فناوری‌های ایرانی که می‌توانند معادن زیرزمینی را ایمن کنند

به گزارش می‌متالز، کشاورزی و معدن‌کاری خواهر خوانده‌های تشکیل جوامع بشری هستند؛ بشر با کشاورزی احتیاجات غذایی خود و با معدن‌کاری خوراک ساخت ابزار خود را تامین کرده است.

در بسیاری از معادن فعلی ایران آثار معدن‌کاری قدیمی وجود دارد؛ از جمله این معادن می‌توان به معادن سرب و روی نخلک در حوالی انارک، معدن مس عباس آباد در حوالی شاهرود، معدن سرب آهنگران در حوالی ملایر، سرب و روی ایران کوه در نزدیکی اصفهان و معدن سرب و روی در بلده اشاره کرد.

کوره‌های قدیمی ذوب فلزات و سرباره‌های باقی مانده از آنها دلالت بر فعالیت معدن‌کاری در فلات ایران دارد و وجود شبکه وسیع حفریات زیرزمینی معدن قدیمی فیروزه نیشابور نشان می‌دهد ایرانیان در استخراج مواد مهارت زیادی داشتند، به گونه‌ای که برای پیشگیری از ریزش معادن از ستون‌ها و داربست استفاده می‌کردند که امروزه مایه حیرت مهندسان شده است.

اما اکنون دیگر عصر کلنگ و بیل در معدن‌کاری به پایان رسیده است و ابزار‌های نوینی ارائه شده که علاوه بر حفاظت جان معدنچیان، آنها را در یافتن رگه‌های غنی معدنی کمک می‌کند.

امروزه در معادن باید تدابیر لازم جهت نظارت پیوسته و مناسب بر سیستم تهویه وجود داشته باشد تا اطمینان حاصل شود جو داخل معدن خطری برای سلامت و ایمنی افراد ندارد. میزان پایش به نوع و پیچیدگی معدن و آلاینده‌های بالقوه موجود در آن بستگی دارد و ضروری است برای اندازه‌گیری میزان گاز‌های درون معدن حتما در نقاط متعددی فرآیند نمونه‌برداری و تشخیص انجام گیرد و هر چه معدن آلوده‌تر، میزان استفاده از ابزار‌های پیش‌بینی کننده مانند دتکتور‌ها و آشکارساز‌ها بیشتر.

از این رو است که در معادن از دو نوع ثابت و پرتابل دستگاه اندازه‌گیری غلظت گاز به وفور استفاده می‌شود.

متان CH۴، مونوکسیدکربن CO، دی‌اکسیدکربن CO۲، هیدروژن، سولفید هیدروژن H۲S، اکسیژن O۲ و متان لیستی از گاز‌های قابل انفجار در معادن و تونل‌ها هستند.

گاز متان در نتیجه تکامل تدریجی زغال سنگ به وجود می‌آید و در معادن زغال سنگ ممکن است درون سنگ یا لایه‌های زغال انباشته شده باشد. زمانی که لایه‌ای از خاک معدن استخراج می‌شود، فشار از روی این گاز‌ها برداشته و باعث متصاعد و پراکنده شدن گاز متان و دیگر گاز‌ها در فضای معدن می‌شود. در یک معدن زغال سنگ گاز متان ممکن است درهر محلی موجود باشد، به همین علت استفاده از آشکارساز‌های گاز برای تشخیص این گاز‌ها در معادن امری ضروری است.

هیدروژن (H۲) گاز قابل اشتعال و انفجاری است که قابل مشاهده، بو کردن و یا استشمام نیست. انتشار و نشت هیدروژن ممکن است در تولید، ساخت، حمل‌ونقل و ذخیره‌سازی صنایع مختلف مرتبط باشد. اگر آنها با جرقه و احتراق اکسیژن مواجه شوند، ممکن است انفجار رخ دهد و آسیب جدی به نیروی انسانی فعال در بخش معدن وارد شود.

برای تشخیص هیدروژن معدن زغال سنگ، مهندسان فنی شبکه معدن‌کاری صنعتی سنسور هیدروژن را توصیه می‌کنند.

در حال حاضر ۴۴۴ شرکت دانش‌بنیان در حوزه‌های تولید تجهیزات و ادوات معدنی در کشور فعال شده‌اند و همگی آنها در راستای ارتقای ایمنی، هوشمندسازی معادن و توسعه تجهیزات به‌روز صنعت معدن فعال هستند و کاربرد دستاورد‌های این شرکت‌ها می‌تواند بخشی از چالش‌های کشور در حوزه معدن‌کاری را مرتفع کند.

بخشی از این دستاورد‌ها به این شرح است:

شناسایی گاز‌های سمی معادن با نانو حسگر‌ها

اکسید ایندیوم ماده‌ای مناسب برای تشخیص گاز سمی اکسید نیتروژن است. به‌ دلیل ضرورت شناسایی این گاز برای حفظ محیط زیست، محققان پژوهشگاه مواد و انرژی نسبت به تولید و بررسی پاسخ حسگر‌هایی بر پایه نانومیله اکسید ایندیوم به این گاز سمی اقدام کرده‌اند.

