خطة تصميم تفجير الصخور لحفر الانجرافات في المناجم تحت الأرض
مقدمة: يُعد تصميم تفجير الصخور لحفر الانجراف تحت الأرض جزءًا أساسيًا من عملية التعدين. تؤثر معقولية التصميم بشكل مباشر على كفاءة الحفر وتكلفته وسلامته وتأثيره على الصخور المحيطة. يمكن لخطة تفجير الصخور المُحسّنة أن تزيد من معدلات التقدم، وتتحكم في اهتزازات التفجير، وتحافظ على استقرار الصخور المحيطة، وتهيئة ظروف مواتية للتعدين اللاحق. توضح هذه المقالة، استنادًا إلى مراجع متعددة، العناصر الرئيسية والأساليب العملية لتصميم تفجير الصخور لحفر الانجراف تحت الأرض.
التحضيرات الأولية لتصميم التفجير: تحليل الحالة الجيولوجية: فهم جيولوجي دقيق لجيولوجيا المنجم، بما في ذلك أنواع الصخور وصلابتها وتوزيع الفواصل والكسور. على سبيل المثال، يمكن أن يؤثر التفجير والتشقق على انتشار موجات الإجهاد وكسر الصخور. ينبغي جمع معلومات جيولوجية دقيقة من خلال المسوحات الميدانية، وبيانات الآبار، والدراسات الجيوفيزيائية. تتطلب أنواع الصخور المختلفة وصلابتها معايير تفجير مختلفة؛ فالصخور الصلبة عادةً ما تحتاج إلى شحنات أعلى وتصميمات مناسبة للحفر.
تحديد المتطلبات الهندسية: توضيح أبعاد الانجراف، وشكل المقطع العرضي، واتجاه الحفر. على سبيل المثال، تتطلب الانجرافات الدائرية والمستطيلة تصاميم تفجير مختلفة؛ وقد تتطلب زوايا الانجرافات المستطيلة ترتيبات خاصة للثقوب للتحكم في شكلها. مراعاة معدلات التقدم المطلوبة - قد يتطلب الحفر الأسرع تقنيات تفجير أكثر كفاءة ودمجًا للمعايير.
تصميم تخطيط فتحة الانفجار تصميم فتحة الفتحة:
اختيار طريقة التثقيب: تشمل طرق التثقيب الشائعة التثقيب الإسفيني والتثقيب المستقيم. يناسب التثقيب الإسفيني الصخور متوسطة الليونة إلى اللينة: تُنشئ ثقوب الشقوق المائلة سطحًا حرًا إسفينيًا للتفجير اللاحق. يُستخدم التثقيب المستقيم للصخور الصلبة، حيث تُنشئ الثقوب الفارغة المتوازية سطحًا حرًا ومساحة تعويض، بينما تُحدث الثقوب المشحونة المحيطة بها الكسر. دُرست وطُبّقت تقنيات تثقيب مبتكرة، مثل التثقيب بالتجويف والتثقيب بقذف الشظايا (مركز أبحاث السرطان في مقاطعة كولومبيا)؛ على سبيل المثال، يُعزز تصميم التثقيب المتوازي بفتحات قذف مزدوجة (P-دي اف اتش) الشحنات السفلية ويُنتج تفجيرًا على مرحلتين يُشكل تجويفًا أكثر اكتمالًا، متجاوزًا بذلك قيود الحفر الكثيف التقليدي.
تحديد معلمات فتحة الثقب: حدد عمق فتحة الثقب، والتباعد، والزاوية. عادةً ما يكون عمق فتحة الثقب أكبر بنسبة 15%-20% من عمق فتحات التفجير الأخرى لضمان فعالية الثقب. بالنسبة للصخور متوسطة الصلابة، يمكن أن تتراوح زوايا الفتحات الإسفينية بين 60° و75°، مع تباعد يتراوح بين 0.5 و1.0 متر، حسب خصائص الصخور. أما بالنسبة لشق الفتحات المستقيمة، فتتراوح المسافة بين الفتحات الفارغة والفتحات المشحونة عادةً بين 0.2 و0.5 متر.
