Data Logger Ketinggian Air Memberikan Informasi Akurat Tentang Debit Air Tambang

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 cadangan batu bara, penutupan pabrik baja, dan peraturan lingkungan yang lebih ketat seperti Surface Mining Control and Reclamation Act of 1977 (SMCRA).

Salah satu lapisan batubara utama di wilayah Virginia Barat bagian utara/barat daya Pennsylvania adalah lapisan Pittsburgh, yang membentang dari Pittsburgh, PA selatan ke Clarksburg, wilayah WV dan barat ke Ohio. Batubara Pittsburgh pernah membakar tanur sembur industri batubara dan, baru-baru ini, menghasilkan tenaga listrik untuk sebagian besar wilayah Atlantik Tengah.

Sementara penambangan masih sangat aktif hingga saat ini, jumlah tambang aktif di lapisan ini, yang dulunya lebih dari 1.000, telah berkurang menjadi kurang dari 10. Banyak tambang telah ditutup dan telah terisi – atau sedang dalam proses pengisian dengan air.

Ahli hidrogeologi dari Universitas Virginia Barat (WVU) telah menyelidiki tambang di cekungan batu bara Pittsburgh sejak tahun 1998 untuk membantu menjawab sejumlah pertanyaan, termasuk di mana air tambang berada, bagaimana air itu dirawat atau mungkin dirawat, dan di mana kemungkinan pembuangan baru akan terjadi. terjadi. Informasi ini membantu industri, pemerintah negara bagian, dan kelompok remediasi lokal untuk lebih memahami dan merencanakan dampak dan risiko pembuangan air tambang dan memberikan peringatan dini untuk potensi masalah.

Table of Contents

Tantangan

Untuk secara akurat menemukan kolam dan pembuangan tambang, peneliti WVU membutuhkan cara untuk terus memantau ketinggian air di sumur yang menembus batubara meskipun kondisi air sangat korosif (asam, sulfat, dan dalam beberapa kasus kaya metana) dan kondisi panas dan dingin bergantian . Tim membutuhkan instrumentasi yang tidak hanya dapat bertahan dalam kondisi yang keras, tetapi juga memiliki daya baterai yang cukup untuk digunakan selama beberapa tahun.

Dengan dana dari Departemen Energi AS (DOE), Departemen Perlindungan Lingkungan WV (WVDEP), Badan Perlindungan Lingkungan (EPA), dan operator batu bara, tim dapat membeli sejumlah water level data logger berventilasi untuk proyek tersebut. .

“Awalnya, kami menggunakan data logger gaya berventilasi, tetapi mereka cukup panjang dan tidak praktis untuk ditempatkan di mana saja hingga 800 kaki di bawah permukaan,” kata Joe Donovan, direktur Pusat Penelitian Hidrogeologi di WVU. “Panjangnya mengakibatkan banyak kehilangan daya, dan kami mengganti baterai setiap dua bulan. Plus, saat banjir berlanjut, kami harus menyimpan sebagian besar kabel besar ini di permukaan atau di sumur. Itu pasti benar-benar berantakan.”

Donovan menambahkan bahwa cuaca dingin telah menyebabkan masalah kondensasi di dalam logger dan sensor, meskipun telah mencoba berbagai kombinasi pengering untuk mengurangi kelembaban yang berlebihan. Kegagalan sensor, dan dalam beberapa kasus logger, karena kelembaban adalah kejadian umum.

Solusi

**HOBO 30-Foot Depth Water Level Data Logger – U20-001-01**

Dengan keterbatasan ini, tim WVU mulai mengidentifikasi instrumen water level data logger alternatif. Mereka mulai bereksperimen dengan HOBO® U20 Water Level Loggers dari Onset, produsen data logger portabel dan weather station yang berbasis di Massachusetts.

Tidak seperti logger sebelumnya yang digunakan, yang mengandalkan tabung ventilasi besar dan paket pengering, perangkat HOBO menampilkan desain yang disegel dan tidak berventilasi untuk membuat penempatan logger di baskom lebih cepat, lebih mudah, dan lebih bebas perawatan. Logger juga menampilkan antarmuka optik berbasis USB untuk kecepatan tinggi dari data yang dikumpulkan di lingkungan basah. Desain optik juga meniadakan kebutuhan akan konektor mekanis yang rentan terhadap kegagalan yang ditemukan di banyak instrumen data logger ketinggian air tradisional.

