تأثير حجم الجسيمات والرطوبة على تكون غبار الفحم القابل للاستنشاق في مناجم البيتومين غير الرسمية بباكستان

لماذا يهم غبار الفحم الجميع

بعيدًا عن المناجم الضخمة الميكانيكية التي تُرى في صور الأخبار، لا يزال جزء كبير من الفحم حول العالم يُستخرج يدويًا في أنفاق صغيرة سيئة التهوية. في مناجم الفحم غير الرسمية في باكستان، يقضي العمال ساعات طويلة في هواء مملوء بالغبار يمكن أن يترك ندوبًا دائمة على رئتيهم. تدرس هذه الدراسة سؤالًا أساسيًا لكنه مفاجئ التعقيد: كيف يؤثر حجم جزيئات الفحم والرطوبة التي تحتويها على كمية الغبار الخطير المتولد—وإلى أي مدى يمكن كبح هذا الغبار بالماء—تحت الظروف الحارة والجافة الشائعة في هذه المناجم؟

العالم الخفي لغبار الفحم

في حقل الفحم أخوروال قرب دارا آدم خيل في شمال غرب باكستان، تكون شُعَب الفحم رقيقة وهشة ومليئة بالشقوق. يعمل العُمّال في ممرات ضيقة غير مهواة باستخدام أدوات يدوية وطرق تحميل بسيطة. تؤدي هذه الظروف المادية والتشغيلية إلى تفتت الفحم إلى شظايا دقيقة تبقى معلقّة في الهواء كسحب غير مرئية. الجسيمات الأصغر خفيفة بما يكفي لتصل إلى أعماق الرئتين، حيث ترتبط بأمراض مثل تليف رئة عمال الفحم والالتهاب الشعبي المزمن. كما أن فحوم باكستان غير عادية: تحتوي على كميات عالية من الرماد المعدني وقليل من الرطوبة الطبيعية، وتستخرج في مناخ شبه جاف—وهي خصائص تختلف عن الفحوم التي تستند إليها معظم إرشادات التحكم في الغبار الدولية.

من الصخر إلى الغبار في المختبر

لفهم سلوك هذا الفحم تحديدًا، جمَع الباحثون عينات من معدن العمال في أخوروال وأعادوا خلق ظروف تشبه المناجم في المختبر: درجة حرارة عالية، رطوبة منخفضة، وتساقطات قصيرة تحاكي التعامل بالمجرفة إلى العربة. ثم فرّقوا الفحم إلى ثلاث مجموعات حجمية: خشن (>75 ميكرومتر)، متوسط (45–75 ميكرومتر)، ودقيق (<45 ميكرومتر). لكل مجموعة قاسوا مدى احتفاظ الفحم بالماء، وكيف يغيّر الفحم حموضة الماء (درجة الحموضة)، ومدى انتشار الماء على أسطح الفحم المدموغة باستخدام قياسات زاوية التماس الدقيقة للقطرات. ونظرًا لافتقار باكستان إلى غرف اختبار متخصصة لقياس الغبار المحمول جوًا مباشرة، جمع الفريق نتائج المختبر مع علاقات منشورة من دراسات مماثلة لتقدير، بدلًا من قياس، مدى فعالية الرطوبة في قمع الغبار.

