آلية وممارسات هندسية لاستقرار السقف في حفظ الممر الجانبي بعد التعديب في المناجم العميقة

لماذا يهم إبقاء أنفاق المناجم مفتوحة

تعتمد مناجم الفحم العميقة تحت الأرض على شبكة من الأنفاق لنقل الأشخاص والهواء والمعدات. عادةً ما تُهجر العديد من هذه الأنفاق وتُحفر أنفاق جديدة مع تقدم أعمال التعدين، وهو أمر مكلف ومحفوف بالمخاطر. تستعرض هذه الدراسة طريقة أذكى لإعادة استخدام الأنفاق القائمة بأمان في المناجم العميقة جدًا، مما يخفض التكاليف ويقلل كمية الصخور التي يجب حفرها، مع الحفاظ على حماية العاملين من انهيارات الأسقف والحركات الأرضية الخطرة.

إعادة استخدام الأنفاق بدلاً من التخلي عنها

عندما يُستخرج لوح فحم، يترك وراءه منطقة فارغة ومنهارة تُعرف بالفراغ المعدني (الجوّف) وممرًا جانبيًا بجانبه. الممارسة التقليدية غالبًا ما تتخلى عن ذلك الممر بعد استخدام واحد. يركز المؤلفون على فكرة أحدث تسمى حفظ الممر الجانبي بعد التعديب الثانوي، حيث يُعاد استخدام نفس الممر كطريق هواء طويل الأمد للوحة التعدين التالية. الخطوة الأساسية هي بناء جدار صناعي ثانٍ من مادة الردم على طول حافة الفراغ الجديد، بحيث يقع الممر في النهاية بين جدارين من صنع الإنسان. يتيح هذا الترتيب تهوية أكثر مرونة على شكل حرف Y في المناطق عالية الغاز ويقلل الحاجة إلى حفر أنفاق جديدة، مما يخفض التكلفة والاضطراب.

تحركات صخرية كبيرة فوق النفق

بعيدًا فوق الممر، تعمل طبقات سميكة من الصخور كعوارض عملاقة تنحني وتتصدع وتهبط مع إزالة الفحم. تسمي الدراسة هذا «الهيكل الكبير» وتوضح أنه لا يهدأ بعد خطوة تعدين واحدة: يجب أن تمر الكتل الصخرية الرئيسية فوق النفق بثلاث جولات من الكسر وإعادة التوازن قبل أن تستقر. تتضح أهمية كتلة مركزية معينة، المشار إليها بالكتلة C في الورقة، فهي حاسمة. إذا بقيت هذه الكتلة مدعومة من الصخور والردم المحيط، فالأحمال التي تصل إلى الممر تكون قابلة للإدارة. أما إذا انقلبت إلى الفراغ المستخرج فبإمكانها أن تضرب الممر بضغط مفاجئ، مما يؤدي إلى تشوه شديد أو حتى فشل نظام الدعم.

الهيكل الصغير الذي يحافظ على سلامة الناس

أقرب إلى الممر، يعرّف المؤلفون «هيكلًا صغيرًا» يتكون من السقف الفوري فوق النفق وجسما الردم على الجانبين وصخور الأرضية والدعامات الداخلية الفولاذية والكابلات. على عكس طبقات الصخور الأبعد، يجب على هذا النظام أن يتحمل أحمالًا غير متساوية للغاية بجوار الفراغ. يقترح الفريق فكرة تحكم «أربعة في واحد»: تقوم الردميات بحصر الجوانب والمساعدة في قطع الصخور المتداخلة العليا؛ وتربط البراغي والكابلات طبقات السقف معًا؛ ويقاوم تقوية الأرضية الانبعاج الصاعد؛ وتقاسم الأقواس الداخلية والدعامات القوى المتبقية. إذا كان أي عنصر ضعيفًا للغاية — أو حتى قويًا جدًا وضيّقًا في المكان الخطأ — فيمكن أن يفشل النظام مع انتقال وتركيز الأحمال. يستنتج المؤلفون معادلات تصميم لاختيار عرض الردم وقوته بحيث يتقاسم الجداران الحمل بدلاً من الفشل المتتالي لأحدهما ثم الآخر.

من المعادلات إلى منجم عميق حقيقي

حوّل الباحثون نموذجهم الميكانيكي إلى تصميم ملموس لواجهة عمل على عمق 610 أمتار تحت السطح. باستخدام خواص الصخور والأبعاد التعدينية المقاسة، حسبوا مدى عرض وقوة كل جدار ردم، وكم يجب تقليص عرض الممر والجزء العالق من السقف لتخفيف الإجهادات. ثم ركبوا نمطًا كثيفًا من مسامير السقف وكابلات طويلة وأقواس فولاذية ومعالجة الأرضية وردمًا خاصًا قائمًا على الأسمنت. خلال تعدين كلٍ من اللوح الأول واللوح المجاور الثاني، راقبوا تشققات السقف وإجهادات الردم وتشوه الممر بواسطة كاميرات ثقب الحفر وخلايا الضغط ومحطات الإزاحة. تُظهر القياسات أن الردمين تحملا أحمالًا متزايدة على مراحل واستقرتا في النهاية، مع حمل الردم الثاني للحصة الأعلى كما توقعوا. ظلت جدران وسقف النفق ضمن حدود الحركة المقبولة، رغم أن الأرضية لا تزال تنتفخ ويجب تقليمها.

ما يعنيه هذا للتعدين العميق المستقبلي

بعبارات بسيطة، تُظهر الدراسة أنه من الممكن إعادة استخدام نفق بأمان بين منطقتين مستخرجتين في منجم فحم عميق جدًا، بشرط فهم سلوك الصخور أعلاه وتصميم نظام الدعم كوحدة منسقة. من خلال تعديل عرض الممر وأبعاد الردم والتحكم في السقف، يمكن للفحم الجانب المستخرج والجدارين الصناعيين العمل معًا لحمل الصخور العلوية. توفر هذه المقاربة توفيرًا في الحفر، وتدعم طرق هواء طويلة الأمد، وتقلل الصراع بين أعمال التعدين والأنفاق. يذكر المؤلفون أن الطريقة لا تزال معقدة وليست بعد الخيار الأرخص، لكنها تقدم إطارًا مجربًا يمكن للأعمال المستقبلية تبسيطه وتكييفه لظروف تحت أرضية أخرى صعبة.

الاستشهاد: Wu, J., Chen, J. & Xie, F. Mechanism and engineering practice of roof stability for secondary gob-side entry retaining in deep mines. Sci Rep 16, 9518 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39802-y

الكلمات المفتاحية: التعدين العميق للفحم, استقرار الأنفاق, دعم الصخور, جدران الردم, حفظ الممر الجانبي على جانب الفراغ