استراتيجيات وأساليب تحسين عمليات الحفر والتفجير تحت الماء
عدة إجراءات نظرية وفنية لتحسين عمليات الحفر والتفجير تحت الماء
1 المقدمة
من المعروف أن مشاريع الحفر والتفجير تحت الماء أكثر صعوبةً في التنفيذ نظرًا لوجود طبقة مائية تحت سطح الماء أثناء الإنشاء، مما يحول دون رصد نسيج سطح الصخور، وشقوق الكارست، وغيرها من الظروف الهيكلية، وتأثيرات التفجير مباشرةً. كما أن حالة التدفق المعاكسة للمنحدرات، والتيارات المتقاطعة، والدوامات في منطقة المياه، بالإضافة إلى الطمي والحصى الذي يغطي سطح الصخور، تزيد من صعوبة مشروع الحفر والتفجير تحت الماء.
انفجار المتفجرات ظاهرة تفاعل كيميائي عالي السرعة. يمكن أن تصل سرعة تفجير المتفجرات المدنية العامة إلى 3500-5000 متر/ثانية، مصحوبة بتوليد ضغوطات كبيرة مثل موجات الصدمة الهوائية والمائية والزلزالية. قد تُهدد هذه الضغوط وتُلحق الضرر بسلامة الأشخاص والحيوانات والسفن والمباني القريبة من نقطة الانفجار، وهو أمر يجب إيلاءه اهتمامًا كافيًا.
هناك خاصيتان رئيسيتان للمتفجرات عند انفجارها في الوسط (الصخر). الأولى هي أنه عندما تنفجر المتفجرات في صخر حفرة الحفر، فإنها تنتج درجة حرارة عالية وضغطًا عاليًا وقوة انفجار عالية السرعة يتم قذفها في اتجاه خط المقاومة الأدنى لنقطة الانفجار. هذه الخاصية هي الأساس النظري الرئيسي لحساب كمية المتفجرات والتفجير الاتجاهي؛ والثانية هي أنه بعد انفجار المتفجرات داخل الصخر، فإنها تنتج دوائر سحق ضغطية، ودوائر سحق رمية، ودوائر تلف مفكوكة، ودوائر اهتزازية متشققة من الداخل إلى الخارج. هذا هو الأساس النظري لحساب كمية المتفجرات المستخدمة في ثقوب الانفجار، والتباعد بين ثقوب الانفجار، والتباعد بين الصفوف.
2 الاختيار الصحيح للعديد من المعلمات المتعلقة بحساب كمية المتفجرات في حفر الانفجار في مشاريع الحفر تحت الماء وتفجير الشعاب المرجانية
منذ سبعينيات القرن الماضي، أدخلت بلادي منصات حفر قاعية من الخارج للحفر تحت الماء وتفجير الشعاب المرجانية. ونظرًا لأن أداة التصادم (مجموعة المطرقة ومثقاب الحفر) في منصة الحفر القاعية تُوضع دائمًا على السطح وداخل الصخور، فإن فقدان طاقة التصادم ضئيل جدًا وتأثير الحفر الصدمي مرتفع جدًا. لذلك، أصبح الحفر والتفجير تحت الماء أهم وأكثر طرق البناء فعاليةً في مشاريع تفجير الشعاب المرجانية تحت الماء في المجاري المائية.
في المواصفات الفنية لهندسة النقل المائي، صيغة حساب شحنة الحفر الانفجارية هي:
شحنة الصف الأول من الثقوب الانفجارية Q=0.9baH.
شحنة الصف الخلفي من الثقوب الانفجارية Q=q.باه.
في الصيغة أعلاه:
شحنة ثقب الانفجار Q----(كجم)؛
أ----تباعد حفرة الانفجار (م)؛
ب----تباعد صفوف الحفر الانفجارية (م)؛
ح. ----سمك طبقة الصخور الحفرية المصممة، بما في ذلك سمك القيمة العميقة للغاية المحسوبة (م)؛
س. ----استهلاك المتفجرات لوحدة تفجير الشعاب المرجانية تحت الماء (كجم/م3)، وهي قيمة تجريبية، يرجى الرجوع إلى الجدول 2.3.2 من المواصفات الفنية لهندسة النقل المائي للاختيار.
