دراسة آلية تخفيف ضغط التعدين في التعدين بالردم بمخلفات الفحم وتحليل حساسية العوامل الرئيسة المتحكمة

تمثل تقنية التعدين بالردم بمخلفات الفحم تقدمًا مهمًا في مجال التعدين الأخضر، إذ تخفف من ضغط المناجم وحركات الكتل الصخرية بما يضمن سلامة الإنتاج تحت الأرض ويعيد توظيف مخلفات الفحم الصلبة بدل تراكمها على السطح، غير أن فهم آلية خفض الضغط في هذا النمط من التعدين وتحديد العوامل الأكثر تحكمًا فيها ما يزال بحاجة إلى تحليل منهجي يجمع بين النمذجة الميكانيكية والمحاكاة العددية وتحليل الحساسية

وفي هذا الإطار سعت الدراسة المستعرضة هنا إلى التحقق من آلية خفض الضغط في التعدين بالردم بمخلفات الفحم ومن حساسية العوامل المؤثرة فيها، عبر تطوير نموذج ميكانيكي واشتقاق طريقة لحساب ضغط التعدين ثم توظيف المحاكاة العددية وتحليل الحساسية للوصول إلى ترتيب دقيق لأهمية العوامل المتحكمة

أولًا: أهداف الدراسة ومنهجيتها

بنى الباحثون أولًا نموذجًا ميكانيكيًا للتعدين بالردم بمخلفات الفحم، واشتقوا استنادًا إلى خصائص الإجهاد طريقة لحساب ضغط التعدين في هذا النمط من الاستخراج، ثم وظفوا أساليب المحاكاة العددية لتحليل أنماط خفض ضغط التعدين وتوزع الإجهاد ومناطق الفشل اللدن في طبقة الفحم والسقف عبر مراحل الاستخراج المختلفة

وأخيرًا أجري تحليل الحساسية باستخدام تحليل المدى وتحليل التباين معًا لتحديد حساسية العوامل الرئيسة المتحكمة في ضغط التعدين، بما يسمح بالتمييز بين العوامل ذات الأثر الدال التي تستحق الضبط الدقيق في التصميم والعوامل ذات الأثر الضئيل التي يمكن التسامح في تباينها دون مساس باستقرار العمل

ثانيًا: أبرز النتائج

1. تتأثر مظاهر ضغط التعدين في التعدين بالردم بمخلفات الفحم بعوامل عدة من بينها ارتفاع الاستخراج ونسبة انهيار الردم، وهي عوامل تتشابك في تحديد مستوى الإجهاد الواقع على طبقة الفحم

2. وتحت دعم مخلفات الفحم ينخفض الإجهاد المركز في طبقة الفحم انخفاضًا ملحوظًا، متخذًا توزعًا على شكل قوس بحسب مراحل الاستخراج المتتابعة، بما يعكس انتقال جزء من الحمل إلى مادة الردم الداعمة

3. ويبقى مدى الفشل اللدن في طبقة الفحم مستقرًا نسبيًا في ظل التعدين بالردم، بينما يظهر النطاق اللدن في صفيحة السقف توزعًا على هيئة شريط، بما يشير إلى ضبط أفضل لتشوهات الكتلة الصخرية المحيطة

4. وكشف تحليل المدى وتحليل التباين معًا أن ترتيب حساسية العوامل هو نسبة انهيار الردم أولًا ثم ارتفاع الاستخراج ثم معامل المرونة، وأكد تحليل التباين أن لارتفاع الاستخراج ونسبة انهيار الردم آثارًا دالة بينما كان أثر معامل مرونة مخلفات الفحم ضئيلًا يمكن إهماله

ثالثًا: دلالات الدراسة وتطبيقاتها

حللت الدراسة قانون تجلي ضغط طبقة الفحم في التعدين بالردم وكشفت حساسية العوامل الرئيسة المتحكمة فيه، بما يقدم دعمًا نظريًا للتحكم في استقرار طبقات الفحم في هذا النمط من التعدين، ويوجه المهندسين إلى إعطاء الأولوية لضبط نسبة انهيار الردم وارتفاع الاستخراج عند تصميم أعمال الردم وتخطيط مراحل الاستخراج

وتفيد النتائج الباحثين والممارسين في هندسة التعدين والميكانيكا الصخرية بمنهجية متكاملة تربط النمذجة النظرية بالمحاكاة العددية وتحليل الحساسية الإحصائي، كما تدعم التوجه نحو التعدين الأخضر الذي يوظف مخلفات الفحم في الردم بدل التخلص منها سطحيًا، بما يخفض المخاطر الجيولوجية ويحسن سلامة الإنتاج تحت الأرض في مناجم الفحم

ويكتسب التعدين بالردم زخمًا متزايدًا في دول منتجة للفحم تسعى إلى الموازنة بين استمرار الإنتاج ومتطلبات السلامة وحماية البيئة، إذ يحل ردم فراغات الاستخراج بمخلفات الفحم مشكلتين في آن واحد هما تراكم المخلفات الصلبة على السطح وخطورة هبوط الأرض وضغط الطبقات فوق الفراغات، غير أن نجاحه العملي يتوقف على ضبط معاملات الردم بدقة ومعرفة أيها أكثر تأثيرًا في استقرار الكتلة الصخرية، وهو ما تجيب عنه دراسات الحساسية بتوجيه الجهد الهندسي والرقابي نحو العوامل الحاسمة دون إهدار في مراقبة عوامل ثانوية الأثر

وخلاصة القول إن التعدين بالردم بمخلفات الفحم يخفض الإجهاد المركز في طبقة الفحم ويضبط فشلها اللدن، وأن نسبة انهيار الردم هي العامل الأكثر حساسية يليها ارتفاع الاستخراج بينما يكاد أثر معامل المرونة ينعدم، بما يرشد تصميم الردم وتشغيله نحو استقرار أعلى وسلامة أفضل