Download - Estudio hidrologico minas
Manual deHidrología en Minas
Excelencia y Experiencia en Hidrología
Hidrologia de impactos ambientales, desagüe, geoquímica, modelos numéricos, balance hídrico, suministro de agua y diseño de estructuras de agua.
Una Prueba de Bombeo en una Mina de Uranio - Canada
Descripción de la Presentación
El Proceso de Caracterización Hidrológica
Revisión de los datos disponibles relacionados (p.e. fotografías aéreas,geología, hidrología, etc.)
Completar Estudios Hidrogeológicos de Campo
Desarrollar modelos conceptuales del Sistema Hidrogeológico
Evaluar si las herramientas analíticas o numéricas
Desarrollo del Modelo Numérico
son las apropiadas
Modelos
Modelos
Modelos
en Estado Estacionario (calibración)
Transitorios (calibración)
Transitorios Predictivos
y colección de datos adicionales Monitoreo
Verificación del Modelo y actualizaciones
Descripción de la Presentación (Continuación)
Hidrogeología en la Minería
Exploración de Agua Subterránea
Desagüe de Mina y Despresurización
Predicción de condiciones hidrológicas e hidrogeológicas futuras
Operaciones
Cierre
Drenaje Ácido de Roca
Gestión del Agua de Mina
Calidad, Cantidad, Tratamiento,
Monitoreo
Mitigación
Descarga, Cumplimiento Ambiental
Proceso de CaracterizaciónHidrológica
Estudios Hidrogeológicos en Campo
Los datos son colectados en el campo para entender mejor las propiedades físicas y químicas del sistema. Usualmente se logra mediante:
instalación de piezómetros, pozos deprueba y por la realización de pruebas hidráulicas y de calidad de agua.
Estudios Geofísicos (por ejemplo sísmica, resistividad, geofísica de pozos)Mapeo Geológico
Calidad de Agua Subterránea
Mediciones de nivel de agua
Mapas de gradiente hidráulico
Inventario de Usos de Agua
Estudios Hidrológicos en Campo
Datos Hidrológicos
Colección de datosmeteorológicos
Delineación de cuencas
Datos para cálculo del BalanceHídrico
Colección de datos de
históricos, si existióactividad previa
alguna
Perforación de un piezómetro en Cerro Matoso
Pruebas de Hidrología
Objetivos – Entender cómo el agua se mueve a través del sistema,conocer cuánta cantidad de agua puede ser transmitida y almacenada las rocas.
Pruebas de bombeo
en
Se pueden probar pozos simples vs. pozos de gran escala
Pruebas Slug (pruebas
Pruebas Packer
Pruebas Air lift
puntuales de permeabilidad)
Pruebas de Hidrogeología
Prueba de Bombeo Prueba Slug (neumático)
Mediciones de Flujos de Agua Superficial
Un flumo en funcionamiento
Medición manual de flujo
Calidad de Agua Subterránea
Modelos Conceptuales del Sistema Hidrogeológico
Una descripción de un sistema de agua subterránea queincorpora una interpretación de las condiciones geológicas ehidrogeológicas existentes.
Desarrollo del Modelos Conceptuales del SistemaHidrogeológico
La geometría de los límites del dominio del acuífero investigado;
El tipo de matriz sólida que comprende al acuífero (con referencia a su homegeneidad, isotropía, etc.) y la determinación de zonas o dominios hidrogeológicos;
Una descripción del régimen de flujo e interacciones de agua subterránea y agua superficial;
La presencia y los efectos de fallamiento, estructuras geológicas, alteraciones, etc.;
Las variables relevantes de estado y el área o vólumen, sobre las cuales se toman lospromedios de las variables;
Fuentes y sumideros de agua y de contaminantes pertinentes, dentro del dominio y sobre sus límites;
Condiciones iniciales dentro del dominio considerado; y
Condiciones de frontera del dominio considerado que expresen las interacciones con su entorno circundante
La selección apropiada del modelo conceptual para un problema dado es un paso, sino, el paso más importante en el proceso de modelado.
Desarrollo de Modelos Conceptuales del SistemaHidrogeológico
El Proceso de ModelaciónIdentificación del problema
Identificación del problemay descrpción
••
•
Elementos importantes a ser modeladosRelaciones e interacciones entre ellos
Grado de precisión
Conceptualizacióndel modelo
Datos
Desarrollodel modeloConceptualización y desarrollo
••
•
•
Descripción matemáticaTipo de Modelo
Método numérico – código computacional
Malla, fronteras y condiciones iniciales
Calibración del modelo yestimación de parámetros
Verificación del modelo yAnálisis de sensibilidad
Calibración••
•
Estimación de los parámetros del modeloResultados del modelo en comparación con las salidas reales
Ajuste de parámetros hasta que los valores sean similares
Documentacióndel modelo
Aplicación del modeloVerificación• Ajuste independiente de los datos de entrada utilizados
• Comparación de resultados con los resultados medidos Presentaciónde resultados
¿Qué puede simular un Modelo deSubterránea?
