文摘
44年记录水位波动在一系列相邻的封闭的地下矿山文档关闭我的历史洪水在费尔蒙特煤田,最古老的煤矿区在匹兹堡煤盆地,西维吉尼亚州,美国。闭包进行和矿山开始泛滥,我们首次制定环境法规要求矿井水控制和治疗,呈现不受控制的表面放电不可接受的。本研究的目的是展示这洪水历史和识别关键事件,决定在这种情况下我池是如何进化的。还研究了开发的战略控制和治疗水从这些煤矿。洪水成因和矿山洪水地图可视化使用水位与后者构造的假设之间的一个或多个煤矿矿井水液压连续性。最早的洪水形成的小水池内近地表矿1962年之前关闭但仍然关闭以减少泄漏后注入邻至今仍运作。这些子池逐渐扩大,随着越来越多的闭包合并发生,需要保护泵移除,形成今天称为无侧限费尔蒙特池。之后,深入矿山、由完整的上倾壁垒从费尔蒙特池,提供关闭,逐渐淹没了,在很大程度上从费尔蒙特池渗漏。到1985年,所有矿山除了2已经关闭,到1994年所有已经完全淹没,与费尔蒙特池相互关联的更深层次的单矿池渗漏通过障碍。保护泵停止,费尔蒙特池升至3 m水位高于地表水系海拔在1997年退出一个破坏了部分莫农加希拉河附近的布法罗河。 The principal mine operator in the basin then designed a pumping system to transfer water from the Fairmont Pool to their existing treatment facilities to the north, thus terminating the discharge. It may be concluded that the progress of mine flooding was influenced by mining history and design, by the timing of closures, by barrier leakage conditions, and by geologic structure. A key element in how flooding proceeded was the presence of a series of intact barriers separating deep from shallow mines. The shallow mines closed and flooded early, but then lost sufficient water by barrier leakage into the deeper mines to delay the completion of flooding until after the deep mines had all closed and flooded as well. Intensive mine water control has continued from the 1997 breakout to the present. The final water control scheme was likely unanticipated and serendipitous; future district-wide mining efforts should be advised to consider in advance closeout strategies to control mine water postmining.
1。介绍