تُحدَّد صيغة حساب شحنة حفرة التفجير المذكورة أعلاه بشكل أساسي من خلال حاصل ضرب كمية الحجر المكسر بعد التفجير، بما في ذلك حساب الحجر المكسر فائق العمق، واستهلاك الحجر المتفجر، والمعامل التجريبي. صيغة الحساب بسيطة وواضحة، ولكن لضمان توافق شحنة حفرة التفجير مع الوضع الفعلي، وتجنب تراكم الحجارة وتلالها في منطقة التفجير بسبب شحنة حفرة التفجير، أو خشونة الحجر المفرطة بعد التفجير، مما يؤثر على كفاءة الحفر وإزالة الخبث، أو السحق المفرط للحجر، مما يزيد من تكلفة استهلاك المتفجرات، يجب اختيار المعايير ذات الصلة التالية بشكل صحيح.
2.1 طول فتحة الانفجار (L). المعلمات
في "المواصفات"، يجب أن يكون الارتفاع السفلي للآبار تحت الماء هو نفسه الارتفاع السفلي لنفس صف الثقوب، ويجب أن يكون طول الشحنة 2/3 ~ 4/5 من عمق الحفرة. تُستخدم القيمة الأصغر للصخور اللينة وتُستخدم القيمة الأكبر للصخور الصلبة. تكمن المشكلة الرئيسية هنا في ما إذا كانت الشحنة المحسوبة لثقب الانفجار تلبي متطلب المعلمة بأن يكون طول الشحنة 2/3 ~ 4/5 من عمق ثقب الانفجار. في ممارسة البناء الخاصة بتفجير الشعاب المرجانية تحت الماء، غالبًا ما يكون طول شحنة ثقب الانفجار أكبر من متطلب 2/3 ~ 4/5 من عمق ثقب الانفجار لأن قطر ثقب الانفجار صغير جدًا أو أن نسبة قطر المتفجرات المحملة بالخط إلى قطر ثقب الانفجار أقل من 0.80. أي أنه بعد شحن ثقب الانفجار، لا يوجد مساحة كافية لطول السدادة، وحتى عمق ثقب الانفجار لا يمكنه استيعاب الشحنة المحسوبة. عندما يكون طول شحنة ثقب التفجير طويلاً جدًا، غالبًا ما تتبقى حجارة وتلال حجرية في منطقة التفجير، مما يؤدي إلى عدم اكتمال التفجير. لحل هذه المشاكل والتغلب عليها، تتمثل الإجراءات الرئيسية في زيادة قطر ثقب التفجير بشكل مناسب أو تحسين جودة تغليف لفافة شحنة ثقب التفجير، وتقليل سمك الخيزران المربوط خارج اللفة بشكل مناسب، أو استخدام أنابيب بلاستيكية صلبة كتغليف لفافة لزيادة قطر عبوة الشحنة بشكل فعال، مع مراعاة أن يكون قطر عبوة الشحنة أكبر من أو يساوي 0.8 من قطر ثقب التفجير.
2.2 معلمات عمق الحفر الزائد في حفرة الانفجار h
يشير عمق الحفر الزائد لثقب الانفجار إلى قيمة عمق الحفر الزائد أسفل سمك الصخور المحفورة المصممة، بما في ذلك قيمة العمق الزائد المحسوبة (0.2 متر للحفر الأرضي و0.4 متر للحفر تحت الماء). يتم تحديده من خلال تشكيل حجم قمع التفجير التصميمي بناءً على المعامل التجريبي لقطر ثقب الانفجار والتباعد وتباعد الصفوف وشحنة ثقب الانفجار. يتم اختيار قيمة عمق الحفر الزائد h لـ "المواصفات" كمعامل من 1.0 إلى 1.5 متر. تحتوي هذه المعلمة على أساس نظري وعوامل تجريبية، ولكن في ممارسة البناء، عندما يظهر طول شحنة ثقب الانفجار L. عندما تكون القيمة أكبر من 2/3 إلى 4/5 من قطر البئر، يكون تأثير التفجير ضعيفًا بشكل عام. لحل هذا التناقض، كانت هناك محاولات لزيادة عمق الحفر الزائد إلى 2.0 إلى 2.2، أو حتى إلى 3 إلى 4 أمتار، بحيث تزيد شحنة البئر بشكل أعمى من عمق الحفر الزائد. وقد أظهرت الممارسة أن الصخور السفلية ليست فقط مهشمة للغاية، بل إن كتل الصخور السطحية كبيرة للغاية، مما يجعل عملية الحفر وإزالة الخبث صعبة، بل وتتطلب في كثير من الأحيان تفجيرًا ثانويًا، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في استهلاك الوحدة من المتفجرات وتكلفة الهندسة لتفجير الشعاب المرجانية تحت الماء.
