Modelizacin del rebote de agua de mina

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Modelización del rebote de agua de mina

• Prof. Dr. Ing. Paul L Younger C.Eng. FIMMM
• Catedrático HSBC de Tecnologías
  Medio-Ambientales
• Grupo de Investigación e Extensión en Ingeniería
  Hidrogeoquímica (HERO)
• Universidad de Newcastle, Reino Unido
• (paul.younger_at_ncl.ac.uk)

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Predicciónes de cambios hidrológicos y
geoquímicos después del cierre de minas Que? y
Porque?

• Porque? Para clarificar si, después de acabarse
  el rebote, se van a precisar intervenciones para
  prevenir contaminación, y, en tal caso, para
  abastecer parámetros de diseño
• Que? las predicciones más deseadas
• La duración del plazo entre el cese de bombeo e
  el cumplimiento del rebote
• La cantidad de agua que va a descargar del
  sistema minero después del rebote
• La calidad de agua después del cumplimiento del
  rebote (e el primer lavado)

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Herramientos para predicciones hidrológicas

• Necesitamos aprovechar diferentes herramientos
  según la escala del problema
• Escala fina
• p.ej. una sola mina, en que pretendemos
  intepretar una prueba de bombeo etc
• Escala mediado
• p.ej. Un sistema de varias minas con pocas
  interconecciones hidraúlicas
• Escala mas gruesa
• p.ej. Un campo de carbón completo, para que
  queremos calcular solamente un balance hídrico,
  sin interesarnos en los detalles de gradientes
  hidraúlicos etc

veasé Adams Younger, Ground Water 39 249
261 (2001)
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Herramientos para predicciones hidrológicas

• Herramiento para problemas a la escala fina
• VSS-NET código que representa en tres
  dimensiones un medio poroso de saturación
  variable, adentro de que pasa un sistema de
  tubería (representando las galerías principales,
  pozos y otras labores que siguen intactos después
  del cierre de la mina)
• Herramiento para problemas a escalas mediadas
• GRAM (Groundwater Rebound in Abandoned
  Mineworkings) (Rebote de Agua Subterránea en
  Labores Mineras)
• Enfoque de modelización semi-distribuida
• Basado en el concepto de topógrafos mineros de
  estanques y rutas de decantación
• Herramientos para problemas a escalas mas
  gruesas
• Casí cualquier código de modelización matemática
  para acuíferos

veasé Adams Younger, Ground Water 39 249
261 (2001)
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Herramientos para predicciones hidrológicas
adecuandose a la escala del problema
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VSS-NET
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VSS-NETejemplo de aplicación Whittle
Colliery, Northumberland

• Post-analisis (en 2004) de predicciones hecho con
  VSS-NET en 1998
• Cumplimiento del rebote hasta 50m s.n.m.
• Predicción Mayo 2002
• Observación Mayo 2002
• Caudal mediano post-rebote
• Predicción 1.7 Ml/d
• Observación (2002 2006) 1.7 Ml/d

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GRAM
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Reconocimiento de estanques (ponds) en sistemas
reales
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Reconocimiento de estanques (ponds) en sistemas
reales
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GRAM ejemplo de aplicaciónBlaenant Colliery,
Galles. I. Definición de estanques
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GRAM ejemplo de aplicaciónBlaenant Colliery,
Galles. II. Comparación entre observaciones y
predicciones del nivel freático
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Blaenant Colliery, Galles La descarga de
Ynysarwed y la averiguación de flujo turbulente
en las galerías principales
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Ejemplo de aplicación de GRAMal campo de carbón
meridional de Yorkshire

• Minería de carbón a partir del Siglo 18
• Varias capas de carbón explotadas en la zona - la
  capa que mas se explota es el Barnsley Seam
• El cierre de la Mina de Rossington en 2005 queda
  Maltby como la única mina todavía en producción
• Asunto hidrológico Que pasaría después del cese
  de bombeo en las minas alrededor de Rossington?

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Croquís esquemático de las interconnecciones
entre las varias minas de la zona

• Conecciones por galerías y por fracturas entre
  cuerpos de relleno

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Calibración del modelo
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Predicción 30 años
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Predicción 100 años
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Modelización de la evolución de la calidad de
agua de mina durante y después del rebote

• Modelización completa - transporte y reacciones
  cinéticas
• Teóricamente factible, pero nunca se ha realizado
  todavía para sistemas subterráneos (por la
  complejidad hidrogeologica y mineralógica que
  ellas muestran)
• Sin embargo, modelos geoquímicos (basado en
  PHREEQC, Geochemists WorkbenchTM etc) se podrían
  elaborar con ganas para sub-secciones de sistemas
  mineros en que la hidrología es bien defenido,
  para investigar cuestiones específicas (veasé las
  ponencias de Dr Rob Bowell)
• Modelos empíricos basados en principios
  hidrogeoquímicos, pero muy simplifacado
• Hay algunas aplicaciones exitosas en sistemas
  reales

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p.ej. Modelo empírico para el primer lavado

• Controles sobre el primer lavado
• taza de reemplazimiento hidraulico
• F (volumen total de poros / taza de recarga)
• Los mismos rasgos controlan rebote (no obstante
  la disminución del influjo durante el mismo)
• Observaciones a partir de los años 1960 sugieren
  que el primer lavado comporte como una
  descomposición exponencial con una vida-mitad
  iguál a la duración del periodo del rebote en el
  mismo sistema

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Modelo empírico para el primer lavado
t½ tr
tl (3.95 ? 1.2) tr
(Jl. Contam. Hydrol., 44, pp 47 - 69 (2000))
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Modelo para un primer lavado parcial

• En sistemas muy grandes, una cierta proporción de
  las labores se encuentran tan lejos de la
  desembocadura del sistema inundado que ella nunca
  participa en el proceso del primer lavado
• Donde el modelo original pone
• t½ tr
• El model modificado pone
• t½ ? tr
• donde ? comprende valores entre 0.1 (para
  sistemas muy grandes con muchas labores afuera de
  la circulación hidrológica) y 1 (es decir, el
  modelo original)

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Ejemplo Mina de Carbón Fendue Lyon (Francia)
250
200
Modelo t½ tr
150
Fe (mg/l)
100
50
Modelo t½ 0.33 tr
0
Abr-88
Abr-03
Abr-93
Abr-98
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Hacía el futuro

• Actualmente hay un código nuevo elaborandose en
  Newcastle para simular transporte con reacciones
  cinéticas en galerías subterráneas
• El código se llama POSSUM (Pollutant Sources
  Sinks in Underground Mineworkings)
• Se trata de un código hecho por object-oriented
  programming, en C / Delphi
• Incluye expresiones para todos los sulfuros,
  carbonatos y silicatos comunes en sistemas
  mineros, vinculadas a una representación
  realistica de la hidraulica de flujo en canales
• Se ha sacado una nueve base de datos de una
  galería de drenaje de la mina de carbón Caphouse
  (actualmente el Museo Nacional de Minería de
  Inglaterra) para probar el comportamiento de
  POSSUM

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Conclusiones

• Existen metodologías para la predicción de
• Tazas de rebote
• Caudales después del rebote
• La calidad de aguas después del rebote (o sea
  modelos empíricos o el modelo nuevo POSSUM)
• Los desafíos mas importantes están asociados con
  la parameterización, especialmente en el
  reconocimiento a priori de los rasgos mas
  importantes que suelen controlar cambios
  hidrológicos / geoquímicos en sistemas reales

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Gracias