ما الذي تفعله فعلاً حجم الجسيمات والرطوبة

أظهرت الاختبارات فحمًا عنيدًا وجافًا ومقاومًا للماء بشكل مفاجئ. احتفظت الجسيمات الدقيقة برطوبة أكثر قليلًا من الخشنة، لتصل في أفضل الأحوال إلى نحو 6.6 بالمئة ماء بالوزن، لكن هذا الاختلاف كان محدودًا وغير قوي إحصائيًا. بقيت جميع الفُرَزات أقل بكثير من مدى الرطوبة 8–12 بالمئة الذي يُرى غالبًا في فحوم المعيار الدولي، وأدنى من مستوى الرطوبة تقريبًا الذي تقترحه دراسات عديدة (حوالى 8 بالمئة) المطلوب للتحكم القوي في الغبار. مع تصغير الجسيمات، مال الماء المحيط بها إلى قيمة pH قريبة من المتعادل، ويربط المؤلفون ذلك بالتعرّي الجزئي وذوبان معادن كربونات مثل الكالسيت. ومع تغير الكيمياء، ظلت أسطح الفحم مقاومة للبلل: أظهرت زوايا تماس تتراوح بين نحو 72 و109 درجات سلوكًا محبًا للماء إلى حد كبير، لا سيما في الغبار الأدق القابل للاستنشاق. أمّا الضغط والدمك، الذي يحاكي الضغط والتعبئة أثناء المناولة، فجعلا الأسطح أقل قابلية للبلل.

حدود التحكم في الغبار باستخدام الماء فقط

باستخدام نماذج معتمدة للفحم البيتوميني عالي الرماد، استنتج المؤلفون أن رفع الرطوبة من نحو 4 بالمئة إلى الحد الأقصى 6.6 بالمئة سيخفض مستويات الغبار بنحو 35–58 بالمئة، اعتمادًا على حجم الجسيمات وشدّة الاضطراب. هذا مفيد لكنه بعيد عن الحماية الكاملة للعمّال المتعرضين للهواء. يجمع مناخ المناجم شبه الجاف، والرطوبة الطبيعية المنخفضة، والأسطح الكارهة للماء للفحم إلى أن الماء المضاف يتبخر بسرعة ولا يشكل أفلامًا متصلة أو جسورًا سائلة قوية بين الجسيمات. تلك «اللُصق» المائية المفقودة تقلل من قدرة القطرات على ربط حبيبات الغبار معًا ومنعها من أن تصبح محمولة جوًا، خاصة في أدق نطاقات الحجم التي تشكل أكبر خطر صحي. وتشير الدراسة أيضًا إلى قيود رئيسية: لم تُقاس مستويات الغبار مباشرة، واستُنتِجت تفاصيل المعدن جزئيًا من أعمال سابقة بدلًا من تصويرٍ جديد لنفس العينات.

ماذا يعني هذا لمناجم أكثر أمانًا

لعمال دارا آدم خيل والعمليات غير الرسمية المماثلة في دول الجنوب العالمي، الرسالة واضحة: رش الماء وحده غير كافٍ. قدرة الفحم المحدودة على الاحتفاظ بالرطوبة وأسحه الطبيعي الكاره للماء يضعان حدًا صارمًا لما يمكن أن يحققه الماء بمفرده، خاصة تحت ظروف حارة وجافة. يجادل المؤلفون بأن إدارة الغبار الفعالة ستتطلب مزيجًا أذكى من الاستراتيجيات: إيصال الرطوبة إلى أماكن توليد الغبار الأدق، وتجنّب الدمك غير الضروري الذي يخفي الأسطح المعدنية القابلة للبلل، وتعديل درجة الحموضة بلطف، واستخدام عوامل مساعدة غير أيونية—مضافات شبيهة بالصابون تساعد الماء على الانتشار والالتصاق على الفحم الكاره للماء. وبينما لا تزال هناك حاجة لمزيد من التجارب الميدانية ودراسات معدنية مفصّلة، يوفر هذا العمل أساسًا علميًا عمليًا لتصميم تدابير منخفضة التكلفة ومناسبة محليًا للسيطرة على الغبار يمكن أن تحسّن بشكل كبير الصحة التنفسية للعمّال الذين يعملون في الخطوط الأمامية المغبرة لاقتصاد الطاقة.

الاستشهاد: Khan, S., Song, Z. Effects of particle size and moisture on respirable coal dust generation in pakistan’s informal bituminous mines. Sci Rep 16, 11912 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38661-x

الكلمات المفتاحية: غبار الفحم, جسيمات قابلة للاستنشاق, سلامة المناجم, قابلية البلل, تعدين الفحم في باكستان