Estudio hidrologico minas

Manual de
Hidrología 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 Caracterización
Hidrológica

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 de
prueba 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 datos
meteorológicos
Delineación de cuencas
Datos para cálculo del Balance
Hídrico
Colección de datos de



históricos, si existió
actividad 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
PruebasAir 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

Modelos Conceptuales del Sistema Hidrogeológico
Una descripción de un sistema de agua subterránea que
incorpora una interpretación de las condiciones geológicas e
hidrogeológicas existentes.

Desarrollo del Modelos Conceptuales del Sistema
Hidrogeológico


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 los
promedios 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, si
no, el paso más importante en el proceso de modelado.

Desarrollo de Modelos Conceptuales del Sistema
Hidrogeológico

El Proceso de Modelación
Identificación del problema
Identificación del problema
y descrpción
•
•
•
Elementos importantes a ser modelados
Relaciones e interacciones entre ellos
Grado de precisión
Conceptualización
del modelo
Datos
Desarrollo
del modelo
Conceptualización y desarrollo
•
•
•
•
Descripción matemática
Tipo de Modelo
Método numérico – código computacional
Malla, fronteras y condiciones iniciales
Calibración del modelo y
estimación de parámetros
Verificación del modelo y
Análisis de sensibilidad
Calibración
•
•
•
Estimación de los parámetros del modelo
Resultados del modelo en comparación con las salidas reales
Ajuste de parámetros hasta que los valores sean similares
Documentación
del modelo
Aplicación del modelo
Verificación
• Ajuste independiente de los datos de entrada utilizados
• Comparación de resultados con los resultados medidos Presentación
de resultados

¿Qué puede simular un Modelo de
Subterránea?
Flujo de Agua
1.
2.
3.
4.
Acuíferos libres y confinados
Fallas y otras barreras
Unidades confinantes e intercalaciones de grano fino
Unidad confinante - Cambios de flujo y de
almacenamiento de aguas subterráneas
Río – 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 agrupan
en base a edades,
formación o tipo de roca
similares
Correlación estratigráfica
tradicional de unidades de roca

Unidades Hidroestratigráficas
(Dominios Hidrogeológicos)
Unidades
Hidroestratigráficas
Unidades
Litoestratigráficas
Las Unidades
Hidroestratigráficas son
rocas con características
hidráulicas similares, tal
como la conductividad
hidráulica

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 e
hidrogeología 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
o
En 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 diferentes
parámetros 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 de
posibles 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 Agua
Subterránea
 Usualmente resulta una geología complicada en los modelos
de 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 garantía
de 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 actualizados
periódicamente
 Evaluar los cambios en los impactos al sistema durante
condiciones de minado y cierre

Hidrogeología
Minería
en la

Hidrogeología en la Minería




Línea base – Condiciones de hidrológica
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



Estudio de Línea Base
 Una evaluación sólida de línea base es
esencial 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 en
mineralización natural y
las minas antiguas.
el contexto de
del impacto de Estación de Meteorología - Colombia

 Las minas requieren agua para sus
operaciones
 La cantidad requerida depende del tipo
de mina, de los procesos implementados,
proceso de gestión de agua, diseño de
las instalaciones, tamaño de la mina, etc.
Los requerimientos varían enormemente
Definir la demanda y la calidad del agua
deseada
Localizar los tipos de acuíferos en la
zona
Desarrollar una lista priorizada de
objetivos
Realizar 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 condiciones
hidrológicas e hidrogeológicas futuras


Diseño del sistema de agua
Calidad y cantidad de agua
Tajo abierto lleno con relaves – observar la falla
de talud (Canada)

Métodos de Desagüe y Despresurización
Objectivo: Eliminan el agua de almacenamiento y interceptar agua que
recarga la zona de mina en un esfuerzo por bajar el nivel de agua
a 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 en
los Modelos

Predicción de Condiciones Futuras - Abatimiento
Predicción de Abatimiento en un Modelo Numérico de Agua
Subterránea - Peru

Abatimiento y Análisis de Sensibilidad
Un Proyecto de Cobre – Arizona, USA

Predicción de Condiciones Futuras – Impactos de Flujos
de Agua Superficial
Un Proyecto de Cobre – Arizona, USA

Interacción de agua subterránea y superficial
 Las Quebradas perennes, que tienen
agua cuando no llueve, tienen un
flujo base y están conectadas con el
agua subterránea
 Localmente y posiblemente
a escala sub-regional
 Si tienen agua solamente cuando
llueve, son intermitentes.
 Son independientes del
agua subterránea.
 La escala del impacto es una función
de 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 de
Flujos de Agua Superficial
Laguna
Tajo y
Tunels
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 Túneles
Relleno 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 del
relave 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 el
debido 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.

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 bajo
condiciones 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 de
riesgos 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-Base
Celda de prueba de humedad


¿Suficientes datos colectados?
Modelación Geoquímica



PHREEQ-C
MINTEC
Otros
 Predicción de la calidad de agua en
futuro
el


Más precisión con mayor química
Mayor 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 Relleno
del Túneles

Malas Prácticas de Gestión
Tajo Abierto – Indonesia
Septiembre 2011
Tajo Abierto – Indonesia
Mayo 2012

Balance Hídrico de Mina
 Comprender los déficits y
excedentes de agua en diversas
instalaciones del sitio
Mejorar la administración del agua
de las diferentes calidades de
agua
Predecir la calidad del agua de
diversas instalaciones
Predecir 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 de
manejo 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 de
agua
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 de
Relaves


Diseño Tratamiento de Sistema Pasivo

Instalaciones de Mina
 Diseños de ingeniería
la contaminación
Monitoreo
para evitar

 Modelación de la filtración al
sistema de aguas subterráneas
(modelación de flujo no saturado)
 Manejo de recopilación
filtración
Remediación
de

Deposito de Relaves - Malaysia

Predicción de Condiciones Futuras –Trayectoria de
Flujo Potencial Contaminante


Pueden realizarse modelos de transporte reactivo
A 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 Operación
Debido a la complejidad hidrogeológica en
sitios 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 cabo
entre pirita, oxígeno y agua?
La reacción general de la oxidación de pirita se escribe usualmente
como:
FeS2 + 7/2O2 + H2O = Fe2+ + 2SO4
2- + 2H+
El aire atmosférico suele ser la fuente de oxígeno pero cuando el
agua férrica reacciona con el oxígeno disuelto, el ácido se genera
una tasa más rápida de acuerdo con la siguiente reacción :
FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O = 15Fe2+ + 2SO4
2- + 16H+
a
La reacción 1 ocurre primero, seguida
cual se produce a un pH de < 4.5
de la segunda reacción la

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