پشتیبان سقف (معدن)

ماینینگ کار آسانی نیست اما با تجهیزات مناسب و ماشین آلات طراحی شده آسان تر می شود. پشتیبان های سقف معدن یکی از این نوآوری ها است که در بسیاری از جنبه های مختلف استخراج کمک می کند. پشتیبان های سقف برای استخراج در طول نسل ها با تاکید بر ایمنی، قابلیت اطمینان و کارایی هزینه تکامل یافته اند.

شکل 1: استخراج از معادن کار ساده ای نیست، اما با تجهیزات مناسب و ماشین آلات طراحی شده ویژه آسان تر می شود

تئوری عملیات

بهره برداری از پشتیبان های سقف معدن یک جنبه حیاتی برای اطمینان از ایمنی و پایداری در تونل های معدن در حین استخراج سنگ معدن است. این پشتیبانی ها برای جلوگیری از غارها و حفاظت از معدنچیان ضروری است. در هسته عملکرد آنها باربری است، جایی که آنها برای تحمل وزن لایه های سنگی پوشاننده طراحی شده اند. ظرفیت این تکیه گاه ها تحت تأثیر جنس و طراحی آنها است.

بخشی جدایی ناپذیر از عملکرد آنها کنترل حرکت سنگ، جلوگیری از فرو ریختن قطعات کوچک یا بلوک های بزرگ به معدن است، که برای جلوگیری از صدمات و حفظ مناطق کار شفاف و ایمن حیاتی است. انواع مختلفی از تکیه گاه ها از جمله تکیه گاه ها و تیرهای چوبی سنتی استفاده می شود که در حال حاضر به دلیل محدودیت در استحکام و دوام کمتر رایج هستند. تکیه گاه های فولادی، مانند قوس ها و تیرها، در معادن مدرن رایج تر هستند و استحکام و مناسبت بیشتری را برای حفاری های عمیق تر ارائه می دهند. تکیه گاه های هیدرولیک، به ویژه در استخراج معاصر با دیوارهای بلند کارآمد، کنترل دقیقی را بر روی سقف ارائه می دهد و می تواند با پیشرفت جبهه ماینینگ تنظیم و جابجا شود.

انتخاب سیستم پشتیبانی نیز به روش ماینینگ بستگی دارد. در ماینینگ لانگ وال، تکیه گاه های هیدرولیک به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند و همزمان با فرآیند استخراج پیشرفت می کنند و امکان فروپاشی کنترل شده منطقه استخراج شده را فراهم می کنند. در مقابل، استخراج اتاق و ستون شامل تکیه‌گاه‌های دائمی بیشتری است و ستون‌هایی از مواد معدن‌نشده باقی می‌ماند.

عملیات معدنکاری مدرن اغلب از سنسورها و سیستم های نظارتی برای ردیابی عملکرد پشتیبان های سقف استفاده می کند و در صورت لزوم آنها را تنظیم می کند. این امر به ویژه در ماینینگ لانگ وال بسیار مهم است، جایی که تکیه گاه های هیدرولیک نیاز به تنظیم مداوم دارند. قبل از نصب این تکیه گاه ها، ارزیابی زمین شناسی کامل برای درک انواع سنگ، خطوط گسل و پایداری کلی منطقه ضروری است. علاوه بر این، عملیات معدن باید از استانداردها و مقررات ایمنی سختگیرانه پیروی کند، که شامل الزامات خاصی برای پشتیبانی سقف برای اطمینان از ایمنی کارگران است.

پشتیبان های سقف معدن حول تعادل استخراج مواد موثر با نیاز اساسی به ایمنی و پایداری در معدن می چرخند. پیشرفت های تکنولوژیکی و بهبود شیوه های مهندسی به طور قابل توجهی اثربخشی و ایمنی این سیستم های پشتیبانی را افزایش داده است.

شکل 2: مشخصات تکیه گاه سقف معدن بسته به نوع معدن، روش استخراج و شرایط زمین شناسی متفاوت است. 

