159416_MATERIALDEESTUDIOPARTEIDiap1-90

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INTERCADECONSULTANCY & TRAINING

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HIDROGEOLOGIA Y METODOS

DE EXPLOTACION MINERA

Dr. Roberto Poncela PoncelaConsultor Intercade

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Dr. Roberto Poncela Poncela - Consultor Intercade

INDICE

INTRODUCCION1. EXPLOTACION MINERA Y CONTAMINACION DE LAS AGUAS ......2. HIDROGEOLOGIA MINERA Y CIERRE DE MINAS ...........................3. APILES DE MINERAL ........................................................................4. CANCHAS DE RELAVES ...................................................................5. PRODUCTOS RESIDUALES Y CONTAMINACION ...........................6. TALLER ..............................................................................................

• PRACTICA SOBRE FRACTURACION HIDRAULICA• PRACTICA SOBRE EL CALCULO DE LA DIFUSIVIDAD HIDRAULICA A

PARTIR DEL COEFICIENTE DE AGOTAMIENTO• PRACTICA SOBRE LA APLICACION DEL METODO DRASTIC PARA LA

EVALUACION DE LA VULNERABILIDAD DE UN ACUIFERO• TALLER DINAMICO• TALLER DE CONTAMINACION

7. PRESENTACION DE CASO REAL ....................................................8. BIBLIOGRAFIA ...........................................................................................

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DIAP.11DIAP.66DIAP.87DIAP.100DIAP.115DIAP.168

DIAP.218DIAP.265

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ASPECTOS INTRODUCTORIOS3

ECONOMICO

SOCIALECOLOGICO

ATMOSFERA

LITOSFERA

HIDROSFERA

BIOSFERA


ASPECTOS INTRODUCTORIOS

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• Drenaje minero: valorar, minimizar y optimizar la evacuación de recursos hídricos.

• Impermeabilización.• Aislamiento.• Desvío.

HIDROGEOLOGIA + EXPLOTACION MINERA

ALTERACION DEL CICLOHIDROLOGICO NATURAL

ELEVADOS COSTES DE ACTUACION( > 1/3 COSTE DE EXPLOTACION)

� Problema a resolver en la mina (caudal – calidad). Desde el pun to devista hidrodinámico la mina actúa como un sumidero de las aguassubterráneas cuando se sitúa por debajo del nivel piezométrico.

� Activo ambiental y ecológico.

AGUA

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� Caracterizar la piezometría y flujos subterráneos :• Prevenir, retardar o minimizar la aparición de agua.• Deprimir el nivel piezométrico (trabajo en seco y/o a mayor profundidad).• Drenar las aguas captadas y evacuarlas hacia zonas más favorables.

� Aislar la mina de las aguas superficiales (ríos, lagos, mares, etc.)que pudieran ser influyentes.

� Mejorar la estabilidad geotécnica de taludes, bermas, drenajes,etc., minimizando el riesgo de desprendimientos, roturas ohundimientos.

� Favorecer las labores mineras en condiciones de rendimiento yseguridad óptimos, lo que se traduce en una reducción deaccidentes laborales .

� Garantizar la calidad del recurso drenado: minimización decontaminaciones no deseadas o necesidad de tratamientos parasu reincorporación al ciclo hidrológico.

El conocimiento hidrogeológico del sistema acuífero asociado almacizo rocoso requiere de la caracterización geológica detallada:litología, estratigrafía, tectónica, geomorfología, petrología, etc.,permitiendo:

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� DIRECTOS:

• Físicos : Subsidencia, erosión,inestabilidades, etc.

• Químicos : Procesos químicos.

� COLATERALES:

• Impacto medioambiental y/o aterceros : Afecciones acaptaciones existentes y/o aecosistemas y/o sistemasbióticos dependientes del agua.

• Generación de efluentescontaminantes que requierentratamiento (aguas ácidas.Metales pesados, residuostóxicos, etc.).

PROBLEMAS

� Económicos : Coste de drenaje,reducción de rendimientos,encarecimiento de los costesfinales, etc.

� Técnicos : Operarios y técnicoscualificados, equipos einstrumentación especializados,adecuación de los cronogramas alplan de labores, etc.

� Riesgos : Humanos (seguridadlaboral y accidentes), pérdida deequipos, daños a infraestructuras,ambientales, etc.

EFECTOS DEL AGUA EN LA MINERIA

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� El agua subterránea sigue la “Ley de Darcy ” (de mayor a menorpotencial hidráulico: cota).

� A mayor permeabilidad k , mayor caudal específico q .� La carga hidráulica del terreno (el empuje que el agua ejerce)

depende de la diferencia de cota del terreno saturado ,independientemente de su extensión.

� Las propiedades geotécnicas de los materiales (resistencia, cohesión,ángulo de rozamiento interno, etc.) generalmente empeoran encondiciones “húmedas ” o “saturadas ”.

� El agua, en general, tiene poder disolvente , lo que puede permitir ofavorecer la formación de vías preferenciales de entrada de agua(agrandamiento de discontinuidades, creación de conductos, formaciónde cavernas, etc.).

CONSIDERACIONES SOBRE EL AGUA SUBTERRANEA

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L

hkikv

∆⋅=⋅=

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ACTUACIONES DIRECTASFRENTE AL AGUA :

� Drenaje Activo : Intervenciónhumana mediante la aplicación detécnicas y maquinaria específicapara la evacuación del aguacaptada (drenaje, desvío decauces, impermeabilizaciones,etc.).

