73. الحديد والصلب
محرر الفصل: أوغسطين موفيت
صناعة الحديد والصلب
جون ماسيتيس
مصانع الدرفلة
H. شنايدر
انقر فوق ارتباط أدناه لعرض الجدول في سياق المقالة.
1. المنتجات الثانوية القابلة للاسترداد من أفران فحم الكوك
2. يتم توليد النفايات وإعادة تدويرها في إنتاج الصلب في اليابان
أشر إلى صورة مصغرة لرؤية التعليق التوضيحي ، انقر لرؤية الشكل في سياق المقالة.
74. التعدين واستغلال المحاجر
محررو الفصل: جيمس آر أرمسترونج وراجي مينون
التعدين: نظرة عامة
نورمان س. جينينغز
استكشاف
وليام س.ميتشل وكورتني س.ميتشل
أنواع تعدين الفحم
فريد دبليو هيرمان
تقنيات التعدين تحت الأرض
هانز هامرين
تعدين الفحم تحت الأرض
سيمون ووكر
طرق التعدين السطحي
توماس إيه هيثمون وكايل ب. دوتسون
إدارة تعدين الفحم السطحي
بول ويستكوت
خام المعالجة
سيدني أليسون
تحضير الفحم
أنتوني دي والترز
التحكم الأرضي في المناجم تحت الأرض
لوك بوشامب
التهوية والتبريد في المناجم تحت الأرض
MJ Howes
الإضاءة في المناجم تحت الأرض
دون تروتر
معدات الحماية الشخصية في التعدين
بيتر دبليو بيكريل
الحرائق والانفجارات في المناجم
كيسي سي جرانت
كشف الغازات
بول ماكنزي وود
التأهب للطوارئ
جاري أ جيبسون
المخاطر الصحية للتعدين واستغلال المحاجر
جيمس ل. ويكس
انقر فوق ارتباط أدناه لعرض الجدول في سياق المقالة.
1. عوامل كمية الهواء التصميم
2. قوى تبريد الهواء مصححة بالملابس
3. مقارنة بين مصادر الضوء المنجم
4. تسخين الفحم - التسلسل الهرمي لدرجات الحرارة
5. العناصر الحرجة / العناصر الفرعية للاستعداد للطوارئ
6. مرافق ومعدات ومواد الطوارئ
7. مصفوفة تدريب التأهب للطوارئ
8. أمثلة على المراجعة الأفقية لخطط الطوارئ
9. الأسماء الشائعة والآثار الصحية للغازات الخطرة
أشر إلى صورة مصغرة لرؤية التعليق التوضيحي ، انقر لرؤية الشكل في سياق المقالة.
75. التنقيب عن النفط وتوزيعه
محرر الفصل: ريتشارد س. كراوس
التنقيب والحفر وإنتاج النفط والغاز الطبيعي
ريتشارد س. كراوس
انقر فوق ارتباط أدناه لعرض الجدول في سياق المقالة.
1. خصائص النفط الخام وإمكانيات البنزين
2. تكوين النفط الخام والغاز الطبيعي
3. تكوين غازات معالجة النفط والطبيعية
4. أنواع المنصات للحفر تحت الماء
أشر إلى صورة مصغرة لرؤية التعليق التوضيحي ، انقر لرؤية الشكل في سياق المقالة.
76. توليد وتوزيع الطاقة
محرر الفصل: مايكل كرين
الملف العام
مايكل كرين
توليد الطاقة الكهرومائية
نيل مكمانوس
توليد طاقة الوقود الأحفوري
أنتوني دبليو جاكسون
توليد الطاقة النووية
دبليو جي موريسون
سلامة توليد الطاقة الكهربائية ونقلها وتوزيعها: مثال أمريكي
جانيت فوكس
المخاطر
مايكل كرين
قضايا البيئة والصحة العامة
ألكسندر سي بيتمان جونيور
انقر فوق ارتباط أدناه لعرض الجدول في سياق المقالة.
1. السيطرة على المخاطر الكيميائية والبيولوجية
2. السيطرة على المخاطر الجسدية والسلامة
3. خصائص محطة الطاقة النووية (1997)
4. المخاطر البيئية المحتملة الرئيسية
أشر إلى صورة مصغرة لرؤية التعليق التوضيحي ، انقر لرؤية الشكل في سياق المقالة.
الهدف الرئيسي من تهوية المناجم هو توفير كميات كافية من الهواء لجميع أماكن العمل وطرق السفر في منجم تحت الأرض لتخفيف تلك الملوثات التي لا يمكن السيطرة عليها بأي وسيلة أخرى إلى مستوى مقبول. عندما يكون العمق ودرجات حرارة الصخور لدرجة أن درجات حرارة الهواء مرتفعة ، يمكن استخدام أنظمة التبريد الميكانيكية لتكملة التأثيرات المفيدة للتهوية.
جو المنجم
يختلف تكوين الغلاف الغازي المحيط بالأرض بنسبة تقل عن 0.01٪ من مكان إلى آخر ، وعادة ما يتم أخذ تكوين الهواء "الجاف" على هيئة 78.09٪ نيتروجين و 20.95٪ أكسجين و 0.93٪ أرجون و 0.03٪ ثاني أكسيد كربون. يوجد بخار الماء أيضًا بكميات متفاوتة اعتمادًا على درجة حرارة الهواء وضغطه وتوافر أسطح مائية خالية. عندما يتدفق هواء التهوية عبر منجم ، قد يتغير تركيز بخار الماء بشكل كبير وهذا الاختلاف هو موضوع دراسة منفصلة للقياس النفسي. لتحديد حالة بخار الماء ومزيج الهواء الجاف عند نقطة معينة ، يتطلب الأمر وجود ثلاث خصائص مستقلة قابلة للقياس للضغط الجوي ، ودرجات حرارة المصباح الجاف ، ودرجات حرارة المصباح الرطب.
متطلبات التهوية
الملوثات التي يجب السيطرة عليها عن طريق التهوية المخففة هي الغازات والغبار في المقام الأول ، على الرغم من أن الإشعاعات المؤينة المرتبطة بالرادون الطبيعي قد تسبب مشاكل ، خاصة في مناجم اليورانيوم وحيث تكون تركيزات اليورانيوم الخلفية للمضيف أو الصخور المجاورة مرتفعة. ستعتمد كمية الهواء المطلوبة للتحكم في التخفيف على قوة مصدر الملوثات وفعالية تدابير التحكم الأخرى مثل الماء لإخماد الغبار أو أنظمة تصريف الميثان في مناجم الفحم. يتم تحديد الحد الأدنى لمعدل تدفق الهواء المخفف من خلال الملوث الذي يتطلب أكبر كمية تخفيف مع الإدراك الواجب للتأثيرات المضافة المحتملة للمخاليط والتآزر حيث يمكن أن يزيد أحد الملوثات من تأثير آخر. يمكن أن يكون تجاوز هذه القيمة حدًا أدنى لسرعة الهواء والذي يكون عادةً 0.25 م / ث ويزداد مع زيادة درجات حرارة الهواء أيضًا.
تهوية المعدات التي تعمل بالديزل
في المناجم الآلية التي تستخدم معدات متحركة تعمل بالديزل وفي حالة عدم وجود مراقبة مستمرة للغاز ، يتم استخدام تخفيف غاز العادم لتحديد الحد الأدنى من متطلبات هواء التهوية حيث تعمل. تتراوح كمية الهواء المطلوبة عادة بين 0.03 و 0.06 م3/ ثانية لكل كيلوواط من الطاقة المقدرة عند نقطة التشغيل اعتمادًا على نوع المحرك وما إذا كان يتم استخدام أي تكييف لغاز العادم. توفر التطورات المستمرة في كل من الوقود وتكنولوجيا المحرك انبعاثات أقل للمحرك بينما قد تقلل المحولات الحفازة وأجهزة التنظيف الرطبة والمرشحات الخزفية من تركيزات أول أكسيد الكربون / الألدهيدات وأكاسيد النيتروجين وجسيمات الديزل على التوالي. هذا يساعد في تلبية حدود الملوثات الصارمة على نحو متزايد دون زيادة كبيرة في معدلات تخفيف العادم. الحد الأدنى للتخفيف المحتمل 0.02 م3/ s لكل كيلوواط يتم تحديده من خلال انبعاثات ثاني أكسيد الكربون التي تتناسب مع قوة المحرك ولا تتأثر بتكييف غاز العادم.
تتميز محركات الديزل بكفاءة الثلث تقريبًا في تحويل الطاقة المتوفرة في الوقود إلى طاقة مفيدة ، ويستخدم معظمها للتغلب على الاحتكاك مما ينتج عنه ناتج حراري يبلغ حوالي ثلاثة أضعاف ناتج الطاقة. حتى عند سحب انخفاض في شاحنة ، فإن العمل المفيد المنجز هو فقط حوالي 10 ٪ من الطاقة المتوفرة في الوقود. تُستخدم قوى محرك الديزل الأعلى في المعدات المتنقلة الأكبر حجمًا والتي تتطلب عمليات حفر أكبر للعمل بأمان. السماح بخلوص عادي للمركبة ومعدل تخفيف نموذجي لغاز عادم الديزل يبلغ
0.04 م3/ s لكل kW ، الحد الأدنى لسرعات الهواء حيث تعمل محركات الديزل في المتوسط حوالي 0.5 م / ث.
تهوية طرق التعدين المختلفة
على الرغم من أن تحديد متطلبات كمية الهواء العامة غير مناسب عندما تكون المعلومات التفصيلية المتعلقة بالتخطيط والتهوية متاحة أو ممكنة ، إلا أنها تدعم المعايير المستخدمة في التصميم. يمكن تفسير الانحرافات عن القيم العادية بشكل عام وتبريرها ، على سبيل المثال ، في المناجم التي تعاني من مشاكل الحرارة أو غاز الرادون. العلاقة العامة هي:
كمية الألغام = ألفت + β
حيث t هو معدل الإنتاج السنوي بالمليون طن سنويًا (Mtpa) ، α هو عامل كمية الهواء المتغير الذي يرتبط ارتباطًا مباشرًا بمعدل الإنتاج و هو كمية الهواء الثابتة المطلوبة لتهوية البنية التحتية للمنجم مثل نظام مناولة الخام. يتم إعطاء القيم النموذجية لـ α في الجدول 1.
الجدول 1. تصميم عوامل كمية الهواء
طريقة التعدين |
α (عامل كمية الهواء م3/ ق / Mtpa) |
كتلة الكهوف |
50 |
الغرفة والعمود (البوتاس) |
75 |
رضوخ المستوى الفرعي |
120 |
فتح التوقف |
|
قص وتعبئة ميكانيكية |
320 |
التعدين غير الآلي |
400 |
تعتمد كمية الهواء الثابتة β بشكل أساسي على نظام مناولة الخامات ، وإلى حد ما ، على المعدل الإجمالي لإنتاج المنجم. بالنسبة للمناجم حيث يتم نقل الصخور من خلال انخفاض باستخدام شاحنة تعمل بالديزل أو لا يوجد تكسير للصخور الملغومة ، تكون القيمة المناسبة β هي 50 مترًا3/س. هذا يزيد عادة إلى 100 متر3/ ق عند استخدام الكسارات تحت الأرض وتخطي الرفع مع مناطق الصيانة تحت الأرض. نظرًا لأن نظام مناولة الخام أصبح أكثر شمولاً (أي باستخدام الناقلات أو أنظمة نقل الخام الأخرى) ، يمكن أن تزيد بنسبة تصل إلى 50٪. في المناجم الكبيرة جدًا حيث يتم استخدام أنظمة أعمدة متعددة ، تكون كمية الهواء الثابتة β أيضًا مضاعفًا لعدد أنظمة العمود المطلوبة.
متطلبات التبريد
تصميم الظروف الحرارية
قد يتطلب توفير الظروف الحرارية المناسبة لتقليل المخاطر والآثار الضارة للإجهاد الحراري تبريدًا ميكانيكيًا بالإضافة إلى التهوية اللازمة للتحكم في الملوثات. على الرغم من أن الإجهاد الحراري المطبق هو دالة معقدة للمتغيرات المناخية والاستجابات الفسيولوجية لها ، إلا أنه من الناحية العملية للتعدين فإن سرعة الهواء ودرجة حرارة المصباح الرطب هما اللذان لهما التأثير الأكبر. يتضح ذلك من خلال قوى تبريد الهواء المصححة بالملابس (W / m2) الواردة في الجدول 2. تحت الأرض تؤخذ درجة حرارة الإشعاع لتكون مساوية لدرجة حرارة البصيلة الجافة و 10 درجات مئوية أعلى من درجة حرارة البصيلة الرطبة. يعتبر الضغط الجوي ونظام الملابس نموذجيين للعمل تحت الأرض (على سبيل المثال ، 110 كيلو باسكال و 0.52 وحدة ملابس).
الجدول 2. قوى تبريد الهواء المصححة بالملابس (W / m2)
سرعة الهواء (م / ث) |
درجة حرارة البصيلة الرطبة (° C) |
|||||
20.0 |
22.5 |
25.0 |
27.5 |
30.0 |
32.5 |
|
0.1 |
176 |
153 |
128 |
100 |
70 |
37 |
0.25 |
238 |
210 |
179 |
145 |
107 |
64 |
0.5 |
284 |
254 |
220 |
181 |
137 |
87 |
1.0 |
321 |
290 |
254 |
212 |
163 |
104 |
تعكس سرعة الهواء البالغة 0.1 م / ث تأثير الحمل الحراري الطبيعي (أي عدم وجود تدفق هواء محسوس على الإطلاق). سرعة الهواء 0.25 م / ث هي الحد الأدنى المسموح به عادة في التعدين و 0.5 م / ث ستكون مطلوبة عندما تتجاوز درجة حرارة المصباح الرطب 25 درجة مئوية. فيما يتعلق بتحقيق التوازن الحراري ، فإن الحرارة الأيضية الناتجة عن معدلات العمل النموذجية هي: الراحة ، 50 واط / م2؛ عمل خفيف ، 115 إلى 125 واط / م2، عمل متوسط ، 150 إلى 175 واط / م2؛ والعمل الجاد ، من 200 إلى 300 واط / م2. سيتم تحديد شروط التصميم لتطبيق معين منجم من دراسة التحسين التفصيلية. بشكل عام ، تتراوح درجات الحرارة المثلى للمصابيح الرطبة بين 27.5 درجة مئوية و 28.5 درجة مئوية مع درجات حرارة منخفضة قابلة للتطبيق على عمليات أقل آلية. ينخفض أداء العمل ويزداد خطر الإصابة بالأمراض المرتبطة بالحرارة بشكل كبير عندما تتجاوز درجة حرارة المصباح الرطب 30.0 درجة مئوية ، ويجب ألا يستمر العمل بشكل طبيعي عندما تكون درجة حرارة المصباح الرطب أكبر من 32.5 درجة مئوية.
الأحمال الحرارية للمناجم
حمل تبريد المنجم هو الحمل الحراري للمنجم أقل من قدرة التبريد لهواء التهوية. يتضمن الحمل الحراري للمنجم تأثيرات الضغط التلقائي للهواء في مجاري الهواء الداخل (تحويل الطاقة الكامنة إلى محتوى حراري أثناء تدفق الهواء إلى المنجم) ، وتدفق الحرارة إلى المنجم من الصخور المحيطة ، والحرارة المنبعثة من كسر الصخور أو أي شقوق مائية قبل إزالتها من المداخل أو أقسام العمل بالمنجم ، والحرارة الناتجة عن تشغيل أي معدات تستخدم في عمليات تكسير الخام ونقله. تعتمد قدرة تبريد هواء التهوية على كل من الظروف البيئية الحرارية التصميمية في أماكن العمل والظروف المناخية الفعلية على السطح.
على الرغم من أن المساهمات النسبية لكل مصدر حرارة في الإجمالي هي خاصة بالموقع ، إلا أن الضغط التلقائي عادة ما يكون المساهم الرئيسي في ما بين 35 و 50٪ من الإجمالي. مع زيادة عمق التعدين ، يمكن أن يتسبب الضغط التلقائي في أن تصبح قدرة تبريد الهواء سالبة ، كما أن تأثير توفير المزيد من الهواء هو زيادة حمل تبريد المنجم. في هذه الحالة ، يجب أن تكون كمية التهوية المقدمة هي الحد الأدنى المتوافق مع التحكم في الملوثات ، ويلزم توفير كميات متزايدة من التبريد لتوفير ظروف عمل منتجة وآمنة. سيعتمد عمق التعدين الذي يصبح فيه التبريد ضروريًا بشكل أساسي على الظروف المناخية السطحية ، والمسافة التي يقطعها الهواء عبر الممرات الهوائية قبل استخدامه ومدى استخدام المعدات الكبيرة (الديزل أو الطاقة الكهربائية).
أنظمة التهوية الأولية
شبكات
تهتم أنظمة أو شبكات التهوية الأولية بضمان تدفق الهواء من خلال فتحات المناجم المترابطة. تحتوي شبكة التهوية العامة على تقاطعات حيث تلتقي ثلاثة أو أكثر من الممرات الهوائية ، وهي فروع عبارة عن ممرات هوائية بين التقاطعات والشبكات وهي مسارات مغلقة يتم اجتيازها عبر الشبكة. على الرغم من أن معظم شبكات تهوية المناجم متشعبة بمئات أو حتى آلاف الفروع ، فإن عدد المدخول الرئيسي (الفرع بين السطح وأعمال المناجم) والعودة أو العادم (الفرع بين العمل والسطح) يقتصر عادةً على أقل من عشرة.
مع وجود عدد كبير من الفروع في الشبكة ، فإن تحديد نمط التدفق وتحديد فقدان الضغط الكلي ليس بالأمر السهل. على الرغم من أن العديد منها في سلسلة بسيطة أو ترتيب متوازي يمكن حلها جبريًا ودقيقًا ، ستكون هناك بعض الأقسام المركبة التي تتطلب طرقًا تكرارية مع التقارب مع تفاوت مقبول. تم استخدام أجهزة الكمبيوتر التناظرية بنجاح لتحليل الشبكة ؛ ومع ذلك ، فقد حلت محلها طرق رقمية أقل استهلاكا للوقت تعتمد على تقنية هاردي كروس التقريبية التي تم تطويرها لحل شبكات تدفق المياه.
مقاومة مجرى الهواء وخسائر الصدمات
مقاومة تدفق الهواء في نفق أو فتحة منجم هي دالة على حجمه وخشونة سطحه ويعتمد فقدان الضغط الناتج على هذه المقاومة وعلى مربع سرعة الهواء. بإضافة الطاقة إلى النظام ، يمكن توليد ضغط يتغلب بعد ذلك على فقدان الضغط. قد يحدث هذا بشكل طبيعي حيث يتم توفير الطاقة عن طريق الحرارة من الصخور والمصادر الأخرى (التهوية الطبيعية). على الرغم من أن هذه كانت الطريقة الرئيسية لتوفير التهوية ، إلا أنه يتم تحويل 2 إلى 3 ٪ فقط من الطاقة ، وخلال الصيف الحار ، قد تقوم الصخور بالفعل بتبريد هواء السحب مما يؤدي إلى انعكاسات التدفق. في المناجم الحديثة ، تُستخدم المروحة عادةً لتوفير الطاقة لتيار الهواء الذي يتغلب بعد ذلك على فقدان الضغط على الرغم من أن تأثيرات التهوية الطبيعية يمكن أن تساعدها أو تؤخرها اعتمادًا على الوقت من السنة.
عندما يتدفق الهواء فوق سطح ما ، فإن جزيئات الهواء المجاورة مباشرة للسطح تكون في حالة توقف تام وتلك الجزيئات المجاورة لها فوق تلك الموجودة في السكون بمقاومة تعتمد على لزوجة الهواء. يتشكل تدرج السرعة حيث تزداد السرعة مع زيادة المسافة من السطح. الطبقة الحدودية التي تم إنشاؤها نتيجة لهذه الظاهرة والطبقة الفرعية الصفحية التي تشكلت أيضًا مع تطور الطبقة الحدودية لها تأثير عميق على الطاقة المطلوبة لتعزيز التدفق. بشكل عام ، تكون خشونة سطح المجاري الهوائية كبيرة بما يكفي لتمتد "النتوءات" عبر الطبقة الفرعية الحدودية. يصبح مجرى الهواء بعد ذلك خشنًا هيدروليكيًا وتكون المقاومة دالة على الخشونة النسبية ، أي نسبة ارتفاع الخشونة إلى قطر مجرى الهواء.
معظم الممرات الهوائية الملغومة بواسطة تقنيات الحفر والتفجير التقليدية لها ارتفاعات خشونة تتراوح بين 100 و 200 ملم وحتى في الأرض "الممتلئة" للغاية ، لن يتجاوز متوسط ارتفاع الخشونة 300 ملم. عندما يتم تشغيل المجاري الهوائية باستخدام آلات الحفر ، يكون ارتفاع الخشونة بين 5 و 10 مم ولا يزال يعتبر خشن هيدروليكيًا. يمكن تقليل خشونة الممرات الهوائية عن طريق تبطينها ، على الرغم من أن التبرير هو عادةً الدعم الأرضي بدلاً من تقليل الطاقة المطلوبة لتدوير هواء التهوية. على سبيل المثال ، سيكون عمودًا كبيرًا مبطنًا بالخرسانة بخشونة 1 مم تقريبيًا وسيؤثر أيضًا رقم رينولدز ، وهو نسبة القصور الذاتي إلى القوى اللزجة ، على مقاومة تدفق الهواء.
