ESCUELA PROFESI ONALDE I NGENI ERI A DE MI NAS CURSO: SERVI CI OSAUXI LI ARESMI MI NEROS
TEMA: CAPI TULO I V, VyVI CONTRO DE DRENAJE EN EXPLOTACI ONES MI NERAS
DOCENTE: Luci anoTacoPrado ALUMNO: MOI SESHI HI LARI ON NUÑEZRAMI MI REZ AREQUI PAPERU
2016
CAP IV: EL CONTROL DE DRENAJE EN LAS EXPLOTACIONES MINERAS A CIELO ABIERTO Un sistema de drenaje tiene por objetivo proporcionar una recogida, transporte y vertido fnal de aguas de escorrentía .Pero, además, un sistema de drenaje debe ser capaz de uncionar satisactoriamente todo el año y, particularmente, durante los periodos de lluvias intensas. Los mtodos para controlar el drenaje superfcial son bastante sencillos en su concepci!n. "s importante remarcar el #ec#o de $ue para poder diseñar un sistema de drenaje adecuado y efcaz, debe disponerse de una investigaci!n previa climatol!gica, #idrol!gica, geol!gica e #idrogeol!gica, $ue aporte la inormaci!n necesaria sobre las características del terreno a drenar, así como sobre los vol%menes de agua $ue se prev e&traer y su distribuci!n espacial y temporal. "ste es un aspecto de gran importancia, cuyo incumplimiento suele ser la causa de $ue muc#os sistemas de drenaje resulten inefcaces o insufcientes. En una explotación minera deben reunir las siguientes características: •
•
•
Ser anticipativas, en el tiempo y en el espacio, al inicio de las propias actividades de explotación minera (varios años antes de iniciar las labores mineras). Mantenerse en el tiempo durante todo el plao de explotación de la mina (!" o !# años en muc$os casos) e incluso, en alguna de sus %ases, durante la etapa de abandono o cierre de la misma. &eben ser de un alcance espacial considerable, por lo 'ue in%luyen, importantemente, en el balance $ídrico del rea de a%ección y en su %uncionamiento $idrogeológico (con posibles a%ecciones regionales al %uncionamiento de manantiales, ríos, niveles %reticos, etc.).
as medidas de drena*e en las explotaciones mineras suelen ser bsicamente de dos tipos: super%iciales y pro%undos. Se aplican de manera combinada y en %unción de las necesidades concretas de cada caso, por lo 'ue no puede $ablarse de dos tipos separados o independientes. a selección del Sistema de drena*e depende de los siguientes %actores: •
+eología e $idrogeología del rea de explotación.
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b*etivos del desag-e. Su aprovec$amiento
•
Mtodo minero de explotación y su secuencia.
•
Estudios de los costes.
"n cuanto a los modos de actuaci!n, cabe añadir las tcnicas denominadas instantáneas y $ue, seg%n 'apolyi consisten en una reducci!n parcial de la presi!n del agua en zonas muy localizadas de la e&plotaci!n ()(*"+( "-*")/"( L "-PL/*0)12 3e entre los sistemas a construir de orma peririca a la e&plotaci!n, de orma $ue son diseñados y construidos para tener una vida %til larga y duradera, merecen destacarse tres sistemas
• • •
&esvío de cauces /er%oración de poos de bombeo exteriores Excavación de galerías de drena*e
DESVÍO DE CAUCES
Una de las primeras medidas a adoptar consiste en el desvío de los cauces $ue transcurren pr!&imos o sobre el área de la e&plotaci!n 0uando e&isten ríos, lagos y pantanos en el área $ue pueden ser causa o al menos contribuir a la ormaci!n de aguas subterráneas las concentraciones de las aguas colectadas en los sondeos de bombeo o interior de la mina. +eneralmente, las obras de desvío y canaliación de los cauces principales estn constituidas por trinc$eras, an*as o canales abiertos en super%icie 0uando la topogra%ía no permite este tipo de construcciones puede adoptarse la solución de t1neles o galerías de drena*e, aun'ue, dado su alto coste y tiempo de realiación, no son tan %recuentes al menos en las explotaciones pe'ueñas o medianas, pero si en las mayores.