煤炭地下开采后轻轻蘸below-drainage近地表、地下水会反弹后关闭在一个或多个矿山在给定地区(1- - - - - -3]。这个过程被通俗地称为“我的洪水。“矿井水来自相邻和/或覆盖淹没矿山、淡水含水层上覆的垂直渗透和/或地表水来源(4]。矿井里可以成为含水层与大量的水储存。多诺万,莱维特(5)估计,所有的接缝煤矿在西维吉尼亚州和宾夕法尼亚州,匹兹堡,包含5×10122004公升的水。水活性below-drainage煤矿继续工作部分必须抽干(6]。没有抽,洪水淹没或below-drainage矿山形成“池”,可能最终放电表面通过门户,钻孔,或骨折。矿井池是冲水的体积液压互联我的工作(7),其中可能包括一个或多个属性。通常,池发展是最常见的矿山排水海拔低于表面。
洪水已经观察到的现象进行完全不同的序列和利率在不同的矿区。这是归因于包括当地水文地质因素,定时关闭,泵历史7,8]。大约有1970在美国之前,洪水过程一般不受监管和postclosure影响或未来关闭矿井的管理没有得到足够关注。今天,在最近的观察煤矿关闭,postclosure矿井水管理已成为一个至关重要的元素在我允许和设计。现实的预测的持续时间和时机postclosure我洪水和未来潜在的表面放电(s)的位置被认为是重要的信息我设计和规划7,9,10]。然而,这样的预测同样受到相关不确定性因素造成的洪水进行不同在不同的矿山。
与预测的不确定性相关的一个关键问题是,强劲的长期数据集记录过去的历史洪水,一般而言,没有广泛可用。确实存在的记录往往只有部分完成。在美国,煤炭行业不需要记录postclosure洪水观察这些数据通常也由州或联邦机构。任何可用的洪水观测在非公开煤炭经营者经常存档文件或埋在我机构许可证文件。监管努力来预测可能的水文影响我的闭包做我认为池可能会,但这样的预测的准确性仍取决于获得长期洪水数据从过去的情况下在类似的设置。也许,我在地区洪灾,过去有一些预测未来的关键。
这个调查的目的是为了编译、礼物,和解释这样一个长期(> 40年)观测数据集煤矿的洪水。来自多个数据源的数据收集的一系列关于12个连续的大型地下煤矿在匹兹堡煤盆地北部的西维吉尼亚州(西弗吉尼亚州),美国。这12个矿山包含的40000公顷的运作。地下矿山在该地区,最初叫费尔蒙特煤田,可以追溯到1880年,矿业是严格通过装填方法完成的。到1901年,费尔蒙煤公司合并,后来成为整合煤炭公司的一部分。技术是机械化的,常用的航天飞机汽车,火车,传送带,不同种类的大型矿山机械。到了1940年代,房柱式方法被广泛使用,到1970年代,年龄和深度的矿山被首次使用长壁技术。关闭的一小部分浅矿煤田首先发生在1940年代中期;在1970年代,闭包的速度大大加快。两个长壁开采时继续运行在今天煤田的实质性的深度,关闭所有其他矿山在前费尔蒙特煤田是在1985年完成。 This is one of the first of the major coalfields in the Appalachian Basin to close in response to the decline of the eastern US steel industry from 1975 to 1985.
1.1。目标
本文叙述了闭包的历史我和随之而来的洪水在前费尔蒙特煤田从大约1970年到2014年。是我们的首要任务从尽可能收集数据,我最初的闭包。目标包括以下几点:(我)检查矿山关闭和历史的年表扩张我的池(洪水)在此期间(2)识别造成的事件导致了1977年首次突破我的水从这个地区(3)看看长期淹没的液压控制盆地随后通过煤炭运营商之一(iv)解释为什么这个煤田中洪水发生一样
1.2。研究区域
