وقد كان التعدين منذ زمن بعيد واحدا من أخطر الصناعات، حيث تشكل الغازات السمية والمتفجرة تهديداً دائماً للعمال، وأثناء بعثات إنقاذ الألغام، تزداد المخاطر: يجب على أفرقة الإنقاذ أن تدخل أجواء مجهولة حيث يمكن أن تتحول تركيزات الغاز فجأة، وأحياناً مع نتائج قاتلة، وقد كان الكشف الموثوق به عن الغاز أول خط دفاع، ولكن القفزات التكنولوجية الحديثة قد غيرت بشكل أساسي ما يمكن أن تحققه أفرقة الإنقاذ.

الدور الحاسم لتحديد الغازات في مجال السلامة من الألغام

ويمكن أن تحتوي أجواء الألغام على مزيج مميت من الغازات القابلة للاحتراق (مثل الميثان)، والغازات السامة (مثل أول أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين)، والهواء المعطل للأكسجين، ووفقاً للمعهد الوطني للسلامة والصحة المهنيتين، فإن التعرض للغاز الخطر سبب رئيسي للوفاة في حوادث الألغام، ولا يمثل الكشف المبكر مجرد افتراض - بل هو أداة للبقاء.

وفي عملية إنقاذ نشطة، كل عدد ثان، كانت أجهزة الكشف التقليدية للغاز محدودة في سرعتها وخصوصيتها، وكثيرا ما لم تفرق بين مركبات مماثلة أو تقدم قراءات متأخرة جدا لمنع الضرر، وتعالج تكنولوجيات الكشف الحديثة عن الغازات المتقدمة هذه أوجه القصور عن طريق تقديم بيانات ذات توقيت حقيقي ومتعددة الغازات ذات دقة عالية، حتى في ظروف غبارية ورطوبة ودرجة حرارة شديدة.

The evolution of gas detection has been driven by the need for speed], ]reliability, and portability. Rescue combination require instruments that are light weight enough to carry into confined spaces, robust to survive

تكنولوجيات كشف الغازات الأساسية المستخدمة في إنقاذ الألغام

وتعتمد بعثات الإنقاذ الحديثة على مجموعة من أنواع الاستشعار، وكل نوع من أنواع الغازات المحددة على النحو الأمثل، وتشمل أكثر التكنولوجيات شيوعا أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء، والخلايا الكهروكيميائية، وأجهزة الكشف عن الصور، وأجهزة الاستشعار العجلية، والنظم القائمة على الليزر، وفهم مبادئها التشغيلية أمر أساسي لاختيار الأداة الصحيحة لتصور إنقاذ معين.

أجهزة الاستشعار عن الغازية

وتقيس أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء تركيز الغاز بالكشف عن الامتصاص الملوّثات المحددة لضوء IR، وهي فعالة بوجه خاص بالنسبة للميثان وغيره من الهيدروكربونات لأن هذه الغازات لها نطاقات استيعاب قوية في طيف IR، وعلى عكس أجهزة الاستشعار الحافزة، لا تحتاج أجهزة الاستشعار التابعة للأشعة إلى الأوكسجين للعمل ولا تسمم من قبل مركبات السيليكون أو سلفيور - (أ)

(أ) تعرض أجهزة الاستشعار الحديثة للأجهزة IR high الدقة ، ] مدى الحياة ، ] خلايا الإنقاذ الدنيا ويمكن قياسها من 0 إلى 100 في المائة، مما يجعلها مثالية للتنبيهات المنخفضة المستوى والحدود العالية للأجهزة.

أجهزة الاستشعار الكيميائي الكهربي

وتكشف أجهزة الاستشعار الكيميائي الكهربي الغازات السامة من خلال تفاعل كيميائي يولد تيار كهربائي يتناسب مع تركيز الغاز، وهي معيار لكشف أول أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين، وهما معاً شائعان في الغلاف الجوي للألغام، وهذه أجهزة الاستشعار مدمجة، وتحتاج إلى طاقة ضئيلة، وتتيح انتقائية ممتازة عند تصميمها على النحو السليم.

