الهدف الرئيسي للتحكم الأرضي هو الحفاظ على عمليات حفر آمنة في الصخور والتربة (الشروط التحكم في الطبقات و إدارة المنحدرات تستخدم أيضًا في المناجم تحت الأرض والمناجم السطحية ، على التوالي). يجد التحكم الأرضي أيضًا العديد من التطبيقات في مشاريع الهندسة المدنية مثل الأنفاق ومحطات الطاقة الكهرومائية ومستودعات النفايات النووية. تم تعريفه على أنه التطبيق العملي لميكانيكا الصخور في التعدين اليومي. اقترحت اللجنة الوطنية الأمريكية لميكانيكا الصخور التعريف التالي: "ميكانيكا الصخور هي العلوم النظرية والتطبيقية للسلوك الميكانيكي للكتل الصخرية والصخرية. إنه فرع الميكانيكا المعني باستجابة الكتل الصخرية والصخرية لحقول القوة في بيئتها المادية ".
تُظهر كتل الصخور سلوكًا معقدًا للغاية ، وكانت ميكانيكا الصخور والتحكم الأرضي موضوعًا لأبحاث أساسية وتطبيقية كبيرة في جميع أنحاء العالم منذ الخمسينيات. من نواح كثيرة ، فإن التحكم الأرضي هو حرفة أكثر من كونه علمًا. يتطلب التحكم الأرضي فهماً للجيولوجيا الهيكلية وخصائص الصخور والمياه الجوفية وأنظمة الإجهاد الجوفية وكيفية تفاعل هذه العوامل. تشمل الأدوات طرق فحص الموقع واختبار الصخور ، وتدابير لتقليل الضرر الذي يلحق بكتلة الصخور الناجم عن التفجير ، وتطبيق تقنيات التصميم ، والمراقبة والدعم الأرضي. حدثت العديد من التطورات المهمة في ميكانيكا الصخور والتحكم الأرضي في السنوات الأخيرة ، بما في ذلك تطوير التصميم التجريبي وتقنيات التحليل الحاسوبي لتصميم المناجم ، وإدخال مجموعة متنوعة من أدوات المراقبة الأرضية واستخدامها على نطاق واسع ، وتطوير أدوات الدعم الأرضي المتخصصة والتقنيات. يوجد في العديد من عمليات التعدين أقسام تحكم أرضية يعمل بها مهندسين وفنيين متخصصين.
من الصعب إنشاء وصيانة الفتحات الجوفية أكثر من منحدرات الصخور أو التربة ، لذلك يجب أن تخصص المناجم الجوفية عمومًا المزيد من الموارد وجهود التصميم للتحكم الأرضي من المناجم والمحاجر السطحية. في طرق التعدين التقليدية تحت الأرض ، مثل الانكماش والقطع والحشو ، يتعرض العمال بشكل مباشر لأرض غير مستقرة في منطقة الركاز. في طرق التعدين بالجملة ، مثل إيقاف حفرة الانفجار ، لا يدخل العمال منطقة الخام. كان هناك اتجاه بعيدًا عن الأساليب الانتقائية إلى الأساليب الجماعية في العقود الماضية.
أنواع الفشل الأرضي
تعتبر البنية الصخرية والضغط الصخري من الأسباب المهمة لعدم الاستقرار في المناجم.
تتكون كتلة صخرية معينة من صخور سليمة وأي عدد من الهياكل الصخرية أو الانقطاعات الهيكلية. تشمل الأنواع الرئيسية من الهياكل الصخرية مستويات الفراش (مستويات التقسيم التي تفصل بين الطبقات الفردية) ، والطيات (الانحناءات في طبقات الصخور) ، والصدوع (الكسور التي حدثت عليها الحركة) ، والسدود (الاقتحام المجدول للصخور النارية) والمفاصل (الانقطاعات الجيولوجية). الأصل الذي لم يكن هناك نزوح مرئي على طوله). تؤثر الخصائص التالية للانقطاعات الهيكلية على السلوك الهندسي للكتل الصخرية: التوجيه ، والتباعد ، والثبات ، والخشونة ، والفتحة ، ووجود مادة الردم. يعد جمع المعلومات الهيكلية ذات الصلة من قبل المهندسين والجيولوجيين مكونًا مهمًا لبرنامج التحكم الأرضي في عملية التعدين. تتوفر الآن برامج كمبيوتر متطورة لتحليل البيانات الهيكلية وهندسة واستقرار الأوتاد في المناجم السطحية أو الجوفية.