Untuk mempersiapkan 30+ logger untuk penerapan, pertama-tama mereka terhubung ke komputer pusat penelitian melalui kabel USB, dan dikonfigurasi dalam hitungan menit menggunakan perangkat lunak grafik dan analisis HOBOware® Pro yang menyertainya . Setelah dikonfigurasi, logger ditenggelamkan dalam sumur pemantauan menggunakan kabel baja tahan karat 3/16″ curah yang dipasang pada baut gantung. Menurut Donovan, pembacaan dilakukan setiap jam sepanjang waktu dan disinkronkan ke basis waktu yang seragam.

“Logger diprogram untuk merekam tekanan absolut pada interval setiap jam,” jelasnya. “Perangkat lunak HOBOware yang menyertainya mengurangi tekanan barometrik dari tekanan absolut yang tercatat di sumur, dan kemudian mengubah pembacaan tekanan menjadi sensor perendaman. Perendaman sensor ditambahkan ke elevasi sensor yang menghasilkan elevasi head hidrolik air tambang.”

Logger diturunkan secara berkala sehingga data dapat dianalisis. Tergantung pada lokasi sumur tertentu, pengambilan data dapat dilakukan mingguan, bulanan, atau setiap beberapa bulan. Donovan mengatakan itu sangat tergantung pada siapa yang menggunakan data, dan bahwa secara umum, badan pengatur menyukai pelaporan hasil yang lebih sering.

Untuk mengambil logger untuk offload data, logger diangkat dari ketinggian sensor di sumur pemantauan ke permukaan menggunakan spool yang dipasang di casing. Mereka kemudian dihubungkan kembali ke komputer dan data diunduh ke HOBOware untuk diekspor ke sistem manajemen data khusus yang dikembangkan Donovan dan timnya untuk memproses data. Setelah data diturunkan, logger diturunkan kembali ke lubang sumur pada ketinggian yang sama untuk melanjutkan pemantauan.

“Kabel stainless yang jauh lebih ringan adalah sebagian kecil dari berat dan biaya kabel logger berventilasi lama, dan dilapisi dengan vinil untuk keamanan,” katanya. “Ditambah lagi, jika kami perlu menaikkan atau menurunkan ketinggian sensor, kami cukup memotong kabel atau menyambungkan kabel baru. Ini benar-benar mudah digunakan, sebagai perbandingan.”

Hasil

Sejak menggunakan HOBO Water Level Loggers, Donovan, mahasiswa PhD Dave Light, dan rekan peneliti lainnya telah mampu mengidentifikasi kolam tambang dan lokasi pembuangan di cekungan batu bara yang kompleks, sambil secara dramatis merampingkan operasi pemantauan. Mereka tidak lagi perlu khawatir untuk mengganti baterai setiap beberapa bulan – logger beroperasi hingga delapan tahun dengan satu baterai – dan karena logger tidak memerlukan ventilasi, logger lebih kecil dan lebih mudah dipasang di sumur pemantauan.

“Data yang kami kumpulkan menunjukkan bahwa akuifer tambang Pittsburgh berada di usia pertengahan hingga akhir dari sejarah banjirnya, dan diperkirakan sebagian besar akan seimbang ke kondisi mapan baru pada tahun 2015,” kata Donovan. “Pada saat ini, banjir akan selesai di sisi timur dan utara cekungan, dan akan ada sekitar 41 pembuangan dengan ukuran yang cukup besar dari tambang bawah-drainase yang banjir antara Pittsburgh dan Fairmont, Virginia Barat. Sebagian air buangan masih cukup asam tetapi banyak yang telah berubah menjadi basa karena pembuangan udara yang disebabkan oleh banjir. Ada berbagai macam kimia air yang berperan.”

Menurut Donovan, kebutuhan untuk melacak ketinggian air di sistem tambang akan terus dilakukan.

“Pemantauan terus menerus terhadap sumur-sumur ini diperlukan karena pola pemompaan dapat berubah dan mempengaruhi distribusi dan tekanan air tambang di tambang Pittsburgh yang terendam banjir,” katanya. “Selain itu, beberapa bagian bertekanan lokal dari beberapa tambang batu bara memiliki potensi untuk dibuang ke permukaan jika tidak dikontrol dengan hati-hati. Air tambang juga sekarang dianggap sebagai sumber air potensial untuk hydrofracking oleh industri gas alam.”

