كيفية اختيار مثقاب صخري هيدروليكي لبناء الأنفاق؟ الطريقة الاحترافية

تكاليف اختيار جهاز الحفر الدوراني (Drifter) غير المناسب في إنشاء الأنفاق تظهر في بند محاسبي لا تتبعه معظم عمليات الشراء: وهو حجم الانفجار الزائد لكل دورة. فعندما يُختار جهاز حفر دوراني لا يتناسب مع مقطع النفق أو تكوين الصخور أو عمق الثقوب، فإن نمط التفجير الناتج يكون موزَّعًا بشكل غير متساوٍ من حيث الحمل — أي أن كمية الشحنة في كل ثقب تكون مسؤولة عن تحريك كمية أكبر أو أصغر من الصخور مقارنةً بالكمية المصممة لها، كما تؤدي الثقوب الواقعة على المحيط إلى إنتاج جدران خشنة وغير منتظمة، ويتم احتساب تكلفة الخرسانة أو الخرسانة الرشّاشية اللازمة لملء الفراغات الناتجة عن الانفجار الزائد في كل دورة طوال عمر المشروع. وفي نفق طريق بطول ٥ كيلومترات ومتوسط عدد دورات فيه ١٠٠ دورة، فإن وجود ٠٫١ متر مكعب فقط من الانفجار الزائد في كل دورة يؤدي إلى إضافة ١٠ أمتار مكعبة من الخرسانة التي لم تكن مدرجة في الميزانية.

وهذا هو الجانب التشغيلي الحاسم وراء اختيار جهاز الحفر الدوراني في أعمال الحفر والتنقيب. أما القرارات التقنية فهي تتعلَّق بدقة الثقوب، ومعدل الاختراق المتسق عبر التكوينات الجيولوجية المتغيرة، والأداء الموثوق به أثناء التشغيل المستمر — وليس بأرقام الطاقة التصادمية القصوى المذكورة في ورقة المواصفات الفنية.

تكوين ذراع الحفر المتقاطع مع مقطع النفق، والذي يُحدد فئة جهاز الحفر

نقطة البداية هي مقطع النفق العرضي، وليس نوع الصخور. ويحدد المقطع العرضي عدد الأذرع التي يحتاجها جهاز الحفر الآلي (الجامبو)، مما يحدد بدوره القيود المفروضة على الحيز الهندسي الميكانيكي لجهاز الحفر. أما في الأنفاق الصغيرة التي تقل مساحتها عن ٢٠ مترًا مربعًا (مثل الأنفاق التعدينية الضيقة أو الرؤوس الوصولية الصغيرة)، فيجب أن يكون جهاز الحفر ذا الذراع الواحد قادرًا على الوصول إلى جميع الثقوب من موقع واحد للناقل دون الحاجة إلى إعادة التموضع— وبالتالي يجب أن يكون جهاز الحفر مدمجًا بما يكفي ليتناسب مع هندسة الذراع القصيرة دون التضحية بالطاقة التصادمية. أما في أنفاق الطرق التي تزيد مساحتها عن ٨٠ مترًا مربعًا، فيسمح استخدام جهاز حفر آلي ذي ذراعين أو ثلاثة أذرع بالحفر المتزامن في عدة مناطق على الواجهة؛ وفي هذه الحالة، يعتمد اختيار جهاز الحفر على مطابقة فئته التصادمية مع نوع الصخور، بينما تتولى الذراع مهمة تغطية المدى الهندسي المطلوب.

النتيجة العملية: في مقطع نفق حديدي بقياس ٦ × ٧ أمتار (٤٢ مترًا مربعًا)، تتفوق آلة الحفر ذات الذراعين عادةً على آلة الحفر ذات الذراع الواحدة الثقيلة عند استخدام مثاقب متوسطة الفئة (٨٠–١٥٠ جول)، لأن آلة الحفر ذات الذراعين تُكمل نمط الوجه المكوَّن من ٨٠–١٢٠ ثقبًا بنسبة أسرع تصل إلى ٤٠–٦٠٪ لكل إعداد. أما الطاقة الإضافية الناتجة عن الضربات في المثقاب الثقيل فهي تُهدر إذا كان العامل المحدِّد هو وقت إعادة التموضع بين الثقوب، وليس معدل الاختراق داخل كل ثقب.

تصنيف تشكيلات الصخور لاختيار مثقاب النفق

تتغيَّر جيولوجيا النفق باستمرار على امتداد مسار الحفر — فهي أشد مما كان متوقعًا في بعض الأجزاء، وأخف وأكثر تفتتًا في أجزاء أخرى. ويجب أن تؤدي المثقاب أداءً كافيًا عبر كامل نطاق التكوينات الصخرية التي تُصادَف، وليس فقط عند فئة التكوين المصمَّم لها. ففي المشاريع التي تحدد مثقابًا مُحسَّنًا للجيولوجيا السائدة ثم تواجه لاحقًا ٤٠ مترًا من الجرانيت ذي مقاومة الانضغاط ١٨٠ ميجا باسكال — بينما كانت مقاومة الانضغاط المُخطَّط لها في تكوين الحجر الجيري ١٠٠ ميجا باسكال — تنخفض معدلات الاختراق بشكلٍ يؤدي إلى تأخير الجدول الزمني للمشروع بأكمله.

