ملخص تنفيذي
ال طريق نقل المناجم تُعدّ شبكة الطرق عنصرًا بالغ الأهمية في عمليات التعدين. قد تصل تكاليف نقل البضائع بالشاحنات إلى 501 تريليون روبية هندية من إجمالي تكاليف التشغيل التي يتكبدها منجم سطحي. ويؤثر ضعف أداء طرق النقل بشكل مباشر على إنتاجية المنجم وتكاليفه. وتعتمد سلامة العمليات والإنتاجية وعمر المعدات على جودة تصميم طرق النقل وإنشائها وصيانتها.
يُتيح استخدام تقنية رينوليث النانوية في إنشاء أو تطوير طرق نقل المناجم الحصول على رصف رقيق ومتين وصلب يتمتع بمزايا أداء متعددة، مما يُمكن أن يُقلل بشكل كبير من التكاليف الرأسمالية والتشغيلية.
نقل المناجم – الأهداف والمتطلبات والتحديات
تُعدّ عمليات نقل المناجم الآمنة والفعّالة ضرورية لاستدامة المنجم. وهناك العديد من التكاليف التي يجب أخذها في الاعتبار:
الشكل 1: مكونات تكاليف مستخدمي الطريق (بعد تشاتي وزبار 2012)
من خلال اختيار التكنولوجيا المناسبة، من الممكن تقليل الجميع التكاليف. ولتبسيط الأمر، سنركز على الجوانب الأكثر أهمية.
تتأثر تكاليف تشغيل معدات التعدين الثقيلة بشكل كبير باستهلاك الوقود. حتى أدنى تحسين في كفاءة استهلاك الوقود له تأثير كبير على تكلفة التشغيل الإجمالية. وهذا بدوره يؤدي إلى انخفاض إجمالي التلوث المنبعث.روش وماميتي 2015).
في تصميم وبناء وصيانة طرق النقل يحدد تومسون العوامل الرئيسية لتحسين تصميم طرق نقل المناجم:
تُعدّ شبكة طرق النقل في المنجم عنصراً بالغ الأهمية والحيوية في عملية الإنتاج. ولذلك، فإنّ أي خلل في أداء هذه الطرق سيؤثر بشكل مباشر على إنتاجية المنجم وتكاليفه. سلامة العمليات، والإنتاجية، وطول عمر المعدات جميعها متكل على طرق نقل مصممة ومنشأة ومُصانة بشكل جيد.
تكاليف نقل الشاحنات ويمكن أن يمثل ذلك ما يصل إلى 50% من إجمالي تكاليف التشغيل تُفيد التكاليف التي يتكبدها منجم سطحي وأي وفورات ناتجة عن تحسين تصميم الطرق وإدارتها شركة التعدين بشكل مباشر من خلال خفض تكلفة نقل الطن الواحد من المواد. ويُعدّ مفهوم مقاومة التدحرج (المُعبّر عنها هنا كنسبة مئوية من إجمالي كتلة المركبة) عنصرًا أساسيًا في تكلفة نقل الشاحنات. وهي مقياس للمقاومة الإضافية التي تواجهها شاحنة النقل أثناء حركتها، وتتأثر بانثناء الإطارات والاحتكاك الداخلي، والأهم من ذلك، حمولة العجلات وظروف الطريق. وتشير التقديرات التجريبية إلى مقاومة التدحرج حدد بناءً على اختراق الإطارات عادةً ما تكون الزيادة في مقاومة التدحرج 0.6% لكل سنتيمتر من اختراق الإطار للطريق, بالإضافة إلى الحد الأدنى للمقاومة من 1.5% (للإطارات الشعاعية ومجموعات العجلات المزدوجة) إلى 2% (للإطارات ذات الطبقات المتقاطعة أو مجموعات العجلات المفردة). إلى جانب اختراق الإطار،, انحراف سطح الطريق أو أن الانحناء سيؤدي أيضًا إلى توليد نتائج مماثلة, ، حيث يقوم إطار الشاحنة بـ "الترقية" بينما تدفع موجة الانحراف أمام السيارة.
وبعبارة بسيطة، لتحقيق المنجم الأكثر كفاءة، فإن الهدف هو تقليل التكاليف الإجمالية في جميع مراحل البناء والتشغيل والصيانة من خلال تحسين مقاومة التدحرج.