مشخصات

مشخصات پایه های سقف معدن بسته به نوع معدن، روش استخراج و شرایط زمین شناسی متفاوت است. با این حال، برخی از مشخصات رایج عبارتند از:

استحکام و دوام مواد

مواد مورد استفاده برای تکیه گاه سقف باید به اندازه کافی قوی و بادوام باشند تا در برابر فشارهای زیاد زمین و سنگ بالا مقاومت کنند. این اغلب شامل فولاد با عیار بالا یا بتن مسلح می شود.

ظرفیت تحمل بار

تکیه گاه ها برای تحمل حداکثر بارهای خاص طراحی شده اند که بر اساس ارزیابی های زمین شناسی و عمق معدن تعیین می شود. این ظرفیت یک ویژگی بسیار مهم است، زیرا تضمین می کند که تکیه گاه ها می توانند وزن سنگ را بدون فروریختن نگه دارند.

اندازه و ابعاد

اندازه و ابعاد تکیه گاه ها متناسب با نیازهای خاص معدن طراحی شده است. این شامل ارتفاع، عرض و طول است که باید با اندازه تونل های معدن و ماشین آلات مورد استفاده سازگار باشد.

قابلیت تنظیم و انعطاف پذیری

در برخی از روش های ماینینگ، مانند لانگ وال ماینینگ، ساپورت ها باید قابل تنظیم باشند. به عنوان مثال، تکیه گاه های هیدرولیک را می توان برای کنترل دقیق سقف افزایش یا جمع کرد.

مقاومت در برابر خوردگی

با توجه به محیط سخت داخل معادن، تکیه گاه های سقف باید در برابر خوردگی مقاوم باشند. این امر به ویژه در معادن با رطوبت بالا یا در معرض مواد شیمیایی بسیار مهم است.

سهولت نصب و حذف

تکیه گاه ها باید برای نصب و حذف کارآمد طراحی شوند، به ویژه در روش های استخراج که در آن تکیه گاه ها با پیشرفت جبهه ماینینگ جابه جا می شوند.

ویژگی های ایمنی

ویژگی‌های ایمنی می‌تواند شامل گاوصندوق‌های خراب، افزونگی در قابلیت‌های باربری و سازگاری با سیستم‌های نظارتی باشد که سلامت و وضعیت ساپورت‌ها را ردیابی می‌کنند.

سفارشی سازی برای شرایط زمین شناسی

پشتیبانی ممکن است برای شرایط زمین‌شناسی خاص، مانند مناطقی با فعالیت لرزه‌ای بالا یا تشکیلات سنگی غیرمعمول، نیاز به سفارشی‌سازی داشته باشد. شرایط زمین شناسی برای هر معدن تا حد زیادی تعیین می کند که تکیه گاه سقف چگونه باید عمل کند.

این مشخصات از طریق ترکیبی از تحلیل‌های مهندسی، داده‌های تجربی و الزامات قانونی تعیین می‌شوند و اطمینان حاصل می‌کنند که تکیه‌گاه‌های سقف ایمنی و عملکرد لازم را برای عملیات معدن فراهم می‌کنند.

شکل 3: پشتیبان های سقف معدن برای اطمینان از ایمنی و یکپارچگی ساختاری معادن زیرزمینی ضروری است. 

انواع

پشتیبان های سقف معدن برای اطمینان از ایمنی و یکپارچگی ساختاری معادن زیرزمینی ضروری است. انواع مختلفی از تکیه گاه های سقف استفاده می شود که هر کدام برای شرایط و روش های مختلف استخراج مناسب است. انواع اصلی عبارتند از:

لوازم و تیرهای چوبی

اینها شکل سنتی پشتیبانی هستند که عمدتاً در معادن کوچکتر یا کمتر مکانیزه استفاده می شود. پایه های چوبی برای نصب ساده هستند و می توان آنها را برای ارتفاع تنظیم کرد. با این حال، آنها در مقایسه با مواد مدرن تر، دوام کمتری دارند و ظرفیت باربری کمتری دارند.

ست های فولادی

این تکیه گاه ها که از فولاد ساخته شده اند، قوی تر و بادوام تر از پایه های چوبی هستند. مجموعه‌های فولادی می‌توانند به شکل طاق، حلقه یا تیر باشند و اغلب در معادن با سنگ سخت‌تر که نیاز به حمایت قوی‌تری دارند، استفاده می‌شوند.

