تهویه معادن زیرزمینی

تهویه معادن زیرزمینی چیست؟

تهویه زیرزمینی، برقراری و هدایت حساب‌شده جریان هوا در حفریات معدن برای حفظ کیفیت هوا، شرایط حرارتی و محیط کار مناسب است. هوای تازه ورودی به محل حضور کارکنان و بخش‌های فعال هدایت می‌شود. سپس هوای حاوی آلاینده، گرمای اضافی یا رطوبت از مسیرهای برگشت مشخص عبور می‌کند و از معدن خارج می‌شود.

اجزای معمول این سامانه عبارت‌اند از:

• بازشوهای سطحی، چاه‌های قائم، دهانه تونل‌ها، رمپ‌ها، دویل‌های ارتباطی و تهویه و دیگر راهروهای عبور هوا در زیرزمین؛

• مدارهای ورود هوای تازه و برگشت هوا؛

• انشعاب‌های توزیع هوا به کارگاه‌های استخراج و بخش‌های آماده‌سازی و پیشروی؛

• دیواره‌های جداکننده، درهای تهویه، دریچه‌های تنظیم هوا، هوابندها، گذرگاه‌های مجزای عبور هوا در محل تقاطع و دیگر اجزای کنترل جریان؛

• لوله‌ها و کانال‌های تهویه برای تونل‌های بن‌بست و نواحی کاری موضعی؛

• تجهیزات تهویه اصلی، فن‌های تقویتی در موارد مجاز، و تجهیزات تهویه کمکی یا موضعی؛ و

• ابزار اندازه‌گیری و پایش دبی، فشار، گازها، دما، رطوبت و وضعیت تجهیزات.

این اجزا باید یک سامانه به‌هم‌پیوسته تلقی شوند. دبی اندازه‌گیری‌شده در سطح زمین نشان نمی‌دهد که چه مقدار هوا به سینه‌کار دوردست می‌رسد؛ مقاومت شاخه‌ها، نشتی، وضعیت درها و دریچه‌ها و شرایط کانال‌های موضعی، توزیع واقعی هوا را تعیین می‌کنند. در پروژه‌های ایران، طرح تهویه، نقشه مسیرهای هوا، مسئولیت‌های فنی و ایمنی، پایش و اقدامات هنگام اختلال باید در چارچوب مقررات قابل‌اعمال همان معدن بررسی شوند.^[1]

شکل ۱. مدار ساده‌شده تهویه مکشی معدن: ورود هوای تازه، توزیع بین طبقات کاری، برگشت هوا و تخلیه در سطح زمین. شکل صرفاً شماتیک است و آرایش واقعی به شرایط معدن بستگی دارد.

مدار تهویه زیرزمینی چگونه کار می‌کند؟

هوا بر اثر اختلاف فشار میان سمت ورودی و سمت برگشت شبکه در معدن حرکت می‌کند. این اختلاف فشار باید برای غلبه بر مقاومت چاه‌ها، رمپ‌ها، گالری‌ها، دویل‌ها، کانال‌ها، زانوها، انشعاب‌ها، اجزای کنترل تهویه و اتصالات سطحی کافی باشد.

یک مدار ساده را می‌توان در پنج مرحله توضیح داد:

۱. ورود هوا به معدن. هوای تازه از طریق چاه، دهانه تونل، رمپ یا بازشوی ورودی تعیین‌شده به داخل کشیده یا دمیده می‌شود.

۲. تقسیم جریان اصلی. دبی کل بر اساس نیاز تهویه بین طبقات، بخش‌های استخراج، تعمیرگاه‌ها، راه‌های تردد، ایستگاه‌های پمپاژ و دیگر نواحی توزیع می‌شود.

۳. رسیدن هوا به محل‌های کار فعال. حفریاتی که به ورودی و برگشت متصل‌اند از جریان عبوری شبکه اصلی بهره می‌برند. تونل‌های بن‌بست و سینه‌کارهای پیشروی معمولاً به فن کمکی و کانال نیاز دارند، چون مسیر پیوسته‌ای برای عبور و خروج هوا ندارند.

۴. ورود هوای آلوده به شبکه برگشت. هوا باید از نواحی کم‌آلوده‌تر به سمت محل تولید آلاینده و سپس به مسیر برگشت حرکت کند. آرایش مسیرها باید، مطابق مقررات قابل‌اعمال، به‌گونه‌ای باشد که از عبور دوباره هوای آلوده از محل‌های کار دارای کارکنان جلوگیری شود.

۵. خروج هوای برگشتی از معدن. مدار برگشت، هوا را به چاه خروجی، دویل، دهانه تونل خروجی یا ایستگاه فن سطحی می‌رساند.

شبکه واقعی به‌ندرت یک مسیر مستقیم و منفرد است؛ معمولاً از شاخه‌های سری و موازی تشکیل می‌شود. بازشدن درها، تنظیم دریچه‌ها، اتصال حفریات جدید، مسدودکردن بخش‌های قدیمی و تغییر مسیرهای نشتی، وضعیت آن را عوض می‌کنند. ازاین‌رو، تهویه یک فرایند مداوم بهره‌برداری است، نه تأسیساتی که پس از نصب دیگر به بازبینی نیاز نداشته باشد.

هماهنگی تهویه اصلی، توزیع ناحیه‌ای، تهویه موضعی و فن‌های تقویتی

شبکه تهویه زیرزمینی، گردش هوا در کل معدن را با توزیع بین نواحی و تهویه موضعی تونل‌های بن‌بست ترکیب می‌کند. در موارد مجاز، فن تقویتی در بخشی از مدار افزایش فشار ایجاد می‌کند. اندازه‌گیری، پایش و کنترل مشخص می‌کنند که عملکرد این اجزا با طرح تهویه مطابقت دارد یا نه. در متن‌های فنی فارسی، واژه «بادبزن» نیز برای فن به‌کار می‌رود.

تهویه اصلی

تهویه اصلی هوا را بین ورودی‌ها و خروجی‌های عمده معدن به گردش درمی‌آورد. ظرفیت لازم به عمق، روش استخراج، مقطع حفریات، ناوگان ماشین‌آلات، بار آلاینده و گرما و توسعه آینده بستگی دارد. اتصال‌های سطحی، چاه‌ها، گالری‌های اصلی، نشتی و مسیرهای برگشت همگی بر نقطه کار اثر می‌گذارند؛ بنابراین انتخاب فن اصلی معدن باید از تحلیل شبکه آغاز شود و با مشخصات تجهیز انتخاب‌شده دوباره تطبیق داده شود.^[2]

توزیع هوا بین نواحی و شاخه‌ها

جریان اصلی میان شاخه‌های استخراج و خدمات تقسیم می‌شود. دریچه تنظیم با افزودن مقاومت به یک شاخه، توزیع دبی را تغییر می‌دهد؛ اما هوای اضافی تولید نمی‌کند. محدودسازی بیش‌ازحد، فشار در دسترس را مصرف می‌کند و ممکن است دبی نواحی دیگر را کاهش دهد. در شرایط مناسب، اصلاح مقطع راهرو، رفع نشتی، کوتاه‌کردن مسیر برگشت یا افزودن یک مسیر موازی می‌تواند راه‌حل بلندمدت بهتری باشد.

تهویه کمکی یا موضعی

تونل بن‌بست معمولاً به تهویه موضعی با فن کمکی و کانال نیاز دارد، زیرا مدار پیوسته ورودی و برگشت ندارد. برای فن کمکی، اصطلاح «بادبزن فرعی» نیز در منابع فنی فارسی به‌کار می‌رود. مدار موضعی باید هوای تازه کافی از شبکه اصلی دریافت کند، دبی لازم را در حالت دمشی به سینه‌کار برساند یا در حالت مکشی از آن خارج کند و هوای آلوده را بدون بازچرخش به مسیر برگشت هدایت کند. آرایش‌های دمشی، مکشی و ترکیبی در ادامه توضیح داده می‌شوند؛ مقایسه تجهیزات در راهنمای فن‌های تهویه معدن آمده است.