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os poos perimetrales y los dispuestos dentro de la explotación $an sido utiliados muy pro%usamente en m1ltiples proyectos mineros alrededor del perímetro de la explotación, de una serie de poos con una pro%undidad ligeramente superior a la de la explotación, para mantener el nivel %retico por deba*o del %ondo de la explotación. os ensayos de bombeo y
Las principales ventajas radican en $ue el nivel reático sure un rebajamiento por debajo de los niveles de e&plotaci!n o retroceso por detrás de los taludes y pisos de e&plotaci!n estos son permanentes y nunca se mueven de posici!n, no estando sometidos tampoco a los posibles daños derivados de las voladuras o del tráfco del transporte Es $abitual 'ue los poos verticales se per%oren con los e'uipos disponibles en la mina. a pro%undidad depender de la pro%undidad del acuí%ero y de las características de la roca. as pro%undidades alcanadas por los sondeos de drena*e oscilan entre los 2#" y !"" m, con dimetros 'ue oscilan entre los !"" y los 3"" mm, dependiendo de los caudales, características de las bombas, necesidad de %iltros, etc., correspondiendo el menor dimetro a los casos ms %avorables y el mayor a los ms des%avorables. Entre las principales venta*as de esta solución estn: •
El nivel %retico su%re un reba*amiento o retroceso por detrs de los t aludes y pisos de explotación, reduciendo los problemas de estabilidad, agua en los barrenos de la voladura, etc.
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4o inter%ieren a las labores de explotación como sucede con los poos de bombeo interiores. Son permanentes y nunca se mueven de posición. 4o estn sometidos a los posibles daños derivados de las voladuras o del tr%ico del transporte. Su mayor coste de instalación en terrenos poco consolidados ser %recuentemente compensado por los mayores caudales de bombeo y mayores radios de in%luencia del nivel %retico deprimido.
5na ve determinados a'uellos parmetros $idrológicos característicos de los acuí%eros como la transmisividad y el coe%iciente de almacenamiento, se procede a de%inir. •
El n1mero de poos o sondeos 'ue $an de ponerse en explotación.
•
as depresiones 'ue se conseguirn en los poos de bombeo, y
•
os tipos de bombas y tuberías y las pro%undidades de instalación.
"l rendimiento de cada pozo se eval%a peri!dicamente 7L"8( 3" 3"29" (e trata de un sistema muy eectivo, pero de gran coste econ!mico. (u utilizaci!n es viable tanto para el drenaje de cortas como para el caso de taludes de gran altura y en situaciones realmente críticas y problemáticas Sus principales venta*as radican en:
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+ran capacidad drenante: su gran sección transversal permite una %avorable conexión $idrulica con el medio saturado a drenar. Son apropiadas para actuaciones diseñadas a largo plao: el drena*e se produce por gravedad y sin necesidad de impulsión
Menores servidumbres por desgaste y por labores de mantenimiento y reposición de componentes y e'uipos. 4o inter%ieren las operaciones mineras en super%icie, al estar construidas a gran pro%undidad y con bocas de entradas laterales. a particularidad de su emplaamiento pro%undo $ace 'ue tambin presenten venta*as respecto a otros sistemas de drena*e en explotaciones mineras ubicadas en onas de climatologías muy extremas. Suelen ser muy e%icaces en materiales con mayor permeabilidad en sentido vertical 'ue en $oriontal, como es el caso de los macios rocosos con predominancia de diaclasado vertical. Suelen ser igualmente muy e%ectivas si se construyen por deba*o de super%icies de inestabilidad y se complementan con la instalación de taladros desde la galería y
$acia la dirección de la posible super%icie de desliamiento. /or el contrario, tambin presenta algunos inconvenientes, entre los 'ue podemos destacar: Menor e%icacia en %ormaciones con permeabilidad $oriontal superior a la vertical, re'uirindose la per%oración de drenes verticales 'ue %aciliten y aumenten el drena*e vertical. Menor e%icacia en %ormaciones $eterogneas y con %recuentes variaciones espaciales de permeabilidades, así como en macios rocosos con una gran separación entre las discontinuidades. En estos casos, deben instalarse tambin drena*es complementarios, cuyas direcciones deben ser lo ms perpendiculares posibles a las de las discontinuidades existentes.