الإجهاد في الصخور يمكن أن يسبب عدم الاستقرار في المناجم ؛ تعد معرفة سلوك الإجهاد والانفعال للكتل الصخرية أمرًا ضروريًا لتصميم هندسة الصوت. يمكن أن توفر الاختبارات المعملية على عينات أسطوانية من الصخور المأخوذة من لب الحفر معلومات مفيدة عن القوة والتشوه فيما يتعلق بالصخور السليمة ؛ تتصرف أنواع الصخور المختلفة بشكل مختلف ، من السلوك البلاستيكي للملح إلى السلوك المرن والهش للعديد من الصخور الصلبة. سيؤثر الوصل بشكل كبير على قوة وتشوه كتلة الصخور بأكملها.
هناك بعض الأنواع الشائعة من فشل المنحدرات الصخرية في المناجم والمحاجر السطحية. يحدث وضع فشل الكتلة المنزلقة حيث تأخذ الحركة أماكن على طول واحد أو أكثر من الهياكل الصخرية (القص المسطح ، مسار الخطوة ، الوتد ، الوتد التدريجي أو فشل اللوح) ؛ يمكن أن يحدث فشل القص الدوراني في التربة أو منحدر كتلة صخري ضعيف ؛ تشمل أنماط الفشل الإضافية إسقاط الكتل التي تكونت عن طريق الانحدار الشديد للهياكل والسد (على سبيل المثال ، إزاحة الكتل عن طريق الذوبان المتجمد أو المطر).
يمكن أن تكون حالات فشل المنحدرات الرئيسية كارثية ، على الرغم من أن عدم استقرار المنحدر لا يعني بالضرورة فشل المنحدر من وجهة نظر تشغيلية. عادة ما يكون استقرار المقاعد الفردية مصدر قلق فوري للعملية ، حيث يمكن أن يحدث الفشل مع القليل من التحذير ، مع احتمال خسارة الأرواح وتلف المعدات.
في المناجم تحت الأرض ، يمكن أن ينتج عدم الاستقرار عن حركة وانهيار الكتل الصخرية نتيجة عدم الاستقرار الهيكلي ، وفشل الصخور حول الفتحة نتيجة لظروف الإجهاد الصخري المرتفع ، وتسبب مزيج من فشل الصخور الناجم عن الإجهاد وعدم الاستقرار الهيكلي وعدم الاستقرار بواسطة rockbursts. يمكن أن يؤثر الهيكل الصخري على اختيار طريقة التعدين تحت الأرض وتصميم مخططات التعدين لأنه يمكن أن يتحكم في امتدادات الحفر المستقرة ، وقدرة متطلبات الدعم والهبوط. تتعرض الصخور في العمق لضغوط ناتجة عن وزن الطبقات التي تعلوها ومن ضغوط الأصل التكتوني ، والضغوط الأفقية غالبًا ما تكون أكبر من الإجهاد الرأسي. تتوفر الأدوات لتحديد مستوى الضغط في الأرض قبل بدء التعدين. عندما يتم حفر فتحة منجم ، يتغير مجال الضغط حول هذا الفتح وربما يتجاوز قوة كتلة الصخور ، مما يؤدي إلى عدم الاستقرار.
هناك أيضًا أنواع مختلفة من الفشل التي يتم ملاحظتها بشكل شائع في مناجم الصخور الصلبة تحت الأرض. في ظل مستويات الضغط المنخفضة ، يتم التحكم في الأعطال بشكل كبير من الناحية الهيكلية ، حيث تسقط أسافين أو كتل من السقف أو تنزلق خارج جدران الفتحات. تتشكل هذه الأوتاد أو الكتل عن طريق الانقطاعات الهيكلية المتقاطعة. ما لم يتم دعم أسافين أو كتل مفكوكة ، يمكن أن يستمر الفشل حتى يحدث التقوس الطبيعي للفتحة. في الرواسب الطبقية ، يمكن أن يحدث انفصال وفشل الفراش على طول مستويات الفراش. في ظل مستويات الضغط العالية ، يتألف الفشل من تشظي هشة وانشقاق في حالة وجود كتلة صخرية ضخمة مع عدد قليل من المفاصل ، إلى نوع أكثر قابلية للفشل للكتل الصخرية شديدة الترابط.