من الناحية العملية ، فإن الصعوبات في التبطين الخرساني الأملس مثل العمود الكبير من أعلى إلى أسفل حيث يتم غرقه ينتج عنه زيادة في الخشونة والمقاومة بنسبة 50٪ أعلى من القيم الملساء.
مع وجود عدد محدود من المسالك الهوائية المدخول والعودة بين العمل والسطح ، تحدث نسبة كبيرة (70 إلى 90٪) من إجمالي فقدان ضغط المنجم فيها. تعتمد خسائر ضغط مجرى الهواء أيضًا على ما إذا كانت هناك أي انقطاعات تسبب خسائر صدمة مثل الانحناءات أو الانقباضات أو التمددات أو أي عوائق في مجرى الهواء. يمكن أن تكون الخسائر الناتجة عن هذه الانقطاعات مثل الانحناءات داخل وخارج الممرات الهوائية ، عند التعبير عنها من حيث الخسائر التي ستنتج في طول مكافئ من مجرى الهواء المستقيم ، نسبة كبيرة من الإجمالي ويجب تقييمها بعناية ، على وجه الخصوص عند النظر في المآخذ والعوادم الرئيسية. تعتمد الخسائر في حالات الانقطاع على مقدار فصل الطبقة الحدودية ؛ يتم تقليل ذلك عن طريق تجنب التغييرات المفاجئة في المنطقة.
مقاومة المسالك الهوائية مع العوائق
يعتمد تأثير العائق على فقد الضغط على معامل السحب الخاص به ومعامل الملء ، وهو نسبة منطقة الانسداد للكائن ومنطقة المقطع العرضي للمجرى الهوائي. يمكن تقليل الخسائر الناتجة عن العوائق عن طريق تقليل فصل الطبقة الحدودية ومدى أي تأثير مضطرب عن طريق تبسيط الكائن. تتأثر معاملات السحب بشكلها وترتيبها في العمود ؛ ستكون القيم المقارنة: I beam، 2.7؛ مربع ، 2.0 ؛ اسطوانة ، 1.2 ؛ مسدس ممدود ، 0.6 ؛ ومبسط بالكامل ، 0.4.
حتى مع معاملات التعبئة الصغيرة ومعاملات السحب المنخفضة ، إذا تكرر العائق بانتظام ، كما هو الحال مع الحزم التي تفصل مقصورات الرفع في العمود ، فإن التأثير التراكمي على فقد الضغط يكون كبيرًا. على سبيل المثال ، مقاومة العمود المجهز بعوارض سداسية ممدودة نصف انسيابية ومعامل تعبئة يبلغ 0.08 سيكون حوالي أربعة أضعاف مقاومة العمود المبطن بالخرسانة وحده. على الرغم من أن تكاليف المواد الخاصة بالمقاطع الفولاذية الهيكلية المجوفة المستطيلة المتاحة بسهولة أكبر من عوارض I ، إلا أن معاملات السحب تبلغ حوالي الثلث ويمكن تبرير تطبيقها بسهولة.
مراوح رئيسية وداعمة
يتم استخدام كل من المراوح المحورية والطرد المركزي لتوفير دوران الهواء في أنظمة تهوية المناجم ، مع إمكانية تحقيق كفاءة مروحة تزيد عن 80٪. يعتمد الاختيار بين التدفق المحوري أو الطرد المركزي لمراوح المنجم الرئيسية على التكلفة والحجم والضغط والمتانة والكفاءة وأي اختلاف في الأداء. في المناجم حيث قد يؤدي تعطل المروحة إلى تراكمات غاز الميثان الخطيرة ، يتم تركيب سعة مروحة إضافية لضمان استمرارية التهوية. عندما لا يكون هذا أمرًا بالغ الأهمية ومع تركيب مروحة مزدوجة ، سيستمر تدفق الهواء حوالي ثلثي المنجم إذا توقفت مروحة واحدة. مراوح التدفق المحوري العمودية المثبتة فوق الممرات الهوائية لها تكاليف منخفضة ولكنها محدودة بحوالي 300 متر3/س. بالنسبة لكميات الهواء الأكبر ، يلزم وجود مراوح متعددة ويتم توصيلها بالعادم بواسطة مجاري الهواء والانحناء.
للحصول على أعلى الكفاءات بتكلفة معقولة ، يتم استخدام مراوح التدفق المحوري لتطبيقات الضغط المنخفض (أقل من 1.0 كيلو باسكال) ومراوح الطرد المركزي لأنظمة الضغط العالي (أكبر من 3.0 كيلو باسكال). كلا الاختيارين مناسب للضغوط المتوسطة. عندما تكون هناك حاجة إلى المتانة ، كما هو الحال مع عوادم ذات سرعات هواء أعلى من النطاق الحرج ، ويتم نقل قطرات الماء إلى أعلى وإلى خارج النظام ، فإن مروحة الطرد المركزي ستوفر اختيارًا أكثر موثوقية. يتراوح نطاق سرعة الهواء الحرج بين 7.5 م / ث و 12.5 م / ث حيث قد تبقى قطرات الماء في حالة تعليق اعتمادًا على حجمها. ضمن هذا النطاق ، يمكن أن تتراكم كمية المياه المعلقة وتزيد من ضغط النظام حتى تتوقف المروحة. هذه هي المنطقة التي يتم فيها إعادة تدوير بعض الهواء حول الشفرات ويصبح تشغيل المروحة غير مستقر. على الرغم من أنه غير مرغوب فيه لأي نوع من المراوح ، إلا أن احتمال تعطل شفرة مروحة الطرد المركزي أقل بكثير من فشل الشفرة المحورية في هذه المنطقة من تذبذب التدفق.
من النادر أن تكون المروحة الرئيسية مطلوبة للعمل في نفس نقطة العمل طوال عمر المنجم ، ومن المستحسن استخدام طرق فعالة لتغيير أداء المروحة. على الرغم من أن السرعة المتغيرة تؤدي إلى التشغيل الأكثر كفاءة لكل من المراوح المحورية والطرد المركزي ، إلا أن التكاليف ، خاصة بالنسبة للمراوح الكبيرة ، مرتفعة. يمكن أن يتنوع أداء مروحة التدفق المحوري عن طريق ضبط زاوية الشفرة ويمكن تنفيذ ذلك إما عند إيقاف المروحة أو بتكلفة أعلى بكثير عند تدويرها. من خلال نقل دوامة إلى الهواء الداخل إلى المروحة باستخدام دوامة مدخل متغير ، يمكن أن يتنوع أداء مروحة الطرد المركزي أثناء تشغيلها.
تنخفض كفاءة مروحة الطرد المركزي بعيدًا عن نقطة تصميمها بشكل أسرع من مروحة التدفق المحوري ، وإذا كان الأداء العالي مطلوبًا على نطاق واسع من نقاط التشغيل وكانت الضغوط مناسبة ، يتم اختيار مروحة التدفق المحوري.
أنظمة التهوية
عادةً ما يكون موضع المروحة الرئيسية في النظام العام على السطح عند مجرى هواء العادم. الأسباب الرئيسية لذلك هي البساطة حيث يكون المدخول غالبًا عبارة عن عمود رفع والعادم عبارة عن مجرى هواء منفصل لغرض واحد وتقليل الحمل الحراري عن طريق استبعاد المراوح من مجاري الهواء الداخل. يمكن تركيب المراوح في أعمدة الرفع إما في وضع الإجبار أو العادم من خلال توفير إطار رأس محكم الغلق. ومع ذلك ، عندما يدخل العمال أو المواد أو الصخور أيضًا العمود أو يغادرونه ، فهناك احتمال لتسرب الهواء.
يتم استخدام أنظمة الدفع والسحب حيث يتم تثبيت كل من مراوح السحب والعادم إما لتقليل الضغط الأقصى في النظام من خلال المشاركة أو لتوفير فرق ضغط صغير جدًا بين العمل والسطح. هذا وثيق الصلة بالمناجم التي تستخدم طرق الكهوف حيث قد يكون التسرب عبر المنطقة المجوفة غير مرغوب فيه. مع وجود اختلافات كبيرة في الضغط ، على الرغم من أن تسرب الهواء عبر منطقة مجوفة يكون صغيرًا عادةً ، إلا أنه قد يؤدي إلى حدوث مشكلات في الحرارة أو الإشعاع أو الأكسدة في أماكن العمل.
مراوح التعزيز تحت الأرض ، بسبب محدودية المساحة ، تكون دائمًا تدفقًا محوريًا وتستخدم لتعزيز التدفق في الأجزاء العميقة أو البعيدة من المنجم. عيبهم الرئيسي هو إمكانية إعادة الدوران بين عادم مروحة التعزيز وممرات الهواء المدخول. من خلال توفير التعزيز فقط لتدفقات الهواء الأصغر حيث تكون مطلوبة ، يمكن أن ينتج عنها ضغط مروحة رئيسي أقل لتدفق هواء المنجم بالكامل وبالتالي تقليل إجمالي طاقة المروحة المطلوبة.
التهوية الثانوية
الأنظمة المساعدة
أنظمة التهوية الثانوية مطلوبة عندما لا يكون من خلال التهوية ، كما هو الحال في عناوين التطوير. أربعة ترتيبات ممكنة ، لكل منها مزاياها وعيوبها.
• نظام الإجبار ينتج عنه وصول الهواء الأكثر برودة وانتعاشًا إلى الوجه ويسمح باستخدام مجرى هواء مرن أرخص. السرعة العالية للهواء المنبعث من نهاية مجرى الإمداد تخلق نفاثًا يحبس هواءًا إضافيًا ويساعد على اكتساح وجه الملوثات ويوفر سرعة وجه مقبولة. عيبه الرئيسي هو أن باقي الجزء يتم تهويته بالهواء الملوث بالغازات والغبار الناتج عن عمليات التعدين في الوجه. هذه مشكلة خاصة بعد التفجير ، حيث يتم زيادة أوقات العودة الآمنة.
An نظام مرهق يسمح بإزالة جميع ملوثات الوجه ويحافظ على بقية العنوان في هواء السحب. تتمثل العيوب في أن تدفق الحرارة من الصخور المحيطة وتبخر الرطوبة سيؤدي إلى ارتفاع درجات حرارة الهواء عند توصيل الوجه ؛ العمليات في الاتجاه الخلفي من الوجه ، مثل إزالة الصخور باستخدام معدات تعمل بالديزل ، سوف تلوث هواء السحب ؛ لا توجد طائرة نفاثة يتم إنتاجها لمسح الوجه ؛ وهناك حاجة إلى قناة أكثر تكلفة قادرة على تحمل ضغط سلبي.
في نظام تداخل العادم يتم التغلب على مشكلة تنظيف الوجه باستخدام طائرة نفاثة عن طريق تركيب مروحة وأنبوب أصغر (التداخل). بالإضافة إلى التكلفة الإضافية ، فإن العيب هو أن التداخل يحتاج إلى تحسين مع الوجه.
في باقة نظام عكس، يتم استخدام وضع التهوية القسرية ، ما عدا أثناء التفجير وفترة إعادة الدخول بعد التفجير ، عندما يتم عكس تدفق الهواء. يتم تطبيقه الرئيسي في غرق العمود ، حيث يمكن أن تكون أوقات إعادة الدخول للأعمدة العميقة باهظة إذا تم استخدام نظام التأثير فقط. يمكن الحصول على انعكاس الهواء إما باستخدام مخمدات عند مدخل ومخرج المروحة أو ، من خلال الاستفادة من ميزة مراوح التدفق المحوري ، حيث يؤدي تغيير اتجاه دوران الشفرة إلى انعكاس التدفق بنسبة 60٪ من التدفق الطبيعي. تم التوصيل.
مراوح وقنوات
المراوح المستخدمة للتهوية الثانوية هي عبارة عن تدفق محوري بشكل حصري تقريبًا. لتحقيق الضغوط العالية اللازمة للتسبب في تدفق الهواء عبر أطوال طويلة من مجرى الهواء ، يمكن استخدام مراوح متعددة إما ذات دوران معاكس أو ترتيبات دافعة ذات دوران مشترك. يعد تسرب الهواء أكبر مشكلة في أنظمة المراوح والمجاري الإضافية ، خاصةً على مسافات طويلة. الأنابيب الصلبة المصنوعة من الفولاذ المجلفن أو الألياف الزجاجية ، عند تركيبها بحشيات ، يكون لها تسرب منخفض بشكل مناسب ويمكن استخدامها لتطوير رؤوس يصل طولها إلى عدة كيلومترات.
القنوات المرنة أرخص بكثير في الشراء وأسهل في التركيب ؛ ومع ذلك ، فإن التسرب في أدوات التوصيل وسهولة تمزيقها عن طريق ملامسة المعدات المتنقلة يؤدي إلى خسائر هواء أعلى بكثير. نادرًا ما تتجاوز حدود التطوير العملي باستخدام مجرى الهواء المرن كيلومترًا واحدًا ، على الرغم من أنه يمكن تمديدها باستخدام أطوال مجاري أطول وضمان وجود خلوص وافر بين القناة والأجهزة المتنقلة.
ضوابط التهوية
يتم استخدام كل من أنظمة التهوية والمروحة الإضافية وأنظمة مجاري الهواء لتوفير هواء التهوية للمواقع التي قد يعمل فيها الأفراد. تستخدم أدوات التحكم في التهوية لتوجيه الهواء إلى مكان العمل وتقليل قصر الدائرة أو فقدان الهواء بين مجاري الهواء الداخل والخارج.
يستخدم الحاجز لوقف تدفق الهواء عبر نفق متصل. ستعتمد مواد البناء على فرق الضغط وما إذا كانت ستتعرض لموجات الصدمة من التفجير. الستائر المرنة الملحقة بالأسطح الصخرية المحيطة مناسبة لتطبيقات الضغط المنخفض مثل فصل مجرى الهواء المدخول والعودة في لوحة الغرفة والأعمدة الملغومة بواسطة عامل منجم مستمر. تعتبر الحواجز الخشبية والخرسانية مناسبة لتطبيقات الضغط العالي وقد تشتمل على رفرف مطاطي ثقيل يمكن أن ينفتح لتقليل أي ضرر ناتج عن الانفجار.
هناك حاجة إلى باب تهوية حيث يلزم مرور المشاة أو المركبات. تتأثر مواد البناء وآلية الفتح ودرجة الأتمتة باختلاف الضغط وتكرار الفتح والإغلاق. بالنسبة لتطبيقات الضغط العالي ، يمكن تركيب بابين أو حتى ثلاثة أبواب لإنشاء أقفال للهواء وتقليل التسرب وفقدان هواء السحب. للمساعدة في فتح أبواب قفل الهواء ، عادة ما تحتوي على قسم منزلق صغير يتم فتحه أولاً للسماح بمعادلة الضغط على جانبي الباب المراد فتحه.
يتم استخدام المنظم حيث يتم تقليل كمية الهواء المتدفق عبر النفق بدلاً من إيقافه تمامًا وأيضًا حيث لا يلزم الوصول. المنظم عبارة عن فتحة متغيرة وبتغيير المنطقة ، يمكن أيضًا تغيير كمية الهواء المتدفقة من خلالها. لوح الإسقاط هو أحد أبسط الأنواع حيث يدعم الإطار الخرساني القنوات التي يمكن وضع الألواح الخشبية (إسقاطها) وتنوع المنطقة المفتوحة. يمكن أتمتة الأنواع الأخرى ، مثل فتحات التهوية على شكل فراشة ، والتحكم فيها عن بُعد. في المستويات العليا في بعض أنظمة التوقف المفتوحة ، قد يكون الوصول غير المتكرر من خلال المنظمين مطلوبًا ويمكن ببساطة رفع الألواح المرنة أو خفضها لتوفير الوصول مع تقليل أضرار الانفجار. حتى أكوام الصخور المكسورة قد استخدمت لزيادة المقاومة في أقسام من المستوى حيث لا يوجد نشاط تعدين مؤقتًا.
أنظمة التبريد والتبريد
تم تركيب أول نظام تبريد منجم في Morro Velho ، البرازيل ، في عام 1919. ومنذ ذلك التاريخ ، كان النمو في السعة العالمية خطيًا بنحو 3 ميغاوات من التبريد (MWR) سنويًا حتى عام 1965 ، عندما بلغت السعة الإجمالية حوالي 100 ميجاوات. . منذ عام 1965 ، كان النمو في السعة هائلاً ، حيث تضاعف كل ست أو سبع سنوات. لقد تأثر تطوير التبريد في المناجم بكل من صناعة تكييف الهواء وصعوبات التعامل مع نظام التعدين الديناميكي حيث قد يكون لقاذورات أسطح المبادل الحراري تأثيرات عميقة على كمية التبريد المقدمة.
في البداية ، تم تركيب محطات التبريد على السطح وتم تبريد الهواء الداخل للمنجم. مع زيادة المسافة تحت الأرض من المحطة السطحية ، انخفض تأثير التبريد وتم نقل محطات التبريد تحت الأرض بالقرب من أماكن العمل.
أدت القيود المفروضة على قدرة طرد الحرارة تحت الأرض وبساطة النباتات السطحية إلى العودة إلى موقع السطح. ومع ذلك ، بالإضافة إلى الهواء الداخل الذي يتم تبريده ، يتم الآن توفير المياه المبردة تحت الأرض. يمكن استخدام هذا في أجهزة تبريد الهواء المجاورة لمناطق العمل أو كمياه خدمة مستخدمة في التدريبات ولقمع الغبار.
معدات مصانع التبريد
تُستخدم أنظمة التبريد بضغط البخار حصريًا للمناجم ، والعنصر المركزي لمحطة السطح هو الضاغط. قد تختلف قدرات المصنع الفردية بين 5 ميجاوات وأكثر من 100 ميجاوات وتتطلب عمومًا أنظمة ضاغط متعددة والتي تكون إما من تصميم برغي الإزاحة الطرد المركزي أو الإيجابي. الأمونيا هي مادة التبريد التي يتم اختيارها لمحطة سطحية ويتم استخدام هالوكربون مناسب تحت الأرض.
يتم رفض الحرارة المطلوبة لتكثيف مادة التبريد بعد الضغط في الغلاف الجوي ، ولتقليل الطاقة المطلوبة لتوفير تبريد المنجم ، يتم الاحتفاظ بهذه الحرارة منخفضة قدر الإمكان عمليًا. تكون درجة حرارة المصباح الرطب دائمًا أقل من درجة حرارة البصيلة الجافة أو مساوية لها ، وبالتالي يتم اختيار أنظمة طرد الحرارة الرطبة دائمًا. يمكن تكثيف مادة التبريد في غلاف وأنبوب أو مبادل حراري للوحة والإطار باستخدام الماء والحرارة المستخرجة ثم يتم رفضها في الغلاف الجوي في برج التبريد. بدلاً من ذلك ، يمكن الجمع بين العمليتين باستخدام مكثف تبخيري حيث يدور المبرد في أنابيب يتم سحب الهواء عليها ورش الماء عليها. إذا تم تركيب محطة التبريد تحت الأرض ، فسيتم استخدام هواء العادم الخاص بالمنجم لطرد الحرارة ما لم يتم ضخ مياه المكثف إلى السطح. إن تشغيل المحطة تحت الأرض مقيد بكمية الهواء المتاح وارتفاع درجات حرارة البصيلة الرطبة تحت الأرض مقارنة بتلك الموجودة على السطح.
بعد تمرير المبرد المكثف عبر صمام التمدد ، يتم استكمال تبخير خليط الغاز والسائل ذو درجة الحرارة المنخفضة في مبادل حراري آخر يبرد ويوفر الماء المبرد. في المقابل ، يتم استخدام هذا لتبريد الهواء الداخل وكمياه خدمة باردة يتم إمدادها بالمنجم. يقلل التلامس بين الماء وهواء التهوية والمنجم من جودة المياه ويزيد من تلوث المبادل الحراري. هذا يزيد من مقاومة تدفق الحرارة. حيثما أمكن ، يتم تقليل هذا التأثير عن طريق اختيار المعدات التي تحتوي على مساحات كبيرة من سطح الماء يسهل تنظيفها. على السطح وتحت الأرض ، يتم استخدام غرف الرش وأبراج التبريد لتوفير تبادل حراري مباشر أكثر فعالية بين الهواء الذي يتم تبريده والماء المبرد. تصبح ملفات التبريد التي تفصل بين مجاري الهواء والماء مسدودة بالغبار وجزيئات الديزل وتنخفض فعاليتها بسرعة.
يمكن استخدام أنظمة استعادة الطاقة لتعويض تكاليف ضخ المياه مرة أخرى من المنجم ، كما أن عجلات بيلتون مناسبة تمامًا لهذا التطبيق. ساعد استخدام الماء البارد كمياه خدمة في ضمان توفر التبريد أينما كان هناك نشاط تعدين ؛ أدى استخدامه إلى تحسين فعالية أنظمة التبريد في المناجم بشكل كبير.