� Drenaje Pasivo : Ausencia deintervención humana para laevacuación del agua captada(descargas naturales,agotamientos y drenados desdelas cavidades creadas, etc.).

MOMENTO DE APLICACION

� Drenaje Preventivo : Evita que elagua alcance las labores minerasy requiere trabajar por encima delnivel piezométrico dinámico.

� Drenaje Correctivo : Extraccióndel agua una vez ha invadido lazona de labores; requiere sucontrol continuo y nonecesariamente supone trabajarbajo el nivel piezométrico.

� Drenaje Compensatorio : Drenajelocalizado, transporte y posteriorreinyección o reinfiltración en otrolugar: Equilibrio en el balancehídrico.

TIPOLOGIA DEL DRENAJE MINERO (U OBRA CIVIL)

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PROYECTO EN FUNCION DE:

� Profundidad del yacimiento.� Método de explotación y excavación seleccionado.� Dificultad del drenaje.

TIPOS DE ACCESO

� Galerías:• Galerías de acceso (pendiente i < 5%).• Rampas (5 < i < 35%).• Planos inclinados (35 < i < 75%).

� Pozos: pendiente i > 75%.

TIPOLOGIA DEL ACCESO MINERO

Yacimientode mineral

Alzamiento

Grada

Chimenea

GaleríasCastilleteDe extracción

Pozo deventilación

Montacargas

Ascensor

Bomba

Estación deLlenado del

montacargas

Ilustración de Microsoft

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INDICE11


• PRACTICA SOBRE FRACTURACION HIDRAULICA• PRACTICA SOBRE EL CALCULO DE LA DIFUSIVIDAD HIDRAULICA A

PARTIR DEL COEFICIENTE DE AGOTAMIENTO• PRACTICA SOBRE LA APLICACION DEL METODO DRASTIC PARA LA

EVALUACION DE LA VULNERABILIDAD DE UN ACUIFERO• TALLER DINAMICO• TALLER DE CONTAMINACION



DIAP.218DIAP.265


1. EXPLOTACION MINERA Y CONTAMINACION DE LAS AGUAS

1.- EXPLOTACION SUBTERRANEA

En sentido amplio, se define como la explotación minera que se realiza enel subsuelo , a profundidad variable, con o sin influencia del nivelpiezométrico.

Cerro Hueco

Río Guadiel

La Unión

Río Guadalima

Granito Triásico Mioceno Escombreras Nivel piezométrico

Esquema hidrogeológico simplificado del batolito de Linares (tomado de Hidalgo y Benavente, 2001)

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EXPLOTACION MINERA Y CONTAMINACIONDE LAS AGUAS


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1.1. PROBLEMAS HIDROLOGICOS ASOCIADOS A LAS LABORES DE INTERIOR

1.1.1. – POSIBLES ENTRADAS DE AGUA EN UN ACCESO

� La litología atravesada, en función de su porosidad y permeabilidad,especialmente si está por debajo del nivel piezométrico.

� Infiltración de aguas de escorrentía superficial (o incidencia directa).� Infiltración de aguas hipodérmicas a través de zonas meteorizadas de la

roca.� Filtraciones o aportes entre niveles de estratificación.� Presencia de fracturas y/o discontinuidades abiertas , principalmente

subverticales.� Presencia de cavidades o conductos kársticos, volcánicos y/o por

disolución de evaporitas .� Influencia de antiguas labores mineras .� Influencia de antiguos (u otros usos) del territorio .

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1.2. INCIDENCIA DEL AGUA EN LA MINERIA SUBTERRANEA

� Los accesos son el primer punto de contacto con el acuífero .� El frente (o los diferentes frentes) de avance es otro punto de

afección directa.� Necesidad de drenaje continuo (o impermeabilización, en su caso)

para evitar la inundación de la zona de labores y/o de la mina.� El agua drenada suele ser de mala calidad (especialmente en

minería metálica y de evaporitas). No son infrecuentes acuíferosinterceptados con aguas subterráneas de buena calidad .

� Afección directa a la piezometría local y a la disponibilidad de aguasubterránea en el entorno.

� La mina actúa como sumidero de aguas , especialmente si laporosidad, permeabilidad, discontinuidades y meteorización delmacizo rocoso lo permiten.

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�Afección a la estabilidad geotécnica del macizo rocoso.�Generación de cargas hidráulicas iguales a la depresión

creada.�La selección de los equipos de bombeo debe adecuarse a

la calidad de las aguas drenadas, en general, mala.�Dichos equipos y sistemas deben permitir las labores

extractivas, minimizando la interferencia en su desarrollo:• Tamaño reducido.• Ubicaciones en otros ramales o accesos.

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1.2. INCIDENCIA DEL AGUA EN LA MINERIA SUBTERRANEA



1.3. RIESGOS DEL AGUA EN LA MINERIA DE INTERIOR� Inundaciones (agua y/o lodo).� Estabilidad geotécnica del macizo rocoso y de las infraestructuras.� Accidentes laborales y/o afección a maquinaria y equipos.� Pérdidas de rendimiento y productividad:

• Seguridad laboral.• Evaluación de posibles daños.• Evaluación de achiques y drenajes.• Interferencia con las labores mineras.• Aumento de los costes operativos.• Dificultad en el cumplimiento de los objetivos empresariales.• Revisión de la viabilidad técnico-económica de la explotación.