يمكن تعريف الانفجار الصخري بأنه الضرر الذي يلحق بحفريات يحدث بطريقة مفاجئة أو عنيفة ويرتبط بحدث زلزالي. تم تحديد آليات مختلفة للضرر الناتج عن الانفجار الصخري ، مثل تمدد الصخور أو التواءها بسبب التصدع حول الفتحة ، والانهيارات الصخرية الناتجة عن الاهتزاز الزلزالي وطرد الصخور بسبب نقل الطاقة من مصدر زلزالي بعيد. تحدث انفجارات الصخور والغاز بشكل كارثي في بعض مناجم الفحم والملح وغيرها من المناجم نتيجة الإجهاد الصخري العالي وكميات كبيرة من الميثان المضغوط أو ثاني أكسيد الكربون. في المحاجر والمناجم السطحية ، تم أيضًا حدوث التواء مفاجئ ونفخ في الأرضيات الصخرية. تم إجراء بحث كبير في العديد من البلدان حول أسباب الانفجارات الصخرية والتخفيف المحتمل منها. تتضمن تقنيات تقليل الانفجارات الصخرية إلى الحد الأدنى ، تغيير الشكل والتوجيه وتسلسل الاستخراج ، واستخدام تقنية تُعرف باسم التفجير ، والردم القاسية للمناجم واستخدام أنظمة الدعم المتخصصة. يمكن أن تساعد أنظمة المراقبة الزلزالية المتطورة المحلية أو على مستوى المنجم في تحديد وتحليل آليات المصدر ، على الرغم من أن التنبؤ بالانفجارات الصخرية لا يزال غير موثوق به في الوقت الحالي.
في مقاطعة أونتاريو الكندية ، ينتج عن ما يقرب من ثلث الإصابات القاتلة تحت الأرض في صناعة التعدين عالية الآلية الانهيارات الصخرية والانفجارات الصخرية ؛ معدل الوفيات من الانهيارات الصخرية والانفجارات الصخرية للفترة 1986-1995 كان 0.014 لكل 200,000 ساعة عمل تحت الأرض. في صناعات التعدين تحت الأرض الأقل آلية ، أو حيث لا يتم استخدام الدعم الأرضي على نطاق واسع ، يمكن توقع حدوث إصابات وموتات أعلى بكثير بسبب سقوط الأرض والانفجارات الصخرية. يعد سجل الأمان المتعلق بالتحكم الأرضي للمناجم والمحاجر السطحية أفضل بشكل عام من سجل السلامة في المناجم تحت الأرض.
طرق التصميم
تصميم الحفريات تحت الأرض هو عملية اتخاذ قرارات هندسية في أمور مثل مواقع وأحجام وأشكال الحفريات وأعمدة الصخور وتسلسل التعدين وتطبيق أنظمة الدعم. في المناجم السطحية ، يجب اختيار زاوية ميل مثالية لكل قسم من الحفرة ، جنبًا إلى جنب مع جوانب التصميم الأخرى ودعم المنحدرات. يعد تصميم المنجم عملية ديناميكية يتم تحديثها وصقلها مع توفر المزيد من المعلومات من خلال المراقبة والمراقبة أثناء التعدين. يشيع استخدام أساليب التصميم التجريبي والرصد والتحليلي.
الأساليب التجريبية غالبًا ما تستخدم نظام تصنيف كتلة الصخور (تم تطوير العديد من هذه المخططات ، مثل نظام كتلة الصخور ومؤشر جودة حفر الأنفاق الصخرية) ، تكملها توصيات التصميم بناءً على معرفة الممارسة المقبولة. تم تطبيق العديد من تقنيات التصميم التجريبية بنجاح ، مثل طريقة الرسم البياني الثابت لتصميم المنحدر المفتوح.
طرق المراقبة الاعتماد على المراقبة الفعلية لحركة الأرض أثناء الحفر لاكتشاف عدم الاستقرار القابل للقياس وعلى تحليل تفاعل الدعم الأرضي. تتضمن أمثلة هذا النهج طريقة الأنفاق النمساوية الجديدة وطريقة التقارب والحصر.