Flujo de Agua
1.2.
3.
4.
Acuíferos libres y confinadosFallas y otras barreras
Unidades confinantes e intercalaciones de grano fino
Unidad confinante - Cambios de flujo y de almacenamiento de aguas subterráneasRío – intercambio de agua del acuífero
Descarga de agua a arroyos y desagües
Corriente efímera – intercambio de agua del acuífero
Reservorio - intercambio de agua del acuífero
Recarga de precipitación y riego
Evapotranspiración
Retirada o recarga de pozos
Intrusión de agua de mar
Desgüe de mina (sumideros, drenajes horizontales, pozos, etc.)
5.6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Unidades Litoestratigráficas
Las unidades se agrupanen base a edades, formación o tipo de roca similares
Correlación estratigráficatradicional de unidades de roca
Unidades Hidroestratigráficas(Dominios Hidrogeológicos)
Unidades
Hidroestratigráficas
UnidadesLitoestratigráfic
as
Las UnidadesHidroestratigráficas son rocas con características hidráulicas similares, tal como la conductividad hidráulica
Dominios Hidrogeológicos
Un Ejemplo de un Modelo de Diferencias Finitas
Introducción de Hidrogeología de Minas| 14 Diciembre, 2012
Condiciones de Frontera
Introducción de Hidrogeología de Minas| 14 Diciembre, 2012
Medio Poroso Equivalente
• Los proyectos mineros a menudo ocurren en ambientes de roca dura los cuales tienen una geología ehidrogeología compleja.
Con frecuencia, se implementan las hipótesis de un medio poroso equivalente
Cuando se construye un modelo conceptual de un acuífero de roca fracturada, necesariamente deben entrar en juego tres factores. Estos son:
•
•
(i) la geología de la roca fracturada,
(ii) la escala de interés y
(iii) el propósito para el que se está desarrollando el modelo.
o
o
oEn el caso de los proyectos de mina normalmente:
La escala de interés es sub-regional
Por ello, se implementa el método del medio poroso equivalente (EPM), en el que las fracturas individuales se modela la heterogeneidad del sistema de roca fracturada utilizando un pequeño número de zonas.
Por ejemplo una zona de la falla generalmente se modela como una zona discreta con diferentesparámetros hidráulicos que los de la roca madre.
En esa caso se consideró la escala de los datos hidráulicos del programa de campo, así como el comportamiento hidráulico
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Calibración y Verificación
Modelos en Estado Estacionario
Calibración del nivel de agua (media), de minas antigüas, manantiales
Modelos Transitorios (calibración)
flujos de agua superficial, flujos
Series de datos de calibración del tiempo
Series de datos de los niveles de agua con alta resolución
Pruebas de bombeo de gran escala
Operaciones piloto de desagüe para exploración
Los mejores datos debido a la gran tensión hidráulica
de tiempo
Monitoreo y colección de datos adicionales
Verificación del Modelo y actualizaciones
Por ejemplo, datos del desagüe pre-minería
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Ejemplo de Calibración – Grafica de 1:1
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Calibración Transitoria
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Análisis de Sensibilidad
Un procedimiento en donde los parametros son variados dentro deposibles rangos
Evaluar los cambios en el grado de calibración
Evaluar los cambios en los resultados previstos
Resultados en una gama de resultados de salida
Debe examinarse el cambio en la calibración como una forma de
evaluación en la cual sea probable que el escenario modelado ocurra
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Resumen de Modelos de Flujo de AguaSubterránea
Usualmente resulta una geología complicada en los modelosde los proyectos mineros.
Los modelos deben ser calibrados
complejos
Las calibraciones transitorias resultan en predicciones más confiables
La modelación es un proceso
Se comienza con simplicidad y se añade complejidad como garantíade la complejidad del problema y por la cantidad de datos
Debe ser actualizado a medida que más datos sean colectados
Muchas jurisdicciones requieren modelos que sean actualizadosperiódicamente
Evaluar los cambios en los impactos al sistema durantecondiciones de minado y cierre
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HidrogeologíaMinería
en la
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Hidrogeología en la Minería
Línea base – Condiciones de hidrológica
Exploración de Agua Subterránea
Desagüe de Mina y Despresurización
o hidrogeología
Predicción de condiciones hidrológicas
Operaciones
Cierre
Drenaje Ácido de Roca
Gestión del Agua de Mina
e hidrogeológicas futuras
Calidad, Cantidad, Tratamiento,
Monitoreo
Mitigación
Descarga, Cumplimiento Ambiental
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Estudio de Línea Base
Una evaluación sólida de línea base esesencial para las minas (responsabilidades e impactos) y para los reguladores (evaluación de impactos asociados con el proyecto).
