概要：
來自西維吉尼亞大學（WVU）的水文地質學家研究匹茲堡煤盆地的地雷使用水位數據記錄儀，可以承受高腐蝕性條件，以連續(xù)監(jiān)測多年時間內井中的水位。
概述
在過去40年中，遍及阿巴拉契亞地區(qū)的許多地下煤礦 - 主要在西弗吉尼亞州，賓夕法尼亞州和馬里蘭州 - 由于各種因素而關閉。這些措施包括開采煤炭儲量，關閉鋼廠，以及更嚴格的環(huán)境法規(guī)，例如1977年的“露天開采控制和墾區(qū)法”（SMCRA）。
在西弗吉尼亞州/西南賓夕法尼亞州的地區(qū)的關鍵煤層之一是匹茲堡煤層，從匹茲堡，PA南延伸到克拉克斯堡，WV地區(qū)和西部到俄亥俄。匹茲堡煤曾經燃燒了煤炭工業(yè)的高爐，并且最近在大多數中大西洋地區(qū)發(fā)電。
雖然今天的采礦仍然非�；钴S，但是這個煤層中活躍的煤礦數量曾經超過1000個，已經減少到不到10個。許多煤礦已經關閉，已經填滿或正在填滿 - 與水。
西弗吉尼亞大學的水文地質學家（WVU）自1998年以來一直在調查匹茲堡煤盆地的地雷，以幫助回答一些問題，包括礦井水位于何處，如何處理和可能被處理，以及新的排放可能發(fā)生。這些信息有助于工業(yè)，州政府和當地補救團體更好地了解和規(guī)劃排水的影響和風險，并為潛在問題提供早期預警。
挑戰(zhàn)
為了精確定位礦池和排放物，WVU研究人員需要一種方法來連續(xù)監(jiān)測穿透煤的井中的水位，盡管高度腐蝕性（酸性，硫酸鹽 - 和在一些情況下富甲烷）水條件和交替的熱和冷條件。該團隊需要儀器儀表，不僅能夠承受惡劣的條件，而且還具有足夠的電池電量以持續(xù)多年的部署。
通過美國能源部（DOE），WV環(huán)境保護部（WVDEP），環(huán)境保護局（EPA）和煤炭運營商的資助，該團隊能夠為該項目購買一些排放水位記錄器。
WVU水文地質研究中心主任Joe Donovan說：“最初，我們使用通風式數據記錄儀，但是它們相當長且笨重，可以部署在地表以下800英尺的任何地方。 “長度導致了大量的功率損耗，我們每兩個月更換一次電池。此外，隨著洪水的進行，我們不得不將大部分這種龐大的電纜存儲在地面或井中。它必須是一個真正的混亂。
Donovan補充說，寒冷的天氣導致記錄儀和傳感器內的冷凝問題，盡管已經嘗試過各種干燥劑組合，以減少過多的水分。傳感器，以及在某些情況下，由于水分而導致的記錄儀的故障是常見的情況。
由于這些限制，WVU團隊開始確定替代水位數據記錄儀器。他們開始試驗來自Onset的HOBO®U20水位記錄器，這是一家位于馬薩諸塞州的便攜式數據記錄器和氣象站制造商。
與之前使用的采用笨重的通風管和干燥劑包裝的日志記錄器不同，HOBO設備采用密封的非通風設計，使記錄器在水盆中更快，更容易，更免維護。記錄儀還具有基于USB的光學接口，用于在潮濕環(huán)境中高速卸載收集的數據。光學設計還消除了在許多傳統(tǒng)水位測井儀器中發(fā)現的易于故障的機械連接器的需要。
為了準備30多個記錄器進行部署，他們首先通過USB電纜連接到研究中心的計算機，并使用附帶的HOBOware®Pro圖形和分析軟件在幾分鐘內配置。一旦配置，記錄儀被淹沒在監(jiān)測井中，使用連接到懸掛螺栓的大體積3/16“不銹鋼電纜。根據Donovan，讀數每天每小時進行，并同步到一個統(tǒng)一的時基。
“記錄儀被編程為每小時記錄絕對壓力，”他解釋說。 “隨附的HOBOware軟件從井中記錄的絕對壓力中減去大氣壓力，然后將壓力讀數轉換為傳感器浸沒。傳感器浸沒被添加到傳感器高程，產生礦井水水壓頭高程。
記錄器被定期卸載，因此可以分析數據。根據特定的井場，數據檢索可以每周，每月或每幾個月進行。 Donovan說，這確實取決于誰在使用數據，一般來說，監(jiān)管機構喜歡更頻繁地報告結果。
為了檢索用于數據卸載的記錄器，使用套管安裝的線軸將記錄器從監(jiān)測井中的傳感器高程抬升到地面。然后將它們重新連接到計算機，并將數據下載到HOBOware中，以導出到自定義數據管理系統(tǒng)Donovan及其團隊開發(fā)用于處理數據。一旦數據被卸載，記錄儀就在同一高度下降回到井筒中，以繼續(xù)監(jiān)測。
“輕得多的不銹鋼電纜是老式排氣式記錄器電纜的重量和成本的一小部分，并且涂有乙烯樹脂以確保安全，”他說。 “另外，如果我們需要提高或降低傳感器的高度，我們只需要在新電纜上切割電纜或者接頭，這是比較簡單的工作。
結果
由于部署了HOBO水位記錄儀，Donovan，博士學生Dave Light和其他研究伙伴已經能夠識別復雜煤盆地的礦池和排放點，同時大大簡化了監(jiān)測操作。他們不再需要擔心每隔幾個月更換一次電池 - 記錄儀在單個電池上工作長達八年 - 而且由于記錄儀不需要排氣，因此它們更小，更容易部署在監(jiān)測井中。
Donovan說：“我們收集的數據表明，匹茲堡礦井含水層處于洪水歷史的中晚期，預計到2015年將基本達到新的穩(wěn)定狀態(tài)。 “目前，該盆地的東部和北部地區(qū)將完成洪水，估計從匹茲堡和西弗吉尼亞州費爾蒙特（Fairmont）之間的洪水地下地雷中，將排放大約41種排放物，其中一些排放水仍然是相當酸性，但許多已經變成堿性，因為由洪水引起的空氣排斥。有大量的水化學在游戲。
根據Donovan的說法，需要跟蹤礦井系統(tǒng)中的水位。
“對這些井進行持續(xù)監(jiān)測是必要的，因為泵送模式可能改變，并影響到匹茲堡水淹礦井中礦井水的分布和壓力。 “此外，一些煤礦的一些局部加壓部分如果不加以謹慎控制，有可能排放到地面。現在，礦井水被認為是天然氣工業(yè)用于水力壓裂的潛在水源。
“我們是礦井水位的區(qū)域監(jiān)測者，我們將繼續(xù)，因為故事仍在發(fā)生。
