تهوية المناجم تحت الأرض: الأنظمة والتحديات والحلول

ما المقصود بتهوية المناجم تحت الأرض؟

تهوية المناجم تحت الأرض هي الحركة المنظمة للهواء داخل الأعمال المنجمية بهدف المحافظة على جودة الهواء ودرجة الحرارة وظروف العمل المقبولة. ويُوجَّه هواء الدخول النقي إلى المناطق التي يعمل فيها الأفراد وإلى مناطق التشغيل النشطة، ثم يُنقل الهواء المحمل بالملوثات أو الحرارة والرطوبة الزائدة عبر مسارات هواء الرجوع المحددة إلى خارج المنجم.

تتكون المنظومة عادةً من:

• الفتحات السطحية والآبار والمداخل والمنحدرات والفتحات الصاعدة والممرات تحت الأرض؛

• دوائر هواء الدخول وهواء الرجوع؛

• نقاط تقسيم الهواء التي تخدم قطاعات الإنتاج ومناطق التطوير؛

• حواجز التهوية والأبواب ومنظمات التدفق والعوازل ومعابر الهواء وغيرها من عناصر التحكم؛

• قنوات التهوية الصلبة أو المرنة المستخدمة في الأنفاق الفرعية غير النافذة وواجهات التطوير ومواقع العمل الموضعية؛

• معدات التهوية الرئيسية، ومراوح التعزيز عند السماح بها، ومعدات التهوية المساعدة؛ و

• أجهزة قياس ومراقبة معدل تدفق الهواء والضغط والغازات ودرجة الحرارة والرطوبة وحالة المعدات.

يجب تقييم هذه العناصر بوصفها منظومة واحدة. فمعدل التدفق عند فتحة سطحية لا يثبت وحده أن واجهة عمل بعيدة تحصل على الكمية المطلوبة؛ إذ تؤثر مقاومة الفروع والتسرب وعناصر التحكم وحالة قنوات التهوية المساعدة في الكمية الفعلية الواصلة. ولهذا تربط الإرشادات الفنية بين التهوية الرئيسية والمساعدة والقياس والتحكم وإجراءات الأعطال داخل خطة تهوية واحدة. ^{[1] [9]}

الشكل 1. دائرة توضيحية مبسطة لتهوية منجم تحت الأرض بنظام السحب، تبين دخول الهواء النقي وتوزيعه على مستويات العمل ثم عودة الهواء عبر مسار الرجوع إلى مروحة السحب الرئيسية على السطح. يختلف الترتيب الفعلي من منجم إلى آخر.

كيف تعمل دائرة التهوية في المنجم تحت الأرض؟

يتحرك الهواء في المنجم لأن فرقًا في الضغط ينشأ بين جانب هواء الدخول وجانب هواء الرجوع في الشبكة. ويجب أن يكون هذا الفرق كافيًا للتغلب على مقاومة الآبار والمنحدرات والممرات والفتحات الصاعدة والقنوات والانحناءات والوصلات وعناصر التحكم والتوصيلات السطحية.

يمكن تبسيط مسار الدائرة في خمس مراحل:

1. دخول الهواء إلى المنجم. يُسحب الهواء النقي أو يُدفع عبر بئر أو مدخل أو منحدر أو فتحة دخول مخصصة.

2. تقسيم التدفق الرئيسي. تُوزع الكمية الكلية بين مستويات التشغيل والقطاعات والورش وممرات الحركة ومحطات الضخ وغيرها بحسب احتياج كل منطقة.

3. وصول الهواء إلى أماكن العمل النشطة. تُهوّى الممرات ذات مسار الهواء النافذ مباشرةً من شبكة التهوية الرئيسية، بينما تحتاج الأنفاق الفرعية غير النافذة وواجهات التطوير عادةً إلى مراوح مساعدة وقنوات تهوية.

4. دخول الهواء الملوث إلى منظومة الرجوع. يُفضّل أن ينتقل الهواء من المناطق الأنظف نحو مواقع تولد الملوثات، ثم يدخل ممرات الرجوع من دون المرور بموقع عمل مأهول آخر متى أمكن.

5. خروج هواء الرجوع من المنجم. تنقل دائرة الرجوع الهواء إلى بئر عادم أو فتحة صاعدة أو بوابة أو محطة مروحة سطحية.

نادرًا ما تكون الشبكة الفعلية مسارًا مستقيمًا واحدًا؛ فهي تجمع فروعًا على التوالي وعلى التوازي. وقد تُفتح الأبواب، أو تُعدّل منظمات التدفق، أو تُربط واجهات تطوير جديدة بالشبكة، أو تُغلق أعمال قديمة، أو تتغير مسارات التسرب. لذلك تُعد تهوية المنجم عملية تشغيل مستمرة وليست تركيبًا يُنجز مرة واحدة.

كيف تتكامل التهوية الرئيسية وتوزيع الهواء على القطاعات والتهوية المساعدة ومراوح التعزيز؟

تجمع شبكة التهوية تحت الأرض بين تدفق الهواء على مستوى المنجم، وتوزيعه على قطاعات التشغيل، والتهوية المساعدة للأنفاق الفرعية غير النافذة وواجهات التطوير. وعند السماح بها، تضيف مراوح التعزيز ضغطًا داخل دائرة محددة. وتربط أنظمة القياس والتحكم هذه الأجزاء من خلال التحقق من توافق الظروف الفعلية مع خطة التهوية.

التهوية الرئيسية

تنقل التهوية الرئيسية تدفق الهواء على مستوى المنجم بين فتحات الدخول والرجوع الأساسية. وتعتمد السعة المطلوبة على العمق وطريقة التعدين وأبعاد الممرات وأسطول المعدات وأحمال الملوثات والحرارة والتوسع المستقبلي. وبما أن التوصيلات السطحية والآبار والممرات الرئيسية والتحكم في التسرب ومسارات الرجوع تؤثر كلها في نقطة التشغيل، لذلك يجب تحليل الشبكة عند اختيار مروحة المنجم الرئيسية، ثم مراجعة افتراضات الشبكة بعد تحديد المروحة وترتيب التركيب. ^{[1] [9]}

توزيع الهواء على القطاعات والفروع

يوزع هذا المستوى هواء التهوية الرئيسية بين فروع الإنتاج والخدمات. وتعيد منظمات التدفق توجيه الهواء بإضافة مقاومة إلى فرع معين، لكن الخنق المفرط يهدر الضغط وقد يخفض التدفق في مناطق أخرى. وعندما يكون ذلك عمليًا، قد يكون تحسين مقطع الممر أو إصلاح التسرب أو إنشاء مسار رجوع أقصر أو إضافة فرع متوازٍ حلًا أفضل على المدى الطويل.

