La Universidad de Nottingham ha desarrollado una herramienta de monitorización remota para ayudar a las autoridades a gestionar la seguridad pública y los problemas medioambientales en las minas de carbón abandonadas recientemente.

La herramienta utiliza imágenes de radar satelital para capturar medidas a escala milimétrica de los cambios en la altura del terreno. Estas mediciones se pueden utilizar para monitorear y pronosticar los niveles de agua subterránea y los cambios en las condiciones geológicas muy por debajo de la superficie de la tierra en antiguas áreas mineras.

Con una larga trayectoria en la minería del carbón, el proyecto se probó en el Reino Unido a escala regional, pero tiene implicaciones globales dada la disminución mundial de la demanda de carbón a favor de fuentes de energía más sostenibles.

El método se implementó en las cuencas mineras de Nottinghamshire, que fueron abandonados tan recientemente como 2015, cuando el último profundo mío, Thoresby Colliery, cierra sus puertas para siempre.

Cuando las minas profundas están cerradas, el agua subterránea que se bombeaba previamente a la superficie para hacer la minería segura, se le permite subir de nuevo hasta que se restaura a su nivel natural en un proceso llamado rebote.

El rebote de las aguas subterráneas a través de antiguas explotaciones mineras necesita un seguimiento cuidadoso; a menudo contiene contaminantes que pueden contaminar las vías fluviales y los suministros de agua potable; provocar inundaciones localizadas; renovar el hundimiento minero, levantamiento de tierras y reactivar fallas geológicas si se eleva demasiado rápido. Estos problemas pueden causar problemas costosos y peligrosos que deben abordarse antes de que la tierra sea reutilizada.

Por lo tanto, la Autoridad del Carbón necesita información detallada sobre la tasa de rebote en los vastos sistemas de minas que administra para saber exactamente dónde relajarse o aumentar el bombeo para controlar los niveles de agua subterránea.

Por lo tanto, medir la tasa y la ubicación del rebote de agua de la mina es vital para gestionar de manera eficaz los riesgos ambientales y de seguridad en las antiguas yacimientos de carbón. pero difícil de lograr. El agua subterránea puede fluir en direcciones imprevistas a través de cavidades dentro y entre minas de carbón vecinas y descargarse en la superficie en áreas que no se cree que estén en riesgo.

En el pasado, predecir dónde fluirá el agua de la mina dependía en gran medida de los planes de la mina; documentos inexactos o incompletos que a veces tienen más de un siglo; y datos de pozo. Cuesta aproximadamente £ 20, 000 a £ 350K cada uno, Los pozos son costosos de perforar y a menudo están escasamente ubicados en vastas cuencas de carbón, dejando huecos de medición.

Más recientemente elevación, El hundimiento y otros movimientos geológicos se han monitoreado aplicando un radar de apertura sintética interferométrica (InSAR) a las imágenes adquiridas de los satélites de radar. Sin embargo, Esta técnica de interferometría ha funcionado históricamente solo en áreas urbanas (a diferencia de las rurales), donde el radar puede detectar objetos estables, como edificios o vías de tren, en el suelo para que se refleje regularmente en el satélite.

Este estudio utiliza una técnica InSAR avanzada, llamado subconjunto de línea de base pequeña intermitente (ISBAS), desarrollado por la Universidad de Nottingham y su empresa derivada Terra Motion Ltd. InSAR utiliza pilas de imágenes satelitales de la misma ubicación tomadas cada pocos días o semanas, lo que permite detectar incluso los cambios topográficos más mínimos a lo largo del tiempo. Singularmente, ISBAS InSAR puede calcular medidas de deformación del terreno tanto en terrenos urbanos como rurales. Esto es beneficioso al mapear antiguas áreas mineras, que a menudo se encuentran en zonas rurales. Sobre las cuencas mineras de Nottinghamshire, por ejemplo, la cobertura del suelo es predominantemente rural, con casi el 80 por ciento compuesto por tierras agrícolas, pastos y áreas seminaturales.

Tal densidad de mediciones significaba plomo de estudio, Universidad de Nottingham Ph.D. El estudiante David Gee podría desarrollar un método simple y rentable para modelar el rebote del agua subterránea a partir de los cambios en el movimiento de la superficie. El estudio encontró un vínculo definitivo entre las mediciones del movimiento del suelo y el aumento de los niveles de agua de la mina. A menudo, el hundimiento o levantamiento de la tierra ocurre como resultado de cambios en las aguas subterráneas, donde los estratos actúan un poco como una esponja, expandiéndose cuando se llena de líquido y contrayéndose cuando se drena.

