Sistema de gestión de agua subterránea para minas y procedimiento para la operación de dicho sistema de gestión de agua.

Sistema de gestión de líquidos subterráneo (30) para minas (M) para la obtención de energía,

almacenamiento deenergía, almacenamiento y depuración de líquidos que se encuentran en la mina (M), presentando:

por lo menos un primer depósito (31, 32), el cual está formado por una cavidad de la mina (M),

por lo menos un segundo depósito (32, 33), cuya base se encuentra dispuesta por encima de la del primerdepósito (31, 32),

por lo menos un conducto (4) que conecta los depósitos (31, 32, 33) para conducir el líquido, y

por lo menos 10 un dispositivo de bomba (P) para transportar el líquido a través de los conductos (4) del primerdepósito (31, 32) al segundo depósito (32, 33),

caracterizado por que el sistema presenta además:

una instalación geotérmica por lo menos para el accionamiento de la bomba (P), caracterizado por que por lomenos un depósito (32) se extiende de tal manera que el mismo pasa de una capa no contaminada (M) a unacapa contaminada (K), y

una barrera artificial (35) provista en el depósito (32) que se extiende a lo largo de las capas, la cualpreferentemente se extiende a lo largo de una capa acuífuga que separa la capa contaminada (K) de la capano contaminada (N), caracterizado por que la barrera artificial (35) divide el depósito (32) que se extiendeentre las capas en una zona inferior (321) y una zona superior (322).

Sistema de gestión de agua subterránea para minas y procedimiento para la operación de dicho sistema de gestión de agua La invención se refiere a un sistema de gestión de líquidos subterráneo para minas, una central abastecedora de agua que presenta el sistema de gestión de líquidos y un sistema de salida, así como un procedimiento para la operación de un sistema de gestión de líquidos.

Por ejemplo, en Sudáfrica o en Sudamérica o Centroamérica y en numerosos otros países y regiones del mundo existen minas o explotaciones mineras abandonadas las o aun el funcionamiento, las cuales en parte se extienden a profundidades muy grandes (por ejemplo 2000 a 5000 m) . En estas minas o explotaciones mineras existen cavidades en diferentes niveles. Las mismas ya pueden haberse llenado parcialmente de agua de manera natural.

Por el documento DE 103 61 590 A1 se conoce una central de acumulación por bombeo, en la que por lo menos para el depósito inferior se usa espacio hueco artificialmente creado en una instalación de pozo.

El documento DE 195 13 817 B4 describe una central de acumulación por bombeo que se dispone en una fosa de una explotación a cielo abierto existente o agotada de un yacimiento de lignito. A este respecto se aprovecha la profundidad de excavación de la fosa previamente mencionada, a fin de proveer los depósitos acumuladores necesarios para la central de acumulación por bombeo con la correspondiente diferencia de nivel entre sí. Por lo menos el depósito inferior está dispuesto por debajo del nivel del entorno. Los depósitos construidos artificialmente se pueden formar mediante la excavación resultante de la explotación del yacimiento de lignito.

Por el documento DE 100 28 41 se conoce la provisión de una central hidráulica como unidad constructiva en bloque con forma básica cilíndrica, la cual se encuentra parada sobre la superficie del terreno o sumergida total o parcialmente en el terreno, para permitir el aprovechamiento de la energía hidráulica de manera artificial e independiente de las topografías naturales del terreno o de los potenciales hidráulicos naturales. En el edificio cerrado, construido artificialmente, se proveen dos depósitos dispuestos uno encima del otro. En una operación de acumulación se bombea agua por medio de una bomba del depósito inferior al depósito superior. En una operación de generación de energía, el agua se hace retornar del depósito superior al depósito inferior pasando por una turbina generadora de corriente dispuesta entre los depósitos. La energía requerida para la bomba puede ser suministrada mediante instalaciones de energía eólica o energía solar o por una unidad geotérmica.

El documento DE-A1-102008007169 divulga un sistema de gestión de líquidos subterráneo de acuerdo con el término genérico de la reivindicación 1 y un procedimiento para la operación de un sistema de gestión de líquidos con las características de la reivindicación 19.

Por lo tanto, el estado de la técnica solo muestra centrales de acumulación por bombeo previstas para la generación de energía, en que los depósitos acumuladores se prevén de manera predominantemente artificial y separada en el suelo. Tan solo el documento DE 103 61 590 A1 propone producir un depósito inferior de una central de acumulación por bombeo a partir de una instalación de pozo creada artificialmente.