التهوية المساعدة أو الموضعية

تحتاج الأنفاق الفرعية غير النافذة وواجهات التطوير عادةً إلى تهوية مساعدة عبر قنوات لأنها لا تشكل مسارًا نافذًا للهواء بين هواء الدخول وهواء الرجوع. ويجب أن تحصل المنظومة على كمية كافية من الهواء النقي من الدائرة الرئيسية، وأن توصل معدل التدفق المطلوب إلى واجهة العمل في نظام الدفع أو تلتقطه من واجهة العمل في نظام السحب، وأن تصرف الهواء الملوث من دون إعادة تدوير. وترد لاحقًا مناقشة لترتيبات الدفع والسحب والترتيبات المركبة. وللاطلاع على مقارنة تفصيلية للمعدات، راجع دليل التهوية بالدفع والسحب.

مراوح التعزيز وتأثيرها في الشبكة

عندما تسمح اللوائح المعمول بها وخطة التهوية المعتمدة، تضيف مروحة التعزيز ضغطًا إلى دائرة محددة تحت الأرض، وتغيّر توزيع الضغط في الفروع المتصلة. لذلك يجب تقييمها مع المراوح الرئيسية وخطر إعادة تدوير الهواء ومسار التجاوز عند الحاجة وإجراءات الاستجابة عند توقف المروحة وعناصر التحكم والمراقبة، لا باعتبارها بديلًا منفصلًا لمعدة واحدة. وفي المشاريع العربية يجب مراجعة النصوص الوطنية السارية بدل نقل متطلبات دولة أخرى تلقائيًا. ^{[2] [7]}

كيف تُحدَّد متطلبات معدل تدفق الهواء والضغط؟

يفصل التقييم المفيد للتهوية بين سؤالين:

1. ما معدل تدفق الهواء المطلوب في كل موقع عمل وفي كل حالة تشغيل؟

2. ما مقدار الضغط المطلوب لتحريك هذه الكمية عبر المسارات المختارة؟

يتحدد معدل تدفق الهواء بحسب المخاطر والأنشطة المطلوب التحكم فيها. وقد يشمل ذلك عدد العاملين، ومعدات الديزل، وانبعاث الغازات، وأدخنة التفجير، والغبار، والحرارة، والرطوبة، ومناطق شحن البطاريات، والورش، وانبعاثات العمليات. وقد تضع اللوائح وخطة التهوية المعتمدة حدودًا دنيا للكميات أو السرعات. ويجب تحديد المتطلب الحاكم لكل منطقة ولكل مجموعة واقعية من الأنشطة المتزامنة، لا بالاعتماد على إجمالي تدفق المروحة فقط.

تنظم الحسابات الأساسية بيانات التدفق والضغط، لكنها لا تحل محل نموذج شبكة معاير، أو معايير مخاطر خاصة بالموقع، أو خطة التهوية المعتمدة.

معدل تدفق الهواء وسرعته

في مقطع محدد من الممر، تُستخدم العلاقة الأساسية الآتية:

‎Q = A × v‎

• Q = معدل تدفق الهواء الحجمي، ويُعبّر عنه عادةً بالمتر المكعب في الثانية (m³/s)؛

• A = مساحة المقطع الفعالة للممر بالمتر المربع (m²)؛

• v = متوسط سرعة الهواء بالمتر في الثانية (m/s).

هذه العلاقة مهمة في مسوح التهوية. فقراءة السرعة من دون قياس موثوق لمساحة الممر لا تعطي معدل تدفق دقيقًا، كما أن قراءة نقطة واحدة قد لا تمثل المتوسط عبر مقطع غير منتظم. لذلك يجب أن تحدد إجراءات المسح طريقة القياس وموقع المحطة وأبعاد المقطع وحالة الجهاز وعوامل التصحيح عند الحاجة. ^{[1] [12]}

موازنة الهواء عند نقاط التفرع والالتقاء

عند تقييم الفروع على أساس كثافة هواء محلية متقاربة، تقتضي استمرارية التدفق أن يكون مجموع الهواء الداخل إلى نقطة الالتقاء قريبًا من مجموع الهواء الخارج منها، بعد احتساب التسرب المعروف وعدم يقين القياس:

‎ΣQ_in ≈ ΣQ_out‎

إذا اختلفت كثافة الهواء بصورة ملموسة بين مواقع القياس، فيجب مقارنة معدل التدفق الكتلي أو تصحيح معدلات التدفق الحجمي إلى حالة مرجعية مشتركة قبل إجراء الموازنة.

تفيد موازنة الهواء عند مداخل المستويات، ونقاط تفرع الهواء إلى القطاعات، ونقاط التقاء مسارات الرجوع، ومواقع المراوح المساعدة. وقد يشير فرق كبير غير مفسر إلى تسرب، أو فتحة ربط غير مسجلة، أو موضع قياس غير مناسب، أو قراءات أُخذت في حالات تشغيل مختلفة.

مقاومة الشبكة وفواقد الضغط

بالنسبة إلى فرع مبسط من شبكة المنجم، تُعبّر فواقد الضغط عادةً بالعلاقة:

‎ΔP = R × Q²‎

• ΔP = فقدان الضغط عبر الفرع، ويُعبّر عنه عادةً بالباسكال (Pa)؛

• R = المقاومة المكافئة للفرع، مثل Pa/(m³/s)² أو N·s²/m⁸؛

• Q = معدل تدفق الهواء عبر الفرع بالمتر المكعب في الثانية (m³/s).

تُستخدم علاقة التربيع المبسطة عادةً مع الجريان المضطرب في الممرات المنجمية لحالة ممر وأساس كثافة محددين. ويجب إعادة تقييم قيمة المقاومة عند تغير هندسة الممر أو خشونته أو العوائق أو عناصر التحكم أو الكثافة المرجعية.

في هندسة تهوية المناجم تسمى القيمة المكافئة المستخدمة في هذه العلاقة مقاومة الممر أو مقاومة أتكنسون. ويجب تفسير قيمتها مع نظام الوحدات واتفاقية الكثافة المستخدمة. ^[9]

تمثل المقاومة الأثر المجمع لطول الممر ومحيطه ومساحة مقطعه وخشونة سطحه والعوائق والانحناءات والوصلات وعناصر التحكم وغيرها من الفواقد. ويؤثر تضيق المقطع أو تدهور حالة الممر بصورة كبيرة في الضغط المطلوب. ^{[1] [9]}

توضح علاقة التربيع سبب ارتفاع تكلفة زيادة التدفق. فإذا بقيت المقاومة ثابتة، فإن مضاعفة التدفق ترفع فقدان الضغط إلى نحو أربعة أضعاف، وترفع القدرة الهوائية النظرية ـ وهي حاصل ضرب التدفق في الضغط ـ إلى نحو ثمانية أضعاف قبل احتساب كفاءة المروحة والمحرك. لذلك قد يكون إزالة الاختناق أو إضافة مسار متوازٍ مناسب أكثر فاعلية من زيادة ضغط المروحة باستمرار.

تعريف الضغط وأساس التدفق وكثافة الهواء

يجب أن تحدد بيانات المشروع ما إذا كانت قيمة الضغط ساكنة أم كلية، وأن تبين موضع القياس أو المرجع. وإذا كانت القراءة فرق ضغط، فيجب تحديد موضعي القياس ونوع الضغط المقاس في كل موضع. ولا يجوز مقارنة ضغط مقاس عبر المروحة مباشرةً بفقدان ضغط فرع ما لم تكن التعريفات ومواضع القياس وأساس الكثافة متوافقة.