الشكل 2: الهدف هو تقليل التكاليف الإجمالية عن طريق تحسين مقاومة التدحرج
في مراجعة لإجراءات تصميم طرق نقل المناجم الأسترالية يشرح ستراك العلاقة بين مقاومة التدحرج واستهلاك الوقود وتكاليف تشغيل المركبات. ترتفع تكاليف الوقود وينخفض الإنتاج مع ازدياد مقاومة التدحرج. يعتمد اختراق الإطار بشكل أساسي على طبقة التآكل، بينما يتحكم صلابة القاعدة في انحراف الرصف.
الشكل 3: نقل المنجم - مقاومة التدحرج
الرصيف هو "سطح طريق قادر على تحمل وزن حركة المرور العابرة بشكل كافٍ دون حدوث تدهور مفرط في السطح بسبب حركة المرور".كوفمان وأولت 1977يتكون الرصف النموذجي من طبقة سطحية، وطبقة أساسية، وطبقة تحتية، وطبقة تربة. وتعمل جميع الطبقات معًا لتوفير طريق مناسب.
تكون الإجهادات المتولدة داخل الأرصفة المرنة في الغالب مرنة (أي قابلة للاستعادة)، ومع ذلك، لا يمكن استعادة كل إجهاد رأسي بالكامل. لذلك، بعد تكرار الأحمال عدة مرات، تتراكم التشوهات الدائمة على مستوى الطبقة التحتية وعبر جميع طبقات الرصف. يمكن ملاحظة هذه التشوهات على شكل أخاديد على طول مسار العجلات وخشونة السطح.جيمسون 2012).
المواد غير المربوطة عرضة للتشوه الدائم. في تطبيقات نقل المواد في المناجم، يلزم وجود طبقات سميكة متعددة لتوزيع الأحمال على الطبقة التحتية.
الشكل 4: نقل المواد من المنجم - توزيع الإجهاد
تتوفر العديد من طرق تصميم الطرق المستخدمة في نقل البضائع من المناجم. يوضح الرسم البياني أدناه طريقة كوفمان أولتس، وهي طريقة ميكانيكية محافظة. لاحظ سمك طبقة الأساس الفرعية للرصف المطلوبة باستخدام مواد غير مربوطة، خاصةً إذا كانت التربة التحتية رديئة وكانت المركبات ثقيلة.
الشكل 5: منحنى غطاء تصميم BMA CBR (مجموعة مشاريع BMA 2012)
أساليب تصميم متنوعة
- التحليل الهيكلي (الإجهادات أو الانفعالات الحرجة)
- طريقة كوفمان وأولت – طريقة الاستدلال القائم على الحالات التجريبية
- طريقة أهلفين – سُمك الطبقة التحتية CBR
- طريقة تانانت وريغنسبورغ – الإجهاد الحرج / معامل المرونة
- طريقة طومسون – الآلية
- الطبقات الفرعية في أوسترودز
- دائري - مطاط متعدد الطبقات
وفقًا لدليل أوسترودز لتكنولوجيا رصف الطرق، الجزء 4أ: مواد الأساس والطبقة التحتية الحبيبية (AGPT04A-24):
تتمثل وظائف طبقة الأساس الحبيبية في الرصف فيما يلي:
- توفير صلابة كافية لتوزيع أحمال المرور المنتقلة عبر قاعدة الرصف، مما يقلل من شدتها إلى مستوى لا يتسبب في تشوه دائم مفرط للطبقة التحتية.
- توفير منصة عمل يمكن من خلالها نقل المواد الأساسية ووضعها وضغطها وفقًا للمعايير المطلوبة
- اعتمادًا على متطلبات تصميم الرصف، يجب تصريف الطبقة الأساسية و/أو حماية الطبقة التحتية من تسرب الرطوبة، على سبيل المثال، قد تكون الطبقة التحتية السفلية غير منفذة نسبيًا بينما قد تكون الطبقة التحتية العلوية أكثر نفاذية بشرط أن يتم إنشاؤها بالتزامن مع تصريف مناسب تحت السطح.