+:*/3/( )2*")/"( L "-PL/*0)12 os sistemas de desag-e interiores se implantan cuando tanto las aguas de escorrentía super%icial como las aguas subterrneas, no pueden ser interceptadas y controlables e%icientemente por los sistemas exteriors . os tipos de desag-e interior ms comunes son: •
6nclinación de las bermas y el %ondo de corta.
•
0onstrucción de sistemas de an*as y cunetas
•
0onstrucción de an*as con relleno drenante
•
0onstrucción de balsas y poos colectores
CAP V: EL CONTROL DEL DRENAJE EN LAS EXPLOTACIONES MINERAS SUBTERRÁNEAS os costes de drena*e se $an venido incrementando a lo largo de estos años debido a la in%lación y a la expansión de la mina. El incremento en el conocimiento y en la e%iciencia para la reducción del riesgo de inundaciones repentinas para me*orar la estabilidad y para reducir los costes de desaguado y de explotación es una meta en muc$as operaciones mineras de interior.
MÉTODOS DE DESAGÜE EN EXCAVACIÓN DE POZOS DE MINA Y PLANOS INCLINADOS Para controlar las aguas subterráneas durante las labores de construcci!n de pozos de mina, debe realizarse un reconocimiento de los eventuales problemas #idrogeol!gicos de orma temprana "s recomendable siempre realizar un sondeo a lo largo de toda la longitud de la traza del pozo . demás de determinar todos los actores geol!gicos importantes para la estabilidad estructural, os mtodos $abituales incluir: • • •
6nstalación de poos de desaguado alrededor del poo de mina. 6nyecciones en las onas de mayor permeabilidad en la roca. 0ongelación en avance durante la excavación del poo de mina.
0uando e&isten varios acuíeros, la realizaci!n de ensayos de bombeo individualizados y separados puede resultar muy costosa
CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS DE MINA EN EXPLOTACIONES DE INTERIOR as aguas y sólidos 'ue se generan en la mina, son canaliadas a las balsas convenientemente acondicionadas para su extracción mediante bombeo al exterior 0uando se trata de labores de interior, es muc$o ms importante el correcto y adecuado dimensionamiento y la construcción de los sistemas de captación peri%rica de las aguas subterrneas, de tal manera 'ue puedan ser conducidas %uera del rea de a%ección antes de 'ue entren en contacto con las labores de mina y sean, consecuentemente contaminadas. &ebido a su circulación por las distintas cmaras, rampas, galerías y poos, esta agua irn cargndose de lodos 'ue se generan por: •
&etritus de per%oración
•
/olvo y %inos generados por las voladuras
•
&egradación del mineral durante la carga y transporte. /olvo
•
generado de
en
las
capas
de
estaciones rodadura
de mac$a'ueo
•
&egradación
en galerías y rampas
•
7inos procedentes del relleno de $uecos de explotación
CONCEPCIÓN DEL DRENAJE EN MINAS DE INTERIOR Existen varios mtodos 'ue permiten reducir el coste total del drena*e en minas subterrneas y 'ue pueden ser tenidos en cuenta seg1n el caso: 5na opción sería el acudir a una explotación ascendente desde los niveles in%eriores a los superiores. Esto permite reducir muc$o las necesidades de bombeo cuando la permeabilidad se reduce con la pro%undidad.