ينبغي كذلك توضيح ما إذا كانت قيم تدفق الهواء تمثل الحجم الفعلي عند الظروف تحت الأرض أو حُوِّلت إلى حالة مرجعية. ويتأثر ارتفاع الضغط والقدرة الهوائية عند سرعة دوران محددة بكثافة الهواء؛ لذلك يجب مراعاة الارتفاع عن سطح البحر ودرجة الحرارة والرطوبة والضغط الجوي عند مقارنة نقطة التشغيل المطلوبة في الموقع بمنحنيات المروحة أو بيانات اختبارات القبول. ^{[9] [10]}

لا تخلط بين القيم الآتية في بيانات المشروع:

• تدفق المروحة والتدفق الفعلي الذي يصل إلى مخرج قناة الدفع أو يُلتقط عند مدخل قناة السحب؛

• الضغط الساكن والضغط الكلي وفرق الضغط؛

• معدل التدفق الحجمي الفعلي والمعدل المحوَّل إلى شروط مرجعية أو المعدل القياسي؛ أو

• القيم المحسوبة في النموذج والقياسات المأخوذة في تكوين مختلف للشبكة.

مسارات الهواء على التوالي والتوازي

تحمل مسارات الهواء الموصولة على التوالي معدل التدفق نفسه تباعًا، وتُجمع مقاوماتها:

‎R_total = R_1 + R_2 + R_3 +...‎

أما مسارات الهواء الموصولة على التوازي فتتقاسم معدل التدفق بين مسارين أو أكثر. وعند التعبير عن مقاومة التهوية بعلاقة التربيع:

‎1 / √R_total = 1 / √R_1 + 1 / √R_2 + 1 / √R_3 +...‎

يرمز √R إلى الجذر التربيعي للمقاومة.

يمكن لمسارين متوازيين ومتماثلين أن يخفضا المقاومة المكافئة إلى ربع مقاومة مسار واحد، بشرط أن يظلا مفتوحين ومتصليْن بصورة صحيحة. ولهذا قد تقلل مسارات الدخول والرجوع المتوازية والمخططة جيدًا ضغط التشغيل وتزيد المرونة، لكن الفائدة تضيع إذا كان أحد المسارين مقيدًا أو سيئ الصيانة أو يؤدي إلى انتقال الملوثات إلى منطقة عمل أخرى. ^[9]

التسرب والفواقد الموضعية

لا يصل كل الهواء الذي تحركه المنظومة الرئيسية إلى موقع العمل المقصود. فقد يتسرب عبر أبواب أو حواجز أو عوازل تالفة، أو من خلال وصلات غير محكمة في قنوات التهوية، أو عبر فتحات غير مقصودة. كما تتطلب منظمات التدفق والتغيرات المفاجئة في مساحة المقطع والانحناءات والوصلات والشبكات الواقية وكواتم الصوت والوصلات الانتقالية ضغطًا إضافيًا للتغلب على الفواقد الموضعية.

لذلك يميّز التقييم المفيد بين:

• الهواء الداخل إلى المنجم؛

• الهواء الواصل إلى كل قطاع؛

• الهواء الواصل إلى كل موقع عمل نشط؛

• الهواء الذي يصل إلى مخرج قناة الدفع أو يُلتقط عند مدخل قناة السحب؛ و

• الهواء العائد عبر دائرة الرجوع المقصودة.

بعد تحديد معدل التدفق والضغط ونطاق التشغيل وظروف التركيب على مستوى المنظومة، يمكن تقييم نوع المروحة وطرازها ومنحناها ومحركها وطريقة التحكم من خلال صفحة اختيار مراوح تهوية المناجم.

تصميم مسارات هواء الدخول ومناطق العمل وهواء الرجوع

توجيه الهواء من المناطق الأنظف نحو مصادر الملوثات

عندما يسمح مخطط المنجم، يُفضّل أن يمر الهواء النقي بالمناطق التي يعمل فيها الأفراد والمناطق الأنظف قبل الوصول إلى المواقع التي تتولد فيها الغازات أو الغبار أو انبعاثات الديزل أو أدخنة التفجير أو الحرارة. ثم يدخل الهواء الملوث إلى منظومة الرجوع من دون إعادة استخدامه في موقع عمل آخر. ويحد هذا المبدأ من التعرض الثانوي ويسهل اكتشاف الظروف غير الطبيعية.

إذا كانت التهوية المتسلسلة مسموحة ومذكورة في خطة التهوية المعتمدة، فيجب تقييم تأثير الملوثات والحرارة والدخان وحالات الطوارئ على المناطق الواقعة في اتجاه التدفق. فالمنطقة اللاحقة تستقبل هواءً قد يحمل ملوثات أو حرارة، وقد يؤثر حريق أو إطلاق مفاجئ في الدائرة السابقة على موقع العمل اللاحق.

منع قصر مسار الهواء وإعادة تدوير الهواء

يحدث قصر مسار الهواء عندما يسلك الهواء طريقًا منخفض المقاومة بين هواء الدخول وهواء الرجوع من دون تهوية المنطقة المستهدفة. أما إعادة التدوير فتحدث عندما يُسحب هواء الرجوع الملوث مرة أخرى إلى مدخل أو مروحة مساعدة. وقد تعطي الحالتان قراءات مضللة، لأن المروحة قد تحرك كمية كبيرة بينما تحصل واجهة العمل على كمية قليلة من الهواء النقي.

تشمل الأسباب الشائعة:

• باب تهوية مفتوح أو تالف؛

• تسرب حول حاجز أو عازل؛

• تركيب مروحة مساعدة في موقع لا تتوافر فيه كمية كافية من الهواء النقي؛

• سوء الفصل بين تصريف المروحة المساعدة ومدخلها؛

• منظم تدفق في موضع غير مناسب؛

• فتحة ربط جديدة بين مسارات هواء الدخول ومسارات هواء الرجوع؛ أو

• تغير في تشغيل المراوح يؤدي إلى تبدل علاقات الضغط بين الفروع.

استخدام عناصر التحكم ضمن خطة محددة

توجّه حواجز التهوية والأبواب ومنظمات التدفق ومعابر الهواء العلوية والسفلية والعوازل والجدران الفاصلة الهواء وتفصل بين دوائره. ولا تقل حالة هذه العناصر أهمية عن تصميمها الأصلي؛ فقد يغير حاجز تالف أو باب مفتوح التوزيع في مناطق بعيدة عن موقع الخلل. لذلك يجب فحصها وتحديدها على خطة التهوية وإدراجها في إجراءات إدارة التغيير.

تحتاج منظمات التدفق إلى عناية خاصة. فهي تعيد توزيع الهواء بإضافة مقاومة إلى فرع، لكنها لا تولد مزيدًا من التدفق الكلي. وقد يؤدي إغلاق منظم إلى تحسين منطقة مع زيادة فواقد الضغط أو خفض الهواء في منطقة أخرى. لذلك ينبغي تقييم التعديلات المهمة على مستوى الشبكة والتحقق منها بالقياس.

