Análisis de flujo de agua subterránea mediante modelos numéricos en minería de caving.

Abstract

La propagación del caving en minería subterránea puede generar cambios en las propiedades hidráulicas del macizo rocoso como la porosidad efectiva y conductividad hidráulica debido a la redistribución de esfuerzos y deformaciones producidos en la zona. Esto puede favorecer la creación de agua – barro en las zonas de mineral afectando el sistema de drenajes y generado potenciales riesgos, lo que a su vez conlleva a retrasos en labores de desarrollo, labores extractivas e incluso accidentes graves o fatales. Bajo la problemática anterior, se ha desarrollado un modelo de simulación geomecánica, un modelo de simulación hidrogeológica y una metodología capaz de relacionar y acoplar ambos modelos. Para ello se usan los softwares FLAC3D y FEFLOW, con el objetivo de representar la propagación del hundimiento, el comportamiento del flujo de agua subterránea respectivamente. La simulación geomecánica se basa en un modelo conceptual que considera un tipo de roca de calidad buena con discontinuidades y un nivel de hundimiento de geometría cuadrada que garantice la iniciación y propagación del hundimiento. A su vez la simulación hidrogeológica toma como parámetros de entrada para cada etapa del hundimiento la variación de las conductividades hidráulicas en todo el dominio determinadas mediante la metodología de transición propuesta que establece la relación deformaciones – conductividad hidráulica. Esta metodología considera un modelo con tres familias de fracturas ortogonales entre sí (RQD y conductividad inicial definen la apertura y espaciamiento de fracturas) y luego se relacionan con un medio poroso continuo, definiendo una porosidad efectiva equivalente. A través de los resultados obtenidos se puede identificar que existe relación en que la conductividad hidráulica disminuye en las zonas de esfuerzos compresivos y aumenta en zonas de relajación, todo esto en la dirección perpendicular a los esfuerzos inducidos provocando que el agua ingrese en mayor cantidad por zonas determinadas del nivel de hundimiento. A partir de esto se genera un gráfico que representa los caudales drenados por la mina a través del tiempo en función de una recarga superficial. Además, se realiza una comparación con un estudio previo el cual, en conjunto con los resultados se puede concluir que la metodología utilizada sirve para representar el comportamiento de los flujos de aguas subterráneas en minas que operan con métodos de caving.

The propagation of caving in underground mining can generate changes in the hydraulic properties of the rock mass, such as effective porosity and hydraulic conductivity due to the redistribution of stresses and deformations produced in the area. This can cause the creation of mudrushes in the mineral areas, affecting the mine's drainage system, which in turn leads to delays in development work, extractive work and even serious or fatal accidents. Due to previous problems, a geomechanical simulation model, a hydrogeological simulation model and a methodology that can relate and couple both models have been developed. For this, the FLAC3D and FEFLOW software are used, with the objective of representing the propagation of subsidence, and the behavior of the groundwater flow respectively. The geomechanical simulation is based on a conceptual model that considers a type of good quality rock with discontinuities and an undercut level of square geometry that ensure a correct caving initiation and propagation. At the same time, the hydrogeological simulation takes as input parameters for each stage of the caving propagation the variation of hydraulic conductivities in all the domain determined by the proposed transition methodology that establishes the relationship between deformations and hydraulic conductivity. This methodology considers a model with three families of fractures orthogonal to each other (RQD and initial conductivity define the opening and spacing of fractures) and then relate them to a continuous porous medium, defining an equivalent effective porosity. Through the results obtained, it can be identified that there is a relationship in which the hydraulic conductivity decreases in the areas of compressive stress and increases in areas of relaxation, all of this in the direction perpendicular to the induced stress, causing water to enter in greater quantities in the areas determined of the undercut level. From this, a graph is generated that represents the flows drained by the mine over time as a function of surface recharge. All results are compared with a previous study in order to validate the proposed methodologies. Thanks to the results obtained and comparisons made, it can be concluded that the methodology used serves to represent the behavior of groundwater flows in mining companies that operate with caving methods.