Con una cobertura espacial casi completa de los datos InSAR, podría llenar los espacios de medición entre los pozos para mapear el cambio en los niveles de agua de la mina en todo el campo de carbón. El modelo tiene en cuenta tanto la geología como la profundidad del agua subterránea para determinar la tasa real de rebote y ayudar a identificar dónde pueden ocurrir los problemas asociados con el rebote.

El estudio se titula "Modelado del rebote del agua subterránea en yacimientos carboníferos recientemente abandonados utilizando DInSAR, "publicado en la revista Percepción remota del medio ambiente .

David Gee, que tiene su sede en el Instituto Geoespacial de Nottingham en la Universidad, dijo, "Hay varios yacimientos de carbón en proceso de recuperación del agua de las minas en el Reino Unido, donde se ha medido la elevación de la superficie utilizando InSAR. En las cuencas mineras de Nottinghamshire, la comparación cuantitativa entre la deformación medida por el modelo e InSAR confirma que el levantamiento es causado por la recuperación del agua de la mina ".

Al principio, se generó un modelo avanzado para estimar el levantamiento de la superficie en respuesta a los cambios medidos en los niveles de agua subterránea de los pozos de monitoreo. David calibró y validó el modelo utilizando ISBAS InSAR en datos de radar ENVISAT y Sentinel-1. Luego invirtió las mediciones de InSAR para proporcionar una estimación del cambio en los niveles de agua subterránea. Después, Las tasas invertidas se utilizaron para estimar el tiempo que tardará el agua subterránea en recuperarse e identificar las áreas del yacimiento de carbón con mayor riesgo de descargas superficiales.

"Mediciones InSAR, cuando se combina con el modelado, puede ayudar con la caracterización de los procesos hidrogeológicos que ocurren en antiguos sitios mineros. La técnica tiene el potencial de hacer una contribución significativa a la estrategia de abandono progresivo de las yacimientos de carbón recientemente cerrados. "Dijo David.

Los hallazgos de InSAR ofrecen una fuente complementaria de datos sobre cambios en el agua subterránea que aumentan las mediciones del pozo. Significa que el monitoreo se puede realizar de forma remota, por lo que es menos laborioso para los organismos nacionales como la Agencia de Medio Ambiente (que gestiona peligros como inundaciones, contaminación y tierra contaminada) y la Autoridad del Carbón (que tiene el mandato de gestionar el legado de la minería subterránea de carbón en términos de seguridad pública y hundimiento).

El modelo ya ha señalado que algunas partes de los campos de carbón que no se están comportando como se predijo anteriormente, lo que podría influir en los planes de remediación existentes.

David explica, "La parte más profunda de la cuenca carbonífera del norte de Nottinghamshire, por ejemplo, no se está recuperando como se esperaba, lo que sugiere que los planes de la mina aquí podrían no ser completamente precisos. La estabilidad es confirmada por el InSAR y el modelo; el monitoreo futuro de esta área ayudará a identificar si finalmente se producirá un rebote o cuándo.

"Los próximos pasos del proyecto son integrar nuestros resultados en una herramienta de detección existente desarrollada por la Agencia de Medio Ambiente y la Autoridad del Carbón para ayudar a las autoridades locales de planificación, desarrolladores y consultores diseñan sistemas de drenaje sostenibles en áreas de carbón. Los resultados iniciales, generados a escala regional, tienen el potencial de ampliarse a todas las cuencas mineras del Reino Unido, con la ayuda de mapas nacionales InSAR, "agrega David.

Luke Bateson, Geólogo senior de teledetección del Servicio Geológico Británico, dijo, "Los datos de InSAR ofrecen una oportunidad fantástica para revelar cómo se mueve el suelo, sin embargo, necesitamos estudios como el de David para comprender con qué se relacionan estos movimientos de tierra y qué significan. El estudio de David, no solo proporciona esta comprensión, sino que también proporciona una herramienta que puede convertir los movimientos del suelo InSAR en información sobre los niveles de agua de la mina que se puede utilizar para tomar decisiones informadas ".

Dr. Andrew Sowter, Director técnico de Terra Motion Ltd, explica, "Estudios como este demuestran el valor para nosotros, como pequeña empresa comercial, en invertir en trabajo colaborativo con la Universidad. Ahora tenemos un notable, validado, resultado que se basa en nuestro método ISBAS InSAR y con el respaldo demostrable de una serie de partes interesadas importantes, lo que nos permitirá penetrar aún más en el mercado en una amplia gama de aplicaciones críticas hasta ahora etiquetadas como difíciles para las técnicas InSAR más convencionales. particularmente aquellos mercados relacionados con la extracción e inyección de fluidos subterráneos en zonas más templadas, zonas con vegetación ".