El Control de Drenaje en Las Explotaciones Mineras a Cielo Abierto

8/18/2019 El Control de Drenaje en Las Explotaciones Mineras a Cielo Abierto

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ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE

MINAS

CURSO:

SERVICIOS AUXILIARES MINEROS

TEMA:

CAPITULO IV,V y VI

CONTRO DE DRENAJE EN EXPLOTACIONES

MINERAS

DOCENTE:

Luciano Taco Prado

ALUMNO:

MOISES HILARION NUÑEZ RAMIREZ

AREQUIPA-PERU


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2016

CAP IV: EL CONTROL DE DRENAJE EN LASEXPLOTACIONES 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 sistemade 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 ensu concepci!n. "s importante remarcar el #ec#o de $ue para poder diseñar

un sistema de drenaje adecuado y efcaz, debe disponerse de unainvestigaci!n previa climatol!gica, #idrol!gica, geol!gica e #idrogeol!gica,$ue aporte la inormaci!n necesaria sobre las características del terreno adrenar, así como sobre los vol%menes de agua $ue se prev e&traer y sudistribuci!n espacial y temporal. "ste es un aspecto de gran importancia,cuyo incumplimiento suele ser la causa de $ue muc#os sistemas de drenajeresulten 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 etapade 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 lasnecesidades concretas de cada caso, por lo 'ue no puede $ablarse de dos tiposseparados o independientes.a selección del Sistema de drena*e depende de los siguientes %actores:

• +eología e $idrogeología del rea de explotación.

• b*etivos del desag-e. Su aprovec$amiento

• Mtodo minero de explotación y su secuencia.

• Estudios de los costes.


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"n cuanto a los modos de actuaci!n, cabe añadir las tcnicas denominadasinstantáneas y $ue, seg%n 'apolyi consisten en una reducci!n parcial de lapresi!n del agua en zonas muy localizadas de la e&plotaci!n

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3e entre los sistemas a construir de orma peririca a la e&plotaci!n, deorma $ue son diseñados y construidos para tener una vida %til larga yduradera, 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 almenos 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 constituidaspor trinc$eras, an*as o canales abiertos en super%icie 0uando la topogra%ía no permite estetipo 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 muypro%usamente en m1ltiples proyectos mineros alrededor del perímetro de la explotación, deuna serie de poos con una pro%undidad ligeramente superior a la de la explotación, paramantener 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 unrebajamiento por debajo de los niveles de e&plotaci!n o retroceso pordetrás 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 posiblesdaños 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. apro%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 taludes y pisos de

explotación, reduciendo los problemas de estabilidad, agua en los barrenos de lavoladura, 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 deltransporte.

• Su mayor coste de instalación en terrenos poco consolidados ser %recuentemente

compensado por los mayores caudales de bombeo y mayores radios de in%luencia delnivel %retico deprimido.

5na ve determinados a'uellos parmetros $idrológicos característicos de los acuí%eros comola 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

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(e trata de un sistema muy eectivo, pero de gran coste econ!mico. (uutilizaci!n es viable tanto para el drenaje de cortas como para el caso detaludes de gran altura y en situaciones realmente críticas y problemáticas

Sus principales venta*as radican en:

• +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 enonas 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 dediaclasado vertical.

• Suelen ser igualmente muy e%ectivas si se construyen por deba*o de super%icies deinestabilidad y se complementan con la instalación de taladros desde la galería y


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$acia la dirección de la posible super%icie de desliamiento.

/or el contrario, tambin presenta algunos inconvenientes, entre los 'ue podemosdestacar:

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.

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os sistemas de desag-e interiores se implantan cuando tanto las aguas de escorrentíasuper%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 $an venido incrementando a lo largo de estos años debido a lain%lación y a la expansión de la mina. El incremento en el conocimiento y en la e%iciencia parala reducción del riesgo de inundaciones repentinas para me*orar la estabilidad y para reducir los costes de desaguado y de explotación es una meta en muc$as operaciones mineras deinterior.