التخطيط لتطور المنجم مستقبلاً

تتغير الشبكة مع تقدم واجهات التطوير وفتح أو إغلاق مناطق الاستخراج وتغيير مسارات النقل وتمديد مسارات الرجوع. وقد يصبح ترتيب مناسب في مرحلة الإنتاج الحالية غير كافٍ بعد ربط مستوى جديد أو زيادة طول قناة التهوية.

ينبغي أن يشمل التخطيط على الأقل:

• مخطط التشغيل الحالي؛

• مراحل التطوير والإنتاج التالية؛

• أطول مسارات متوقعة لهواء الدخول والرجوع؛

• نشر معدات الديزل أو المعدات الكهربائية مستقبلاً؛

• ظروف الحرارة والمياه المتوقعة عند أعماق أكبر؛

• الإغلاقات والعوازل والتغييرات المخططة في الممرات؛ و

• حالات التشغيل العادي، والإنتاج المخفض، والتفجير، والصيانة، والطوارئ.

التهوية المساعدة في واجهات التطوير

ينبغي إعادة تقييم التهوية المساعدة مع تقدم واجهة التطوير. فزيادة طول القناة ترفع مقاومة المنظومة وتزيد عدد الوصلات التي قد يحدث عندها تسرب، لكن فواقد الضغط والتسرب يؤثران في الأداء بطرق مختلفة.

يزيد الاحتكاك والقيود الضغط المطلوب لتحقيق معدل تدفق معين. وعند ثبات سرعة المروحة وزاوية الريش، يمكن أن يغيّرا معدل التدفق عند نقطة التشغيل التي يحددها تقاطع منحنى المروحة مع منحنى المنظومة. ولا يزيل الاحتكاك الهواء من قناة محكمة بحد ذاتها؛ فإذا لم يوجد تسرب بقي التدفق الكتلي محفوظًا على طول القناة، مع احتمال اختلاف القراءات الحجمية إذا تغيرت كثافة الهواء. ^{[9] [10]}

يغيّر التسرب العلاقة بين تدفق المروحة والهواء الموصل إلى واجهة العمل أو الملتقط منها. ففي نظام الدفع قد يتسرب جزء من الهواء قبل بلوغ المخرج، وفي نظام السحب قد يدخل هواء من الممر عبر مواضع التسرب، فتتعامل المروحة مع كمية أكبر من الكمية الملتقطة فعليًا عند واجهة العمل. أما إعادة التدوير فهي مشكلة مستقلة قد تخفض إمداد الهواء النقي حتى مع بقاء إجمالي تدفق المروحة مرتفعًا. ^[1]

يجب أن يراجع التقييم على مستوى المنظومة ما يلي:

• كمية الهواء النقي المتاحة عند موقع المروحة المساعدة؛

• موضع المروحة بالنسبة إلى هواء الدخول وهواء الرجوع؛

• قطر القناة وطولها ومادتها ووصلاتها وانحناءاتها وأي تلف فيها؛

• المسافة بين مخرج قناة الدفع أو مدخل قناة السحب وواجهة العمل؛

• معدل التدفق الفعلي الواصل إلى مخرج قناة الدفع أو الملتقط عند مدخل قناة السحب، لا معدل التدفق الاسمي للمروحة وحده؛

• مسار الهواء خارج القناة الذي يُكمل مسار التهوية المحلي بين هواء الدخول وهواء الرجوع؛

• ظروف الغبار والغاز والحرارة وأدخنة التفجير؛

• تأثير حركة المعدات وتمديد القناة؛ و

• دوائر تعشيق وقائية، وإنذارات، وإجراءات استجابة لفقدان التهوية.

تستخدم أنظمة الدفع عادةً قنوات مصممة للعمل تحت ضغط موجب، بينما تتطلب أنظمة السحب قنوات تتحمل الضغط السالب من دون أن تنهار. وقد تحسن الأنظمة المركبة التحكم في بعض التطبيقات، لكنها تحتاج إلى تنسيق معدلات التدفق ومواضع القنوات. ولا يجوز تحويل ترتيب دفع إلى ترتيب سحب بمجرد عكس دوران المحرك؛ إذ يجب أن تكون الخصائص الهوائية للمروحة، وتصميم القناة، وترتيب المدخل والمخرج، وأجهزة التحكم، ومسار الرجوع مناسبة للمهمة المطلوبة.

ترد اعتبارات اختيار المعدات ومتطلبات تشغيل قنوات التهوية بمزيد من التفصيل في صفحة مراوح المناجم المساعدة.

التحديات الرئيسية في تهوية المناجم تحت الأرض

الغازات وأدخنة التفجير

تختلف أخطار الغازات باختلاف نوع المنجم والجيولوجيا. ويُعد الميثان عاملًا أساسيًا في مناجم الفحم، بينما قد تحتاج مناجم أخرى إلى التحكم في نواتج التفجير وأول أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين ومركبات الكبريت والرادون أو غازات العمليات. ويجب أن تحدد خطة التهوية المصادر المحتملة ومعدلات الانبعاث المتوقعة ومواقع القياس ومستويات الإنذار وأزمنة التطهير وإجراءات إعادة الدخول.

بعد التفجير، لا يثبت تشغيل المروحة من جديد أن موقع العمل أصبح آمنًا. ويتوقف زمن التطهير على كمية الأدخنة وموقعها ومعدل تدفق الهواء والمسافة إلى مسار الرجوع ومناطق الركود وحالة قنوات التهوية المساعدة. ويجب أن تتم إعادة الدخول وفق الإجراءات المعتمدة واشتراطات فحص الجو.

جسيمات عادم الديزل والانبعاثات الغازية

تطلق معدات الديزل جسيمات عادم الديزل (DPM) وغازات مثل أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين ومركبات الكبريت والهيدروكربونات في مناجم الفحم والمناجم المعدنية وغير المعدنية. وتوصي مراجع الصحة المهنية ببرنامج متكامل بدل الاعتماد على التهوية وحدها. ^{[3] [12]}

قد تجمع استراتيجية عملية للتحكم في جسيمات عادم الديزل بين:

• كمية هواء كافية لتخفيف الانبعاثات ونقلها؛

• محركات أقل انبعاثًا ووقود مناسب؛

• الصيانة واختبارات الانبعاث؛

• مرشحات جسيمات الديزل أو معالجة العادم عند ملاءمتها؛

• تنظيم الحركة والحد من التشغيل في وضع الخمول؛

• جدولة المعدات وتحديد عددها داخل كل قطاع؛ و

• قياس التعرض ومراقبة الجو.

قد تخفض زيادة الهواء تركيز الملوث، لكنها ترفع استهلاك الطاقة وقد لا تعالج انبعاثات معدات سيئة الصيانة. لذلك يجب تنسيق التهوية مع التحكم عند المصدر.

التحكم في الغبار

تساعد التهوية في تخفيف الغبار المحمول ونقله، لكنها لا تجمع الغبار عند المصدر تلقائيًا. وقد تعيد السرعة المرتفعة تعليق الغبار المترسب في بعض التخطيطات. ولهذا قد تتطلب عمليات القطع والحفر والتكسير والتحميل ونقاط النقل وأعمال الخرسانة المرشوشة رشاشات مياه أو حواجز أو أجهزة تنقية أو مجمعات غبار تعمل بالطريقة الرطبة أو شفطًا موضعيًا إضافة إلى التهوية العامة.