� Daños colaterales:• Afecciones a terceros.• Posibles contaminaciones al acuífero o a acuíferos próximos.• Sensibilización social y ambiental. Medios de comunicación.• Indemnizaciones millonarias.

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1.4. – DRENAJE EN GALERIAS. ELEMENTOS DE DISEÑO

� Pendiente descendente (entre el 3 y 6 ‰) con el fin defavorecer su autodrenaje (disminución de costesenergéticos por achiques).

� Presencia de cuneta o canalón que permita recoger lasaguas drenadas de manera que la solera esté en lascondiciones “más secas” posibles.

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� Dependiendo del tamaño:• Presencia de balsas decantadoras y/o sedimentación.• Pocillos de bombeo.• Equipos de bombeo.

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1.4.1. TIPOS DE DRENAJE EN GALERIAS

� Preventivo en avance desde la galería:• Desde la propia galería: En la galería de avance debe realizarse un

sondeo de reconocimiento (“cata”) en el frente (2,5” a 3” Φ) conel fin de:� Reconocer las litología presentes.

� Determinar el grado de discontinuidad del macizo.

� Determinar la presencia de agua (generalmente con cargas hidráulicas

importantes).

• Estos sondeos-cata pueden construirse también para drenaje,siendo entonces lo más recomendable su ejecución lateral, para noentorpecer las labores mineras. Suele ser recomendable su control o

monitorización automática.

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� Preventivo en avance desde la superficie o cavidad superior:

• Suele realizarse para profundidades pequeñas (generalmente h < 150 m )o cuando existe algún condicionante (elevada carga hidráulica, barrera deprotección, etc.).

• Se realiza construyendo una serie de sondeos verticales de granlongitud que permitan el drenado del perímetro de la obra subterránea en

avance.

• Es un método costoso , por lo que resulta útil acondicionar sondeos dereconocimiento en superficie para drenaje posterior:

� Perímetro de protección física.

� Acometida eléctrica (o grupos electrógenos, en su caso).

� Monitorización.

• Si se realiza desde la cavidad superior, los requerimientos de espaciosuelen ser un condicionante importante, por lo que se necesitan equipos de

sondeos pequeños (móviles y portátiles).

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� Correctivo: Achique del agua en el frente siempre que loscaudales sean pequeños, lo que requiere un buen diseño de loselementos de drenaje para minimizar la afección del agua.

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Un túnel se puede definir en sentido amplio como una obra subterránea quepresenta dos extremos . Generalmente están concebidos como obra pública alservicio de infraestructuras, y suelen ser de grandes dimensiones:

1.4.2. – TUNELES

• Túneles peatonales.• Túneles para vehículos rodados.• Túneles ferroviarios .

� El reconocimiento hidrogeológico es fundamental para averiguar la existencia deacuíferos atravesados o, se pasa por debajo de “láminas de agua” (ríos, lagos, etc.).

� Estas obras singulares pueden realizarse atacando por los dos extremossimultáneamente.

� Su perforación requiere la ejecución de planos ligeramente inclinados (entre 3 a 6 ‰)para facilitar el drenaje (bien hacia el exterior o hacia depresiones internas, tantonaturalmente como mediante bombeo), siendo lo más habitual la técnica en “dientesde sierra ”.

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TRAZADO EN EL DIENTE DE SIERRA

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El caudal de descarga de un acuífero en régimen no influenciado puedeexpresarse como (Boussinesq, Maillet, etc.):

1.4.3. ESTUDIO DE CURVAS DE AGOTAMIENTO. ESTIMACION DE LA DIFUSIVIDAD HIDRAULICA DE UN ACUIFERO

V = αQ

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Q = Q .e0-αt α

t

Caudal de la fuente o caudal base de la fuente en elmomento t, expresado en m /día.Idem en el origen de tiempos.Coeficiente que depende de las características geomé-tricas e hidrológicas del embalse subterráneo, con dimensiones [tiempo]Tiempo desde el momento en que el caudal vale Q ,expresado en días.

Volumen almacenado, expresado en m .

Caudal drenado, expresado en m /día.Si Q = Q se tiene el volumen almacenado que ha dadolugar a esa descarga

3

-1

o

o

3

Q

Q

V

QO

3



CURVA DE AGOTAMIENTOy = 86,4e -0,01x

R2 = 1

0,1

1

10

100

0 100 200 300 400 500 600

T (Días)

Log

Q

Descarga

Exponencial(Descarga)

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El coeficiente de agotamiento se relaciona con la difusividadhidráulica mediante la expresión (Rorabaugh-Singh, en Custodio yLlamas):

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4 . S . Lα= .Tπ

T Transmisividad del acuífero (m /día).Coeficiente de almacenamiento. Adimensional.Difusividad hidráulica del acuífero (m /día)Distancia característica, expresada en metros. Normal-mente a la divisoria de aguas subterráneas o a cualquierotra.

ST/SL

2

2


EXPLOTACION MINERA Y CONTAMINACION DE LAS AGUAS

1.5. – DRENAJE DE POZOS

Suele constituir el complemento a los procesos de drenaje “natural”.Generalmente dan acceso a labores situadas a menor cota, que actúan comosumidero.

Cuando no existen labores inferiores que hayan drenado los niveles superiores,los pozos en construcción deben ser drenados por cualquiera de los siguientesprocedimientos:

� Un sondeo central concéntrico . Económicos pero suelen interferir con las labores.Aplicables a acuíferos de baja permeabilidad, fácilmente drenables.