费尔蒙特煤田主要是一系列的关闭矿山莫农加希拉河南北的费尔蒙特,西弗吉尼亚州(图1)。矿业的southeasternmost程度在向斜匹兹堡往莫农加希拉河与俄亥俄河流域内煤盆地,其全部图所示1。多数为漂移或slope-entry矿山、原始达到或接近露头莫农加希拉河及其支流。矿山发展的方向下倾的西西北露头,表土增厚和煤炭深化这个方向。这里唯一的地下煤层开采是匹兹堡煤炭,它占据了莫农加希拉集团([的基础11];图2)。这部分地区的煤矿已经广泛开采西弗吉尼亚州,宾夕法尼亚州,俄亥俄州和马里兰州和寻求其连续性和相对均匀的厚度(ca 2.0)以及其沥青等级。消极的方面是其高含硫量(4 - 6%),和我的水从这个煤通常包含溶解铁,硫酸,溶解固体,浓度和酸度对大多数认为不可接受的使用(9,12- - - - - -14]。它已经被使用,在历史上和今天,冶金和蒸汽煤。直到20世纪中后期,焦炉沿着河,在我的嘴被地雷美联储。大约30马里恩县的社区是这些矿山(煤炭营地周围的门户网站http://www.coalcampusa.com/nowv/fairmont/fairmont.htm)。费尔蒙特的近似中心煤田位于西叉和咨询意见的交汇的河流,在费尔蒙特合并形成了莫农加希拉河。匹兹堡露头煤通常被发现在靠近往莫农加希拉河或西叉流域。一些煤延长东往莫农加希拉河或西叉,但总的来说,这些河流的西部煤炭了。
迄今为止的煤炭开采从海拔240到290米的韩剧沿着Monongahela-West叉排到海拔60到90实验室最深的矿业(图3)。一般情况下,开采深度工作年龄成反比关系。在一些地方靠近莫农加希拉和西叉河,上面的煤是排水,但其他地方煤矿低于排水。地区表土比约60米浅曾被观察到在这个地区显示增强的垂直渗透,利率最高的充电与沉降压裂(15]。除了一些例外,河流和小溪并不破坏和足够的障碍了,以防止表面放电的矿井水除了在门户位置。河流系统的海拔约262米的Monongahela-West Fork-Tygart融合。除了少量的小向斜、背斜,煤形成单斜层引人注目的大约30°NE浸渍NW(图3)。倾角实际上是相当温和,从0.5到3.0度。
几乎没有环境管制的煤矿矿区的历史。然而,矿井水排放水质量差是一个著名的地下煤炭开采的影响与黄铁矿含量高,如匹兹堡缝(16]。1977年的地表采矿控制和回收法案(SMCRA)建立了第一个综合美国地下煤矿的环境标准。本法颁布只有8年前关闭我最终在这一研究领域。SMCRA之前,活跃矿山一般几乎没有需求在矿井水处理或处置他们也没有法律责任对水在封闭运作他们曾经运营。1977年之后,操作矿山开始负责水活跃和关闭(post - 1977)操作。SMCRA和排水许可了施加重大影响矿井水资源管理的操作符。他们可能也起了一些作用,迫使这个地区稀土矿被关闭。
图4显示所有below-drainage地下煤矿被关闭在1944和1985年之间,以及井和处理厂在这项研究。浅关闭矿山显示为“上倾”,主要是西叉和莫农加希拉河对面的主要煤田,比较老,一般unflooded,而不是本研究的重点;他们所示白色轮廓没有标签。的露头煤(红色)通常是接近主要河流也遵循他们的支流。名称附加到这些矿山(见表1我)在某些情况下对应的“池”(美国标准(7])。例如,煤矿开采贝丝8和贝丝41独立同样的操作,但在关闭,条目之间敞开,洪水之后,他们形成一个池。两个深矿井,黄色的图4目前仍然活跃,但从相邻浅关闭矿山水文地质孤立淹没。
1.3。监测和抽水井
黄色的圆形图的象征4表示监测井的数据被用于这项研究。他们没有标记在矿山唯一监控。矿山与不止一个,每一个在我指定的“A”“B”等表2显示本地名称这些井交叉引用映射图的识别4。这些监测地点要么是下套管的钻孔/轴安装在矿业由操作员或井安装1997年后为研究目的。我的一些也用于间歇抽水水之前和/或之后关闭。泵井显示为红色方块;其中的一些也被用于监测指定的表2。活跃的矿井水处理厂(表3)显示为红色的三角形;所有这些通常有一个或多个泵井附近,没有明确显示在这个数字。两个泵的北部地区产生水从约旦我转移的管道(箭头)在阿克赖特煤矿北处理厂。在所有这些矿山、水是高溶解铁和泵排放需要治疗以满足现代排放标准。
1.4。关闭的历史
图5显示了矿图4,按关闭日期分组。字母指的是我的表的名称1。我只有三个相邻矿山(Dakota =我,38 = H,和我的56 = G)在1940年代被关闭。下一个闭包是我1962年西南63 (F)。除了当前活动矿山(N)和阿克赖特(O,于1994年关闭,而不是费尔蒙特煤田的一部分),所有其他below-drainage矿山在这个图收在1971年和1985年之间。
