تهوية المناجم تحت الأرض: الأنظمة والتحديات والحلول

ما المقصود بتهوية المناجم تحت الأرض؟

تهوية المناجم تحت الأرض هي الحركة المنظمة للهواء عبر الأعمال المنجمية للحفاظ على جودة هواء وظروف عمل مناسبة. يجب أن يصل الهواء النقي إلى جبهات الحفر والتقدم، ومناطق الإنتاج، وسائر المواقع التي يعمل فيها الأفراد، بينما يُوجَّه الهواء الملوث إلى الخارج عبر ممرات الهواء الراجع. وإلى جانب توفير هواء صالح للتنفس، تساعد التهوية في التحكم في الميثان حيثما يوجد خطر انبعاثه، وتقليل الغبار، وتخفيف انبعاثات الديزل، وإدارة الحمل الحراري. ^{[1] [3]}

الشكل 1. دائرة مبسطة لتهوية منجم تحت الأرض بنظام السحب: يتوزع الهواء النقي عبر الممرات ومناطق العمل، ثم يُطرح الهواء الراجع إلى السطح بواسطة مروحة التهوية الرئيسية. المخطط توضيحي ولا يمثل جميع ترتيبات التهوية الممكنة.

وعليه، فإن تهوية المنجم مهمة هندسية مترابطة، وليست اختيار مروحة منفردة. فمعدل تدفق الهواء، ومسارات دخوله ورجوعه، ومقاومة الشبكة، والتسرب، والقياسات، وظروف التشغيل تحت الأرض، كلها عوامل تؤثر في أداء منظومة التهوية. ^{[1] [4]}

التحديات الرئيسية في تهوية المناجم تحت الأرض

ارتفاع استهلاك الطاقة

تستهلك منظومة التهوية الطاقة لنقل الهواء عبر مسارات طويلة والتغلب على مقاومة الشبكة. وفي كثير من الحالات، لا تكمن المشكلة في نقص الهواء وحده، بل في عدم كفاءة إيصاله إلى مناطق العمل. ففواقد الضغط المرتفعة، والتسرب، وسوء توزيع التدفق بين فروع الشبكة، وإعدادات التشغيل غير المرنة، قد تزيد القدرة المطلوبة من المراوح دون تحسين التهوية في المواقع التي تحتاج إليها. ^[4]

التعرض للغازات الخطرة والغبار وجسيمات عادم الديزل

تولد أعمال التعدين والمعدات العاملة بالديزل ملوثات يجب التحكم فيها داخل المنجم. ويبين دليلNIOSHأن محركات الديزل تُسهم في وجود جسيمات دقيقة وغازات في مناجم الفحم والمناجم المعدنية وغير المعدنية، وأن الحد من التعرض لها يتطلب برنامجًا متكاملًا. ويشمل ذلك التحكم في الانبعاثات عند المصدر، والتهوية، والصيانة، وتقييم التعرض. ولا ينبغي الخلط بين جسيمات عادم الديزل والغبار المعدني أو الغازات المصاحبة لها. ^[3]

الإجهاد الحراري في المناجم العميقة

كلما ازداد عمق الأعمال المنجمية، قد تصبح الحرارة عاملًا أكثر تأثيرًا في التصميم. فالصخور المحيطة والمياه الجوفية الساخنة تزيد الحمل الحراري، كما تضيف المعدات حرارة إلى هواء المنجم. تساعد التهوية في تقليل أثر هذه المصادر، إلا أن بعض الظروف قد تتطلب تبريد الهواء أو اتخاذ تدابير إضافية. ويجب تقييم ذلك بالاستناد إلى حالة الهواء وطبيعة العمل، لا إلى العمق وحده. ^{[1] [2]}

تغير مخطط الأعمال والطلب على الهواء

يتغير الطلب على الهواء مع فتح جبهات جديدة، وانتقال مناطق الإنتاج، وزيادة أطوال المسارات، وتحرك المعدات. ولهذا قد لا تظل إعدادات التهوية الثابتة مناسبة طوال عمر المنجم. وتعتمد التهوية حسب الطلب (VoD) على تعديل تدفق الهواء وفق النشاط والظروف الفعلية، مع المحافظة على متطلبات السلامة. ^[5]

ومن الأمثلة الإقليمية، أفادت سنتامين في تقرير الربع الأول من عام 2024 بإضافة مراوح إلى منظومة التهوية الرئيسية في منجم السكري بمصر، لزيادة تدفق الهواء في منطقتي آمون/حورس وبتاح ودعم التوسع المخطط تحت الأرض. يوضح هذا المثال ارتباط تطوير التهوية بتطور المنجم، لكنه لا يثبت استخدام التهوية حسب الطلب في ذلك المشروع. ^[8]