وقد أدت التطورات الأخيرة إلى تحسين وقت الاستجابة وخفض التدخل من غازات أخرى، وفي بعثات الإنقاذ، كثيرا ما تقترن أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية بأجهزة استشعار تابعة للأجهزة الكهربائية، لتوفير صورة كاملة عن كل من المخاطر المتفجرة والسموية، كما أنها قادرة على كشف نقص الأكسجين، وهو معيار حاسم لتقييم قابلية البقاء في المناطق المختومة.

محررو الصور

وتستخدم الدول الجزرية الصغيرة المضغوطة الضوء فوق البنفسج لتأيين المركبات العضوية المتطايرة وبعض الغازات غير العضوية التي تنتج تياراً قابلاً للقياس، وفي حين أنها ليست محددة لأي مجمع واحد، فإنها ممتازة كأجهزة كشف ذات نطاق واسع لمجموعة واسعة من المواد الكيميائية الصناعية السامة التي يمكن إطلاقها أثناء حرائق الألغام أو انفجاراتها.

وتتمثل الميزة الرئيسية لأجهزة الإنقاذ التابعة للبيوت في سرعة الإنقاذ، فهي توفر قراءات شبه ثابتة، مما يتيح للناجين تحديد السحب الخطرة للسفن المحتوية على أجسام أو التراجع أو تعديل التكتيكات، ويمكن أن تقوم أجهزة الدمج الجديدة ذات المصابيح المزودة بمصابيح مائية ممتدة بالأشعة فوق البنفسجية بالكشف عن المركبات ذات الطاقات المؤينة العالية، مع أنها أقل فعالية في البيئات العالية الرطوبة، وبالتالي تستخدم في كثير من الأحيان في تضافر مع غيرها.

جهاز استشعار حفاز

وأجهزة استشعار الخرز الحفازة هي مجموعة العمل التقليدية لكشف الغازات القابلة للاحتراق، وهي تعمل من خلال تأكسد الغاز على حزام حفاز مسخن، مما يغير درجة الحرارة والمقاومة الكهربائية، وهي بسيطة وقوية وغير مكلفة، ولكنها تتطلب استخدام الأكسجين ويمكن تسميمه بالرصاص أو السليكون أو مركبات الكبريت.

وفي بعثات الإنقاذ، لا تزال أجهزة الاستشعار التحفيزية تستخدم على نطاق واسع كتأكيد ثانوي لمستشعرات أجهزة التفجير، لا سيما عندما يشتبه في وجود الهيدروكربونات غير الميثان، وهي أصغر وأرخص أيضاً، مما يجعلها جهاز الاستشعار الذي تختاره في أجهزة الإنقاذ التي يمكن التخلص منها أو استخدامها في واحدة موزعة على المنجم المحاصر، وقد تحسنت النسخ الحديثة من مقاومة التسمم، ولكنها تظل أفضل وسيلة لتطبيقات أو عمليات الإنقاذ المنخفضة المخاطر.

محررات الغازات المحتوية على لازر

إن مطياف الامتصاص بالليزر الخفيف المقطعي هو تكنولوجيا ناشئة توفر حساسية وخصوصية غير متناظرة، إذ أن من خلال تنصيب الليزر على خط الامتصاص الدقيق لغاز مستهدف مثل الميثان أو أجهزة الاستشعار التي تستخدم أجهزة التكسين - TDLAS يمكن أن تكشف عن تركيزات تصل إلى مستويات التجزئة لكل مليار.

وهذه أجهزة الاستشعار مقاومة بشكل ملحوظ للتدخل البيئي ولا تتطلب معايرة بقدر ما تتطلبه الأنواع الأخرى، ويجري الآن إدماجها في الأجهزة المحمولة وحمولات الطائرات بدون طيار من أجل إنقاذ الألغام، والانتكاسات الرئيسية هي ارتفاع التكلفة واستهلاك الطاقة، ولكن مع تطور التكنولوجيا، فمن المرجح أن تصبح هذه الأجهزة معيارا للبعثات ذات الاستعمالات العالية التي يُعد فيها كل جزيئات الغاز.