أنظمة الثلج ومبردات البقعة
تبلغ سعة التبريد 1.0 لتر / ثانية من الماء المبرد المزود تحت الأرض من 100 إلى 120 كيلو واط. في المناجم التي تتطلب كميات كبيرة من التبريد تحت الأرض على أعماق تزيد عن 2,500 متر ، يمكن أن تبرر تكاليف تدوير الماء المبرد استبداله بالثلج. عندما تؤخذ الحرارة الكامنة لانصهار الجليد في الاعتبار ، تزداد سعة التبريد لكل 1.0 لتر / ثانية أربع مرات تقريبًا ، مما يقلل من كتلة الماء التي يجب ضخها من المنجم إلى السطح. يؤدي انخفاض طاقة المضخة الناتج عن استخدام الثلج لنقل التبريد إلى تعويض زيادة طاقة محطة التبريد المطلوبة لإنتاج الجليد وعدم جدوى استعادة الطاقة.
عادة ما يكون التطوير هو نشاط التعدين مع أعلى أحمال حرارية بالنسبة لكمية الهواء المتاح للتهوية. ينتج عن هذا غالبًا درجات حرارة أعلى بكثير من تلك الموجودة في أنشطة التعدين الأخرى في نفس المنجم. عندما يكون استخدام التبريد مشكلة حدودية بالنسبة للمنجم ، يمكن للمبردات الموضعية التي تستهدف بشكل خاص تهوية التطوير تأجيل تطبيقها العام. المبرد الموضعي هو في الأساس مصنع تبريد صغير تحت الأرض حيث يتم رفض الحرارة في الهواء العائد من التطوير ويوفر عادةً 250 إلى 500 كيلو واط من التبريد.
المراقبة وحالات الطوارئ
يتم إجراء مسوحات التهوية التي تشمل قياسات تدفق الهواء والملوثات ودرجة الحرارة على أساس روتيني لتلبية كل من المتطلبات القانونية ولتوفير قياس مستمر لفعالية طرق التحكم في التهوية المستخدمة. حيثما كان ذلك عمليًا ، تتم مراقبة المعلمات المهمة مثل تشغيل المروحة الرئيسية بشكل مستمر. يمكن الحصول على درجة معينة من التحكم الآلي حيث تتم مراقبة الملوثات الحرجة بشكل مستمر ، وإذا تم تجاوز الحد المعين مسبقًا ، يمكن المطالبة باتخاذ إجراء تصحيحي.
يتم إجراء مسوحات أكثر تفصيلاً للضغط الجوي ودرجات الحرارة بشكل أقل تكرارًا وتستخدم لتأكيد مقاومة مجرى الهواء وللمساعدة في التخطيط لتمديدات العمليات الحالية. يمكن استخدام هذه المعلومات لضبط مقاومات محاكاة الشبكة وتعكس توزيع تدفق الهواء الفعلي. يمكن أيضًا نمذجة أنظمة التبريد وتحليل قياسات التدفق ودرجة الحرارة لتحديد الأداء الفعلي للمعدات ومراقبة أي تغييرات.
حالات الطوارئ التي قد تؤثر أو تتأثر بنظام التهوية هي حرائق المناجم ، والانفجارات المفاجئة للغاز وانقطاع التيار الكهربائي. يتم التعامل مع الحرائق والانفجارات في مكان آخر في هذا الفصل ، ولا يمثل انقطاع التيار الكهربائي سوى مشكلة في المناجم العميقة حيث قد ترتفع درجات حرارة الهواء إلى مستويات خطيرة. من الشائع توفير مروحة احتياطية تعمل بالديزل لضمان تدفق هواء صغير عبر المنجم في ظل هذه الظروف. بشكل عام ، عندما تحدث حالة طارئة مثل حريق تحت الأرض ، فمن الأفضل عدم التدخل في التهوية بينما لا يزال الأفراد الذين هم على دراية بأنماط التدفق الطبيعي تحت الأرض.
مصادر الضوء في التعدين
في عام 1879 تم تسجيل براءة اختراع لمصباح خيط متوهج عملي. ونتيجة لذلك ، لم يعد الضوء يعتمد على مصدر الوقود. تم تحقيق العديد من الاختراقات المذهلة في معرفة الإضاءة منذ اكتشاف إديسون ، بما في ذلك بعض التطبيقات في المناجم تحت الأرض. لكل منها مزايا وعيوب متأصلة. يسرد الجدول 1 أنواع مصادر الضوء ويقارن بين بعض المعلمات.
الجدول 1. مقارنة بين مصادر الضوء المنجم
نوع من مصدر الضوء |
الإنارة التقريبية |
متوسط العمر المقنن (ح) |
مصدر التيار المستمر |
الفعالية الأولية التقريبية lm · W-1 |
تسليم اللون |
سلك فولاذي |
105 إلى 107 |
750 إلى 1,000 |
نعم |
5 إلى 30 |
أسعار |
ساطع |
2 × 107 |
5 إلى 2,000 |
نعم |
28 |
أسعار |
فلورسنت |
5 × 104 حتى 2 × 105 |
500 إلى 30,000 |
نعم |
100 |
أسعار |
بخار الزئبق |
105 إلى 106 |
16,000 إلى 24,000 |
نعم مع قيود |
63 |
متوسط |
معدن هاليد |
5 × 106 |
10,000 إلى 20,000 |
نعم مع قيود |
125 |
الخير |
الصوديوم ذات الضغط العالي |
107 |
12,000 إلى 24,000 |
لا ينصح |
140 |
معرض |
صوديوم منخفض الضغط |
105 |
10,000 إلى 18,000 |
لا ينصح |
183 |
فقير |
cd = كانديلا ، DC = تيار مباشر ؛ lm = لومن.
قد يكون التيار لتنشيط مصادر الضوء إما بالتناوب (AC) أو مباشر (DC). تستخدم مصادر الإضاءة الثابتة دائمًا التيار المتردد بينما تستخدم المصادر المحمولة مثل مصابيح الغطاء والمصابيح الأمامية للمركبة تحت الأرض بطارية DC. ليست كل أنواع مصادر الضوء مناسبة للتيار المباشر.
مصادر الضوء الثابتة
المصابيح ذات الفتيل التنغستن هي الأكثر شيوعًا ، غالبًا مع لمبة بلورية ودرع لتقليل الوهج. المصباح الفلوري هو ثاني أكثر مصادر الضوء شيوعًا ويمكن تمييزه بسهولة من خلال تصميمه الأنبوبي. التصميمات الدائرية والشكلية مضغوطة ولها تطبيقات تعدين لأن مناطق التعدين غالبًا ما تكون في أماكن ضيقة. يتم استخدام خيوط التنجستن ومصادر الفلورسنت لإضاءة الفتحات المتنوعة تحت الأرض مثل محطات العمود ، والناقلات ، ومسارات السفر ، وغرف الغداء ، ومحطات الشحن ، وخزانات الوقود ، ومستودعات الإصلاح ، والمستودعات ، وغرف الأدوات ، ومحطات الكسارة.
الاتجاه في إضاءة المناجم هو استخدام مصادر إضاءة أكثر كفاءة. هذه هي مصادر التفريغ الأربعة عالية الكثافة (HID) التي تسمى بخار الزئبق ، والهاليد المعدني ، والصوديوم عالي الضغط ، والصوديوم منخفض الضغط. يتطلب كل منها بضع دقائق (من دقيقة إلى سبع) للوصول إلى إخراج الضوء الكامل. أيضًا ، في حالة فقد الطاقة عن المصباح أو إيقاف تشغيلها ، يجب تبريد أنبوب القوس قبل أن يتم ضرب القوس وتوصيل المصباح. (ومع ذلك ، في حالة مصابيح الصوديوم ذات الضغط المنخفض (Sox) ، يكون رد الفعل فوريًا تقريبًا). تختلف توزيعات الطاقة الطيفية الخاصة بها عن تلك الخاصة بالضوء الطبيعي. تنتج مصابيح بخار الزئبق ضوءًا أبيض مزرقًا بينما تنتج مصابيح الصوديوم عالية الضغط ضوءًا مصفرًا. إذا كان التمايز اللوني مهمًا في العمل تحت الأرض (على سبيل المثال ، لاستخدام زجاجات الغاز ذات الرموز اللونية للحام ، أو قراءة العلامات المرمزة بالألوان ، أو وصلات الأسلاك الكهربائية أو فرز الخام حسب اللون) ، فيجب توخي الحذر في خصائص التسليم اللوني لـ مصدر. ستتشوه ألوان سطح الكائنات عند إضاءتها بواسطة مصباح صوديوم منخفض الضغط. يعطي الجدول 1 مقارنات تسليم اللون.
مصادر الضوء المحمولة
مع انتشار أماكن العمل في كثير من الأحيان أفقيًا وعموديًا ، ومع التفجير المستمر في أماكن العمل هذه ، غالبًا ما تُعتبر التركيبات الدائمة غير عملية بسبب تكاليف التركيب والصيانة. في العديد من المناجم ، يعد مصباح الغطاء الذي يعمل بالبطارية أهم مصدر منفرد للضوء. على الرغم من استخدام مصابيح الفلورسنت ذات الغطاء الفلوري ، إلا أن غالبية مصابيح الغطاء تستخدم المصابيح ذات الفتيل التنغستن التي تعمل بالبطارية. البطاريات هي حمض الرصاص أو النيكل والكادميوم. غالبًا ما تستخدم لمبة المصباح الهالوجين التنجستن المصغرة لمصباح غطاء عامل المنجم. يسمح المصباح الصغير بتركيز الشعاع بسهولة. يمنع غاز الهالوجين المحيط بالفتيل مادة خيوط التنجستن من الغليان ، مما يحافظ على جدران المصباح من السواد. يمكن أيضًا حرق المصباح أكثر سخونة وبالتالي أكثر إشراقًا.
بالنسبة لإضاءة المركبات المتنقلة ، فإن المصابيح المتوهجة هي الأكثر استخدامًا. فهي لا تتطلب معدات خاصة وهي رخيصة الثمن وسهلة الاستبدال. تستخدم المصابيح العاكسة بالألمنيوم المكافئ (PAR) كمصابيح أمامية في المركبات.
معايير إضاءة المناجم
عادة ما تكون البلدان التي لديها صناعة تعدين جوفية راسخة محددة تمامًا في متطلباتها فيما يتعلق بما يشكل نظام إضاءة آمنًا للمناجم. هذا ينطبق بشكل خاص على المناجم التي ينبعث منها غاز الميثان من العمل ، وعادة ما تكون مناجم الفحم. يمكن أن يشتعل غاز الميثان ويسبب انفجارًا تحت الأرض يؤدي إلى نتائج مدمرة. وبناءً على ذلك ، يجب تصميم أي أضواء لتكون إما "آمنة جوهريًا" أو "مقاومة للانفجار". مصدر الضوء الآمن جوهريًا هو المصدر الذي يحتوي فيه التيار المغذي للضوء على طاقة قليلة جدًا بحيث لا ينتج عن أي قصر في الدائرة شرارة يمكن أن تؤدي إلى إشعال غاز الميثان. لكي يكون المصباح مقاومًا للانفجار ، يتم احتواء أي انفجار ناتج عن النشاط الكهربائي للمصباح داخل الجهاز. بالإضافة إلى ذلك ، لن يصبح الجهاز نفسه ساخنًا بدرجة كافية لإحداث انفجار. المصباح أغلى وأثقل ، وعادة ما تكون الأجزاء المعدنية مصنوعة من المسبوكات. عادة ما يكون لدى الحكومات مرافق اختبار للتصديق على ما إذا كان يمكن تصنيف المصابيح للاستخدام في منجم غازي. لا يمكن أن يكون مصباح الصوديوم منخفض الضغط معتمدًا لأن الصوديوم الموجود في المصباح يمكن أن يشتعل إذا انكسر المصباح وتلامس الصوديوم مع الماء.
تضع الدول أيضًا معايير لمقدار الضوء المطلوب لمختلف المهام ، لكن التشريعات تختلف اختلافًا كبيرًا في مقدار الضوء الذي يجب وضعه في أماكن العمل المختلفة.
يتم توفير إرشادات لإضاءة المناجم أيضًا من قبل الهيئات الدولية المعنية بالإضاءة ، مثل جمعية هندسة الإضاءة (IES) واللجنة الدولية للإضاءة (CIE). تؤكد CIE على أن جودة الضوء الذي تستقبله العين لا تقل أهمية عن الكمية وتوفر الصيغ للتأكد مما إذا كان الوهج قد يكون عاملاً في الأداء البصري.
آثار الإنارة على الحوادث والإنتاج والصحة
قد يتوقع المرء أن تؤدي الإضاءة الأفضل إلى تقليل الحوادث وزيادة الإنتاج وتقليل المخاطر الصحية ، ولكن ليس من السهل إثبات ذلك. من الصعب قياس التأثير المباشر للإضاءة على الكفاءة والسلامة تحت الأرض لأن الإضاءة ليست سوى واحدة من العديد من المتغيرات التي تؤثر على الإنتاج والسلامة. هناك أدلة موثقة جيدًا تُظهر انخفاض حوادث الطرق السريعة مع تحسين الإضاءة. وقد لوحظ ارتباط مماثل في المصانع. ومع ذلك ، فإن طبيعة التعدين ذاتها تملي أن منطقة العمل تتغير باستمرار ، بحيث يمكن العثور على عدد قليل جدًا من التقارير المتعلقة بحوادث المناجم بالإضاءة في الأدبيات ويظل مجالًا للبحث لم يتم استكشافه إلى حد كبير. تظهر التحقيقات في الحوادث أن الإضاءة السيئة نادراً ما تكون السبب الرئيسي للحوادث تحت الأرض ولكنها غالباً ما تكون عاملاً مساهماً. بينما تلعب ظروف الإضاءة دورًا ما في العديد من حوادث المناجم ، إلا أن لها أهمية خاصة في الحوادث التي تنطوي على سقوط الأرض ، نظرًا لأن الإضاءة السيئة تجعل من السهل تفويت الظروف الخطرة التي يمكن تصحيحها بخلاف ذلك.
حتى بداية القرن العشرين ، كان عمال المناجم يعانون بشكل شائع من مرض رأرأة العين ، والذي لم يكن هناك علاج معروف له. نتج عن الرأرأة تذبذبًا لا يمكن السيطرة عليه في مقل العيون ، والصداع ، والدوخة ، وفقدان الرؤية الليلية. كان سببه العمل تحت مستويات إضاءة منخفضة للغاية لفترات طويلة من الزمن. كان عمال مناجم الفحم حساسين بشكل خاص ، حيث لا ينعكس سوى القليل جدًا من الضوء الذي يصطدم بالفحم. غالبًا ما كان عمال المناجم هؤلاء يضطرون إلى الاستلقاء على جوانبهم عند العمل في الفحم المنخفض وقد يكون هذا قد ساهم أيضًا في المرض. مع إدخال مصباح الغطاء الكهربائي في المناجم ، اختفت رأرأة المنجم ، مما أدى إلى التخلص من أهم المخاطر الصحية المرتبطة بالإضاءة تحت الأرض.
مع التطورات التكنولوجية الحديثة في مصادر الإضاءة الجديدة ، تم إحياء الاهتمام بالإضاءة والصحة. من الممكن الآن الحصول على مستويات إضاءة في المناجم كان من الصعب للغاية تحقيقها في السابق. القلق الرئيسي هو الوهج ، ولكن تم الإعراب أيضًا عن القلق بشأن الطاقة الإشعاعية المنبعثة من الأضواء. يمكن أن تؤثر الطاقة الإشعاعية على العاملين إما من خلال العمل مباشرة على الخلايا الموجودة على سطح الجلد أو بالقرب منه أو عن طريق إثارة استجابات معينة ، مثل الإيقاعات البيولوجية التي تعتمد عليها الصحة الجسدية والعقلية. لا يزال بإمكان مصدر ضوء HID العمل على الرغم من أن الغلاف الزجاجي الذي يحتوي على المصدر متصدع أو مكسور. يمكن أن يتعرض العمال بعد ذلك لخطر تلقي جرعات تتجاوز القيم الحدية ، خاصة وأن مصادر الضوء هذه غالبًا لا يمكن تركيبها عالية جدًا.
رئيس حماية
في معظم البلدان ، يجب تزويد عمال المناجم بقبعات أو قبعات أمان ، ويجب عليهم ارتداؤها ، والتي تمت الموافقة عليها في الولاية القضائية التي يعمل فيها المنجم. تختلف القبعات عن القبعات من حيث أن لها حافة كاملة وليست مجرد قمة أمامية. يتميز هذا بميزة إلقاء المياه في المناجم شديدة الرطوبة. ومع ذلك ، فإنه يحول دون دمج الفتحات الجانبية لتركيب أجهزة حماية السمع ، والمصابيح اليدوية ، واقيات الوجه للحام ، والقطع ، والطحن ، والتقطيع ، والقشور أو غيرها من الملحقات. تمثل القبعات نسبة صغيرة جدًا من حماية الرأس التي يتم ارتداؤها في المناجم.
يتم تجهيز الغطاء أو القبعة في معظم الحالات بقوس مصباح وحامل سلك للسماح بتركيب مصباح غطاء عامل المنجم.
غطاء عامل المنجم التقليدي منخفض للغاية مما يقلل بشكل كبير من ميل عامل المنجم إلى ارتطام رأسه في مناجم الفحم منخفضة التماس. ومع ذلك ، في المناجم التي تكون مساحة الرأس فيها كافية ، لا يخدم المظهر الجانبي المنخفض أي غرض مفيد. علاوة على ذلك ، يتم تحقيق ذلك من خلال تقليل الفجوة بين تاج الغطاء وجمجمة مرتديها بحيث نادرًا ما تلبي هذه الأنواع من الأغطية أعلى معايير التأثير لحماية الرأس الصناعية. في الولايات القضائية التي يتم فيها تطبيق المعايير ، فإن غطاء عامل المنجم التقليدي يفسح المجال لحماية الرأس الصناعية التقليدية.
لم تتغير معايير حماية الرأس الصناعية إلا قليلاً منذ الستينيات. ومع ذلك ، في التسعينيات ، أبرزت الطفرة في حماية الرأس الترفيهية ، مثل خوذات الهوكي وخوذات الدراجات وما إلى ذلك ، ما يُنظر إليه على أنه أوجه قصور في حماية الرأس الصناعي ، وأبرزها الافتقار إلى حماية التأثير الجانبي ونقص قدرات الاحتفاظ في حدث تأثير. وبالتالي ، كان هناك ضغط لرفع مستوى معايير حماية الرأس الصناعي ، وقد حدث هذا بالفعل في بعض الولايات القضائية. تظهر الآن أغطية الأمان ذات البطانات الرغوية ، وربما المعلقات ذات السقاطة و / أو أحزمة الذقن في السوق الصناعية. لم يتم قبولها على نطاق واسع من قبل المستخدمين بسبب التكلفة والوزن المرتفعين وراحتهم الأقل. ومع ذلك ، مع ترسيخ المعايير الجديدة على نطاق واسع في تشريعات العمل ، من المرجح أن يظهر النمط الجديد للغطاء في صناعة التعدين.
مصابيح سقف
في مناطق المنجم التي لم يتم فيها تركيب إضاءة دائمة ، يعد مصباح غطاء عامل المنجم ضروريًا للسماح لعامل المنجم بالتحرك والعمل بفعالية وأمان. تتمثل المتطلبات الرئيسية لمصباح الغطاء في أن يكون متينًا وسهل التشغيل بأيدٍ مرتدية قفازًا ، ويوفر ناتجًا كافيًا من الضوء طوال مدة نوبة العمل (إلى مستويات الإضاءة التي تتطلبها اللوائح المحلية) وأن يكون خفيفًا قدر الإمكان بدون التضحية بأي من معايير الأداء المذكورة أعلاه.
حلت مصابيح الهالوجين إلى حد كبير محل لمبة خيوط التنجستن المتوهجة في السنوات الأخيرة. وقد أدى ذلك إلى تحسين ثلاثة أو أربعة أضعاف في مستويات الإضاءة ، مما يجعل من الممكن تلبية الحد الأدنى من معايير الإضاءة التي يتطلبها التشريع حتى في نهاية وردية العمل الممتدة. تلعب تقنية البطارية أيضًا دورًا رئيسيًا في أداء المصباح. لا تزال بطارية الرصاص الحمضية هي السائدة في معظم تطبيقات التعدين ، على الرغم من أن بعض الشركات المصنعة قد أدخلت بنجاح بطاريات النيكل والكادميوم (نيكاد) ، والتي يمكن أن تحقق نفس الأداء بوزن أقل. ومع ذلك ، لا تزال قضايا الموثوقية وطول العمر والصيانة تفضل بطارية الرصاص الحمضية وربما تفسر هيمنتها المستمرة.