� Una corona de sondeos periféricos (verticales o inclinados). Costosos ylimitados por su profundidad. Número mínimo recomendable: 3 y aguas arriba delpozo, en la dirección principal del flujo subterráneo. Distancia mínima óptima entre 5y 20 m.

� Técnica mixta o combinación de las anteriores.� Desde una labor minera inferior cuando se trate de chimeneas o pozos.

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1.6. – CONTAMINACION DE LAS AGUAS� Presencia de aguas de mala calidad en el acuífero previas al drenaje minero.

Incluidas las aguas ácidas.� Posibilidad de infiltraciones con elementos minerales disueltos o por disolver a

través de la propia infraestructura minera subterránea durante la explotación.� Presencia de aguas ácidas propiamente dichas, principalmente en yacimientos de

sulfuros u otros, que se pueden incorporar como consecuencia de la explotación si nose tratan previamente.

� Posibilidad de lixiviados naturales a través de la zona no saturada o flujosconectados de otros niveles acuíferos , como consecuencia de los cortocircuitos enlos sistemas de flujo que las galerías y pozos pueden producir.

� Posibilidad de contaminación de aguas mineralizadas a partir de sondeos deinyección , ya sea para explotación por disolución o por drenado en acuíferos muypoco transmisivos, al atravesar yacimientos metálicos o evaporíticos.

� Posibilidad de contaminación generalizada o localizada como consecuencia deinundaciones en la mina que pueden movilizar minerales contaminantes ytransportar aguas altamente mineralizadas. Causas naturales extremas(climatológicas, sísmicas, etc.) o antrópicas (fallos en los diseños de explotación y/oejecución, negligencias, etc.).

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2.- EXPLOTACION SUPERFICIAL

La explotación superficial(minería a cielo abierto) ejecutala creación de una depresión ocavidad en el terreno, más omenos profunda, que debe tenerel nivel piezométrico controlado(bajo su fondo y tras los taludescreados), garantizándose eldrenaje en condiciones deseguridad para las laboresmineras de personas y equipos.

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La realización de estos enormes huecos en el terreno exige un continuo y,en general, intenso drenaje cuando se intersecta el nivel piezométrico, encondiciones de mínima interferencia con las labores mineras.

� Los bancos (bermas + taludes) deben ser estables.� La depresión creada se constituye en un sumidero de aguas

(subterráneas y superficiales, incluidas las inducidas por infiltración),especialmente si la porosidad, permeabilidad, discontinuidades ymeteorización del macizo rocoso lo permiten.

( )BANCOSHUECOBAJOha ⋅≥∇ 251,

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Los requisitos que deben cumplirse son :

� Evitar la acumulación o infiltración del agua drenada y/o delluvia , recogiéndose adecuadamente:

• Las superficies creadas deben tener cierta inclinación ( ≈ 3 ‰)para favorecer el autodrenaje.

• El agua debe colectarse a través de canales y cunetas , quepueden estar impermeabilizados para evitar infiltraciones nodeseadas.

• Construcción de canales perimetrales de protección de laentrada al hueco de la escorrentía superficial. Puede sernecesario el desvío o impermeabilización de cauces fluvialespróximos.

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� Gestionar adecuadamente el agua recogida , generalmente enuna zona o punto favorable del fondo (balsa de acumulación ). Lacalidad físico-química del agua colectada suele verse afectada porla operación minera, con lo que la presencia de sustancias ensuspensión o disueltas (susceptibles de causar contaminación)deben ser aisladas de las aguas pluviales (control de caudales),para ser tratadas previamente a su posterior vertido a cauces oreinfiltración en el terreno.

� Minimización de la afección a taludes existentes y a lamaquinaria operante .

Los requisitos que deben cumplirse son :

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2.1.- TECNICAS DE DRENAJE A CIELO ABIERTO

CUNETA DE DRENAJE SONDEOSPERIMETRALES

CANAL DEGUARDA

DRENAJES HORIZONTALEZ

SUPERFICIE PIEZOMETRICA

GALERIA DE DRENAJE

DREN INCLINADO

ELEMENTOS DE DRENAJE MINERO A CIELO ABIERTO

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� Preventivo desde el interior del hueco:• Zanjas drenantes : Frecuente en graveras.

• Drenes inclinados .

• Sondeos verticales .

� Se mejoran las condiciones de estabilidad del macizo rocoso dado que elnivel piezométrico está controlado bajo el hueco y, en general, se necesitanelementos de corta longitud, con el consiguiente ahorro.

� Se necesita bombeo continuo , siendo habitual la destrucción de sondeosconforme evoluciona la explotación, lo que interfiere con las labores mineras.

� La calidad físico-química de las aguas captadas suele verse afectada porla presencia de sólidos en suspensión, metales pesados, etc., necesitándosede tratamiento previo antes de su vertido.

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2.1.- TECNICAS DE DRENAJE A CIELO ABIERTO



� Preventivo perimetral en avance: Consiste en la construcción deuna batería de sondeos de gran profundidad, en torno al huecominero, y de un canal perimetral de drenaje:

• Sondeos verticales profundos .

� Se mejoran las condiciones de estabilidad del macizo rocoso dado

que el nivel piezométrico está controlado en las bermas y/o bajo el

hueco.

� Se necesita bombeo continuo , siendo habitual una vida útil bastantealta, con poca o nula interferencia con las labores mineras.

