دراسة تحسين تقسيم التعدين العرضي خلال مرحلة توسيع الطاقة في مناجم الفحم السطحية شبه الأفقية

لماذا يهم إعادة تشكيل الحفر الضخمة للفحم

في كثير من أنحاء العالم لا تزال الكهرباء والصناعة تعتمدان بشكل كبير على الفحم. في الصين، توفر مناجم سطحية واسعة معظم هذا الوقود، لكن عندما تكبر هذه العمليات قد تصبح أقل أمانًا وأكثر تكلفة وأكثر إلحاقًا بالضرر بالمشهد الطبيعي. تبحث هذه الورقة كيفية إعادة تنظيم تخطيط أحد هذه المناجم في شمال شرق الصين لزيادة الإنتاج بأمان، مع تقليل النفايات وتحسين استخدام الأراضي والمعدات. الأفكار المطورة هنا ذات صلة في أي مكان تحتاج فيه مناجم سطحية كبيرة إلى التوسع دون ارتفاع مفرط في التكاليف أو المخاطر.

من حفرة كبيرة واحدة إلى مناطق تشغيل أكثر ذكاءً

يُنتج منجم باوقينغ تشاويانغ السطحي للفحم حاليًا نحو 7 ملايين طن من الفحم سنويًا ويهدف إلى الوصول إلى 11 مليون طن. يعمل المنجم على طبقة فحم شبه مسطحة باستخدام تخطيط تقليدي «طولي»: يتقدم جبهة التعدين بشكل تقريبي مستقيم، وتنقل الشاحنات الصخر المكسور والتربة إلى مراكم النفايات. مع ارتفاع الإنتاج، يسبب هذا الترتيب مشكلات. خط التعدين النشط قصير جدًا، لذا يجب أن تتقدم الحفرة بسرعة كل عام، مما يجهد المعدات والجدولة. المراكم الداخلية داخل الحفرة تمتلئ، ومنحدراتها المنخفضة والممسوحة تختلف عن قيم التصميم، ما يشير إلى عدم الاستقرار ويترك مساحة قليلة للمواد الإضافية. في الوقت نفسه، يصعب توسيع مراكم النفايات الخارجية لأنها تتطلب أرضًا أكثر. يجادل المؤلفون بأنه بدلًا من الحفر بسرعة أكبر بنفس النمط، ينبغي تقسيم المنجم إلى عدة «مناطق عرضية» أوسع تتماشى أفضل مع طبقة الفحم وتخفف الضغط على مراكم النفايات.

إيجاد نقطة التوازن لطول الحفرة والتكلفة

السؤال المركزي هو: كم ينبغي أن يكون طول جبهة التعدين النشطة؟ إذا كانت قصيرة جدًا، يجب أن تتقدم الحفرة بسرعة كبيرة، ما يزيد مخاطر الانحدار ويجعل الشاحنات تسافر أكثر صعودًا وهبوطًا. إذا كانت طويلة جدًا، قد تُفرّق المعدات ويزداد طول النقل داخل الحفرة، مما يرفع التكاليف أيضًا. بنى الفريق نموذجًا هندسيًا وتكلفيًا بسيطًا يربط الإنتاج السنوي للفحم، وسمك وكثافة طبقة الفحم، ومعدل التقدم المسموح به، وسمك الصخور النفاية بكل من نسبة التجريد (كمية الصخر التي يجب نقلها لكل طن فحم) وتكلفة التفجير والحفر والنقل. يوضحون أن التكلفة الإجمالية للتجريد تتصرف مثل منحنى على شكل حرف U ضحل مع زيادة طول خط العمل: الخطوط القصيرة جدًا مكلفة لأن النفايات يجب نقلها من جدران نهاية شديدة الانحدار، بينما تضيف الخطوط الطويلة جدًا مسافات نقل. للإنتاج المستهدف البالغ 11 مليون طن سنويًا، يشير النموذج إلى أن طول خط العمل الاقتصادي يتراوح بين نحو 1.35 و2.05 كيلومتر، مع نقطة أمثلية حول 1.35 كيلومتر وتقدم سنوي يقارب 400–500 متر. هذا النطاق يوجه بعد ذلك عرض كل منطقة تعدين جديدة.