حلول عملية لتهوية المناجم

ينبغي بناء حلول تهوية المناجم على ظروف التشغيل الفعلية، وليس على نموذج ثابت. ويشمل التقييم معدل تدفق الهواء المطلوب، وفواقد الضغط ومقاومة الشبكة، ومسارات دخول الهواء ورجوعه، ومخاطر الغازات والغبار، وعمق المنجم وظروفه الحرارية، والتغيرات المتوقعة مع تقدم الأعمال. ويجب مراجعة المتطلبات الوطنية السارية وشروط المشروع بحسب نطاق انطباقها. ^[1]

في المملكة العربية السعودية، تتناول اللائحة التنفيذية لنظام الاستثمار التعديني التزامات الصحة والسلامة المهنية وتقييم مخاطر العمل والاحتفاظ بنتائج التقييم. وتوفر هذه الأحكام إطارًا لإدارة المخاطر، لكنها لا تُغني عن التصميم المتخصص لشبكة التهوية أو التحقق من المتطلبات الفنية الأخرى المنطبقة على المنجم. ^[6]

تخطيط تدفق الهواء والتحكم في فواقد الضغط

تبدأ المنظومة الفعالة بتوزيع الهواء على المسارات الصحيحة. يجب أن يصل الهواء النقي إلى مواقع العمل، وأن يُطرح الهواء الملوث عبر مسارات الرجوع. ويحد ضبط التسرب وفواقد الضغط من التدفق المهدور، بينما يساهم التصميم المناسب لمداخل المراوح ومخارجها ووصلاتها في تقليل المقاومة غير الضرورية. ويساعد ذلك على تحسين كفاءة المنظومة بدلًا من معالجة كل مشكلة بزيادة قدرة المحرك. ^{[1] [4]}

إدارة الغازات والغبار وجسيمات عادم الديزل

عند استخدام معدات الديزل أو وجود مصادر للغبار والغازات، يجب أن تكون التهوية جزءًا من برنامج أشمل للتحكم في التعرض. يُوجَّه الهواء النقي إلى المناطق التي يعمل فيها الأفراد، ثم يُصرف الهواء الملوث إلى ممرات الهواء الراجع مع تجنب عودته إلى الجبهات النشطة. وتُستكمل هذه الإجراءات بصيانة المعدات، ومعالجة العادم، والتحكم في الغبار عند مصدره، والقياس المنتظم بحسب طبيعة المخاطر. ^{[1] [3]}

التحكم في الحرارة في المناجم العميقة

ينبغي أن يحدد تخطيط التهوية المناطق ذات الحمل الحراري المرتفع، وأن يقيّم مدى كفاية تدفق الهواء أو الحاجة إلى تبريد إضافي. وتُدرس حرارة الصخور والمياه الجوفية والمعدات مع درجة حرارة الهواء ورطوبته. فزيادة قدرة المراوح وحدها لا تضمن ظروفًا حرارية مناسبة؛ المهم هو التحقق من أثر الحل في مناطق العمل الفعلية. ^{[1] [2]}

التهوية حسب الطلب والقياس والتحكم

بدلًا من تشغيل المنظومة بالمستوى نفسه باستمرار، تضبط التهوية حسب الطلب تدفق الهواء وفق النشاط وظروف المنجم. وقد تجمع بين مغيرات التردد (VFD)، ونقاط قياس تدفق الهواء، والحساسات البيئية، ونظام التحكم. ويتناول بحث إحسان وزملائه نمذجة هذا النوع من التحكم والتحقق منه على نطاق مختبري. ويظل التطبيق الميداني بحاجة إلى تصميم واختبار مناسبين للموقع، ولا يجوز خفض التهوية على حساب متطلبات السلامة. ^{[1] [5]}

مكونات منظومة التهوية الميكانيكية

تجمع منظومة التهوية الميكانيكية بين تخطيط مسارات الهواء، والقياس، والتحكم، واختيار معدات التهوية. وبحسب المشروع، قد تشمل مراوح التهوية الرئيسية، ومراوح التهوية المساعدة لتغذية الجبهات عبر مجاري أو خراطيم التهوية، ونقاط قياس التدفق، وأنظمة التحكم في السرعة، والحساسات البيئية. فالمراوح الرئيسية والمساعدة مكونات داخل شبكة أكبر، وليست وحدها الحل الكامل لتهوية المنجم. ^[1]

بيانات المشروع اللازمة لتقييم التهوية

عند تخطيط منظومة جديدة أو تقييم تهوية منجم قائم، يُستحسن جمع المعلومات التالية:

• معدل تدفق الهواء المطلوب في كل منطقة عمل.