طرق تحليلية الاستفادة من تحليل الضغوط والتشوهات حول الفتحات. استخدمت بعض تقنيات تحليل الإجهاد المبكرة حلولًا رياضية مغلقة الشكل أو نماذج مرنة للصور ، لكن تطبيقها كان محدودًا بسبب الشكل ثلاثي الأبعاد المعقد لمعظم الحفريات تحت الأرض. تم تطوير عدد من الأساليب العددية المعتمدة على الكمبيوتر مؤخرًا. توفر هذه الطرق وسيلة للحصول على حلول تقريبية لمشاكل الضغوط والتشرد والفشل في الصخور المحيطة بفتحات المناجم.
تضمنت التحسينات الأخيرة إدخال نماذج ثلاثية الأبعاد ، والقدرة على نمذجة الانقطاعات الهيكلية وتفاعل دعم الصخور وتوافر واجهات رسومية سهلة الاستخدام. على الرغم من قيودها ، يمكن للنماذج العددية أن توفر رؤى حقيقية لسلوك الصخور المعقدة.
يجب اعتبار المنهجيات الثلاثة الموضحة أعلاه أجزاء أساسية من نهج موحد لتصميم الحفريات تحت الأرض بدلاً من التقنيات المستقلة. يجب أن يكون مهندس التصميم مستعدًا لاستخدام مجموعة من الأدوات وإعادة تقييم استراتيجية التصميم عندما تتطلب ذلك كمية ونوعية المعلومات المتاحة.
ضوابط الحفر والتفجير
مصدر قلق خاص فيما يتعلق بتفجير الصخور هو تأثيره على الصخور في المنطقة المجاورة مباشرة للحفر. يمكن أن ينتج التصدع المحلي الشديد وتعطيل سلامة التجميع المتشابك والمفصل في صخور الحقل القريب من خلال تصميم الانفجار السيئ أو إجراءات الحفر. يمكن أن يحدث ضرر أكبر من خلال نقل طاقة التفجير إلى المجال البعيد ، مما قد يؤدي إلى عدم الاستقرار في هياكل المناجم.
تتأثر نتائج الانفجار بنوع الصخور ونظام الإجهاد والجيولوجيا الهيكلية ووجود الماء. تشمل تدابير تقليل الضرر الناتج عن الانفجار الاختيار الصحيح للمتفجرات ، واستخدام تقنيات التفجير المحيط مثل التفجير المسبق (الثقوب المتوازية والمتقاربة ، والتي ستحدد محيط الحفر) ، وشحنات الفصل (قطر المتفجر أصغر من في حفرة الانفجار) ، وتأخير التوقيت والثقوب العازلة. تؤثر هندسة الثقوب المحفورة على نجاح انفجار التحكم في الجدار ؛ يجب التحكم بعناية في نمط الثقب والمحاذاة.
غالبًا ما يتم إجراء مراقبة اهتزازات الانفجار لتحسين أنماط التفجير ولتجنب تلف كتلة الصخور. تم تطوير معايير الضرر التجريبي للضرر الناتج عن الانفجار. تتكون معدات مراقبة الانفجار من محولات طاقة مثبتة على السطح أو أسفل الحفرة ، وكابلات تؤدي إلى نظام تضخيم ومسجل رقمي. تم تحسين تصميم الانفجار من خلال تطوير نماذج الكمبيوتر للتنبؤ بأداء الانفجار ، بما في ذلك التشظي وملف الوحل واختراق الشقوق خلف ثقوب الانفجار. تتضمن بيانات المدخلات لهذه النماذج هندسة الحفر والنمط المثقوب والمحمّل وخصائص تفجير المتفجرات والخصائص الديناميكية للصخور.
تحجيم أسقف وجدران الحفريات
التحجيم هو إزالة بلاطات الصخور السائبة من أسطح وجدران الحفريات. يمكن إجراؤها يدويًا باستخدام قضيب تحجيم من الصلب أو الألومنيوم أو باستخدام آلة تحجيم ميكانيكية. عند القياس يدويًا ، يتحقق عامل المنجم من سلامة الصخور بضرب السقف ؛ عادة ما يشير صوت يشبه الأسطوانة إلى أن الأرض مفكوكة ويجب إغلاقها. يجب أن يتبع عامل المنجم قواعد صارمة لتجنب الإصابة أثناء القياس (على سبيل المثال ، التحجيم من أرض جيدة إلى أرض غير خاضعة للرقابة ، والحفاظ على قاعدة جيدة ومنطقة واضحة للتراجع والتأكد من أن الصخر المقاس له مكان مناسب يسقط عليه). يتطلب القياس اليدوي جهدًا بدنيًا كبيرًا ، ويمكن أن يكون نشاطًا شديد الخطورة. على سبيل المثال ، في أونتاريو ، كندا ، ثلث الإصابات الناجمة عن سقوط الصخور تحدث أثناء القياس.