پیچ سنگ و پیچ کابل

پیچ‌های سنگی میله‌های فولادی بلندی هستند که در سوراخ‌های حفر شده در سقف معدن وارد می‌شوند و برای نگه داشتن لایه‌های سنگ به هم تنیده می‌شوند و اساساً سقف را خود نگهدار می‌کنند. پیچ‌های کابل بلندتر هستند و در یک منطقه بزرگ‌تر پشتیبانی می‌کنند و برای شرایط سنگ‌های ناپایدار یا شکسته‌تر مناسب هستند.

لوازم هیدرولیک و سپر

این تکیه گاه ها که معمولا در ماینینگ لانگ وال استفاده می شوند، قابل تنظیم هستند و می توانند بارهای بسیار بالا را تحمل کنند. پایه های هیدرولیک را می توان به صورت جداگانه جابجا کرد و تنظیم کرد، در حالی که سپرهای هیدرولیک ناحیه پشتیبانی بیشتری را فراهم می کنند و می توانند با پیشرفت استخراج به صورت مکانیکی پیشرفت کنند.

پشتیبانی از سقف برقی

اینها سیستم های هیدرولیک پیچیده ای هستند که در محیط های با تولید بالا مانند عملیات دیوار بلند استفاده می شوند. آنها ظرفیت تحمل بار بالایی را ارائه می دهند و می توانند به طور خودکار یا از راه دور برای پیشبرد عملیات معدن کنترل شوند.

پشتیبان های سقف قابل پمپاژ

این فناوری شامل تزریق یک ماده سیمانی یا رزینی به داخل کیسه یا حفره در سقف است که پس از آن سخت می شود و یک ساختار حمایتی ایجاد می کند. این در شرایطی استفاده می شود که نصب پشتیبانی های معمولی دشوار است.

تکیه گاه های فولادی قابل تسلیم

این تکیه گاه ها به گونه ای طراحی شده اند که تحت بارهای زیاد تغییر شکل دهند، انرژی را جذب کنند و پشتیبانی را حفظ کنند و در عین حال امکان افتادگی سقف را کنترل کنند. آنها در شرایط بار بسیار تحت فشار یا پویا مفید هستند.

تخت های تخت چوبی

اینها که از چوب ساخته شده اند، ساختارهای جعبه مانندی هستند که روی هم چیده می شوند و می توانند پشتیبانی قابل توجهی را ارائه دهند. آنها اغلب همراه با سایر انواع پشتیبانی برای پایداری بیشتر استفاده می شوند.

هر نوع پشتیبانی بسته به روش استخراج، ماهیت سنگ، عمق معدن و مقیاس عملیات کاربرد خاص خود را دارد. انتخاب پشتیبانی نه تنها برای اطمینان از ایمنی ماینرها، بلکه برای کارایی و دوام عملیات استخراج بسیار مهم است.

شکل 4: پشتیبان های سقف معدن چندین ویژگی کلیدی را نشان می دهند که عملکرد و اثربخشی آنها را مشخص می کند. 

ویژگی ها

پشتیبان های سقف معدن، که برای اطمینان از ایمنی و پایداری عملیات معدنکاری زیرزمینی بسیار مهم هستند، چندین ویژگی کلیدی را نشان می دهند که عملکرد و اثربخشی آنها را مشخص می کند. این ویژگی ها عبارتند از:

دوام و استحکام

تکیه گاه ها از موادی مانند فولاد یا بتن مسلح ساخته می شوند تا اطمینان حاصل شود که می توانند در برابر محیط خشن زیرزمینی و فشار بسیار زیاد وارد شده توسط سنگ بالای سر مقاومت کنند.

مقاومت در برابر خوردگی

با توجه به محیط بالقوه مرطوب و خورنده در معادن زیرزمینی، تکیه گاه ها اغلب از موادی ساخته می شوند که در برابر خوردگی مقاوم هستند.

