التطوير التاريخي للمواد المتفجرة المستخدمة في التعدين

وقد تحولت الديناميت التعدينية تقريبا بين عشية وضحاها، وأصبح بإمكان المنجمين الآن أن ينفجروا من خلال الصخرة الصلبة والبركة الحادة، وقطعت أجزاء من الجهد، وغرقت الشفتان أعمق، ودفعت الأنفاق لفترة أطول، وأصبحت الودائع غير الاقتصادية سابقا قابلة للاستمرار، وقد أدى إدخال الديناميت مباشرة إلى توسيع سريع للتعدين الذهبي والفضة في الغرب الأمريكي، ومناجم الماسية في جنوب أفريقيا، وعمليات ميسي.

ومن المهم أن الديناميت كان أكثر أمانا من المسحوق الأسود من أحد الجوانب الرئيسية: فهو لا ينتج سحابات ضخمة من الدخان المخنق، لأن المتفجرات التي تستخدم النيتروجليسرين متوازنة، وأنها تحترق بشكل أكمل وتولد أقل بكثير من الأوكسيد الكربوني، مما يجعلها منقذة للألغام الأرضية العاملة في الأماكن المحصورة، ومع ذلك فإن الدرنة قد فقدت مواقعها الخاصة.

من الديناميت إلى غلاتين: تحسن الاستقرار والطاقة

وفي عام 1875، تطورت هذه الطائفة من الجيلاتين (FLT:0) التي صنعها بحل النيتروز في النيتروغلسيرين، وكانت النتيجة انفجار مقاوم للمياه ومطاطي يمكن استخدامه في الكوليات المهبليّة - ميزة كبيرة في العديد من الألغام.

وبحلول أوائل القرن العشرين، كانت هناك أسرة من المنتجات الشبيهة بالديناميت، تتراوح بين الديناميات ذات الكثافة المنخفضة إلى الديناميات ذات الكثافة العالية، وكلها صيغت لأنواع مختلفة من الصخور وظروف التفجير، ومع ذلك، فإن جميعها تتقاسم الانتكاس المشترك الذي ينطوي على نتروغلسيرين، مما يجعلها حساسة للصدمة ودرجة الحرارة، وبدائل قابلة للانتقال على مر الزمن.

النيت الأمونيوم يأخذ الرصاص

ولم تكن الثورة التالية من مختبر كيميائي وإنما من حادث شحن، ففي عام 1913، اكتشف الكيميائيون الألمان أن نترات الأمونيوم يمكن أن تختلط بزيت الوقود لتشكل متفجراً، ولكن لم تكن هناك حتى منتصف القرن العشرين، أي ANFO - خليط النيوت النيتري/الفولطية - الأكثر استخداماً للإنشاءات الصناعية في العالم.

وأصبحت الوكالة الوطنية لتنقيب النفط بسرعة متفجرات لعمليات التعدين السطحي الواسعة النطاق، بما في ذلك النحاس والحديد والفحم والذهب، حيث إن ناتجها من الطاقة بالدولار أعلى بكثير من الديناميت، وتنتج غازات سامة أقل عند صياغتها على النحو الصحيح، غير أن المنظمة لديها حد حرج: فهي ليست مضادة للمياه، وتذوب الرش النتاتية الأمونيوم في المياه، وتصبح البيوت المفجرة في المياه.

الزهرة، وقود الماء، والمشاعر: جيل جديد

وفي الستينات، استحدث الباحثون متفجرات مفلورة ] (يسمى أيضاً gels الماء) عن طريق حرق نترات الأمونيوم وغيرها من الأوكسيدات في جيل سميك، وكثيراً ما تُحسَّس بواسطة مسحوق الألمنيوم، ويمكن أن تصب هذه المتفجرات أو تضخ في حفر مائية ملوثة، حيث ظلت متطورة وموثوقة.