يؤدي استخدام السلال على أذرع التطويل القابلة للتمديد حتى يتمكن عمال المناجم من تقليص الأذرع العالية يدويًا إلى إحداث مخاطر إضافية على السلامة ، مثل احتمال انقلاب منصة القياس عن طريق سقوط الصخور. أصبحت أجهزة القياس الميكانيكية الآن شائعة في العديد من عمليات التعدين الكبيرة. تتكون وحدة القياس من قاطع هيدروليكي ثقيل أو مكشطة أو مطرقة صدمية ، مثبتة على ذراع محوري ، والذي يتم توصيله بدوره بهيكل متحرك.
الدعم الأرضي
الهدف الرئيسي من الدعم الأرضي هو مساعدة كتلة الصخور على دعم نفسها. في تقوية الصخور ، يتم تثبيت الصخور داخل كتلة الصخور. في دعامة الصخور ، مثل تلك التي توفرها مجموعات الفولاذ أو الأخشاب ، يتم توفير الدعم الخارجي لكتلة الصخور. لم تجد تقنيات الدعم الأرضي تطبيقًا واسعًا في التعدين السطحي والمحاجر ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى عدم اليقين في هندسة الحفرة النهائية وجزئيًا بسبب المخاوف من التآكل. تتوفر مجموعة متنوعة من أنظمة الصخور في جميع أنحاء العالم. تشمل العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار نظام معين ظروف الأرض وعمر الخدمة المخطط للحفر وسهولة التركيب والتوافر والتكلفة.
يتكون البرغي الصخري المثبت ميكانيكيًا من غلاف تمدد (تتوفر تصميمات مختلفة لتناسب أنواع الصخور المختلفة) ، ومسمار فولاذي (ملولب أو برأس مزور) ولوحة وجه. تتكون قشرة التمدد عمومًا من شفرات مسننة من الحديد الزهر القابل للطرق مع إسفين مخروطي الشكل ملولب في أحد طرفي البرغي. عندما يتم تدوير البرغي داخل الفتحة ، يتم دفع المخروط إلى الشفرات ويضغط عليها على جدران الحفرة. تزيد قذيفة التمدد من قبضتها على الصخر مع زيادة التوتر على الترباس. تتوفر براغي بأطوال مختلفة ، جنبًا إلى جنب مع مجموعة من الملحقات. تعتبر البراغي الصخرية المثبتة ميكانيكيًا غير مكلفة نسبيًا ، وبالتالي فهي تستخدم على نطاق واسع للدعم قصير الأجل في المناجم تحت الأرض.
ويتكون الوتر المعبأ من قضيب تقوية مضلع يتم إدخاله في حفرة الحفر ويتم ربطه بالصخور على طوله بالكامل ، مما يوفر تعزيزًا طويل الأمد لكتلة الصخور. يتم استخدام عدة أنواع من راتنجات الأسمنت والبوليستر. يمكن وضع الجص في حفرة الحفر عن طريق الضخ أو باستخدام الخراطيش ، وهي سريعة ومريحة. تتوفر المسامير الفولاذية والألياف الزجاجية بأقطار مختلفة ، ويمكن أن تكون البراغي غير مشدودة أو مشدودة.
يتكون مثبت الاحتكاك عادة من أنبوب فولاذي مشقوق بطوله بالكامل ، والذي ، عند دفعه في حفرة حفر صغيرة الحجم ، يضغط ويطور الاحتكاك بين الأنبوب الفولاذي والصخور. يجب التحكم في قطر حفرة الحفر ضمن تفاوتات قريبة حتى يكون هذا البرغي فعالاً.