فن تقویتی و اثر آن بر شاخه‌های متصل

فن تقویتی یا بوستر، در صورت مجازبودن بر اساس مقررات و طرح تهویه، فشار یک مدار مشخص زیرزمینی را افزایش می‌دهد و توزیع فشار شاخه‌های متصل را نیز تغییر می‌دهد. عملکرد آن باید همراه با فن‌های اصلی، خطر بازچرخش، مسیر کنارگذر، وضعیت توقف یا خرابی، کنترل‌ها و پایش بررسی شود؛ انتخاب آن به‌صورت یک تجهیز جدا از شبکه صحیح نیست. پژوهش‌های تحلیل حساسیت شبکه نیز نشان می‌دهند که تغییر مقاومت در یک مسیر می‌تواند دبی شاخه‌های دیگر را تحت تأثیر قرار دهد.^[5]

تعیین دبی هوا و فشار موردنیاز

در یک ارزیابی کاربردی، دو پرسش جداگانه مطرح می‌شود:

۱. چه دبی‌ای در هر محل کار و در هر وضعیت بهره‌برداری لازم است؟

۲. برای عبور این هوا از مسیرهای انتخاب‌شده چه فشاری لازم است؟

دبی لازم از خطرات و فعالیت‌هایی به دست می‌آید که باید کنترل شوند. بسته به معدن، تعداد کارکنان، تجهیزات دیزلی، آزادشدن گاز، گازهای آتشباری، گردوغبار، گرما، رطوبت، محل شارژ باتری، تعمیرگاه و آلاینده‌های فرایندی مطرح‌اند. مقررات و طرح تهویه ممکن است حداقل دبی یا سرعت تعیین کنند. نیاز حاکم هر ناحیه و ترکیب واقع‌بینانه فعالیت‌های هم‌زمان باید بررسی شود؛ دبی کل فن به‌تنهایی مبنای تعیین نیاز همه بخش‌ها نیست.

روابط پایه زیر برای منظم‌کردن داده‌های دبی و فشار به‌کار می‌روند. این روابط جایگزین مدل کالیبره‌شده شبکه، ارزیابی خطر ویژه معدن یا طرح تهویه مصوب در موارد لازم نیستند.

دبی هوا و سرعت جریان

برای یک مقطع مشخص از مسیر هوا، رابطه پایه عبارت است از:

⁦Q = A × v⁩

• ⁦Q⁩ = دبی حجمی هوا، معمولاً بر حسب ⁦m³/s⁩؛

• ⁦A⁩ = مساحت مؤثر مقطع عبور هوا، بر حسب ⁦m²⁩؛ و

• ⁦v⁩ = سرعت متوسط هوا در آن مقطع، بر حسب ⁦m/s⁩.

در برداشت‌های تهویه، اندازه‌گیری سرعت بدون تعیین قابل‌اعتماد سطح مقطع، دبی دقیقی به دست نمی‌دهد. همچنین سرعت یک نقطه ممکن است نماینده میانگین یک مقطع نامنظم نباشد. روش برداشت باید شیوه اندازه‌گیری، محل ایستگاه، ابعاد مقطع، وضعیت و کالیبراسیون دستگاه و اصلاحات لازم را مشخص کند. رابطه دبی، سرعت و سطح مقطع در منابع فارسی طراحی تهویه نیز به همین منظور به‌کار می‌رود.^[2]

موازنه هوا در انشعاب‌ها و محل اتصال شاخه‌ها

برای شاخه‌هایی با چگالی محلی تقریباً یکسان، مجموع دبی‌های ورودی به یک گره باید با مجموع دبی‌های خروجی سازگار باشد. نشتی‌های شناسایی‌شده باید در موازنه منظور شوند و اختلاف باقیمانده با توجه به عدم‌قطعیت اندازه‌گیری ارزیابی شود:

⁦ΣQ_in ≈ ΣQ_out⁩

اگر چگالی هوا در ایستگاه‌ها اختلاف قابل‌توجهی داشته باشد، باید جریان جرمی مقایسه شود یا دبی‌های حجمی پیش از موازنه به شرایط مرجع مشترک تبدیل شوند. در این رابطه، ⁦in⁩ و ⁦out⁩ به‌ترتیب ورودی و خروجی را نشان می‌دهند.

موازنه هوا در ورودی طبقات، محل تقسیم جریان بین نواحی، اتصال مسیرهای برگشت و مدارهای تهویه موضعی مفید است. اختلاف بزرگ و بی‌توضیح می‌تواند ناشی از نشتی، اتصال ثبت‌نشده، ایستگاه نامناسب یا اندازه‌گیری در وضعیت‌های متفاوت درها، دریچه‌ها و فن‌ها باشد. تحلیل شبکه باید ارتباط شاخه‌ها و گره‌ها را حفظ کند.^[6]

مقاومت شبکه و افت فشار

افت فشار یک شاخه ساده‌شده معمولاً با رابطه درجه دوم بیان می‌شود:

⁦ΔP = R × Q²⁩

• ⁦ΔP⁩ = افت فشار شاخه، معمولاً بر حسب پاسکال ⁦(Pa)⁩؛

• ⁦R⁩ = مقاومت معادل شاخه، برای نمونه با واحد ⁦Pa/(m³/s)²⁩ یا ⁦N·s²/m⁸⁩؛ و

• ⁦Q⁩ = دبی عبوری از شاخه، معمولاً بر حسب ⁦m³/s⁩.

رابطه درجه دوم برای جریان آشفته، هندسه مشخص مسیر و مبنای چگالی معین یک تقریب کاربردی است. با تغییر سطح مقطع، زبری، موانع، وضعیت اجزای کنترل یا چگالی مرجع، مقدار مقاومت باید بازبینی شود. رابطه کلی افت فشار و مقاومت در منبع فارسیِ طراحی تهویه نیز ارائه شده است؛ واحدها و نحوه منظورکردن چگالی باید مطابق مبنای محاسبات هر پروژه بررسی شوند.^[2]

در ادبیات تهویه معدن، این کمیت با عنوان مقاومت مسیر هوا یا مقاومت اتکینسون شناخته می‌شود. مقدار عددی آن فقط همراه با دستگاه واحدها و قرارداد مربوط به چگالی قابل تفسیر است. در این مقاله، اثر چگالی در شرایط اعلام‌شده در ⁦R⁩ منظور شده است؛ این مقدار را نباید با ضریب اصطکاک یا مقاومتی که چگالی را جداگانه در معادله وارد می‌کند، بدون تبدیل یکسان فرض کرد.

مقاومت معادل اثر طول مسیر، محیط و مساحت مقطع، زبری، تنگ‌شدگی، زانوها، اتصال‌ها، دریچه‌ها و دیگر افت‌ها را دربر می‌گیرد. کاهش یا تخریب مقطع می‌تواند فشار موردنیاز را به‌شدت افزایش دهد. در پژوهش بازطراحی رزمجا غربی نیز اصلاح شبکه برای کاهش مقاومت در کنار انتخاب بادبزن بررسی شده است؛ نتیجه آن متعلق به همان مدل و معدن است.^[2]

اگر مقاومت ثابت بماند، دو برابرشدن دبی تقریباً افت فشار را چهار برابر می‌کند. توان نظری منتقل‌شده به هوا، یعنی حاصل‌ضرب دبی در افت فشار، در همین فرض حدود هشت برابر می‌شود؛ راندمان فن، موتور و محرک باید جداگانه لحاظ شود. این رابطه تضمین نمی‌کند مصرف برق واقعی دقیقاً هشت برابر شود. رفع یک گلوگاه یا ایجاد مسیر موازی مناسب گاهی از افزایش پیوسته فشار فن مؤثرتر است.

تعریف فشار، شرایط بیان دبی و چگالی هوا

داده‌های پروژه باید مشخص کنند منظور فشار استاتیک است یا فشار کل و اندازه‌گیری در کدام نقاط انجام شده است. برای اختلاف فشار، هر دو نقطه و کمیت فشار مقایسه‌شده باید معلوم باشند. افزایش فشار اندازه‌گیری‌شده دو سوی فن را نمی‌توان بدون یکسان‌بودن تعریف فشار، محل مرجع و چگالی، مستقیماً با افت فشار یک شاخه مقایسه کرد.

دبی نیز باید به‌عنوان دبی حجمی واقعی در شرایط داخل معدن یا دبی تبدیل‌شده به شرایط مرجع معرفی شود. در دور و شرایط آیرودینامیکی متناظر، افزایش فشار و توان منتقل‌شده به هوا به چگالی وابسته‌اند. ارتفاع از سطح دریا، دما، رطوبت و فشار جو باید هنگام مقایسه اندازه‌گیری با منحنی فن یا نتایج آزمون پذیرش در نظر گرفته شوند.