عندما يلزم جمع الغبار أو معالجته، يجب تصميم معدل هواء الشفط وموضع غطاء الالتقاط ومقاومة القناة ونظام المياه أو المرشح ومسار التصريف النهائي بوصفها منظومة مستقلة للتحكم عند المصدر. راجع دليل معدات شفط غبار المناجم.

الحرارة والرطوبة في المناجم العميقة

قد يأتي الحمل الحراري من الصخور المحيطة، والانضغاط الذاتي للهواء في آبار الدخول، والمياه الجوفية الساخنة، ومحركات الديزل، والمحركات الكهربائية، والمعدات، والتفجير، والنشاط البشري. وتعد التهوية وسيلة هندسية مهمة للتحكم، لكن بعض الظروف تحتاج إلى تبريد إضافي. ^{[1] [4]}

وتوفر منصة تعدين السعودية أيضًا مادة توعوية عربية عن عوامل خطر الإجهاد الحراري وأعراضه وإجراءات التحكم الوقائية في العمليات التعدينية. ويُستفاد منها في التوعية وإدارة المخاطر، لكنها لا تُعد معيارًا لتصميم منظومة التهوية. ^[13]

ليست زيادة التدفق حلًا كاملًا دائمًا. فإذا كان هواء الدخول دافئًا ورطبًا أصلًا، فقد تكون فائدة الزيادة محدودة، كما قد تثير السرعات العالية الغبار أو تسبب مشكلات تتعلق براحة العاملين في الممرات. وقد تشمل دراسة الحرارة:

• درجة الحرارة الجافة والرطبة؛

• الرطوبة والمياه الداخلة إلى مسارات هواء الدخول؛

• حرارة الصخور والمياه الجوفية؛

• حرارة المعدات والتفجير؛

• طول الممر والانضغاط الذاتي؛

• التبريد الموضعي أو التبريد المركزي للهواء؛ و

• إجراءات العمل والراحة والتحكم في الإجهاد الحراري.

تغير الإنتاج والطلب على الهواء

يتغير الطلب على الهواء مع حركة المعدات والعاملين، وانتقال الإنتاج بين المستويات، وعمليات التفجير، وتقدم واجهات التطوير. وقد ترسل إعدادات ثابتة كمية زائدة إلى قطاعات غير نشطة بينما تظل واجهة عمل نشطة ناقصة التهوية. لكن خفض التدفق من دون معلومات موثوقة قد يزيل هامش أمان مهم.

يجب أن تحدد المنظومة حالات التشغيل العادية وغير العادية، والحدود الدنيا المسموح بها للهواء، ومتطلبات القياس، والجهة المخولة بتغيير عناصر التحكم أو تشغيل المراوح.

ومن الأمثلة الإقليمية، أفادت شركة سنتامين في تقرير الربع الأول من عام 2024 بإضافة مراوح إلى منظومة التهوية الرئيسية في منجم السكري بمصر لزيادة تدفق الهواء في مناطق محددة ودعم التوسع المخطط تحت الأرض. يوضح المثال ارتباط تطوير التهوية بتقدم المنجم، لكنه لا يمثل معيارًا تصميميًا عامًا ولا حالة توريد تخص شركتنا. ^[8]

استهلاك الطاقة وكفاءة المنظومة

تُعد التهوية من أكبر الأحمال الكهربائية المستمرة في كثير من المناجم. وذكرت دراسة دي سوزا نطاقات منشورة تقارب 25–40% من إجمالي تكاليف الطاقة و40–50% من استهلاك الطاقة في بعض العمليات. وهذه ليست قيمًا تصميمية ثابتة للمناجم العربية أو لجميع المناجم؛ إذ تختلف الحصة الفعلية بحسب العمق والتخطيط والمناخ وطريقة التعدين والمعدات. ^[5]

لا تختزل كفاءة المنظومة في كفاءة المروحة وحدها. وقد تُهدر الطاقة بسبب:

• مسارات دخول أو رجوع مرتفعة المقاومة؛

• منظمات وقيود غير ضرورية؛

• التسرب عبر عناصر التحكم أو القنوات؛

• سوء ترتيب مداخل أو مخارج المحطات السطحية؛

• إمداد مناطق غير نشطة بالهواء؛

• إعدادات تحكم غير صحيحة؛ و

• تشغيل المراوح بعيدًا عن نقطة التشغيل المطلوبة للمنظومة.

قياسات ومسوح التهوية في المناجم

يبقى التصميم أو نموذج شبكة التهوية تمثيلًا حسابيًا إلى أن تؤكده القياسات الميدانية تحت الأرض. وتحدد مسوح التهوية التوزيع الفعلي للهواء وعلاقات الضغط، بينما توفر المراقبة المستمرة معلومات عن الحالات الحرجة بين المسوح.

ما الذي ينبغي قياسه؟

سرعة الهواء ومساحة الممر. تحددان معًا معدل التدفق عبر فرع أو موقع عمل، وتساعدان في تأكيد التوزيع واكتشاف انخفاض التدفق وتحديث نموذج الشبكة.

قياسات الضغط. سجّل ما إذا كانت القراءة ضغطًا ساكنًا أم كليًا، وحدد موضعي القياس المستخدمين في قراءة فرق الضغط. وعند جمع بيانات الضغط مع التدفق، يمكن التحقق من نقطة تشغيل المروحة والتحقيق في القيود أو التسرب أو تغير عناصر التحكم.

تركيز الغازات والملوثات. استخدم أجهزة وأساليب أخذ عينات تناسب المخاطر المحددة. وتدعم النتائج تقييم الجو والتعرض والإنذارات والتحكم في المعدات وإجراءات إعادة الدخول.

درجة الحرارة والرطوبة. تدعم هذه القياسات تقييم الإجهاد الحراري وأداء التبريد، وينبغي مقارنتها بين مناطق العمل وحالات التشغيل لفهم حرارة الأعماق والتغير الموسمي.

حالة تشغيل المروحة. سجّل حالة التشغيل والسرعة والقدرة والاهتزاز ودرجة حرارة المحامل، واربط هذه البيانات بتغيرات الشبكة.

مواضع الأبواب والمنظمات وعناصر التحكم. تحقق من أن التكوين الفعلي يطابق خطة التهوية؛ فقد يفسر تغير إعداد واحد تحولًا في تدفق فرع حتى إذا لم تتغير المروحة.

تختلف الأجهزة ومواقع القياس ومستويات الإنذار ودورية المسوح بحسب أخطار المنجم وخطته واللوائح الوطنية. ولا ينبغي نقل تواتر منصوص عليه في دولة إلى مشروع بدولة أخرى تلقائيًا. ^{[1] [2] [12]}

جودة القياسات عامل حاسم

تشمل أخطاء المسح الشائعة اختيار محطة غير مناسبة، أو قياس مساحة الممر بصورة غير دقيقة، أو الاضطراب قرب انحناء أو باب، أو استخدام جهاز غير معاير، أو عدد نقاط عبور غير كافٍ، أو القياس في تكوين غير مسجل للشبكة. ويجب أن يوضح سجل المسح التاريخ والموقع ومساحة المقطع والطريقة والجهاز وحالة التشغيل وأي عنصر تحكم أو عائق قريب.

