Ikhtisar
Selama 40 tahun terakhir, banyak tambang batubara bawah tanah di seluruh wilayah Appalachian - terutama di West Virginia, Pennsylvania, dan Maryland - telah ditutup karena berbagai faktor. Ini termasuk penambangan keluar dari cadangan batubara, penutupan pabrik baja, dan peraturan lingkungan yang lebih ketat seperti Kontrol Pertambangan Permukaan dan Reklamasi UU 1977 (SMCRA).
Salah satu lapisan batubara utama di wilayah utara West Virginia / southwwestern Pennsylvania adalah jahitan Pittsburgh, yang membentang dari Pittsburgh, PA selatan ke daerah Clarksburg, WV dan barat ke Ohio. Batu bara Pittsburgh pernah menembakkan tungku peledakan dari industri batubara dan, baru-baru ini, menghasilkan tenaga listrik untuk sebagian besar kawasan Atlantik Tengah.
Sementara pertambangan masih sangat aktif saat ini, jumlah tambang aktif di jahitan ini, yang sekali lebih dari 1.000, telah menyusut menjadi kurang dari 10. Banyak tambang telah ditutup dan telah terisi - atau sedang dalam proses pengisian - dengan air.
Ahli Hydrogeologists dari West Virginia University (WVU) telah menyelidiki tambang di lembah batubara Pittsburgh sejak tahun 1998 untuk membantu menjawab sejumlah pertanyaan, termasuk di mana air tambang saya, bagaimana keadaannya atau dirawat, dan di mana pembuangan baru kemungkinan besar terjadi. terjadi. Informasi tersebut membantu industri, pemerintah negara bagian, dan kelompok remediasi lokal untuk lebih memahami dan merencanakan dampak dan risiko pembuangan air bersih dan memberikan peringatan dini untuk masalah potensial.
Tantangan
Untuk secara akurat menemukan kolam dan pelepasan tambang, periset WVU membutuhkan cara untuk terus memantau tingkat air di sumur yang menembus batubara meskipun kondisi air yang sangat korosif (asam, sulfat, dan dalam beberapa kasus kaya metana) dan kondisi panas dan dingin yang bolak-balik. Tim membutuhkan instrumentasi yang tidak hanya dapat bertahan dalam kondisi yang keras, namun juga memiliki daya baterai yang cukup untuk bertahan dalam penerapan multi-tahun.
Dengan dana dari Departemen Energi AS (DOE), WV Department of Environmental Protection (WVDEP), Environmental Protection Agency (EPA), dan operator batubara, tim tersebut dapat membeli sejumlah penebang air beruap untuk proyek tersebut. .
"Awalnya, kami menggunakan data logger bergaya vented, tapi cukup lama dan tidak praktis untuk ditempatkan di manapun sejauh 800 kaki di bawah permukaan," kata Joe Donovan, direktur Pusat Penelitian Hidrogeologi di WVU. "Panjangnya menghasilkan banyak kehilangan daya, dan kami mengganti baterai setiap dua bulan sekali. Ditambah lagi, saat banjir terus berlanjut, kami harus menyimpan sebagian besar kabel besar ini di permukaan atau di sumur. Itu pasti berantakan. "
Donovan menambahkan bahwa cuaca dingin telah menyebabkan masalah kondensasi pada penebang kayu dan sensor, meski telah mencoba berbagai kombinasi pengering untuk mengurangi kelembaban yang berlebihan. Kegagalan sensor, dan dalam beberapa kasus penebang kayu, karena kelembaban adalah kejadian biasa.
Larutan
Dengan keterbatasan ini, tim WVU menetapkan untuk mengidentifikasi instrumen pencatat data tingkat air alternatif. Mereka mulai bereksperimen dengan HOBO® U20 Water Level Loggers dari Onset, produsen data logger dan stasiun cuaca portabel yang berbasis di Massachusetts.
Berbeda dengan pembalak sebelumnya yang digunakan, yang mengandalkan tabung ventilasi besar dan paket pengering, perangkat HOBO menampilkan desain tertutup dan tidak berventilasi untuk membuat penyebaran logger di baskom lebih cepat, mudah, dan lebih bebas perawatan. Para penebang kayu juga menampilkan antarmuka optik berbasis USB untuk melepaskan data dengan cepat dari data yang terkumpul di lingkungan yang basah. Desain optik juga menghilangkan kebutuhan akan konektor mekanis yang rawan kegagalan yang ditemukan di banyak instrumen penebangan tingkat air tradisional.