0uando se trata de rocas muy racturadas, con muc#as discontinuidades, la inyecci!n de lec#adas de arcilla de grano muy fno, cementos y resinas acrílicas o de otro tipo puede ser eectiva en la reducci!n localizada de la permeabilidad. ;ay líneas de investigaci!n sobre tratamientos $uímicos y bacteriol!gicos $ue producen precipitados $ue reducen la permeabilidad os mtodos para reducir los caudales de agua incluyen: 2.
&esvío e intercepción de cauces próximos 'ue puedan actuar como %uente de recarga de los acuí%eros 'ue inciden sobre la explotación. !. &esaguado previo a la explotación minera de los macios de inters. 8. Minimiación de las entradas de agua por medio de una adecuada localiación de poos de mina y de drena*e, la explotación de aba*o $acia arriba o acudiendo a una lixiviación in9situ allí donde sea posible.
.
&esarrollo de pantallas impermeables de los poos de mina, de ventilación, etc.
#.
;educción de la permeabilidad de los macios rocosos.
<.
/rotección de las onas de traba*o %rente a inundaciones.
=.
Sobredimensionamiento de los sistemas de bombeo y drena*e.
as
recargas • • • •
desde
super%icie
contribuyen
alrededor
a incrementar algunos problemas:
&rena*e adicional. 4ecesidades suplementarias de tratamiento previo al vertido. Entorno de traba*o $1medo. 6ncremento de las posibilidades de %ormación de drena*e cido de mina.
os programas para reducir las potenciales entradas de agua suelen incluir: • • • •
•
;ecolocación de poos de mina 0onstrucción de mamparos estancos 6nstalación de cierres y valvulería en sondeos 6ncremento de la densidad del slurry en el relleno $idrulico. 6nstalación de conducciones 'ue permitan un by9pass del agua alrededor de las onas permeables. >seguramiento de la permanente disponibilidad de la mxima capacidad de diseño para el bombeo para $acer %rente a las puntas de demanda de desag-e por inundación, de a$í la necesidad de un sobredimensionamiento en las capacidades de bombeo
depende %undamentalmente de: • • •
a pro%undidad de las labores El caudal a bombear El contenido de sólidos en suspensión
4o obstante, teniendo en cuenta 'ue el bombeo directo es una operación con un elevado coste, la opción de la clari%icación previa es la 'ue se impone en la mayor parte de las explotaciones mineras.
Puede llevarse a cabo mediante dos tipos de instalaciones< &ecantadores de %lu*o vertical. Son sistemas ms e%icaces 'ue los anteriores, ya 'ue su mayor rendimiento se basa en su me*or aprovec$amiento de la %uera de la gravedad &ecantadores de %lu*o $oriontal. Son sistemas poco e%icientes y 'ue re'uieren una gran longitud y anc$ura &ecantadores de %lu*o $oriontal. Son sistemas poco e%icientes y 'ue re'uieren una gran longitud y anc$ura
0P =)< "L 0/2*/L 3"L 3"29" "2 )2(*L0)/2"( 3" "()3U/( "n las instalaciones de residuos más características, como son las escombreras y presas, el control del drenaje se #a realizado