این داده‌ها را بدون مبنای یکسان با هم مقایسه نکنید

• دبی عبوری از فن و دبی واقعی تأمین‌شده در خروجی کانال دمشی یا دبی استخراج‌شده از ورودی کانال مکشی؛

• فشار استاتیک، فشار کل و اختلاف فشارهایی که نوع کمیت و نقاط مرجع آنها مشخص نشده است؛

• دبی حجمی واقعی و دبی نرمال‌شده یا بیان‌شده در شرایط استاندارد؛ یا

• نتایج مدل و اندازه‌گیری‌هایی که با آرایش متفاوت شبکه انجام شده‌اند.

مسیرهای هوا به‌صورت سری و موازی

در مسیرهای سری، در نبود نشتی میانی و با چگالی‌های قابل‌مقایسه، یک دبی به‌ترتیب از هر بخش عبور می‌کند. مقاومت‌ها با هم جمع می‌شوند:

⁦R_total = R_1 + R_2 + R_3 + ...⁩

در مسیرهای موازی، دبی بین چند مسیر تقسیم می‌شود. برای شاخه‌هایی میان دو گره یکسان، بدون منبع فشار مستقل درون شاخه و با فرض رابطه مقاومت درجه دوم، داریم:

⁦1 / sqrt(R_total) = 1 / sqrt(R_1) + 1 / sqrt(R_2) + 1 / sqrt(R_3) + ...⁩

در این نمایش، ⁦sqrt(R)⁩ به معنی جذر مقاومت است و ⁦R_total⁩ مقاومت معادل مجموعه را نشان می‌دهد.

دو مسیر موازی یکسان، در صورت بازبودن و اتصال صحیح، مقاومتی معادل یک‌چهارم مقاومت یک مسیر دارند. مسیرهای موازیِ درست طراحی‌شده می‌توانند فشار لازم را کم و انعطاف بهره‌برداری را بیشتر کنند. محدودشدن یا نگهداری نامناسب یک مسیر، یا انتقال آلودگی به محل کار دیگر، می‌تواند مزیت محاسباتی را کاهش دهد یا آرایش را از نظر ایمنی نامناسب کند.

نشتی هوا و افت‌های موضعی فشار

همه هوایی که فن اصلی جابه‌جا می‌کند الزاماً به محل هدف نمی‌رسد. بخشی ممکن است از درهای آسیب‌دیده، دیواره‌ها و هوابندهای نشتی‌دار، اتصال‌های نامناسب کانال یا بازشوهای ناخواسته منحرف شود. دریچه‌ها، تغییر ناگهانی مقطع، زانو، انشعاب، توری حفاظ، صداخفه‌کن و قطعه تبدیل مقطع نیز افت فشار ایجاد می‌کنند. عبور هوا از مسیر نشتی با افت فشار ناشی از اصطکاک یا مانع یک پدیده نیست.

ازاین‌رو، در ارزیابی شبکه باید موارد زیر تفکیک شوند:

• هوای واردشده به معدن؛

• هوای رسیده به هر ناحیه؛

• هوای رسیده به هر محل کار فعال؛

• هوای تأمین‌شده از خروجی کانال دمشی یا استخراج‌شده از ورودی کانال مکشی؛ و

• هوای خارج‌شده از مسیر برگشت تعیین‌شده.

پس از تعیین اولیه دبی، فشار، محدوده کارکرد و شرایط نصب در سطح شبکه، می‌توان نوع فن، مدل، منحنی، موتور و روش کنترل را در صفحه انتخاب فن تهویه معدن مقایسه کرد. فرضیات شبکه باید بعد از انتخاب تجهیز و مشخص‌شدن شرایط واقعی نصب دوباره بررسی و در صورت نیاز اصلاح شوند.

طراحی مسیرهای ورود هوا، نواحی کاری و برگشت

هدایت هوا از نواحی دارای آلودگی کمتر به سمت منابع آلاینده

هرجا آرایش معدن اجازه می‌دهد، هوای تازه باید ابتدا به محل حضور کارکنان و نواحی دارای آلودگی کمتر برسد و سپس از محل تولید گاز، گردوغبار، آلاینده دیزل، دود آتشباری یا گرما عبور کند. هوای آلوده پس از آن باید وارد مسیر برگشت شود، نه اینکه دوباره برای تهویه محل کار دیگری به‌کار رود. این ترتیب، مواجهه ثانویه را محدود می‌کند و تشخیص شرایط غیرعادی را آسان‌تر می‌سازد.

تهویه سریِ محل‌های دارای کارکنان را نباید به‌طور پیش‌فرض مجاز دانست. در مواردی که مقررات قابل‌اعمال اجازه می‌دهد و طرح تهویه آن را پذیرفته است، اثر آلاینده، گرما، دود و شرایط اضطراری بر نواحی پایین‌دست باید جداگانه ارزیابی شود. هوای رسیده به بخش بعدی ممکن است از قبل گرم یا آلوده باشد؛ آتش‌سوزی یا آزادشدن گاز در بالادست نیز می‌تواند مسیرهای بعدی را درگیر کند. محاسبه مقاومت سری، به‌خودی‌خود مجوز این آرایش نیست.

پیشگیری از اتصال کوتاه جریان هوا و بازچرخش

اتصال کوتاه جریان هوا زمانی رخ می‌دهد که هوا از یک مسیر ناخواسته کم‌مقاومت بین ورودی و برگشت عبور کند و ناحیه هدف تهویه نشود. بازچرخش زمانی است که بخشی از هوای برگشتی دوباره وارد جریان ورودی یا مدار موضعی شود. در هر دو حالت ممکن است دبی فن زیاد باشد، اما سینه‌کار هوای تازه کافی دریافت نکند.

علت‌های متداول عبارت‌اند از:

• بازماندن یا آسیب‌دیدن در تهویه؛

• نشتی پیرامون دیواره جداکننده یا هوابند؛

• نصب مدار تهویه موضعی در محلی که هوای تازه کافی از شبکه اصلی نمی‌رسد؛

• جدایی ناکافی میان تخلیه هوای آلوده و ورودی هوای تازه مدار موضعی؛

• جانمایی یا تنظیم نامناسب دریچه تنظیم هوا؛

• ایجاد اتصال جدید بین حفریات ورودی و برگشت؛ یا

• تغییر کارکرد فن‌ها که روابط فشار میان شاخه‌ها را عوض کند.

بهره‌برداری از اجزای کنترل بر اساس طرح مشخص

دیواره‌ها، درهای تهویه، دریچه‌های تنظیم، گذرگاه‌های هوایی مجزا در بالا یا پایین مسیر دیگر، هوابندها و دیواره‌های انسداد، جریان‌ها را هدایت و از یکدیگر جدا می‌کنند. وضعیت واقعی این اجزا به‌اندازه طراحی آنها اهمیت دارد. یک دیواره معیوب یا درِ باز ممکن است توزیع هوا را در فاصله زیادی تغییر دهد. محل و وضعیت آنها باید در نقشه تهویه مشخص باشد و بازرسی و تغییراتشان در فرایند مدیریت تغییر ثبت شود.

دریچه تنظیم با افزایش مقاومت شاخه خود، می‌تواند دبی همان شاخه را کاهش دهد و بخشی از هوا را به مسیرهای دیگر بازتوزیع کند؛ نتیجه به کل شبکه و نقطه کار فن‌ها وابسته است. این وسیله دبی اضافی تولید نمی‌کند. تغییر مهم دریچه باید در سطح شبکه تحلیل و با اندازه‌گیری کنترل شود، نه با این فرض که بستن آن الزاماً تهویه یک ناحیه را بهتر می‌کند. بررسی حساسیت شبکه نسبت به تغییر مقاومت، پشتوانه مناسبی برای این نوع ارزیابی است.^[5]

در نظر گرفتن توسعه آینده معدن

با پیشروی سینه‌کار، باز یا بسته‌شدن کارگاه استخراج، جابه‌جایی مسیر باربری و امتداد مسیر برگشت، شبکه تغییر می‌کند. آرایش مناسب مرحله فعلی ممکن است پس از اتصال طبقه جدید یا افزایش طول کانال کافی نباشد. اثر جابه‌جایی تجهیزات و موانع مسیر بر دبی نیز باید در ارزیابی وضعیت‌های مختلف دیده شود.^[7]

برنامه‌ریزی تهویه باید دست‌کم این موارد را دربر گیرد:

• آرایش فعلی بهره‌برداری؛

• مراحل بعدی آماده‌سازی و استخراج؛

• طولانی‌ترین مسیرهای ورودی و برگشت پیش‌بینی‌شده؛

• نحوه استقرار آینده تجهیزات دیزلی یا برقی؛

• شرایط محتمل گرما و آب در اعماق بیشتر؛

• انسدادها، هوابندی‌ها و تغییرات برنامه‌ریزی‌شده مسیرهای هوا؛ و

• وضعیت‌های کار عادی، تولید کاهش‌یافته، آتشباری، نگهداری و شرایط اضطراری.