Los datos colectados mejoran el entendimiento de todo el sistema hidrológico e hidrogeológico.
Los datos se utilizan para desarrollar y calibrar modelos de predicción para la evaluación de impactos.
Es esencial para la evaluación de las
condiciones iniciales enmineralización natural y las minas antiguas.
el contexto dedel impacto de Estación de Meteorología - Colombia
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Exploración de Agua Subterránea
Las minas requieren agua para sus operaciones
La cantidad requerida depende del tipode mina, de los procesos implementados, proceso de gestión de agua, diseño delas instalaciones, tamaño de la mina, etc.
Los requerimientos varían enormemente
Definir la demanda y la calidad del aguadeseada
Localizar los tipos de acuíferos en la zona
Desarrollar una lista priorizada de objetivosRealizar un programa de exploración
Evaluar posibles impactos hidrológicos
Otros usuarios, aguas superficiales,ecología, etc.
Perforaciones en Proyecto Boko Songho - Congo
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Investigaciones de Desagüe y Despresurización
Desagüe de Mina
Despresurización
Predicción de condicioneshidrológicas e hidrogeológicas futuras
Diseño del sistema de agua
Calidad y cantidad de agua
Tajo abierto lleno con relaves – observar la fallade talud (Canada)
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Métodos de Desagüe y Despresurización
Objectivo: Eliminan el agua de almacenamiento y interceptar agua querecarga la zona de mina en un esfuerzo por bajar el nivel de aguaa la mina
cercano
Desagüe
Pozos interceptores
Pozos dentro del túnel y dentro del tajo a cielo abierto
Lechada (más adecuado para fracturas subterráneas de alto rendimiento)
Drenes horizontales en túneles y en paredes del tajo
Galerías de drenaje
Flujos de entrada pasivos en pozos y túneles dirigidos con sumideros
Desagüe antes emprezar
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Simular el Desarrollo Progresivo de las Minas enlos Modelos
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Predicción de Condiciones Futuras - Abatimiento
Predicción de Abatimiento en un Modelo Numérico de AguaSubterránea - Peru
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Abatimiento y Análisis de Sensibilidad
Un Proyecto de Cobre – Arizona, USA
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Predicción de Condiciones Futuras – Impactos de Flujosde Agua Superficial
Un Proyecto de Cobre – Arizona, USA
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Interacción de agua subterránea y superficial
Las Quebradas perennes, que tienenagua cuando no llueve, tienen un flujo base y están conectadas con el agua subterránea
Localmente y posiblementea escala sub-regional
Si tienen agua solamente cuandollueve, son intermitentes.
Son independientes delagua subterránea.
La escala del impacto es una funciónde la conductividad hidráulica del cauce de la quebrada y de la magnitud del cambio en el nivel de agua cerca de la quebrada.Los Quebradas perennes cerca del túnel tienen un potencial mas grande de impactos de flujo.
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Interacción de agua subterránea y superficial
Corriente efluente Corriente influente
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Predicción de Condiciones Futuras – Impactos deFlujos de Agua Superficial
LagunaTajo yTunels
Un Proyecto de Oro (túneles y un tajo abierto) – Ontario, Canada
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Predicción de Condiciones Futuras – Cierre
¿Cuál es el plan de cierre?
Incorporarlo en el modelo y volver a correr el modelo
Los impactos hidrogeológicos pueden continuar más allá de la minería
Re-equilibrio del sistema de flujo del agua subterránea
El sistema de flujo final puede ser diferente al sistema de flujo original
Es necesario evaluar éstos cambios potenciales
¿Cuál es la calidad de agua en
Si se ve afectada, ¿entrará al
¿Dónde se descargará y cuál
el tajo o en el túnel?
sistema de flujo?
será la calidad del agua cuando llegue?
¿ Existirán receptores potenciales entre éstos puntos?
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Efectos de Relleno en Pasta en los TúnelesRelleno en Pasta (Paste backfill) en minería subterránea ha sido generalmente considerada benéfica porque reduce los impactos ambientales asociados con la actividad minera debido a:
1.2.
Reducción en el volumen de relaves (tailings) que requieren disposición en la superficie.