“Kami adalah pemantau regional untuk ketinggian air tambang, dan kami akan melanjutkan karena ceritanya masih berlanjut.”

HOBO 30-Foot Depth Water Level Data Logger – U20-001-01

Gambaran

Deskripsi Produk

Data logger HOBO Water Level memiliki akurasi tinggi dengan harga terjangkau dan kemudahan penggunaan, tanpa tabung ventilasi atau pengering yang rumit untuk dirawat. Data Logger ini sangat ideal untuk merekam ketinggian air dan suhu di sumur dangkal, sungai, danau, dan lahan basah air tawar. Untuk penyebaran air asin, seperti lahan basah payau dan daerah pasang surut, lihat HOBO U20 Water Level Titanium.

Fitur

Proteksi petir – tidak ada kabel sinyal panjang, dan elektronik terlindung dalam rumah baja tahan karat untuk digunakan di air tawar (lihat gambar lokasi sensor logger Level Air )
Perangkat lunak HOBOware Pro menyediakan konversi yang mudah ke pembacaan ketinggian air yang akurat, kompensasi penuh untuk suhu tekanan barometrik ( lihat demo ), dan kerapatan air.
Pengambilan sampel dengan kecepatan ganda ( lihat demo ) memungkinkan pengambilan sampel yang lebih cepat pada saat-saat kritis seperti saat pemompaan mulai atau berhenti.
Tersedia dalam 4 rentang kedalaman
Ideal untuk digunakan di sumur, sungai, danau, lahan basah dan daerah pasang surut
Desain tabung tanpa ventilasi untuk penyebaran andal yang mudah
Tersedia dalam versi stainless dan titanium
Sensor tekanan keramik tahan lama
Sertifikat kalibrasi yang dapat dilacak NIST 3 titik disertakan

Specifications

Pressure and Water Level Measurements U20-001-01 and U20-001-01-Ti
Operation Range	0 to 207 kPa (0 to 30 psia); approximately 0 to 9 m (0 to 30 ft) of water depth at sea level, or 0 to 12 m (0 to 40 ft) of water at 3,000 m (10,000 ft) of altitude
Factory Calibrated Range	69 to 207 kPa (10 to 30 psia), 0° to 40°C (32° to 104°F)
Burst Pressure	310 kPa (45 psia) or 18 m (60 ft) depth
Water Level Accuracy*	Typical error: ±0.05% FS, 0.5 cm (0.015 ft) water Maximum error: ±0.1% FS, 1.0 cm (0.03 ft) water
Raw Pressure Accuracy**	±0.3% FS, 0.62 kPa (0.09 psi) maximum error
Resolution	<0.02 kPa (0.003 psi), 0.21 cm (0.007 ft) water
Pressure Response Time (90%)***	<1 second; measurement accuracy also depends on temperature response time
Temperature Measurements (All Models)
Operation Range	-20° to 50°C (-4° to 122°F)
Accuracy	±0.44°C from 0° to 50°C (±0.79°F from 32° to 122°F), see Plot A in manual
Resolution	0.10°C at 25°C (0.18°F at 77°F), see Plot A in manual
Response Time (90%)	5 minutes in water (typical)
Stability (Drift)	0.1°C (0.18°F) per year
Logger
Real-time Clock	± 1 minute per month 0° to 50°C (32° to 122°F)
Battery	2/3 AA, 3.6 Volt lithium, factory-replaceable
Battery Life (Typical Use)	5 years with 1 minute or greater logging interval
Memory (Non-volatile)	64K bytes memory (approx. 21,700 pressure and temperature samples)
Weight	Stainless steel models: approximately 210 g (7.4 oz) Titanium models: approximately 140 g (4.8 oz)
Dimensions	2.46 cm (0.97 inches) diameter, 15 cm (5.9 inches) length; mounting hole 6.3 mm (0.25 inches) diameter
Wetted Materials	316 stainless steel, Viton® o-rings, acetyl cap, ceramic sensor
Logging Interval	Fixed-rate or multiple logging intervals, with up to 8 user-defined logging intervals and durations; logging intervals from 1 second to 18 hours. Refer to the HOBOware software manual.
Launch Modes	Immediate start and delayed start
Offload Modes	Offload while logging; stop and offload
Battery Indication	Battery voltage can be viewed in status screen and optionally logged in datafile. Low battery indication in datafile.
Environmental Rating	IP68
	The CE Marking identifies this product as complying with all relevant directives in the European Union (EU).