Uma ferramenta de monitoramento remoto para ajudar as autoridades a gerenciar a segurança pública e as questões ambientais em minas de carvão recentemente abandonadas foi desenvolvida pela Universidade de Nottingham.

A ferramenta usa imagens de radar de satélite para capturar medições em escala milimétrica de mudanças na altura do terreno. Essas medições podem ser usadas para monitorar e prever os níveis de água subterrânea e mudanças nas condições geológicas nas profundezas da superfície da terra em antigas áreas de mineração.

Com uma longa história de mineração de carvão, o projeto foi testado no Reino Unido em escala regional, mas tem implicações globais devido ao declínio mundial na demanda por carvão em favor de fontes de energia mais sustentáveis.

O método foi implementado nas jazidas de carvão de Nottinghamshire, que foram abandonados recentemente em 2015, quando a última mina profunda, Thoresby Colliery, fechou suas portas para sempre.

Quando minas profundas são fechadas, a água subterrânea que foi previamente bombeada para a superfície para tornar a mineração segura, pode subir novamente até que seja restaurado ao seu nível natural em um processo denominado rebote.

A recuperação da água subterrânea por meio de antigas minas precisa de monitoramento cuidadoso; frequentemente contendo contaminantes, pode poluir cursos de água e fontes de água potável; levar a inundações localizadas; renovar subsidência de mineração, elevar a terra e reativar falhas geológicas se aumentar muito rápido. Tais questões podem causar problemas caros e perigosos que precisam ser resolvidos antes que a terra seja reaproveitada.

A Coal Authority, portanto, precisa de informações detalhadas sobre a taxa de recuperação nos vastos sistemas de minas que gerencia para saber exatamente onde relaxar ou aumentar o bombeamento para controlar os níveis de água subterrânea.

Medir a taxa e a localização da recuperação da água da mina é, portanto, vital para gerenciar com eficácia os riscos ambientais e de segurança em antigos campos de carvão, mas difícil de alcançar. A água subterrânea pode fluir em direções imprevistas por meio de cavidades dentro e entre as minas vizinhas e descarregar na superfície em áreas que não parecem estar em risco.

No passado, a previsão de onde fluirá a água da mina dependia muito dos planos da mina; documentos imprecisos ou incompletos que às vezes têm mais de um século; e dados de furos. Custando aproximadamente £ 20, 000 a £ 350K cada, os furos são caros para perfurar e muitas vezes estão situados esparsamente em vastos campos de carvão, deixando lacunas de medição.

Mais recentemente, o uplift, a subsidência e outros movimentos geológicos foram monitorados pela aplicação do radar de abertura sintética interferométrica (InSAR) a imagens adquiridas de satélites de radar. Contudo, esta técnica de interferometria tem funcionado historicamente apenas em áreas urbanas (em oposição às rurais), onde o radar pode pegar objetos estáveis, como edifícios ou trilhos, no solo para refletir regularmente para o satélite.

Este estudo usa uma técnica InSAR avançada, chamado subconjunto de linha de base pequeno intermitente (ISBAS), desenvolvido pela Universidade de Nottingham e sua empresa spin-out Terra Motion Ltd. InSAR usa pilhas de imagens de satélite do mesmo local tiradas a cada poucos dias ou semanas, o que torna possível pegar até mesmo as mais leves mudanças topográficas ao longo do tempo. Unicamente, O ISBAS InSAR pode calcular medições de deformação do solo em terrenos urbanos e rurais. Isso é benéfico ao mapear antigas áreas de mineração, que geralmente estão localizados em áreas rurais. Sobre os campos de carvão de Nottinghamshire, por exemplo, a cobertura do solo é predominantemente rural, com quase 80 por cento compreendendo terras agrícolas, pastagens e áreas semi-naturais.

Essa densidade de medições significava liderança de estudo, University of Nottingham Ph.D. o aluno David Gee poderia desenvolver um método simples e econômico para modelar a recuperação da água subterrânea a partir das mudanças no movimento da superfície. O estudo encontrou uma ligação definitiva entre as medições de movimento do solo e o aumento dos níveis de água da mina. Muitas vezes, a subsidência ou soerguimento da terra ocorre como resultado de mudanças nas águas subterrâneas, onde o estrato age um pouco como uma esponja, expandindo ao encher com fluido e contraindo quando drenado.