� La calidad físico-química de las aguas captadas suele preservarse,

lo que permite otros usos.

� Como contrapartida, se requieren materiales de moderadas a altas

permeabilidades y la construcción de costosos sondeos y bombaselectrosumergibles. Elevados costes iniciales .

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� Preventivo inferior: Utilización de alguna construcción existente bajo elfondo minero (antigua minería de interior, galería o plano inclinado de

drenaje) para el drenaje sin bombeo:

• No necesita bombeo continuo , con poca o nula interferencia con laslabores mineras.

• Escaso mantenimiento .

• Se drena gran cantidad de agua y puede utilizarse como galería dedesagüe de fondo.

• Como contrapartida, limita el drenaje a esa cota , requiriéndosetopografía y longitud de galería adecuadas.

• Suele presentar problemas de sellado durante la etapa de clausura.

• En general, suelen requerirse fuertes inversiones para laadecuación.

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� Correctivo: Achique del agua captada por gravedad proveniente delos taludes a través de cunetas y canales, favoreciéndose suacumulación en el fondo del hueco o balsa de acumulación:

• No necesita bombeo continuo .

• Escaso mantenimiento .

• Es económico .

• Drenaje poco eficiente .

• Problemas de estabilidad en ausencia de drenes .

• Existe riesgo de inundación .

• En general, interfiere las labores mineras .

• Existe riesgo de seguridad para equipos y personas.

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ES RECOMENDABLECONJUGAR

VARIAS TECNICAS.

AUMENTO DELFACTOR DE SEGURIDAD.

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2.2. CONTAMINACION DE LAS AGUAS

• Posibilidad de introducción de aguas de mala calidad o contaminantesdesde el exterior a través de las labores de explotación.

• Posibilidad de introducción de materiales contaminantes y/o aguasmineralizadas a través de los huecos mineros y superficies dediscontinuidad.

• Posibilidad de infiltraciones no deseadas durante los procesos delixiviación en apiles de minerales de baja ley. Utilización de disolventesu otros aditivos .

• Posibilidad de infiltraciones no deseadas a través de escombrerasfuncionales y/o abandonadas o no controladas.

• Posibilidad de infiltraciones no deseadas como consecuencia de laaparición de productos residuales (algunos altamente tóxicos) en plantasde tratamiento: fugas por roturas, derrames, percolaciones, etc.).

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• Posibilidad de transporte de contaminantes cuando seutilizan técnicas de hidropresión (chorros de agua) paradesagregación hidráulica.

• Presencia de aguas ácidas propiamente dichas,principalmente en yacimientos de sulfuros u otros, que sepueden incorporar como consecuencia de la explotación sino se tratan previamente.

• Posibilidad de lixiviados naturales a través de la zona nosaturada o flujos conectados de otros niveles acuíferos ,próximos a la zona de drenaje minero.

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3. FRACTURACION HIDRAULICA

La fracturación hidráulica consiste en la estimulación odesarrollo de un sondeo o pozo perforado en rocasconsolidadas duras (“hard rocks”) mediante la inyección deagua (en ocasiones ácido clorhídrico) a elevada presión para

dilatar fisuras existentes o crear nuevas, con objeto deaumentar la permeabilidad y transmisividad del macizorocoso presente, entre el punto de inyección y el deproducción (en otras circunstancias para favorecer los

drenajes mineros).

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SISTEMA DE PRESURIZACION

POZOPROFUNDO

ZONA CEMENTADA

REVESTIMIENTO FIJADOCAUDAL DE AGUA APRESION ELEVADA

RIESGO DE FUGAS

RIESGO DE FRACTURASVERTICALES

INTERFORMACIONALES

ZONA DEFRACTURACION FORMACION CONSOLIDADA DURA

(“HARD ROCK”)

ESQUEMA SIMPLIFICADO DEL MECANISMO DE FRACTURACION HIDRAULICA

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� En ocasiones puede resultar interesante introducirsimultáneamente arena o bolitas de vidrio en las fracturaspara evitar que vuelvan a cerrarse como consecuencia dela presión litostática.

� En general, la presión de fracturación es proporcional a laprofundidad de la formación a estimular.

� Suele ser conveniente añadir aditivos que permitanaumentar la viscosidad (disminución de caudal a igualdadde presión).

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� El método es únicamente aplicable a pozos profundos (en general h > varioscentenares de metros). Para pozos poco profundos pueden producirseconexiones no deseadas con la superficie.

� Peso del material suprayacente origina presiones medias en torno a 0,20 – 0,25atm/m, siendo que la mayoría de la litología fracturan entre 0,11 y 0,41 atm/m.Pueden admitirse valores promedio entre 0,13 atm/m – 0,22 atm/m .

� Las fisuras producidas suelen:

• Presentar anchuras milimétricas , con fuerte componente horizontal.• Extenderse varias decenas de metros (ocasionalmente alguna centena).

• Cada fisura creada puede suponer un aumento de T = 1 a varias decenasm2/día.

• La presión mínima de inyección depende de:

• Posibilidad de fracturación hidráulica del macizo rocoso.

• Resistencia del pozo, cementaciones y sistemas de inyección.• Normas sectoriales o legislación específica .

APLICABILIDAD

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� El método es útil para disolución de minerales solublescuyas aguas mineralizadas son recogidas paraposterior tratamiento (“inyección de fluido altamentemineralizado ”).