إدماج كشف الغازات المتقدمة في عمليات الإنقاذ

ولم تعد عمليات الإنقاذ الحديثة تقتصر على أجهزة الكشف اليدوية الوحيدة التي تم ربطها بالحزام، وقد أدى دمج أنواع متعددة من أجهزة الاستشعار في نظم موحدة - إلى جانب الاتصالات اللاسلكية، ومحللي البيانات، ومنابر مستقلة - إلى تحويل كيفية تقييم الأفرقة للمخاطر الجوفية والتصدي لها.

محررون متعددون من طراز Gas مع إنذارات في الوقت الحقيقي

وأهم أداة متقدمة هي جهاز كشف محمول متعدد الغازات يقوم في الوقت نفسه بضبط الأوكسجين، وثاني أكسيد الكربون، وهوكسين، وهوكسين، والميثان )لي ليل(. ويمكن أيضا أن تشمل وحدات اليوم قنوات PID وIR، مما يعطي قدرة على إنتاج الغازات من خمس أو ستة في جهاز واحد، وهذه أجهزة الكشف مجهزة بأجهزة لاسلكية من طراز بلوتوث أو وي في التي تنقل القراءات إلى مركز قيادة، مما يتيح الرصد عن بعد لتعرض كل جهاز من أجهزة الإنقاذ.

ويمكن للمحاورين في أجهزة الكشف أن يُعادلوا تلقائياً لتغييرات الارتفاع، والتداخل، والشيخوخة، والحد من خطر الإنذارات الكاذبة أو القراءات المفقودة، وتشمل بعض النماذج أجهزة إنذار متوقفة و تفعيل الكشف عن الغازات التي تُحدث عند توقف الإنقاذ.

طائرات بدون طيار ومركبات جوية غير مأهولة

وقد أصبحت الطائرات التي تجهز بمستشعرات الغاز ضرورية لإجراء المسح الأولي للمناطق الخطرة، ويمكنها أن تطير قبل فرق الإنقاذ، أو ترسم خرائط لأعمدة الميثان أو المناطق التي تعاني من نقص الأكسجين دون تعريض الأفراد للخطر، ويمكن أن يكشف الجمع بين أجهزة الاستشعار التابعة للأجهزة الدولية للأجهزة اللاسلكية وأجهزة الاستشعار التابعة للشبكة عن وجود تسربات صغيرة قد تشير إلى وجود خطر ناجم عن الحريق أو الانفجار.

وفي حفرة إنقاذ حديثة قامت بفحصها إدارة السلامة والصحة في المناجم، وجدت طائرة بدون طيار تحمل جهازاً من أجهزة الاستشعار عن طريق الميثان التابع للشركة جيباً مخفياً من الغازات لم يُعثر عليه من قبل أجهزة كشف أرضية، مما أتاح للإنقاذ إعادة توجيه نهجهم وتجنب وجود مناخ متفجر محتمل، كما توفر الطائرات المروحية التصويرية الحرارية، مما يعطي القادة الحوادث صورة كاملة عن الوضع.

شبكات الاستشعار اللاسلكية

ويمكن لشبكات الاستشعار الثابتة التي لاسلكها في جميع أنحاء المنجم أن تستحدث خريطة غازية في الوقت الحقيقي تغطي مئات الأمتار، وتستخدم هذه الشبكة شبكات مشمسة لنقل البيانات عبر عوارض متعددة، حتى حول زوايا أو عبر الحطام، وفي سيناريو إنقاذ، يمكن نشر هذه الشبكات بسرعة عن طريق إسقاط عقد من طائرة بدون طيار أو وضعها على الطريق.

وتُجمع البيانات المستمدة من شبكة WSNs في لوحة بيانات قائمة على الغيوم، حيث تتنبأ خوارزميات التعلم الآلي بأنماط تشت الغاز، وهذه القدرة التنبؤية لا تقدر بثمن في تخطيط طرق الهروب وأفرقة الإنقاذ في مواقعها، وقد أثبت الباحثون في لإزالة الألغام في النيوسي أن هذه الشبكات يمكن أن تكشف عن تغيرات الغازية في غضون ثوان، أسرع بكثير من أخذ العينات يدوية.