سازگاری با عملیات معدن

ساپورت ها به گونه ای طراحی شده اند که با روش استخراج خاص مورد استفاده سازگار باشند، خواه اتاق و ستون، دیوار بلند یا هر روش دیگری باشد. این شامل ملاحظاتی برای سهولت نصب و حذف، فضای اشغال شده و ادغام آنها با سایر تجهیزات معدن است.

ملاحظات زیست محیطی

در راستای افزایش نگرانی های زیست محیطی، برخی از تکیه گاه های سقف با تمرکز بر کاهش اثرات زیست محیطی طراحی شده اند که می تواند جنبه هایی مانند استفاده از مواد بازیافتی یا طرح هایی که ضایعات را به حداقل می رساند، باشد.

سهولت در نصب و نگهداری

طراحی ساپورت ها اغلب به سهولت نصب، تنظیم و نگهداری آنها توجه می کند. این برای به حداقل رساندن زمان خرابی و اطمینان از عملیات استخراج مداوم و ایمن بسیار مهم است.

ادغام با سیستم های مانیتورینگ

عملیات استخراج پیشرفته ممکن است پشتیبان‌های سقف را با سیستم‌های مانیتورینگ مبتنی بر حسگر ادغام کند تا عملکرد و وضعیت آن‌ها را در زمان واقعی ردیابی کند و امکان نگهداری و تنظیم پیش‌گیرانه را فراهم کند.

این ویژگی ها در مجموع تضمین می کنند که پشتیبان های سقف معدن نقش اصلی خود را در حفظ ایمنی معدن و یکپارچگی ساختاری انجام می دهند، در حالی که با الزامات عملیاتی و زیست محیطی شیوه های مدرن معدن همسو می شوند.

شکل 5: فرآیند تولید پشتیبان های سقف معدن شامل چندین مرحله و ملاحظات کلیدی است.

ساخت

فرآیند تولید پشتیبان های سقف معدن شامل چندین مرحله و ملاحظات کلیدی است تا اطمینان حاصل شود که آنها استانداردهای مورد نیاز استحکام، دوام و عملکرد را برآورده می کنند. این فرآیند معمولاً شامل موارد زیر است:

• انتخاب مواد

• طراحی و مهندسی

• برش و شکل دادن

• مونتاژ

• پوشش و درمان

• کنترل کیفیت و تست

• سفارشی سازی

انتخاب مواد بسیار مهم است و فولاد با استحکام بالا به دلیل دوام و ظرفیت تحمل بار، انتخاب رایجی است. بسته به نوع تکیه گاه و کاربرد مورد نظر، ممکن است از مواد دیگری مانند بتن مسلح یا آلیاژهای تخصصی نیز استفاده شود.

تکیه گاه ها توسط مهندسانی طراحی شده اند که عوامل مختلفی مانند بار مورد انتظار، محیط معدن، نیازهای قابل تنظیم و رعایت استانداردهای ایمنی را در نظر می گیرند. نرم افزار طراحی به کمک کامپیوتر اغلب برای دقت و کارایی در طراحی استفاده می شود.

پس از نهایی شدن طرح، مواد اولیه برش داده شده و به اجزای مورد نیاز تبدیل می شوند. این می تواند شامل فرآیندهایی مانند برش لیزری، جوشکاری و خمش باشد. دقت در این مرحله برای اطمینان از تناسب صحیح اجزا با یکدیگر و عملکرد مطابق انتظار ضروری است.

سپس اجزای جداگانه در محصول نهایی مونتاژ می شوند. این ممکن است شامل جوش، پیچ و مهره یا سایر روش‌های اتصال قطعات باشد. برای سیستم های پیچیده مانند تکیه گاه های هیدرولیک، این مرحله شامل نصب سیلندرهای هیدرولیک و سایر قطعات متحرک نیز می شود. برای افزایش دوام و مقاومت در برابر خوردگی، تکیه گاه های مونتاژ شده اغلب با پوشش های محافظ درمان می شوند. این می تواند شامل رنگ، گالوانیزه یا سایر لایه های محافظ باشد.

پس از مونتاژ، ساپورت ها تحت بررسی های کنترل کیفیت و آزمایش های دقیق قرار می گیرند. این ممکن است شامل آزمایش بار باشد، جایی که تکیه گاه ها در معرض نیروهایی بیش از بارهای عملیاتی مورد نظر خود قرار می گیرند تا اطمینان حاصل شود که می توانند وزنی را که برای آن طراحی شده اند، ایمن نگه دارند.