tradicionalmente para mantener el control de la estabilidad, pero tambin para reducir prdidas en la capacidad de almacenamiento. Por esta raz!n, el control del drenaje está incluido en la mayoría de los programas de vigilancia de presas destinadas al almacenamiento de estriles de planta demás está el #ec#o de $ue estos residuos todavía conservan en muc#os casos reactivos de proceso $ue pueden llevar a un cierto grado de contaminaci!n a las aguas drenadas puede generar graves problemas medioambientales, muc#as veces de muy diícil soluci!n. 3ebe reconocerse $ue es prácticamente imposible evitar completamente el $ue se libere un cierto grado de contaminaci!n desde el sistema de drenaje. Por ello, una apro&imaci!n razonable sería el $ue todos los sistemas de drenaje sean controlados en su diseño y localizaci!n (uele ser recuente asumir $ue la contaminaci!n llega tan lejos como pueden llegar las aguas drenadas. "s importante comprender $ue es el caudal contaminado el $ue tiene mayor trascendencia rente al medio ambiente Los gradientes #idráulicos, el intercambio i!nico, la capacidad de almacenamiento de los materiales del subsuelo, la precipitaci!n y la evapotranspiraci!n. 2o #ay $ue subestimar ni olvidar $ue el suelo y las rocas son, muy recuentemente, mejores fltros naturales de lo $ue cabría imaginar y en no pocos casos se #a podido comprobar $ue las condiciones naturales del subsuelo tiene algunas capacidades de captar metales pesados y otras sustancias a partir de los estriles. "l control de las aguas superfciales puede reducir la contaminaci!n del subsuelo, pero estudiando y comprendiendo mejor las reacciones $ue se orman en el interior de las instalaciones de residuos, será posible diseñar instalaciones con capacidades de >absorci!n? de contaminantes muc#o mayores, $ue retengan adecuadamente la dispersi!n de contaminaci!n. DRENAJE ACIDO
"l drenaje ácido de minas y escombreras es uno de los problemas ambientales más graves de la e&plotaci!n minera y la principal amenaza planteada por la actividad minera pasada, presente y utura, ya $ue es muy diícil de revertir y muy caro de solucionar. La presencia de minerales sulurados en contacto con el agua produce ácido sul%rico presente en las aguas de drenaje, $ue puede presentar un p; e&tremadamente bajo, alcanzando el valor de @,A ?arias regiones mineras del mundo presentan problemas de drena*e cido. El problema en verdad no es producto solamente de la explotación minera, aun'ue sea en esta actividad 'ue se muestra de manera ms conspicua@ se $a $ablado no sólo de drena*e cido de minas, sino de drena*e cido de roca, 'ue puede resultar de cual'uier movimiento de roca 'ue exponga a los e%ectos del aire o del agua minerales de sul%uro, como en el caso de obras civiles.
La acidez proviene de reacciones de o&idaci!n de los suluros, en presencia de agua o aire, reacci!n $ue es catalizada por bacterias como *#iobacillus erroo&idans. demás de representar un grave problema ambiental por el simple #ec#o $ue las aguas ácidas alteren proundamente las características $uímicas de los cuerpos de agua receptores, contaminándolas y causando impactos en los ecosistemas acuáticos, /lanteando problemas ambientales de diversa índole: •
0ontaminación de los cuerpos de agua cercanos y acuí%eros.
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&egradación de los ecosistemas acuticos. 6mpacto sobre la %lora y %auna del lugar.
•
6mposibilita el uso agrícola y para consumo $umano.
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&año a estructuras metlicas y de $ormigón.
•
/roblemas en la restauración de terrenos al %in de la vida 1til de la mina.
•
6mpacto paisa*ístico.