بالإضافة إلى وظيفتها الأساسية المتمثلة في توفير الإضاءة ، فقد تم مؤخرًا دمج مصباح الغطاء والبطارية في أنظمة اتصالات السلامة في المناجم. تسمح أجهزة الاستقبال اللاسلكية والدوائر المضمنة في غطاء البطارية لعمال المناجم بتلقي الرسائل أو التحذيرات أو تعليمات الإخلاء من خلال الإرسال اللاسلكي ذي التردد المنخفض للغاية (VLF) وتمكينهم من أن يكونوا على علم بالرسالة الواردة عن طريق وميض تشغيل / إيقاف تشغيل مصباح الغطاء.
لا تزال هذه الأنظمة في مهدها ، لكن لديها القدرة على توفير قدرة إنذار مبكر على أنظمة الغازات الرائحة التقليدية في تلك المناجم حيث يمكن تصميم وتركيب نظام اتصالات لاسلكية VLF.
حماية العين والوجه
تحتوي معظم عمليات التعدين في جميع أنحاء العالم على برامج إلزامية لحماية العين تتطلب من عامل المنجم ارتداء نظارات السلامة أو النظارات الواقية أو الواجهات أو جهاز التنفس الصناعي الكامل للوجه ، اعتمادًا على العمليات التي يتم إجراؤها ومجموعة المخاطر التي يتعرض لها عامل المنجم. بالنسبة لمعظم عمليات التعدين ، توفر نظارات الأمان المزودة بدروع جانبية حماية مناسبة. يمكن أن يكون الغبار والأوساخ في العديد من بيئات التعدين ، وعلى الأخص تعدين الصخور الصلبة ، شديدة الكشط. يتسبب هذا في حدوث خدش وارتداء سريع لنظارات الأمان ذات العدسات البلاستيكية (البولي كربونات). لهذا السبب ، لا تزال العديد من المناجم تسمح باستخدام العدسات الزجاجية ، على الرغم من أنها لا توفر مقاومة الصدمات والكسر التي توفرها البولي كربونات ، وعلى الرغم من أنها قد لا تفي بالمعيار السائد لارتداء العين الواقي في الولاية القضائية المعينة. يستمر التقدم في كل من العلاجات المضادة للضباب وعلاجات تصلب الأسطح للعدسات البلاستيكية. عادةً ما تكون تلك المعالجات التي تغير التركيب الجزيئي لسطح العدسة بدلاً من مجرد وضع فيلم أو طلاء أكثر فاعلية وطويلة الأمد ولديها القدرة على استبدال الزجاج كمواد العدسة المفضلة لبيئات التعدين الكاشطة.
لا يتم ارتداء النظارات بشكل متكرر تحت الأرض إلا إذا كانت العملية المعينة تشكل خطر تناثر المواد الكيميائية.
يمكن ارتداء درع الوجه حيث يحتاج عامل المنجم إلى حماية كاملة للوجه من تناثر اللحام أو بقايا الطحن أو غيرها من الجزيئات المتطايرة الكبيرة التي يمكن إنتاجها عن طريق القطع أو التقطيع أو التحجيم. قد يكون درع الوجه ذا طبيعة متخصصة ، كما هو الحال في اللحام ، أو قد يكون أكريليكًا أو بولي كربونات شفافًا. على الرغم من أنه يمكن تجهيز دروع الوجه بأحزمة رأس خاصة بها ، إلا أنه في حالة التعدين يتم تركيبها عادةً في فتحات الملحقات في غطاء أمان عامل المنجم. تم تصميم Faceshields بحيث يمكن تعليقها بسرعة وسهولة لأعلى لمراقبة العمل ولأسفل على الوجه للحماية عند أداء العمل.
يمكن ارتداء كمامة كاملة للوجه لحماية الوجه عندما يكون هناك أيضًا حاجة لحماية الجهاز التنفسي من مادة مهيجة للعينين. غالبًا ما تصادف مثل هذه العمليات في معالجة المناجم فوق الأرض أكثر من عملية التعدين تحت الأرض نفسها.
حماية الجهاز التنفسي
حماية الجهاز التنفسي الأكثر شيوعًا في عمليات التعدين هي الحماية من الغبار. يمكن ترشيح غبار الفحم بالإضافة إلى معظم الغبار المحيط بشكل فعال باستخدام قناع غبار ربع وجه غير مكلف. النوع الذي يستخدم غطاء الأنف / الفم المرن والمرشحات القابلة للاستبدال فعال. جهاز التنفس الصناعي المصبوب من نوع كوب الألياف غير فعال.
يمكن أن ينتج عن اللحام والقطع باللهب واستخدام المذيبات ومعالجة الوقود والتفجير والعمليات الأخرى ملوثات محمولة بالهواء تتطلب استخدام أجهزة تنفس ثنائية الخرطوشة لإزالة مجموعات الغبار والضباب والأبخرة والأبخرة العضوية والغازات الحمضية. في هذه الحالات ، ستتم الإشارة إلى الحاجة إلى الحماية لعمال المناجم من خلال قياس الملوثات ، وعادة ما يتم إجراؤها محليًا ، باستخدام أنابيب الكاشف أو الأدوات المحمولة. يتم ارتداء جهاز التنفس المناسب حتى يقوم نظام تهوية المنجم بإزالة الملوثات أو تقليلها إلى مستويات مقبولة.
قد تتطلب أنواع معينة من الجسيمات التي توجد في المناجم ، مثل ألياف الأسبستوس الموجودة في مناجم الأسبستوس ، وغرامات الفحم المنتجة في مناجم الجدران الطويلة والنويدات المشعة الموجودة في تعدين اليورانيوم ، استخدام جهاز تنفس بضغط إيجابي مزود بجسيمات مطلقة عالية الكفاءة (HEPA) منقي. تعمل أجهزة التنفس الصناعي لتنقية الهواء (PAPRs) التي تزود غطاء المحرك بالهواء المفلتر أو قطعة وجه ضيقة أو مجموعة خوذة متكاملة على شكل خوذة لتلبية هذا المطلب.
حماية السمع
تولد المركبات والآلات والأدوات الكهربائية الموجودة تحت الأرض مستويات عالية من الضوضاء المحيطة والتي يمكن أن تسبب ضررًا طويل المدى لسمع الإنسان. يتم توفير الحماية عادةً عن طريق واقيات من نوع غطاء الأذن والتي يتم تثبيتها بفتحة على غطاء المنجم. يمكن توفير حماية تكميلية من خلال ارتداء سدادات الأذن الرغوية الخلوية المغلقة جنبًا إلى جنب مع واقي الأذن. يمكن استخدام سدادات الأذن ، إما من مجموعة خلايا الرغوة التي يمكن التخلص منها أو مجموعة اللدائن المرنة القابلة لإعادة الاستخدام ، بمفردها ، إما بسبب التفضيل أو بسبب استخدام فتحة الملحقات لحمل واقي للوجه أو أي ملحق آخر.
حماية الجلد
قد تسبب بعض عمليات التعدين تهيج الجلد. يتم ارتداء قفازات العمل كلما أمكن ذلك في مثل هذه العمليات ويتم توفير كريمات حاجزة لحماية إضافية ، خاصةً عندما يتعذر ارتداء القفازات.
حماية القدم
قد يكون صندوق العمل في التعدين مصنوعًا من الجلد أو المطاط ، اعتمادًا على ما إذا كان المنجم جافًا أو رطبًا. الحد الأدنى لمتطلبات الحماية للحذاء يشمل نعلًا مقاومًا للثقب بالكامل مع طبقة خارجية مركبة لمنع الانزلاق وغطاء إصبع القدم الصلب وواقي مشط القدم. على الرغم من أن هذه المتطلبات الأساسية لم تتغير في سنوات عديدة ، فقد تم إحراز تقدم نحو تلبيتها في حذاء أقل تعقيدًا بكثير وأكثر راحة بكثير من الأحذية منذ عدة سنوات. على سبيل المثال ، تتوفر واقيات مشط القدم الآن في ألياف مصبوبة لتحل محل الأطواق والسروج الفولاذية التي كانت شائعة في السابق. أنها توفر حماية مكافئة مع وزن أقل وأقل خطر التعثر. أصبحت الأشكال الأخيرة (أشكال القدم) أكثر صحة من الناحية التشريحية ، كما أن نعلًا متوسطًا يمتص الطاقة ، وحواجز رطوبة كاملة ، ومواد عازلة حديثة شقت طريقها من سوق الأحذية الرياضية / الترفيهية إلى حذاء التعدين.
ملابس
المعاطف القطنية العادية أو المعاطف القطنية المقاومة للهب المعالجة هي ملابس العمل العادية في المناجم. عادةً ما يتم إضافة شرائط من المواد العاكسة لجعل عامل المنجم أكثر وضوحًا لسائقي المركبات تحت الأرض المتحركة. قد يرتدي عمال المناجم الذين يعملون مع المثاقب الضخمة أو غيرها من المعدات الثقيلة بدلات المطر فوق معاطفهم للحماية من قطع السوائل والزيت الهيدروليكي وزيوت التشحيم ، والتي يمكن أن ترش أو تتسرب من المعدات.
يتم ارتداء قفازات العمل لحماية اليد. يتم تصنيع قفاز العمل للأغراض العامة من قماش قطني مقوى بالجلد. سيتم استخدام أنواع وأنماط أخرى من القفازات لوظائف مهمة خاصة.
أحزمة وأحزمة
في معظم الولايات القضائية ، لم يعد حزام عمال المناجم مناسبًا أو معتمدًا للحماية من السقوط. لا يزال يتم استخدام حزام أو حزام جلدي ، مع أو بدون حمالات وبدعم قطني أو بدونه لحمل بطارية المصباح بالإضافة إلى مرشح منقذ ذاتيًا أو منقذًا ذاتيًا (مولد أكسجين) ، إذا لزم الأمر.
يعد حزام الأمان الكامل للجسم المزود بحلقة على شكل D بين شفرات الكتف هو الجهاز الوحيد الموصى به لحماية عمال المناجم من السقوط. يجب ارتداء الحزام مع حبل مناسب وجهاز امتصاص الصدمات من قبل عمال المناجم الذين يعملون في أعمدة أو فوق الكسارات أو بالقرب من حوض أو حفر مفتوحة. يمكن إضافة حلقات D إضافية إلى حزام أو حزام عامل منجم لتحديد مواقع العمل أو لتقييد الحركة ضمن الحدود الآمنة.
الحماية من الحرارة والبرودة
في المناجم المفتوحة في المناخات الباردة ، يرتدي عمال المناجم ملابس شتوية بما في ذلك الجوارب الحرارية ، والملابس الداخلية والقفازات ، والسراويل المقاومة للرياح أو السراويل ، وسترة مبطنة بغطاء للرأس وبطانة شتوية لارتدائها مع غطاء الأمان.
في المناجم تحت الأرض ، تعتبر الحرارة مشكلة أكثر من مشكلة البرودة. قد تكون درجات الحرارة المحيطة مرتفعة بسبب عمق المنجم تحت الأرض أو بسبب وجوده في مناخ حار. يمكن توفير الحماية من الإجهاد الحراري وضربات الحرارة المحتملة من خلال الملابس الخاصة أو الملابس الداخلية التي يمكن أن تستوعب عبوات الهلام المجمدة أو التي يتم إنشاؤها بشبكة من أنابيب التبريد لتدوير سوائل التبريد على سطح الجسم ثم من خلال مبادل حراري خارجي. في الحالات التي تكون فيها الصخور نفسها ساخنة ، يتم ارتداء القفازات والجوارب والأحذية المقاومة للحرارة. يجب توفير مياه الشرب أو ، ويفضل ، مياه الشرب المضاف إليها إلكتروليتات ويجب استهلاكها لتعويض سوائل الجسم المفقودة.
معدات الحماية الأخرى
اعتمادًا على اللوائح المحلية ونوع المنجم ، قد يُطلب من عمال المناجم حمل جهاز الإنقاذ الذاتي. هذا هو جهاز حماية الجهاز التنفسي الذي سيساعد عامل المنجم على الهروب من المنجم في حالة نشوب حريق أو انفجار يجعل الغلاف الجوي غير قابل للتنفس بسبب أول أكسيد الكربون والدخان والملوثات السامة الأخرى. قد يكون المنقذ الذاتي جهازًا من نوع الترشيح مزودًا بمحفز لتحويل أول أكسيد الكربون أو قد يكون منقذًا ذاتيًا ، أي جهاز تنفس ذو دورة مغلقة يقوم بتجديد الأكسجين كيميائيًا من التنفس الزفير.
لا يتم حمل الأدوات المحمولة (بما في ذلك أنابيب الكاشف ومضخات أنبوب الكاشف) للكشف عن الغازات السامة والقابلة للاحتراق وقياسها بشكل روتيني من قبل جميع عمال المناجم ، ولكن يتم استخدامها من قبل مسؤولي السلامة في المناجم أو غيرهم من الأفراد المعينين وفقًا لإجراءات التشغيل القياسية لاختبار أجواء المناجم بشكل دوري أو قبل الدخول.
يثبت تحسين القدرة على التواصل مع الأفراد في عمليات التعدين تحت الأرض أن له مزايا أمان هائلة وأنظمة اتصالات ثنائية الاتجاه ، وأجهزة الاستدعاء الشخصي وأجهزة تحديد موقع الأفراد تجد طريقها إلى عمليات التعدين الحديثة.
تشكل الحرائق والانفجارات تهديدا مستمرا لسلامة عمال المناجم والقدرة الإنتاجية للمناجم. تعد حرائق الألغام وانفجاراتها من أكثر الكوارث الصناعية تدميراً.
في نهاية القرن التاسع عشر ، أدت الحرائق والانفجارات في المناجم إلى خسائر في الأرواح وأضرار في الممتلكات على نطاق لا مثيل له في القطاعات الصناعية الأخرى. ومع ذلك ، تم إحراز تقدم واضح في السيطرة على هذه المخاطر ، كما يتضح من الانخفاض في حرائق الألغام والانفجارات المبلغ عنها في العقود الأخيرة.
توضح هذه المقالة مخاطر الحريق والانفجار الأساسية للتعدين تحت الأرض والضمانات اللازمة لتقليلها. يمكن العثور على معلومات الحماية من الحرائق على المناجم السطحية في مكان آخر من هذا موسوعة وفي معايير مثل تلك الصادرة عن منظمات مثل الرابطة الوطنية للحماية من الحرائق في الولايات المتحدة (على سبيل المثال ، NFPA 1996a).
مناطق الخدمة الدائمة
بحكم طبيعتها ، تشتمل مناطق الخدمة الدائمة على أنشطة خطرة معينة ، وبالتالي ينبغي اتخاذ احتياطات خاصة. محلات الصيانة تحت الأرض والمرافق ذات الصلة تشكل خطرا خاصا في منجم تحت الأرض.
تم العثور بانتظام على المعدات المتنقلة في ورش الصيانة لتكون مصدرًا متكررًا للحرائق. تنشأ الحرائق في معدات التعدين التي تعمل بالديزل عادةً من تسرب خطوط هيدروليكية عالية الضغط يمكنها رش ضباب ساخن من سائل شديد الاحتراق على مصدر اشتعال ، مثل مشعب العادم الساخن أو شاحن توربيني (Bickel 1987). يمكن أن تنمو الحرائق على هذا النوع من المعدات بسرعة.
لا تحتوي الكثير من المعدات المتنقلة المستخدمة في المناجم تحت الأرض على مصادر الوقود فقط (مثل وقود الديزل والمكونات الهيدروليكية) ولكنها تحتوي أيضًا على مصادر الاشتعال (مثل محركات الديزل والمعدات الكهربائية). وبالتالي ، فإن هذه المعدات تمثل خطرًا ملموسًا للحرائق. بالإضافة إلى هذه المعدات ، تحتوي ورش الصيانة عمومًا على مجموعة متنوعة من الأدوات والمواد والمعدات الأخرى (على سبيل المثال ، معدات إزالة الشحوم) التي تشكل خطرًا في أي بيئة متجر ميكانيكي.
تعتبر عمليات اللحام والقطع سببًا رئيسيًا لحرائق المناجم. يمكن توقع حدوث هذا النشاط بانتظام في منطقة الصيانة. يجب اتخاذ احتياطات خاصة للتأكد من أن هذه الأنشطة لا تخلق مصدر اشتعال محتمل لحريق أو انفجار. يمكن العثور على معلومات الحماية من الحرائق والانفجارات المتعلقة بممارسات اللحام الآمنة في مكان آخر في هذا موسوعة وفي وثائق أخرى (على سبيل المثال ، NFPA 1994a).
يجب مراعاة جعل منطقة المتجر بأكملها عبارة عن هيكل مغلق تمامًا من البناء المقاوم للحريق. هذا مهم بشكل خاص للمحلات المخصصة للاستخدام لمدة تزيد عن 6 أشهر. إذا لم يكن مثل هذا الترتيب ممكنًا ، فيجب حماية المنطقة بالكامل بواسطة نظام إخماد حريق تلقائي. هذا مهم بشكل خاص لمناجم الفحم ، حيث من الضروري تقليل أي مصدر حريق محتمل.
من الاعتبارات المهمة الأخرى لجميع مناطق المتاجر أنه يتم تنفيسها مباشرة إلى الهواء العائد ، مما يحد من انتشار منتجات الاحتراق من أي حريق. تم تحديد متطلبات هذا النوع من المرافق بوضوح في وثائق مثل NFPA 122 ، المواصفة القياسية الخاصة بمنع ومكافحة الحرائق في المناجم المعدنية وغير المعدنية الموجودة تحت الأرض، و NFPA 123 ، المواصفة القياسية الخاصة بمنع ومكافحة الحرائق في مناجم الفحم القار تحت الأرض (NFPA 1995a، 1995b).
خزانات الوقود ومناطق تخزين الوقود
يشكل تخزين ومناولة واستخدام السوائل القابلة للاشتعال والقابلة للاشتعال خطر حريق خاص لجميع قطاعات صناعة التعدين.
في العديد من المناجم تحت الأرض ، عادة ما تعمل المعدات المتنقلة بالديزل ، وتشتمل نسبة كبيرة من الحرائق على الوقود الذي تستخدمه هذه الآلات. في مناجم الفحم ، تتفاقم مخاطر الحرائق هذه بسبب وجود الفحم وغبار الفحم والميثان.
يعد تخزين السوائل القابلة للاشتعال والاشتعال مصدر قلق مهم بشكل خاص لأن هذه المواد تشتعل بسهولة أكبر وتنتشر النار بسرعة أكبر من المواد القابلة للاحتراق العادية. غالبًا ما يتم تخزين السوائل القابلة للاشتعال والقابلة للاشتعال تحت الأرض في معظم المناجم غير الفحم بكميات محدودة. في بعض المناجم ، تكون منشأة التخزين الرئيسية لوقود الديزل وزيوت التشحيم والشحوم والسوائل الهيدروليكية تحت الأرض. تتطلب الخطورة المحتملة للحريق في منطقة تخزين السوائل القابلة للاشتعال والاحتراق تحت الأرض عناية فائقة في تصميم مناطق التخزين ، بالإضافة إلى التنفيذ والتطبيق الصارم لإجراءات التشغيل الآمنة.
تمثل جميع جوانب استخدام السوائل القابلة للاشتعال والقابلة للاشتعال مخاوف صعبة بشأن الحماية من الحرائق ، بما في ذلك النقل إلى تحت الأرض والتخزين والاستغناء والاستخدام النهائي في المعدات. يمكن العثور على المخاطر وطرق الحماية للسوائل القابلة للاشتعال والقابلة للاشتعال في المناجم تحت الأرض في مكان آخر من هذا موسوعة وفي معايير NFPA (على سبيل المثال ، NFPA 1995a ، 1995b ، 1996b).
مانع الحريق
تستند السلامة من الحرائق والانفجارات في المناجم تحت الأرض إلى المبادئ العامة لمنع الحريق والانفجار. عادةً ما يتضمن ذلك استخدام تقنيات السلامة من الحرائق المنطقية ، مثل منع التدخين ، فضلاً عن توفير تدابير الحماية من الحرائق المدمجة لمنع الحرائق من النمو ، مثل أجهزة الإطفاء المحمولة أو أنظمة الكشف المبكر عن الحرائق.
تنقسم ممارسات منع الحرائق والانفجارات في المناجم عمومًا إلى ثلاث فئات: الحد من مصادر الاشتعال ، والحد من مصادر الوقود ، والحد من ملامسة الوقود ومصدر الإشعال.
الحد من مصادر الاشتعال ربما تكون أبسط طريقة لمنع نشوب حريق أو انفجار. يجب حظر مصادر الإشعال غير الضرورية لعملية التعدين تمامًا. على سبيل المثال ، يجب حظر التدخين وأي حرائق مكشوفة ، خاصة في مناجم الفحم تحت الأرض. يجب أن تحتوي جميع المعدات الآلية والميكانيكية التي قد تتعرض لتراكم غير مرغوب فيه للحرارة ، مثل الناقلات ، على مفاتيح انزلاق وتسلسل وقواطع حرارية على المحركات الكهربائية. تمثل المتفجرات خطرًا واضحًا ، ولكنها قد تكون أيضًا مصدرًا للاشتعال للغبار المعلق للغازات الخطرة ويجب استخدامها في توافق صارم مع لوائح التفجير الخاصة.