Por lo tanto, un objetivo de la presente invención consiste en poner a disposición un sistema que de manera sencilla 45 y económicamente favorable esté disponible para una amplia gestión de líquidos (por ejemplo, gestión de agua) y que junto a la generación de energía y la acumulación de energía también sirva para acumular y depurar líquidos que se encuentran en una mina.

Dicho objetivo se resuelve mediante el objeto de las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes amplían la idea central de la invención de manera particularmente ventajosa.

De acuerdo con un primer aspecto, se provee un sistema de gestión de líquidos subterráneo para minas para la obtención de energía, almacenamiento de energía, almacenamiento y depuración de líquidos presentes en la mina o en su entorno natural (por ejemplo agua y/o aguas superficiales) de acuerdo con la reivindicación 1; abarcando por 55 lo tanto también la descomposición o la eliminación de impurezas (entre otras cosas también de sustancias sólidas) en líquidos del entorno natural. En consecuencia, bajo el término líquido en lo subsiguiente se entiende cualquier líquido que o bien penetra de manera natural o artificial en las cavidades de la mina o que está presente en el entorno natural de la mina, en particular aguas freáticas o agua de superficie (por ejemplo, agua de lluvia) . El sistema presenta por lo menos un primer depósito, el cual está formado por un espacio vacío de la mina, y por lo menos un segundo depósito. Por lo menos la base del segundo depósito está dispuesta por encima de la base del primer depósito. De manera particularmente preferente, el segundo depósito está dispuesto por encima del primer depósito. El sistema de gestión de líquidos subterráneo presenta además: por lo menos un conducto de conexión entre los depósitos, para hacer pasar el líquido, por lo menos un dispositivo de bomba para transportar el líquido a través de los conductos desde el primer depósito al segundo depósito, y una instalación de geotermia para la 65 obtención de energía geotérmica por lo menos para el funcionamiento de la bomba y preferentemente también para el funcionamiento de otros componentes del sistema, es decir, para el consumo propio del sistema, y dado el caso también para el suministro a terceros, es decir, por ejemplo mediante la alimentación de la energía obtenida a una red eléctrica (energía eléctrica) o a un acumulador térmico (energía térmica) . La instalación de geotermia también puede proveerse para la obtención de calor o frío, con la finalidad de aprovechar los mismos, por ejemplo, en zonas residenciales o industriales adyacentes, o en la propia mina; por ejemplo como central termoeléctrica / bomba térmica o instalación de energía.

Con el sistema de acuerdo con la presente invención es posible, por lo tanto, aprovechar de una manera simple y económicamente favorable las cavidades ya presentes en una mina sin requerir medidas constructivas adicionales de mayor importancia para una amplia gestión de los líquidos (almacenamiento y depuración de líquidos y sustancias sólidas y (simultáneamente) obtención de energía y almacenamiento de energía) . El sistema de gestión de líquidos en este respecto comprende por ejemplo la reconducción del sistema a su estado natural, es decir la renaturalización de la mina y/o de los líquidos, en particular de las aguas freáticas y las aguas de superficie. Adicionalmente, la gestión de líquidos también comprende la degradación de contaminaciones tanto en el agua (aguas freáticas y superficiales) como también en la mina, es decir, en las propias capas geológicas. Además tiene lugar una extensa protección de las aguas freáticas, ya que las aguas freáticas presentes de manera natural en un determinado estrato geológico en la mina se depuran y, en particular, ya no se someten a otras cargas. En sinergia con el sistema respetuoso del medio ambiente, la geotermia, es decir el calor de la tierra, que en las minas encuentra particularmente bien accesible debido a su profundidad, se puede aprovechar para la obtención de energía eléctrica y, dado el caso, adicionalmente también para la obtención de calor y/o de frío; en particular para la operación de la bomba del sistema de gestión de líquidos o de la propia mina. Debido a la obtención de energía a partir de la geotermia, para el explotador de la mina se puede reducir adicionalmente la dependencia de proveedores de energía externos (por ejemplo para corriente, calor, frío, etc.) , mientras que por lo menos esta parte del abastecimiento de energía tiene lugar con energía sostenible (regenerativa) .

Preferentemente todos o por lo menos una gran parte de los depósitos a ser utilizados para el sistema de gestión de fluidos subterráneo se forman por medio de cavidades de la mina. De esta manera ya no es necesario proveer tanques externos adicionales y la puesta a disposición del sistema de gestión de líquidos se simplifica claramente y además es económicamente favorable y sencilla en su fabricación.