EL PROCESO DE FORMACIÓN DE DRENAJE ÁCIDO (e cree $ue el proceso básico de ormaci!n de drenaje ácido se produce en tres etapas, incluyendo dierentes reacciones $uímicas. Las escombreras y las balsas de estriles son lugares privilegiados para la generaci!n de drenaje ácido, 2. a primera etapa es la oxidación de los sul%uros, a'uí representado por la pirita, el mineral de sul%uro ms com1n@ esta oxidación puede darse en presencia de aire o de agua:
4e(@ B C /@ D 4e(/EB (/@ FaireG @ 4e(@ B @ ;@/ B H/@ D @4e(/EB @;@(/E FaguaG
!. El sul%ato %erroso, en presencia de cido sul%1rico y oxígeno, se puede oxidar y producir sul%ato %rrico (soluble en agua). 0uando el pA se reduce en el contacto con los minerales sul%urados, la población de la bacteria acido%ílica B$iobacillus %errooxidans comiena a crecer, lo 'ue provoca una caída todavía mayor en el pA:
E 4e (/EB @ ;@ (/EB /@ D @4e@ I(/EJCB @;@/ 8. El ion %rrico se combina con el radical $idroxilo, produciendo $idróxido %rrico, 'ue es insoluble en cido y precipita
PREVISIÓN DE DRENAJE ÁCIDO
La presencia de minerales sulurados, especialmente la pirita, es el primer indicador del potencial de generaci!n de drenaje ácido de una roca (i)
comparación con otras minas en %uncionamiento o paraliadas, existentes en la región o con las mismas condiciones geológicas@ modelos paleoambientales y geológicos, 'ue tienen por %inalidad identi%icar los
minerales presentes y sus %ormas de producción@ por e*emplo, piritas %ormadas en ambientes marinos o salobres parecen tener una mayor tendencia a generar drena*e cido 'ue las piritas %ormas en ambientes de agua dulce@ (ii)
pruebas geo'uímicas estticas: %ueron desarrollados algunos ensayos 'ue, a partir de una muestra de roca, permiten determinar el potencial de generación de drena*e cido a travs de una comparación de cantidad de sul%uros potencialmente generadores de cidos con la cantidad de carbonatos neutraliantes@
(iii)
pruebas geo'uímicas dinmicas, 'ue intentan modeliar cuantitativamente los procesos de producción y consumo de cido@ actualmente esas pruebas tienen larga duración y alto coste, lo 'ue $a limitado su empleo en comparación con las pruebas estticas.
CONTROL DE DRENAJE ÁCIDO >nlogamente a como lo $a sido el proceso de %ormación, tambin las tcnicas de reducción de drena*e cido $an sido ob*eto de intensa investigación desde la dcada de los años 3". 0omo en la mayoría de los otros problemas de contaminación, la me*or solución es la prevención. /ara ello es preciso 'ue la plani%icación de la mina tome en consideración este %actor, de manera a incorporar soluciones desde la %ase del proyecto. 5na buena investigación geológica asociada a pruebas $ec$as de antemano puede identi%icar sectores del macio rocoso ms %avorables para la generación de cidos. Bal es el caso en yacimientos sedimentarios, donde determinadas capas pueden tener potencial de generación de cidos y otras no. Si una situación como sta se presenta, el proyecto de la mina podría contemplar la explotación selectiva y la disposición por separado de esos materiales, eventualmente una disposición con%inada entre capas impermeables de %orma similar a lo 'ue se $ace con residuos industriales. Aoy en día ya existen so%tCares (sistemas expertos) para la plani%icación del muestreo con la %inalidad de estudiar el potencial de drena*e cido. a disposición subacutica es otra solución 'ue viene siendo intensamente investigada los desec$os sul%urados son dispuestos en balsas inundadas permanentemente, lo 'ue impide la oxidación debido a la %alta de suministro de oxígeno del aire, o sea, el material 'ue contiene sul%uros permanece en condiciones anaerobias.
Una medida preventiva pero $ue tambin encuentra aplicaci!n en minas ya e&istentes es la implantaci!n de un sistema de drenaje en el área de la mina, de las escombreras y de los lugares de disposici!n de desec#os. La estrategia a$uí es minimizar la cantidad de agua en contacto con rocas generadoras de ácido y, por ende, el caudal de agua acidifcada a ser tratada o arrojada en el curso de agua receptor a medida correctiva ms empleada es la neutraliación de los e%luentes lí'uidos a travs de la adición de cal. Esta medida, al aumentar el pA, $ace disminuir la solubilidad de los metales 'ue %inalmente se precipitan. El lodo así %ormado es un residuo sólido 'ue debe ser debidamente manipulado.
La neutralizaci!n es una medida de alto costo y de duraci!n indeterminada. "n eecto, es muy com%n $ue minas inactivas contin%en generando drenaje ácido, un proceso $ue puede durar dcadas e incluso siglos •