يتكون البرغي الصخري Swellex من أنبوب فولاذي مطوي يتم إدخاله في حفرة الحفر ويتم توسيعه بالضغط الهيدروليكي باستخدام مضخة محمولة. تتوفر أنواع وأطوال مختلفة من أنابيب Swellex.
كثيرًا ما يتم تثبيت مسامير الكابلات المرصوفة للتحكم في التجويف وتثبيت الأسقف والجدران تحت الأرض. يتم استخدام الجص القائم على الأسمنت البورتلاندي بشكل عام ، بينما تختلف هندسة الكابلات وإجراءات التثبيت. توجد أيضًا قضبان التسليح عالية السعة ومثبتات الصخور في المناجم ، جنبًا إلى جنب مع أنواع البراغي الأخرى ، مثل البراغي الأنبوبية القابلة للحشو والمثبتة ميكانيكيًا.
غالبًا ما يتم تثبيت الأشرطة أو الشبكات الفولاذية ، المصنوعة إما من الأسلاك المنسوجة أو الملحومة ، في سقف أو جدران الفتحة لدعم الصخور بين البراغي.
يجب أن تقوم عمليات التعدين بتطوير برنامج لمراقبة الجودة ، والذي يمكن أن يشمل مجموعة متنوعة من الاختبارات الميدانية ، لضمان فعالية الدعم الأرضي. يمكن أن تكون تركيبات الدعم الأرضي السيئة ناتجة عن التصميم غير الملائم (الفشل في اختيار نوع الدعم الأرضي الصحيح أو الطول أو النمط المناسب لظروف الأرض) ، أو مواد الدعم الأرضي دون المستوى (كما تم توفيرها من قبل الشركة المصنعة أو تلف أثناء المناولة أو بسبب ظروف التخزين في موقع المنجم) ، وأوجه القصور في التركيب (المعدات المعيبة ، وسوء توقيت التركيب ، وعدم كفاية التحضير لسطح الصخور ، وسوء تدريب الأطقم أو عدم اتباع الإجراءات المحددة) ، والتأثيرات الناجمة عن التعدين والتي لم تكن متوقعة في مرحلة التصميم (تغيرات الإجهاد ، الإجهاد أو التصدع / التشقق الناجم عن الانفجار أو استرخاء المفاصل أو انفجار الصخور) أو تغييرات تصميم المناجم (التغييرات في هندسة الحفر أو عمر الخدمة أطول مما كان متوقعًا في الأصل).
لا يزال سلوك الكتل الصخرية المقواة أو المدعومة غير مفهوم تمامًا. تم تطوير القواعد الأساسية وإرشادات التصميم التجريبي القائمة على أنظمة تصنيف كتلة الصخور وبرامج الكمبيوتر. ومع ذلك ، فإن نجاح تصميم معين يعتمد بشكل كبير على معرفة وخبرة مهندس التحكم الأرضي. قد تتطلب الكتلة الصخرية عالية الجودة ، مع القليل من الانقطاعات الهيكلية والفتحات الصغيرة ذات عمر الخدمة المحدود ، القليل من الدعم أو لا تتطلب أي دعم. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، قد تكون هناك حاجة إلى البراغي الصخرية في مواقع مختارة لتثبيت الكتل التي تم تحديدها على أنها غير مستقرة. في العديد من المناجم ، غالبًا ما يتم تحديد نمط التثبيت ، التثبيت المنهجي للصخور على شبكة منتظمة لتثبيت السقف أو الجدران ، لجميع الحفريات. في جميع الحالات ، يجب أن يكون لدى عمال المناجم والمشرفين خبرة كافية للتعرف على المجالات التي قد تتطلب دعمًا إضافيًا.
أقدم وأبسط شكل من أشكال الدعم هو عمود الأخشاب ؛ يتم تثبيت الدعائم الخشبية وأسرة الأطفال أحيانًا عند التعدين عبر أرض غير مستقرة. الأقواس الفولاذية والمجموعات الفولاذية عبارة عن عناصر ذات قدرة تحميل عالية تستخدم لدعم الأنفاق أو الطرق. في المناجم تحت الأرض ، يتم توفير دعم أرضي إضافي وهام من خلال ردم المناجم ، والذي يمكن أن يتكون من نفايات الصخور أو الرمل أو نفايات المطاحن وعامل الأسمنت. يستخدم الردم لملء الفراغات الناتجة عن التعدين تحت الأرض. من بين وظائفه العديدة ، يساعد الردم في منع حالات الفشل على نطاق واسع ، ويحد من ذلك ، وبالتالي يوفر القوة المتبقية لأعمدة الصخور ، ويسمح بنقل ضغوط الصخور ، ويساعد على تقليل هبوط السطح ، ويسمح باستعادة الخامات القصوى ويوفر منصة عمل في بعض طرق التعدين.
