تقييم سلامة شامل لنظام التحكم في الردم بناءً على نموذج امتداد عنصر المادتين المعدل

لماذا يمثل الردم الآمن في المناجم العميقة أهمية كبيرة

مع استنفاد رواسب الفحم والمعادن القريبة من السطح، يتجه التعدين إلى أعماق أعمق حيث تزداد ضغوط الصخور وتزيد مخاطر الانهيار أو الأضرار البيئية. أحد الأدوات الرئيسية لجعل التعدين العميق أكثر أمانًا هو الردم: ضخ مخلفات الصخور والإسمنت إلى الأنفاق الفارغة لدعم الأرض. لكن أنظمة الردم الحالية أصبحت أكثر تعقيدًا، ومحمّلة بمستشعرات ومضخات وأنابيب وبرمجيات. تتناول هذه الدراسة سؤالًا بسيطًا لكنه حاسمًا: كيف يمكننا تحديد ما إذا كان نظام التحكم في الردم في منجم ما آمنًا وذكيًا وموثوقًا بالفعل؟

من التعبئة البسيطة إلى التحكم الذكي

تقوم أنظمة الردم الحديثة بأكثر من مجرد نقل الملاط عبر الأنابيب. فهي تراقب باستمرار كيفية خلط مادة الردم، وكيفية تدفقها عبر الشبكات الأنبوبيّة الطويلة تحت الأرض، وكيف تصبح قوية عند تصلّبها في الفراغات المُستخرَجة. باستخدام الشبكات والحوسبة السحابية وأدوات البيانات الكبيرة، يمكن للأنظمة تعديل سرعات المضخات ونسب الخلط وعميات الغسل في الوقت الفعلي، مع إرسال تحذيرات مبكرة في حال بدء حدوث مشكلة. عند تنفيذها جيدًا، يحسّن ذلك السلامة ويقلل هدر المواد ويوفّر العمالة. ومع ذلك، ما تزال هذه الأنظمة جديدة نسبيًا، ولم يكن هناك طريقة واضحة ومستندة إلى العلم للحكم على مدى تقدم أو موثوقية أي تركيب محدد.

تفكيك النظام المعقد إلى أجزاء واضحة

يقترح المؤلفون طريقة منظمة لتقييم أنظمة التحكم في الردم ككل. يقسمون النظام إلى أربعة أجزاء رئيسية: كيفية إعداد الملاط على السطح، وكيفية نقله ومراقبته على طول الأنبوب، وكيفية مراقبة قوة واستقرار الردم المتصلب، ومدى إدارة النظام ككل بصريًا ورقميًا. داخل هذه الأربعة مجالات يحددون 16 مؤشرًا محددًا، مثل مدى ذكاء تغذية الرمل، ومدى موثوقية خلط الملاط، ومدى جودة مراقبة ضغط الأنابيب، وما إذا كانت الأعطال تثير تحذيرات مبكرة، ومدى فاعلية تتبع قوة الردم المتصلب عبر الزمن. ثم يصنّفون الأنظمة على خمسة مستويات، من الأساسي (المستوى I) إلى المتقدم للغاية (المستوى V)، مع عكس المستويات الأعلى لمزيد من الأتمتة والمتانة والتكامل.

الجمع بين حكم الخبراء والبيانات الصلبة

لتحويل هذا الإطار إلى أداة تقييم عملية، يمزج الفريق بين رأي الخبراء وأساليب رياضية مُصممة للتعامل مع عدم اليقين. يقيم المتخصصون في التعدين والهندسة كل مؤشر، لكن بدلاً من إعطاء رقم واحد، يقدمون نطاقًا يعكس شكهم. تقوم طريقة تسمى نظرية الرقم الأعمى بتحويل هذه النطاقات ومصداقية كل خبير إلى قيمة واحدة أكثر موضوعية لكل مؤشر. ثم تُحسب أهمية، أو "وزن" كل مؤشر بطريقتين: طريقة ذاتية تلتقط آراء الخبراء حول ما هو أكثر أهمية، وطريقة موضوعية تنظر إلى مقدار المعلومات التي يحملها كل مؤشر فعليًا في البيانات. تصهر صيغة قائمة على لاغرانج هذه الأوزان في أوزان مركبة ليست قائمة كليًا على الرأي ولا كليًا على الإحصاء.

