אמצעי מניעה וטכנולוגיית ניטור של עומס דינמי במכרה פחם טאנגשאן לאחר אסון התפרקות פחם

מדוע זעזועים תת‑קרקעיים חשובים לנו

עמוק מתחת לפני הקרקע עובדים פועלים במנהרות חצובות בפחם ובסלע הנתונות ללחצים טבעיים עצומים. לעתים הלחץ משתחרר בפתאומיות, משליך אחוּז־פחם וסלע פנימה לאזור הכרייה באירוע שנקרא התפרקות פחם. זעזועים אלה עלולים לקרוס מנהרות ולהוביל למותם של עובדים בתוך שניות. המחקר הזה בוחן כיצד מכרה פחם סיני התאושש לאחר התפרקות קטלנית על‑ידי הורדת הלחץ בסלע בצורה מבוקרת ומעקב קפדני אחר תנועות תקרת המכרה, ומספק לקחים לבטיחות בהפקת אנרגיה ברחבי העולם.

מכרה עם עבר בעייתי

מכרה טאנגשאן שוכן בעומק מתחת לאזור גאולוגי מורכב, שבו שכבות סלע מקופלות ומנוקבות בפגיעים רבים. באוגוסט 2019 אירעה שם התפרקות פחם משמעותית שבה נהרגו שבעה פועלים. החקירה הראתה שהאסון נבע ממספר תנאים מצטברים: כוחות אדירים שנצברו בקלעי הקרקע, פחם וסלע שיכולים לאגור ולשחרר אנרגיה אלסטית בפתאומיות, עומסים מרוכזים סביב עמודי פחם שנותרו והרעידות הנגרמות ממכונות כרייה. לפני שהאזור הייצור המרכזי הידוע כחזית העבודה 0250 יכל להיפתח מחדש, מהנדסים נדרשו להוכיח שהמצבים המסוכנים האלה ניתנים לשליטה.

להעניק לפחם להירגע

הצעד הראשון היה להפחית את האנרגיה הדחוסה בתוך שכבת הפחם עצמה. הצוות השתמש בשתי טקטיקות עיקריות. הם פוצצו מקטעים נבחרים של פחם באמצעות חומרי נפץ, שבירת והחלשת אזורים שבהם המתח היה הגבוה ביותר במתכוון. לאחר מכן קידחו חורים בקוטר גדול לצד המנהרה, ליצירת אזורים שבהם הפחם יכול להישבר ולעוות בצורה מבוקרת. החורים הללו ל"שחרור לחץ" מעודדים כישלון הדרגתי של הסלע, שמפחית אנרגיה באופן מבוקר במקום לאפשר לה להצטבר עד להתפרצות. לאחר קמפיין הפיצוצים והקידוח הזה, הסיכוי שנותר להתפרקות אלימה בחזית 0250 הוערך כנמוך — אך זאת בתנאי שתקרת המכרה תישאר יציבה כשהחציבה תתחדש.

להאזין לתנועת תקרת המכרה

האתגר הבא היה לצפות, בזמן אמת, כיצד הסלע מעל המנהרה מגיב כשהמכונות מתקדמות. שיטות קיימות מדידות בעיקר סימנים עקיפים, כגון שינוי בעומסי התמיכה או מתח בבורות קידוח, שיכולים לערבב כוחות רקע איטיים ותזוזות פתאומיות. במחקר זה הביאו המחברים מכשיר רטט המשמש בדרך‑כלל בתעשיות ניטור מכונות ומדרונות. הם הבריגו חיישני רטט לכבלי עיגון בסלע התקרה הראשי וצרפו אותם למדדי התזוזה מרובי‑נקודות שנשלחו דרך חורי קידוח בעומק 10 מטר. תצורה זו איפשרה להם לתעד הן את מהירות תנועת התקרה במהלך אירועי רטט קצרים והן את הנטייה לשקיעה איטית לאורך ימים.

מה שמספרים המספרים על הבטיחות

במהלך כמה ימים של הפקה קדמה חזית המכרה רק כמה מטרים, אך המכשירים תיעדו יותר מאלף רשומות רטט. לאחר סינון רעשים, הצוות התרכז בתנועה האנכית של התקרה. מהירויות רטט טיפוסיות נעו ממספר סנטימטרים עד כ‑15 סנטימטרים לשנייה, כאשר כל פרץ נמשך רק שנייה עד שתי שניות — תואם לפעילויות כרייה שגרתיות כמו חציבת פחם ותנועת תומכים. ההעתקות הקצרות הגדולות ביותר, בסביבות 35 סנטימטרים, התרחשו רק כמה מטרים לפני אזור החציבה הפעיל, אזור שלא מקושר בדרך‑כלל להתפרקות פחם וסביר שהן קשורות לפעולות שגרתיות של מכונות. החשוב יותר: באזור הלחץ הגבוה במרחק 7–16 מטרים מול החזית — שם חוששים מהתפרצויות מסוכנות — תנועת התקרה האנכית נשארה בתחום של כ‑10 סנטימטרים. מדידות שקיעה לטווח ארוך ממדדי התזוזה הראו שינויים קטנים והדרגתיים בלבד, מה שמעיד שהסלע הרב‑שכבתי של התקרה נשאר שלם ומתומך היטב.

מבט קדימה מתחת לאדמה

לסיכום, הממצאים מרמזים כי השילוב של שחרור לחץ לפני הכרייה וניטור ישיר ומתמשך של תנועת התקרה שמר עומסים דינמיים בחזית העבודה 0250 בטווח בטוח. הפחם כבר שיחרר חלק רב מהאנרגיה המאוחסנת בו, והרטטים שנותרו נראו יותר כמו נשימה יציבה של מכרה פועל מאשר שאגת פתע של אסון. המחברים מציינים כי כלים למדידת הרטט שעדיין דורשים זמנים ארוכים יותר של הקלטה ועיבוד נתונים חכם יותר לשימוש יומיומי במכרה. על אף זאת, הגישה — החלשת אזורים מסוכנים של פחם במתכוון ולאחר מכן מעקב צמוד אחר אופן תנועת הסלע בפועל — מצביעה על דרך שקופה ומיתכנתת יותר להכריע מתי כורים עמוקים יכולים להמשיך מבלי לסכן התפרקות קטלנית נוספת.

ציטוט: 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

מילות מפתח: התפרקות פחם, מניעת פריצת סלע, ניטור תקרת מכרה, מדידת רטט, בטיחות בכריית פחם עמוקה