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作者：Hobojunkai 发布时间：16/11/29 浏览次数： 次 本页关键词： 类别： 所属类别： 解决方案 技术文章

 概要：

    来自西维吉尼亚大学（WVU）的水文地质学家研究匹兹堡煤盆地的地雷使用水位数据记录仪，可以承受高腐蚀性条件，以连续监测多年时间内井中的水位。

概述
    在过去40年中，遍及阿巴拉契亚地区的许多地下煤矿 - 主要在西弗吉尼亚州，宾夕法尼亚州和马里兰州 - 由于各种因素而关闭。这些措施包括开采煤炭储量，关闭钢厂，以及更严格的环境法规，例如1977年的“露天开采控制和垦区法”（SMCRA）。

    在西弗吉尼亚州/西南宾夕法尼亚州的地区的关键煤层之一是匹兹堡煤层，从匹兹堡，PA南延伸到克拉克斯堡，WV地区和西部到俄亥俄。匹兹堡煤曾经燃烧了煤炭工业的高炉，并且最近在大多数中大西洋地区发电。

    虽然今天的采矿仍然非常活跃，但是这个煤层中活跃的煤矿数量曾经超过1000个，已经减少到不到10个。许多煤矿已经关闭，已经填满或正在填满 - 与水。

     西弗吉尼亚大学的水文地质学家（WVU）自1998年以来一直在调查匹兹堡煤盆地的地雷，以帮助回答一些问题，包括矿井水位于何处，如何处理和可能被处理，以及新的排放可能发生。这些信息有助于工业，州政府和当地补救团体更好地了解和规划排水的影响和风险，并为潜在问题提供早期预警。

挑战
     为了精确定位矿池和排放物，WVU研究人员需要一种方法来连续监测穿透煤的井中的水位，尽管高度腐蚀性（酸性，硫酸盐 - 和在一些情况下富甲烷）水条件和交替的热和冷条件。该团队需要仪器仪表，不仅能够承受恶劣的条件，而且还具有足够的电池电量以持续多年的部署。

     通过美国能源部（DOE），WV环境保护部（WVDEP），环境保护局（EPA）和煤炭运营商的资助，该团队能够为该项目购买一些排放水位记录器。

     WVU水文地质研究中心主任Joe Donovan说：“最初，我们使用通风式数据记录仪，但是它们相当长且笨重，可以部署在地表以下800英尺的任何地方。 “长度导致了大量的功率损耗，我们每两个月更换一次电池。此外，随着洪水的进行，我们不得不将大部分这种庞大的电缆存储在地面或井中。它必须是一个真正的混乱。

      Donovan补充说，寒冷的天气导致记录仪和传感器内的冷凝问题，尽管已经尝试过各种干燥剂组合，以减少过多的水分。传感器，以及在某些情况下，由于水分而导致的记录仪的故障是常见的情况。

     由于这些限制，WVU团队开始确定替代水位数据记录仪器。他们开始试验来自Onset的HOBO®U20水位记录器，这是一家位于马萨诸塞州的便携式数据记录器和气象站制造商。

     与之前使用的采用笨重的通风管和干燥剂包装的日志记录器不同，HOBO设备采用密封的非通风设计，使记录器在水盆中更快，更容易，更免维护。记录仪还具有基于USB的光学接口，用于在潮湿环境中高速卸载收集的数据。光学设计还消除了在许多传统水位测井仪器中发现的易于故障的机械连接器的需要。

     为了准备30多个记录器进行部署，他们首先通过USB电缆连接到研究中心的计算机，并使用附带的HOBOware®Pro图形和分析软件在几分钟内配置。一旦配置，记录仪被淹没在监测井中，使用连接到悬挂螺栓的大体积3/16“不锈钢电缆。根据Donovan，读数每天每小时进行，并同步到一个统一的时基。

     “记录仪被编程为每小时记录绝对压力，”他解释说。 “随附的HOBOware软件从井中记录的绝对压力中减去大气压力，然后将压力读数转换为传感器浸没。传感器浸没被添加到传感器高程，产生矿井水水压头高程。

      记录器被定期卸载，因此可以分析数据。根据特定的井场，数据检索可以每周，每月或每几个月进行。 Donovan说，这确实取决于谁在使用数据，一般来说，监管机构喜欢更频繁地报告结果。

      为了检索用于数据卸载的记录器，使用套管安装的线轴将记录器从监测井中的传感器高程抬升到地面。然后将它们重新连接到计算机，并将数据下载到HOBOware中，以导出到自定义数据管理系统Donovan及其团队开发用于处理数据。一旦数据被卸载，记录仪就在同一高度下降回到井筒中，以继续监测。

      “轻得多的不锈钢电缆是老式排气式记录器电缆的重量和成本的一小部分，并且涂有乙烯树脂以确保安全，”他说。 “另外，如果我们需要提高或降低传感器的高度，我们只需要在新电缆上切割电缆或者接头，这是比较简单的工作。

结果
       由于部署了HOBO水位记录仪，Donovan，博士学生Dave Light和其他研究伙伴已经能够识别复杂煤盆地的矿池和排放点，同时大大简化了监测操作。他们不再需要担心每隔几个月更换一次电池 - 记录仪在单个电池上工作长达八年 - 而且由于记录仪不需要排气，因此它们更小，更容易部署在监测井中。

       Donovan说：“我们收集的数据表明，匹兹堡矿井含水层处于洪水历史的中晚期，预计到2015年将基本达到新的稳定状态。 “目前，该盆地的东部和北部地区将完成洪水，估计从匹兹堡和西弗吉尼亚州费尔蒙特（Fairmont）之间的洪水地下地雷中，将排放大约41种排放物，其中一些排放水仍然是相当酸性，但许多已经变成碱性，因为由洪水引起的空气排斥。有大量的水化学在游戏。

根据Donovan的说法，需要跟踪矿井系统中的水位。

     “对这些井进行持续监测是必要的，因为泵送模式可能改变，并影响到匹兹堡水淹矿井中矿井水的分布和压力。 “此外，一些煤矿的一些局部加压部分如果不加以谨慎控制，有可能排放到地面。现在，矿井水被认为是天然气工业用于水力压裂的潜在水源。

“我们是矿井水位的区域监测者，我们将继续，因为故事仍在发生。