يخضع سلوك المواد الحبيبية أثناء الخدمة للعديد من العوامل التي ترتبط بما يلي:
- الخصائص الجوهرية للجسيمات الخشنة، بما في ذلك الصلابة والاحتكاك السطحي والتلوث، والأصل الجيولوجي وتاريخ الصخور المصدرية التي اشتُقت منها المادة
- خصائص الركام المصنّع مثل شكل الجسيمات وحجمها وملمس سطحها، وتوزيع حجم الجسيمات، والأسطح المتشققة، وطبيعة وكمية الجسيمات الدقيقة، والحشوات - ترتبط هذه العوامل بالعمليات المستخدمة أثناء التصنيع لإنتاج المنتج النهائي
- خصائص الطبقة المضغوطة مثل الكثافة ومحتوى الرطوبة واتجاه الجسيمات، والتي ترتبط بدورها بعمليات البناء والضغط.
- الظروف الحدية مثل أنظمة الرطوبة ودرجة الحرارة في الموقع، والإجهادات المطبقة على حدود الرصف المنشأ - هذه عوامل خارجية ستؤثر على السلوك على المدى القصير والطويل.
الشكل 6: متطلبات مواد الرصف
يتطلب بناء قاعدة طريق نقل حبيبية غير مربوطة الكثير من خصائص المواد. أحيانًا تتوفر مواد مناسبة بالقرب من المنجم، وأحيانًا لا.
الشكل 7: دورة التآكل - المتطلبات والخيارات التقليدية
يختلف سطح الطريق قليلاً عن طبقات الرصف الأخرى. لا يقتصر دوره على توفير سطح أملس ومريح، بل يجب أن يراعي أيضاً التحكم في الغبار، والتماسك، ومقاومة التدحرج. سيساهم سطح الطريق الجيد في منع زيادة تكاليف المركبات والصيانة، ويساعد المركبة على اجتياز المسار المصمم بأمان.ستراك، 2015جميع الخيارات التقليدية لها قيود كبيرة.
طرق نقل المناجم المصممة بتقنية النانو
تعمل المعالجة الإسمنتية على تحسين قوة مواد الرصف وتقليل انحرافها. مع ذلك، فإن ميل المواد الإسمنتية إلى التشقق نتيجة انكماش الجفاف يفرض قيودًا على التصميم. أما المواد الإسمنتية المحسّنة بتقنية رينوليث النانوية، فتُحقق أداءً أفضل، كما أنها لا تميل إلى التشقق، حتى مع ارتفاع نسبة الإسمنت فيها. انظر https://renolith.com.au/crack-free-roads/.
هذا يعني إمكانية تشكيل طبقات أساسية عالية القوة ومتماسكة من مجموعة واسعة من المواد. تتميز المواد المتماسكة المعززة بتقنية رينوليث بقوة شد وضغط ومعامل مرونة أعلى بكثير من المواد غير المتماسكة أو المتماسكة بشكل طفيف. في تطبيقات الطرق السريعة، يعني هذا إمكانية أن يكون الرصف رقيقًا وصلبًا ومتينًا في آن واحد.
تكلفة إنشاء الأرصفة الرقيقة أقل. تتميز الأرصفة الصلبة والمتينة بانخفاض اختراق الإطارات لها، وانخفاض انحرافها، وانخفاض مقاومتها للتدحرج. انخفاض مقاومة التدحرج يعني انخفاض تكاليف التشغيل.
يمكن تخفيض كل من التكاليف الرأسمالية والتشغيلية.
علاوة على ذلك، تُمكّن الهندسة النانوية من دمج طبقة التآكل وطبقة الأساس والطبقة التحتية في طبقة متجانسة واحدة. وهذا بدوره يُقلل التكاليف، ويُحسّن الأداء، ويعالج العيوب الرئيسية للمواد المضغوطة غير المترابطة.
الجدول 1: سطح طريق نقل المناجم - حبيبات غير مربوطة مقابل مواد نانوية هندسية
خاتمة
تُعدّ شبكة طرق النقل في المناجم عنصرًا بالغ الأهمية والحيوية في عمليات التعدين. ولذلك، فإنّ أي قصور في أداء هذه الطرق سيؤثر بشكل مباشر على إنتاجية المنجم وتكاليفه. وتعتمد سلامة العمليات والإنتاجية وعمر المعدات على جودة تصميم وبناء وصيانة طرق النقل.
التبني تقنية النانو رينوليث يُتيح إنشاء أو تطوير طرق نقل البضائع في المناجم رصفًا رقيقًا ومتينًا وصلبًا يتمتع بمزايا أداء متعددة، مما يُمكن أن يُقلل بشكل كبير من كلٍ من التكاليف الرأسمالية والتشغيلية.