Evaluación de la hidrodinámica de una mina a cielo abierto mediante un modelo de simulación, utilizando diversos enfoques de modelación basados en los atributos geológicos del acuífero

Abstract

La hidrodinámica de los acuíferos fracturados se encuentra sujeta a la alta heterogeneidad hidráulica dominada por fallas y fracturas y su interacción con la matriz rocosa, cuya caracterización representa un alto grado de complejidad hidrogeológica. La comprensión y modelación de esta heterogeneidad se ha vuelto de vital importancia para los sectores humanos que interactúan con estos acuíferos, siendo uno de los más importantes el sector minero, cuya necesidad primordial es el desagüe de las zonas mineralizadas para permitir el acceso a los minerales de mena. Dada la gran cantidad de información geológica derivada de la etapa de exploración de la mina que se encuentra en el área de estudio, se realizó un análisis multivariable que toma como base la Designación de la Calidad de la Roca, RQD (Rock Quality Designation por sus siglas en inglés) y su relación con el caudal producido por 37 pozos de desagüe, el cual se presenta como una herramienta para la caracterización hidrogeológica de un acuífero fracturado. Se construyó un modelo sólido con los datos RQD utilizando tres tamaños diferentes para cada celda de la cuadrícula y cuatro métodos de interpolación, donde la cuadrícula más pequeña y el método de ponderación inversa a la distancia en un medio anisotrópico presentaron los mejores resultados. El modelo sólido RQD resultante se utilizó para localizar 22 pozos piloto, en los que se realizó la prueba de air-lift para obtener una evaluación cualitativa de su utilidad. Los resultados mostraron una importante relación entre el rendimiento de los pozos, la litología y la alteración de la roca, pero también se encontró que algunas fracturas o fallas, que no se pueden detectar claramente por el RQD, juegan un papel muy importante en la hidrodinámica del acuífero, de modo que la caracterización del acuífero derivó en la obtención de dos dominios hidroestructurales: matriz fracturada y fallamiento regional. Esto mostró que es necesario tener en cuenta todos los factores disponibles que pueden ayudar a identificar el comportamiento hidrodinámico del acuífero para lograr un modelo conceptual representativo. Posteriormente, se establecieron relaciones entre los atributos geológicos de las unidades rocosas y sus características hidráulicas, controladas mediante ecuaciones exponenciales empíricas. Asimismo, mediante una analogía con un acuífero estratificado y con el uso de ecuaciones básicas en hidrogeología y de la conductividad hidráulica de los pozos de desagüe, se estimaron las propiedades hidráulicas de las zonas de falla, las cuales mostraron un papel importante en la hidrodinámica del acuífero. Estas ecuaciones permitieron integrar un modelo de simulación en tres dimensiones con el apoyo del software Visual ModFlow, aplicado mediante diferentes enfoques de modelación que varían gradualmente su grado de complejidad con respecto a la distribución de la conductividad hidráulica: Medio Poroso Equivalente, Medio Poroso Equivalente Parametrizado y Medio dual-continuo. El primer enfoque constituye la forma común de modelación, donde se definen unidades hidrogeológicas con características hidráulicas propias, a diferencia del segundo en el cual se aplicaron las ecuaciones exponenciales en función de los atributos geológicos de cada celda del modelo para asignarle un valor de conductividad hidráulica único. El tercer enfoque incluyó la modelación de las zonas de falla, lo cual requirió del refinamiento de la malla para permitir la adecuada integración de la geometría de cada una de ellas. Los resultados mostraron de forma general que es posible obtener calibraciones aceptables en los tres enfoques modelados, lo cual resalta la importancia de la definición de un modelo conceptual adecuado. No obstante, el tercer enfoque es el que pudo representar de manera más apropiadas la hidrodinámica del acuífero, sirviendo como base para el desarrollo de un plan de desagüe para el corto y largo plazo. Este plan mostró que con la adición de diez pozos de desagüe es factible evitar el paso del agua subterránea al área de operaciones de acuerdo con el plan de minado, lo cual permitirá el avance en la excavación del tajo, reduciendo los costos operativos y permitiendo el acceso seguro a los trabajadores de la mina.