يعد التخلص من مصادر الإشعال الكهربائي أمرًا ضروريًا لمنع الانفجارات. يجب تصميم وبناء واختبار وتركيب المعدات الكهربائية التي تعمل في الأماكن التي قد يتواجد فيها غاز الميثان أو غبار الكبريتيد أو غيرها من مخاطر الحريق ، بحيث لا يتسبب تشغيلها في نشوب حريق أو انفجار في منجم. يجب استخدام العبوات المقاومة للانفجار ، مثل المقابس والأوعية وأجهزة مقاطعة الدائرة ، في المناطق الخطرة. تم وصف استخدام المعدات الكهربائية الآمنة جوهريًا بمزيد من التفصيل في مكان آخر من هذا موسوعة وفي وثائق مثل NFPA 70 ، الكود الكهربائي الوطني (الرابطة الوطنية للحماية من الحرائق 1996 ج).
الحد من مصادر الوقود يبدأ بالتدبير المنزلي الجيد لمنع التراكم غير الآمن للنفايات والخرق الزيتية وغبار الفحم وغيرها من المواد القابلة للاحتراق.
عند توفرها ، يجب استخدام بدائل أقل خطورة لبعض المواد القابلة للاحتراق مثل السوائل الهيدروليكية وسيور النقل والخراطيم الهيدروليكية وأنابيب التهوية (Bureau of Mines 1978). غالبًا ما تتطلب منتجات الاحتراق شديدة السمية التي قد تنتج عن احتراق بعض المواد مواد أقل خطورة. على سبيل المثال ، تم استخدام رغوة البولي يوريثان على نطاق واسع في المناجم تحت الأرض لأختام التهوية ، ولكن تم حظرها مؤخرًا في العديد من البلدان.
بالنسبة لانفجارات مناجم الفحم تحت الأرض ، يكون غبار الفحم والميثان عادةً الوقود الأساسي المتضمن. قد يوجد الميثان أيضًا في مناجم غير الفحم ويتم التعامل معه بشكل شائع عن طريق التخفيف بهواء التهوية والاستنفاد من المنجم (Timmons ، Vinson and Kissell 1979). بالنسبة لغبار الفحم ، يتم إجراء كل محاولة لتقليل توليد الغبار في عمليات التعدين ، ولكن الكمية الضئيلة اللازمة لانفجار غبار الفحم أمر لا مفر منه تقريبًا. طبقة من الغبار على الأرض بسمك 0.012 مم فقط ستسبب انفجارًا إذا علقت في الهواء. وبالتالي ، فإن غبار الصخور باستخدام مادة خاملة مثل الحجر الجيري المسحوق أو الدولوميت أو الجبس (غبار الصخور) سيساعد على منع انفجارات غبار الفحم.
الحد من ملامسة الوقود ومصدر الإشعال يعتمد على منع الاتصال بين مصدر الإشعال ومصدر الوقود. على سبيل المثال ، عندما يتعذر إجراء عمليات اللحام والقطع في حاويات مقاومة للحريق ، فمن المهم أن تكون المناطق مبللة وأن يتم تغطية المواد القابلة للاحتراق القريبة بمواد مقاومة للحريق أو نقلها. يجب أن تكون طفايات الحريق متاحة بسهولة وأن تكون ساعة حريق معلقة طالما كان ذلك ضروريًا للحماية من الحرائق المشتعلة.
يجب تصميم المناطق ذات التحميل العالي من المواد القابلة للاحتراق ، مثل مناطق تخزين الأخشاب ، ومجلات المتفجرات ، ومناطق تخزين السوائل القابلة للاشتعال والاحتراق والمتاجر ، لتقليل مصادر الاشتعال المحتملة. يجب أن تحتوي المعدات المتنقلة على سوائل هيدروليكية وخطوط وقود وزيوت يتم إعادة توجيهها بعيدًا عن الأسطح الساخنة والمعدات الكهربائية ومصادر الاشتعال المحتملة الأخرى. يجب تركيب واقيات الرذاذ لحرف بخاخات السائل القابل للاشتعال عن خطوط الموائع المكسورة بعيدًا عن مصادر الاشتعال المحتملة.
تم تحديد متطلبات الوقاية من الحرائق والانفجارات الخاصة بالألغام بوضوح في وثائق NFPA (على سبيل المثال ، NFPA 1992a ، 1995a ، 1995b).
أنظمة الكشف عن الحرائق والإنذار
يعد الوقت المنقضي بين بداية الحريق واكتشافه أمرًا بالغ الأهمية لأن الحرائق قد تنمو بسرعة من حيث الحجم والشدة. المؤشر الأكثر سرعة وموثوقية للحريق هو من خلال أنظمة الكشف والإنذار المتقدمة عن الحرائق باستخدام أجهزة تحليل الحرارة واللهب والدخان والغاز الحساسة (Griffin 1979).
يعد الكشف عن الغاز أو الدخان الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة لتوفير تغطية الكشف عن الحرائق على مساحة كبيرة أو في جميع أنحاء المنجم بأكمله (Morrow and Litton 1992). عادةً ما يتم تثبيت أنظمة الكشف عن الحرائق الحرارية للمعدات غير الخاضعة للرقابة ، مثل أحزمة النقل. تعتبر أجهزة الكشف عن الحرائق سريعة المفعول مناسبة لبعض المناطق عالية الخطورة ، مثل مناطق تخزين السوائل القابلة للاشتعال والقابلة للاحتراق ، ومناطق التزود بالوقود والمتاجر. غالبًا ما تستخدم كاشفات اللهب الضوئية التي تستشعر الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من حريق في هذه المناطق.
يجب تحذير جميع عمال المناجم بمجرد اكتشاف حريق. يتم استخدام الهواتف والمراسلين أحيانًا ، ولكن غالبًا ما يكون عمال المناجم بعيدًا عن الهواتف وغالبًا ما يكونون متناثرين على نطاق واسع. في مناجم الفحم ، تتمثل أكثر وسائل الإنذار بالحرائق شيوعًا في إيقاف تشغيل الطاقة الكهربائية والإخطار اللاحق عبر الهاتف والمراسلين. هذا ليس خيارًا للمناجم غير الفحم ، حيث يتم تشغيل القليل من المعدات بالكهرباء. يعد التحذير من الرائحة الكريهة طريقة شائعة للاتصال في حالات الطوارئ في المناجم تحت الأرض غير العاملة بالفحم (Pomroy and Muldoon 1983). كما تم استخدام أنظمة اتصالات لاسلكية خاصة بترددات الراديو بنجاح في كل من مناجم الفحم وغير الفحم (Bureau of Mines 1988).
الشاغل الرئيسي أثناء الحريق تحت الأرض هو سلامة العاملين تحت الأرض. يسمح الكشف والإنذار المبكر عن الحرائق بالشروع في خطة طوارئ في المنجم. تضمن هذه الخطة حدوث الأنشطة الضرورية ، مثل الإخلاء ومكافحة الحرائق. لضمان التنفيذ السلس لخطة الطوارئ ، يجب تزويد عمال المناجم بتدريب شامل وإعادة تدريب دورية على إجراءات الطوارئ. يجب إجراء التدريبات على الحرائق ، كاملة مع تنشيط نظام الإنذار من الألغام ، بشكل متكرر لتعزيز التدريب وتحديد نقاط الضعف في خطة الطوارئ.
يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول أنظمة الكشف عن الحرائق والإنذار في مكان آخر من هذا موسوعة وفي وثائق NFPA (على سبيل المثال ، NFPA 1995a ، 1995b ، 1996d).
قمع النار
أكثر أنواع معدات إخماد الحرائق شيوعًا المستخدمة في المناجم تحت الأرض هي أجهزة الإطفاء اليدوية المحمولة وخراطيم المياه وأنظمة الرش وغبار الصخور (يتم تطبيقها يدويًا أو من آلة إزالة غبار الصخور) ومولدات الرغوة. أكثر أنواع الطفايات اليدوية المحمولة شيوعًا هي تلك التي تستخدم مواد كيميائية جافة متعددة الأغراض.
أصبحت أنظمة إخماد الحرائق ، سواء أكانت يدوية أم أوتوماتيكية ، أكثر شيوعًا للمعدات المتنقلة ومناطق تخزين السوائل القابلة للاحتراق ومحركات الحزام الناقل والتركيبات الكهربائية (Grannes و Ackerson و Green 1990). يعد إخماد الحرائق الأوتوماتيكيًا مهمًا بشكل خاص للمعدات غير المراقبة أو الآلية أو معدات التحكم عن بعد حيث لا يتواجد الأفراد للكشف عن حريق أو لتفعيل نظام إخماد الحرائق أو لبدء عمليات مكافحة الحرائق.
إخماد الانفجار هو شكل من أشكال إخماد الحرائق. تستخدم بعض مناجم الفحم الأوروبية هذه التكنولوجيا في شكل حواجز سلبية أو مشغلة على أساس محدود. تتكون الحواجز السلبية من صفوف من أحواض كبيرة تحتوي على ماء أو غبار صخري معلق من سقف مدخل منجم. في حالة حدوث انفجار ، تؤدي جبهة الضغط التي تسبق وصول مقدمة اللهب إلى إغراق محتويات الأحواض. تقوم الكابتات المشتتة بإخماد اللهب أثناء مروره عبر المدخل المحمي بواسطة نظام الحاجز. تستخدم الحواجز المشغلة جهاز تشغيل يعمل بالكهرباء أو بالهواء المضغوط يتم تشغيله بواسطة الحرارة أو اللهب أو ضغط الانفجار لإطلاق عوامل مثبطة يتم تخزينها في حاويات مضغوطة (Hertzberg 1982).
الحرائق التي تصل إلى مرحلة متقدمة يجب أن يتم مكافحتها فقط من قبل فرق مكافحة الحرائق المدربة تدريباً عالياً والمجهزة بشكل خاص. عندما تحترق مساحات كبيرة من الفحم أو الأخشاب في منجم تحت الأرض وتكون عملية مكافحة الحرائق معقدة بسبب السقوط الواسع للأسطح ، وعدم اليقين في التهوية وتراكم الغازات المتفجرة ، ينبغي اتخاذ إجراءات خاصة. البدائل العملية الوحيدة قد تكون خاملة بالنيتروجين ، وثاني أكسيد الكربون ، ومنتجات الاحتراق لمولد غاز خامل ، أو عن طريق الغمر بالماء أو إغلاق جزء من المنجم أو كل المنجم (Ramaswatny and Katiyar 1988).
يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول إخماد الحرائق في مكان آخر في هذا موسوعة وفي العديد من وثائق NFPA (مثل NFPA 1994b، 1994c، 1994d، 1995a، 1995b، 1996e، 1996f، 1996g).
احتواء الحريق
احتواء الحريق آلية تحكم أساسية لأي نوع من المنشآت الصناعية. يمكن أن تساعد وسائل تقييد حريق منجم تحت الأرض أو الحد منه في ضمان إخلاء أكثر أمانًا للألغام وتقليل مخاطر مكافحة الحرائق.
بالنسبة لمناجم الفحم تحت الأرض ، يجب تخزين الزيت والشحوم في حاويات مغلقة ومقاومة للحريق ، ويجب أن تكون مناطق التخزين من البناء المقاوم للحريق. يجب وضع محطات المحولات ومحطات شحن البطاريات وضواغط الهواء والمحطات الفرعية والمتاجر والمنشآت الأخرى في مناطق مقاومة للحريق أو في هياكل مقاومة للحريق. يجب تركيب المعدات الكهربائية غير الخاضعة للرقابة على أسطح غير قابلة للاحتراق وفصلها عن الفحم وغيره من المواد القابلة للاحتراق أو حمايتها بنظام إخماد الحرائق.
يجب أن تكون مواد حواجز البناء والأختام ، بما في ذلك الخشب والقماش والمناشير والمسامير والمطارق والجص أو الأسمنت وغبار الصخور ، متاحة بسهولة لكل قسم عمل. في المناجم تحت الأرض غير الفحم ، يجب تخزين الزيت والشحوم ووقود الديزل في حاويات محكمة الإغلاق في مناطق مقاومة للحريق على مسافات آمنة من مخازن المتفجرات والتركيبات الكهربائية ومحطات الأعمدة. حواجز التحكم في التهوية وأبواب الحريق مطلوبة في مناطق معينة لمنع انتشار الحريق والدخان والغازات السامة (Ng and Lazzara 1990).
تخزين الكاشف (المطاحن)
قد تؤدي العمليات المستخدمة لمعالجة الخام المنتج في عمليات التعدين إلى ظروف خطرة معينة. من بين المخاوف أنواع معينة من انفجارات الغبار والحرائق التي تنطوي على عمليات النقل.
الحرارة المتولدة عن الاحتكاك بين الحزام الناقل وبكرة القيادة أو التباطؤ هي مصدر قلق ويمكن معالجتها عن طريق استخدام مفاتيح التسلسل والانزلاق. يمكن استخدام هذه المفاتيح بشكل فعال جنبًا إلى جنب مع القواطع الحرارية على المحركات الكهربائية.
يمكن منع الانفجارات المحتملة عن طريق القضاء على مصادر الاشتعال الكهربائي. يجب تصميم وبناء واختبار وتركيب المعدات الكهربائية التي تعمل في أماكن وجود الميثان أو غبار الكبريتيد أو البيئات الخطرة الأخرى بحيث لا يتسبب تشغيلها في نشوب حريق أو انفجار.
يمكن أن تحدث تفاعلات الأكسدة الطاردة للحرارة في كل من خامات الفحم وكبريتيد المعادن (Smith and Thompson 1991). عندما لا تتبدد الحرارة الناتجة عن هذه التفاعلات ، تزداد درجة حرارة كتلة الصخور أو الكومة. إذا أصبحت درجات الحرارة مرتفعة بدرجة كافية ، يمكن أن ينتج عن ذلك احتراق سريع للفحم ومعادن الكبريتيد والمواد القابلة للاحتراق الأخرى (Ninteman 1978). على الرغم من أن حرائق الاشتعال التلقائي تحدث بشكل غير متكرر نسبيًا ، إلا أنها بشكل عام معطلة تمامًا للعمليات ويصعب إخمادها.
تمثل معالجة الفحم شواغل خاصة لأنه بطبيعته مصدر للوقود. يمكن العثور على معلومات الحماية من الحرائق والانفجارات المتعلقة بالتعامل الآمن مع الفحم في مكان آخر من هذا موسوعة وفي وثائق NFPA (على سبيل المثال ، NFPA 1992b، 1994e، 1996h).
يجب أن يكون لدى جميع العاملين في المناجم تحت الأرض معرفة جيدة بغازات المناجم وأن يكونوا على دراية بالمخاطر التي قد تشكلها. من الضروري أيضًا معرفة عامة بأدوات وأنظمة الكشف عن الغاز. بالنسبة لأولئك المكلفين باستخدام هذه الأدوات ، فإن المعرفة التفصيلية لقيودهم والغازات التي يقيسونها أمر ضروري.
حتى بدون الأدوات ، قد تتمكن الحواس البشرية من اكتشاف المظهر التدريجي للظواهر الكيميائية والفيزيائية المرتبطة بالاحتراق التلقائي. يعمل التسخين على تسخين هواء التهوية وتشبعه بالرطوبة السطحية والمتكاملة الناتجة عن التسخين. عندما يلتقي هذا الهواء مع الهواء البارد عند فتحة التهوية ، يحدث التكثف مما يؤدي إلى ظهور ضباب وظهور التعرق على الأسطح في العوائد. الإشارة التالية إلى الرائحة الزيتية أو البترولية المميزة ، يتبعها في النهاية دخان ، وأخيراً ألسنة اللهب المرئية.
يظهر أول أكسيد الكربون ، وهو عديم الرائحة ، بتركيزات قابلة للقياس تتراوح من 50 إلى 60 درجة مئوية قبل ظهور الرائحة المميزة للاحتراق التلقائي. وبالتالي ، فإن معظم أنظمة الكشف عن الحرائق تعتمد على الكشف عن ارتفاع في تركيز أول أكسيد الكربون فوق الخلفية الطبيعية لجزء معين من المنجم.
في بعض الأحيان ، يتم اكتشاف التسخين لأول مرة من قبل شخص يلاحظ رائحة خافتة للحظة عابرة. قد يلزم تكرار الفحص الدقيق للمنطقة عدة مرات قبل اكتشاف زيادة مستدامة قابلة للقياس في تركيز أول أكسيد الكربون. وبناءً على ذلك ، لا ينبغي أبدًا تخفيف اليقظة من قبل جميع الأشخاص الموجودين في المنجم ، ويجب تنفيذ عملية التدخل التي تم ترتيبها مسبقًا بمجرد الاشتباه في وجود مؤشر أو اكتشافه والإبلاغ عنه. لحسن الحظ ، بفضل التقدم الكبير في تقنية الكشف عن الحرائق ومراقبتها منذ السبعينيات (على سبيل المثال ، أنابيب الكاشف ، وأجهزة الكشف الإلكترونية بحجم الجيب ، والأنظمة الثابتة المحوسبة) ، لم يعد من الضروري الاعتماد على الحواس البشرية وحدها.
أجهزة محمولة للكشف عن الغازات
تم تصميم أداة الكشف عن الغازات لاكتشاف ومراقبة وجود مجموعة واسعة من أنواع وتركيزات الغازات التي يمكن أن تؤدي إلى نشوب حريق وانفجار وجو سام أو يعاني من نقص الأكسجين بالإضافة إلى توفير إنذار مبكر لتفشي العفوية. الإحتراق. تشمل الغازات التي يتم استخدامها من أجلها ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون (CO2) ، ثاني أكسيد النيتروجين (لا2) ، كبريتيد الهيدروجين (H2S) وثاني أكسيد الكبريت (SO2). تتوفر أنواع مختلفة من الأدوات ، ولكن قبل اتخاذ قرار باستخدام أي منها في موقف معين ، يجب الإجابة على الأسئلة التالية:
يجب تدريب العمال على الاستخدام الصحيح لأجهزة الكشف عن الغازات المحمولة. يجب صيانة الأجهزة وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة.
أطقم كاشف عالمية
تتكون مجموعة أدوات الكشف من مضخة من نوع مكبس أو منفاخ محملة بنابض ومجموعة من أنابيب بيان الزجاج القابلة للاستبدال التي تحتوي على مواد كيميائية خاصة بغاز معين. تبلغ سعة المضخة 100 سم مكعب ويمكن تشغيلها بيد واحدة. يسمح هذا بسحب عينة من هذا الحجم من خلال أنبوب المؤشر قبل تمريرها إلى المنفاخ. يتوافق مؤشر التحذير على المقياس المتدرج مع أدنى مستوى من تغير اللون العام ، وليس أعمق نقطة لاختراق اللون.
الجهاز سهل الاستخدام ولا يتطلب معايرة. ومع ذلك ، يتم تطبيق بعض الاحتياطات:
مقاييس الميثانومتر من النوع الحفزي
يستخدم مقياس الميثان من النوع التحفيزي في المناجم تحت الأرض لقياس تركيز الميثان في الهواء. يحتوي على جهاز استشعار يعتمد على مبدأ شبكة من أربعة أسلاك حلزونية مطابقة للمقاومة ، وعادة ما تكون خيوط حفزية ، مرتبة في شكل متماثل يعرف باسم جسر ويتستون. عادة ، تكون خيوطان نشطة والآخران خاملان. عادة ما يتم تغليف الخيوط أو الحبيبات النشطة بمحفز أكسيد البلاديوم لإحداث أكسدة الغاز القابل للاشتعال عند درجة حرارة منخفضة.
يصل الميثان الموجود في الغلاف الجوي إلى حجرة العينة إما عن طريق الانتشار من خلال قرص مُلبد أو عن طريق السحب عن طريق شفاط أو مضخة داخلية. يؤدي الضغط على زر التشغيل الخاص بمقياس الميثانومتر إلى إغلاق الدائرة والتيار المتدفق عبر جسر ويتستون يؤكسد الميثان الموجود على الخيوط الحفازة (النشطة) في حجرة العينة. ترفع حرارة هذا التفاعل درجة حرارة الخيوط الحفازة ، مما يزيد من مقاومتها الكهربائية ويؤدي إلى عدم توازن الجسر كهربائيًا. يتناسب التيار الكهربائي الذي يتدفق مع مقاومة العنصر ، وبالتالي كمية الميثان الموجودة. يظهر هذا في مؤشر الإخراج المتدرج بنسب مئوية من الميثان. تعمل العناصر المرجعية في دائرة جسر ويتستون على تعويض التغيرات في الظروف البيئية مثل درجة الحرارة المحيطة والضغط الجوي.
تحتوي هذه الأداة على عدد من القيود المهمة:
الخلايا الكهروكيميائية
تستخدم الأجهزة التي تستخدم الخلايا الكهروكيميائية في المناجم تحت الأرض لقياس تركيزات الأكسجين وأول أكسيد الكربون. يتوفر نوعان: خلية التكوين ، التي تستجيب فقط للتغيرات في تركيز الأكسجين ، وخلية الضغط الجزئي ، التي تستجيب للتغيرات في الضغط الجزئي للأكسجين في الغلاف الجوي ، وبالتالي عدد جزيئات الأكسجين لكل وحدة حجم .