� Se considera una buena ejecución si el caudalespecífico aumenta entre un 25 a 30% debido alproceso.

� Pueden conseguirse fácilmente inyecciones de variasdecenas de l/s a presiones de entre 300 a 500 atm(incluso superiores), tanto sobre camión comomediante equipos específicos.

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� Es un método generalmente costoso . En macizos cársticos puedeser interesante combinar esta técnica con la de acidificación.

� El pozo o sondeo debe estar bien entubado (tubería resistente) ycementado por encima de la zona a fracturar para evitar fugas porel exterior hacia formaciones suprayacentes.

� Existe riesgo de fracturación vertical importante , lo que puededar lugar a fugas que invaliden la operación y/o funcionalidad delpozo, y comuniquen acuíferos de diferente calidad.

� Dificultad de controlar la localización, dirección y extensión de lasfracturas a causa de los condicionantes geomecánicos (existenciade discontinuidades previas como fallas, diaclasas, planos deestratificación, etc.) y de la anisotropía de las formacionesrocosas .

INCONVENIENTES

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� Dificultad de control de posibles fugas de fluidos

altamente mineralizados que pueden introducirse en

acuíferos próximos, dependiendo de su calidad.

� Posibilidad de aparición de colapsos y formación de

cavernas (sales, rocas volcánicas) que pueden suponer

la introducción de fluidos altamente mineralizados en

acuíferos adyacentes.

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100

80

50

40

30

10

5

0,01 0,1 0,5

PERDIDAS DE CARGA (mm/m)

GRAFICO DE CASTANY (1962)

1 2 3 4 5 10 50 100

20

CA

UD

AL

(I/N

)

Diám

etro

s de

l tub

o en

pul

gada

s

18”

16”

15”

14”

12”

10”

8”

7”

6”

CAIDA DE PRESION POR FRACTURACION HIDRAULICA

350

300

250

200

150

100Pre

sión

(at

m)

50

0

0 20 40 60 80

P(f(Q))

Tiempo (min)

Fracturación hidráulica

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4.- LIXIVIACION SOBRE APILES DE MINERAL DE BAJA LEY

La lixiviación se define como un proceso de carácter hidrometalúrgicoconsistente en la obtención de metales a partir del tratamiento deminerales que se acumulan en pilas o “pads” a los que se les aplica unasolución ácida y agua , mediante un sistema de riego adecuado (goteo yaspersión):

� Minerales de cobre :• Oxidos : Cuprita (Cu2S), tenaorita (CuO)...• Sulfuros : Calcopirita (CuFeS2), chalcocita (Cu2S), covelita (CuS)...

� Minerales auríferos y argentíferos :• Yacimientos polimetálicos de cobre y zinc.• Pórfidos de cobre.• Yacimientos aluviales.• Yacimientos diseminados de tipo volcánico, de baja ley...

� Otros.

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La solución ácida aplicada (principal) suele ser:

Esta solución disuelve el mineral formando una solución enriquecida en metalesdisueltos que, posteriormente se purifica, y mediante otras técnicas físico-químicas, recupera los metales objeto de explotación.

En el caso de sulfuros, especialmente sulfuro de cobre, se utilizan bacterias(biolixiviación) para la generación de sulfato férrico que es el disolvente del sulfurode cobre: se utilizan bacterias que oxidan el hierro y el azufre mediante elmetabolismo del oxígeno y carbono de la atmósfera.

� Para el cobre (Cu):• Acido sulfúrico: H 2SO4.• Agua + Aditivos .

� Para el Oro (Au):• Cianuro de sodio: NaCN .• Agua + Aditivos .

� Otros.

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SISTEMA DE RIEGO CON LASOLUCION QUIMICA

PROCESO DE LIXIVIADO

EFLUENTE CONCENTRADO

PILETAS DE SOLUCION

PILA

PLATAFORMA

RIESGO INFILTRACION A ZNS Y AL ACUIFERO

SOLUCION GASTADA

PILETA DE SOLUCION GASTADA

AGUA + ADITIVOSMETAL: Cu, Au, …

PLANTA DE TRATAMIENTO+ RECONCENTRACION

ESQUEMA DEL PROCESO DE LIXIVIACION EN APILES DE MINERAL DE BAJA LEY.INFILTRACION Y CONTAMINACION DEL ACUIFERO

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INFILTRACION

INFILTRACION

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5. LIXIVIACION EN TANQUES

La lixiviación en tanques se emplea, fundamentalmente,para minerales de alta ley o para minerales mixtos (óxidos ysulfuros). En este procedimiento, el mineral triturado esclasificado y colocado en tanques (depósitos cerrados

resistentes a la corrosión), donde las diferentes soluciones delixiviado circulan a través del mineral, y son recogidas para sutratamiento posterior en planta.

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MINERAL CLASIFICADO

SOLUCION ACIDA

TANQUESDE

LIXIVIADO

RECICLADO DE LASOLUCION

EFLUENTECONCENTRADO

PLANTA DETRATAMIENTO

ESQUEMA DEL PROCESO DE LIXIVIACION EN TANQUES.INFILTRACION Y CONTAMINACION AL ACUIFERO

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RIESGO DE INFILTRACION A LA ZNS Y AL ACUIFERO.PRODUCTOS TOXICOS Y ALTAMENTE CONTAMINANTES

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VENTAJAS� Sistema semicerrado (tanque) : Estanqueidad elevada.� Sistema controlado : Manipulación y monitorización.

