Modelación hidrogeológica para proyectos mineros de extracción por block caving

Abstract

Ante la necesidad de explotar cuerpos mineralizados ubicados en profundidad, la industria minera ha implementado una serie de métodos masivos para la extracción subterránea. Entre éstos, el Block Caving supone uno de los más utilizados debido a su alta efectividad y bajo costo operacional. Sin embargo, debido a las condiciones que genera el método extractivo en el macizo rocoso, la ocurrencia de bombeos de barro al interior de las minas se constituye en un peligro inherente. Los bombeos de barro consisten en una entrada súbita de una mezcla de material fino y agua al nivel de producción proveniente desde el cuerpo mineralizado superior. Esto tiene como resultado la colmatación de túneles de producción junto a la pérdida de maquinaria e infraestructura, y el consecuente peligro para la vida de los trabajadores al interior de la mina. Por lo anterior y, en consideración de que el agua es el principal movilizador del material fino en estos sistemas extractivos, resulta de especial interés estudiar uno de los posibles mecanismos de flujo por los cuales se generarían los bombeos de barro. De esta forma, este trabajo de título contempla el desarrollo de un modelo hidrogeológico conceptual y numérico para evaluar la hipótesis de que los bombeos se generarían cuando una zona de mayor permeabilidad que se propaga de forma ascendente dentro de otra zona de roca fracturada relativamente impermeable, alcanza un acuífero superior originalmente aislado o bien sujeto a un drenaje gravitacional mínimo. Mientras el modelo conceptual plantea la hipótesis del mecanismo de generación de los bombeos, el modelo numérico busca evaluar qué combinación de propiedades hidráulicas y geométricas para las diferentes zonas de roca, deben coexistir para propiciar el drenaje súbito del acuífero y alcanzar un caudal representativo de estos eventos; este último fue estimado a partir de las condiciones resultantes en un evento real al interior de una mina. El modelo numérico se construyó mediante el software COMSOL Multiphysics. Las simulaciones mostraron que, si el mecanismo de generación es el planteado, se requeriría del desarrollo de vías de flujo preferencial en la zona de mayor permeabilidad, cuyas características difieren de las de un medio poroso clásico. Por su parte la zona fracturada original debe ser prácticamente impermeable para evitar su drenaje natural. Las simulaciones también indicaron que, frente al desarrollo de vías de flujo preferencial, la ecuación de Brinkman entrega caudales menores que la Ley de Darcy utilizada fuera de su rango de validez.