معيار الاختيار المناسب لأنفاق التكوينات الجيولوجية المتغيرة: اختر فئة المثقب لأشد ٢٠٪ من التكوينات المتوقعة، وليس لمتوسطها. ويُستوعب الهامش الأفضل في الأراضي الأطرى بزيادة معدل الاختراق عن التقدير التصميمي — وهي مشكلة مرغوبة. أما العجز في الأداء في الأراضي الأشد صلابةً من التصميم فيُستوعب بالتأخير.

مصفوفة اختيار المثاقب لتطبيقات الأنفاق

دقة الحفر: المقياس الخاص بالأداء في عمليات الحفر الأنبوبي

في الحفر السطحي، يُعد انحراف الثقوب على العمق عاملًا مهمًّا في هندسة التفجير، ويمكن غالبًا تعويضه في تصميم الشحنة. أما في إنشاء الأنفاق، فإن انحراف الثقوب يُحدِّد ما إذا كانت عملية القطع بالاحتراق ستنجح أم لا؛ إذ يجب أن تكون الثقوب المركزية غير المشحونة (والتي تُحفَر على مسافات ضيِّقة جدًّا من بعضها البعض) في واجهة الحفر ضمن مدى ٢٠–٣٠ مم من المواضع المصمَّمة لها، وإلا فلن تؤدي تسلسل عملية القطع وظيفتها بشكل صحيح، مما يؤدي إلى تقليل التقدُّم في كل دورة. وتنتج الدورة التي تفشل فيها عملية القطع تقدُّمًا يتراوح بين ١,٥ و٢ متر بدلًا من التقدُّم المصمَّم البالغ ٤–٥ أمتار، وتتطلّب إعادة حفر الواجهة التالية.

عامل النصف-الصب هو المقياس القياسي لجودة الحفر المحيطي: وهو نسبة نصف-الصب الظاهر من ثقوب التفجير على الواجهة المتفجرة إلى إجمالي طول الثقوب المحيطية. وفي الصخور المتينة ذات أنماط الحفر الجيدة، يمكن تحقيق عوامل نصف-صب تتراوح بين ٥٠٪ و٨٠٪. أما اختيار المثقاب غير المناسب—مثل مثقاب يتصف بحساسية مفرطة للطرق الحرّ، أو تحكم غير منتظم في التغذية، أو وظيفة غير كافية لمكافحة الانسداد بالنسبة للتركيب الجيولوجي—فيؤدي إلى ثقوب منحرفة تُنتج عوامل نصف-صب منخفضة بغض النظر عن جودة المتفجرات. أما آلات الحفر الآلية الخاضعة للتحكم الحاسوبي والمزودة بأذرع ذات هندسة تثبيت متوازية ووظائف تلقائية لتحديد نقطة بداية الحفر (التقنية)، فتُحقِّق نتائج نصف-صب أفضل بكثير في الصخور المتجانسة مقارنةً بالمنصات اليدوية التي تستخدم نفس المثاقب.

متطلبات الغسل في بيئات الأنفاق

يعتمد الحفر في الأنفاق بشكل شبه حصري على غسل المياه، على عكس الحفر السطحي على البنش الذي يُمكن فيه استخدام الهواء للغسل بشكل عملي. وتتراوح متطلبات ضغط ماء الغسل لأنابيب الحفر النموذجية في الأنفاق (بأقطار تتراوح بين ٤٥–٧٦ مم، وبأعماق تتراوح بين ٣–٥ أمتار) ما بين ١٥–٢٥ بار. وتحافظ المثاقب الدوارة (Drifters) ذات قدرة غسل أعلى على ضغط (مثل طراز Epiroc COP 1638+ الذي يصل ضغط غسله إلى ٢٥ بار) على إزالة المخلفات أثناء زيادة معدل الاختراق في التكوينات اللينة إلى المتوسطة؛ أما المثاقب الدوارة ذات مواصفات الضغط الأدنى للغسل (٢٠ بار)، فقد تواجه مشكلة تراكم المخلفات إذا زاد معدل الاختراق عن المتوقع.

كما أن غسل الماء يتفاعل مباشرةً مع أختام صندوق الغسل — وهي الحد الفاصل الحيوي بين دائرة الماء ودائرة زيت التأثير. وفي الأنفاق التي تتفاوت فيها جودة مياه المناجم أو تكون ملوثة بالمعادن، فإن أختام الغسل المدعومة بـ PTFE تفوق عمر الأختام الشفوية القياسية بشكلٍ كبير. وينبغي التخطيط لفترات استبدال قصيرة للأختام في التطبيقات النفقية (عادةً ما تتراوح بين ٣٥٠–٤٠٠ ساعة تأثير مقابل ٤٥٠–٥٠٠ ساعة على السطح) منذ المرحلة الأولى من التصميم. وتوفّر شركة HOVOO مجموعات أختام مصنوعة من البولي يوريثان (PU) والمطاط الهيدروجيني النتريلي (HNBR) والأختام المدعومة بـ PTFE لجميع طرازات المثاقب النفقية الرئيسية. لمزيد من المعلومات، يُرجى زيارة الموقع الإلكتروني: hovooseal.com.