Análisis numérico de flujo subterráneo: Caso Mina Subterránea de Vazante - Brasil

Abstract

Dewatering and groundwater control are activities continuously implemented and monitored throughout the duration of underground mining or open pit projects. The proper and efficient implementation of these activities depends on large hydrogeological studies, for assessing the most appropriate control systems. The demand for technical and economic efficiency of these processes requires three-dimensional flow numerical analysis of the entire study area, characterized by deep and complex stratifications of permeable materials below the water table, as usually cover mining projects, where analytical solutions can not be applied. The present research contributes to a better understanding of the numerical formulations that represent the behavior of groundwater flow via a particular case study—This one is about an underground mine. In this case, 1D discrete elements were incorporated within a finite-three dimensional model in order to represent preferential flow paths. The advantages of incorporating such features explicitly to quantify the flow passing through them, that feed the mine through direct connections with an adjacent river, were discussed. The use of discrete elements allows for a more realistic representation of the hydrogeological environment and, at the same time, a more refined assessment of the effects on the behavior of groundwater flow due to surface sealing of the river, as the most coherent solution to this infiltration problem.

El abatimiento y control de las aguas subterráneas son actividades implementadas y monitoreadas de forma continua a lo largo de la vida de proyectos de minería, ya sea del tipo a cielo abierto o subterránea. Una implementación apropiada y eficiente de estas actividades dependen de los estudios hidrogeológicos de grande porte, que permiten evaluar los sistemas de control de agua más adecuados, necesarios en las actividades mineras. La búsqueda de la eficiencia técnica-económica de estos procesos demandan análisis numéricos de flujo tridimensionales de toda la región en estudio, caracterizada por profundas y complejos estratos de materiales permeables abajo del nivel freático, como normalmente abarcan proyectos de minería, donde las soluciones analíticas ya no pueden ser más aplicadas. Esta tesis busca contribuir a una mejor comprensión de soluciones numéricas que representan el comportamiento de flujo subterráneo a través de un estudio de caso de una mina subterránea que presenta problemas de infiltración en su interior. En este estudio fueron incorporados elementos discretos 1D como representación de caminos cársticos preferenciales, en um modelo 3D de elementos finitos realizado con el programa FEFLOW. Fueron discutidas las ventajas de incorporar tales caminos preferenciales de forma explícita, cuantificando el flujo que pasa por medio de éstas, ya que estas estructuras alimentan a la mina a través de conexiones directas con un río adyacente. Estos elementos discretos permiten representar de forma más realista el medio hidrogeológico y al mismo tiempo evaluar de mejor forma los efectos en el comportamiento de flujo subterráneo debido a la impermeabilización superficial del río como una solución más coherente para este tipo de problemas de infiltración.