Uso de todos los relaves en el relleno , en lugar de la fracción gruesa usada en los sand fill convencionales, reduciendo así la necesidad del manejo y disposición de relaves finos (limos).Reducción en el potencial para oxidar o lixiviar los relaves debido a la naturaleza delrelave espesado dispuesto como relleno bajo tierra porque:a) Es menor la liberación de agua, lo cual reduce la generación de lixiviados.
b) Es menor el oxigeno disponible como resultado del alto grado de saturación.
c) Es preferible el flujo del agua subterránea alrededor del relleno que a través de eldebido a la baja conductividad hidráulica del relleno en pasta.
d) La adición de cemento que provee un potencial extra de neutralización (NP) y reduce la porosidad efectiva y
e) El potencial de inundación en el cierre el cual reduce la oxidación de sulfuros a largo plazo.
3.
4. Recupera mas rápidamente el nivel freático.
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Drenaje Ácido de Roca
Receta para drenaje ácido de roca (DAR)
Pirita (y otros sulfuros) + Oxígeno + Agua
Minerales de sulfuro en depósitos minerales que se forman bajocondiciones de reducción en ausencia de oxígeno.
Cuando éstos minerales se exponen al oxígeno atmosférico o agua oxigenada se vuelven inestables y se oxidan formando drenaje ácido de la roca.
Básicamente, el drenaje ácido de la roca toma la pirita (minerales de sulfuro), el oxígeno y agua.
La planeación inicial y la administración son la clave para la disminución deriesgos ambientales.
Al igual que en la extinción de un incendio forestal – si se elimina uno de los ingredientes, como el combustible o el oxígeno se puede apagar el fuego. Lo mismo se aplica para DAR.
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Modelación Geoquímica Caracterización Geoquímica
Justificación Ácido-BaseCelda de prueba de humedad
¿Suficientes datos colectados?Modelación Geoquímica
PHREEQ-CMINTEC Otros
Predicción de la calidad de agua enfuturo
el
Más precisión con mayor químicaMayor dificultad para predecir con exactitud los metales traza¿Cómo se compara a los análogos en el distrito? (es decir, trabajos históricos)
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Investigaciones de Lagunas en Tajos y Rellenodel Túneles
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Malas Prácticas de Gestión
Tajo Abierto – IndonesiaSeptiembre 2011
Tajo Abierto – IndonesiaMayo 2012
Balance Hídrico de Mina
Comprender los déficits y excedentes de agua en diversas instalaciones del sitioMejorar la administración del agua de las diferentes calidades deagua
Predecir la calidad del agua de diversas instalacionesPredecir las condiciones que los excedentes podrían crear o cuestiones de manejo de agua
Dimensionamiento de los sistemas de tratamiento para diversas instalciones
Conceptualización del plano demanejo de aguas – Australia
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Gestión de Calidad de Agua
Carga de sedimentos necesaria en la mayoría de los proyectos
Reducciones logradas por medio de estanques de sedimentación y/o floculantes
Otros problemas de calidad deagua
pH
Niveles elevados de STD,sulfuros, etc.
Niveles elevados de metales traza
Cianuro
Nitratos
Cumplimiento con el monitoreo
Lagunas de Tratamiento de Filtración para Instalaciones deRelaves
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Diseño Tratamiento de Sistema Pasivo
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Instalaciones de Mina
Diseños de ingenieríala contaminación
Monitoreo
para evitar
Modelación de la filtración alsistema de aguas subterráneas(modelación de flujo no saturado)
Manejo de recopilaciónfiltración
Remediación
de
Deposito de Relaves - Malaysia
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Predicción de Condiciones Futuras –Trayectoria deFlujo Potencial Contaminante
Pueden realizarse modelos de transporte reactivoA menudo se utiliza PHREEQ-C para simular el transporte en 2-D a lo largo de las trayectorias de flujo (incorporar características geológicas y geoquímicas a lo largo de las trayectorias previstas)
Introducción de Hidrogeología de Minas| 14 Diciembre, 2012
Monitoreo de Condiciones Durante la OperaciónDebido a la complejidad hidrogeológica ensitios de monitoreo
la mina, son fundamentales los
Nivel de Agua
Calidad
Cantidad de ingreso a túneles y tajos
Flujos de agua superficial
Stage Gauge - Guatemala
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¿Cuáles son las reacciones que se llevan a caboentre pirita, oxígeno y agua?
La reacción general de la oxidación de pirita se escribe usualmentecomo:
FeS2 + 7/2O2 + H2O = Fe2+ + 2SO42- + 2H+
El aire atmosférico suele ser la fuente de oxígeno pero cuando elagua férrica reacciona con el oxígeno disuelto, el ácido se generauna tasa más rápida de acuerdo con la siguiente reacción :
FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O = 15Fe2+ + 2SO42- + 16H+
a
La reacción 1 ocurre primero, seguidacual se produce a un pH de < 4.5
de la segunda reacción la
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