تحويل المنجم جانبًا لمنحدرات نفايات أكثر أمانًا

بعد ذلك، يستكشف المؤلفون ما يحدث إذا تم تدوير المنجم تدريجيًا من تخطيط طولي إلى تخطيط جانبي (عرضي)، بحيث يسير التعدين والطرح بما يتماشى أكثر مع الانحدار اللطيف لطبقة الفحم. باستخدام تصور مبسط لاستقرار المنحدر، يشرحون أنه في النمط الحالي، تقع مراكم النفايات الداخلية عبر اتجاه ميل الطبقات الصخرية الأساسية. هذا الشكل الهندسي يميل إلى زيادة المكون الهبوطي الفعّال الذي يتحكم في الانزلاق ويقصر مسار الانزلاق المحتمل، مما يجعل أكوام النفايات أكثر عرضة للانزلاق. في التخطيط العرضي، تُبنى المراكم الداخلية بشكل أقرب إلى اتجاه الميل الطبيعي. هذا يقلل المكون الهبوطي، ويطيل مسار الانزلاق، ويزيد القوى المقاومة في الصخر والنفايات. ببساطة، يمكن تكديس نفس كمية النفايات في أشكال واتجاهات أقل عرضة للفشل. كما أن هذه الهندسة الأفضل تنظم الصرف وتجعل المدرجات أكثر انتظامًا، وهما أمران مهمان لصحة المنحدر على المدى الطويل.

مقارنة أربع مخططات ببطاقة تقييم عادلة

صمم مخططو المنجم بعد ذلك أربع طرق مختلفة لتقسيم الحفرة إلى مناطق واسعة، لكل منها تسلسل تقدّم وطرْح نفايات خاص. لكل مخطط مزايا وعيوب عملية: بعضها يفضّل الراحة قصيرة الأجل ومسافات شحن أقصر، وأخرى تفضّل عمرًا أطول أو تخطيطات أبسط للمعدات الكبيرة المستقبلية. لاختيار الأنسب، وضع المؤلفون بطاقة تقييم من ثمانية عناصر تزن الجيولوجيا، وقوة الصخر، وظروف المياه، وشكل السطح، والجهد الهندسي، والاقتصاد، والاضطراب البيئي، والتأثيرات الاجتماعية مثل الاستيلاء على الأراضي. بدلًا من الاعتماد على مؤشر واحد أو ترتيب موضوعي بحت، يمزجون نوعين من الأوزان: حكم الخبراء (طريقة التحليل الهرمي) وطريقة «الإنتروبيا» التي تنظر إلى مقدار المعلومات في كل مؤشر. ثم يدخلون هذه العوامل المرجحة في إطار يُسمى نظرية القياس غير المؤكد، والتي تتعامل مع الأرقام المختلطة وتقييمات الخبراء وتمنح لكل مخطط مستوى ثقة بوصفه «ممتازًا»، «جيدًا»، «متوسطًا»، أو «ضعيفًا».

الخطة الفائزة وما تقدمه

بموجب هذا التقييم المركب، يبرز المخطط الثاني بوضوح. يعيد تنظيم منطقة التعدين الأصلية إلى أربع مناطق عرضية واسعة، بخطوط عمل طويلة لكنها ما تزال قابلة للإدارة وتخطيط مناسب لأنظمة التعدين المستمرة أو شبه المستمرة المستقبلية مثل الكسارات والناقلات داخل الحفرة. تحصل هذه الخيار على درجة ثقة نحو 0.71 في فئة «ممتاز»، متقدّمًا بشكل ملحوظ على البقية. على مدى عمره، سيفتح نحو 971 مليون طن من الفحم، بمعدل تجريد متوسط قدره 5.8 متر مكعب من الصخر لكل طن فحم وعمر خدمة أقصى يزيد عن 34 عامًا. رغم أن مسافات النقل الداخلية أطول من الناحية المطلقة، فعندما توزع التكاليف على إنتاج أكبر وأكثر كفاءة، يظل يقدم أدنى تكلفة إجمالية لكل طن وهوامش أمان محسنة.

ما يعنيه هذا أبعد من منجم واحد

لغير المتخصص، الرسالة الرئيسية هي أن طريقة تقسيم وتشغيل حفرة مفتوحة ضخمة قد تهم بقدر ما يهم مقدار الفحم تحتها. من خلال ضبط طول جبهة التعدين النشطة رياضيًا وإعادة توجيه المنجم إلى مناطق عرضية تتماشى مع الجيولوجيا، يمكن زيادة الإنتاج مع تقليل كل من النفايات والمخاطر. يوفر نهج الدراسة—قائمة تحقق منظمة للعوامل التقنية والاقتصادية والبيئية والاجتماعية مجتمعة مع طريقة تقييم شفافة—قالبًا لمناجم سطحية كبيرة أخرى تواجه التوسع. يقترح أن التخطيط الدقيق يمكن أن يحول نمو القدرة من مقامرة إلى مسار موجه وأكثر استدامة.

الاستشهاد: Wen, Y., Song, Z., Su, Q. et al. Optimization study on transverse mining zoning during the capacity expansion stage of nearly horizontal open-pit coal mines. Sci Rep 16, 3908 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35908-5

الكلمات المفتاحية: تعدين الفحم السطحي, تخطيط المنجم, استقرار المنحدر, توسيع القدرة, تقييم متعدد المعايير