توظف خلية التركيب حاجز انتشار شعري الذي يبطئ انتشار الأكسجين عبر خلية الوقود بحيث تعتمد السرعة التي يمكن للأكسجين أن يصل بها إلى القطب الكهربائي فقط على محتوى الأكسجين في العينة. لا تتأثر هذه الخلية بالتغيرات في الارتفاع (أي الضغط الجوي) ودرجة الحرارة والرطوبة النسبية. وجود ثاني أكسيد الكربون2 في الخليط ، ومع ذلك ، يزعج معدل انتشار الأكسجين ويؤدي إلى قراءات عالية خاطئة. على سبيل المثال ، وجود 1٪ من ثاني أكسيد الكربون2 يزيد من قراءة الأكسجين بنسبة تصل إلى 0.1٪. على الرغم من ضآلة هذه الزيادة ، إلا أنها قد تظل كبيرة وليست آمنة من الفشل. من المهم بشكل خاص أن تكون على دراية بهذا القيد إذا كان هذا الجهاز سيستخدم في الرطوبة اللاحقة أو في أجواء أخرى معروفة باحتوائها على ثاني أكسيد الكربون2.
تعتمد خلية الضغط الجزئي على نفس المبدأ الكهروكيميائي لخلية التركيز ولكنها تفتقر إلى حاجز الانتشار. يستجيب فقط لعدد جزيئات الأكسجين لكل وحدة حجم ، مما يجعله يعتمد على الضغط. كو2 بتركيزات أقل من 10٪ ليس لها تأثير قصير المدى على القراءة ، ولكن على المدى الطويل ، فإن ثاني أكسيد الكربون سوف يدمر المنحل بالكهرباء ويقصر من عمر الخلية.
تؤثر الشروط التالية على موثوقية قراءات الأكسجين التي تنتجها خلايا الضغط الجزئي:
الخلايا الكهروكيميائية الأخرى
تم تطوير الخلايا الكهروكيميائية القادرة على قياس تركيزات ثاني أكسيد الكربون من 1 جزء في المليون إلى حد أعلى يبلغ 4,000 جزء في المليون. تعمل عن طريق قياس التيار الكهربائي بين الأقطاب الكهربائية المغمورة في إلكتروليت حمضي. يتأكسد CO على الأنود لتشكيل CO2 ويطلق التفاعل إلكترونات تتناسب طرديا مع تركيز ثاني أكسيد الكربون.
تتوفر أيضًا الخلايا الكهروكيميائية للهيدروجين وكبريتيد الهيدروجين وأكسيد النيتريك وثاني أكسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت ولكنها تعاني من الحساسية المتصالبة.
لا توجد خلايا كهروكيميائية متاحة تجاريًا لـ CO2. تم التغلب على هذا النقص من خلال تطوير أداة محمولة تحتوي على خلية الأشعة تحت الحمراء المصغرة الحساسة لثاني أكسيد الكربون بتركيزات تصل إلى 5٪.
كاشفات الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة
يمكن لأجهزة الكشف بالأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIRs) قياس جميع الغازات التي تحتوي على مجموعات كيميائية مثل -CO، -CO2 و -CH3, التي تمتص ترددات الأشعة تحت الحمراء الخاصة بتكوينها الجزيئي. هذه المستشعرات باهظة الثمن ولكنها يمكن أن توفر قراءات دقيقة للغازات مثل ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون2 والميثان في خلفية متغيرة للغازات الأخرى ومستويات الأكسجين المنخفضة ، وبالتالي فهي مثالية لرصد الغازات خلف الأختام. ا2، N2 وH2 لا تمتص الأشعة تحت الحمراء ولا يمكن اكتشافها بهذه الطريقة.
وجدت الأنظمة المحمولة الأخرى ذات الكاشفات القائمة على التوصيل الحراري ومعامل الانكسار استخدامًا محدودًا في صناعة تعدين الفحم.
حدود أجهزة الكشف عن الغازات المحمولة
إن فعالية أدوات الكشف عن الغازات المحمولة محدودة بعدد من العوامل:
أنظمة المراقبة المركزية
غالبًا ما تنجح عمليات التفتيش والتهوية والمسوحات بأدوات محمولة في اكتشاف وتحديد موقع تسخين صغير بمكونات محدودة من ثاني أكسيد الكربون قبل أن يتشتت الغاز بواسطة نظام التهوية أو يتجاوز مستواه الحدود القانونية. ومع ذلك ، فإن هذه لا تكفي في حالة حدوث مخاطر احتراق كبيرة ، أو تتجاوز مستويات الميثان في العوائد 1٪ ، أو يشتبه في وجود خطر محتمل. في ظل هذه الظروف ، فإن المراقبة المستمرة في المواقع الاستراتيجية مطلوبة. هناك عدد من الأنواع المختلفة لأنظمة المراقبة المستمرة المركزية قيد الاستخدام.
أنظمة الحزم الأنبوبية
تم تطوير نظام حزمة الأنابيب في ألمانيا في الستينيات من القرن الماضي لاكتشاف ومراقبة تقدم الاحتراق التلقائي. وهي تتضمن سلسلة من 1960 أنبوبًا بلاستيكيًا مصنوعًا من النايلون أو البولي إيثيلين بقطر 20/1 أو 4/3 بوصة والتي تمتد من مجموعة من أجهزة التحليل على السطح إلى مواقع محددة تحت الأرض. الأنابيب مزودة بمرشحات ومصارف ومصائد لهب. عادة ما تكون أجهزة التحليل بالأشعة تحت الحمراء لـ CO ، CO2 والميثان والمغناطيسية للأكسجين. تقوم مضخة الكسح بسحب عينة عبر كل أنبوب في وقت واحد ويوجه مؤقت متسلسل العينة من كل أنبوب عبر أجهزة التحليل بدوره. يسجل مسجل البيانات تركيز كل غاز في كل موقع ويطلق إنذارًا تلقائيًا عند تجاوز المستويات المحددة مسبقًا.
هذا النظام له عدد من المزايا:
هناك أيضًا بعض العيوب:
نظام القياس عن بعد (إلكتروني)
يحتوي نظام مراقبة الغاز الأوتوماتيكي عن بُعد على وحدة تحكم على السطح ورؤوس مستشعرات آمنة بشكل جوهري تقع في مكان استراتيجي تحت الأرض ومتصلة بخطوط الهاتف أو كابلات الألياف الضوئية. أجهزة الاستشعار متاحة للميثان وثاني أكسيد الكربون وسرعة الهواء. مستشعر ثاني أكسيد الكربون مشابه للمستشعر الكهروكيميائي المستخدم في الأجهزة المحمولة ويخضع لنفس القيود. يعمل مستشعر الميثان من خلال الاحتراق التحفيزي للميثان على العناصر النشطة لدائرة جسر ويتستون والتي يمكن تسممها بمركبات الكبريت أو إسترات الفوسفات أو مركبات السيليكون ولن تعمل عندما يكون تركيز الأكسجين منخفضًا.
تشمل المزايا الفريدة لهذا النظام ما يلي:
هناك أيضًا بعض العيوب:
الكروماتوجرافي الغاز
كروماتوغراف الغاز عبارة عن قطعة معقدة من المعدات التي تحلل العينات بدرجات عالية من الدقة والتي ، حتى وقت قريب ، لا يمكن استخدامها بالكامل إلا من قبل الكيميائيين أو الأفراد المؤهلين والمدربين بشكل خاص.
يتم حقن عينات الغاز من نظام من نوع حزمة الأنبوب في كروماتوجراف الغاز تلقائيًا أو يمكن إدخالها يدويًا من عينات الأكياس التي تم إخراجها من المنجم. يتم استخدام عمود معبأ بشكل خاص لفصل الغازات المختلفة ويستخدم كاشف مناسب ، عادة التوصيل الحراري أو تأين اللهب ، لقياس كل غاز أثناء فصله من العمود. توفر عملية الفصل درجة عالية من الخصوصية.
يتميز كروماتوغرافيا الغاز بمزايا خاصة:
تشمل عيوبه ما يلي:
اختيار النظام
تُفضل أنظمة الحزم الأنبوبية لمراقبة المواقع التي لا يُتوقع أن يكون لها تغيرات سريعة في تركيزات الغاز أو ، مثل المناطق المغلقة ، قد تحتوي على بيئات أكسجين منخفضة.
يُفضل استخدام أنظمة القياس عن بُعد في مواقع مثل طرق الحزام أو على الوجه حيث قد يكون للتغيرات السريعة في تركيزات الغاز أهمية.
لا يحل كروماتوغرافيا الغاز محل أنظمة المراقبة الحالية ولكنه يعزز نطاق التحليلات ودقتها وموثوقيتها. هذا مهم بشكل خاص عند تحديد خطر الانفجار أو عندما يصل التسخين إلى مرحلة متقدمة.
اعتبارات أخذ العينات
تستخدم الأكياس البلاستيكية الآن على نطاق واسع في الصناعة لأخذ العينات. يقلل البلاستيك من التسرب ويمكنه الاحتفاظ بعينة لمدة 5 أيام. الهيدروجين ، إذا كان موجودًا في الكيس ، سوف يتحلل بفقد يومي يبلغ حوالي 1.5٪ من تركيزه الأصلي. عينة في مثانة كرة القدم ستغير التركيز في نصف ساعة. من السهل ملء الأكياس ويمكن ضغط العينة في أداة تحليل أو يمكن سحبها بمضخة.
يمكن للأنابيب المعدنية المملوءة بالضغط بواسطة مضخة تخزين العينات لفترة طويلة ولكن حجم العينة محدود والتسرب شائع. الزجاج خامل للغازات ولكن الحاويات الزجاجية هشة ويصعب إخراج العينة بدون تخفيف.
عند جمع العينات ، يجب شطف الحاوية مسبقًا ثلاث مرات على الأقل لضمان شطف العينة السابقة تمامًا. يجب أن تحتوي كل حاوية على بطاقة تحمل معلومات مثل تاريخ ووقت أخذ العينات والموقع الدقيق واسم الشخص الذي يجمع العينة وغيرها من المعلومات المفيدة.
تفسير بيانات أخذ العينات
يعتبر تفسير نتائج أخذ عينات الغاز وتحليلها علمًا صعبًا ويجب ألا يحاول إلا الأفراد ذوي التدريب والخبرة الخاصة. تعتبر هذه البيانات حيوية في العديد من حالات الطوارئ لأنها توفر معلومات حول ما يحدث تحت الأرض وهو أمر ضروري لتخطيط وتنفيذ الإجراءات التصحيحية والوقائية. أثناء أو بعد حدوث تدفئة أو حريق أو انفجار تحت الأرض مباشرة ، يجب مراقبة جميع المعلمات البيئية الممكنة في الوقت الفعلي لتمكين المسؤولين من تحديد حالة الموقف بدقة وقياس تقدمه حتى لا يضيعوا أي وقت في بدء أي عملية إنقاذ مطلوبة أنشطة.
يجب أن تستوفي نتائج تحليل الغاز المعايير التالية:
يجب اتباع القواعد التالية في تفسير نتائج تحليل الغاز:
حساب النتائج الخالية من الهواء
يتم الحصول على نتائج خالية من الهواء عن طريق حساب الهواء الجوي في العينة (Mackenzie-Wood and Strang 1990). يتيح ذلك مقارنة العينات من منطقة مماثلة بشكل صحيح بعد إزالة تأثير التخفيف من تسرب الهواء.
الصيغة هي:
نتيجة خالية من الهواء = نتيجة تحليلها / (100 - 4.776 أو2)
مشتق على النحو التالي:
هواء الغلاف الجوي = O2 + N2 = س2 + 79.1 س2 / 20.9 = 4.776 أ2
تكون النتائج الخالية من الهواء مفيدة عندما يكون اتجاه النتائج مطلوبًا وكان هناك خطر حدوث تخفيف في الهواء بين نقطة العينة والمصدر ، أو حدث تسرب للهواء في خطوط العينة ، أو قد تكون عينات الأكياس والأختام قد استنشقت. على سبيل المثال ، إذا تم توجيه تركيز أول أكسيد الكربون الناتج عن التسخين ، فقد يُساء تفسير تخفيف الهواء الناتج عن زيادة التهوية على أنه انخفاض في أول أكسيد الكربون من المصدر. اتجاه التركيزات الخالية من الهواء سيعطي النتائج الصحيحة.
هناك حاجة إلى حسابات مماثلة إذا كانت منطقة أخذ العينات تصنع الميثان: الزيادة في تركيز الميثان من شأنها أن تخفف من تركيز الغازات الأخرى الموجودة. وبالتالي ، قد يظهر مستوى أكسيد الكربون المتزايد في الواقع على أنه تناقص.
يتم حساب النتائج الخالية من الميثان على النحو التالي:
نتيجة خالية من الميثان = نتيجة تحليلها / (100 - الفصل4%)
الاحتراق التلقائي
الاحتراق التلقائي هو عملية يمكن من خلالها لمادة أن تشتعل نتيجة للحرارة الداخلية التي تنشأ تلقائيًا بسبب التفاعلات التي تطلق الحرارة بشكل أسرع مما يمكن أن تفقده في البيئة. عادة ما يكون التسخين التلقائي للفحم بطيئًا حتى تصل درجة الحرارة إلى حوالي 70 درجة مئوية ، ويشار إليها باسم درجة الحرارة "المتقاطعة". وفوق درجة الحرارة هذه ، يتسارع التفاعل عادةً. عند أكثر من 300 درجة مئوية ، يتم إطلاق المواد المتطايرة ، والتي تسمى أيضًا "غاز الفحم" أو "الغاز المتصدع". ستشتعل هذه الغازات (الهيدروجين والميثان وأول أكسيد الكربون) تلقائيًا عند درجات حرارة تقارب 650 درجة مئوية (تم الإبلاغ عن أن وجود الجذور الحرة يمكن أن يؤدي إلى ظهور اللهب في الفحم عند حوالي 400 درجة مئوية). يتم عرض العمليات المتضمنة في حالة كلاسيكية من الاحتراق التلقائي في الجدول 1 (ستنتج أنواع الفحم المختلفة صورًا مختلفة).
الجدول 1. تسخين الفحم - التسلسل الهرمي لدرجات الحرارة
درجة الحرارة التي يمتص عندها الفحم O2 لتشكيل معقد وإنتاج الحرارة |
|
30 ° C |
يتكسر المركب لإنتاج ثاني أكسيد الكربون / ثاني أكسيد الكربون2 |
45 ° C |
الأكسدة الحقيقية للفحم لإنتاج ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون2 |
70 ° C |
درجة الحرارة المتقاطعة ، التسخين يتسارع |
110 ° C |
الرطوبة ، ح2 ورائحة مميزة تنطلق |
150 ° C |
ممتص CH4، الهيدروكربونات غير المشبعة المنبعثة |
300 ° C |
الغازات المتشققة (على سبيل المثال ، H2، أول أكسيد الكربون ، CH4) صدر |
400 ° C |
اللهب المكشوف |
المصدر: تشامبرلين وآخرون. 1970.
أول أكسيد الكربون
يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الواقع بحوالي 50 درجة مئوية قبل ملاحظة الرائحة المميزة للاحتراق. تعتمد معظم الأنظمة المصممة لاكتشاف بداية الاحتراق التلقائي على اكتشاف أول أكسيد الكربون بتركيزات أعلى من الخلفية الطبيعية لمنطقة معينة من المنجم.
بمجرد اكتشاف التسخين ، يجب مراقبته من أجل تحديد حالة التسخين (أي درجة حرارته ومداه) ومعدل التسارع والانبعاثات السامة وقابلية الانفجار في الغلاف الجوي.
مراقبة التدفئة
هناك عدد من المؤشرات والمعلمات المتاحة لمساعدة المخططين على تحديد مدى ودرجة حرارة ومعدل تقدم التسخين. تستند هذه عادةً إلى التغييرات في تكوين الهواء الذي يمر عبر منطقة مشتبه بها. تم وصف العديد من المؤشرات في الأدبيات على مر السنين ومعظمها يقدم نافذة محدودة للغاية للاستخدام وهي ذات قيمة ضئيلة. جميعها خاصة بالموقع وتختلف باختلاف أنواع الفحم وظروفه. ومن أكثرها شيوعًا ما يلي: اتجاهات أول أكسيد الكربون ؛ صنع أول أكسيد الكربون (Funkemeyer and Kock 1989) ؛ نسبة جراهام (جراهام 1921) غازات التتبع (تشامبرلين 1970) ؛ نسبة موريس (موريس 1988) ؛ ونسبة أول أكسيد الكربون / ثاني أكسيد الكربون. بعد الختم ، قد يكون من الصعب استخدام المؤشرات بسبب عدم وجود تدفق هواء محدد.
لا يوجد مؤشر واحد يوفر طريقة دقيقة ومؤكدة لقياس تقدم التسخين. يجب أن تكون القرارات مبنية على جمع وتبويب ومقارنة وتحليل كافة المعلومات وتفسيرها في ضوء التدريب والخبرة.
انفجارات
الانفجارات هي أكبر خطر منفرد في تعدين الفحم. لديها القدرة على قتل جميع القوى العاملة تحت الأرض ، وتدمير جميع المعدات والخدمات ومنع أي عمل إضافي للمنجم. ويمكن أن يحدث كل هذا في 2 إلى 3 ثوانٍ.
يجب مراقبة قابلية انفجار الغلاف الجوي في المنجم في جميع الأوقات. إنه أمر ملح بشكل خاص عندما يشارك العمال في عملية إنقاذ في منجم غازي.
كما في حالة مؤشرات تقييم التسخين ، هناك عدد من التقنيات لحساب قابلية انفجار الغلاف الجوي في منجم تحت الأرض. وهي تشمل: مثلث كورد (Greuer 1974) ؛ مثلث هيوز ورايبولد (هيوز ورايبولد 1960) ؛ مخطط Elicott (Elicott 1981) ؛ ونسبة تريكيت (جونز وتريكيت 1955). بسبب تعقيد وتنوع الظروف والظروف ، لا توجد صيغة واحدة يمكن الاعتماد عليها كضمان عدم حدوث انفجار في وقت معين في منجم معين. يجب على المرء أن يعتمد على مستوى عالٍ ومتواصل من اليقظة ، ودليل عالٍ من الشك ، وبدء غير متردد في اتخاذ الإجراء المناسب عند أدنى مؤشر على أن الانفجار قد يكون وشيكًا. يعتبر التوقف المؤقت في الإنتاج علاوة صغيرة نسبيًا لدفع ثمن ضمان عدم حدوث انفجار.
وفي الختام
لخصت هذه المقالة الكشف عن الغازات التي قد تكون متورطة في الحرائق والانفجارات في المناجم تحت الأرض. تمت مناقشة الآثار الأخرى للصحة والسلامة للبيئة الغازية في المناجم (على سبيل المثال ، أمراض الغبار والاختناق والتأثيرات السامة وما إلى ذلك) في مقالات أخرى في هذا الفصل وفي أماكن أخرى في هذا الفصل. موسوعة.
غالبًا ما تحدث حالات الطوارئ المتعلقة بالألغام نتيجة لنقص الأنظمة ، أو فشل الأنظمة القائمة ، للحد من الظروف التي تؤدي إلى وقوع حوادث تؤدي ، عند إدارتها بشكل غير فعال ، إلى كوارث أو السيطرة عليها أو منعها. يمكن بعد ذلك تعريف حالة الطوارئ على أنها حدث غير مخطط له يؤثر على سلامة أو رفاهية الموظفين ، أو استمرار العمليات ، الأمر الذي يتطلب استجابة فعالة وفي الوقت المناسب من أجل احتواء الموقف أو السيطرة عليه أو التخفيف من حدته.
جميع أشكال عمليات التعدين لها مخاطر ومخاطر معينة قد تؤدي إلى حالة الطوارئ. تشمل المخاطر في تعدين الفحم تحت الأرض تحرير الميثان وتوليد غبار الفحم وأنظمة التعدين عالية الطاقة وميل الفحم إلى الاحتراق التلقائي. يمكن أن تحدث حالات الطوارئ في التعدين تحت الأرض بسبب فشل الطبقات (رشقات الصخور ، وسقوط الصخور ، وانهيار الجدران المعلقة والأعمدة) ، والبدء غير المخطط له في المتفجرات وغبار خام الكبريتيد. تنطوي عمليات التعدين السطحي على مخاطر تتعلق بالمعدات المتنقلة عالية السرعة على نطاق واسع والبدء غير المخطط للمتفجرات واستقرار المنحدرات. يمكن أن يحدث التعرض للمواد الكيميائية الخطرة ، والانسكاب أو التسرب ، وفشل سد المخلفات في معالجة المعادن.
وقد تطورت ممارسات التعدين والتشغيل الجيدة التي تتضمن التدابير ذات الصلة للسيطرة على هذه المخاطر أو التخفيف منها. ومع ذلك ، لا تزال كوارث الألغام تحدث بانتظام في جميع أنحاء العالم ، على الرغم من اعتماد تقنيات رسمية لإدارة المخاطر في بعض البلدان كاستراتيجية استباقية لتحسين سلامة المناجم وتقليل احتمالية ونتائج حالات الطوارئ المتعلقة بالألغام.