PROBLEMAS� Posibles fugas por roturas en el tanque y conducciones

auxiliares.� Posibles derrames accidentales.� Posibles descargas no controladas.

� Todo ello puede dar lugar a infiltraciones de contaminantesnocivos al acuífero y/o vertidos a cauces próximos.

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Mina de RIOTINTO(Huelva, España)

Mina de CARDONA(Cardona, Barcelona,

España)

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INDICE66


� PRACTICA SOBRE FRACTURACION HIDRAULICA� PRACTICA SOBRE EL CALCULO DE LA DIFUSIVIDAD HIDRAULICA A

PARTIR DEL COEFICIENTE DE AGOTAMIENTO� PRACTICA SOBRE LA APLICACION DEL METODO DRASTIC PARA LA

EVALUACION DE LA VULNERABILIDAD DE UN ACUIFERO� TALLER DINAMICO� TALLER DE CONTAMINACION



DIAP.218DIAP.265

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2.HIDROGEOLOGIA MINERA Y CIERRE DE MINAS

Finalizadas las labores de explotación se produce la situación denominadade Abandono de Mina , bien sea como consecuencia del agotamiento delas reservas económicamente explotables, bien como consecuencia desituaciones socio-político-económico-ambientales que llevan a dichoabandono.

Ello produce un impacto ambiental considerable debido a:� Las propias instalaciones relictas , especialmente las de superficie.� La presencia de elementos contaminantes susceptibles de

incorporarse a los flujos subterráneos .� La contaminación de suelos .� Un impacto estético-ecológico generalizado.

Este aspecto estético-ecológico, generalmente se soluciona con losplanes de rehabilitación, restauración y/o regeneración , exigibleslegalmente y que, en muchos países, son un requerimiento previo a lasautorizaciones de explotación.

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HIDROGEOLOGIA MINERA Y CIERRE DE MINAS

EXPLOTACIONPLANIFICACION

AFECCION ALMEDIO

AMBIENTE

ACTIVIDAD MINERA

� Planes de explotación .� Planes de seguridad y emergencia.� Planes de viabilidad técnico-financiera.� Planes de vigilancia y control.

� Planes de restauración, rehabilitación o regeneración .� Planes de vigilancia y control.

ABANDONO PROCESO DINAMICO

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Ello lleva a considerar qué sucede con las aguas subterráneas y con laposible lixiviación “a posteriori” (influencia natural por las aguas delluvia) en el acuífero regional (o acuíferos locales) y/o caucessuperficiales.

El Proyecto de Abandono requiere:

� Conocimiento detallado del entorno hidrogeológico minero .

� Composición mineralógico-petrográfica de los materialesafectados.

� Sistema de explotación y tratamiento minero .

� Conocimiento detallado de los usos del territorio y del suelo .

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La existencia de aguas ácidas se constituye como uno de losprincipales focos de posible contaminación:

� Minería de la pirita .� Minería de sulfuros complejos .� Minería del carbón .� Minería del uranio ...

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Para evitar o minimizar la formación de aguas ácidas enminas abandonadas resulta imprescindible:

�Realizar un Proyecto específico de Cierre que puedaenglobarse dentro del Plan deRehabilitación/Restauración/Regeneración.

�Realizar un Estudio Hidrogeológico minero dedetalle , apoyado en los datos obtenidos durante laetapa de explotación.

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El Estudio Hidrogeológico minero de detalle , apoyado en los datosobtenidos durante la etapa de explotación, debe incidir prioritariamenteen:� Localización de las áreas de recarga y de las vías de flujo hacia la

mina y desde ella.� Identificación de los sectores de la mina donde se producen aguas

ácidas (u otra contaminación) .� Estimación / Valoración de los caudales de agua que podrían

circular por la mina.� Identificación y seguimiento de las variaciones espacio-temporales

de la calidad del agua : En planta y en perfiles verticales.� Establecimiento de una base de datos dinámica acoplada a un SIG.� Posibilidad de aplicación de modelos de flujo y transporte .

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1.MINERIA SUBTERRANEA

1.1. INUNDACION DE MINAS

La inundación de una mina crea un “embalse subterráneo de agua ” conlo que el aire no puede acceder directamente a las galerías o pozos llenos deagua, hecho que conduce al cese de la producción de aguas ácidas alevitarse los procesos de oxidación (ej., en las piritas).Conviene recordar que, en el caso de yacimientos piritíferos, en los hastialessuelen presentarse sulfuros que condicionan una oxidación directaconjugada del aire y del agua, formándose:

H2SO4 + M2(SO4)X solubles

Estos sulfatos metálicos suelen originar costras de diversos y vivos colores.

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Dicha oxidación afecta a la roca de caja a través de lasfracturas mineralizadas y, al inundar la mina, los productos deoxidación acidifican y mineralizan el agua almacenada en estafase. Esto explica por qué se necesitan largos periodos detiempo (en general años) para que la calidad de las aguasmejore significativamente.En situaciones favorables, si existen zonas de recarga ensistemas carbonatados , puede dirigirse el flujo hacia la minapara “neutralizar la acidez”.También puede conseguirse este efecto mediante la lixiviaciónde carbonato machacado en la zona de infiltración (en estecaso con un sobrecoste económico que habría que valorar).