مقارنة نتائج النموذج بالقياسات الميدانية

عندما تختلف القياسات الميدانية عن نتائج النموذج، لا تكون الاستجابة الصحيحة دائمًا زيادة ضغط المروحة؛ فقد يشير الفرق إلى:

• مقاومة غير صحيحة لأحد الممرات؛

• باب أو منظم في موضع غير صحيح؛

• تسرب عبر حاجز أو أعمال قديمة؛

• ممر مقيد أو متدهور؛

• تسرب أو وصلة تالفة في قناة التهوية؛

• فتحة ربط جديدة لم تُضف إلى النموذج؛ أو

• مروحة أو عنصر تحكم يعمل بخلاف الحالة المفترضة.

يجب معايرة النموذج بالقياسات الميدانية وتحديثه بعد أي تغيير جوهري في شبكة المنجم.

مؤشرات تحذير وفحوص أولية

المؤشرات الآتية نقاط بداية للتحقيق وليست تشخيصًا نهائيًا. يجب اتباع إجراءات المنجم المعتمدة وتوثيق حالة تشغيل الشبكة، كما تحتاج مقارنة الضغط والتدفق إلى ثبات إعدادات المروحة ومواضع القياس وأساس كثافة الهواء. ^{[9] [10] [12]}

تدهور تهوية واجهة العمل مع استمرار المروحة في العمل بصورة ظاهرية طبيعية.

قد تؤثر تسربات القناة أو الوصلات التالفة أو زيادة الطول أو الانهيار أو القيود أو سوء موضع فتحة القناة في التوصيل أو الالتقاط. وقد تخفض إعادة التدوير كمية الهواء النقي مع بقاء تدفق المروحة مرتفعًا.

قارن تدفق المروحة بالتدفق المقاس عند مخرج قناة الدفع أو مدخل قناة السحب في الحالة التشغيلية نفسها، وافحص القناة ومسار الهواء المحلي بين هواء الدخول وهواء الرجوع.

انخفاض تدفق فرع من دون تغيير مخطط في المروحة.

قد يؤدي تغير موضع باب أو منظم، أو تلف حاجز، أو فتح وصلة جديدة بين الممرات، أو انسداد ممر إلى إعادة توزيع الضغط والتدفق. وقد يكون السبب في فرع متصل لا في موقع العمل نفسه.

تحقق من أوضاع عناصر التحكم، وافحص المسار، وأعد قياس التدفق والضغط، وقارن التكوين الفعلي بخطة التهوية.

ارتفاع ضغط المروحة مع انخفاض التدفق.

عند ثبات إعدادات المروحة والعمل على جزء مستقر من منحناها، قد يكون هذا النمط متوافقًا مع زيادة مقاومة المنظومة، مثل انهيار قناة أو انسداد شبكة أو تلف وصلة انتقالية أو تدهور ممر.

أكد إعدادات المروحة وتعريف الضغط ومواضع القياس، وقارن الضغوط على امتداد المسار، وافحص المكونات التي زادت فواقدها.

ارتفاع تدفق المروحة بصورة غير متوقعة مع انخفاض الضغط.

عند ثبات الإعدادات، قد يؤدي فتح عنصر تحكم أو مسار تسرب كبير أو قصر في مسار الهواء بين هواء الدخول وهواء الرجوع إلى خفض المقاومة الفعالة من دون تحسين الهواء المفيد في موقع العمل.

نفّذ موازنة للهواء، وافحص الأبواب والحواجز والعوازل والمنظمات وفتحات الربط الجديدة، وحدد أين يذهب الهواء الإضافي.

تدهور قراءات الغاز أو الحرارة أو جسيمات عادم الديزل بعد انتقال منطقة الإنتاج.

قد يكون الطلب على التهوية قد انتقل من دون تعديل مناسب للتحكم، أو تغيرت جدولة المعدات أو تدفق الفرع أو جودة القياس وموقعه.

تحقق من مواقع النشاط والمعدات، وافحص الأجهزة أو نتائج العينات، وقس تدفق الهواء عبر القطاع المتأثر.

استمرار اختلاف النموذج والقياسات بصورة كبيرة.

قد ترجع الأسباب إلى هندسة أو مقاومة غير صحيحة، أو أوضاع عناصر تحكم أو فتحات ربط غير مسجلة، أو تسرب، أو محطات مسح غير مناسبة، أو قياسات من حالات تشغيل مختلفة.

أعد المسح في حالة تشغيل موثقة، وطابق مخطط التهوية مع الوضع الفعلي في المنجم، ثم أعد معايرة النموذج قبل تغيير نقطة التشغيل المطلوبة للمروحة.

التهوية حسب الطلب والتحكم التكيفي

تضبط التهوية حسب الطلب (VoD) معدل تدفق الهواء وفق النشاط الفعلي والظروف البيئية بدل تشغيل جميع الأجزاء الخاضعة للتحكم على إعداد ثابت. وقد تشمل المدخلات جدول الإنتاج، وموقع المعدات والعاملين، وقياسات الغاز والحرارة، وتدفق الفروع، والضغط، وموضع الأبواب، وحالة المعدات.

يمكن تطبيق التهوية حسب الطلب تدريجيًا من خلال:

1. التحكم الزمني: إعدادات محددة مسبقًا للورديات أو التفجير أو الصيانة أو فترات التوقف.

2. التحكم المرتبط بالحدث: تغيير التدفق عند دخول المعدات إلى قطاع أو بدء نشاط إنتاجي.

3. التغذية الراجعة البيئية: استجابة التحكم للغاز أو الحرارة أو الضغط أو تدفق الهواء المقاس.

4. التحكم المنسق على مستوى الشبكة: تنسيق المراوح والمنظمات والأبواب وإعدادات القطاعات عبر المنجم.

توضح دراسة مخبرية نُشرت عام 2024 كيف يمكن استخدام مدخلات تهوية آنية لتعديل قدرة المروحة والزمن اللازم لخفض تركيز الملوثات عند واجهة تطوير ممثلة على نطاق مختبري. ولا ينبغي اعتبار نتائجها ضمانًا ميدانيًا؛ فالفائدة الفعلية تعتمد على تغير الطلب وقابلية الشبكة للتحكم وموثوقية الحساسات ونظام الاتصالات، وجودة المعايرة والتشغيل الأولي والممارسات التشغيلية الحالية. ^[6]

لا تعني التهوية حسب الطلب خفض الهواء كلما بدا قطاع ما غير نشط. فالمنظومة الموثوقة تحتاج إلى:

• حدود دنيا محددة للهواء وقيود سلامة واضحة؛

• مواقع حساسات تم التحقق منها وأجهزة قياس مُعايرة؛

• حالة تشغيل آمنة عند فقد الاتصال أو تعطل أحد الحساسات؛

• دوائر تعشيق وقائية وإجراءات استجابة للإنذار؛

• نموذج شبكة أو منطق تحكم مُختبر يراعي الفروع المتصلة؛

• صلاحيات وإجراءات للتحكم اليدوي؛ و

• التحقق من أن معدل التدفق يتغير فعليًا تحت الأرض وفق أمر التحكم.