• فواقد الضغط المسموح بها ومقاومة شبكة التهوية.

• عمق المنجم وظروف درجة الحرارة والرطوبة.

• مخاطر الغازات والغبار وجسيمات عادم الديزل.

• مخطط أعمال التطوير ومسارات التوسع المستقبلية.

• ترتيب ممرات دخول الهواء وممرات الهواء الراجع.

• عدد معدات الديزل ومواقعها وطبيعة تشغيلها.

• متطلبات التغذية الكهربائية والقياس والتحكم.

في المغرب، يتناول المرسوم رقم2.18.705الوثائق الواجب مسكها من طرف أصحاب السندات المنجمية، ومنها مخططات وسجلات وتعليمات مرتبطة بالعمل والسلامة. ويُرجع إليه في تنظيم الوثائق المطلوبة للمشروع، دون اعتباره طريقة لحساب معدلات تدفق الهواء أو اختيار المراوح. ^[7]

تتيح بيانات المشروع والقياسات الموثوقة تصميم الشبكة أو تحسينها بما يدعم سلامة التشغيل وكفاءته. وينبغي مراجعة القرارات بواسطة المختص المسؤول عن تهوية المنجم، والتحقق من توافقها مع طبيعة الخام والمخاطر والمتطلبات المعمول بها في موقع المشروع. ^{[1] [6]}

أسئلة شائعة حول تهوية المناجم

ما المقصود بالتهوية حسب الطلب في التعدين تحت الأرض؟

التهوية حسب الطلب (VoD) أسلوب تحكم يضبط معدل تدفق الهواء وفق النشاط والظروف البيئية الفعلية داخل المنجم. ويمكن أن ينسق بين التحكم في سرعة المراوح والقياسات وأنظمة التحكم لتقليل استهلاك الطاقة، مع المحافظة على تدفق الهواء وجودته وفق متطلبات التشغيل الآمن. ^{[1] [5]}

كيف تساعد التهوية في التحكم في جسيمات عادم الديزل؟

تزود التهوية مناطق العمل بالهواء النقي، وتخفف تركيز انبعاثات المعدات العاملة بالديزل، وتوجه الهواء الملوث إلى ممرات الهواء الراجع. وبذلك تساعد على خفض تركيز جسيمات عادم الديزل (DPM). ويجب أن تكون جزءًا من برنامج متكامل يشمل صيانة المعدات والتحكم في الانبعاثات وتقييم التعرض، لا بديلًا عن هذه الإجراءات. ^[3]

لماذا يُعد التحكم في الحرارة مهمًا في المناجم العميقة؟

قد تزيد حرارة الصخور المحيطة والمياه الجوفية الساخنة الحمل الحراري داخل المناجم العميقة، وتضيف المعدات مصادر حرارية أخرى. تساعد التهوية في إزالة جزء من الحرارة، لكن فعاليتها تعتمد على معدل التدفق وحالة الهواء. وعندما لا تكفي، يجب تقييم الحاجة إلى التبريد وتدابير إضافية للتحكم في التعرض الحراري. ^{[1] [2]}

لماذا تُعد كفاءة الطاقة مهمة في تهوية المناجم؟

قد تمثل التهوية حصة كبيرة من استهلاك الطاقة في المنجم. وتذكر دراسة إي. دي سوزا نسبًا تقارب25–40%من تكاليف الطاقة و40–50%من استهلاكها. وهذه أرقام من مرجع بحثي دولي وليست نسبًا ثابتة للمناجم العربية. لذا تُقيّم كفاءة الشبكة وفواقد الضغط والتسرب وتشغيل المراوح باستخدام بيانات كل مشروع، مع المحافظة على متطلبات السلامة. ^[4]

الخلاصة

تهوية المناجم تحت الأرض مسألة هندسية تؤثر في السلامة وظروف العمل وتكاليف التشغيل. ويجب أن تجمع الاستراتيجية الفعالة بين توزيع الهواء، وتقليل فواقد الضغط، والتحكم في الغازات وجسيمات الديزل، وإدارة الحرارة في الأعماق، والاستجابة لتغير الطلب على الهواء. كما ينبغي أن تدعم تطور المنجم مستقبلًا، لا احتياجاته الحالية فقط.

عند تخطيط منظومة جديدة أو مراجعة منظومة قائمة، تُدرس احتياجات الهواء والمقاومة والظروف الحرارية ومخاطر الملوثات معًا، بدلًا من التركيز على عامل واحد بمعزل عن بقية الشبكة.