وبحلول السبعينات، ظهرت المتفجرات ، وهي عبارة عن نظام مائي في النفط لا تكون فيه قطرات صغيرة من حل الأوكسيديزر (النترات الأمونيومية المتكررة) محاطة بمرحلة مستمرة من زيت الوقود، وهذا الهيكل يجعلها مقاوماً بصورة استثنائية للماء ويعطي المصنعين قدراً كبيراً من الحساسية إزاء إنتاج الطاقة.

أما اليوم، فإن معظم المتفجرات التجارية المستخدمة في التعدين إما هي من طراز ANFO (في فتحات التفجير الجافة) أو المنتجات التي تعتمد على الانزلاق (في ظروف رطبة) وكثيرا ما تستخدم الألغام الكبيرة في انفجار واحد، وتحمّل شحنة من قاع القذف، وشحنة من أعلى طراز ANFO لتعظيم التكلفة والأداء، وكثيرا ما تُسلّم المواد الخام إلى موقع المناجم كسائل بالجملة، وتختلط في شاحنة، وتُضخ مباشرة في عملية مُسُسُسُسُسُقُدُدُدُمُمُلُتُتُتُتُتُتُتُتُتَّتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُبُ إلى م

السلامة والتحديات البيئية: مكافحة القذف

وقد أدى التحول إلى المتفجرات الحديثة إلى حدوث تحسن كبير في السلامة، ولكن الانفجار لا يزال واحدا من أكثر الأنشطة خطورة في مجال التعدين، ويتمثل شاغل الأمان الرئيسي في ] أعمال التطهير أو التفجير غير المخطط لها ، التي يمكن أن يتسبب فيها البرق، والتيار الكهربائي المضلل، والتدخل في الترددات الراديوية، والخطأ البشري، أو العيوب في المتفجرات، ومن أجل التخفيف من هذه المخاطر، اعتمدت شركات التعدين مجموعة من التكنولوجيات والإجراءات.

المفجر: من الفوس إلى الدقة الإلكترونية

وكانت أول مفجرات هي صمامات أمان بسيطة ملحقة برسوم المسحوق الأسود، إذ تطلبت الديناميت قبعة تفجيرية تحتوي على شحنة ثانوية صغيرة (مثلاً، الرصاص أو الحشوة الزئبقية) لتوليد موجة الصدمة اللازمة لبدء التفجير الرئيسي، ولكثير من القرن العشرين، استبدلت أجهزة التفجير الكهربائية التي تربطها أسلاك النحاس بجهاز إطلاق النار، ولكن المفجرات الكهربائية هي عوامل ضعيفة.

Electronic detonators] offer an unparalleled level of control. Each detonator contains a small microprocessor that can be programmed with a precise delay time down to a millisecond. This enables blasting engineers to design sequences that minimize ground vibration, control ground rock fragmentation, and manage to throw direction.

Environmental Impacts: Noise, Vibration, and Residues

وتولد انفجارات التعدين ضوضاء، وتهتز أرضية، وتهوية جوية يمكن أن تؤثر على المجتمعات المحلية والنظم الإيكولوجية المجاورة، وتُستخدم الآن الحدود التنظيمية لسرعات الجسيمات القصوى، وضغط الهواء، في معظم الولايات القضائية، وتُصمم التركيبات الحديثة للتفجرات لتقليل إنتاج الصمامات الضارة، ولا سيما ثاني أكسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكربون، في التسعينات، بدأت المفاعلات الارتدادية.

وثمة تحد بيئي آخر هو تلوث الكلورة ] المرتبط بكلوريد الأمونيوم، وهو عنصر في بعض المتفجرات المولدة للمياه، ويمكن أن يتدفق الكلورات إلى المياه الجوفية ويتراكم في سلسلة الأغذية، ويضر بوظيفة الغدة الدرقية في البشر والحياة البرية، وتعمل شركات التعدين حالياً مع موردين لاختيار بدائل خالية من الكلورات في أماكن ممكنة، وفي نظم رصد صارمة.

