تدابير الوقاية وتقنية المراقبة للحِمل الديناميكي في منجم تانغشان بعد كارثة التفجر الحجري

لماذا تهمنا الهزات تحت الأرض

على عمق كبير تحت الأرض يعمل العمال في أنفاق مقطوعة عبر الفحم والصخر يتعرضان لضغط هائل من القوى الطبيعية. أحياناً يُفرَج عن هذا الضغط فجأة وبعنف، مريْحاً الفحم والصخر داخل المنجم في حدث يُسمى التفجر الحجري. يمكن لتلك الصدمات أن تُنهِر الأنفاق وتقتل العمال على الفور. تبحث هذه الدراسة في كيفية تعافي منجم فحم صيني واحد بعد تفجر حجري مميت عبر تخفيف الضغوط في الصخر بحذر ومراقبة حركة سقف المنجم عن كثب، مقدمة دروساً من أجل إنتاج طاقة أكثر أمناً على مستوى العالم.

منجم ذو تاريخ مضطرب

يقع منجم تانغشان في عمق منطقة جيولوجية معقدة، حيث تتكسر وتطوى طبقات الصخر ويقطعها العديد من الفوالق. في أغسطس 2019، أدى تفجر حجري كبير هناك إلى مقتل سبعة عمال مناجم. وجدت التحقيقات أن الكارثة نشأت عن تداخل عدة ظروف: تراكم قوى قوية بفعل قشرة الأرض، وفحم وصخر قادران على تخزين وإطلاق طاقة مرنة فجأة، وتركيز الأحمال حول أعمدة الفحم المتبقية، والاهتزاز الناتج عن آلات التعدين. قبل أن يعاد فتح منطقة إنتاج رئيسية تعرف بواجهة العمل 0250، كان على المهندسين إثبات أن هذه الظروف الخطرة يمكن التحكم فيها.

إرخاء الفحم

كانت الخطوة الأولى تقليل الطاقة المكبوتة داخل طبقة الفحم نفسها. استخدم الفريق تكتيكين رئيسيين. فجَّروا مقاطع مختارة من الفحم بالمتفجرات، مقلّدين تكسرها وتضعيفها في المناطق التي كان الإجهاد فيها أعلى. ثم حفروا فتحات بقطر كبير على طول جانبي النفق، لإنشاء مناطق يمكن للفحم أن ينكسر ويتشوه فيها بطريقة مُتحكَمة. تشجع هذه الفتحات "لتخفيف الضغط" الصخر على الفشل تدريجياً، مطلقة الطاقة بدلاً من تراكمها حتى الانفجار. بعد حملة التفجير والحفر هذه، حُكم بأن مخاطر حدوث تفجر عنيف في واجهة 0250 منخفضة — لكن بشرط بقاء سقف المنجم مستقراً مع استئناف القص.

الاستماع إلى حركة سقف المنجم

التحدي التالي كان مراقبة استجابة الصخر فوق النفق في الوقت الحقيقي بينما تتقدم آلات التعدين. كانت الطرق الموجودة تقيس في الغالب علامات غير مباشرة، مثل تغير أحمال الدعم أو الإجهاد في آبار الحفر، والتي قد تخلط بين القوى البطيئة الخلفية والهزات المفاجئة. في هذه الدراسة، لجأ المؤلفون إلى جهاز قياس اهتزاز يُستخدم عادة في صناعات مراقبة الآلات والمنحدرات. رَكَبوا مستشعرات اهتزاز على كابلات مُرسّخة في صخر السقف الرئيسي وربطوها بأجهزة قياس إزاحة متعددة النقاط مُدخلة عبر ثقوب حفر بطول 10 أمتار. سمح هذا الترتيب بتسجيل كل من سرعة حركة السقف خلال أحداث الاهتزاز القصيرة وبُعد الترهل البطيء على مدى أيام.

ماذا تقول الأرقام عن السلامة

على مدى عدة أيام من الإنتاج تقدمت واجهة المنجم بضعة أمتار فقط، لكن الآلات سجلت أكثر من ألف قياس اهتزاز. بعد تنقية الإشارات من الضوضاء، ركز الفريق على الحركة الرأسية للسقف. تراوحت سرعات الاهتزاز النموذجية من بضعة سنتيمترات إلى نحو 15 سنتيمتراً في الثانية، مع كل نبضة تدوم ثانية إلى ثانيتين فقط — وهو ما يتوافق مع أنشطة التعدين الاعتيادية مثل قطع الفحم وحركة الدعائم. حدثت أكبر تحركات سريعة صعوداً وهبوطاً، بحوالي 35 سنتيمتراً، على بعد بضعة أمتار أمام منطقة القص النشطة، وهي منطقة لا تُرتبط عادةً بالتفجرات الحجرية ومن المحتمل أن تكون مرتبطة بأعمال الآلات الروتينية. والأهم من ذلك أنه في منطقة الضغط العالي الواقعة على بعد 7 إلى 16 متراً أمام الواجهة — حيث تُخشى التفجرات الخطرة أكثر ما يكون — بقيت الحركة الرأسية للسقف ضمن نحو 10 سنتيمترات. أظهرت قياسات الهبوط طويلة الأجل من مقاييس الإزاحة تغيرات صغيرة وتدريجية فقط، مما يشير إلى أن صخر السقف الطبقي ظل سليماً ومدعومًا جيداً.

نظرة مستقبلية تحت الأرض

تشير النتائج مجتمعة إلى أن مزيج تخفيف الضغط قبل التعدين والمراقبة المستمرة والمباشرة لحركة السقف أبقى الأحمال الديناميكية عند واجهة العمل 0250 ضمن نطاق آمن. كان الفحم قد تخلص بالفعل من كثير من طاقته المخزنة، وكانت الاهتزازات المتبقية أشبه بأنفاس ثابتة لمنجم عامل بدلاً من الشهيق المفاجئ لكارثة. يشير المؤلفون إلى أن أدوات القياس بالاهتزاز المستخدمة لا تزال بحاجة إلى أوقات تسجيل أطول ومعالجة بيانات أذكى للاستخدام اليومي في المناجم. ومع ذلك، فإن النهج — إضعاف مناطق الفحم الخطرة عمداً ثم تتبع كيفية تحرك الصخر فعلياً عن كثب — يشير إلى طريقة أكثر شفافية وقابلة للقياس لاتخاذ قرار بشأن مواصلة التعدين العميق دون المخاطرة بتفجر مميت آخر.

الاستشهاد: Ma, S., Su, Y., Jia, D. et al. Prevention measures and monitoring technology of dynamic load in Tangshan coal mine after coal bump disaster. Sci Rep 16, 14593 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45527-9

الكلمات المفتاحية: التفجر الحجري, الوقاية من انفجار الصخور, مراقبة سقف المنجم, قياس الاهتزاز, سلامة التعدين العميق للفحم