2.3 تعديل استهلاك الوحدة من المتفجرات والمعلمات مثل تباعد حفر التفجير وتباعد الصفوف لتفجير الشعاب المرجانية تحت الماء
نظرًا للعوامل الجيولوجية والطبوغرافية المعقدة، مثل صلابة الصخور تحت الماء، وطبقيتها، وملمسها، وشقوقها، وعمق المياه، وغيرها، فإن الإجراء الأكثر موثوقية وأساسية لتحقيق فوائد عالية في مشاريع تفجير الشعاب المرجانية تحت الماء هو: قبل أعمال التفجير والحفر واسعة النطاق أو في المراحل المبكرة من البناء، إجراء اختبارات الحفر والتفجير والحفر وإزالة الخبث على مساحة صغيرة (100-600 متر مربع) من طبقات الحجر للتحقق في الوقت المناسب من التأثير الفعلي بعد التفجير. في حال وجود ظروف غير مواتية، مثل خشونة مفرطة لخبث الحجر بعد التفجير، وانخفاض كفاءة الحفر الآلي وإزالة الخبث، وعدم اكتمال تفجير ألواح الحجر المتبقية والتلال الحجرية، والسحق المفرط لخبث الحجر بعد التفجير، والاستهلاك المفرط للوحدة من المتفجرات، يجب تعديل التباعد، وتباعد الصفوف، وعمق الحفر الزائد، واستهلاك الوحدة من المتفجرات في ثقوب التفجير بشكل مناسب وفقًا للوضع الفعلي حتى يتم تحقيق فوائد جيدة بعد التفجير.
3 عدة تدابير تقنية لتحسين التأثير الفعلي لتفجير الشعاب المرجانية تحت الماء
3.1 تحديد موقع الحفر
في القناة المُصممة لتفجير الشعاب المرجانية تحت الماء، يُعدّ تحديد موقع كل حفرة تفجير بدقة إجراءً أساسيًا لمنع تفويت أو تكرار التفجير. بناءً على الخبرة، يُفضّل استخدام خريطة طبوغرافية للقناة بمقياس 1/100 إلى 1/300 وجهاز قياس المسافة الكلي لتحديد موقع الحفر وتنظيمه. لا يُنصح باستخدام ميزان أو شريط قياس مباشر لتحديد الموقع والترتيب، وذلك لضمان أن يكون موقع حفرة التفجير على بُعد 0.2 متر أو أقل من الموضع التصميمي. إذا كان الموقع الفعلي لحفرة التفجير في حالة جيولوجية سيئة، مثل وادي كارست، وكان الحفر مستحيلًا، فيجب الحفر في مكان مناسب بالقرب من موقع الحفر المُخطط له.
3.2 التدابير الرامية إلى تقليل عدد مرات التفجير
في مشاريع الحفر والتفجير واسعة النطاق، تؤثر الشقوق في تفجير الصخور الحدودية بعد كل عملية حفر وتفجير على كفاءة الحفر الاعتيادية التالية وكفاءة إزالة الخبث بدرجات متفاوتة. على سبيل المثال، في عملية حفر وتفجير حجري أساس رصيفين، مساحة كل منهما عشرات الأمتار المربعة، في رصيف معين، كانت كفاءة الحفر والحفر منخفضة للغاية بسبب الإجراءات غير السليمة لحفر ثقب أو ثقبين في كل مرة للتفجير متعدد الطبقات في مساحة صغيرة، وكانت مدة وتكلفة البناء أعلى بأكثر من ضعفين من المخطط له. لذلك، فإن زيادة إجراءات تفجير التحميل والأسلاك وتقليل عدد عمليات التفجير واسعة النطاق هي إجراءات فعالة لتحسين كفاءة العمل.