نتایج به دست آمده از این تحقیق حاکی از آن است که حسگر‌های تولیدشده سرعت تشخیص بالاتری در مقایسه با نمونه‌های مشابه با پایه اکسید ایندیوم دارند. از دلایل این امر می‌توان به استفاده از روش الکتروفورزیس فرکانس پایین برای ساخت حسگر‌های گازی بر پایه نانو ذرات اکسید ایندیوم اشاره کرد که از ویژگی‌های اصلی این کار تحقیقاتی محسوب می‌شود.

در این تحقیق با بهره‌گیری از ویژگی‌های ذکر شده به همراه استفاده از ساختار خاصی از نانوذرات اکسید ایندیوم، حسگر‌هایی جهت تشخیص گاز اکسید نیتروژن تولید شده است. فرآیند مورد استفاده کاهش هزینه ساخت، بهبود خواص و ساده‌ترکردن روش تولید را به دنبال داشته است.

استفاده از این حسگر در صنایعی، چون صنعت معدن مشکلات شناسایی نشت گاز‌های خطرناک را برطرف خواهد کرد.

آشکارساز‌های گاز معادن

یک شرکت دانش‌بنیان دستگاه‌های شناسایی و آشکارساز گاز طبیعی را در کشور به تولید رساند. با توجه به اینکه شناسایی گاز‌های قابل اشتعال و انفجار در هر مکانی که نشت گاز وجود داشته باشد، نیازمند سنسور‌هایی با قابلیت آشکارسازی است، این شرکت به سمت تولید این دستگاه‌ها رفته و سیستمی را به تولید رساند که قابلیت شناسایی و اعلام خطر در موقعیت مناسب را دارد.

از سال ۸۵، تحریم‌ها مانع ورود سنسور‌های شناسایی و آشکارساز گاز به کشور شد، در حالی که این سنسور‌ها یکی از نیاز‌های حیاتی و پرمصرف کشور به ویژه در صنایع نفت و گاز هستند.

وجود چنین دستگاه‌هایی موجب جلوگیری از انفجار گاز در معادن و فوت معدن‌کاران خواهد شد.

این سنسور‌ها می‌توانند غلظت‌های مختلف گاز را با کالیبراسیونی که روی آنها صورت می‌گیرد، تشخیص دهند و در صورت انتشار گازها، برای اپراتور اعلام هشدار می‌کنند.

این حسگر‌ها در دو نوع سنسور‌های نقطه‌ای برای اندازه‌گیری گاز در یک نقطه خاص از معدن و سنسور‌های مسیر باز برای فواصل دور به‌ تولید رسید. سنسور‌های مسیر باز می‌توانند نشت گاز را تا فاصله ۱۵۰ متری از طریق پرتو لیزر، شناسایی کنند.

دتکتور گاز

گروهی از مهندسان یکی دیگر از شرکت‌های دانش‌بنیان با حمایت صندوق حمایت از صنایع پیشرفته آخرین محصول از نسل سیستم‌های دتکتور تشخیص گاز را تولید کرده که به روش الکترواپتیکی - اسپکتروسکوپی (طیف نگاری) قادر به تشخیص نشت گاز در محل و همچنین تعیین نوع گاز و سنجش غلظت آن است.

مزیت این دتکتور، سنجش دقیق‌تر، سریع‌تر و طول عمر بیشتر نسبت به سنسور‌های شیمیایی است.

صنعت معدن عبارت است از استخراج مواد معدنی طبیعی مانند زغال سنگ، مواد معدنی، نفت خام و گاز طبیعی. با این حال، به دلیل شرایط پیچیده زیرزمینی در طول فرآیند استخراج، احتمالا هیدروژن، متان، مونوکسید کربن و سایر گاز‌ها جان پرسنل را به خطر می‌اندازند و حتی انفجار افزایش می‌یابد. بنابراین، حسگر‌های هیدروژن، حسگر‌های متان، حسگر‌های مونوکسید کربن و ... به اجزای ضروری حسگر گاز برای عملیات معدن تبدیل شده‌اند.

حسگر گاز هیدروژن

هیدروژن (H۲) گاز قابل اشتعال و انفجاری است که قابل مشاهده، بو کردن و یا استشمام نیست. انتشار و نشت هیدروژن ممکن است در تولید، ساخت، حمل‌ونقل و ذخیره‌سازی صنایع مختلف مرتبط باشد. اگر آنها با جرقه و احتراق اکسیژن مواجه شوند، ممکن است انفجار رخ دهد و آسیب جدی به جان و مال وارد شود.

بنابراین، نظارت بر غلظت هیدروژن در صنایع مختلف مرتبط بسیار مهم است و هسته اصلی نظارت و تشخیص، سنسور هیدروژن است.

