作者：Hobojunkai
發(fā)布時間：16/11/29 
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來自西維吉尼亞大學(xué)（WVU）的水文地質(zhì)學(xué)家研究匹茲堡煤盆地的地雷使用水位數(shù)據(jù)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(nèi)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(guān)閉。這些措施包括開采煤炭儲量，關(guān)閉鋼廠，以及更嚴(yán)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(guān)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(jīng)燃燒了煤炭工業(yè)的高爐，并且最近在大多數(shù)中大西洋地區(qū)發(fā)電。
雖然今天的采礦仍然非常活躍，但是這個煤層中活躍的煤礦數(shù)量曾經(jīng)超過1000個，已經(jīng)減少到不到10個。許多煤礦已經(jīng)關(guān)閉，已經(jīng)填滿或正在填滿 - 與水。
西弗吉尼亞大學(xué)的水文地質(zhì)學(xué)家（WVU）自1998年以來一直在調(diào)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(dāng)?shù)匮a(bǔ)救團(tuán)體更好地了解和規(guī)劃排水的影響和風(fēng)險(xiǎn)，并為潛在問題提供早期預(yù)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(tuán)隊(duì)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(hù)部（WVDEP），環(huán)境保護(hù)局（EPA）和煤炭運(yùn)營商的資助，該團(tuán)隊(duì)能夠?yàn)樵擁?xiàng)目購買一些排放水位記錄器。
WVU水文地質(zhì)研究中心主任Joe Donovan說：“最初，我們使用通風(fēng)式數(shù)據(jù)記錄儀，但是它們相當(dāng)長且笨重，可以部署在地表以下800英尺的任何地方。 “長度導(dǎo)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(jìn)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(bǔ)充說，寒冷的天氣導(dǎo)致記錄儀和傳感器內(nèi)的冷凝問題，盡管已經(jīng)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(dǎo)致的記錄儀的故障是常見的情況。
由于這些限制，WVU團(tuán)隊(duì)開始確定替代水位數(shù)據(jù)記錄儀器。他們開始試驗(yàn)來自O(shè)nset的HOBO®U20水位記錄器，這是一家位于馬薩諸塞州的便攜式數(shù)據(jù)記錄器和氣象站制造商。
與之前使用的采用笨重的通風(fēng)管和干燥劑包裝的日志記錄器不同，HOBO設(shè)備采用密封的非通風(fēng)設(shè)計(jì)，使記錄器在水盆中更快，更容易，更免維護(hù)。記錄儀還具有基于USB的光學(xué)接口，用于在潮濕環(huán)境中高速卸載收集的數(shù)據(jù)。光學(xué)設(shè)計(jì)還消除了在許多傳統(tǒng)水位測井儀器中發(fā)現(xiàn)的易于故障的機(jī)械連接器的需要。
為了準(zhǔn)備30多個記錄器進(jìn)行部署，他們首先通過USB電纜連接到研究中心的計(jì)算機(jī)，并使用附帶的HOBOware®Pro圖形和分析軟件在幾分鐘內(nèi)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(jù)Donovan，讀數(shù)每天每小時進(jìn)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(shù)轉(zhuǎn)換為傳感器浸沒。傳感器浸沒被添加到傳感器高程，產(chǎn)生礦井水水壓頭高程。
記錄器被定期卸載，因此可以分析數(shù)據(jù)。根據(jù)特定的井場，數(shù)據(jù)檢索可以每周，每月或每幾個月進(jìn)行。 Donovan說，這確實(shí)取決于誰在使用數(shù)據(jù)，一般來說，監(jiān)管機(jī)構(gòu)喜歡更頻繁地報(bào)告結(jié)果。
為了檢索用于數(shù)據(jù)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(jì)算機(jī)，并將數(shù)據(jù)下載到HOBOware中，以導(dǎo)出到自定義數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)Donovan及其團(tuán)隊(duì)開發(fā)用于處理數(shù)據(jù)。一旦數(shù)據(jù)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(jié)果
由于部署了HOBO水位記錄儀，Donovan，博士學(xué)生Dave Light和其他研究伙伴已經(jīng)能夠識別復(fù)雜煤盆地的礦池和排放點(diǎn)，同時大大簡化了監(jiān)測操作。他們不再需要擔(dān)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(dá)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(shù)據(jù)表明，匹茲堡礦井含水層處于洪水歷史的中晚期，預(yù)計(jì)到2015年將基本達(dá)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(jì)從匹茲堡和西弗吉尼亞州費(fèi)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(dāng)酸性，但許多已經(jīng)變成堿性，因?yàn)橛珊樗鸬目諝馀懦狻Ｓ写罅康乃瘜W(xué)在游戲。
根據(jù)Donovan的說法，需要跟蹤礦井系統(tǒng)中的水位。
“對這些井進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測是必要的，因?yàn)楸盟湍Ｊ娇赡芨淖儯⒂绊懙狡テ澅に偷V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(jǐn)慎控制，有可能排放到地面。現(xiàn)在，礦井水被認(rèn)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?yàn)楣适氯栽诎l(fā)生。
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