3.3 تدابير لتحسين معدل دقة التفجير على نطاق واسع
3.3.1 من أجل منع حدوث التفجير الأعمى لحزم حفرة التفجير بسبب مشاكل في التفجير الكمي للمفجرات ووصلات الخطوط، بالإضافة إلى التحقق بدقة من التفجير الكمي للمفجرات وخطوط نقل الطاقة قبل التفجير، أثبتت الممارسة أن الفاصل الزمني بين حزم الشحنة لكل حفرة تفجير يتم تحميله بحبلين تفجير على الأقل، وهو أحد التدابير الفعالة لتحسين معدل دقة تفجير الشعاب المرجانية تحت الماء.
٣.٣.٢ قبل كل عملية تفجير لمساحة كبيرة وآبار متعددة، يجب تصميم شبكة تفجير. عند تصميم الشبكة، يجب مراعاة مواد صواعق وأسلاك تفجير الآبار، وطريقة توصيل الخطوط، والأداء المقاوم للماء للعبوة المتفجرة. يجب إجراء اختبار محاكاة التفجير لتحسين تصميم الشبكة في الوقت المناسب. حاليًا، عند تفجير شبكة من الآبار المتعددة، عادةً ما يتم توصيل أسلاك تفجير بلاستيكية متعددة بالتوازي، ثم تجميعها مع صواعق كهربائية عيار ٨# أو قرع للتفجير. نظرًا لتوصيل أسلاك التفجير البلاستيكية المتعددة بالتوازي، يصعب ضمان دقة تفجير جميعها باستخدام الصواعق الكهربائية. لتحسين معدل الدقة، يمكن زيادة عدد الصواعق الكهربائية أو إضافة عبوات متفجرة صغيرة للتفجير. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم شبكة التفجير الأكثر أهمية بشكل مباشر أسلاك التفجير وتدابير أخرى مثل الاتصال المتوازي أو المتسلسل مع مجموعات متعددة من الآبار من أجل التفجير بالقرع.
3.3.3 على سطح الماء في منطقة التفجير ذات أنماط التدفق المعقدة، ضع خط شبكة التفجير على سطح الماء للعديد من العوامات لتسهيل توصيل الشبكة وتفتيشها، ومنع التيار السريع من التسبب في فصل السلك ورفضه الانفجار.
3.4 تدابير استخدام تقنية التفجير الدقيق
لا تعمل تقنية التفجير الدقيق مع تأخير بالمللي ثانية لشحن حفرة الانفجار على تقليل كمية المتفجرات في أكبر قسم (طلقة) قدر الإمكان لتقليل خطر الموجات الزلزالية والصدمة المائية على سلامة المباني والسفن القريبة فحسب، بل أيضًا، عندما يتم تنفيذ التفجير الدقيق في كل منطقة كبيرة متعددة الثقوب، يتم توزيع الموجات الزلزالية الناتجة عن تفجير كل حفرة انفجار لتقليل تراكب الإجهاد الزلزالي، مما يساعد على سحق الصخور وتحسين كفاءة إزالة الخبث الميكانيكية.
4 الخاتمة
تفجير الشعاب المرجانية تحت الماء مشروع نقل مائي خاص يتطلب هندسةً شاملة. أثناء البناء، يُعدّ التطبيق الدقيق والدقيق للمواصفات الفنية لهندسة النقل المائي ضمانًا هامًا للحصول على هندسة مشروع عالية الجودة والكفاءة. في التطبيق الدقيق لمختلف معايير الحساب والمقاييس الفنية الواردة في المواصفات، أو الاختبارات الصغيرة قبل البناء، أو في ممارسات البناء، والتلخيص والتصحيح المستمر وفقًا لظروف مختلفة، مثل الجيولوجيا الهندسية وأنماط المياه في كل موقع، يُمكن الحصول على معايير ومقاييس فنية قيّمة حقًا.