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1.2. SELLADO DE SONDEOS Y CIERRES HIDRAULICOS

Otros métodos para evitar drenajes contaminados hacia zonas de buenacalidad suelen ser:

� Cierres hidráulicos : Individualizan una sección de acuífero o demacizo saturado por confinamiento, aislándolo del aporte de aireexterno, lo que minimiza (o anula) los procesos de oxidación,drenando aguas de calidad razonable a buena.

HORMIGON ANCLADO EN LA ROCA

CAPA PROTECTORA ACIDO - RESISTENTE

DRENAJE

BOCAMINA

TUBERIA DE DESAGÜE

ESQUEMA DE CIERRE MINERO CON IMPEDIMENTODE ENTRADA DE AIRE Y DRENAJE POR GRAVEDAD

TECHO IMPERMEABLE

CAMARA ANOXICA

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Base impermeable


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� Sellado de sondeos (o pozos) para evitar drenajes hacia zonas oniveles de buena calidad. Interrumpen y aíslan posibles“cortocircuitos hidráulicos” producidos durante el laboreo minero.

Cemento Sondeo

ObturadorEsquema de un posible sellado de sondeos mineros

Mina abandonada

Acuífero

Acuicludo

Sello de hormigón

BentonitaPiedra machacada

Relleno de roca

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1.3. REDUCCION DEL APORTE DE AGUA A LA MINA

En ciertos casos es posible reducir el volumen de agua afluente a la minacon lo que, sin necesidad de un cerramiento hermético, se consiguedisminuir el volumen de producción de aguas ácidas.

Esta reducción puede realizarse por:� Impermeabilización mediante cierres en galerías, acompañado de

drenaje por gravedad.� Impermeabilización mediante tapones en sondeos.� Pantallas de impermeabilización mediante inyección de lechada de

cemento en sondeos.� “ By pass” entre un acuífero superior y otro inferior.� Reducción de las filtraciones de agua superficial (medidas

correctoras de canalización y desvío).� Sellado de grietas y discontinuidades en el macizo rocoso (difícil

porque se desconoce la totalidad de la fracturación).

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2. MINERIA A CIELO ABIERTO

Se trata de aplicar, principalmente, técnicas de restauración y/orestitución (“reclamation”) que pueden definirse como el conjunto deactuaciones realizadas en terrenos sometidos a explotación minera, conobjeto de que sus características paisajísticas, hidrogeológicas, agronómicas, etc., vuelvan a ser lo más similares posible a las condiciones originales.

CESE DE LA ACTIVIDAD MINERA

HIDROGEOLOGIA

METODOS DE PROTECCION

Análisis de laboratorioEnsayos de meteorización simulada

APLICACION Y CUMPLIMINETODE LAS NORMAS AMBIENTALES

CORRECTA PLANIFICACION ENFASE DE EXPLOTACION Y

FASE DE ABANDONO

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Las principales técnicas destinadas a evitar, reducir o minimizar la formaciónde efluentes ácidos a partir de residuos mineros al aire libre son:

� De modificación del flujo de agua subterránea.• Desvío de aguas superficiales .• Sellado con arcilla .

• Compactación del relleno .

• Impermeabilización de la superficie de las escombreras.

� De creación de un ambiente alcalino o menos ácido, y“ neutralización in situ”.

• Manipulación de la cobertera: siembra de especies ácido–resistentes .

• Colocación de lechos de carbonato en materiales piríticos o similares:“neutralización ”.

• Inhibición bacteriana mediante bacterias, detergentes aniónicos osustancias orgánicas conservantes.

• Inyección alcalina .

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Lago final

Antiguo nivel explotado

Esquema de inundación cuando el nivel piezométricose localiza por encima del nivel explotado

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Esquema de impermeabilización superficial de escombreraque contiene estéril + residuos ácidos

Escorrentíano ácida

Residuos productoresde acidez

Siembra

Precipitación

Escorrentíano ácida

Estéril

Lámina impermeable

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Sustrato impermeable


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INDICE87


� PRACTICA SOBRE FRACTURACION HIDRAULICA� PRACTICA SOBRE EL CALCULO DE LA DIFUSIVIDAD HIDRAULICA A

PARTIR DEL COEFICIENTE DE AGOTAMIENTO� PRACTICA SOBRE LA APLICACION DEL METODO DRASTIC PARA LA

EVALUACION DE LA VULNERABILIDAD DE UN ACUIFERO� TALLER DINAMICO� TALLER DE CONTAMINACION



DIAP.218DIAP.265


1. DEFINICION

En sentido amplio, se define como laacumulación temporal del mineralextraído del macizo rocoso que sepretende explotar por alguno de losmétodos mineros, o quasi-definitiva,tipo escombrera , donde se acumulael estéril (que puede contener otroselementos de interés económico aexplotar) una vez realizadas lastécnicas extractivas principales.La altura de estos apiles suele ser muyvariable, desde pocos metros adecenas de metros.

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3. APILES DE MINERAL

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APILAMIENTOS / MONTICULOS

PLUVIOMETRIA

ESCOMBRERAS

INFILTRACIONES+

LIXIVIADOSCONTAMINACION DELSUELO Y LAS AGUAS

ACUIFEROS Y/O CAUCES

ESQUEMA SIMPLIFICADO DEL RIESGO ASOCIADO A LA CONTAMINACION POR LIXIVIADOS EN APILES Y ESCOMBRERAS

APILES DE MINERAL


CERRO SAN PEDRO CANTERA CHAFIRA (TENERIFE, ISLAS CAMARIAS , ESPAÑA)

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APILES DE MINERAL

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