الرقابة التنظيمية ومعايير الصناعة

وتخضع المتفجرات للتعدين لتنظيم صارم على المستويات الدولية والوطنية والمحلية، وتطبق توصيات الأمم المتحدة بشأن نقل البضائع الخطرة ] تصنيف المتفجرات إلى شعب على أساس مستوى المخاطر، وفي الولايات المتحدة، تقوم إدارة السلامة والصحة المهنيتين وإدارة السلامة والصحة في المناجم، وإنفاذ قواعد صارمة بشأن مصانع التعدين ومناولة هذه المواد واستخدامها، بالإضافة إلى ذلك، العديد من المبادئ التوجيهية المتعلقة بتصميم المتفجرات.

الاتجاهات المستقبلية: الدقة والتلقائية والمتفجرات الخضراء

فمستقبل المتفجرات التعدينية يقع في ثلاثة مناطق متداخلة: الدقة، والتشغيل الآلي، والمسؤولية البيئية، حيث تتراجع درجات الركاز وتتحرك عمليات التعدين بشكل أعمق تحت الأرض أو إلى مواقع أكثر نائية، تزداد الحاجة إلى استخراج كل غرام من المعادن القيمة بأقل قدر من النفايات حدة.

التصميم الدقيق والتوائم الرقمية

ويتزايد توجيه تصميم القاذورات إلى البيانات، إذ يستخدم المهندسون الآن مسحاً للليزر 3D، ومسحاً للأشعة الضوئية بدون طيار، وبرامجيات محاكاة التفجيرات لنموذج توزيع المتفجرات في نمط الانفجارات، وبجمع هذه الأدوات مع بيانات آنية من المفجرات الإلكترونية، يمكنهم التنبؤ بتشرذم الصخور الناتج عن ذلك والتحكم فيه بدقة عالية، ومفهوم " التوأمة الرقمية " ، وهو تكرار افتراضي لمشغلي التفجيرات المختلفة.

كما يدخل التعليم الآلاتي إلى الميدان، ويمكن للنظم التي تم تدريبها على آلاف من الأنفجارات السابقة أن توصي بمقاييس مثلى للثقوب، وعوامل مسحوق، وتأخير توقيت الكتلة الصخرية، وقد استخدمت هذه الأدوات بالفعل في المناجم الكبيرة المفتوحة، وبدأت في اختراق القطاع تحت الأرض.

التلقائية في الشحن والتبليغ

ويجري حاليا نشر نظم شحن آلية ومركبات تفجير مستقلة لنقل الأفراد من منطقة الخطر، وفي بعض الألغام، يمكن لمشغل واحد أن يتحكم في سلسلة تفجيرات كاملة من مسافة ميل غرفة التحكم، بينما يرصد أجهزة الاستشعار الظروف الجوية وحالة المعدات ومستويات الغاز، والهدف هو تحقيق " لا يوجد أشخاص في منطقة الانفجار " ، مما يزيل خطر إصابة الصواريخ أو الخطأ البشري في دقائق حرجة قبل إطلاق النار.

المتفجرات الخضراء: تخفيض الأثر البيئي

وتتسارع وتيرة البحث في biodegradable explosives] و تركيبات الحرق النظيف ]، فمثلاً، يستكشف العلماء استخدام أكسيد الهيدروجين كبؤوس، التي تكسر في الماء والأكسجين بعد التفجير، ولا توجد بها خلايا زراعية مسببة للتشويش، وتشمل نُهجاً أخرى قائمة على التنظيف.

كما تجري بعض الألغام تجارب مع تكنولوجيات كسر الصخور غير المتفجرة ، مثل الكسور الهيدروليكي، وخراطيش ثاني أكسيد الكربون، بل والطاقة الموجة من الموجات الدقيقة، ورغم أن هذه الأساليب لا يمكن أن تضاهي بعد تكلفة المتفجرات الكيميائية وكثافة الطاقة فيها، فإنها قد تجد تطبيقات كيميائية في مناطق حساسة بيئياً أو لأغراض التعدين الانتقائي في أزهار ضيقة.