ثقوب مساعدة (بارزة): تُوضع بين ثقوب الفتحات والثقوب المحيطية لزيادة حجمها وتوفير سطح حر أفضل للشحنات المحيطية. عادةً ما تكون المسافة بين الثقوب المساعدة أكبر قليلاً من المسافة بين الثقوب المحيطية، وقد تكون الشحنات المتفجرة أكبر نسبيًا. في الصخور متوسطة الصلابة، يمكن أن تتراوح المسافة بين الثقوب المساعدة بين 0.6 و0.8 متر، مع تعديل كميات الشحنات وفقًا لخصائص الصخور.
ثقوب محيطية (كونتورية): تُستخدم للتحكم في شكل الانجراف وضمان توافق المقطع العرضي مع أبعاد التصميم. يُعدّ تباعد الثقوب المحيطية وكمية الشحنات أمرًا بالغ الأهمية للتحكم في الشكل. تشير المحاكاة العددية والاختبارات الميدانية إلى أنه في ظل ظروف معينة - على سبيل المثال، في الانجرافات العميقة في منجم فوسفات كايانغ - فإن تباعد الثقوب المحيطية S = 0.70 متر، وكثافة الشحنة الخطية β = 0.9 كجم/م³، ومعامل فصل ζ = 2.5 يُعطي نتائج تفجير محيطية جيدة مع أدنى حد من الكسر الزائد/الكسر الناقص. يُقلل استخدام دكّ الرمل في الثقوب المحيطية من تلف الصخور المحيطة ويُحسّن استخدام الطاقة الانفجارية.
تصميم معاملات التفجير: حساب كمية الشحنة: تُعد كمية الشحنة عاملاً رئيسياً يؤثر على نتائج التفجير، وعادةً ما تُحدد بخصائص الصخور، وقطر الثقب، وعمقه، وتباعده. تتضمن الصيغ التجريبية الشائعة صيغة الحجم وصيغة الاستهلاك لكل وحدة. على سبيل المثال، صيغة الحجم Q = كم فولت، حيث Q هي الشحنة، وq هي استهلاك المتفجرات لكل وحدة حجم صخر، وV هو حجم الصخر المراد تفجيره. يعتمد استهلاك الوحدة q على قوة الصخر، ويتراوح عادةً بين 0.3 و1.5 كجم/م³.
تسلسل الإطلاق وأوقات التأخير: يُمكن لتسلسل الإطلاق وأوقات التأخير المُحكمة التحكم في اهتزازات التفجير وتحسين الكسر. عادةً، تُطلق ثقوب الشقوق أولاً، ثم الثقوب المُساعدة، وأخيراً الثقوب المحيطية. يجب أن تُراعي أوقات التأخير زمن كسر الصخور وقذفها، بالإضافة إلى تقليل الاهتزاز. على سبيل المثال، يُمكن أن تتراوح فترات التأخير بين ثقوب الشقوق والثقوب المُساعدة بين 25 و50 مللي ثانية، وبين الثقوب المُساعدة والثقوب المحيطية بين 50 و100 مللي ثانية. يُمكن استخدام المحاكاة العددية والاختبارات الميدانية لتحسين أوقات التأخير، بهدف تحسين التفتت وتقليل الاهتزاز.
اختيار مواد ومعدات التفجير: اختيار نوع المتفجرات المناسب لظروف المنجم. في أعمال الحفر الانجرافي تحت الأرض، تُستخدم عادةً متفجرات ذات أمان جيد وقوة متوسطة، مثل متفجرات المستحلب. تتميز متفجرات المستحلب بمقاومة جيدة للماء وأداء مستقر، مما يجعلها مناسبة لمعظم عمليات التفجير تحت الأرض. في مناجم الفحم المعرضة للغاز، يجب استخدام المتفجرات المعتمدة للاستخدام في المناجم فقط، وفقًا للوائح السلامة.