2。方法
2.1。数据源
主要调查包括以下数据:(我)水位监测井和开采钻孔测量随着时间的推移和引用的平均海平面的工程测量水平(2)GIS数据集开发这一地区,包括我的轮廓,内部和周边屏障支柱,监测和泵位置,处理厂,露头位置和深度/海拔的煤炭基地17,18](3)我操作的时间表/闭包,如果可用,泵的操作
这些来自多个数据源的数据,包括监管文件数据,研究项目的测量和数据从矿业公司员工沟通。多的信息是来源于我对阿克赖特2017年监管报告,包括相当大的基本数据收集在费尔蒙特煤田(19]。从最近的监管机构更多的相关数据研究报告(20.]。在当前(2018)水管理,所有的水来自费尔蒙特地区矿山治疗两大处理厂(山茱萸湖泊和凋萎的草地)建立在我阿克赖特在1980年代中期和2000年代早期,分别。小处理厂发生在威廉姆斯,O ' donnell和贾米森矿山;都是图所示4。黑色的箭头附近的约旦和阿克赖特矿山表明管道输送水从泵治疗的位置。
2.2。液压压头测量井和挖掘的水井
地下水位数据集在这项研究中有两种类型:(a)手动操作测量,一般每隔1 - 4周或更多,和(b)在1998年之后,测量通过作者的研究团体,通常使用高频datalogger-coupled传感器和重新取样间隔1 - 2周的学习。所有数据1998年以前被我从测量运营商的盆地。记录数据包括日期、水位测量深度,准确地调查了测点高程,并计算水位海拔高于平均海平面(实验室)。个人测量精度可能是变量,根据深度的测量,仪器的准确性,偏离垂直井使用,测量误差和人为错误。虽然没有严格的统计估计可以,错误是大致估计在±0.5米。许多这些矿井水含水层的局限及其显示气压效率高,水位波动的0.5 m /小时天空气压力变化的反应。
2.3。我的映射
我和障碍多边形数据所示2- - - - - -5等我从原来的数字化地图,地理公共基础。这个过程的细节进行了莱维特et al。(2004)。尤其是年长的挖掘,运用准确性受到不确定性在原地图位置的功能。多边形进行映射在一个近似的规模1:24000年,旨在最大化屏障支柱厚度和几何的准确性。柱分离煤矿通常显示明显在我原来的地图,可重要的水文地质特性期间和之后我的洪水(21,22]。这些也遵循调查的错误。内部煤柱大于3公顷区域映射,包括煤炭、unmin块肋骨为主要条目,以及其他一些功能。个人支柱在0或部分没有枪弹映射。我的程度如图4时关闭所有当前关闭矿山和2004年的两个活跃的矿山。因此,在地图的历史洪水我们现在,矿业的程度如图then-active操作可能会略大于实际preclosure程度在任何特定时间。
煤的结构轮廓底准备在6米等高线间距从矿井地图轮廓以及行业和机构的数据源。使用这些和我的水位在特定时期的兴趣,我的地图洪水范围内关闭或积极运作是从水位监测井外推的。创建这些领域,假设测量钻孔水位的日历年扩展在整个矿井或矿池在水平平面对应的高程。在洪水矿山持续泵或注入水,这个假设通常证明的矿山与多个井(23]。水平面假设是不合理的,(a)不止一个池存在于一个特定的我就是明证数据或(b)矿井水被注入或抽出特定的我。任何这种情况下突出显示的结果。
2.4。泵历史
我关闭估计得到来自监管文件和地图,被认为是相当准确的1970后。泵的历史,然而,更加难以确定。泵操作的最有力的证据是矿井水位数据本身;泵运行时,经常保持一个统一的或水位下降,当泵关闭时,水位普遍上涨直到达到排放或控制高程。因此,改变泵操作会化作水位曲线斜率的变化,增加的效用解释矿井水文水位测量(例如,(24])。一些记录泵的关闭或开启从运营商。
3所示。结果