تهویه موضعی سینه‌کارهای پیشروی و تونل‌های بن‌بست

با پیشروی سینه‌کار، تهویه موضعی باید دوباره ارزیابی شود. افزایش طول کانال هم مقاومت را زیاد می‌کند و هم تعداد اتصال‌هایی را که ممکن است نشتی داشته باشند. بااین‌حال، افت فشار و نشتی از دو سازوکار متفاوت بر عملکرد اثر می‌گذارند. منظور از کانال در این بخش، مجرای مصنوعی صلب یا انعطاف‌پذیر است، نه خود تونل یا گالری معدن.

اصطکاک و موانع، فشار لازم برای یک دبی مشخص را افزایش می‌دهند. در دور و زاویه پره ثابت، تغییر مقاومت سامانه محل تقاطع منحنی فن و منحنی سامانه را تغییر می‌دهد و در نتیجه نقطه کار جابه‌جا می‌شود. اصطکاک، هوا را از یک کانال درزبندی‌شده و بدون نشتی حذف نمی‌کند؛ بدون نشتی، جریان جرمی در طول کانال حفظ می‌شود، هرچند با تغییر چگالی، دبی حجمی ممکن است متفاوت باشد.

نشتی، نسبت دبی فن به دبی تأمین یا استخراج هوا در سینه‌کار را تغییر می‌دهد. در آرایش دمشی ممکن است هوا پیش از رسیدن به خروجی از کانال خارج شود. در آرایش مکشی، هوا می‌تواند از نشتی‌ها وارد کانال شود؛ در نتیجه فن بیش از مقداری که از سینه‌کار مکیده شده است هوا جابه‌جا می‌کند. بازچرخش مسئله جداگانه‌ای است که می‌تواند سهم هوای تازه را حتی با دبی کل بالای فن کم کند.

در بررسی مدار تهویه موضعی باید این موارد کنترل شوند:

• دبی هوای تازه‌ای که شبکه اصلی در اختیار مدار موضعی می‌گذارد؛

• موقعیت فن و محل تخلیه آن نسبت به مسیر هوای تازه و برگشت؛

• قطر، طول، جنس، اتصال‌ها، زانوها و آسیب‌های کانال؛

• فاصله خروجی کانال دمشی یا دهانه ورودی کانال مکشی تا سینه‌کار؛

• دبی واقعی خروجی کانال دمشی یا دبی مکیده‌شده از ورودی کانال مکشی، نه فقط ظرفیت نامی درج‌شده برای فن؛

• مسیر هوا در خارج از کانال که مدار محلی ورود و برگشت را کامل می‌کند؛

• شرایط گردوغبار، گاز، گرما و گازهای آتشباری؛

• اثر حرکت تجهیزات و اضافه‌کردن قطعات کانال؛ و

• اینترلاک‌های حفاظتی، هشدارها و روش واکنش به قطع یا کاهش تهویه.

در تهویه دمشی، که در برخی منابع «دهشی» نیز نامیده می‌شود، هوا از کانال به سینه‌کار می‌رسد و فشار داخل کانال نسبت به هوای گالری مثبت است. در تهویه مکشی، هوا از سینه‌کار استخراج می‌شود و فشار داخل کانال نسبت به هوای گالری کمتر است؛ کانال باید در برابر این اختلاف فشار مقاوم باشد و جمع نشود. آرایش ترکیبی در برخی کاربردها مفید است، اما به هماهنگی دبی و موقعیت کانال‌ها نیاز دارد. معکوس‌کردن چرخش موتور، یک سامانه دمشی را خودبه‌خود به سامانه مکشی مناسب تبدیل نمی‌کند؛ ویژگی آیرودینامیکی فن، ساختار کانال، اتصال‌ها، کنترل و مسیر تخلیه باید برای کار موردنظر مناسب باشند.

برای جزئیات تجهیزات و الزامات کار با کانال، به صفحه فن‌های کمکی معدن مراجعه کنید. فاصله کانال تا سینه‌کار و محدودیت‌های نصب باید بر اساس طرح و مقررات قابل‌اعمال تعیین شوند؛ عدد یک پروژه را نباید به همه معادن تعمیم داد.

چالش‌های اصلی تهویه معادن زیرزمینی

گازهای معدن و گازهای ناشی از آتشباری

خطر گاز به زمین‌شناسی و روش استخراج وابسته است. متان از نگرانی‌های مهم بسیاری از معادن زغال‌سنگ است؛ در معادن دیگر ممکن است گازهای آتشباری، مونوکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن، ترکیبات گوگردی، رادون یا گازهای فرایندی تعیین‌کننده باشند. طرح تهویه باید منابع محتمل، نرخ انتشار، محل پایش، حدود هشدار، زمان تخلیه آلاینده و روش ورود مجدد را مشخص کند.

پس از آتشباری، روشن‌شدن دوباره فن به‌تنهایی ثابت نمی‌کند که محل کار ایمن است. مدت تخلیه گاز و دود به مقدار و محل تولید آنها، دبی موجود، فاصله تا مسیر برگشت، نواحی راکد و وضعیت کانال موضعی وابسته است. ورود مجدد باید با روش اجرایی معدن و کنترل‌های لازم جو معدن انجام شود، نه فقط با سپری‌شدن یک زمان ثابت یا مشاهده چرخش پروانه.

ذرات معلق دیزلی و آلاینده‌های گازی اگزوز

تجهیزات دیزلی، ذرات معلق ناشی از احتراق دیزل ⁦(DPM)⁩ و گازهایی مانند مونوکسید و دی‌اکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن، ترکیبات گوگردی و هیدروکربن‌ها تولید می‌کنند. در هر معدنی که استفاده از آنها مجاز است، شرایط انتشار، انتقال آلاینده و مواجهه کارکنان باید بررسی شود. وجود تهویه کافی، جایگزین الزامات حفاظتی تجهیزات در محیط گازدار یا قابل‌انفجار نیست. متن آیین‌نامه ایران نیز برای تجهیزات احتراقی و استفاده از وسایل دیزلی محدودیت‌ها و الزاماتی جداگانه دارد.^[1]

برنامه عملی کنترل آلاینده‌های دیزل می‌تواند این اقدامات را ترکیب کند:

• تأمین دبی کافی برای رقیق‌سازی و انتقال آلاینده به مسیر برگشت؛

• استفاده از موتور کم‌آلاینده‌تر و سوخت متناسب با مشخصات تجهیز؛

• نگهداری منظم و آزمون انتشار اگزوز؛

• فیلتر ذرات دیزل یا دیگر روش‌های تصفیه اگزوز که با کاربرد و محدودیت‌های معدن سازگار باشند؛

• کنترل تردد و محدودکردن کارکرد بی‌دلیل موتور در حالت درجا؛

• برنامه‌ریزی ناوگان و محدودکردن کار هم‌زمان تجهیزات در هر ناحیه؛ و

• نمونه‌برداری مواجهه شغلی و پایش جو محیط کار.

افزایش دبی ممکن است غلظت را کم کند، اما انرژی بیشتری مصرف کند و مشکل انتشار از موتور معیوب یا بد نگهداری‌شده را حل نکند. تهویه باید با کاهش آلاینده در منبع هماهنگ باشد. روش نمونه‌برداری، شاخص تحلیلی و حدود مجاز باید از الزامات معتبر همان پروژه تعیین شوند؛ محاسبه دبی صرفاً بر اساس توان موتور، به‌تنهایی جایگزین ارزیابی مواجهه کارکنان با ذرات دیزل نیست.