تم استخدام ابتكار حديث نسبيًا في العديد من المناجم الخرسانة المرشوشة، وهي عبارة عن خرسانة رشها على سطح صخري. يمكن تطبيقها مباشرة على الصخور بدون أي شكل آخر من أشكال الدعم ، أو يمكن رشها على الشبكة والصخور ، لتشكل جزءًا من نظام دعم متكامل. يمكن إضافة ألياف فولاذية ، جنبًا إلى جنب مع مواد مضافة أخرى وتصميمات للخلط لإضفاء خصائص محددة. توجد عمليتان مختلفتان للخرسانة ، تسمى المزيج الجاف والمزيج الرطب. وجدت Shotcrete عددًا من التطبيقات في المناجم ، بما في ذلك تثبيت الوجوه الصخرية التي قد تنحرف بسبب ارتباطها الوثيق. في المناجم السطحية ، تم أيضًا استخدام الخرسانة المرشوشة بنجاح لتحقيق الاستقرار في حالات الفشل التدريجي. تشمل الابتكارات الحديثة الأخرى استخدام بخاخات البولي يوريثين في المناجم تحت الأرض.
من أجل العمل بفعالية أثناء انفجار الصخور ، يجب أن تمتلك أنظمة الدعم خصائص مهمة معينة ، بما في ذلك التشوه وامتصاص الطاقة. يعد اختيار الدعم في ظل ظروف انفجار الصخور موضوع بحث مستمر في العديد من البلدان ، وقد تم تطوير توصيات تصميم جديدة.
في الفتحات الصغيرة تحت الأرض ، يتم إجراء التثبيت اليدوي للدعم الأرضي بشكل شائع باستخدام مثقاب السدادة. في الحفريات الكبيرة ، تتوفر المعدات شبه الميكانيكية (الحفر الميكانيكي والمعدات اليدوية لتركيب الصخر الصخري) والمعدات الآلية بالكامل (الحفر الميكانيكي وتركيب الصخر الصخري الذي يتم التحكم فيه من لوحة المشغل الموجودة تحت سقف مثبت بمسامير). يعد التثبيت اليدوي للدعم الأرضي نشاطًا شديد الخطورة. على سبيل المثال ، في أونتاريو ، كندا ، حدث ثلث جميع الإصابات الناجمة عن سقوط الصخور خلال الفترة 1986-1995 أثناء تركيب الصخور الصخرية ، ووقعت 8٪ من جميع الإصابات تحت الأرض أثناء تركيب الصخور الصخرية.
تشمل المخاطر الأخرى تناثر الجص الأسمنتي أو الراتنج في العين ، وردود الفعل التحسسية من الانسكاب الكيميائي والتعب. أصبح تركيب عدد كبير من البراغي الصخرية أكثر أمانًا وفعالية من خلال استخدام آلات الصواميل الميكانيكية.
مراقبة ظروف الأرض
يمكن إجراء مراقبة ظروف الأرض في المناجم لعدة أسباب ، بما في ذلك الحصول على البيانات اللازمة لتصميم المناجم ، مثل تشوه كتلة الصخور أو إجهاد الصخور ؛ التحقق من بيانات وافتراضات التصميم ، مما يسمح بمعايرة نماذج الكمبيوتر وتعديل طرق التعدين لتحسين الاستقرار ؛ تقييم فعالية الدعم الأرضي الحالي وربما توجيه تركيب دعم إضافي ؛ والتحذير من الفشل الأرضي المحتمل.
يمكن مراقبة ظروف الأرض إما بصريًا أو بمساعدة الأدوات المتخصصة. يجب إجراء عمليات التفتيش السطحية والجوفية بعناية وبمساعدة مصابيح التفتيش عالية الكثافة إذا لزم الأمر ؛ يلعب كل من عمال المناجم والمشرفين والمهندسين والجيولوجيين دورًا مهمًا في إجراء عمليات التفتيش المنتظمة.