MÉTODOS DE DESAGÜE EN EXCAVACIÓN DE POZOS DE MINA YPLANOS INCLINADOS

Para controlar las aguas subterráneas durante las labores de construcci!nde pozos de mina, debe realizarse un reconocimiento de los eventualesproblemas #idrogeol!gicos de orma temprana "s recomendable siemprerealizar un sondeo a lo largo de toda la longitud de la traza del pozo .demás de determinar todos los actores geol!gicos importantes para laestabilidad 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.


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0uando e&isten varios acuíeros, la realizaci!n de ensayos de bombeoindividualizados y separados puede resultar muy costosa

CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS DE MINA ENEXPLOTACIONES DE INTERIOR

as aguas y sólidos 'ue se generan en la mina, son canaliadas a las balsasconvenientemente acondicionadas para su extracción mediante bombeo al exterior

0uando se trata de labores de interior, es muc$o ms importante elcorrecto y adecuado dimensionamiento y la construcción de lossistemas de captación peri%rica de las aguas subterrneas, de talmanera '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 irncargndose 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 en las estaciones de mac$a'ueo

• &egradación de capas de rodadura 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 minassubterrneas 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 lossuperiores. Esto permite reducir muc$o las necesidades de bombeo cuando la permeabilidadse reduce con la pro%undidad.0uando se trata de rocas muy racturadas, con muc#as discontinuidades, lainyecci!n de lec#adas de arcilla de grano muy fno, cementos y resinas acrílicas ode otro tipo puede ser eectiva en la reducci!n localizada de la permeabilidad.

;ay líneas de investigaci!n sobre tratamientos $uímicos y bacteriol!gicos $ueproducen precipitados $ue reducen la permeabilidad

os mtodospara reducir loscaudales deagua 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 seaposible.


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. &esarrollo de pantallas impermeables alrededor de los poos de mina, de ventilación, etc.

#. ;educción de la permeabilidad de los macios rocosos.


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tradicionalmente para mantener el control de la estabilidad, pero tambinpara reducir prdidas en la capacidad de almacenamiento. Por esta raz!n, elcontrol del drenaje está incluido en la mayoría de los programas devigilancia de presas destinadas al almacenamiento de estriles de planta

demás está el #ec#o de $ue estos residuos todavía conservan en muc#oscasos reactivos de proceso $ue pueden llevar a un cierto grado decontaminaci!n a las aguas drenadas puede generar graves problemasmedioambientales, 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 dedrenaje sean controlados en su diseño y localizaci!n

(uele ser recuente asumir $ue la contaminaci!n llega tan lejos comopueden llegar las aguas drenadas. "s importante comprender $ue es elcaudal contaminado el $ue tiene mayor trascendencia rente al medioambiente

Los gradientes #idráulicos, el intercambio i!nico, la capacidad dealmacenamiento de los materiales del subsuelo, la precipitaci!n y laevapotranspiraci!n. 2o #ay $ue subestimar ni olvidar $ue el suelo y lasrocas son, muy recuentemente, mejores fltros naturales de lo $ue cabríaimaginar y en no pocos casos se #a podido comprobar $ue las condicionesnaturales del subsuelo tiene algunas capacidades de captar metalespesados y otras sustancias a partir de los estriles.

"l control de las aguas superfciales puede reducir la contaminaci!n delsubsuelo, pero estudiando y comprendiendo mejor las reacciones $ue seorman en el interior de las instalaciones de residuos, será posible diseñarinstalaciones con capacidades de >absorci!n? de contaminantes muc#omayores, $ue retengan adecuadamente la dispersi!n de contaminaci!n.

