بحث في كفاءة التحسين للغربلة الاهتزازية الثانوية بناءً على محاكاة EDEM

لماذا يهم فرز الصخور للسدود الكبيرة

عندما يبني المهندسون سدودًا ضخمة من الحشوة الصخرية أو قواعد سكة حديد، لا يقتصر العمل على رمي الصخور بعشوائية. يجب التحكم بعناية في مزيج أحجام تلك الصخور حتى تكون البنية قوية ومستقرة ولا تتسرب. يعتمد التحقق من هذا المزيج ميدانيًا على آلات تهتز لتفريق الحصى فوق شاشات معدنية لفصل القطع الكبيرة عن الصغيرة. تستعرض هذه الورقة كيف يمكن جعل هذه الشاشات الاهتزازية تعمل بشكل أفضل، حتى يتمكن المهندسون من الوثوق بقياساتهم وباستهلاك وقت وطاقة أقل.

كيف تفصل الشاشات المهتزة أكوام الصخور

تبدو الشاشات الاهتزازية التقليدية بسيطة: صندوق به شبكة أو أكثر من الشبكات المعدنية تهتز بواسطة محركات. تتدفق الصخور عند أحد الطرفين وتسافر على السطح. تسقط القطع الصغيرة عبر الفتحات، بينما تمر الأكبر فوقها. في الواقع، العملية رقصة معقدة. تصطدم الجسيمات ببعضها وبالسطح المعدني، تُقذف في الهواء، وتنزلق أو تتدحرج بحثًا عن فتحة. عوامل مثل ميل الشاشة، وحجم الحركة الاهتزازية، والزاوية التي يتم توجيه الاهتزاز بها تؤثر كلها على مدة بقاء كل حجر على الشبكة واحتمال أن يجد الفتحة المناسبة.

استخدام الصخور الافتراضية بدل التجربة والخطأ

بما أن سلوك الحشوة الصخرية يعكس مليارات القطع المنفصلة بدل سائل أملس، استخدم الباحثون نهجًا حاسوبيًا يُعرف بطريقة العناصر المنفصلة، مطبقة في برنامج EDEM. في هذا الإعداد الافتراضي، يُنمذج كل جسيم كجسم منفصل يمكنه التحرك والاصطدام والارتداد والتدحرج تحت تأثير الجاذبية والاهتزاز. بنى الباحثون نسخة رقمية من شاشة مكوّنة من أربع طبقات ذات أحجام فتحات 100 و60 و40 و20 مليمترًا، لتلبية احتياجات مشاريع السدود الصخرية. أدخلوا آلاف «الحجارة» الرقمية بأحجام مختلفة وتتبّعوا عددها الذي انتهى في الحاوية الصحيحة عبر مئات تجارب المحاكاة.

إيجاد النقطة المثلى للاهتزاز

درس الفريق أولاً كيف تؤثر اختيارات التصميم الأساسية على الأداء. أثبتت إضافة المزيد من طبقات الشاشة أهميتها: تركت الشاشة ذات الطبقة الواحدة العديد من الأحجام مختلطة معًا، مع كفاءة إجمالية تقارب 81%، بينما رفعت التصميم المكوّن من أربع طبقات هذه النسبة إلى ما يقارب 94%. بعد ذلك عدلوا الحركة نفسها. وجدوا أن ميلًا معتدلاً بنحو 15 درجة، وسعة اهتزاز 10 مليمترات، وترددًا يقارب 24 هرتز أعطت أفضل النتائج. قلة الحركة تؤدي إلى تكتل الصخور وسد الفتحات؛ وكثرة الحركة تجعل الصخور تُقذف بعنف بحيث تقل مدة تلامسها مع الشاشة، أو تعاد الجزيئات الدقيقة إلى التدفق العلوي. منحنى الاهتزاز المائل بنحو 30 درجة عن العمودي حقق أفضل توازن بين الارتداد والانزلاق، مما رفع الكفاءة الإجمالية إلى نحو 96% في الظروف المثالية.

منح كل حجر فرصة ثانية

حتى الشاشات المصممة جيدًا التي تعمل بعبور واحد تترك بعض الجزيئات الدقيقة تخرج مع الصخور الأغلظ. لمعالجة ذلك، اقترح المؤلفون تغييرًا بسيطًا لكنه فعالًا: وضع «غربال مساعد» صغير داخل كل قادوس جمع تحت الأغطية الرئيسية. عند تساقط المادة من الشاشات الرئيسية، تواجه طبقة ثانية من الشبك بنفس حجم الفتحات. في الاختبارات الافتراضية، مددت هذه الخطوة الزمن الذي تقضيه الصخور على التلامس مع الشبك ومنحت الجسيمات الدقيقة المحبوسة فرصة إضافية للسقوط. بالنسبة للجسيمات الصغيرة جدًا وبعض الأحجام المتوسطة والكبيرة، ارتفعت الكفاءة بمقدار 3–7 نقاط مئوية، وتحسّن الأداء الكلي من 92.4% إلى 96.5%.

ماذا يعني هذا للمشاريع الواقعية

للشروعين المسئولين عن السدود والمناجم والأعمال الترابية الواسعة، تشير هذه النتائج إلى أن تعديلات تصميم متواضعة يمكن أن توفر فصلًا أنقى للأحجام دون الحاجة لمعدات غريبة. عبر اختيار ميل الشاشة بعناية، وقوة الاهتزاز، واتجاه الاهتزاز—وبإضافة شاشة إضافية بسيطة داخل قواطر الجمع—يمكن للمشغلين تقليل عدد الصخور «الخاطئة الحجم» التي تتسرب بدرجة كبيرة. وبينما تستند الدراسة إلى محاكاة مفصّلة بدلاً من تجارب ميدانية كاملة النطاق، فإنها تشير إلى طريق نحو أنظمة غربلة أكثر موثوقية وكفاءة تساعد على جعل البنى التحتية الحرجة أكثر أمانًا وطول عمر.

الاستشهاد: Zhu, C., Long, H., Peng, Z. et al. Research on the optimization efficiency of secondary vibrating screening based on EDEM simulation. Sci Rep 16, 6746 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37230-6

الكلمات المفتاحية: غربال اهتزازي, سد صخري مرصوف, محاكاة الجسيمات, EDEM DEM, غربلة ثانوية