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


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


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


Ejemplo de Calibración – Grafica de 1:1


Calibración Transitoria


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


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


HidrogeologíaMinería

en la


Hidrogeología en la Minería

Línea base – Condiciones de hidrológica


Desagüe de Mina y Despresurización

o hidrogeología

Predicción de condiciones hidrológicas

Operaciones

Cierre


Gestión del Agua de Mina

e hidrogeológicas futuras

Calidad, Cantidad, Tratamiento,

Monitoreo

Mitigación

Descarga, Cumplimiento Ambiental


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



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


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)


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


Simular el Desarrollo Progresivo de las Minas enlos Modelos


Predicción de Condiciones Futuras - Abatimiento

Predicción de Abatimiento en un Modelo Numérico de AguaSubterránea - Peru


Abatimiento y Análisis de Sensibilidad

Un Proyecto de Cobre – Arizona, USA


Predicción de Condiciones Futuras – Impactos de Flujosde Agua Superficial

Un Proyecto de Cobre – Arizona, USA


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.


Interacción de agua subterránea y superficial

Corriente efluente Corriente influente


Predicción de Condiciones Futuras – Impactos deFlujos de Agua Superficial

LagunaTajo yTunels

Un Proyecto de Oro (túneles y un tajo abierto) – Ontario, Canada


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?


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.



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.


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)


Investigaciones de Lagunas en Tajos y Rellenodel Túneles



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


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


Diseño Tratamiento de Sistema Pasivo


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


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)


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


¿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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