أهمية الفحم الهيكلي في انفجارات الفحم والغاز الإقليمية في حقل فحم سيتشوان الجنوبي

مخاطر خفيّة تحت حقول الفحم

عميقًا تحت تلال سيتشوان الجنوبية في الصين يعمل عمال المناجم داخل طبقات فحم محشوة بغاز عالي الضغط. عندما ينفجر هذا الغاز فجأة مصحوبًا بالفحم، يمكن أن يقذف مئات أو حتى آلاف الأطنان من الصخور إلى الأنفاق في لحظة. تطرح هذه الدراسة سؤالًا عمليًا ذا تبعات حياة أو موت: هل يمكننا استخدام تركيب الفحم نفسه للتنبؤ بالمواقع التي يحتمل أن تحدث فيها هذه الانفجارات العنيفة قبل أن تبدأ عمليات التعدين؟

مشهد متشظٍ من طيات وسقوطات

حقل فحم سيتشوان الجنوبي معقّد جيولوجيًا، نحتته طيات عريضة وقطعه العديد من الفوالق. يبيّن المؤلفون أن هذا البناء يشكّل إلى حدّ كبير مناطق تراكم الغاز. تميل السواعد المائلة للطيّات الكبيرة والمناطق المحيطة بالفوالق الضيقة المختبئة إلى احتجاز الغاز، بينما يمكن أحيانًا أن تصرف الصخور الحاملة للمياه الغاز بعيدًا. مع غوص طبقات الفحم إلى أعماق أكبر، يزداد ضغط الصخور الضاغطة عليها، فيقفل الممرات الطبيعية لهروب الغاز ويطيل المسافة إلى السطح، كل ذلك يزيد محتوى الغاز ويعلي من احتمال حدوث انفجارات خطرة. في هذه المنطقة، يصنّف أكثر من أربعة من كل خمسة مناجم على أنها عالية الغاز أو معرضة للانفجار، وقد قذفت بعض الحوادث المنفردة ما يصل إلى 3100 طن من الفحم والصخور.

عندما يتحول الفحم الصلب إلى فحم هيكلي

تركز الدراسة على «الفحم الهيكلي» — وهو الفحم الذي تهشّم أو انزلق أو تليّن بفعل قوى تكتونية. مقارنة بالكتل السليمة، يكون هذا الفحم المتضرر أضعف وأكثر تفككًا وغنىً بمسام وشقوق. هذا يسهل دخول الغاز وتخزينه، ولكنه يجعل الفحم أيضًا أكثر عرضة للانهيار المفاجئ عند الاضطراب. من خلال تحليل عينات آبار عبر ثلاث مناطق تعدين، كمّ الباحثون كيف يرتبط نصيب الفحم الهيكلي ضمن الطبقة بمعاملين تحذيريين معياريين: معامل الصلابة f (مدى قوة الفحم) ومؤشر الانفجار المركب K. حيثما يشكّل الفحم الهيكلي جزءًا أكبر من الطبقة، ينخفض f ويرتفع K، مما يشير إلى فحم أنعم وأقل استقرارًا ومعرضًا لإطلاق الغاز بعنف.

السماكة كمُشغّل للانفجارات العنيفة

بعيدًا عن النسبة الإجمالية للفحم المتضرر، تبين أن سماكة طبقات الفحم الهيكلي الفردية ذات أهمية حاسمة. باستخدام سجلات من عدة مناجم، وجد الفريق أن شدة الانفجار تزداد أُسِّيًا مع نمو سماكة أضخم طبقة واحدة من الفحم الهيكلي. عندما تكون تلك الطبقة أضيق من حوالي 1.1 متر، تميل الانفجارات إلى أن تكون صغيرة أو متوسطة، وتشمل أقل من 500 طن من المادة. بين 1.1 و1.25 متر، تصبح الانفجارات الكبيرة شائعة. وبمجرد أن يتجاوز الفحم الهيكلي نحو 1.25 متر، تصبح الأحداث الاستثنائية الشديدة — التي غالبًا ما تفوق 1000 طن — محتملة. بعبارة أخرى، كلما ازداد عرض شريط الفحم الضعيف والمكسَّر، زادت الطاقة التي يمكن تخزينها وإطلاقها فجأة.

تحويل بيانات التسجيل إلى خريطة مخاطر

للانتقال من آبار متناثرة إلى توقع إقليمي، لجأ المؤلفون إلى أدوات التسجيل الباطني الحديثة. باستخدام نظام التسجيل الرقمي JGS‑6، قاسوا كيف تستجيب الإشارات الكهربائية والإشعاع لتغيرات خواص الصخور. يُنتج الفحم الهيكلي، بسبب محتواه المائي الأعلى وكثافته المميزة، نمطًا مميزًا في هذه السجلات: مقاومة ظاهرة منخفضة، شذوذات غاما منخفضة، وتحولات دقيقة في منحنيات الكثافة. من خلال توحيد طريقة تفسير هذه البصمات، قدّر الفريق سماكة الفحم الهيكلي عبر الحقل، ثم أدخل تلك القيم في علاقاتهم الرياضية مع f وK وشدة الانفجار. تطابقت القيم المتوقعة مع القياسات الميدانية عن قرب، بفوارق متوسطة أقل من واحد بالمئة للمؤشرات الرئيسية ونفس رتبة الحجم للأحداث الفعلية.

من نموذج علمي إلى مناجم أكثر أمانًا

بجمع الخرائط الجيولوجية وبيانات الآبار وتفسير التسجيلات، أنتج المؤلفون خريطة مخاطر مُوزّعة لحقل فحم سيتشوان الجنوبي. تظهر مناطق مثل داجويشان وبايجياو كبؤر شديدة الانفجار مع أحداث محتملة تقترب من 9000 طن، بينما تم تمييز قوانون وشيبينغ للانفجارات الكبيرة وتواجه مناطق أخرى بشكل رئيسي أحداثًا أصغر. للقراء غير المتخصصين، الخلاصة واضحة: عبر قياس مدى تحطّم وسماكة طبقات الفحم قبل تقدم التعدين، يمكن للمهندسين توقع الأماكن الأكثر احتمالًا لانفجار الأرض وإعطاء الأولوية لصرف الغاز والدعم والمراقبة. العمل لا يزيل كل حالة عدم اليقين — فهناك عوامل أخرى مثل تغير الإجهادات وبيانات محدودة لا تزال مهمة — لكنه يقدم وسيلة واقعية معتمدة على البيانات لجعل التعدين العميق للفحم في هذه المنطقة الخطرة أكثر أمانًا بشكل ملحوظ.

الاستشهاد: Sun, W., Zhao, Q., Cui, D. et al. The significance of structural coal in regional coal and gas outbursts in southern Sichuan Coalfield. Sci Rep 16, 6779 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39480-w

الكلمات المفتاحية: سلامة مناجم الفحم, انفجار غازي, الفحم الهيكلي, تسجيل الجيوفيزياء الباطنية, حقل فحم سيتشوان