دراسات الحالات: كشف الغازات في المناطق الواقعية من الألغام

وقد أبرزت عدة حوادث من حوادث الألغام ذات النطاق العالي الدور الذي يؤديه الكشف المتطور عن الغاز في إنقاذ الحياة، ففي عام 2018 إنقاذ عمال المناجم المحبوسين في منجم ذهبي لجنوب أفريقيا، استخدم الإنقاذ أجهزة كشف متعددة الغازات مقترنة بالمقياس عن بعد لرصد الغلاف الجوي على طول نفق ذي كيلومتر واحد، وأظهرت البيانات أن نضوب الأوكسجين كان سيتحول دون ملاحظة المعدات التقليدية، مما أتاح لفرق زيادة التهوية قبل أن يصبح حرجا.

واشتملت حالة أخرى من الولايات المتحدة على انفجار لغم الفحم حيث استخدمت أفرقة الإنقاذ طائرات بدون طيار مجهزة بمستشعرات PID، وحددت الطائرات بدون طيار سباكا من البنزين وسيلين من منطقة حريق، مما أدى إلى تغيير في استخدام أجهزة التنفس، ولاحظ قائد الحادث أنه بدون الإنذار المبكر من جهاز الإنقاذ، ربما يكون عدد من المنقذين غير مجهزين تجهيزاً سليماً.

وتؤكد هذه الأمثلة على أن الكشف المتطور عن الغاز ليس ضرورياً، بل إن الهيئات التنظيمية في جميع أنحاء العالم تقوم بتحديث مبادئها التوجيهية لتكليف أجهزة كشف متعددة أجهزة الاستشعار، لا تعمل بثياً، لجميع وحدات الإنقاذ.

التحديات في مجال كشف الغازات المتقدمة عن الألغام

ورغم التقدم المثير للإعجاب، لا تزال هناك تحديات كبيرة، فبيئة الألغام قاسية: فالأحمال الغبارية العالية يمكن أن تُسرب نسيج أجهزة الاستشعار، والرطوبة يمكن أن تسبب التكثيف على المكونات البصرية، وقد تؤدي درجات الحرارة القصوى إلى تدهور أداء أجهزة الاستشعار، وكثيرا ما تعمل فرق الإنقاذ في أماكن محصورة ذات تهوية ضعيفة، مما يزيد من خطر التسمم بالحساسات أو التدخل.

  • Calibration and maintenance:] Many advanced sensors require frequent calibration in laboratory conditions, which is impractical in a remote mine setting.
  • Power consumption:] Laser-based detectors and wireless transmitters drain batteries quickly. Rescuers may need to carry spare batteries or use devices with hot-swappable power.
  • Cost:] TDLAS and drone-based systems are expensive, limiting their availability in smaller operations or in developing countries.
  • Data overload:] Real-time streaming from multiple sensors can overwhelm incident commanders.تحسين صورة البيانات ودعم اتخاذ القرارات على أساس AI.

وتُعنى أفرقة البحوث مثل عملية صكوك عملية اللصوصية ] بأجهزة الاستشعار المصغرة والمشددة التي تعالج هذه القضايا، وعلى سبيل المثال، فإن أجهزة الاستشعار الضوئية ذاتية التنظيف ورقائق الليزر المنخفضة القدرة تدخل بالفعل إلى السوق.

الاتجاهات المستقبلية في كشف غازات إزالة الألغام

وفي المستقبل، تعد عدة تكنولوجيات ناشئة بزيادة تحسين السلامة، ويتمثل أحد الاتجاهات في استخدام الاستشعار الموزع بالألياف الضوئية، حيث يمكن للفييلوم الواحد أن يكشف عن درجة الحرارة وتركّز الغاز على طول طوله بأكمله، ويمكن وضع ذلك في أنفاق مقطوعة حديثا أو في الهياكل الأساسية القائمة لتوفير الرصد المستمر.