کنترل گردوغبار

تهویه به رقیق‌سازی و انتقال گردوغبار معلق کمک می‌کند، اما لزوماً آن را در منبع جمع‌آوری نمی‌کند. سرعت زیاد ممکن است غبار رسوب‌کرده را دوباره معلق کند. برش، چال‌زنی، خردایش، بارگیری، نقاط انتقال و بتن‌پاشی ممکن است علاوه بر تهویه عمومی به پاشش آب، محصورسازی، غبارگیر تر یا مکش موضعی نیاز داشته باشند. نوع ماده معدنی و سهم گردوغبار قابل‌تنفس در انتخاب کنترل مؤثرند.

اگر جمع‌آوری یا تصفیه لازم باشد، دبی مکش، موقعیت هود، مقاومت کانال، مدار آب یا فیلتر و محل تخلیه باید به‌صورت یک سامانه مستقل کنترل در منبع طراحی شوند. راهنمای تجهیزات غبارگیری معدن به این گروه از تجهیزات مربوط است؛ تهویه عمومی و غبارگیری در منبع را نباید یکسان فرض کرد.

گرما و رطوبت در معادن عمیق

بار حرارتی می‌تواند از سنگ پیرامون، گرم‌شدن هوا بر اثر فشرده‌شدن هنگام پایین‌رفتن در چاه ورودی، آب گرم زیرزمینی، موتور دیزل، محرک‌های برقی، آتشباری و فعالیت کارکنان ناشی شود. تهویه از کنترل‌های مهندسی مهم است، اما در بعضی شرایط به سرمایش تکمیلی نیز نیاز است. مطالعه دما و رطوبت و نیاز هوای معدن باید همراه با ارزیابی تنش گرمایی انجام شود.

دبی بیشتر همیشه پاسخ کامل نیست. اگر هوای ورودی از ابتدا گرم و مرطوب باشد، ظرفیت سرمایش آن محدود خواهد بود. سرعت‌های بالا نیز ممکن است گردوغبار را بلند کنند یا در مسیرهای تردد مشکل ایجاد کنند. در مطالعه مدیریت گرما، موارد زیر باید حسب نیاز بررسی شوند:

• دمای حباب خشک و حباب تر و شاخص حرارتی مناسب برای ارزیابی مواجهه؛

• رطوبت و ورود آب به مسیرهای هوای تازه؛

• گرمای سنگ و آب زیرزمینی؛

• بار حرارتی تجهیزات و آتشباری؛

• طول مسیر و اثر فشرده‌شدن هوا با افزایش عمق؛

• سرمایش موضعی، آب سرد یا سرمایش مرکزی هوا؛ و

• چرخه کار و استراحت و اقدامات پیشگیری از تنش گرمایی.

تغییر تولید و نیاز هوا

با جابه‌جایی ماشین‌آلات و کارکنان، انتقال تولید بین طبقات، آتشباری و پیشروی سینه‌کار، نیاز هوا تغییر می‌کند. تنظیم ثابت ممکن است هوای بیش‌ازحد به ناحیه غیرفعال بدهد و یک سینه‌کار فعال را کم‌تهویه باقی بگذارد. در عین حال، کاهش دبی بدون اطلاعات قابل‌اعتماد می‌تواند حاشیه ایمنی را از بین ببرد. پژوهش ایرانی درباره حرکت لوکوموتیو در مسیر باربری نیز اثر تغییر موقعیت تجهیزات بر جریان شبکه را بررسی کرده است؛ نتایج آن به شرایط مدل مورد مطالعه وابسته‌اند.^[7]

سامانه باید وضعیت‌های عادی و غیرعادی، حداقل دبی مجاز، نیازهای پایش و اختیار تغییر دریچه‌ها یا کارکرد فن‌ها را مشخص کند. تغییر تنظیمات نباید صرفاً بر اساس خالی‌به‌نظررسیدن یک ناحیه انجام شود.

مصرف انرژی و بازده کل سامانه

تهویه می‌تواند یکی از بارهای پیوسته مهم برق معدن باشد. سهم واقعی آن و امکان صرفه‌جویی به عمق، هندسه شبکه، اقلیم، بار حرارتی، روش استخراج و تجهیزات وابسته است. مطالعه رزمجا غربی، طراحی دستی و مدل‌سازی را برای بررسی شبکه و کاهش مقاومت مقایسه کرده است. چنین پژوهشی دلیل بررسی گزینه‌های شبکه است، نه مبنای یک درصد صرفه‌جویی ثابت برای همه معادن ایران.^[2]

بازده سامانه فقط به راندمان فن محدود نیست. انرژی ممکن است در این موارد بیهوده مصرف شود:

• مقاومت زیاد مسیرهای ورود یا برگشت؛

• دریچه‌ها و محدودسازی‌های غیرضروری؛

• نشتی در دیواره‌ها، درها و کانال‌ها؛

• آرایش نامناسب ورودی، تبدیل یا خروجی ایستگاه فن؛

• تأمین هوای بیش‌ازنیاز برای نواحی غیرفعال؛

• تنظیم نامناسب کنترل‌ها؛ و

• کارکرد فن خارج از محدوده موردنیاز و مناسب شبکه.

پایش و برداشت‌های تهویه معدن

طرح یا مدل رایانه‌ای تا زمانی که با اندازه‌گیری داخل معدن مقایسه نشده، یک پیش‌بینی است. برداشت تهویه، توزیع واقعی دبی و روابط فشار را در یک وضعیت مشخص ثبت می‌کند. پایش پیوسته نیز وضعیت‌های بحرانی میان دوره‌های برداشت را نشان می‌دهد. نتایج هر دو نوع بررسی باید همراه با وضعیت شبکه و محل اندازه‌گیری ثبت شوند تا مقایسه آنها امکان‌پذیر باشد.

چه کمیت‌هایی باید اندازه‌گیری شوند؟

سرعت هوا و سطح مقطع. ترکیب این دو، دبی عبوری از شاخه یا محل کار را به دست می‌دهد. از آنها برای تأیید توزیع هوا، تشخیص کاهش جریان و به‌روزرسانی مدل شبکه استفاده می‌شود.

فشار. مشخص کنید فشار استاتیک اندازه‌گیری شده یا فشار کل؛ برای قرائت اختلاف فشار، هر دو نقطه مرجع باید ثبت شوند. همراه با دبی، داده‌های سازگار فشار به کنترل نقطه کار و بررسی مانع، نشتی یا تغییر دریچه کمک می‌کنند.

غلظت گاز و آلاینده. ابزار و روش نمونه‌برداری باید با خطر شناسایی‌شده متناسب باشند. نتایج برای ارزیابی جو معدن و مواجهه شغلی، هشدارها، کنترل تجهیزات و تصمیم ورود مجدد به‌کار می‌روند.

دما و رطوبت. این داده‌ها برای ارزیابی شرایط حرارتی و عملکرد سرمایش لازم‌اند. مقایسه بین نواحی و وضعیت‌های کار، اثر عمق، فصل و تغییر سامانه سرمایش را روشن می‌کند.

وضعیت فن. روشن یا خاموش‌بودن، دور، توان مصرفی، ارتعاش و دمای یاتاقان ثبت شوند. این اطلاعات کمک می‌کنند افت عملکرد یا خرابی تجهیز با تغییرات شبکه مرتبط شود.

وضعیت درها و دریچه‌ها. آرایش واقعی کنترل‌های تهویه باید با نقشه هماهنگ باشد. تغییر موقعیت یک دریچه می‌تواند علت تغییر دبی یک شاخه باشد، حتی اگر هیچ تنظیمی در فن تغییر نکرده باشد.

در متن آیین‌نامه ایمنی معادن ایران، ایستگاه‌های اندازه‌گیری و ثبت داده‌هایی مانند زمان برداشت، سطح مقطع، مقدار هوا و سرعت مورد توجه قرار گرفته‌اند. ابزار، محل، حدود هشدار و فاصله زمانی برداشت باید با خطرات و الزامات معتبر معدن تعیین شوند. مقررات یک کشور، یا فاصله زمانی نقل‌شده در یک پایان‌نامه قدیمی، نباید بدون بررسی به پروژه دیگری منتقل شود.^[1]

کیفیت اندازه‌گیری اهمیت دارد

خطاهای رایج شامل انتخاب ایستگاه نامناسب، اندازه‌گیری نادرست مقطع، آشفتگی نزدیک زانو یا در، دستگاه کالیبره‌نشده، تعداد ناکافی نقاط برداشت در مقطع و قرائت در وضعیت ثبت‌نشده شبکه است. پرونده برداشت باید تاریخ، محل، مقطع، روش، دستگاه، وضعیت بهره‌برداری و موانع یا کنترل‌های نزدیک را مشخص کند.