التخطيط للأعطال وإدارة تغييرات التهوية

قد تتغير التهوية سريعًا بعد توقف مروحة أو انقطاع القدرة أو حريق أو تلف عنصر تحكم أو تعديل منظم أو فتح وصلة جديدة بين الممرات أو تعطل قناة تهوية مساعدة. وقد تمتد العواقب إلى مناطق بعيدة عن موقع التغيير.

ينبغي أن تغطي خطة الاستجابة الخاصة بالموقع:

• توقف المراوح الرئيسية ومراوح التعزيز والمراوح المساعدة؛

• انقطاع التغذية الكهربائية أو فقد التحكم أو تعطل الحساسات أو نظام الاتصالات؛

• إنذارات انخفاض الضغط أو تدفق الهواء؛

• إنذارات الغاز أو الدخان أو الحرارة أو الملوثات؛

• سحب العاملين المتأثرين وعزل المعدات؛

• قيود إعادة تشغيل المعدات؛

• الفحص واختبار الجو قبل إعادة الدخول؛

• ترتيبات التهوية المؤقتة المعتمدة؛ و

• تسجيل التغيير والتحقيق فيه واعتماده.

تضع الدول العربية أطرًا مختلفة للصحة والسلامة وإدارة المخاطر ووثائق التشغيل. ففي المملكة العربية السعودية تتضمن اللائحة التنفيذية لنظام الاستثمار التعديني أحكامًا للصحة والسلامة المهنية وتقييم المخاطر، بينما يحدد التنظيم المغربي وثائق ومخططات وسجلات يجب الاحتفاظ بها. وتفيد هذه المراجع في الإدارة والامتثال، لكنها لا توفر وحدها طريقة حساب عامة للتدفق أو الضغط لكل مشروع. ^{[2] [7]}

خطوات عملية لتقييم منظومة التهوية تحت الأرض

1. تحديد مراحل المنجم وحالات التشغيل. راجع الأعمال الحالية والتطوير المخطط ومناطق الإنتاج وجدول المعدات ودورات التفجير وحالات الصيانة والتوسع المستقبلي.

2. تحديد المخاطر ومعايير التهوية. احصر الغازات وجسيمات عادم الديزل والغبار وأدخنة التفجير والحرارة والرطوبة ومخاطر الحريق وانبعاثات العمليات، وتأكد من الحدود الدنيا لمعدلات التدفق والسرعات وحدود التعرض ومعايير الموقع.

3. رسم شبكة التهوية. سجّل فتحات الدخول والرجوع ووصلات الفروع وعناصر التحكم والدوائر المساعدة والعوازل ومسارات التسرب ومواقع المراوح ونقاط القياس.

4. قياس المنظومة القائمة. نفّذ مسوح التدفق والضغط وقياسات الجو المنجمي والحرارة في ظروف تشغيل معروفة، وقس الهواء الموصل عند مخرج قناة الدفع أو الملتقط عند مدخل قناة السحب حسب الحالة.

5. إنشاء نموذج الشبكة أو تحديثه. استخدم الضغط والتدفق المقاسين لتقدير مقاومة الفروع ومعايرة النموذج، ولا تعتمد على الرسومات أو قيم الخشونة المفترضة وحدها.

6. اختبار البدائل. قيّم تحسين الممرات وإصلاح التسرب والمسارات المتوازية وتغييرات التحكم وتسلسل الإنتاج وإعدادات المراوح ومراحل التطوير المستقبلية.

7. تحديد نطاق التشغيل الأولي ثم مقارنة المعدات. حدّد حالات التدفق والضغط الدنيا والعادية والعليا، وأساس كثافة الهواء، وترتيب التركيب، ومتطلبات التحكم، واستراتيجية الاستجابة للأعطال وحالات الطوارئ. ثم قارن المراوح، وبعد اختيار التكوين المناسب تحقّق من افتراضات الشبكة في ضوء منحنى المروحة وظروف التركيب.

8. التشغيل التجريبي والتحقق. أكد الأداء المركب بقياسات الموقع واختبارات الإنذار وفحوص التحكم وبيانات اختبار المصنع أو الموقع عند الحاجة. وللمزيد من المعلومات، راجع صفحة تصنيع مراوح تهوية المناجم وضبط الجودة.

9. الصيانة والمراجعة. حدّث الخطة والنموذج بعد التغييرات الجوهرية، وقارن الاتجاهات، وافحص عناصر التحكم والقنوات، وحقق في الانحرافات غير المفسرة.

كيف تختلف أولويات التهوية بحسب نوع المنجم؟

مناجم الفحم تحت الأرض. يؤثر الميثان وغبار الفحم ومخاطر التسخين أو الاحتراق الذاتي والتحكم في مصادر الاشتعال بصورة كبيرة في خطة التهوية. ويجب أن تتوافق ترتيبات فصل دوائر هواء الدخول والرجوع، وإجراءات القياس، واعتماد المعدات، وتشغيل المراوح، ومنع إعادة تدوير الهواء مع المتطلبات الوطنية المنطبقة.

المناجم المعدنية تحت الأرض. تشمل الأولويات المعتادة انبعاثات الديزل وأدخنة التفجير وغبار السيليكا أو الخام والحرارة في الأعماق. وتجعل المنحدرات الطويلة وتوزع مناطق الإنتاج مقاومة الشبكة وجدولة المعدات وتهوية واجهات العمل والتطوير المستقبلي عوامل مهمة.

المناجم غير المعدنية تحت الأرض. تظل انبعاثات الديزل والغبار وأدخنة التفجير مهمة. وفي المناجم ذات الفتحات الكبيرة أو طريقة الغرف والأعمدة، يحتاج توزيع الهواء ومنع قصر مسار الهواء ومواءمة تدفق الهواء مع عدد المعدات وجدول تشغيلها والتحقق من تدفق الفروع إلى عناية خاصة مع تغير مناطق الإنتاج.