در برخی موارد، پشتیبانی ها برای شرایط استخراج خاص سفارشی می شوند. این می تواند شامل تنظیماتی در اندازه، شکل یا عملکرد متناسب با شرایط خاص زمین شناسی یا روش های معدن باشد.

در حالی که به طور دقیق بخشی از فرآیند تولید نیست، نصب و تنظیم تکیه گاه های سقف در سایت معدن مراحل بسیار مهمی است. این اغلب شامل نصب تکیه گاه ها در معدن و تنظیم آنها برای تناسب با شرایط خاص تونل یا محفظه است.

در طول این فرآیند، با توجه به نقش مهمی که پشتیبان سقف در تضمین ایمنی عملیات معدن بازی می کند، تاکید زیادی بر رعایت استانداردهای صنعت و مقررات ایمنی وجود دارد.

شکل 6: تکیه گاه های سقف معدن، اجزای ضروری در عملیات معدنکاری زیرزمینی هستند.

برنامه های کاربردی

تکیه گاه های سقف معدن اجزای ضروری در عملیات معدنکاری زیرزمینی هستند و در روش ها و محیط های مختلف استخراج کاربرد دارند. برخی از کاربردهای اولیه آنها عبارتند از:

ماینینگ لانگ وال

در ماینینگ دیوار بلند، پشتیبان های سقف برای ایمنی و کارایی بسیار مهم هستند. در اینجا معمولاً از تکیه گاه های سقفی هیدرولیک استفاده می شود. آنها به طور مداوم با پیشرفت ماینر لانگ وال پیشرفت می کنند و امکان ریزش کنترل شده سقف در منطقه استخراج شده را فراهم می کنند.

استخراج اتاق و ستون

این روش شامل باقی گذاشتن ستون هایی از مواد معدن نشده برای حمایت از سقف است. تکیه گاه سقف در معدن اتاق و ستون ممکن است شامل نصب های دائمی بیشتری مانند مجموعه های فولادی یا اسکلت چوبی، علاوه بر خود ستون ها باشد.

استخراج عقب نشینی

این مرحله از معدنکاری اتاق و ستون است که در آن ستون‌ها استخراج می‌شوند و سقف اجازه می‌دهد تا به صورت کنترل‌شده فرو بریزد. ممکن است از تکیه گاه های سقف اضافی برای اطمینان از ایمنی معدنچی در طول این فرآیند استفاده شود.

برش و پر کردن معدن

در این روش، فضای خالی برجای مانده از معدن با سنگ های ضایعاتی یا مواد دیگر پر می شود که سپس پشتیبان سقف را فراهم می کند. تکیه گاه های اضافی ممکن است همراه با مواد پر کننده برای افزایش پایداری استفاده شود.

غارنوردی سطح زیرین

در این روش، گرانش به حذف سنگ معدن کمک می کند. همانطور که سنگ معدن برداشته می شود، سقف اجازه می دهد تا با سرعت کنترل شده فرو بریزد. تکیه گاه های سقف برای محافظت از مناطق دسترسی و مدیریت میزان و ایمنی ریزش استفاده می شود.

استخراج سنگ سخت

در معادن استخراج مواد معدنی سنگ سخت، پشتیبان های سقف مقاوم مانند مجموعه های فولادی یا پیچ های سنگی معمولاً برای جلوگیری از ورود غارها و اطمینان از ایمنی استفاده می شود.

معدن زغال سنگ

هم در استخراج زغال سنگ دیواری و اتاقی و ستونی، انواع مختلفی از تکیه گاه های سقف از جمله سپرهای هیدرولیک، چوب و پایه های فولادی استفاده می شود.

تونل زنی و استخراج دریفت

برای ایجاد تونل ها یا رانش ها در معدن، تکیه گاه های سقف برای ایمنی معابر بسیار مهم هستند تا زمانی که برای پایداری طولانی مدت پر یا تقویت شوند.