Com cobertura espacial quase completa dos dados InSAR, ele poderia preencher as lacunas de medição entre os furos para mapear a mudança nos níveis de água da mina em todo o campo de carvão. O modelo leva em consideração a geologia e a profundidade do lençol freático para determinar a taxa real de rebote e ajuda a identificar onde podem ocorrer problemas associados ao rebote.

O estudo é intitulado "Modelando rebote de água subterrânea em campos de carvão recentemente abandonados usando DInSAR, "publicado no jornal Sensoriamento Remoto do Meio Ambiente .

David Gee, que trabalha no Nottingham Geospatial Institute da University, disse, "Existem vários campos de carvão atualmente passando por recuperação de água de mina no Reino Unido, onde a elevação da superfície foi medida usando InSAR. Nos campos de carvão de Nottinghamshire, a comparação quantitativa entre a deformação medida pelo modelo e o InSAR confirma que o levantamento é causado pela recuperação da água da mina. ”

No início, um modelo avançado foi gerado para estimar a elevação da superfície em resposta às mudanças medidas nos níveis de água subterrânea de furos de monitoramento. David calibrou e validou o modelo usando ISBAS InSAR em dados de radar ENVISAT e Sentinel-1. Ele então inverteu as medições do InSAR para fornecer uma estimativa da mudança nos níveis do lençol freático. Subseqüentemente, as taxas invertidas foram usadas para estimar o tempo que levará para a água subterrânea se recuperar e identificar as áreas do campo de carvão com maior risco de descargas superficiais.

"Medidas InSAR, quando combinado com modelagem, pode auxiliar na caracterização dos processos hidrogeológicos que ocorrem nos antigos locais de mineração. A técnica tem potencial para dar uma contribuição significativa para a estratégia de abandono progressivo de jazidas de carvão recentemente fechadas, "David disse.

As descobertas do InSAR oferecem uma fonte suplementar de dados sobre as mudanças nas águas subterrâneas que aumentam as medições do poço. Isso significa que o monitoramento pode ser feito remotamente, portanto é menos trabalhoso para órgãos nacionais, como a Agência Ambiental (que gerencia riscos como inundações, poluição e solo contaminado) e a Coal Authority (que tem um mandato para administrar o legado da mineração subterrânea de carvão em termos de segurança pública e subsidência).

O modelo já sinalizou que algumas partes dos campos de carvão que não estão se comportando como previsto anteriormente, o que poderia influenciar os planos de remediação existentes.

David explica, "A parte mais profunda do campo de carvão North Nottinghamshire, por exemplo, não está se recuperando como esperado, o que sugere que os planos de mina aqui podem não ser totalmente precisos. A estabilidade é confirmada pelo InSAR e pelo modelo - o monitoramento futuro desta área ajudará a identificar se ou quando o rebote eventualmente ocorrer.

"Os próximos passos para o projeto são integrar nossos resultados em uma ferramenta de triagem existente desenvolvida pela Agência Ambiental e Autoridade de Carvão para ajudar as autoridades de planejamento locais, desenvolvedores e consultores projetam sistemas de drenagem sustentáveis ​​em áreas carboníferas. Os resultados iniciais, gerado em escala regional, têm o potencial de ser dimensionado para todos os campos de carvão no Reino Unido, com a ajuda de mapas nacionais InSAR, "acrescenta David.

Luke Bateson, Geólogo Sênior de Sensoriamento Remoto do British Geological Survey, disse, "Os dados do InSAR oferecem uma oportunidade fantástica de revelar como o solo está se movendo, no entanto, precisamos de estudos como o de David para entender a que esses movimentos de base se relacionam e o que significam. Estudo de David, não apenas fornece esse entendimento, mas também fornece uma ferramenta que pode converter movimentos de solo InSAR em informações sobre os níveis de água da mina que podem ser usados ​​para tomar decisões informadas. "

Dr. Andrew Sowter, Diretor técnico da Terra Motion Ltd, explica, "Estudos como este demonstram o valor para nós, como uma pequena empresa comercial, em investir no trabalho colaborativo com a Universidade. Agora temos um notável, validado, resultado que é baseado em nosso método ISBAS InSAR e comprovadamente suportado por uma série de partes interessadas importantes. Isso nos permitirá penetrar ainda mais no mercado em uma ampla gama de aplicações críticas até agora rotuladas como difíceis para técnicas InSAR mais convencionais, particularmente os mercados relacionados à extração e injeção de fluidos subterrâneos em regiões mais temperadas, zonas com vegetação. "