مثقاب صخور هيدروليكي لمناجم الفحم: قواعد السلامة والاختيار

يواجه المثقاب الصخري الهيدروليكي العامل في مناجم الفحم فئة مخاطر لا تنطبق ببساطة على تعدين المعادن أو إنشاء الأنفاق: اشتعال غاز الميثان. فآلية التأثير تُولِّد حرارةً عند سطح اصطدام المكبس وفي منطقة تلامس الغلاف التوجيهي للجذع؛ وتتراوح ضغوط الدائرة الهيدروليكية بين ١٦٠ و٢٢٠ بار مع ارتفاع درجة حرارة زيت الإرجاع؛ وإذا وصل رذاذ زيت ناتج عن عطل في أحد التوصيلات إلى تجمع غازي، فإن خطر نشوب حريق يكون فوريًّا. ويجب أن تُقيَّم كل عملية اختيار لمكوِّنٍ وإجراء تشغيليٍّ في تطبيقات المثاقب الصخرية الهيدروليكية في مناجم الفحم في ضوء هذه الخلفية، وليس فقط وفق معايير الأداء القياسية وعمر الخدمة.

وتُصنَّف مناجم الفحم أيضًا وفقًا لتصنيف مخاطر الغاز — من المناجم غير المُنتجة للغاز إلى المناجم شديدة الإنتاج للغاز — مع وجود متطلبات تنظيمية مُقابلة لمواصفات المعدات، وتتفاوت هذه المتطلبات باختلاف الاختصاصات القضائية. وتنطبق قواعد الاختيار الواردة في هذه المقالة تحديدًا على مثاقب الصخور الهيدروليكية (Hydraulic Rock Drill Drifters) والدوائر السائلة المرتبطة بها، ضمن فئة المعدات وليس كبديلٍ عن الامتثال التنظيمي الخاص بالموقع.

متطلبات التصميم المضاد للانفجار

السوائل الهيدروليكية المقاومة للحريق تُعتبر شرطًا أساسيًّا لأي دائرة هيدروليكية تعمل في المناجم تحت الأرضية للفحم. فالسوائل الهيدروليكية القياسية المستخلصة من الزيوت المعدنية قابلة للاشتعال؛ إذ إن فشل خرطوم ما وانسكاب الزيت المعدني منه على أسطح ساخنة أو على قوس كهربائي يُشكِّل مسار اشتعال حقيقي. أما المستحلبات المائية في الزيت (HFA-E)، التي تحتوي عادةً على ٩٥–٩٧٪ ماء مع تركيز زيتي، أو جلايكولات الماء (HFC)، فهي البديلان القياسيان المقاومان للحريق المُستخدَمان في الدوائر الهيدروليكية percussive في المناجم تحت الأرضية للفحم. والمقايضة المترتبة على ذلك هي أن كلا النوعين يتمتّعان بلزوجة تشحيم أقل من الزيت المعدني، ما يفرض متطلبات أعلى على مواد الأختام وعلى حزمة المضافات المضادة للتآكل الموجودة في السائل.

تؤدي أختام التأثير المصنوعة من البولي يوريثان (PU) أداءً مقبولًا مع مستحلبات الماء في الزيت عند تركيزات تُحفظ ضمن المواصفات. وعندما ينخفض تركيز المستحلب إلى أقل من ٥٪ من تركيز الزيت (وهو الحد الأدنى النموذجي عادةً)، تنخفض قدرة التزليق بشكل حاد وتتآكل أختام البولي يوريثان (PU) أسرع من عمرها التصميمي المحدد. أما أختام الهيدروجينية النتريلية المطاطية (HNBR) فتتحمل التغيرات في التركيز بشكل أفضل، وتُفضَّل في العمليات التي يصعب فيها الحفاظ على تركيز المستحلب بدقة. ويمكن أن تهاجم سوائل الجليكول المائية، عند تركيز جليكول غير مناسب، الأختام الثابتة القياسية المصنوعة من المطاط النتريلي (NBR) (مثل الحلقات التوصيلية O-rings) عبر ظاهرة الانتفاخ؛ ولذلك تُحدَّد مركبات الحلقات التوصيلية (O-rings) المصنوعة من الفلوروإلاستومر (FKM) أو المطاط النتريلي الهيدروجيني (HNBR) لدوائر الجليكول المائي بدلًا من المطاط النتريلي (NBR) القياسي.

