Análisis geoestadístico de correlación de datos para estimar la zona de prohibición en torno al borde cráter de subsidencia por consecuencia del desplome en división El Teniente

Abstract

En la mina El Teniente, la explotación intensiva de recursos minerales condujo a un avance progresivo hacia mayores profundidades en las operaciones de minería subterránea. Este proceso, unido al método de extracción utilizado (explotación por hundimiento), resultó en una expansión continua del cráter de subsidencia en el transcurso del tiempo. Las variaciones observadas en el cráter fueron consecuencia directa de la expansión de los sectores productivos y del reacomodo de las paredes del cráter durante la actividad minera, lo que impactó notoriamente en la zona limitante del borde cráter. Como medida preventiva ante el crecimiento del cráter de subsidencia, la Superintendencia de Estudios Geomecánicos (SEG) lleva a cabo vuelos aerofotogramétricos georreferenciados anuales sobre el cráter. Estos estudios permiten definir los límites del borde del cráter, estableciendo una zona de restricción de ingreso y proyección de la zona de seguridad. La zona de prohibición se delimita actualmente a 50 metros desde el borde del cráter, basándose en la identificación de grietas detectadas dentro y fuera de éste a través de las imágenes proporcionadas por los vuelos aerofotogramétricos. A diferencia de la zona de seguridad, que se puede estimar mediante los ángulos de fracturamiento. La correcta definición de la zona de restricción de acceso o prohibición es esencial debido al alto riesgo de desplome, siendo esta la región más critica y cercana al cráter. La minería ha integrado la seguridad como una prioridad, tan importante como la productividad en sus operaciones. Es por lo anterior, que se busca una representación precisa de esta zona para evitar posibles accidentes fatales y garantizar la protección de operarios y equipos en el entorno minero. En este estudio, se desarrollo y aplicó una herramienta geoestadística ajustada mediante cocorrelogramas, programada en Python, para analizar la relación entre las deformaciones internas del cráter (OT), debidas a desplomes, y las deformaciones InSAR observadas en superficie, que corresponden a la aparición de grietas en los alrededores del cráter. El propósito principal fue mejorar la precisión en la delimitación de la zona de prohibición de ingreso por sectores, con el fin de reducir los riesgos de seguridad que podrían surgir debido a una estimación inexacta de estos límites. Mediante esta metodología, no solo se pretendió cumplir con los aspectos técnicos del análisis, sino también contribuir de manera concreta a la seguridad operativa, destacando la relevancia de gestionar adecuadamente los riesgos en entornos de minería subterránea intensiva. Los resultados obtenidos demostraron una correlación directa y cuantitativa entre las deformaciones OT e InSAR, lo que confirmo la hipótesis de que la subsidencia del terreno promueve la formación de grietas. Además, se verifico que la herramienta del co-correlograma desarrollada en este estudio es efectiva para evaluar la relación espacial y temporal entre estas deformaciones, cumpliendo con el objetivo principal de la investigación al estimar la zona de prohibición. Se observó que la distancia temporal y espacial de influencia de las deformaciones OT en la generación de grietas (deformaciones InSAR) varió según el sector del cráter. En el sector de Esmeralda (este), se estimó una alta correlación hasta una distancia máxima de 75 metros, con un efecto temporal de 5 meses desde la ocurrencia de una deformación de desplome (OT) hasta la aparición de una grieta en el cráter de subsidencia. En el sector del Reno (norte), la correlación fue alta hasta una distancia de 180 metros, con un efecto temporal de 3 meses. Finalmente, a partir de los resultados obtenidos, se logró identificar la distancia espacial y temporal óptima en la que se alcanza mayor correlación entre las deformaciones para cada sector, lo que permitió estimar con precisión la zona limite de influencia. Esta estimación se visualizo de manera más efectiva mediante la creación de un mapa de color, lo cual validó el uso del co-correlograma como herramienta geoestadística adecuada para esta aplicación. Adicionalmente, se brindaron recomendaciones orientadas al análisis geoestadístico, así como una discusión sobre las limitaciones identificadas en el estudio. At the El Teniente mine, the intensive exploitation of mineral resources led to a progressive advance towards greater depths in underground mining operations. This process, coupled with the method of extraction used (mining by subsidence), resulted in a continuous expansion of the subsidence crater over time. The variations observed in the crater were a direct consequence of the expansion of the productive sectors and the rearrangement of the crater walls during mining activity, which had a significant impact on the crater boundary. As a preventive measure against the growth of the subsidence crater, the Superintendence of Geomechanical Studies (SEG) carries out annual georeferenced aerial photogrammetric flights over the crater. These studies define the limits of the crater rim, establishing an entrance restriction zone and the projection of the safety zone. The prohibition zone is currently delimited 50 meters from the crater rim, based on the identification of cracks detected inside and outside the crater through images provided by aerial photogrammetric flights. Unlike the safety zone, which can be estimated using fracture angles. The correct definition of the access restriction or prohibition zone is essential due to the high risk of collapse, this being the most critical region close to the crater. Mining has integrated safety as a priority, as important as productivity in its operations. It is for this reason that an accurate representation of this area is sought to avoid possible fatal accidents and ensure the protection of operators and equipment in the mining environment. In this study, a geostatistical tool co-correlograms, was developed in Python and applied to analyze the relationship between the internal deformations of the crater (OT), due to landslides, and the InSAR deformations observed on surface, which correspond to the appearance of cracks in the surroundings of the crater. The main purpose was to improve the accuracy in the delimitation of the no-entry zone by sectors, in order to reduce the safety risks that could arise due to an inaccurate estimation of these limits. This methodology was intended not only to comply with the technical aspects of the analysis, but also to contribute concretely to operational safety, highlighting the relevance of adequately managing risks in intensive subway mining environments. The results obtained showed a direct and quantitative correlation between OT and InSAR deformations, which confirmed the hypothesis that ground subsidence promotes crack formation. In addition, it was verified that the co-correlogram tool developed in this study is effective to evaluate the spatial and temporal relationship between these deformations, fulfilling the main objective of the research by estimating the prohibition zone. It was observed that the temporal and spatial distance of influence of OT deformations in the generation of cracks (InSAR deformations) varied according to the crater sector. In the Esmeralda sector (east), a high correlation was estimated up to a maximum distance of 75 meters, with a temporal effect of 5 months from the occurrence of an out-of-plunge (OT) deformation to the appearance of a crack in the subsidence crater. In the Reno sector (north), the correlation was high up to a distance of 180 meters, with a temporal effect of 3 months. Finally, from the results obtained, it was possible to identify the optimal spatial and temporal distance at which the highest correlation between the deformations is reached for each sector, which allowed us to accurately estimate the limit zone of influence. This estimation was visualized more effectively through the creation of a color map, which validated the use of the co-correlogram as an appropriate geostatistical tool for this application. Additionally, recommendations for geostatistical analysis were provided, as well as a discussion of the limitations identified in the study.