DRENAJE ACIDO

"l drenaje ácido de minas y escombreras es uno de los problemasambientales más graves de la e&plotaci!n minera y la principal amenazaplanteada por la actividad minera pasada, presente y utura, ya $ue es muydiícil de revertir y muy caro de solucionar. La presencia de mineralessulurados en contacto con el agua produce ácido sul%rico presente en lasaguas 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 enverdad no es producto solamente de la explotación minera, aun'ue sea en esta actividad 'uese muestra de manera ms conspicua@ se $a $ablado no sólo de drena*e cido de minas, sinode 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.


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La acidez proviene de reacciones de o&idaci!n de los suluros, en presenciade agua o aire, reacci!n $ue es catalizada por bacterias como *#iobacilluserroo&idans. demás de representar un grave problema ambiental por elsimple #ec#o $ue las aguas ácidas alteren proundamente lascaracterísticas $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.

• &egradación de los ecosistemas acuticos. 6mpacto sobre la %lora y %auna del lugar.

• 6mposibilita el uso agrícola y para consumo $umano.

• &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 entres etapas, incluyendo dierentes reacciones $uímicas. Las escombreras ylas balsas de estriles son lugares privilegiados para la generaci!n dedrenaje ácido,

2. a primera etapa es la oxidación de los sul%uros, a'uí representado por la pirita, elmineral de sul%uro ms com1n@ esta oxidación puede darse en presencia de aire o deagua:

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 yproducir sul%ato %rrico (soluble en agua).

0uando el pA se reduce en el contacto con los minerales sul%urados, la población dela bacteria acido%ílica B$iobacillus %errooxidans comiena a crecer, lo 'ue provocauna 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 esinsoluble en cido y precipita

PREVISIÓN DE DRENAJE ÁCIDOLa presencia de minerales sulurados, especialmente la pirita, es el primerindicador 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


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minerales presentes y sus %ormas de producción@ por e*emplo, piritas %ormadasen ambientes marinos o salobres parecen tener una mayor tendencia a generardrena*e cido 'ue las piritas %ormas en ambientes de agua dulce@

(ii) pruebas geo'uímicas estticas: %ueron desarrollados algunos ensayos 'ue, apartir de una muestra de roca, permiten determinar el potencial de generación

de drena*e cido a travs de una comparación de cantidad de sul%urospotencialmente generadores de cidos con la cantidad de carbonatosneutraliantes@

(iii) pruebas geo'uímicas dinmicas, 'ue intentan modeliar cuantitativamente losprocesos de producción y consumo de cido@ actualmente esas pruebas tienenlarga duración y alto coste, lo 'ue $a limitado su empleo en comparación con laspruebas estticas.

CONTROL DE DRENAJE ÁCIDO

>nlogamente a como lo $a sido el proceso de %ormación, tambin las tcnicas de reducciónde 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 laprevención. /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 puedeidenti%icar sectores del macio rocoso ms %avorables para la generación de cidos. Bal es elcaso en yacimientos sedimentarios, donde determinadas capas pueden tener potencial degeneración de cidos y otras no. Si una situación como sta se presenta, el proyecto de lamina podría contemplar la explotación selectiva y la disposición por separado de esosmateriales, eventualmente una disposición con%inada entre capas impermeables de %ormasimilar 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 losdesec$os sul%urados son dispuestos en balsas inundadas permanentemente, lo 'ue impide laoxidación debido a la %alta de suministro de oxígeno del aire, o sea, el material 'ue contienesul%uros permanece en condiciones anaerobias.

Una medida preventiva pero $ue tambin encuentra aplicaci!n en minas yae&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. Laestrategia a$uí es minimizar la cantidad de agua en contacto con rocasgeneradoras de ácido y, por ende, el caudal de agua acidifcada a sertratada o arrojada en el curso de agua receptor

a medida correctiva ms empleada es la neutraliación de los e%luentes lí'uidos a travs dela adición de cal. Esta medida, al aumentar el pA, $ace disminuir la solubilidad de losmetales '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 drenajeácido, un proceso $ue puede durar dcadas e incluso siglos

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