وثمة اتجاه آخر يتمثل في تقليل المطيافات الجماعية إلى أدنى حد، التي يمكن أن تحدد مجموعة أكبر من الغازات من أي جهاز استشعار واحد، ولا تزال المطيافات الجماعية المحملة باليد كبيرة جداً بالنسبة للاستخدام الروتيني للألغام، ولكن النماذج الأولية تتقلص بسرعة.() وقد سبق أن استخدمت في التصدي للخزفيات نماذج قابلة للتداول، ويجري حالياً تكييفات لأغراض التعدين.

وستؤدي الاستخبارات الفنية دوراً متزايداً، ويمكن لنماذج التعلم الماكنة التي تم تدريبها على بيانات الألغام التاريخية أن تتنبأ بسلوك الغاز وأن توصي بمسارات الإنقاذ المثلى، إذ يمكن أن تتيح، بالاشتراك مع الروبوتات المستقلة والطائرات بدون طيار، إيفاد بعثات استطلاعية كاملة التشغيل، مما يقلل من تعرض الإنسان للغلاف الجوي الخطرة.

أجهزة الاستشعار القابلة للزراعة والزراعة

وقد أصبحت أجهزة الكشف عن الغازات القابلة للذوبان التي تقطع الخوذات أو تدمج في بدل الإنقاذ أكثر تطورا، ومن بينها الآن أجهزة رصد نبضات القلب، وتعطي صورة كاملة عن صحة الإنقاذ، ويستكشف الباحثون، وهم يتطلعون إلى المستقبل، أجهزة الاستشعار التي يمكن استنباطها والتي تقيس باستمرار غازات الدم وتخطر المستخدم بمستويات خطرة من ثاني أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكربون قبل ظهور الأعراض.

توصيات عملية لأفرقة الإنقاذ

ولزيادة فوائد الكشف المتطور عن الغاز إلى أقصى حد، ينبغي لأفرقة الإنقاذ أن تعتمد أفضل الممارسات التالية:

  • Use multi-gas detectors with at least one IR channel for hydrocarbons and one electrochemical channel for CO/H2S. Add a PID for VOCs if possible.
  • :: إدماج النقل اللاسلكي إلى قيادة مركزية لاتخاذ القرارات في الوقت الحقيقي، وضمان استخدام الشبكة للاتصال المشفر لمنع التدخل.
  • إجراء تدريب منتظم مع الأجهزة المحددة في ظروف واقعية تحت الأرض، ويمكن أن تختلف الاستجابة الحساسة بدرجات الحرارة والرطوبة، ويجب على الإنقاذ أن يدركوا هذه الآثار.
  • نشر الطائرات بدون طيار لإجراء مسح أولي وفحص المناطق التي يتعذر الوصول إليها، وتدريب أفرقة على تشغيل الطائرات بدون طيار وتفسير البيانات.
  • وضع بروتوكول لكشف الغاز يشمل عمليات التحقق السابقة للبعثة والتحقق من المعايرة واستعراض البيانات بعد وقوع الحوادث من أجل التحسين المستمر.

ويمكن أن يؤدي اعتماد هذه التوصيات إلى الحد بشكل كبير من المخاطر المرتبطة ببعثات إنقاذ الألغام، وكل تكنولوجيا جديدة من أجهزة استشعار تابعة للأجهزة الحكومية الدولية إلى أجهزة تحليل تعمل بالأجهزة الاستنشاقية، إلى توفير طبقة أخرى من الحماية للرجال والنساء الفاشلين الذين يدخلون الظلام لإنقاذ الأرواح.

خاتمة

وقد تطورت تكنولوجيات الكشف عن الغازات المتقدمة من أجهزة إنذار بسيطة إلى نظم متطورة ومتكاملة توفر بيانات في الوقت الحقيقي ومتعددة أجهزة الاستشعار لبعثات إنقاذ الألغام، وهي أجهزة الاستشعار ذات الأشعة تحت الحمراء، والخلايا الكهروكيميائية، وأجهزة الكشف عن الألغام، والحواجز الحافزة، والنظم الاختيارية التي تستخدم الليزر، والتي توفر مزايا فريدة، بل وتخلق، مع اقترانها بالشبكات اللاسلكية، وأجهزة الكشف عن الأجناس.