مواصفات المعدات للبيئات الغازية

السلامة التشغيلية: الإجراءات الثلاثة الأهم

تفحُّص دائرة السائل قبل كل ورديةٍ إلزاميٌّ تمامًا في بيئة مناجم الفحم، حيث يؤدي انفجار خرطوم أثناء التشغيل إلى خطر حريق فوري. ويشمل التفحُّص ما يلي: حالة الخرطوم (عدم وجود قطع أو تآكلٍ يظهر عبر الغلاف الخارجي أو انتفاخٍ يدل على تلف داخلي)، ووصلات التوصيلات (عدم وجود تسرب رشح عند المفاصل المُسنَّنة، وعدم تحرك التوصيلات تحت الضغط اليدوي)، ومستوى سائل الخزان مع التحقق من تركيز المستحلب أو الجليكول. ويُشكِّل المستحلب المتدهور — الذي يبدو طبيعيًّا من حيث اللون لكنه يُظهر تركيز زيت أقل من ٥٪ عند الاختبار — خطرًا مزدوجًا يتمثَّل في تلف الحشوات وخطر الاشتعال في آنٍ واحد.

يُعَدّ منع إطلاق النار الفارغ أكثر أهميةً في المناجم الفحمية مقارنةً بالتطبيقات الأخرى. وعندما يفقد المثقاب تماسه مع الصخور ويبدأ الضرب الهوائي (أي الضرب في الهواء دون تحميل) فإن صمام التفريغ في دائرة الضرب يعمل باستمرار، ما يولّد حرارةً في جسم الصمام. وفي عمليات التعدين والبناء القياسية، يُعتبر هذا الأمر مسألة صيانة عادية؛ أما في البيئات التي تحتوي على غاز الميثان، فإن ارتفاع درجة حرارة جسم الصمام يشكّل خطر اشتعال إضافيًا. وتُطبَّق أنظمة قطع الضرب التلقائي عند إطلاق النار الفارغ — والتي توقف عملية الضرب خلال ٢٠٠–٥٠٠ ملي ثانية بعد اكتشاف الضرب غير المحمل عبر تحليل نمط الضغط — كمواصفة قياسية في تكوينات المثاقب المستخدمة في المناجم الفحمية التي تدار بكفاءة.

إن إجراء عملية التفريغ والتخفيض من الضغط في دائرة الطرق بعد انتهاء النوبة، قبل فصل جهاز الحفر الدوراني، يُخلّص أقسام الخرطوم من سائل مقاوم للحريق تحت ضغط، وهي الأجزاء التي يحتمل أن تتأثر أكثر ما يكون أثناء تغيّر النوبات. ويشكّل فصل خرطومٍ تحت ضغط في منطقة عمل غازية خطرًا مزدوجًا: خطر تلوث وخطر نشوب حريق بسبب رش السائل. وتتطلب هذه الإجرائية تخفيض الضغط عبر المسار المُصمَّم في النظام لتفريغ الضغط، وليس عبر فك التوصيلات وهي لا تزال تحت الضغط.

معايير الاختيار الخاصة ببيئات المناجم الفحمية

ميزات التصميم الخاصة بمعدة الحفر الدورانية (Drifter) التي تقلل من مخاطر التشغيل في المناجم الفحمية: دائرة الضرب المغلقة (حيث يعود زيت العودة إلى الخزان دون التعرّض للهواء، مما يقلل من ضباب الزيت في غلاف الهواء في مقدمة النفق)؛ وغلاف محرك الدوران المغلق مع حاجز ضغط إيجابي لمنع دخول غبار الفحم إلى منطقة المحامل؛ ودائرة مياه الغسل الخاصة بالمقبض الأمامي مع صمام منع الرجوع لمنع عودة زيت الضرب إلى دائرة الغسل (والماء الملوث المستخدم في غسل المقبض في نفق الفحم يشكّل خطرًا ثانويًّا)؛ وتغليف مقاوم للكهرباء الساكنة لجميع خراطيم الضرب والدوران.

مواصفات مجموعة الأختام لمجردات منجم الفحم: مجموعات ضرب في مركب HNBR للتوافق مع HFA-E أو HFC السوائل ، وأختام التنظيف الأمامي في المركب المدعوم من PTFE (غير فعالة كيميائياً لتغير درجة الحموضة في مياه يجب أن تظهر هذه المواصفات المركبة صراحة في وثيقة الشراء بدلاً من الالتزام بـ"مجموعة قياسية". توفر HOVOO مجموعات الختم المناسبة لجميع العلامات التجارية الرئيسية للمشردين، مع خيارات المركب التي تم التحقق منها لمواءمة HFA-E و HFC. إشارات كاملة للنموذج على موقع hovooseal.com