Electrical Resistivity Tomography for the detection of subsurface cavities and related hazards caused by underground coal mining in Coahuila

• Batista Rodríguez, José A. ^[1] ; Pérez Flores, Marco A. ^[2] ; Almaguer Carmenates, Yuri ^[1] ; Bautista Hernández, Maximiliano ^[1]
  1. [1] Escuela Superior de Ingeniería, Universidad Autónoma de Coahuila, México
  2. [2] División de Ciencias de la Tierra, CICESE, Baja California, México
• Localización: Geofísica internacional, ISSN 0016-7169, ISSN-e 2954-436X, Vol. 58, Nº. 4, 2019, págs. 279-293
• Idioma: inglés
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  • español

    En este estudio se utilizó Tomografía de Resistividad Eléctrica para identificar cavidades en el subsuelo de la región carbonífera del Estado de Coahuila, originadas por la minería del carbón, y con ello se valora el riesgo geológico inducido. Las mediciones se tomaron a lo largo de perfiles ubicados en las proximidades de carreteras y puentes, dentro de sectores de actividad minera. Estos perfiles se ubican evitando las propiedades privadas y abarcando algunas zonas de hundimientos de las carreteras. Se considera que la subsidencia es antropogénica y está relacionada con la actividad minera somera y relativamente profunda. En las secciones transversales de resistividad eléctrica obtenidas del proceso de inversión se identifican varias cavidades con diferentes formas desde los 7 m de profundidad. La mayoría de estas estructuras causan deformaciones en la superficie, generando hundimientos y fracturas en las carreteras. De forma general, las cavidades identificadas en dos de los sectores analizados se encuentran rellena de agua o sedimentos. En un tercer sector todas las cavidades están vacías o parcialmente rellenas con material colapsado de sus paredes y techos. Las secciones eléctricas revelan otras características del ambiente geológico, tales como zonas de disminución de los niveles acuíferos, inclinación de estratos (que indican paleo-subsidencia del terreno), fallas y fracturas que afectan la secuencia estratigráfica. La disminución de los niveles de los acuíferos indica cambios en el régimen hidrodinámico de las aguas subterráneas que han sido ocasionados por los espacios vacíos generados por la minería. Estos cambios provocan que el subsuelo se hunda debido a la presión litostática y el peso de los vehículos que pasan por encima de las carreteras. Como resultado final, se ubican en los tres sectores analizados, las áreas con mayor riesgo potencial de peligros relacionados con el hundimiento del subsuelo.

  • English

    This study used Electrical Resistivity Tomography (ERT) to identify the subsurface cavities in the carboniferous region on the State of Coahuila caused by underground coal mining and the hazards they induce. Measurements were taken next to roads and bridges support in three sectors with mining activity. Authors used roads to run the ERT profiles in order to avoid private properties, with some of these profiles including areas with subsidence. It is considered that subsidence is an anthropogenic related to both shallow and relatively deep underground mining activity. The electrical resistivity cross-sections obtained from the geophysical inversion process identified several cavities with a variety of dimensions ranging upwards from a depth of 7 m. Most of these structures cause deformations on surface in the form of subsidence or fractures. In general, the cavities identified in two of the sectors analyzed are filled with water or sediments. In a third sector analyzed in this study, all cavities were either empty or partially filled with collapsed material from their walls and ceiling. Geo-electrical sections reveal other characteristics of the geological environment, such as zones in which aquifer levels decrease, strata dipping (indicating prior subsidence), and faults and fractures that affect the stratigraphic sequence. The decrease in aquifer levels indicates changes in the hydrodynamic groundwater regime that have been caused by the voids generated by mining. These changes cause the ground to sink due to lithostatic pressure and the weight of the vehicles passing above. As a final result, the areas at the greatest potential risk of hazards related to ground subsidence are located within the three analyzed sectors.