las zonas de trabajo.
Es una paradoja extraordinaria: para extraer oro varios kilómetros bajo tierra es necesario fabricar frío industrial en una escala suficiente para combatir el calor del planeta.
La montaña comienza a ejercer una presión enorme
El calor es solamente parte del problema.
Cuando una galería está cerca de la superficie, el volumen de roca situado sobre ella es relativamente limitado. A varios kilómetros de profundidad existen kilómetros de macizo rocoso ejerciendo esfuerzos sobre las excavaciones.
La roca parece sólida e inmóvil, pero está sometida permanentemente a tensiones.
Al excavar un túnel se modifica ese equilibrio. Las fuerzas que antes atravesaban un volumen continuo deben redistribuirse alrededor del espacio vacío. A grandes profundidades, esa redistribución puede concentrar esfuerzos enormes.
En determinadas condiciones puede producirse un estallido de roca, o rockburst: una liberación repentina de energía almacenada en el macizo que puede fracturar violentamente sectores de una excavación.
Por eso profundizar una mina no consiste simplemente en construir el mismo túnel algunos cientos de metros más abajo.
La geomecánica cambia.
Los ingenieros utilizan perforaciones, sensores, modelos computacionales y redes de monitoreo sísmico para comprender cómo responde la roca mientras avanza la explotación. El diseño de pilares, secuencias de extracción y sistemas de fortificación debe considerar esos esfuerzos.
Mientras más profunda es la minería, la propia montaña pasa a formar parte activa del problema de ingeniería.
El desafío también existe bajo los Andes chilenos
Chile posee uno de los mejores ejemplos mundiales para entender este fenómeno.
El Teniente es el mayor yacimiento de cobre explotado mediante minería subterránea del planeta y acumula miles de kilómetros de galerías desarrolladas durante más de un siglo de operación.
El mineral continúa hacia profundidad.
La cartera estructural de Codelco busca explotar sectores cada vez más bajos del yacimiento mediante Andes Norte, Diamante y Andesita, además de avanzar posteriormente hacia Teniente 9, el nivel más profundo respecto de las áreas explotadas actualmente.
El diseño histórico del Nuevo Nivel Mina consideró llevar la explotación hasta aproximadamente 1.880 metros de profundidad.
A esas condiciones, el comportamiento geomecánico adquiere una relevancia decisiva. El Teniente posee una larga experiencia trabajando en sectores sometidos a altos esfuerzos y monitoreando actividad sísmica inducida por la propia explotación.
El desafío no es exclusivo de Chile. A medida que grandes depósitos subterráneos se profundizan en distintas partes del mundo, los esfuerzos de la roca se convierten en uno de los factores que puede determinar dónde, cuándo y cómo es posible extraer mineral con seguridad.
Chuquicamata comenzó a bajar después de un siglo excavando hacia abajo
El norte de Chile ofrece otra transición extraordinaria.
Durante más de cien años, Chuquicamata profundizó su gigantesco rajo hasta aproximarse a un kilómetro desde sus zonas superiores. El cobre, sin embargo, continuaba bajo el fondo de la excavación.
Seguir ampliando el rajo exigía remover cantidades crecientes de roca y aumentar las distancias de transporte.
La solución fue cambiar completamente el método de explotación.
Chuquicamata Subterránea comenzó su producción en 2019 y desarrolla infraestructura bajo el histórico rajo mediante túneles, galerías, chancadores y sistemas de transporte internos.
En vez de hacer subir continuamente enormes camiones desde profundidad, el mineral puede ser fragmentado, reducido de tamaño bajo tierra y enviado hacia instalaciones superiores mediante sistemas de correas.
Es una muestra de algo fundamental: la profundidad económicamente alcanzable depende tanto de cómo se transporta el mineral como de cómo se extrae.
¿Cómo respira una mina ubicada bajo kilómetros de roca?
Una mina profunda necesita renovar permanentemente millones de metros cúbicos de aire.
Los sistemas principales de ventilación conectan la superficie con distintos niveles mediante túneles y chimeneas. Grandes ventiladores generan diferencias de presión que obligan al aire fresco a circular por determinados recorridos y permiten evacuar aire caliente, gases y polvo por otros.
La distribución debe estar cuidadosamente calculada.
Enviar demasiado poco aire puede volver inseguro un sector. Enviar cantidades innecesarias a zonas sin actividad desperdicia enormes cantidades de energía.