تستمر التحقيقات والاستفسارات في الحوادث في تحديد حالات الفشل في تطبيق دروس الماضي والفشل في تطبيق حواجز فعالة وتدابير تحكم على الأخطار والمخاطر المعروفة. غالبًا ما تتفاقم هذه الإخفاقات بسبب الافتقار إلى التدابير المناسبة للتدخل والسيطرة على حالة الطوارئ وإدارتها.
توضح هذه المقالة نهجًا للتأهب لحالات الطوارئ يمكن استخدامه كإطار عمل للتحكم في مخاطر التعدين ومخاطره والتخفيف منها ولتطوير تدابير فعالة لضمان السيطرة على حالة الطوارئ واستمرار عمليات المناجم.
نظام إدارة التأهب للطوارئ
يشتمل نظام إدارة الاستعداد للطوارئ المقترح على نهج نظم متكامل للوقاية من حالات الطوارئ وإدارتها. ويشمل:
يوفر دمج الاستعداد للطوارئ في إطار نظام إدارة الجودة ISO 9000 نهجًا منظمًا لاحتواء حالات الطوارئ والسيطرة عليها في الوقت المناسب وبطريقة فعالة وآمنة.
النية والالتزام التنظيمي
قليل من الناس سيقتنعون بالحاجة إلى الاستعداد للطوارئ ما لم يتم التعرف على خطر محتمل ويُنظر إليه على أنه تهديد مباشر ، وهو ممكن للغاية إن لم يكن محتملاً ومن المحتمل حدوثه في فترة زمنية قصيرة نسبيًا. ومع ذلك ، فإن طبيعة حالات الطوارئ هي أن هذا الاعتراف بشكل عام لا يحدث قبل الحدث أو يتم تبريره على أنه لا يمثل تهديدًا. يؤدي عدم وجود أنظمة مناسبة ، أو فشل الأنظمة الموجودة ، إلى وقوع حادث أو حالة طوارئ.
الالتزام والاستثمار في التخطيط الفعال للتأهب لحالات الطوارئ يوفر للمؤسسة القدرة والخبرة والأنظمة لتوفير بيئة عمل آمنة ، والوفاء بالالتزامات الأخلاقية والقانونية وتعزيز آفاق استمرارية الأعمال في حالات الطوارئ. في حرائق مناجم الفحم والانفجارات ، بما في ذلك الحوادث غير المميتة ، غالبًا ما تكون خسائر استمرارية الأعمال كبيرة بسبب مدى الضرر ونوع وطبيعة تدابير التحكم المستخدمة أو حتى فقدان المنجم. تؤثر عمليات التحقيق أيضًا بشكل كبير. سيؤدي عدم وجود تدابير فعالة مطبقة لإدارة والسيطرة على الحادث إلى زيادة تفاقم الخسائر الإجمالية.
يتطلب تطوير وتنفيذ نظام تأهب فعال للطوارئ قيادة الإدارة والالتزام والدعم. وبالتالي سيكون من الضروري:
يمكن إثبات القيادة والالتزام اللازمين من خلال تعيين ضابط متمرس وقادر ويحظى باحترام كبير كمنسق للاستعداد للطوارئ ، مع سلطة ضمان المشاركة والتعاون على جميع المستويات وداخل جميع وحدات المنظمة. سيوفر تشكيل لجنة تخطيط التأهب للطوارئ ، تحت قيادة المنسق ، الموارد اللازمة لتخطيط وتنظيم وتنفيذ قدرة تأهب متكاملة وفعالة للطوارئ في جميع أنحاء المنظمة.
تقييم المخاطر
تتيح عملية إدارة المخاطر تحديد نوع المخاطر التي تواجه المؤسسة وتحليلها لتحديد احتمالية ونتائج حدوثها. يتيح هذا الإطار بعد ذلك تقييم المخاطر وفقًا للمعايير الموضوعة لتحديد ما إذا كانت المخاطر مقبولة أو ما هو شكل العلاج الذي يجب تطبيقه لتقليل تلك المخاطر (على سبيل المثال ، تقليل احتمالية الحدوث ، وتقليل عواقب الحدوث ، ونقل كل أو جزء من المخاطر أو تجنب المخاطر). ثم يتم تطوير خطط التنفيذ المستهدفة وتنفيذها وإدارتها للتحكم في المخاطر المحددة.
يمكن تطبيق هذا الإطار بالمثل لتطوير خطط الطوارئ التي تمكن من تنفيذ ضوابط فعالة ، في حالة ظهور حالة طارئة. يتيح تحديد وتحليل المخاطر إمكانية التنبؤ بالسيناريوهات المحتملة بدرجة عالية من الدقة. يمكن بعد ذلك تحديد تدابير المكافحة لمعالجة كل من سيناريوهات الطوارئ المعترف بها ، والتي تشكل بعد ذلك الأساس لاستراتيجيات الاستعداد للطوارئ.
قد تتضمن السيناريوهات التي من المحتمل تحديدها بعض أو كل تلك المدرجة في الجدول 1. وقد توفر المعايير الوطنية البديلة ، مثل المعيار الأسترالي AS / NZS 4360: 1995 - إدارة المخاطر ، قائمة بالمصادر العامة للمخاطر ، والتصنيفات الأخرى من المخاطر ، ومجالات تأثير المخاطر التي توفر هيكلًا شاملاً لتحليل المخاطر في الاستعداد للطوارئ.
الجدول 1. العناصر / العناصر الفرعية الحاسمة للاستعداد للطوارئ
حرائق
الانسكابات / التسريبات الكيماوية
إصابات
الكوارث الطبيعية
إخلاء المجتمع
|
الانفجارات / الانفجارات الداخلية
الاضطرابات المدنية
إنقطاع الطاقة
الماء في الاندفاع
|
التعرض
بيئي
الكهف
وسائل النقل
تخليص
|
المصدر: جمعية الوقاية من حوادث الألغام في أونتاريو (غير مؤرخ).
تدابير واستراتيجيات مراقبة الطوارئ
يجب تحديد ثلاثة مستويات من تدابير الاستجابة وتقييمها وتطويرها ضمن نظام التأهب للطوارئ. استجابة فردية أو أولية يشمل تصرفات الأفراد عند تحديد المواقف الخطرة أو الحوادث ، بما في ذلك:
استجابة ثانوية يشمل إجراءات المستجيبين المدربين عند الإخطار بالحادث ، بما في ذلك فرق مكافحة الحرائق وفرق البحث والإنقاذ وفرق الوصول إلى الإصابات الخاصة (SCAT) ، وكلها تستخدم المهارات والكفاءات والمعدات المتقدمة.
الاستجابة الثلاثية يشمل نشر الأنظمة والمعدات والتقنيات المتخصصة في المواقف التي لا يمكن فيها استخدام الاستجابة الأولية والثانوية بأمان أو فعالية ، بما في ذلك:
تعريف منظمة الطوارئ
تزداد ظروف الطوارئ خطورة كلما طالت مدة استمرار الموقف. يجب أن يكون الموظفون في الموقع على استعداد للاستجابة بشكل مناسب لحالات الطوارئ. يجب تنسيق العديد من الأنشطة وإدارتها لضمان السيطرة على الوضع بسرعة وفعالية.
توفر منظمة الطوارئ إطارًا منظمًا يحدد ويدمج استراتيجيات الطوارئ وهيكل الإدارة (أو سلسلة القيادة) وموارد الموظفين والأدوار والمسؤوليات والمعدات والمرافق والأنظمة والإجراءات. وهي تشمل جميع مراحل حالة الطوارئ ، من أنشطة التحديد والاحتواء الأولية ، إلى الإخطار والتعبئة والنشر والاستعادة (إعادة إنشاء العمليات العادية).
يجب أن تعالج منظمة الطوارئ عددًا من العناصر الرئيسية ، بما في ذلك:
مرافق ومعدات ومواد الطوارئ
سيتم تحديد طبيعة ومدى ونطاق المرافق والمعدات والمواد اللازمة للتحكم في حالات الطوارئ والتخفيف منها من خلال تطبيق وتوسيع عملية إدارة المخاطر وتحديد استراتيجيات التحكم في حالات الطوارئ. على سبيل المثال ، يستلزم وجود مخاطر حريق عالية المستوى توفير مرافق ومعدات مكافحة الحرائق الكافية. سيتم نشرها بشكل متسق مع بيان المخاطر. وبالمثل ، يمكن تحديد المرافق والمعدات والمواد اللازمة للتعامل الفعال مع دعم الحياة والإسعافات الأولية أو الإخلاء والهروب والإنقاذ كما هو موضح في الجدول 2.
الجدول 2. مرافق ومعدات ومواد الطوارئ
جهاز تنفس |
مستوى الاستجابة |
||
المرحلة الابتدائية |
ثانوي |
بعد الثانوي |
|
نار |
طفايات الحريق ، والصنابير ، والخراطيم المركبة بالقرب من المناطق عالية الخطورة ، مثل الناقلات ، ومحطات الوقود ، والمحولات الكهربائية والمحطات الفرعية ، وعلى المعدات المتنقلة |
يتم توفير أجهزة التنفس والملابس الواقية في المناطق المركزية لتمكين استجابة "فريق مكافحة الحرائق" بأجهزة متطورة مثل مولدات الرغوة وخراطيم متعددة |
توفير الختم أو التخميد عن بعد. |
دعم الحياة والإسعافات الأولية |
دعم الحياة والتنفس والدورة الدموية |
الإسعافات الأولية والفرز والتثبيت والإنزال |
المسعفين والطب الشرعي والقانونية |
إخلاء وهروب وإنقاذ |
توفير أنظمة الإنذار أو الإخطار ، وممرات الهروب الآمنة ، والإنقاذ الذاتي القائم على الأكسجين ، وشريان الحياة وأنظمة الاتصالات ، وتوافر مركبات النقل |
توفير غرف ملجأ مجهزة بشكل مناسب ، وفرق إنقاذ مدربة ومجهزة في المناجم ، وأجهزة لتحديد مواقع الأفراد |
أنظمة إنقاذ الآبار ذات القطر الكبير ، والتخميد ، ومركبات الإنقاذ المصممة لهذا الغرض |
تشمل المرافق والمعدات الأخرى التي قد تكون ضرورية في حالة الطوارئ مرافق إدارة ومراقبة الحوادث ، ومناطق تجمع الموظفين والإنقاذ ، وأمن الموقع وضوابط الوصول ، ومرافق لأقارب الأقارب ووسائل الإعلام ، والمواد والمواد الاستهلاكية ، والنقل والخدمات اللوجستية. يتم توفير هذه المرافق والمعدات قبل وقوع الحادث. عززت حالات الطوارئ الأخيرة المتعلقة بالألغام ضرورة التركيز على ثلاث قضايا محددة للبنية التحتية ، وغرف الملجأ ، والاتصالات ، ومراقبة الغلاف الجوي.
غرف اللجوء
يتم استخدام غرف اللاجئين بشكل متزايد كوسيلة لتعزيز هروب وإنقاذ الأفراد تحت الأرض. بعضها مصمم للسماح للأشخاص بأن يكونوا منقذين بأنفسهم وأن يتواصلوا مع السطح بأمان ؛ تم تصميم البعض الآخر لتوفير الملجأ لفترة طويلة للسماح بمساعدة الإنقاذ.
يعتمد قرار إنشاء غرف الملجأ على نظام الهروب والإنقاذ الشامل للمنجم. يجب تقييم العوامل التالية عند النظر في الحاجة إلى الملاجئ وتصميمها:
مجال الاتصالات
توجد البنية التحتية للاتصالات بشكل عام في جميع المناجم لتسهيل الإدارة والتحكم في العمليات وكذلك المساهمة في سلامة المنجم من خلال دعوات الدعم. لسوء الحظ ، عادةً ما تكون البنية التحتية غير قوية بما يكفي للنجاة من حريق أو انفجار كبير ، مما يؤدي إلى تعطيل الاتصال عندما يكون ذلك مفيدًا للغاية. علاوة على ذلك ، تشتمل الأنظمة التقليدية على أجهزة لا يمكن استخدامها بأمان مع معظم أجهزة التنفس وعادةً ما يتم نشرها في ممرات الهواء الرئيسية المتاخمة للمنشآت الثابتة ، بدلاً من مداخل الهواء.
يجب تقييم الحاجة إلى اتصالات ما بعد الحادث عن كثب. في حين أنه من الأفضل أن يكون نظام اتصالات ما بعد الحادث جزءًا من نظام ما قبل الحادث ، لتعزيز إمكانية الصيانة والتكلفة والموثوقية ، فقد يكون هناك ما يبرر وجود نظام اتصالات طوارئ قائم بذاته. بغض النظر ، يجب دمج نظام الاتصالات في استراتيجيات إدارة الهروب والإنقاذ والطوارئ الشاملة.
مراقبة الغلاف الجوي
تعد معرفة الظروف في منجم بعد وقوع حادث أمرًا ضروريًا لتمكين التدابير الأكثر ملاءمة للسيطرة على الموقف ليتم تحديدها وتنفيذها ولمساعدة العمال الهاربين وحماية المنقذين. ينبغي تقييم الحاجة إلى مراقبة الغلاف الجوي بعد وقوع الحادث عن كثب ، وينبغي توفير الأنظمة التي تلبي الاحتياجات الخاصة بالألغام ، والتي يمكن أن تتضمن:
مهارات التأهب للطوارئ والكفاءات والتدريب
يمكن تحديد المهارات والكفاءات المطلوبة للتعامل بفعالية مع حالة الطوارئ بسهولة عن طريق تحديد المخاطر الأساسية وتدابير التحكم في حالات الطوارئ ، وتطوير تنظيم وإجراءات الطوارئ وتحديد المرافق والمعدات اللازمة.
لا تشمل مهارات وكفاءات التأهب للطوارئ التخطيط وإدارة الطوارئ فحسب ، بل تشمل أيضًا مجموعة متنوعة من المهارات الأساسية المرتبطة بمبادرات الاستجابة الأولية والثانوية التي يجب دمجها في استراتيجية تدريب شاملة ، بما في ذلك:
يوفر نظام الاستعداد للطوارئ إطارًا لتطوير استراتيجية تدريب فعالة من خلال تحديد ضرورة ومدى ونطاق نتائج مكان العمل المحددة والموثوقة والتي يمكن التنبؤ بها في حالة الطوارئ والكفاءات الأساسية. يشمل النظام:
يمكن تنظيم التدريب على الاستعداد للطوارئ في عدد من الفئات كما هو موضح في الجدول 3.
الجدول 3. مصفوفة التدريب على الاستعداد للطوارئ
مستوى استجابة التدريب |
|
|
ابتدائي تعليمي |
إجرائية / ثانوية |
وظيفي / جامعي |
مصممة لضمان فهم الموظفين لطبيعة حالات الطوارئ المتعلقة بالألغام وكيف أن جوانب محددة من خطة الطوارئ الشاملة قد تشمل أو تؤثر على الفرد ، بما في ذلك تدابير الاستجابة الأولية. |
المهارات والكفاءات اللازمة لإكمال إجراءات محددة بنجاح محددة بموجب خطط الاستجابة للطوارئ وتدابير الاستجابة الثانوية المرتبطة بسيناريوهات طوارئ محددة. |
تنمية المهارات والكفاءات اللازمة لإدارة ومراقبة حالات الطوارئ. |
عناصر المعرفة والكفاءة |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
التدقيق والمراجعة والتقييم
يجب اعتماد عمليات المراجعة والمراجعة لتقييم وتقييم فعالية أنظمة الطوارئ العامة والإجراءات والمرافق وبرامج الصيانة والمعدات والتدريب والكفاءات الفردية. يوفر إجراء التدقيق أو المحاكاة ، دون استثناء ، فرصًا للتحسين والنقد البناء والتحقق من مستويات الأداء المرضية للأنشطة الرئيسية.
يجب على كل منظمة اختبار خطتها الشاملة للطوارئ مرة واحدة على الأقل في السنة لكل وردية تشغيلية. يجب اختبار العناصر الحاسمة في الخطة ، مثل طاقة الطوارئ أو أنظمة الإنذار عن بعد ، بشكل منفصل وعلى نحو أكثر تواترًا.
يتوفر نوعان أساسيان من التدقيق. تدقيق أفقي يتضمن اختبار عناصر صغيرة ومحددة لخطة الطوارئ الشاملة لتحديد أوجه القصور. قد تصبح أوجه القصور الطفيفة على ما يبدو حاسمة في حالة الطوارئ الفعلية. أمثلة على هذه العناصر وأوجه القصور ذات الصلة مدرجة في الجدول 4. التدقيق العمودي يختبر عناصر متعددة للخطة في وقت واحد من خلال محاكاة حدث طارئ. يمكن مراجعة الأنشطة مثل تنشيط الخطة وإجراءات البحث والإنقاذ ودعم الحياة ومكافحة الحرائق والخدمات اللوجستية المتعلقة بالاستجابة للطوارئ في منجم أو منشأة بعيدة بهذه الطريقة.
الجدول 4. أمثلة على المراجعة الأفقية لخطط الطوارئ
العنصر |
نقص |
مؤشرات الحادث أو الحدث الأولي |
عدم الاعتراف والإخطار والتسجيل والعمل |
إجراءات التنبيه / الإخلاء |
الموظفون ليسوا على دراية بإجراءات الإخلاء |
- ارتداء أجهزة التنفس للطوارئ |
الموظفون ليسوا على دراية بأجهزة التنفس |
معدات مكافحة الحريق |
تفريغ طفايات الحريق ورؤوس الرشاشات مطلية فوقها وصنابير الحريق مخفية أو مدفونة |
أجهزة الإنذار في حالات الطوارئ |
تم تجاهل الإنذارات |
أدوات اختبار الغاز |
لا تتم صيانتها أو صيانتها أو معايرتها بانتظام |
قد تشمل عمليات المحاكاة موظفين من أكثر من قسم وربما موظفين من شركات أخرى أو منظمات المساعدة المتبادلة أو حتى خدمات الطوارئ مثل إدارات الشرطة والإطفاء. يوفر إشراك منظمات خدمات الطوارئ الخارجية لجميع الأطراف فرصة لا تقدر بثمن لتعزيز ودمج عمليات التأهب للطوارئ والإجراءات والمعدات وتكييف قدرات الاستجابة للمخاطر والأخطار الرئيسية في مواقع محددة.
يجب إجراء نقد رسمي في أقرب وقت ممكن ، ويفضل أن يكون ذلك بعد التدقيق أو المحاكاة مباشرة. يجب أن يمتد التقدير إلى الأفراد أو الفرق التي كان أداؤها جيدًا. يجب وصف نقاط الضعف على وجه التحديد قدر الإمكان ومراجعة الإجراءات لإدراج التحسينات المنهجية عند الضرورة. يجب تنفيذ التغييرات الضرورية ويجب مراقبة الأداء من أجل التحسينات.
يعد البرنامج المستمر الذي يركز على التخطيط والممارسة والانضباط والعمل الجماعي عناصر ضرورية للمحاكاة المتوازنة والتدريبات التدريبية. أثبتت التجربة مرارًا وتكرارًا أن كل تدريب هو تدريب جيد ؛ كل تدريب مفيد ويوفر فرصًا لإظهار نقاط القوة وفضح المجالات التي تتطلب التحسين.
إعادة تقييم دورية للمخاطر والقدرة
قليل من المخاطر لا تزال ثابتة. وبالتالي ، يجب مراقبة وتقييم المخاطر وقدرة تدابير التحكم والاستعداد للطوارئ للتأكد من أن الظروف المتغيرة (مثل الأشخاص أو الأنظمة أو العمليات أو المرافق أو المعدات) لا تغير أولويات المخاطر أو تقلل من قدرات النظام.
استنتاجات
غالبًا ما يُنظر إلى حالات الطوارئ على أنها حوادث غير متوقعة. ومع ذلك ، في هذا اليوم وفي عصر الاتصالات والتكنولوجيا المتقدمة ، هناك عدد قليل من الأحداث التي يمكن تسميتها حقًا بأنها غير متوقعة وبعض المصائب التي لم يتم تجربتها بالفعل. توفر الصحف وتنبيهات المخاطر وإحصاءات الحوادث والتقارير الفنية بيانات تاريخية سليمة وصورًا لما قد يحمله المستقبل لسوء الاستعداد.
ومع ذلك ، فإن طبيعة حالات الطوارئ تتغير مع تغير الصناعة. الاعتماد على التقنيات وتدابير الطوارئ المعتمدة من التجربة السابقة لن يوفر دائمًا نفس الدرجة من الأمان للأحداث المستقبلية.
توفر إدارة المخاطر نهجًا شاملاً ومنظمًا لفهم مخاطر الألغام ومخاطرها وتطوير قدرات وأنظمة الاستجابة الفعالة للطوارئ. يجب فهم عملية إدارة المخاطر وتطبيقها باستمرار ، لا سيما عند نشر أفراد الإنقاذ من الألغام في بيئة يحتمل أن تكون خطرة أو قابلة للانفجار.
