Monitoreo microsísmico

Un promedio de 37% de los accidentes fatales en la mediana y gran minería en Perú son resultado de desprendimientos de rocas y derrumbes o deslizamientos. Para la minimización de estos accidentes y la reducción de las pérdidas por daños a la infraestructura minera, es necesario implementar un sistema de alerta que permite la identificación de zonas vulnerables para tomar las medidas preventivas correspondientes. Una herramienta potente en este marco es el monitoreo microsísmico que permite monitorear pulsaciones instantáneas de baja intensidad en el macizo rocoso, generando información dinámica en tiempo real de la ubicación, extensión y magnitud de inestabilidades geológicas.

1. Introducción

Los mineros están expuestos a una variedad de peligros estrechamente relacionados con su entorno de trabajo. Según las estadísticas de accidentes mortales reportados entre los años 2015 y 2019, un promedio de 37% de los accidentes fatales en la mediana y gran minería ocurrieron por desprendimiento de rocas y derrumbes o deslizamientos¹.

Debido a que el alivio de tensiones en el macizo rocoso es acompañado con la emisión de ondas sísmicas, el monitoreo y procesamiento de los datos de estas ondas permite la identificación de la ubicación y una evaluación de la severidad del viento en tiempo real.

En operaciones propias de minería la sismicidad inducida por actividades mineras es un fenómeno común; ya que, debido a las operaciones de voladura, extracciones de mineral o por fallas geológicas existen redistribuciones de tensiones en el macizo rocoso que resultan en microfracturas o fisuras que debilitan la estabilidad de la roca.

A parte de la sismicidad inducida, existe en partes del territorio peruano un peligro inminente de una sismicidad natural que puede causar grandes daños a la infraestructura minera y poner en riesgo la vida de los trabajadores².

El monitoreo microsísmico con tecnología avanzada permite establecer un potente sistema de
alerta temprano que permite la identificación de zonas vulnerables en una actividad minera para tomar las medidas preventivas correspondientes”.

2. El Monitoreo Microsísmico como herramienta de la gestión de seguridad minera

El proceso de generación de microfracturas invisibles a simple vista en el macizo rocoso genera ondas de vibración, que generalmente son tan débiles que una persona no lo puede sentir antes de la caída de rocas, deslizamiento o derrumbe como consecuencia de la instabilidad geológica.

Tanto la tecnología de los sensores de vibración (sismómetros) como la tecnología de la transmisión y procesamiento de los datos, han ido logrando avances significativos durante la última década. El análisis de datos sísmicos, en la mayoría de las minas, implica la esquematización espacial de eventos de liberación de energía geológica y el análisis de la frecuencia de estos eventos. Las aplicaciones en la minería son amplias y los datos permiten la identificación de zonas vulnerables en galerías y pilares de minas subterráneas, taludes de minas a cielo abierto, túneles o en diques de relaveras.

El monitoreo microsísmico consiste en el monitoreo de la sismicidad de baja intensidad localizado en un espacio reducido. El método permite posteriormente revelar información más detallada sobre zonas vulnerables en la mina y el comportamiento de la estructura minera frente a las actividades de producción como perforaciones, excavaciones o voladuras, además de otras zonas identificadas con riesgo como accesos, rampas principales, etc.  Dicha información permite tomar medidas puntuales para aumentar la seguridad, eficiencia y el funcionamiento óptimo de la operación.

Monitoreo Microsísmico: Monitoreo de “Pulsaciones Instantáneas” de baja intensidad en el macizo rocoso, generando información dinámica en tiempo real de la ubicación, extensión
y magnitud de inestabilidad geológicas.

Sismómetros de última generación en combinación con sistemas sofisticados de computación y software permiten la localización, delineación y la probabilidad de ocurrencias por inestabilidades geológicas y determinan la magnitud de las mismas³.

El uso de esta información permite establecer un sistema de alerta o advertencia automática, utilizando especificaciones características para cada ubicación, que integrado en el sistema de gestión de seguridad minera pueden reducir considerablemente el riesgo para los trabajadores mineros y también para la maquinaria e infraestructura minera. El sistema permite iniciar medidas preventivas específicas, incluyendo la inspección detallada de la estabilidad y movimientos de paredes, frentes, taludes y estratos, investigación de impactos por drenajes y evacuación ineficiente de aguas, hasta la evacuación preventiva de los trabajadores.

El monitoreo microsísmico puede ser realizado de forma temporal o permanente, de acuerdo a las necesidades.

Mientras el monitoreo temporal se utiliza para adecuar o controlar una determinada actividad de producción durante pocas horas hasta semanas, el monitoreo a largo plazo se realiza durante meses o años para vigilar una actividad minera en curso, monitorear la estabilidad de minas abandonadas o identificar galerías o cavernas en centros urbanos afectados por actividades mineras históricas^4-6.