مقایسه مدل با وضعیت واقعی معدن

اگر دبی اندازه‌گیری‌شده با مدل تفاوت دارد، افزایش فشار فن لزوماً پاسخ درست نیست. اختلاف می‌تواند به این علت‌ها مربوط باشد:

• برآورد نادرست مقاومت یک مسیر؛

• موقعیت در یا دریچه متفاوت با فرض مدل؛

• نشتی از دیواره یا ارتباط با حفریات قدیمی؛

• محدودشدن یا تخریب مسیر هوا؛

• نشتی یا آسیب اتصال کانال؛

• اتصال جدیدی که هنوز در مدل ثبت نشده است؛ یا

• فن یا سامانه کنترلی که متفاوت با حالت فرض‌شده کار می‌کند.

مدل باید با داده‌های اندازه‌گیری‌شده کالیبره و پس از تغییر مهم معدن به‌روز شود. در مطالعه گلندرود، نیاز هوا با محاسبه و شبیه‌سازی شبکه مبتنی بر داده‌های اندازه‌گیری‌شده بررسی شده است. این نمونه نشان‌دهنده روش ارزیابی یک معدن مشخص است و تأیید همه مدل‌ها یا جایگزین برداشت همان پروژه نیست.^[3]

نشانه‌های هشدار و بررسی‌های اولیه

نشانه‌های زیر نقطه شروع عیب‌یابی هستند، نه تشخیص قطعی. بررسی باید طبق روش اجرایی معدن و با ثبت آرایش شبکه انجام شود. مقایسه فشار و دبی نیز به تنظیمات قابل‌مقایسه فن، نقاط برداشت معلوم و چگالی سازگار نیاز دارد.

تهویه سینه‌کار ضعیف شده، ولی فن ظاهراً عادی کار می‌کند.

نشتی، اتصال آسیب‌دیده، طول بیشتر کانال، جمع‌شدن کانال، موانع یا دهانه نامناسب می‌توانند رساندن یا مکش هوا را مختل کنند. بازچرخش نیز ممکن است سهم هوای تازه را کم کند، در حالی که دبی فن هنوز زیاد است.

دبی فن را با دبی خروجی کانال دمشی یا ورودی کانال مکشی در یک وضعیت کار مقایسه کنید. کانال و مسیر محلی ورود و برگشت را بررسی کنید؛ دبی مکش از سینه‌کار را نباید خودبه‌خود «دبی هوای تازه» نامید.

دبی یک شاخه بدون تغییر برنامه‌ریزی‌شده در کارکرد فن کم شده است.

تغییر موقعیت در یا دریچه، دیواره معیوب، اتصال جدید یا انسداد می‌تواند فشار و دبی را بازتوزیع کند. علت ممکن است در شاخه متصل دیگری باشد، نه در همان محل کار. این نوع ارتباط در تحلیل حساسیت شبکه قابل بررسی است.^[5]

وضعیت کنترل‌ها را تأیید کنید، مسیر را بازدید کنید و برداشت دبی و فشار را تکرار کنید. آرایش واقعی را با نقشه فعلی تهویه مقایسه کنید.

فشار فن افزایش یافته و دبی کاهش پیدا کرده است.

وقتی تنظیمات فن ثابت است و فن در بخش پایدار منحنی خود کار می‌کند، این الگو می‌تواند نشانه افزایش مقاومت سامانه باشد. جمع‌شدن کانال، گرفتگی توری، قطعه تبدیل مقطع آسیب‌دیده یا کاهش سطح مقطع از علت‌های محتمل‌اند.

دور و تنظیم پره، تعریف فشار و نقاط اندازه‌گیری را کنترل کنید. فشار مسیر را مقایسه و اجزایی را که افت آنها زیاد شده است بازدید کنید.

دبی فن به‌طور غیرمنتظره زیاد شده، اما فشار افت کرده است.

در شرایط کار قابل‌مقایسه، درِ باز، نشتی عمده یا اتصال کوتاه هوا میان ورودی و برگشت ممکن است مقاومت مؤثر را کاهش دهد، بی‌آنکه دبی هوای تازه رسیده به محل کار افزایش یابد.

موازنه هوا انجام دهید و درها، دیواره‌ها، هوابندها، دریچه‌ها و اتصال‌های جدید را بررسی کنید. مشخص کنید هوای اضافی واقعاً به کدام مسیر می‌رود.

پس از تغییر محل فعالیت‌های تولیدی، وضعیت گاز، دما یا ذرات دیزل بدتر شده است.

نیاز تهویه ممکن است به محل جدید منتقل شده باشد، بدون اینکه تنظیمات متناظر تغییر کنند. برنامه کار ماشین‌آلات، دبی شاخه یا کیفیت و محل اندازه‌گیری نیز ممکن است عوض شده باشند.

محل فعالیت و تجهیزات را مشخص کنید، ابزار یا نتایج نمونه‌برداری را بررسی کنید و دبی ناحیه تحت تأثیر را اندازه بگیرید.

اختلاف قابل‌توجه میان دبی محاسبه‌شده و اندازه‌گیری‌شده ادامه دارد.

هندسه یا مقاومت نادرست، وضعیت ثبت‌نشده درها و دریچه‌ها یا اتصال‌های ثبت‌نشده بین حفریات، نشتی، ایستگاه نامناسب یا داده‌های مربوط به وضعیت‌های مختلف کار، از توضیح‌های محتمل هستند.

برداشت را با آرایش ثبت‌شده تکرار کنید، نقشه را با حفریات واقعی تطبیق دهید و پیش از تغییر نقطه کار هدف یا تنظیمات فن، مدل را دوباره کالیبره کنید.

تهویه بر اساس نیاز و کنترل تطبیقی

تهویه بر اساس نیاز، یا ⁦VoD⁩، دبی هوا را با فعالیت واقعی و شرایط محیطی تنظیم می‌کند، به‌جای آنکه همه اجزای قابل‌کنترل سامانه همواره با یک تنظیم ثابت کار کنند. ورودی‌های کنترل می‌توانند شامل برنامه تولید، محل ماشین‌آلات و کارکنان، اندازه‌گیری گاز و دما، دبی شاخه‌ها، فشار، وضعیت درها و اطلاعات تجهیزات باشند.

پیاده‌سازی تدریجی این رویکرد می‌تواند شامل مراحل زیر باشد:

۱. کنترل زمان‌بندی‌شده: تنظیم‌های ازپیش‌تعیین‌شده برای نوبت‌های کاری، آتشباری، تعمیرات یا دوره‌های بدون فعالیت.

۲. کنترل مبتنی بر رویداد: تغییر دبی هنگام ورود ماشین‌آلات به یک ناحیه یا آغاز فعالیت تولیدی.

۳. کنترل بازخوردی: اصلاح فرمان کنترل بر اساس مقدار اندازه‌گیری‌شده گاز، دما، فشار یا دبی هوا.

۴. کنترل هماهنگ شبکه: هماهنگی فن‌ها، دریچه‌ها، درهای تهویه و تنظیمات نواحی در سراسر معدن.

پایان‌نامه دانشگاه صنعتی شاهرود درباره معدن گلندرود در سال ۱۴۰۳، در کنار محاسبه و شبیه‌سازی نیاز هوا، طرحی برای تهویه هوشمند با حسگرهای دما، رطوبت و گاز و سامانه کنترلی پیشنهاد کرده است. این نمونه، پژوهش طراحی و پیشنهاد سامانه است؛ نباید آن را اثبات بهره‌برداری صنعتی از یک سامانه کامل تهویه بر اساس نیاز یا تضمین صرفه‌جویی برای معدن دیگری دانست. نتیجه واقعی به تغییرپذیری نیاز هوا، کنترل‌پذیری شبکه، کیفیت حسگرها و ارتباطات، راه‌اندازی و روش بهره‌برداری قبلی بستگی دارد.^[3]

تهویه بر اساس نیاز مجوز کاهش دبی صرفاً به دلیل غیرفعال به‌نظررسیدن یک ناحیه نیست. خاموش‌کردن فن یا کاهش هوا در معدن زغال‌سنگ یا گازدار باید با الزامات ویژه و روش اجرایی معتبر همان معدن بررسی شود. یک سامانه قابل‌اعتماد به موارد زیر نیاز دارد:^[1]

• حداقل دبی‌های مشخص و محدودیت‌های ایمنی؛

• جانمایی تأییدشده حسگرها و ابزار اندازه‌گیری کالیبره‌شده؛

• وضعیت‌های ایمن تعریف‌شده برای قطع ارتباط یا خرابی حسگر؛

• اینترلاک‌های ایمنی و روش واکنش به هشدار؛

• مدل شبکه یا منطق کنترلی آزموده‌شده که اثر شاخه‌های متصل را لحاظ کند؛

• حدود اختیار و روش مشخص برای انتقال به کنترل دستی؛ و

• راستی‌آزمایی با اندازه‌گیری برای اطمینان از اینکه دبی هوا در زیرزمین واقعاً مطابق فرمان کنترل تغییر کرده است.