هذه مقارنة عامة؛ فالجيولوجيا وطريقة التعدين والعمق والدولة وتقييم المخاطر الفعلي هي التي تحدد خطة التهوية النهائية. وتدعم الإرشادات العربية الصادرة عن مؤسسة التمويل الدولية مبادئ التحكم في المخاطر، بينما يجب الرجوع إلى النصوص الوطنية الخاصة بكل مشروع. ^{[1] [2] [7] [11]}

بيانات المشروع اللازمة لمراجعة منظومة التهوية

لإجراء تقييم أولي مفيد، قدم ما يتوفر من المعلومات الآتية:

• مخطط المنجم الحالي والتطوير المخطط، بما يشمل المستويات والآبار والمداخل والمنحدرات والفتحات الصاعدة والممرات الرئيسية؛

• مواقع هواء الدخول وهواء الرجوع واتجاهات التدفق المقصودة؛

• أبعاد الممرات وأطوالها وحالتها والقيود الرئيسية؛

• حالات التدفق والضغط الدنيا والعادية والعليا للتشغيل الحالي والمستقبلي؛

• القياسات الفعلية للتدفق والضغط عند المحطات الرئيسية ومواقع العمل، مع مواضع القياس وحالة التشغيل؛

• ما إذا كان التدفق معبرًا عنه عند الظروف الفعلية أو المرجعية، وما إذا كان الضغط ساكنًا أو كليًا أو فرق ضغط؛

• أساس كثافة الهواء أو الحالة المرجعية المستخدم في الحسابات ومنحنيات المروحة وبيانات اختبارات القبول؛

• عمق المنجم وارتفاع الموقع عن سطح البحر ودرجة الحرارة والرطوبة وظروف المياه الجوفية؛

• طريقة التعدين وبرنامج التطوير ومراحل التوسع؛

• نوع معدات الديزل وقدرتها وعددها وموقعها وجدول تشغيلها؛

• مخاطر الغاز والغبار وجسيمات عادم الديزل وأدخنة التفجير والحرارة أو العمليات؛

• قطر قناة التهوية المساعدة ومادتها وطولها وانحناءاتها وحالة التسرب فيها ومعدل التدفق المطلوب عند واجهة العمل؛

• بيانات لوحات المراوح القائمة ومنحنياتها وسرعتها أو زاوية ريشها والبيانات المقاسة وأجهزة التحكم وترتيب المروحة العاملة والمروحة الاحتياطية؛

• الجهد والتردد وطريقة البدء أو التحكم في السرعة وواجهة التحكم عند الحاجة إلى اختيار المعدات؛

• الأبواب والمنظمات والحواجز والعوازل ومسارات التسرب وعناصر التحكم الأخرى؛

• نقاط القياس ومستويات الإنذار وبيانات الاتجاه المتاحة؛ و

• اللوائح المنطبقة وخطة تهوية المنجم ومعايير قبول المشروع.

لا تمنع البيانات غير المكتملة بدء المناقشة، لكنها تحد من دقة توصيات التدفق والضغط. وعادةً ما تكون قياسات الفروع وخطة تهوية محدثة أكثر فائدة من قدرة المحرك أو قطر المروحة وحدهما. كما يجب الاحتفاظ بالوثائق والسجلات المطلوبة وفق الأنظمة الوطنية للمشروع. ^{[2] [7]}

أسئلة شائعة حول تهوية المناجم تحت الأرض

ما الفرق بين منظومة تهوية المنجم ومروحة تهوية المنجم؟

منظومة التهوية هي الشبكة الكاملة لدوائر هواء الدخول والرجوع والممرات وعناصر التحكم والقنوات وأجهزة القياس والإجراءات والمراوح. أما المروحة فتوفر فرق الضغط الذي يحرك الهواء داخل الشبكة. لذلك ينبغي تحديد متطلبات تشغيل المنظومة قبل اعتماد المعدات، ثم التحقق من توافق المعدات المختارة مع الشبكة الفعلية.

ما الفرق بين التهوية الرئيسية والتهوية المساعدة؟

تحرك التهوية الرئيسية الهواء عبر دوائر هواء الدخول والرجوع الأساسية على مستوى المنجم. أما التهوية المساعدة فتخدم الأنفاق الفرعية غير النافذة وواجهات التطوير والمناطق الموضعية التي لا يصل إليها تدفق كافٍ من شبكة التهوية الرئيسية، وتعتمد على تلك الشبكة للحصول على هواء نقي كافٍ.

لماذا قد يكون تدفق الهواء عند واجهة العمل أقل كثيرًا من تدفق المروحة؟

في نظام الدفع يقلل التسرب الهواء الواصل إلى مخرج القناة. وفي نظام السحب قد يدخل هواء من الممر عبر التسربات، فيصبح تدفق المروحة أكبر من الكمية الملتقطة عند واجهة العمل. ويغيّر الاحتكاك والقيود معدل تشغيل المنظومة بدل أن يزيل الهواء من قناة محكمة، بينما قد تقلل إعادة التدوير كمية الهواء النقي من دون خفض إجمالي تدفق المروحة. ويجب مقارنة القياسات على أساس متوافق لكثافة الهواء.

هل تؤدي زيادة سرعة المروحة دائمًا إلى حل انخفاض تدفق الهواء؟

لا. فقد يكون السبب ممرًا مقيدًا، أو عناصر تحكم تالفة، أو تسربًا، أو قصرًا في المسار، أو إعادة تدوير، أو سوء توزيع بين الفروع، أو قناة غير مناسبة. وقد ترفع زيادة الضغط القدرة والضوضاء مع تحسن محدود في الهواء المفيد. يجب تحديد المقاومة الحاكمة أولًا.

كم مرة ينبغي إجراء مسح لتهوية المنجم تحت الأرض؟

تعتمد دورية المسح على الدولة ونوع المنجم والمخاطر وخطة التهوية ومعدل التغيير. وإضافة إلى أي فترات إلزامية، يلزم المسح عادةً بعد تغييرات جوهرية في الشبكة، أو قراءات غير متوقعة، أو تغيير المراوح أو عناصر التحكم، أو فتح وصلات جديدة بين الممرات، أو تقدم ملحوظ في الأعمال.

هل تستطيع التهوية وحدها التحكم في حرارة منجم عميق؟

قد تكفي في بعض الحالات، لكن حرارة الصخور والمياه الجوفية والرطوبة والانضغاط الذاتي وحرارة المعدات قد تتجاوز ما يستطيع التدفق وحده التحكم فيه. وقد يلزم تبريد موضعي أو مياه مبردة أو تبريد ميكانيكي أو تحسين الصرف أو تبريد الهواء الكلي.

هل يصلح تصميم التهوية نفسه لمناجم الفحم والمناجم المعدنية؟

لا يوجد تصميم واحد يناسب جميع المناجم. فقد تحكم مناجم الفحم مخاطر الميثان وغبار الفحم والتسخين أو الاحتراق الذاتي ومتطلبات اعتماد المعدات، بينما تهيمن في المناجم المعدنية وغير المعدنية مخاطر جسيمات عادم الديزل وأدخنة التفجير وغبار السيليكا أو الخام والحرارة والأعمال الطويلة الموزعة. ويجب أن يتبع كل تصميم المخاطر الفعلية واللوائح المنطبقة.

الخلاصة

تعتمد تهوية المناجم الفعالة على إيصال معدل تدفق الهواء المطلوب إلى كل منطقة نشطة، لا على إجمالي تدفق المروحة فقط. والتسلسل الموثوق هو تحديد الطلب، وقياس الشبكة ونمذجتها، وتصحيح المقاومة والتسرب القابلين للتجنب، وتحديد نطاق التدفق والضغط، ثم مقارنة المعدات والتحقق من توافقها مع ظروف التركيب. وبهذا تبقى هندسة المنظومة واختيار المروحة مترابطتين من دون الخلط بينهما.