قياس التشابه والاختلاف والمخاطرة

بعد أن يحصل كل مؤشر على قيمة ووزن، يطبق المؤلفون مخططًا رياضيًا يعرف بنموذج امتداد عنصر المادتين (set pair matter-element extension model). في الجوهر، تقارن هذه الطريقة حالة النظام المقاسة بمعايير كل مستوى، معتبرة إياها "زوجًا" يمكن أن يكون متطابقًا جزئيًا ومختلفًا جزئيًا ومعارضًا جزئيًا. لكل مؤشر ولكل مستوى محتمل، يحسب النموذج درجة انتماء تُظهر مدى مطابقة النظام لذلك المستوى. تُدمج هذه الدرجات عبر جميع المؤشرات باستخدام الأوزان المركبة لإنتاج درجة انتماء إجمالية لكل مستوى. يُؤخذ المستوى الذي له أعلى درجة انتماء كتصنيف للنظام، وتُحسب قيمة إضافية تُظهر ما إذا كان النظام يتجه نحو مستوى أفضل أو أسوأ داخل المقياس.

اختبارها في مناجم حقيقية

للتحقق من أن نموذج التقييم عملي، يطبقه الباحثون على ثلاثة مناجم عاملة، لكل منها نظام تحكم حديث في الردم. يقوم فريق مكوّن من خمسة خبراء بتسجيل درجات الـ16 مؤشرًا في كل موقع، وتُمرر البيانات عبر خطوات الرقم الأعمى والتوزين وامتداد زوج-الزوج. تم تصنيف المناجم الثلاثة كلها بالمستوى IV، مما يشير إلى درجة عالية من الذكاء والسلامة، لكنها لا تزال دون أعلى مستوى ممكن. تبرز درجات المؤشرات التفصيلية أماكن يمكن لكل منجم أن يتحسن فيها — على سبيل المثال، تحكم أكثر استقرارًا في مستويات سائل أسطوانة الخلط في حالة ما، وتصميم أفضل لنظام توزيع الرماد في حالة أخرى، ومراقبة أنابيب واستجابة طوارئ أكثر متانة في الحالة الثالثة. لبناء الثقة، يقارن المؤلفون نتائجهم بطريقتين تقييم أخريين، نموذج سحابي ونموذج تعرف سِمَات؛ تتفق الطرق الثلاث مع بعضها ومع الخبرة الميدانية.

ما يعنيه ذلك لتعدين أكثر أمانًا

بعبارات يومية، يقدم هذا العمل للمشغّلين بالمناجم نوعًا من "فحص الصحة" لسلامة أنظمة التحكم في الردم لديهم. بدلاً من الاعتماد على الحدس أو مقاييس أداء معزولة، يجمع النموذج الجديد جوانب عديدة من التصميم والحسّ والاستدلال الآلي وإدارة البيانات في صورة واحدة مصنفة، مع إبراز أي النظم الفرعية تُعيق منجمًا عن الأداء الأمثل. حقيقة أن الطريقة تتطابق مع نماذج أخرى والملاحظات الواقعية توحي بأنها يمكن أن تكون أداة قرار موثوقة لتحديث الأنظمة، ومنع انسداد الأنابيب، وتقوية الدعم تحت الأرض. مع تزايد تعقيد وأهمية تقنيات الردم في التعدين العميق، ستكون أدوات التقييم الشفافة والمتوازنة هذه مهمة لتوجيه عمليات أكثر أمانًا وكفاءة ومسؤولية بيئيًا.

الاستشهاد: Yin, Y., Yang, S., Yang, Y. et al. Comprehensive safety evaluation for back-filling control system based on modified set pair matter-element extension model. Sci Rep 16, 9056 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39557-6

الكلمات المفتاحية: الردم الذكي, سلامة المناجم, مراقبة أنبوب الطين, نماذج تقييم المخاطر, أتمتة التعدين تحت الأرض