اختيار أجهزة البدء والتفجير: تشمل أجهزة البدء الشائعة المفجرات الكهربائية والمفجرات الأنبوبية الصدمية (غير الكهربائية). تتميز المفجرات الكهربائية بسهولة تشغيلها وموثوقيتها، إلا أنها قد تكون خطرة في البيئات ذات التيارات الشاردة. تتميز مفجرات الأنبوب الصدمية بمقاومتها للتيارات الساكنة والشاردة، وتُستخدم على نطاق واسع في أعمال التفجير تحت الأرض. أما في بيئات التفجير المعقدة، فيمكن استخدام المفجرات الإلكترونية؛ فهي تتيح ضبطًا دقيقًا للتوقيت، مما يُحسّن فعالية التفجير وسلامته.
التنبؤ بتأثيرات التفجير وتقييمها: التنبؤ بالمحاكاة الرقمية: استخدم برامج المحاكاة الرقمية (مثل أنسيس/LS-داينا) لبناء نموذج رقمي للتفجير الانجرافي. من خلال إدخال المعلمات الميكانيكية للصخور، وتصميم الحفرة، ومعايير التفجير، يُمكن محاكاة كسر الصخور، وتناثرها، واهتزازها أثناء التفجير. على سبيل المثال، يُمكن للمحاكاة تقييم آثار طرق التثقيب المختلفة ومعايير التفجير على نتائج الحفر، وتوفير أساس لتحسين التصميم.
تقييم التجارب الميدانية: إجراء تجارب ميدانية على نطاق صغير قبل الحفر الكامل. تقييم فعالية التفجير من خلال مراقبة تفتت الصخور، وتكوين انجرافات الصخور، وقياس اهتزازات التفجير. تعديل وتحسين التصميم بناءً على نتائج التجارب لضمان أداء مُرضٍ في مشاريع البناء واسعة النطاق.
إجراءات السلامة: تحديد مسافات الأمان: تحديد مسافات أمان للتفجير بناءً على كمية المتفجرات وخصائص الصخور. تحديد مناطق محظورة ضمن مسافة الأمان وتأمينها لمنع الوصول غير المصرح به. بالنسبة للتفجير الانجرافي تحت الأرض، تتراوح مسافات الأمان عادةً بين 100 و300 متر، مع تحديد قيم محددة لكل حالة على حدة.
التهوية والتحكم بالغبار: يُنتج التفجير غازات وغبارًا يجب إزالتهما فورًا. استخدم مراوح وقنوات تهوية موضعية ومعدات تهوية أخرى لضمان جودة الهواء وفقًا لمعايير السلامة. بالإضافة إلى ذلك، استخدم رشاشات المياه والرذاذ لتقليل تعرض العمال للغبار.
التحكم في اهتزازات التفجير: يُمكن تقليل آثار اهتزازات التفجير على الصخور والهياكل المحيطة من خلال تحسين معايير التفجير، من خلال التحكم في حجم الشحنة، واستخدام تسلسلات وتأخيرات التفجير المناسبة. في المناطق الحساسة للاهتزازات، يُمكن للتقسيم المسبق والتفجير السلس وغيرها من التقنيات المُتحكّم فيها الحدّ من الاهتزازات بشكل أكبر.
الخلاصة: يُعد تصميم خطة تفجير الصخور لحفر انجراف المناجم تحت الأرض مهمةً معقدةً ومنهجيةً تتطلب مراعاة الظروف الجيولوجية، والمتطلبات الهندسية، ومواد التفجير، وإجراءات السلامة. من خلال تصميمٍ عقلانيٍّ للحفر، وتصميمٍ دقيقٍ لمعايير التفجير، واختيارٍ مناسبٍ للمتفجرات وأنظمة البدء، وإجراءات سلامةٍ صارمة، يمكن تحقيق حفر انجرافيٍّ فعالٍ وآمنٍ واقتصادي. ينبغي استخدام المحاكاة العددية والتجارب الميدانية للتنبؤ بأداء التفجير وتقييمه، وللتحسين المستمر للتصاميم لتلبية الظروف الخاصة لمختلف المناجم، وتحسين كفاءة التعدين والعوائد الاقتصادية.