El monitoreo Microsísmico aumenta la seguridad del personal minero y reduce los costos de operación mediante la prevención de daños estructurales y de maquinaria.

3. El Sistema de Monitoreo Microsísmico

Un sistema microsísmico contiene típicamente tres componentes:

a) Sensores de vibración (sismómetros)

Aparte de los sismómetros más simples tipo 1D existe  una variedad de sismómetros, dependiendo de los requerimientos. Sismómetros tipo 3D por ejemplo contienen tres sensores independientes (uno vertical y dos horizontales) y pueden determinar la intensidad de las señales en tres diferentes direcciones. Hidrófonos pueden ser utilizados bajo agua y aceleradores son sensores de desplazamiento que se suelen utilizar en ciertas aplicaciones para medir en movimientos fuertes los desplazamientos relativos de un punto. Sismómetros acústicos pueden detectar señales en el espectro acústico, aparte de las ondas de vibración, y para la detección de movimientos más grandes, se pueden aplicar sensores de GPS de alta precisión, que registran las posiciones relativas de un punto.

Últimos no miden los cambios rápidos del suelo en caso de un movimiento telúrico, sino la ubicación final de puntos de referencia antes y después de ocurrido el evento sísmico.

b) Estación de Registro de Datos (Gabinete Sísmico o Junction Box)

Los datos de los sismómetros y aceleradores son transmitidos al Gabinete Sísmico vía Ethernet, DSL o fibra óptica, utilizando cualquier tipo de cable disponible (ej. cables de teléfono o electricidad) o alternativamente vía inalámbrico mediante WLAN, LTE (4G) u otros protocolos de telemetría.

Esta estación de registro de datos alberga un digitalizador sísmico y registrador transitorio de alta capacidad (ej. K-UTEC GeoLog³) para la adquisición de datos y la transmisión de estos al Servidor de Procesamiento.

El equipo puede ser instalado en el interior o completamente autónomo en el exterior, utilizando paneles solares y antenas para la transmisión inalámbrico de los datos al Servidor de Procesamiento mediante LTE o WAN.

c) Servidor de Procesamiento

Para el procesamiento de datos se utiliza un servidor de alta capacidad, equipado con un procesador rápido con tarjeta de video de alto rendimiento, una unidad de alta capacidad de almacenamiento de datos y un software especializado para la interpretación de los datos. El servidor genera automáticamente alertas en caso de excedencias de límites establecidos y puede estar conectado con el Sistema de Alerta de la mina. Los eventos microsísmicos pueden ser superpuestos a planos de la mina para generar imágenes 3D que pueden ser interpretados de forma rápida y sencilla por el operador de la mina (Figura 3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Un ejemplo de un sistema de monitoreo sísmico de última generación que puede ser adaptado a las características y necesidades específicas de cada mina es el sistema GeoLog de la empresa K-UTEC Salt Technologies en combinación con su propio paquete de software SeismoSuit³).

El sistema está en operación en minas de diferentes tipos alrededor del mundo y K-UTEC ofrece apoyo en la planificación, instalación, operación y mantenimiento del sistema. El sistema permite reaccionar de forma rápida a eventos sísmicos e identificar con precisión la ubicación del evento.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dr. Oswald Eppers
REPRESENTANTE DE K-UTEC SALT
TECHNOLOGIES
Oswald.eppers@k-utec.es
www.k-utec.de/es

 

BIBLIOGRAFÍA:

1) Ministerio de Energía y Minas, MINEM (2020), (https://bit.ly/3enSGID)

2)  Hernando Tavera (2014), Evaluación del Peligro asociado a los Sismos y Efectos Secundarios en Perú, Instituto Geofísico del Perú (https://bit. ly/2WdlMEk)

3) a) K-UTEC AG Salt Technologies (2018), Seismic Monitoring for Geothermal Plants (https://bit.ly/3ekVxlx); b) Die Neuen K-UTEC GeoLogs (https://bit.ly/3iWYbS7)

4) A. Gessert, T. Schicht, R. Koehler (2018), Technical Possibilities and Developments for Seismological Long-Term Monitoring in Underground and Surface Mining, Geodesy Geodyn. 9 (3).

5) M. den Hartogh, H.J. Leusink, R. van Steveninck, J. Wondrak, T. Schicht, N. Vollmer (2018),  Microseismic monitoring in a cavern field near Hengelo, the Netherlands, Paper-Nr. S32-41, K-UTEC Salt Technologies (https://bit.ly/2HRJfGV)

6) Michael Jordan and Thomas Fliß (2007), Geophysical and Geomechanical Measurements as Measures for the Monitoring of Mining Induced Fracturing Processes at Potash and Rock Salt Mines, K-UTEC Salt Technologies, International Geomechanics Conference, Nessebar.