Preferentemente, entre y/o en los depósitos se prevén etapas de depuración. De esta manera, los líquidos contaminados pueden ser depurados de manera compatible con el medio ambiente y sin salir del propio sistema. Esto conlleva a una degradación efectiva y eficiente de las contaminaciones presentes... [Seguir leyendo]

1. Sistema de gestión de líquidos subterráneo (30) para minas (M) para la obtención de energía, almacenamiento de energía, almacenamiento y depuración de líquidos que se encuentran en la mina (M) , presentando:

por lo menos un primer depósito (31, 32) , el cual está formado por una cavidad de la mina (M) , por lo menos un segundo depósito (32, 33) , cuya base se encuentra dispuesta por encima de la del primer depósito (31, 32) , por lo menos un conducto (4) que conecta los depósitos (31, 32, 33) para conducir el líquido, y por lo menos un dispositivo de bomba (P) para transportar el líquido a través de los conductos (4) del primer depósito (31, 32) al segundo depósito (32, 33) ,

caracterizado por que el sistema presenta además:

una instalación geotérmica por lo menos para el accionamiento de la bomba (P) , caracterizado por que por lo menos un depósito (32) se extiende de tal manera que el mismo pasa de una capa no contaminada (M) a una capa contaminada (K) , y una barrera artificial (35) provista en el depósito (32) que se extiende a lo largo de las capas, la cual preferentemente se extiende a lo largo de una capa acuífuga que separa la capa contaminada (K) de la capa no contaminada (N) , caracterizado por que la barrera artificial (35) divide el depósito (32) que se extiende entre las capas en una zona inferior (321) y una zona superior (322) .

2. Sistema de gestión de líquidos subterráneo (30) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que todos los depósitos (31, 32, 33) están formados por cavidades de la mina (M) . 25

3. Sistema de gestión de líquidos subterráneo (30) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que en los depósitos (31, 32, 33) se proveen etapas de depuración.

4. Sistema de gestión de líquidos subterráneo (30) de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que la etapa de depuración presenta por lo menos un dispositivo de filtro (25) para depurar el líquido.

5. Sistema de gestión de líquidos subterráneo (30) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que el dispositivo de filtro (25) está conectado reotécnicamente con el dispositivo de bomba (P) de tal manera que el líquido se depura durante un proceso de bombeo del dispositivo de bomba (P) .

6. Sistema de gestión de líquidos subterráneo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 o 5, caracterizado por que el depósito está rellenado por lo menos parcialmente con material poroso, el cual forma el dispositivo de filtro.

7. Sistema de gestión de líquidos subterráneo de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que el dispositivo de filtro presenta además:

por lo menos una capa de barrera orientada de manera horizontal para prolongar la ruta de infiltración del líquido, caracterizado por que la capa de barrera está provista con por lo menos un pasaje para el líquido y

que por encima y por debajo de la capa de barrera se encuentra material poroso; y un recipiente colector para recoger líquido depurado, el cual se extiende desde la base del depósito en dirección vertical hacia arriba, caracterizado por que el recipiente colector por debajo de la capa de barrera más baja presenta por lo menos una abertura, a través de la cual puede fluir o infiltrarse el líquido.

8. Sistema de gestión de líquidos subterráneo de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que el dispositivo de bomba se encuentra dispuesto en el recipiente colector y un conducto (4) se extiende en dirección vertical hacia arriba saliendo del recipiente colector y entrando en el depósito, y preferentemente saliendo además del propio depósito.

9. Sistema de gestión de líquidos subterráneo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado por que el recipiente colector se dispone de tal manera que se encuentra dispuesto por encima de una abertura de comunicación que lleva a un depósito subyacente, en donde el recipiente colector circunda a la abertura de comunicación.

10. Sistema de gestión de líquidos subterráneo (30) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, caracterizado por que la etapa de depuración presenta por lo menos un dispositivo de depuración para aumentar o disminuir el valor pH del líquido.

11. Sistema de gestión de líquidos subterráneo (30) de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por que el

dispositivo de depuración presenta por lo menos una capa de cal, a través de la cual, o a lo largo de la cual, se conduce el líquido para modificar su valor pH.

12. Sistema de gestión de líquidos subterráneo (30) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que los conductos (4) se extienden en dirección vertical hacia arriba saliendo del depósito (31, 32, 33) y entrando en un depósito dispuesto encima (32, 33) o saliendo al exterior de la mina (M) .