Aquí la digitalización está cambiando también la minería. Sensores pueden conocer la ubicación de equipos y trabajadores, medir gases y controlar condiciones ambientales para ajustar la ventilación dependiendo de la demanda operacional.
Una mina moderna empieza así a comportarse como un gigantesco organismo artificial: respira únicamente donde necesita respirar.
Agua, electricidad y comunicaciones también deben llegar hasta el fondo
Cada metro adicional obliga además a extender prácticamente todos los servicios industriales.
La electricidad debe viajar hasta equipos de producción, perforadoras, chancadores y ventiladores. Las redes de fibra óptica y radiocomunicaciones permiten transmitir datos y controlar máquinas. El agua utilizada durante diferentes procesos debe ser administrada y el agua que ingresa naturalmente a la mina debe ser capturada y bombeada.
El bombeo es especialmente interesante.
El agua acumulada a kilómetros bajo tierra no puede simplemente escurrir hacia un punto más bajo indefinidamente. Debe elevarse contra la gravedad mediante estaciones instaladas en distintos niveles.
Algo similar ocurre con el mineral, aunque la ingeniería intenta aprovechar la gravedad siempre que es posible.
Métodos de explotación masiva como el block caving, utilizado en Chile, permiten que enormes volúmenes de mineral fracturado desciendan naturalmente hacia puntos de extracción. Desde allí equipos LHD pueden recogerlo y llevarlo a chancadores subterráneos.
La gravedad que dificulta sacar materiales hacia la superficie puede convertirse también en una herramienta productiva.
Qué ocurre si existe una emergencia
A varios kilómetros de profundidad, salir rápidamente a la superficie no siempre es posible.
Las minas subterráneas deben diseñarse bajo esa realidad.
Existen múltiples rutas de evacuación, sistemas de comunicaciones, procedimientos de emergencia y refugios mineros capaces de proteger temporalmente a trabajadores cuando una evacuación inmediata no es viable.
Estos espacios pueden incorporar suministro de aire respirable, comunicaciones, agua y elementos necesarios para mantener personas aisladas del ambiente exterior durante determinado periodo.
La posición de cada trabajador también adquiere importancia. Tecnologías de identificación y seguimiento permiten conocer qué personas ingresaron a determinados sectores y facilitar la respuesta ante una emergencia.
Una mina profunda no puede depender de descubrir quién estaba abajo después de ocurrido un incidente. La información debe existir previamente.
Cuanto más profunda sea la mina, menos personas necesitarán estar en el frente
La automatización probablemente será una de las tecnologías que permita seguir profundizando operaciones.
Equipos LHD autónomos, perforadoras telecomandadas, sistemas robotizados y centros remotos permiten trasladar determinadas tareas desde el frente de explotación hacia lugares más seguros.
Esto resulta especialmente atractivo en sectores sometidos a altos esfuerzos geomecánicos.
Una máquina puede ingresar a una zona después de una tronadura o trabajar durante periodos en que resulta preferible limitar la exposición humana. Los operadores pueden encontrarse en otra galería o incluso en superficie.
La transformación ya ocurre en la minería chilena y probablemente aumentará con la profundidad.
El objetivo no será construir minas completamente vacías de personas, sino reducir la necesidad de que alguien permanezca físicamente en los lugares de mayor exposición.
Entonces, ¿hasta dónde puede llegar una mina?
No existe una profundidad máxima universal.
La tecnología actual demuestra que es posible producir mineral comercialmente a más de 3,5 kilómetros bajo la superficie, mientras existen desarrollos mineros que se aproximan a los cuatro kilómetros.
Pero perforar todavía más abajo no significa automáticamente que exista una mina viable.
Debe haber suficiente mineral y valor económico para pagar infraestructura, energía, ventilación, refrigeración, fortificación, transporte y todos los sistemas adicionales que exige la profundidad.
Cada kilómetro cambia la ecuación.
En Chile ese desafío será cada vez más relevante. Algunos de los grandes yacimientos cupríferos continúan hacia abajo y mantener su producción durante las próximas décadas significará explotar sectores más profundos y geomecánicamente más complejos.
La frontera de la minería moderna ya no está únicamente en encontrar nuevos minerales.
También está en descubrir hasta qué profundidad somos capaces de seguirlos de manera segura y económicamente razonable.
Y allí abajo, donde desaparecen completamente la luz del día y las condiciones naturales aptas para trabajar, comienza una de las formas más extremas de ingeniería construidas por el ser humano.
