تحديد مناطق متجانسة لخصائص ميكانيكا جدران الشقوق الصخرية في منحدر منجم مفتوح بواسطة نموذج التعميم المكدس متعدد المؤشرات

لماذا تهم قوة الشقوق الخفية

على ارتفاع كبير فوق الشاحنات والحفارات في المنجم المفتوح، يحدد استقرار جدران الصخور المتدرجة ما إذا كان يوم العمل سيكون روتينياً أم كارثياً. هذه الجدران ليست كتلًا صلبة بل مقطوعة بشقوق ومسامّ طبيعية لا حصر لها تُسمى المفاصل. تؤثر حالة الأسطح الصخرية الرقيقة على طول تلك المفاصل بشدة في ما إذا كان المنحدر سيبقى ثابتًا أم سيفشل. يوضح هذا البحث كيف يمكن لنهج حديث معتمد على البيانات رسم خرائط لمناطق ذات جودة مفصلية متشابهة على طول جدار المنجم، موفراً صورة أوضح وأكثر موضوعية لمواضع الأمان والمخاطر على المنحدرات.

الصخور المتشققة ليست كلها متشابهة

في منجم مفتوح، غالبًا ما يقسم المهندسون الكتلة الصخرية إلى "مناطق متجانسة" — مناطق يتصرف فيها الصخر بشكل متقارب إلى حد ما. الأنظمة التقليدية، مثل درجات جودة الصخور المستخدمة منذ زمن طويل، تضغط العديد من الملاحظات في درجات واحدة. وعلى الرغم من فائدتها للقرارات العامة، فإنها قد تمحو الفوارق الدقيقة التي تهم بالفعل على طول أسطح المفاصل. تتفاوت المفاصل في قوتها، ومدى سهولة تفككها عند البلل والجفاف، ودرجة التجوية، وكثافة توزيعها. إن معاملة المنحدر كله ككتلة موحدة قد تغفل عن مناطق فرعية أضعف يمكن أن تبدأ منها عمليات الفشل.

قياس ما يتحكم فعلاً في سلامة المنحدرات

يركز المؤلفون مباشرة على الخصائص الميكانيكية لجدران المفاصل في منجم رصاص–زنك واسع في يونّان، جنوب غرب الصين. ضمن تكوين رملي واحد، جمعوا 153 عينة صخرية وقيَسوا بعناية خمسة مؤشرات رئيسية. تشمل هذه مدى قوة سطح المفصل في الانضغاط (باستخدام مطرقة الارتداد على المفاصل المكشوفة)، ومقاومة الصخر للتفكك تحت البلل والجفاف المتكرر، ومقياسين يعكسان درجة التجوية، وعدد المفاصل التي تقطع الصخر لكل وحدة طول. معًا تلتقط هذه القياسات مدى احتمالية ضعف المفاصل أو اتساعها وانزلاقها تحت وزن منحدر المنجم.

من بيانات الحقل إلى تقسيم ذكي للمناطق

بدلاً من الاعتماد على نظام تصنيف واحد أو نموذج واحد، لجأ الباحثون إلى استراتيجية تعلم آلي تُسمى التعميم المكدس. ببساطة، تتعلم عدة خوارزميات مختلفة أنماطًا في البيانات أولاً وتصدر كل منها توقعاتها بشأن المنطقة الفرعية التي تنتمي إليها كل عينة. ثم يتعلم نموذج "الميتا" النهائي كيفية الجمع بين هذه الآراء لصنع قرار واحد أكثر موثوقية. لمساعدة النظام على التعرف على العلاقات المنحنية الدقيقة بين المؤشرات الخمسة وسلوك الصخر، وسع المؤلفون القياسات الخام إلى حدود تربيعية ومنتجات متقاطعة، ثم استخدموا مرشحًا قائمًا على المعلومات للاحتفاظ فقط بالعناصر الأكثر إفادة.

أربع مناطق، منحدر واحد

باستخدام 53 عينة تم تحديد مناطقها الفرعية ميدانيًا، درب الفريق ونقح ستة نماذج تعلم آلي شائعة، ثم بنوا نموذجًا مكدسًا من أفضل ثلاثة أداءً. حقق هذا التجميع دقة متوازنة تقارب 94 بالمئة في تصنيف العينات الصخرية إلى أربع مناطق فرعية، متفوقًا بشكل ملحوظ على أي نموذج فردي. ثم أُسندت العينات المائة المتبقية، التي جُمعت من مناطق ذات مظهر بصري غامض، إلى مناطق بواسطة النموذج المكدس. أدى تمثيل جميع النقاط الـ153 المصنفة على خريطة جيولوجية للحفرة إلى كشف أربع مناطق متجانسة متميزة تمتد عبر المنحدر، لكل منها قوة مفصلية مميزة وحالة تجوية وكثافة مفاصل خاصة بها.

ما يعنيه هذا لسلامة المناجم

بالنسبة لمخططي المناجم ومهندسي السلامة، تكمن الفائدة في خريطة أكثر واقعية لمواضع القوة والضعف الجوهرية في المنحدرات. بدلاً من افتراض أن مجموعة واحدة من خواص الصخور تنطبق في كل مكان، يمكنهم تعيين بارامترات ميكانيكية مختلفة لكل منطقة في حسابات الاستقرار والمحاكاة العددية. يساعد هذا في تضييق نطاق الأماكن التي تحتاج إلى تدعيم أو تصريف أو تغييرات تصميمية على وجه السرعة، مع تجنب الحذر المفرط غير الضروري في أماكن أخرى. وعلى الرغم من أن العمل الحالي مبني على منجم رملي واحد، فإن المنهج يعتمد على قياسات يمكن إجراؤها في معظم أنواع الصخور. مع مزيد من البيانات من مواقع أخرى، قد يصبح إطار النمذجة المكدسة هذا وسيلة معيارية لتحويل قياسات جدران المفاصل المفصلة إلى إرشادات عملية قائمة على المناطق للحفاظ على استقامة منحدرات المناجم المفتوحة على المدى الطويل.

الاستشهاد: Yu, X., Zheng, A., Ye, J. et al. Delineating homogeneous zones for rock joint wall mechanical properties in open-pit mine slope based on a multi-indicator stacked generalization model. Sci Rep 16, 5117 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35547-w

الكلمات المفتاحية: استقرار المنحدرات, التعدين المفتوح, شقوق الصخور, التعلّم الآلي, التقسيم الجيوتقني