Evaluación del fenómeno de bombeo de agua-barro en minería de caving: un enfoque experimental y numérico

Abstract

Cuantificar los mud rushes es clave para proteger a las personas, sostener la continuidad operacional y contener los costos en minería por hundimiento. Su activación depende de interacciones no lineales entre flujo granular y agua que, en condiciones geomecánicas reales, siguen siendo difíciles de anticipar. La mayor profundidad de explotación, la variabilidad climática y la heterogeneidad hidrogeológica intensifican estos riesgos, por lo que se requiere un marco que permita medir, comparar y predecir el fenómeno con criterios operacionales verificables. Con ese propósito se integra experimentación física a escala con modelación acoplada DEM–CFD para evaluar como la secuencia de apertura, la granulometría, la fracción de finos, la saturación y la localización del ingreso de agua condicionan la movilización de partículas y la dilución. Se emplea un protocolo de ensayos repetibles con medición de masa y curvas de dilución, más un procesamiento de imágenes que cuantifica la evolución de áreas de finos y frentes de movilización. El modelo numérico reproduce la interacción fluido–partícula y se calibra con datos de laboratorio para explorar escenarios que exceden la escala experimental manteniendo la física dominante. En el análisis estadístico de repetición (condición seca, n=30), los errores relativos promedio fueron de ±4% a 5s,±3% a 15s y ±3% a 30s, con todas las marcas < 4%. Los resultados muestran tendencias operativamente relevantes(...). Quantifying mud rushes is key to protecting people, sustaining operational continuity, and containing costs in cave mining. Their activation depends on nonlinear interactions between granular flow and water that, under real geomechanical conditions, remain difficult to anticipate. Greater mining depths, climatic variability, and hydrogeological heterogeneity intensify these risks, so a framework is needed to measure, compare, and predict the phenomenon with verifiable operational criteria. To this end, physical bench-scale experimentation is integrated with coupled DEM–CFD modeling to evaluate how drawpoint sequencing, particle size distribution, fines fraction, saturation, and the location of water ingress condition particle mobilization and dilution. A repeatable testing protocol is used with mass measurements and dilution curves, plus image processing that quantifies the evolution of fines areas and mobilization fronts. The numerical model reproduces fluid–particle interaction and is calibrated with laboratory data to explore scenarios beyond the experimental scale while preserving the dominant physics. In the statistical repeatability analysis (dry condition, n=30), average relative errors were ±4 % at 5 s, ±3 % at 15 s, and ±3 % at 30 s, with all marks < 5 %. The results show operationally relevant trends(...).