استخراج معدن یا حفاری اکتشافی

حتی در مراحل اولیه اکتشاف یا عملیات حفاری، ممکن است از تکیه گاه های سقف موقت برای اطمینان از ایمنی استفاده شود.

طراحی و انتخاب تکیه گاه سقف در این کاربردها به عواملی مانند روش استخراج، ماهیت سنگ، عمق معدن و مقیاس عملیات بستگی دارد. هدف اصلی در همه این کاربردها حفظ ایمنی و یکپارچگی ساختاری است، در حالی که کارایی عملیاتی و مقرون به صرفه بودن را نیز در نظر می گیرد.

شکل 7: تکیه گاه های سقف معدن باید به مجموعه ای از استانداردها و مقررات صنعتی که ایمنی، دوام و اثربخشی را تضمین می کند، پایبند باشد.

استانداردها

پشتیبان های سقف معدن باید از مجموعه ای از استانداردها و مقررات صنعتی پیروی کنند که ایمنی، دوام و اثربخشی را تضمین می کند. این استانداردها معمولاً توسط نهادهای نظارتی ملی و بین المللی تنظیم می شوند و ممکن است بسته به کشور و شرایط خاص معدن متفاوت باشند. استانداردهای کلیدی و ملاحظات نظارتی عبارتند از:

• ISO 19426-1:2018

• ISO 19296:2018

• ANSI/ASSE A10.4-2016

• EN 1804-1:2001

• EN 14591-1:2004

• 30 CFR قسمت 75

بخشی از ISO 19426 الزامات ایمنی عمومی را برای تجهیزات معدنکاری سطحی و زیرزمینی مشخص می کند که می تواند شامل پشتیبان سقف باشد. سایر استانداردهای ISO الزامات ایمنی را برای ماشین های زیرزمینی متحرک و قابل حمل مشخص می کنند. آنها شامل الزامات سیستم های پشتیبانی در استخراج زیرزمینی هستند.

در حالی که در درجه اول برای عملیات ساخت و ساز و تخریب، ANSI/ASSE A10.4-2016 الزامات ایمنی را نیز پوشش می دهد که می تواند برای پشتیبانی سقف معدن، به ویژه از نظر نصب و نگهداری، قابل اعمال باشد.

EN 1804-1:2001 الزامات ایمنی عمومی را برای ماشین آلات تونل زنی مشخص می کند. این شامل ملاحظات مربوط به سیستم های پشتیبان سقف در تونل ها است که می تواند در سناریوهای معدن اعمال شود. EN 14591-1:2004 بر پیشگیری و حفاظت از انفجار در معادن زیرزمینی متمرکز است. این امر برای طراحی و عملکرد تکیه گاه های سقف در محیط های دارای اتمسفر انفجاری کاربرد دارد.

30 CFR قسمت 75 مجموعه ای از مقررات است که شامل الزامات خاص برای سیستم های پشتیبان سقف در عملیات معدن زغال سنگ زیرزمینی در ایالات متحده است.

نهادهای صنعت معدن اغلب دستورالعمل‌های بهترین عملکرد را منتشر می‌کنند که شامل توصیه‌هایی برای سیستم‌های پشتیبانی سقف است. به عنوان مثال، شورای بین المللی معدن و فلزات (ICMM) ممکن است اسناد راهنمایی مرتبط با ایمنی و کارایی پشتیبان سقف ارائه دهد.

توجه به این نکته ضروری است که این استانداردها در معرض به روز رسانی و تجدید نظر دوره ای هستند. شرکت های معدنی و سازندگان تجهیزات باید از آخرین استانداردها و مقررات برای اطمینان از انطباق و ایمنی در عملیات خود مطلع باشند. این استانداردها برای حصول اطمینان از اینکه پشتیبان های سقف معدن قادر به مقابله با تنش ها و خطرات استخراج زیرزمینی هستند، ضروری هستند و در نتیجه از جان معدنچیان و یکپارچگی عملیات معدن محافظت می کنند. انطباق با این استانداردها نه تنها یک الزام قانونی و نظارتی است، بلکه یک جزء مهم مدیریت ریسک و کارایی عملیاتی در معدن است.

منبع:globalspec