数据6- - - - - -9构成自记水位计和洪水地图结果经常会提到。图6显示的地图被淹池在费尔蒙特地区煤田结束时(从上到下)1970年,1975年和1980年。图7显示类似的地图重建被淹池程度(从上到下)1985年底,1990年和1994年。图8(1969 - 1998)和图9(1995 - 2014)是这些数字水位监测井的成因,洪水对应的地图数据6和7。这些构造使用(a)我从表关闭日期1和(b)水位数据表中列出2。这些地图显示活跃的矿山红,没有显示任何水灾地区的,因为他们一般会小(例外:威廉姆斯,它有两个大池之前关闭)。叠加在数据的成因8和9箭头指示(一)特定煤矿的关闭日期,(b)的发病SMCRA 1977年8月,(c)泵和虹吸操作更改我在达科他的爪爪钻孔。
3.1。我进化池
3.1.1。第一阶段:早期浅矿山的洪水
1970年,(图6顶部)几乎所有煤矿北往莫农加希拉河/西叉河流积极生产煤炭除了矿63、56岁,38,达科塔。图10显示了解释1970池配置在这个最浅的部分煤田在更大的规模。这些都是浅覆盖层覆盖下,接近西方叉和煤炭露头。他们关闭了25年前(表8和>之间1),到1970年将有足够的时间全部resaturate水。然而,从达科他我的可用数据,今天已知液压互联与我38岁,表明矿井水位均在相对较低的(209米)。这远低于推断1970年池水平在于我的63(约240米)和我的56(约232米),来自泄漏海拔从矿井地图和屏障几何解释(“泄漏”和“泄漏B”分别在图10)。行业记录显示控制水在达科他/我38 1500升/分钟泵的爪爪位置(图10),大概是为了最小化操作水压力在达科他的障碍与约旦,仍然活跃在1970年由相同的操作符。相邻的贝丝8/41和44矿山也主动和水压力较低的屏障的爪爪抽水。这个解释意味着水贝丝的上倾44和贝丝8/41壁垒会泄漏我的63我56和从那里在我38岁,形成了三个独立的“阶梯状”池由泵控制在达科他的爪爪。可能在这些矿山其他泵可能是操作,但没有操作符记录显示这并没有明显的需要泵在其他地方,流在浅池仅由重力。从来没有处理设施都建在爪爪泵的位置,因此,其泵可能是直接排放到大个儿的小溪,在50米的泵。达科塔(爪爪)泵在1978年停产SMCRA成为法律颁布后,之后的水位在达科他开始上升(图8)。
西南我的63年,威廉姆斯我解释有两大不同,但相互关联,池早在1970年。东井与水位测量池是威廉姆斯B (Nutter运行)和西池威廉姆斯C(鹰窝)。水位在不同的位置在威廉姆斯观察范围之间的262和275从1970年到2013年,远高于那些在我63或其他浅子库(数据8和10)。威廉姆斯在1979年关闭,但其水位没有极大地改变或以下。唯一postclosure泵在Edgell处理厂,鹰窝附近钻孔西池,今天仍然运作。这两个池解释是相互关联的一个溢出背斜的轴角平分线威廉姆斯相交其北屏障估计为272米。因此,西池,Edgell泵,在水位高程略低于东池(威廉姆斯A、B)。因此解释,Edgell控制池和泵都渗透到威廉姆斯不泄漏在其北部屏障进入更深的矿山,即。我63年,贝丝44,奥唐纳。这让威廉姆斯池形成表面放电。
池的不同海拔威廉姆斯和下倾矿山之间强有力的证据这一障碍仍然完好无损,尽管一些泄漏可能发生。头池之间的区别在我63年随着时间的推移和威廉姆斯已经下降从27米(1970 - 1984)到10米(1997)和我63填充后停止达科塔泵(数字8和9)。因此,威廉姆斯解释我的漏水源63在其北部和其他障碍,但这种泄漏率会随着时间的推移下降头的区别在门槛降低了。障碍部分,此外,短,这表明总泄漏可能不是很大。
早期洪水6浅,因此创造了一系列不连续池更深的矿山在威廉姆斯(2 + 4)没有记录表面放电除了泵爪爪和Edgell位置。威廉姆斯矿山包含分离池除以一个小型背斜和本身包含了一个完整的屏障从放电到浅矿山63年56岁,38子库。爪爪将显然是为了保护在相邻矿山活跃业务,而且这些浅池控制。盆地分布图(图6上)显示矿池发展非常有限,基本上局限于这些露头区域。
3.1.2。阶段2:洪水的贝丝44费尔蒙特池