13. Sistema de gestión de líquidos subterráneo (30) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la instalación geotérmica es una fuente de energía primaria, y el sistema presenta además por lo menos una fuente de energía adicional.

14. Sistema de gestión de líquidos subterráneo (30) de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado por que la fuente de energía adicional es una central de energía eólica, una central de energía solar o una central de acumulación por bombeo.

15. Sistema de gestión de líquidos subterráneo (30) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por que un depósito (31, 32, 33) está configurado como reserva de líquido, donde el líquido se 15 recoge y se mantiene disponible.

16. Sistema de gestión de líquidos subterráneo (30) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el líquido es agua, preferentemente agua subterránea o agua de superficie o agua conducida artificialmente al interior de la mina (M) .

17. Sistema de gestión de líquidos subterráneo (30) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que las paredes de separación o las capas de separación de arcilla o de roca arcillosa están provistas en el sistema de gestión de líquidos subterráneo (30) en los sitios donde se acumulan o fluyen líquidos contaminados, para depurar líquidos contaminados en particular con sustancias radioactivas.

18. Central abastecedora de agua (W) para la provisión de agua potable y agua de servicio, presentando un sistema de gestión de líquidos subterráneo (30) de acuerdo con la reivindicación 14 como sistema de gestión de agua, y presentando además un sistema de salida (S) para proveer el agua desde el sistema de gestión de agua.

19. Un procedimiento para la operación de un sistema de gestión de líquidos (30) para minas (M) que presenta la siguiente etapa:

Bombear un líquido desde por lo menos un primer depósito (31, 32) , el cual está formado por una cavidad de la mina (M) , al interior de por lo menos un segundo depósito (33) , cuya base se encuentra dispuesta por encima de la del primer depósito (31, 32) , a través de por lo menos un conducto (4) que conecta los depósitos (31, 32, 33) para conducir el líquido, caracterizado por que el líquido se transporta mediante por lo menos un dispositivo de bomba (P) a través de los conductos (4) desde el primer depósito (31, 32) al interior del segundo depósito (32, 33) , y caracterizado por que por lo menos un depósito (32) se extiende de tal manera que desde una capa no contaminada (N) penetra en una capa contaminada (K) , y caracterizado por que el procedimiento comprende las siguientes etapas:

Accionar el dispositivo de bomba (P) por medio de una instalación geotérmica del sistema de gestión de líquidos (30) , y

proveer una barrera artificial (35) en el depósito (32) que se extiende a lo largo de las capas, caracterizado por que la barrera artificial (35) se extiende a lo largo de una capa acuífuga que separa la capa contaminada (K) de la capa no contaminada (N) , y caracterizado por que la barrera artificial (35) divide el depósito (32) que se extiende a lo largo de las capas en una zona inferior (321) y una zona superior (322) .

20. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 19, el cual presenta además la siguiente etapa:

Depurar el líquido mediante por lo menos un dispositivo de filtro (25) en una etapa de depuración, caracterizado por que el dispositivo de filtro (25) o bien está conectado reotécnicamente de tal manera con el dispositivo de bomba (P) , o se encuentra dispuesto de tal manera en un pasaje (5) que conecta los depósitos 55 (31, 32, 33) , que el líquido se depura durante el proceso de bombeo o cuando se hace pasar a través del pasaje (5) , o caracterizado por que el dispositivo de filtro está formado por un material poroso que rellena por lo menos parcialmente el depósito, y el líquido se depura cuando se hace pasar a través del material poroso.

21. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 19 o 20, caracterizado por que entre el primer depósito (31, 32) y el segundo depósito (32, 33) se provee un pasaje (5) , y caracterizado por que el procedimiento presenta adicionalmente las siguientes etapas:

Descargar el líquido del segundo depósito (32, 33) al primer depósito (31, 32) mediante la apertura selectiva de una válvula de cierre (10) provista en el pasaje (5) , y

obtener energía mediante el accionamiento de un dispositivo para la obtención de energía (8) mediante el líquido descargado a través del pasaje (5) , caracterizado por que el dispositivo para la obtención de energía (8) se encuentra dispuesto en el pasaje (5) corriente abajo de la válvula de cierre (10) .

22. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21, presentando además la siguiente etapa:

Aumentar o disminuir el valor pH del líquido, caracterizado por que el líquido se hace pasar a través de un dispositivo de depuración dispuesto en o entre los depósitos (31, 32, 33) , preferentemente presentando por lo menos una capa de cal.