Untuk mempersiapkan 30+ penebang kayu untuk penempatan, mereka pertama kali terhubung ke komputer pusat penelitian melalui kabel USB, dan dikonfigurasikan dalam hitungan menit dengan menggunakan grafis dan perangkat lunak HOBOware® Pro yang menyertainya. Setelah dikonfigurasi, penebang kayu terendam dalam pemantauan sumur menggunakan kabel baja stainless 3/16 "yang terpasang pada baut gantung. Menurut Donovan, pembacaan dilakukan setiap jam sepanjang waktu dan disinkronisasikan ke basis waktu yang seragam.
"Para penebang diprogram untuk merekam tekanan absolut pada interval per jam," ia menjelaskan. "Perangkat lunak HOBOware yang menyertainya mengurangi tekanan barometrik dari tekanan absolut yang tercatat di sumur, dan kemudian mengubah pembacaan tekanan menjadi sensor submergence. Pengaburan sensor ditambahkan ke elevasi sensor yang menghasilkan elevasi kepala hidrolik air-tambang."
Para pembalak diturunkan secara berkala sehingga data dapat dianalisis. Bergantung pada situs sumur tertentu, pengambilan data dapat terjadi setiap minggu, bulanan, atau setiap beberapa bulan sekali. Donovan mengatakan itu sangat tergantung pada siapa yang mengkonsumsi data, dan bahwa pada umumnya, badan pengatur suka melaporkan hasil yang lebih sering.
Untuk mengambil pembalasan untuk pembongkaran data, penebang diangkat dari elevasi sensor di sumur pemantau ke permukaan menggunakan spul yang dilapisi casing. Mereka kemudian terhubung kembali ke komputer dan datanya didownload ke HOBOware untuk diekspor ke sistem pengelolaan data kustom Donovan dan timnya dikembangkan untuk memproses data. Begitu data dibongkar, penebang kayu diturunkan kembali ke sumur bor pada ketinggian yang sama untuk terus memantau.
"Kabel stainless yang jauh lebih ringan adalah sebagian kecil dari berat dan biaya kabel logger tua yang dilepas, dan dilapisi dengan vinyl untuk keamanan," katanya. "Plus, jika kita perlu menaikkan atau menurunkan elevasi sensor, kita cukup memotong kabel atau sambatan pada kabel baru. Sangat mudah untuk bekerja dengan, sebagai perbandingan."
Hasil
Sejak menggelar Pembuang Tingkat Air HOBO, Donovan, mahasiswa PhD Dave Light, dan rekan penelitian lainnya telah dapat mengidentifikasi lokasi tambang dan pembuangan di kolam batubara yang kompleks, sementara secara dramatis merampingkan operasi pemantauan. Mereka tidak perlu lagi khawatir mengganti baterai setiap beberapa bulan - pembalak beroperasi hingga delapan tahun dengan satu baterai - dan karena penebang kayu tidak memerlukan ventilasi, mereka lebih kecil dan lebih mudah dipasang di sumur monitor.
"Data yang kami kumpulkan telah menunjukkan bahwa akuifer tambang Pittsburgh pada pertengahan sampai akhir sejarah banjirnya, dan diperkirakan akan menyeimbangkan keadaan stabil baru pada tahun 2015," kata Donovan. "Pada saat ini, banjir akan selesai di sisi timur dan utara baskom, dan akan ada sekitar 41 pembuangan dengan ukuran yang cukup besar dari tambang di bawah drainase di bawah Pittsburgh dan Fairmont, West Virginia. Beberapa air buangan masih cukup asam tapi banyak yang sudah berubah basa karena pengucilan udara akibat banjir. Ada banyak ahli kimia air yang bermain. "
Menurut Donovan, kebutuhan untuk melacak tingkat air di sistem tambang akan terus berlangsung.
"Pemantauan sumur-sumur ini terus berlanjut karena pola pemompaan dapat berubah dan mempengaruhi distribusi dan tekanan air tambang di tambang Pittsburgh yang banjir," katanya. "Sebagai tambahan, beberapa bagian bertekanan lokal dari beberapa tambang batu bara berpotensi untuk dibuang ke permukaan jika tidak dikendalikan dengan hati-hati. Air tambang juga sekarang dianggap sebagai sumber air potensial untuk hydrofracking oleh industri gas alam."
"Kami adalah monitor regional untuk tingkat air tambang, dan kami akan melanjutkan karena ceritanya masih terus berlangsung."
EmoticonEmoticon