当贝斯44关闭在1972年初,洪水从海拔205米的速度大约4米/年(图8),淹没了我的一半(图三年6中心)。到1980年,它几乎是屋顶(图6底部)。此后(1980 - 1981),观察贝丝44池与240米池合并我的63(图8(a)),后两个矿井淹没在一起以较慢的速度,证明它们之间的屏障液压是敞开的。然而,威廉姆斯南维护一个单独的、更高的池水平,表明其障碍是完整和限制流入我的63 /贝斯44。
SMCRA颁布时,到1978年,所有的泵在约旦和达科塔煤矿停产。爪爪(Dakota)于1978年关闭,泵启动洪水的达科他以非常快的速度10 - 15米/年。乔丹在1973年关闭,但仍然运行泵,直到1978年3位置(巴克斯特,部长跑,和哈根;约旦B, C,和一个),表面上是为了减少障碍泄漏到附近活跃的矿山。1978年4月和6月之间,子库在约旦上升和快速合并成一个单一的池(图8以同样的速率(b)),洪水贝丝44到1981年中期在水位224米。当时,泵在约旦是重启,输送水新建post-SMCRA水处理厂山茱萸湖泊约2公里从泵的位置。水位在约旦池降低,约222米(图举行8(b))。我地图显示“直通式”部分的Arkwright-Jordan屏障已被上升的乔丹1981年池附近223米,造成泄漏从约旦到操作我阿克赖特。最小化这种泄漏可能可能已经重新注入在约旦的原因(图8)。
有小,但意义重大,浅池的配置变化(矿山38/56/63 +达科塔)在这个时期。贝丝44淹没,它与63我在1981年初合并;合并池持续上升更慢,直到它与矿山合并38岁,56岁,在1986年初,达科塔。所有这些子库从5个不同的矿山现在约旦和威廉姆斯之间的合并/ O ' donnell矿山、约25公里的距离(图8),并在1986年之后继续在一个常见的水位海拔逐渐上升。这个大合并池被称为“费尔蒙特池”在早期文献[20.)和固体中概述显示红色(周长障碍)和冲红池(1997级)图10。直到1985年,费尔蒙特池中洪水的模式类似于“马蹄”配置(图6底),坐落在贝丝8/41及以上我的,直到1983年仍然活跃。到1990年,贝丝8/41与矿井水屋顶后,马蹄模式消失了。
在阶段1中,洪水的面积小,局限于5矿与不连续池靠近露头。第二阶段期间,贝丝44淹没和与第一阶段子库合并形成更大的费尔蒙特池,分开两个更深(Beth 8/41,乔安妮,O ' donnell)和浅(威廉姆斯)矿山完整的壁垒。同时,泵在约旦在1978年初被关闭,但其1981年的洪水被重新注入控制障碍漏到我阿克赖特。矿山比费尔蒙特池和约旦仍然活跃在1978年。
3.1.3。阶段3:深矿井关闭和完成所有洪水
在第三阶段,深矿井关闭在1978年和1986年之间包括贝丝8/41,乔安妮,联邦1,贾米森,奥唐纳。这代表了所有的采矿与历史性的费尔蒙特煤田,除了两个深长壁设计矿山(罗宾逊运行和Loveridge)继续运营。图7显示了洪水与此相关的时间序列深矿井关闭1985年,1990年和1994年。
这些更深层次的矿山不同于早些时候关闭轴-而不是漂移或slope-entry设计。他们不延长露头和分离从浅上倾矿山基本上完好无损,但漏,障碍。淹没,阶段3闭包比上倾头低在矿山(费尔蒙特池,威廉姆斯,1996年之后,乔丹),作为源的泄漏流入到更深的矿山通过障碍。尤其是在早期的洪水,当上倾下倾一侧的壁垒是干燥和压力梯度跨越壁垒最高的。
两个矿山、贾米森(关闭1978)和奥唐纳(1982年关闭),从来没有完全淹没了,因为他们的池一直维持在低水平,保护泵在索恩,磨刀石,和/或卢埃林处理厂(图7)。目的是减少障碍泄漏到相邻操作矿山(罗宾逊运行和Loveridge)。贾米森和O ' donnell将填补和完全洪水一旦相邻采矿停止和泵停止。这些“保护泵”矿山接收障碍泄漏浅矿山上倾,认为是他们的水的主要来源在这个相对较大的深度。McCoy et al。25)采用注入贾米森和O ' donnell估计的平均渗透系数上倾壁垒。