تشمل العلامات المرئية أو المسموعة لتغير ظروف الأرض في المناجم ، على سبيل المثال لا الحصر ، حالة نواة حفر الماس ، والتلامس بين أنواع الصخور ، والأرض الشبيهة بالأسطوانة ، ووجود ميزات هيكلية ، وتحميل واضح للدعم الأرضي ، ورفع الأرضية ، والشقوق الجديدة على الجدران أو الأسطح والمياه الجوفية وانهيارات الأعمدة. غالبًا ما يعتمد عمال المناجم على أدوات بسيطة (على سبيل المثال ، إسفين خشبي في الشقوق) لتوفير تحذير مرئي بأن حركة السقف قد حدثت.
يتضمن تخطيط وتنفيذ نظام المراقبة تحديد الغرض من البرنامج والمتغيرات المراد مراقبتها ، وتحديد دقة القياس المطلوبة ، واختيار وتركيب المعدات وتحديد وتيرة الملاحظات ووسائل عرض البيانات. يجب تركيب معدات المراقبة من قبل موظفين ذوي خبرة. تعد بساطة الأداة وتكرارها وموثوقيتها اعتبارات مهمة. يجب أن يحدد المصمم ما الذي يشكل تهديدًا للسلامة أو الاستقرار. يجب أن يشمل ذلك إعداد خطط الطوارئ في حالة تجاوز مستويات التحذير هذه.
تشتمل مكونات نظام المراقبة على جهاز استشعار يستجيب للتغيرات في المتغير الذي تتم مراقبته ؛ نظام إرسال ينقل خرج المستشعر إلى موقع القراءة باستخدام قضبان أو كابلات كهربائية أو خطوط هيدروليكية أو خطوط قياس عن بعد ؛ وحدة قراءة (على سبيل المثال ، مقياس الاتصال ، مقياس الضغط ، المتر المتعدد أو العرض الرقمي) ؛ ووحدة تسجيل / معالجة (على سبيل المثال ، جهاز تسجيل ، أو جهاز تسجيل بيانات ، أو كمبيوتر صغير).
توجد طرق مختلفة لتشغيل الأداة ، وهي:
- ميكانيكي: غالبًا ما توفر أبسط الطرق وأرخصها وأكثرها موثوقية للكشف والإرسال والقراءة. تستخدم كاشفات الحركة الميكانيكية قضيبًا أو شريطًا فولاذيًا ، مثبتًا في الصخر في أحد طرفيه ، وملامسًا لمقياس قرص أو نظام كهربائي في الطرف الآخر. العيب الرئيسي للأنظمة الميكانيكية هو أنها لا تصلح للقراءة عن بعد أو للتسجيل المستمر.
- بصري: تستخدم في طرق المسح التقليدية والدقيقة والتصويرية لإنشاء ملفات التنقيب وقياس حركات حدود التنقيب ومراقبة هبوط السطح.
- هيدروليكي و هوائي: محولات الطاقة الغشائية التي تستخدم لقياس ضغط المياه وأحمال الدعم وما إلى ذلك. الكمية المقاسة عبارة عن ضغط سائل يعمل على جانب واحد من غشاء مرن مصنوع من المعدن أو المطاط أو البلاستيك.
- الكهرباء: وضع الأداة الأكثر شيوعًا المستخدم في المناجم ، على الرغم من أن الأنظمة الميكانيكية لا تزال تستخدم على نطاق واسع في مراقبة الإزاحة. تعمل الأنظمة الكهربائية وفقًا لأحد المبادئ الثلاثة ، مقياس ضغط المقاومة الكهربائية ، والأسلاك الاهتزازية ، والحث الذاتي.
تشمل المتغيرات الأكثر شيوعًا التي يتم مراقبتها الحركة (باستخدام طرق المسح ، وأجهزة السطح مثل مقاييس الشقوق ومقاييس تمدد الشريط ، وأجهزة حفر الآبار مثل مقاييس تمدد القضيب أو مقاييس الميل) ؛ ضغوط الصخور (الإجهاد المطلق أو تغير الإجهاد من أجهزة البئر) ؛ الضغط والحمل والضغط على أجهزة دعم الأرض (على سبيل المثال ، خلايا الحمل) ؛ الأحداث الزلزالية واهتزازات الانفجار.