مهندسان یکی دیگر از شرکت‌ها امکان تشخیص هیدروژن معدن زغال سنگ را با بهره‌گیری از سنسور هیدروژن توصیه می‌کنند.

این سنسور از یک بخاری یکپارچه و یک نیمه‌هادی اکسید فلزی روی یک بستر آلومینا تشکیل شده است و محفظه در یک بسته استاندارد TO-۵ بسته‌بندی شده است. هنگامی که گاز شناسایی شده در هوا وجود داشته باشد، هر چه غلظت گاز بیشتر باشد، رسانایی سنسور بالاتر خواهد بود.

با استفاده از یک مدار ساده، تغییر رسانایی را می‌توان به یک سیگنال خروجی متناظر با غلظت گاز تبدیل کرد.

افزایش ایمنی انفجار در معادن

تکنیک انفجار «پاور دک» (Power Deck) در انفجار معادن روباز از سال ۲۰۰۱ مطرح شد. این تکنیک انفجاری علاوه بر بهبود نتایج انفجار، اثرات نامطلوب آن را نیز کاهش می‌دهد. اساس این سیستم، ایجاد فضای خالی توسط آب یا هوا در انتهای چال است.

یک شرکت دانش‌بنیان با توسعه این تکنیک، محصول کاربردی برای افزایش ایمنی انفجار در معادن را به تولید رساند.

پاور دک ساخت دانش‌بنیان‌های کشور که باعث صرفه‌جویی مواد منفجره تا ۲۵ درصد می‌شود، یک قطعه پلاستیکی با فرم خاص است که جنس آنتی استاتیکی دارد و باعث صرفه‌جویی ماده منفجره در معادن می‌شود.

پاور دک در ته چال‌های انفجاری قرار می‌گیرد و انفجار را به سمت پایین هدایت می‌کند که باعث می‌شود قسمت تحتانی که نیاز به خردایش بیشتر دارد، خرد شود.

این محصول در اکثر معادن مورد استفاده قرار می‌گیرد که باعث صرفه‌جویی مواد منفجره تا ۲۵ درصد، کاهش پرتاب و صدا و افزایش خردایش می‌شود، همچنین با استفاده از این محصول نیاز به حفاری اضافی نیست.

افزایش میدان دید عملیات انفجار و جلوگیری از صدمات

دستگاه بی‌سیم شوک تیوپ نانل، دستاورد دیگر فناوران کشور است که دارای یک ریپیتر است و کارایی و عملکرد دستگاه را در داخل تونل و مناطق کوهستانی بسیار بالا برده و باعث عملکرد ۱۰۰ درصد دستگاه‌ها و انفجار تیوپ شوک بر نانل می‌شود.

این کنترل از راه دور بی‌سیم باعث می‌شود انفجار با فاصله زیاد و به‌ صورت صحیح انجام شود، همچنین موارد خطا در آن بسیار پایین است. قیمت نمونه خارجی بسیار بالاتر از محصول داخلی است.

این محصول در دو مدل ۴ و ۸ کاناله ساخته شده و همچنین برای چاشنی الکتریکی تا ۱۰۰۰ چال را منفجر کند.

ساخت تجهیزات ضد انفجار حفاری

گروهی از محققان یکی از شرکت‌های دانش‌بنیان زنجیره کاملی از دستگاه‌های حفاری معادن را ارائه کردند که به گفته آنها این محصولات ضد انفجار برای کاربرد در معادن زیر زمینی زغال سنگ تولید شده و گواهینامه ضد انفجار اروپا برای این محصول نیز صادر شده است.

دستگاه‌های «رودهدر» که برای حفاری و استخراج معادن زیرزمینی استفاده می‌شود، از جمله محصولات این شرکت است و این قابلیت را دارد که به صورت پیوسته عملیات حفاری را انجام دهد، به این صورت که این دستگاه هم حفاری را انجام می‌دهد و هم خاک و سنگ و مصالح حفاری شده را به صورت پیوسته به پشت خود منتقل می‌کند.

به گفته مجری طرح، «رودهدر» دستگاه مکانیزه حفاری تونل و استخراج معادن زیرزمینی است که می‌تواند در مقاطع مختلف تونل با سایز و اشکال مختلف، به طور پیوسته حفاری، بارگیری و باربری را انجام دهد.

مزیت این دستگاه نسبت به اکثر دستگاه‌های خارجی، کنترل دستگاه از راه دور به صورت وایرلس است، همچنین مجهز به سیستم مانیتورینگ گاز‌های متان، CO و اکسیژن است و دستگاه به صورت کاملا هوشمند ساخته شده و معایب را به تکنسین اعلام می‌کند.

ضد انفجار بودن دستگاه رودهدر این شرکت از دیگر مزایای این دستگاه است. با توجه به حساسیت معادن زیرزمینی زغال سنگ که احتمال انفجار در آنها وجود دارد، این شرکت دانش‌بنیان توانسته این محصول را ضد انفجار تولید کند.

منبع: خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)