这第三阶段涉及的洪水没有露头接触更深的矿山。洪水开始后立即关闭,在10 - 15年内完成(数据7和9)。成因表明,注水速度有点相似的三期深矿井(联邦1,贝丝8/41,Joanne)。屋顶和逐渐平衡的稳定水位每年约1999(数据6- - - - - -8)。此时,池不同的液压头都从彼此以及浅矿山在费尔蒙特池中,高海拔。2000年之后,一个长期稳态条件接踵而至,流入的和第三阶段矿山控制之间的屏障泄漏率。他们流出到泵贾米森和O ' donnell池或,联邦1和贝丝8/41,到约旦,他们共享壁垒低水头。
3.1.4。阶段4:突破、长期泵控制和平衡
图11显示了池配置在1998年,那时洪水这些矿山基本上已被完成。从1994年的洪水几乎无法区分地图,主要区别是(a)重大洪水之前阿克赖特1994年以来关闭和(b)扩张的大小和水头约旦池,由阿克赖特后关掉乔丹在1995年的一次泵关闭(数字8和11)。泵停止后,乔丹的洪水率急剧,池只上升了25米(图18个月8(b))。约旦和约旦上升,差异达科塔从36米降低到只有12米,无疑导致减少泄漏达科塔和一个备份(增加)的水位在费尔蒙特池(图8)。在1997年初,在爪爪(Dakota)钻孔水位为263.8,创历史新高,比“正常”高约3米池高度(260.6米)的莫农加希拉河附近。在这种情况下,表面放电是不可避免的,事实上,迫在眉睫。
1997年1月,一个可见的放电金属含量丰富的红水是被我的操作符的一个员工在布法罗河的中心1公里莫农加希拉和4公里的爪爪(Dakota)泵网站Jordan-Dakota屏障(图10)。源是我的费尔蒙特池中的水溪的在一个部分被我38岁,与达科塔(即。费尔蒙特池)。Jordan-Arkwright运营商立即发起一项计划,降低水位在费尔蒙特池中地雷达科塔的安装大直径虹吸约旦使用现有的爪爪钻孔。虹吸是探究排放到一个新的注入井中钻出乔丹Jordan-Dakota屏障大约30米对面的爪爪。这是在1997年4月下旬全面运作在一个近似5700升/分钟。费尔蒙特池水平,观察到在达科他,贝丝44岁,我63年,我和38水井,立即回应抽水和逐渐下降2 m 1997年底(图9),导致控制和布法罗河放电消失。虹吸后开始操作,大部分井的费尔蒙特池的水位在0.5米,与达科塔监测(例如,虹吸摄入)低约2米,由于水力损失在Dakota-Mine 38的摄入或障碍。虹吸需要操作的只有8个月每年保持费尔蒙特池的水位低于260.6米,保证表面放电是不可能的。一年一度的冬季和春季高峰在费尔蒙特池的水位在1997年和2003年之间(图9)由于季节性充电以及季节性虹吸连续年操作。
从2002年开始,浅的水位矿山(约旦,费尔蒙特池)以及一些更深层次的矿山(特别是贝丝8/41,联邦1)对接乔丹开始逐渐增加(图9)。这一增长是由于水位在更深的阶段3矿终于“迎头赶上”的费尔蒙特池和约旦和屏障减少泄漏损失这些更深层次的矿山。它也减少了头区别约旦和达科塔效率和虹吸的流率降低。最重要的是,费尔蒙特池水平已经开始超越其监管260.6极限。抵消,2004年初,操作员更换更高容量的爪爪虹吸泵可以操作在所有季节,还添加第二个泵在约旦(hagan)传输更多的水和更低的约旦池。额外的泵被从2浅水井的约旦的一部分,根据需要注入凋萎的草地植物。根据新的抽水方案,乔丹是降低波动阶段约225 - 240 m,类似于223的水平,阿克赖特关闭之前举行。费尔蒙特池矿井水水平回到258 - 260的范围和更深的池显示自2004年以来没有额外增加,达到一个新的视稳定状态。
所有地雷的这项研究中,有一个当前near-steady-state液压配置,由泵控制。这意味着所有从费尔蒙特地区矿井水,除了威廉姆斯,传达到约旦通过屏障泄漏或泵的爪爪现场或泄漏到两个保护泵矿山。这水在约旦,随着浅充电到约旦本身,从3位置注入到处理厂在阿克赖特。除了1997年布法罗河事件,没有表面的矿井水排放below-drainage费尔蒙特煤田煤矿在1978年SMCRA颁布之后发生的。