برنامه‌ریزی برای اختلال تهویه و مدیریت تغییر

توقف ناگهانی فن، قطع برق، آتش‌سوزی، خرابی یک جزء کنترل، تنظیم دریچه، بازشدن یک اتصال جدید بین حفریات یا پارگی کانال تهویه موضعی می‌تواند وضعیت جریان را به‌سرعت تغییر دهد. پیامد ممکن است به نواحی دور از محل رخداد نیز برسد.

برنامه واکنش متناسب با معدن باید دست‌کم موارد زیر را پوشش دهد:

• توقف فن اصلی، تقویتی یا کمکی؛

• قطع برق یا خرابی کنترل، حسگر و ارتباطات؛

• هشدار فشار یا دبی ناکافی؛

• هشدار گاز، دود، دما یا دیگر آلاینده‌ها؛

• خروج کارکنان از نواحی تحت تأثیر و ایمن‌سازی و جداسازی تجهیزات؛

• محدودیت‌ها و شرایط راه‌اندازی مجدد تجهیزات؛

• بازدید و بررسی جو معدن پیش از ورود مجدد؛

• آرایش‌های موقت تهویه با تأییدهای لازم؛ و

• ثبت، بررسی و اخذ مجوز برای تغییرات.

در متن آیین‌نامه ایمنی معادن ایران، تغییر تهویه، توقف فعالیت در ناحیه فاقد تهویه و اجازه شروع مجدد کار به مسئولیت‌های مشخص فنی و ایمنی مرتبط شده‌اند. در مطالعه معدن ملچ‌آرام تحتانی نیز شبیه‌سازی آتش‌سوزی برای بررسی پیامدهای آن در شبکه انجام شده است؛ این یک نمونه پژوهشی برای برنامه‌ریزی است، نه دستور واکنش آماده برای همه معادن. معدن باید متن معتبر مقررات، حدود اختیار اشخاص مسئول و برنامه اضطراری مختص خود را به‌کار گیرد.^[1][4]

مراحل عملی ارزیابی تهویه زیرزمینی

۱. تعیین مراحل معدن و وضعیت‌های کار. حفریات موجود، توسعه برنامه‌ریزی‌شده، نواحی استخراج، برنامه ماشین‌آلات، چرخه آتشباری، وضعیت تعمیرات و توسعه آینده را مرور کنید.

۲. شناسایی خطرات و معیارهای نیاز هوا. منابع گاز، ذرات دیزل، گردوغبار، دود آتشباری، گرما، رطوبت، حریق و آلاینده‌های فرایندی را ثبت کنید. حداقل دبی و سرعت، حدود مواجهه و معیارهای معتبر معدن را مشخص کنید.

۳. برداشت و ترسیم شبکه تهویه. ورودی و خروجی هوا، ارتباط شاخه‌ها، اجزای کنترل، مدارهای موضعی، دیواره‌ها، مسیرهای نشتی، محل فن‌ها و ایستگاه‌های اندازه‌گیری را روی نقشه ثبت کنید.

۴. اندازه‌گیری سامانه موجود. دبی، فشار، وضعیت جو معدن و شرایط حرارتی را در وضعیت کار معلوم اندازه بگیرید. در تهویه موضعی، دبی تحویلی در خروجی کانال دمشی یا دبی مکش‌شده از ورودی کانال مکشی را، متناسب با آرایش، کنترل کنید.

۵. ساخت یا به‌روزرسانی مدل شبکه. از فشار و دبی اندازه‌گیری‌شده برای برآورد مقاومت شاخه‌ها و کالیبراسیون مدل استفاده کنید. تنها به نقشه طراحی یا زبری فرضی سطوح متکی نباشید.

۶. بررسی گزینه‌های جایگزین. اصلاح مسیرها، رفع نشتی، راه‌های موازی، تغییر اجزای کنترل، توالی تولید، تنظیم فن‌ها و مراحل بعدی توسعه را مقایسه کنید. مبنای هر حاشیه اضافی برای نشتی، توسعه یا عدم‌قطعیت اندازه‌گیری باید ثبت شود؛ درصدهای بدون توجیه جایگزین تحلیل نیستند.

۷. تعیین محدوده اولیه کار و مقایسه تجهیزات. مقادیر متناظر دبی و فشار برای وضعیت‌های حداقل، عادی و حداکثر را همراه با چگالی، نصب، کنترل و برنامه واکنش به خرابی تعیین کنید. سپس گزینه‌های فن را مقایسه و شبکه را با منحنی و شرایط نصب گزینه انتخاب‌شده دوباره بررسی کنید.

۸. راه‌اندازی و راستی‌آزمایی. عملکرد سامانه پس از نصب را با اندازه‌گیری‌های میدانی و آزمون سامانه‌های هشدار و کنترل بررسی کنید. در صورت الزام پروژه، آزمون‌های پذیرش در کارخانه یا محل نصب نیز باید طبق مدارک پروژه انجام شوند. روش، تلرانس و نسخه استاندارد آزمون باید در مدارک پروژه مشخص باشد. برای اطلاعات بیشتر، به صفحه ساخت و کنترل کیفیت فن‌های تهویه معدن مراجعه کنید.

۹. نگهداری و بازبینی. پس از تغییر مهم شبکه، نقشه و مدل را به‌روز کنید، روندها را مقایسه کنید، درها، دریچه‌ها و کانال‌ها را بازدید کنید و علت اختلاف‌های توضیح‌داده‌نشده را بیابید.

تفاوت اولویت‌های تهویه در انواع معدن

معادن زیرزمینی زغال‌سنگ. متان، گرد زغال، خطر گرم‌شدن و احتراق خودبه‌خودی و کنترل منابع اشتعال می‌توانند طراحی را تعیین کنند. جداسازی جریان‌ها، گازسنجی، تأیید تجهیزات، بهره‌برداری فن و جلوگیری از بازچرخش باید با الزامات ویژه همان معدن مطابقت داشته باشد.^[1]

معادن فلزی زیرزمینی. آلاینده‌های دیزلی، گازهای آتشباری، گرد سیلیس یا ماده معدنی و گرمای اعماق معمولاً اهمیت دارند. رمپ‌های طولانی و پراکندگی کارگاه‌های استخراج، بررسی مقاومت شبکه، برنامه کار ماشین‌آلات، تهویه سینه‌کارهای پیشروی و توسعه طبقات جدید را ضروری می‌کنند.

معادن زیرزمینی مواد غیرفلزی. دود دیزل، گردوغبار و گازهای آتشباری همچنان مطرح‌اند. در حفریات با مقطع بزرگ یا استخراج به روش اتاق و پایه، توزیع هوا میان نواحی گسترده، جلوگیری از اتصال کوتاه جریان، هماهنگی با فعالیت تجهیزات و اندازه‌گیری دبی شاخه‌ها با تغییر محل تولید اهمیت ویژه‌ای دارد.

این مقایسه کلی است. زمین‌شناسی، روش استخراج، عمق، کشور محل پروژه و ارزیابی واقعی خطر، طرح نهایی را تعیین می‌کنند. در معدن فلزی یا غیرفلزی نیز وجود گاز قابل‌اشتعال یا خطر دیگر ممکن است اقدامات اضافی لازم کند؛ نام ماده معدنی به‌تنهایی مبنای طراحی نیست.