4所示。摘要和结论
我的洪水序列在随后的费尔蒙特地区的四个不同阶段时期1969 - 2014:
(1)第一阶段。初始控制洪水浅工作关闭1970年以前(费尔蒙特和威廉姆斯子库),保护泵维护矿山附近活跃
(2)第二阶段。相对快速涌入贝丝44,沿着东部和西部的达科塔贝丝8/41后贝丝44和约旦关闭导致全面合并和发展在1986年费尔蒙特池
(3)第三阶段。关闭和缓慢的深入矿山、填充由障碍从费尔蒙特池渗漏和约旦(1982 - 1995)。三期结束时,关闭和停止泵的约旦和阿克赖特矿山加速度引起的洪水(1995 - 1997)
(4)第四阶段。突破的费尔蒙特池在布法罗河矿井水虹吸/泵控制矿井水的爪爪网站;水是转移到约旦(从它注入治疗网站)或泄漏到贾米森和O ' donnell跨越障碍。长期稳定状态实现2004年,7年之后首次突破
洪水的进步,当然,受到矿山关闭的顺序和时间,而且,一般来说,首先最浅的矿山接近露头已经关闭。然而,还有其他因素也在起作用的洪水事件序列中的至少在这种情况下,关闭时间一样重要。
(1)保护注入积极的行动。的矿山,洪水没有立即进行矿山关闭,因为泵关闭矿山保持有效减少池渗漏到至今矿山水平和障碍。这发生在达科塔,约旦,贾米森和O ' donnell地雷。这举行费尔蒙特池中的水位远低于洪水水平几十年来第一次矿山关闭后在1940年代。因此,少当煤矿关闭,决定他们洪水的速度有多快,但当最后一个矿山关闭和保护泵停止。
(2)影响放电的改变法规SMCRA下矿井水。保护泵在达科他和乔丹在1978年停产,后两个煤矿已经关闭,尽管阿克赖特,贝丝8/41,和其他更深层次的矿山仍然活跃。很可能,这是由于SMCRA要求排放被处理,但是没有处理厂存在于这些泵的位置。因此,实现SMCRA似乎影响中止保护泵的处理厂并不存在。
(3)完整的存在之间的壁垒浅矿山的费尔蒙特池和更深的矿山。有两种不同类型的矿山在区:浅坡——或者drift-entry矿山液压开放露头和深入shaft-entry 0矿露头没有直接联系。分离两个完整的壁垒,在洪水隔离了两互相液压泄漏除了障碍。因此,浅池淹没第一(费尔蒙特池),担任缓慢泄漏的来源越深矿井后关闭,逐渐淹没了。一旦深矿井屋顶,走近浅的水位,屏障泄漏,随之而来的变化要求额外的泵送能力控制费尔蒙特池,发生在2004年。
肤浅的矿山(威廉姆斯,费尔蒙特池,和约旦),自稳态,无侧限附近的洪水的水平,也就是说。,有一个狭窄的潜水区。另一方面,更深层次的矿井里完全封闭。在浅池地区,水控制工作需要专注,因为这是在表面放电的最大风险的存在。
总之,洪水序列和池的方法控制注入强烈影响了矿山是否限制或无侧限洪水完成后。无侧限池将由充电以及屏障流入/流出和那些长期泵控制最关键的影响。在池,另一方面,会有水平衡由障碍泄漏。他们会影响水平衡在较浅的上倾池,但可能不会参与泵控制方案本身,除了深矿井O ' donnell和贾米森用于保护注入积极的运作。
数据可用性
所有的水位数据收集的作者和用于支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
EFP承认他的前雇主提供的资源和支持,美国办公室表面采矿、匹兹堡技术中心,宾夕法尼亚州匹兹堡。JJD承认美国环境保护署的支持(格兰特# X993681),美国能源部(格兰特# de - am26 - 99 ft40463),并从西弗吉尼亚州两笔赠款部门环境保护。偶尔野外数据收集在1999年之后是由埃伯哈德维尔纳,布兰登·达菲,安妮·莫里斯,研究生在西弗吉尼亚大学(Dave光,拉里·库克)。末的贡献布鲁斯·莱维特曾康索尔能源,宾夕法尼亚州匹兹堡,是真诚的承认;莱维特先生进行了广泛的讨论和合作实验室共享与作者的想法。作者也承认护理和专业的矿业多年来收集和记录的水位数据用于本文。