در منابع این مقاله، آیین‌نامه ایران برای بررسی چارچوب ایمنی و مطالعات معادن زغال‌سنگ ایرانی برای نمونه‌های تحلیل شبکه استفاده شده‌اند. نتایج این مطالعات نباید بدون ارزیابی به معدن فلزی یا غیرفلزی تعمیم داده شوند. فارسی‌بودن مقاله نیز به معنی یکسان‌بودن قانون در ایران، افغانستان، تاجیکستان یا دیگر کشورهای محل پروژه نیست.^[1][2][3][4]

اطلاعات لازم برای بررسی سامانه تهویه

برای ارزیابی مقدماتی مفید، تا حد امکان اطلاعات زیر را ارائه کنید:

• نقشه فعلی و توسعه برنامه‌ریزی‌شده معدن، شامل طبقات، چاه‌ها، دهانه تونل‌ها، رمپ‌ها، دویل‌ها و مسیرهای اصلی هوا؛

• محل ورودی و برگشت هوا و جهت‌های موردنظر جریان؛

• ابعاد، طول، وضعیت و محدودیت‌های اصلی حفریات؛

• مقادیر متناظر دبی و فشار برای وضعیت‌های حداقل، عادی و حداکثر در بهره‌برداری فعلی و مراحل آینده؛

• دبی و فشار اندازه‌گیری‌شده در ایستگاه‌های اصلی و محل‌های کار، همراه با موقعیت اندازه‌گیری و وضعیت کار؛

• مشخص‌بودن دبی واقعی یا تبدیل‌شده به شرایط مرجع، نوع فشار استاتیک یا کل و نقاط مقایسه برای هر قرائت اختلاف فشار؛

• چگالی یا شرایط مرجع استفاده‌شده در محاسبه، منحنی فن و داده‌های آزمون پذیرش؛

• عمق معدن، ارتفاع محل از سطح دریا، دما، رطوبت و شرایط آب زیرزمینی؛

• روش استخراج، برنامه آماده‌سازی و مراحل توسعه آینده؛

• نوع، توان، تعداد، محل و ساعت کار ماشین‌آلات دیزلی؛

• خطرات گاز، گردوغبار، ذرات دیزل، دود آتشباری، گرما و فرایندهای معدن؛

• قطر، جنس، طول، زانوها، وضعیت نشتی و دبی لازم در سینه‌کار برای کانال‌های تهویه موضعی؛

• داده‌های پلاک فن‌های موجود، منحنی‌های در دسترس، دور یا زاویه پره، نتایج اندازه‌گیری، کنترل‌ها و آرایش فن در سرویس و آماده‌به‌کار؛

• ولتاژ، فرکانس، روش راه‌اندازی یا کنترل دور و رابط‌های کنترلی موردنیاز؛

• درها، دریچه‌ها، دیواره‌های جداکننده، هوابندها، مسیرهای نشتی و سایر اجزای کنترل تهویه؛

• ایستگاه‌های پایش، حدود هشدار و سوابق اندازه‌گیری و روند تغییرات آنها؛ و

• مقررات قابل‌اعمال، طرح تهویه و معیارهای پذیرش پروژه.

نبودن بعضی اطلاعات مانع گفت‌وگوی اولیه نیست، اما دقت پیشنهاد دبی و فشار را محدود می‌کند. داده‌های اندازه‌گیری‌شده شاخه‌ها و نقشه به‌روز تهویه معمولاً از دانستن توان موتور یا قطر فن به‌تنهایی مفیدترند.

پرسش‌های متداول درباره تهویه معادن زیرزمینی

تفاوت سامانه تهویه معدن با فن تهویه معدن چیست؟

سامانه تهویه شامل کل شبکه ورودی، برگشت، حفریات، اجزای کنترل، کانال‌ها، پایش، روش‌های اجرایی و فن‌هاست. فن افزایش فشاری ایجاد می‌کند که هوا را در این شبکه به حرکت درمی‌آورد. بنابراین ابتدا نیاز اولیه شبکه تعیین و سپس سازگاری آن با تجهیزات و آرایش نصب انتخاب‌شده کنترل می‌شود.

تهویه اصلی و تهویه کمکی چه تفاوتی دارند؟

تهویه اصلی هوا را در مدارهای اصلی ورود و برگشت معدن به گردش درمی‌آورد. تهویه کمکی یا موضعی، تونل‌های بن‌بست و بخش‌هایی را پوشش می‌دهد که جریان عبوری کافی دریافت نمی‌کنند. مدار موضعی برای تأمین هوای تازه به شبکه اصلی وابسته است؛ در آرایش مکشی نیز مسیر رسیدن هوای تازه به سینه‌کار باید برقرار باشد.

چرا دبی سینه‌کار ممکن است کمتر از دبی عبوری از فن باشد؟

در سامانه دمشی، نشتی دبی خروجی کانال را کم می‌کند. در سامانه مکشی، هوا ممکن است از گالری و از راه نشتی وارد کانال شود؛ در نتیجه فن بیش از مقدار مکش‌شده از سینه‌کار هوا جابه‌جا می‌کند. اصطکاک نقطه کار را تغییر می‌دهد، اما هوا را از کانال بدون نشتی حذف نمی‌کند. بازچرخش نیز سهم هوای تازه را کاهش می‌دهد، حتی اگر دبی کل فن کم نشده باشد. مقادیر باید در نقاط و شرایط چگالی قابل‌مقایسه اندازه‌گیری شوند.

آیا افزایش دور فن همیشه کمبود هوا را برطرف می‌کند؟

خیر. مانع، جزء کنترل خراب، نشتی، اتصال کوتاه جریان هوا، بازچرخش، توزیع نامتوازن یا کانال نامناسب ممکن است علت اصلی باشد. افزایش فشار بدون عیب‌یابی می‌تواند توان مصرفی و صدا را بالا ببرد، بی‌آنکه هوای مفید محل کار به مقدار کافی بیشتر شود. ابتدا عامل محدودکننده سامانه را شناسایی کنید.

برداشت تهویه معدن باید با چه فاصله زمانی انجام شود؟

فاصله زمانی به مقررات محل پروژه، نوع معدن، خطرات، طرح تهویه و سرعت تغییر شرایط بستگی دارد. علاوه بر دوره‌های الزامی، پس از تغییر مهم شبکه، قرائت غیرمنتظره، تغییر کارکرد فن یا دریچه، اتصال جدید یا پیشروی قابل‌توجه باید وضعیت دوباره بررسی شود. فاصله زمانی ذکرشده برای کشور یا معدن دیگری را نباید خودکار به پروژه منتقل کرد.

آیا تهویه به‌تنهایی برای کنترل گرمای معدن عمیق کافی است؟

خیر، همیشه کافی نیست. دمای سنگ، آب گرم، رطوبت، فشرده‌شدن هوا هنگام پایین‌رفتن در چاه و گرمای تجهیزات ممکن است از ظرفیت سرمایشی جریان موجود بیشتر باشند. سرمایش موضعی، آب سرد، سامانه تبرید، اصلاح زهکشی یا سرمایش مرکزی هوا ممکن است لازم شوند و باید همراه با اقدامات پیشگیری از تنش گرمایی بررسی شوند.

آیا یک طرح تهویه برای معدن زغال‌سنگ و معدن فلزی مناسب است؟

طرح واحدی برای همه معادن وجود ندارد. در زغال‌سنگ، متان، گرد زغال، گرم‌شدن و احتراق خودبه‌خودی و منابع اشتعال ممکن است حاکم باشند. در معادن فلزی و غیرفلزی، ذرات دیزل، گازهای آتشباری، گرد سیلیس یا ماده معدنی، گرما و طول مسیرها می‌توانند نقش اصلی داشته باشند. طراحی باید بر اساس خطرات واقعی و مقررات قابل‌اعمال انجام شود، نه صرفاً عنوان معدن.

جمع‌بندی

تهویه مؤثر زیرزمینی یعنی رساندن هوای لازم به هر ناحیه فعال، نه فقط دستیابی به دبی زیاد در فن. روند قابل‌اتکا شامل تعیین نیاز، برداشت و مدل‌سازی شبکه، اصلاح مقاومت و نشتی قابل‌اجتناب، تعیین محدوده دبی و فشار و سپس انتخاب یا تنظیم تجهیزات است. پس از تعیین مشخصات فن و شرایط نصب، فرضیات شبکه نیز بازبینی می‌شوند. به این ترتیب طراحی سامانه و انتخاب فن به هم مرتبط می‌مانند، بدون آنکه دو کار یکسان فرض شوند.