إن دعم الاستعداد المختص لحالات الطوارئ هو تدريب جميع العاملين في المناجم على الوعي الأساسي بالمخاطر ، والاعتراف المبكر والإبلاغ عن الحوادث الوشيكة وأحداث التحفيز والاستجابة الأولية ومهارات الهروب. من الضروري أيضًا التدريب على التوقعات في ظل ظروف الحرارة والرطوبة والدخان وانخفاض الرؤية. غالبًا ما يكون الفشل في تدريب الأفراد بشكل مناسب على هذه المهارات الأساسية هو الفرق بين الحادث والكارثة.
يوفر التدريب آلية لتفعيل تنظيم الاستعداد للطوارئ والتخطيط. يوفر تكامل الاستعداد للطوارئ في إطار أنظمة الجودة إلى جانب المراجعة والمحاكاة الروتينية آلية لتحسين وتعزيز التأهب لحالات الطوارئ.
توفر اتفاقية منظمة العمل الدولية للسلامة والصحة في المناجم ، 1955 (رقم 176) ، والتوصية ، 1995 (رقم 183) ، إطارًا شاملاً لتحسين السلامة والصحة في المناجم. يوفر نظام الاستعداد للطوارئ المقترح منهجية لتحقيق النتائج المحددة في الاتفاقية والتوصية.
إعتراف: إن المساعدة التي قدمها السيد Paul MacKenzie-Wood ، مدير الخدمات الفنية لمناجم الفحم (خدمة إنقاذ المناجم في نيو ساوث ويلز ، أستراليا) في إعداد وانتقاد هذه المقالة نقدرها بامتنان.
مدير المدرسة الأخطار المحمولة جوا في صناعة التعدين ، تشمل عدة أنواع من الجسيمات والغازات التي تحدث بشكل طبيعي وعادم المحرك وبعض الأبخرة الكيميائية ؛ مدير المدرسة الأخطار المادية هي الضوضاء والاهتزاز الجزئي والحرارة والتغيرات في الضغط الجوي والإشعاع المؤين. تحدث هذه في مجموعات مختلفة اعتمادًا على المنجم أو المحجر ، وعمقها ، وتكوين الخام والصخور المحيطة ، وطريقة (طرق) التعدين. من بين بعض مجموعات عمال المناجم الذين يعيشون معًا في أماكن معزولة ، هناك أيضًا خطر نقل بعض الأمراض المعدية مثل السل والتهاب الكبد (B و E) وفيروس نقص المناعة البشرية (HIV). يختلف تعرض عمال المناجم باختلاف الوظيفة ، وقربها من مصدر المخاطر وفعالية طرق التحكم في المخاطر.
مخاطر الجسيمات المحمولة جوًا
السيليكا البلورية الحرة هو المركب الأكثر وفرة في قشرة الأرض ، وبالتالي فهو الغبار المحمول الأكثر شيوعًا الذي يواجهه عمال المناجم وعمال المحاجر. السيليكا الحرة هي ثاني أكسيد السيليكون غير المرتبط كيميائياً بأي مركب آخر مثل السيليكات. الشكل الأكثر شيوعًا للسيليكا هو الكوارتز على الرغم من أنه يمكن أن يظهر أيضًا على شكل trydimite أو christobalite. تتشكل الجسيمات القابلة للتنفس عندما يتم حفر الصخور الحاملة للسيليكا أو تفجيرها أو سحقها أو سحقها بطريقة أخرى إلى جزيئات دقيقة. تختلف كمية السيليكا في الأنواع المختلفة من الصخور ولكنها ليست مؤشرًا موثوقًا به لمقدار غبار السيليكا القابل للتنفس الذي يمكن العثور عليه في عينة الهواء. ليس من غير المألوف ، على سبيل المثال ، العثور على 30٪ سيليكا حرة في صخرة ولكن 10٪ في عينة هواء ، والعكس صحيح. يمكن أن يصل الحجر الرملي إلى 100٪ سيليكا ، جرانيت حتى 40٪ ، أردواز ، 30٪ ، مع نسب أقل في المعادن الأخرى. يمكن أن يحدث التعرض في أي عملية تعدين ، على السطح أو تحت الأرض ، حيث توجد السيليكا في عبء منجم سطحي أو السقف أو الأرضية أو رواسب الخام في منجم تحت الأرض. يمكن أن تتشتت السيليكا عن طريق الرياح أو حركة مرور المركبات أو بواسطة آلات تحريك التربة.
مع التعرض الكافي ، يمكن أن تسبب السيليكا السُحار السيليسي ، وهو التهاب رئوي نموذجي يتطور بشكل خبيث بعد سنوات من التعرض. يمكن أن يتسبب التعرض العالي بشكل استثنائي في الإصابة بالسحار السيليسي الحاد أو المتسارع في غضون أشهر مع حدوث ضعف كبير أو الوفاة في غضون بضع سنوات. يرتبط التعرض للسيليكا أيضًا بزيادة خطر الإصابة بالسل وسرطان الرئة وبعض أمراض المناعة الذاتية ، بما في ذلك تصلب الجلد والذئبة الحمامية الجهازية والتهاب المفاصل الروماتويدي. يبدو أن غبار السيليكا المكسور حديثًا أكثر تفاعلًا وأكثر خطورة من الغبار القديم أو القديم. قد يكون هذا نتيجة لارتفاع شحنة السطح نسبيًا على الجسيمات المشكلة حديثًا.
العمليات الأكثر شيوعًا التي ينتج عنها غبار السيليكا القابل للتنفس في التعدين والمحاجر هي الحفر والتفجير وقطع الصخور المحتوية على السيليكا. تتم معظم الثقوب المحفورة للتفجير باستخدام مثقاب قرع يعمل بالهواء مثبت على جرار زاحف. يتكون الثقب من مزيج من الدوران والتأثير ودفع لقمة الحفر. كلما تعمق الثقب ، تضاف قضبان الحفر الفولاذية لتوصيل لقمة الحفر بمصدر الطاقة. لا يعمل الهواء على تشغيل الحفر فحسب ، بل يقوم أيضًا بنفخ الرقائق والغبار من الحفرة والتي ، إذا لم يتم التحكم فيها ، فإنها تضخ كميات كبيرة من الغبار في البيئة. يعمل المثقاب اليدوي أو المثقاب الغاطس على نفس المبدأ ولكن على نطاق أصغر. ينقل هذا الجهاز قدرًا كبيرًا من الاهتزاز إلى المشغل ومعه خطر اهتزاز الإصبع الأبيض. تم العثور على إصبع الاهتزاز الأبيض بين عمال المناجم في الهند واليابان وكندا وأماكن أخرى. يتم استخدام مثقاب الجنزير وجاك المطرقة أيضًا في مشاريع البناء حيث يجب حفر الصخور أو كسرها لإنشاء طريق سريع ، وكسر الصخور من أجل الأساس ، وأعمال إصلاح الطرق وغيرها من الأغراض.
تم تطوير أدوات التحكم في الغبار لهذه التدريبات وهي فعالة. يتم حقن رذاذ مائي ، أحيانًا مع منظف ، في هواء النفخ مما يساعد جزيئات الغبار على الالتحام والتسرب. ينتج عن الكثير من الماء تكوين جسر أو طوق بين فولاذ الحفر وجانب الحفرة. غالبًا ما يجب كسرها لإزالة البتة ؛ القليل من الماء غير فعال. تشمل مشاكل هذا النوع من التحكم انخفاض معدل الحفر ، ونقص إمدادات المياه الموثوقة وإزاحة الزيت مما يؤدي إلى زيادة تآكل الأجزاء المشحمة.
النوع الآخر من التحكم في الغبار في المثقاب هو نوع من تهوية العادم المحلي. يسحب تدفق الهواء العكسي عبر المثقاب الفولاذي بعض الغبار وطوقًا حول ريشة الحفر مع مجاري الهواء ومروحة لإزالة الغبار. تعمل هذه الأنظمة بشكل أفضل من الأنظمة الرطبة الموضحة أعلاه: تدوم لقم الثقب لفترة أطول ويكون معدل الحفر أعلى. ومع ذلك ، فإن هذه الطرق أكثر تكلفة وتتطلب مزيدًا من الصيانة.
أدوات التحكم الأخرى التي توفر الحماية هي الكابينة المزودة بمصدر هواء مفلتر وربما مكيف الهواء لمشغلي الحفر ومشغلي الجرافات وسائقي المركبات. يمكن استخدام جهاز التنفس المناسب ، المجهز بشكل صحيح ، لحماية العمال كحل مؤقت أو إذا ثبت أن جميع الأجهزة الأخرى غير فعالة.
يحدث التعرض للسيليكا أيضًا في المحاجر التي يجب أن تقطع الحجر إلى أبعاد محددة. الطريقة المعاصرة الأكثر شيوعًا لقطع الأحجار هي استخدام موقد قناة يعمل بوقود الديزل والهواء المضغوط. ينتج عن هذا بعض جسيمات السيليكا. المشكلة الأكثر أهمية في مواقد القنوات هي الضوضاء: عندما يتم إشعال الموقد لأول مرة وعندما يخرج من القطع ، يمكن أن يتجاوز مستوى الصوت 120 ديسيبل. حتى عندما يكون مغمورًا في القطع ، يبلغ مستوى الضوضاء حوالي 115 ديسيبل. طريقة بديلة لقطع الحجر هي استخدام الماء عالي الضغط.
غالبًا ما يتم إرفاق أو بالقرب من مقلع حجارة عبارة عن طاحونة حيث يتم نحت القطع إلى منتج أكثر تامة الصنع. ما لم تكن هناك تهوية جيدة للعادم المحلي ، يمكن أن يكون التعرض للسيليكا مرتفعًا لأن الأدوات اليدوية الاهتزازية والدوارة تستخدم لتشكيل الحجر بالشكل المطلوب.
غبار منجم الفحم القابل للتنفس يمثل خطرًا في مناجم الفحم الجوفية والسطحية وفي مرافق معالجة الفحم. إنه غبار مختلط ، يتكون في الغالب من الفحم ، ولكن يمكن أن يشمل أيضًا السيليكا والطين والحجر الجيري وغبارًا معدنيًا آخر. يختلف تكوين غبار منجم الفحم باختلاف طبقات الفحم ، وتكوين الطبقات المحيطة وطرق التعدين. ينتج غبار مناجم الفحم عن طريق تفجير الفحم وحفره وقطعه ونقله.
يتم إنشاء المزيد من الغبار باستخدام التعدين الآلي مقارنة بالطرق اليدوية ، كما أن بعض طرق التعدين الآلي تنتج غبارًا أكثر من غيرها. تعتبر آلات القطع التي تزيل الفحم باستخدام براميل دوارة مرصعة بالمعاول هي المصادر الرئيسية للغبار في عمليات التعدين الآلية. وتشمل هذه ما يسمى بعمال المناجم المستمرة وآلات التعدين ذات الجدران الطويلة. عادة ما تنتج آلات التعدين في Longwall كميات أكبر من الغبار مقارنة بطرق التعدين الأخرى. يمكن أن يحدث تشتت الغبار أيضًا مع حركة الدروع في تعدين الجدران الطويلة ومع نقل الفحم من مركبة أو حزام ناقل إلى بعض وسائل النقل الأخرى.
يتسبب غبار مناجم الفحم في حدوث الالتهاب الرئوي لعمال الفحم (CWP) ويساهم في حدوث أمراض الشعب الهوائية المزمنة مثل التهاب الشعب الهوائية المزمن وانتفاخ الرئة. يرتبط الفحم ذو الرتبة العالية (على سبيل المثال ، المحتوى العالي من الكربون مثل أنثراسايت) بارتفاع مخاطر الإصابة بـ CWP. هناك بعض التفاعلات الشبيهة بالروماتويد لغبار منجم الفحم أيضًا.
يمكن الحد من توليد غبار مناجم الفحم من خلال التغييرات في تقنيات قطع الفحم ويمكن التحكم في تشتته باستخدام التهوية الكافية وبخاخات الماء. إذا تم تقليل سرعة دوران براميل القطع وزادت سرعة الترام (السرعة التي تتقدم بها الأسطوانة إلى خط الفحم) ، يمكن تقليل توليد الغبار دون خسائر في الإنتاجية. في تعدين الجدران الطويلة ، يمكن تقليل توليد الغبار عن طريق قطع الفحم في مسار واحد (بدلاً من اثنين) عبر الوجه والرجوع للخلف دون قطع أو بقطع تنظيف. يمكن تقليل تشتت الغبار على أقسام الجدار الطويل من خلال التعدين المتماثل (على سبيل المثال ، ناقل السلسلة في الوجه ورأس القاطع والهواء يتحركان في نفس الاتجاه). طريقة جديدة لقطع الفحم ، باستخدام رأس قاطع غريب الأطوار يقطع باستمرار بشكل عمودي على حبيبات الرواسب ، يبدو أنه يولد غبارًا أقل من رأس القطع الدائري التقليدي.
يمكن للتهوية الميكانيكية الكافية التي تتدفق أولاً فوق طاقم التعدين ثم إلى وعبر واجهة التعدين أن تقلل من التعرض. يمكن أيضًا أن تقلل التهوية المحلية الإضافية في سطح العمل ، باستخدام مروحة مع مجاري الهواء وجهاز التنظيف ، من التعرض من خلال توفير تهوية للعادم المحلي.
كما تساعد رشاشات الماء ، الموضوعة بشكل استراتيجي بالقرب من رأس القاطع وإبعاد الغبار عن عامل المنجم ونحو الوجه ، في تقليل التعرض. توفر المواد الخافضة للتوتر السطحي بعض الفوائد في تقليل تركيز غبار الفحم.
التعرض للاسبستوس يحدث بين عمال مناجم الأسبستوس وفي مناجم أخرى حيث يوجد الأسبستوس في الخام. بين عمال المناجم في جميع أنحاء العالم ، أدى التعرض للأسبستوس إلى زيادة خطر الإصابة بسرطان الرئة وورم الظهارة المتوسطة. كما أنه زاد من خطر الإصابة بتليف الرئتين الأسبستي (تضخم رئوي آخر) وأمراض الشعب الهوائية.
عادم محرك الديزل هو خليط معقد من الغازات والأبخرة والجسيمات. الغازات الأكثر خطورة هي أول أكسيد الكربون وأكسيد النيتروجين وثاني أكسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت. هناك العديد من المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) ، مثل الألدهيدات والهيدروكربونات غير المحترقة ، والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) ومركبات nitro-PAH (N-PAHs). يتم أيضًا امتصاص مركبات الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات و N-PAH على جسيمات الديزل. أكاسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت والألدهيدات كلها مهيجات تنفسية حادة. العديد من مركبات الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات و N-PAH مسببة للسرطان.
تتكون جسيمات الديزل من جزيئات كربون ذات قطر صغير (قطرها 1 مم) تتكثف من دخان العادم وغالبًا ما تتجمع في الهواء في كتل أو خيوط. كل هذه الجسيمات قابلة للتنفس. تعتبر جسيمات الديزل والجزيئات الأخرى ذات الحجم المماثل مسببة للسرطان في حيوانات المختبر ويبدو أنها تزيد من خطر الإصابة بسرطان الرئة لدى العمال المعرضين بتركيزات أعلى من حوالي 0.1 مجم / م.3. يتعرض عمال المناجم في المناجم تحت الأرض إلى جسيمات الديزل بمستويات أعلى بكثير. تعتبر الوكالة الدولية لأبحاث السرطان (IARC) أن جسيمات الديزل مادة مسرطنة محتملة.
يمكن تقليل توليد عادم الديزل من خلال تصميم المحرك والوقود عالي الجودة والنظيف ومنخفض الكبريت. تنتج المحركات والوقود غير المقنن مع عدد السيتان المنخفض ومحتوى الكبريت المنخفض مواد جسيمية أقل. يقلل استخدام الوقود منخفض الكبريت من توليد SO2 والجسيمات. تعتبر المرشحات فعالة ومجدية ويمكنها إزالة أكثر من 90٪ من جسيمات الديزل من تيار العادم. تتوفر المرشحات للمحركات التي لا تحتوي على أجهزة تنقية الغاز وللمحركات التي تحتوي على أجهزة تنقية بالماء أو أجهزة تنقية الغاز الجاف. يمكن تقليل أول أكسيد الكربون بشكل كبير باستخدام المحول الحفاز. تتشكل أكاسيد النيتروجين عندما يكون النيتروجين والأكسجين تحت ظروف ضغط ودرجة حرارة مرتفعين (أي داخل أسطوانة الديزل) ، وبالتالي ، يصعب التخلص منها.
يمكن تقليل تركيز جزيئات الديزل المشتتة في منجم تحت الأرض عن طريق التهوية الميكانيكية الكافية والقيود المفروضة على استخدام معدات الديزل. ستتطلب أي مركبة تعمل بالديزل أو أي آلة أخرى قدرًا أدنى من التهوية لتخفيف وإزالة منتجات العادم. تعتمد كمية التهوية على حجم المحرك واستخداماته. في حالة تشغيل أكثر من قطعة واحدة من المعدات التي تعمل بالديزل في مسار هواء واحد ، يجب زيادة التهوية لتخفيف العادم وإزالته.
قد تزيد المعدات التي تعمل بالديزل من مخاطر نشوب حريق أو انفجار نظرًا لأنها تصدر عادمًا ساخنًا مصحوبًا باللهب والشرر ، وقد تؤدي درجات حرارة سطحها المرتفعة إلى إشعال أي غبار فحم متراكم أو مواد أخرى قابلة للاشتعال. يجب أن تبقى درجة حرارة سطح محركات الديزل أقل من 305 درجة فهرنهايت (150 درجة مئوية) في مناجم الفحم من أجل منع احتراق الفحم. يمكن التحكم في اللهب والشرر المنبعث من العادم بواسطة جهاز تنقية لمنع اشتعال غبار الفحم والميثان.
الغازات والأبخرة
يسرد الجدول 1 الغازات الشائعة في المناجم. أهم الغازات التي تحدث بشكل طبيعي هي الميثان و كبريتيد الهيدروجين في مناجم الفحم والرادون في اليورانيوم ومناجم أخرى. نقص الأكسجين ممكن في أي منهما. الميثان قابل للاحتراق. تنتج معظم انفجارات مناجم الفحم عن اشتعال غاز الميثان وغالبًا ما يتبعها انفجارات أكثر عنفًا ناتجة عن غبار الفحم الذي تم تعليقه بسبب صدمة الانفجار الأصلي. طوال تاريخ مناجم الفحم ، كانت الحرائق والانفجارات هي السبب الرئيسي لوفاة الآلاف من عمال المناجم. يمكن تقليل مخاطر الانفجار عن طريق تخفيف غاز الميثان إلى ما دون الحد الأدنى للانفجار ومن خلال حظر مصادر الاشتعال المحتملة في مناطق الوجه ، حيث يكون التركيز عادةً هو الأعلى. يساعد غبار أضلاع المنجم (الجدار) والأرضية والسقف بالحجر الجيري غير القابل للاحتراق (أو غبار الصخور غير القابل للاحتراق الخالي من السيليكا) على منع انفجارات الغبار ؛ إذا كان الغبار المعلق بصدمة انفجار غاز الميثان غير قابل للاشتعال ، فلن يحدث انفجار ثانوي.
الجدول 1. الأسماء الشائعة والآثار الصحية للغازات الخطرة التي تحدث في مناجم الفحم
غاز |
اسم شائع |
الآثار الصحية |
الميثان (CH4) |
رطب النار |
قابل للاشتعال والانفجار اختناق بسيط |
أول أكسيد الكربون (CO) |
رطبة بيضاء |
الاختناق الكيماوي |
كبريتيد الهيدروجين (H2S) |
نتن رطبة |
تهيج العين والأنف والحنجرة. تثبيط تنفسي حاد |
نقص الأكسجين |
رطب أسود |
نقص الأكسجين |
نسف المنتجات الثانوية |
بعد الرطوبة |
مهيجات الجهاز التنفسي |
عادم محرك الديزل |
نفسه |
مهيج للجهاز التنفسي سرطان الرئة |
الرادون هو غاز مشع طبيعي تم العثور عليه في مناجم اليورانيوم ومناجم القصدير وبعض المناجم الأخرى. لم يتم العثور عليها في مناجم الفحم. يتمثل الخطر الأساسي المرتبط بالرادون في كونه مصدرًا للإشعاع المؤين ، والذي تمت مناقشته أدناه.
تشمل المخاطر الغازية الأخرى مهيجات الجهاز التنفسي الموجودة في عوادم محركات الديزل ونواتج التفجير الثانوية. أول أكسيد الكربون يوجد ليس فقط في عادم المحرك ولكن أيضًا نتيجة حرائق المناجم. أثناء حرائق المناجم ، لا يمكن أن يصل ثاني أكسيد الكربون إلى التركيزات المميتة فحسب ، بل يمكن أن يصبح أيضًا خطرًا للانفجار.
أكاسيد النيتروجين (NOx) ، في المقام الأول لا و لا2، بواسطة محركات الديزل وكمنتج ثانوي للتفجير. في المحركات ، لاx تتشكل كمنتج ثانوي ملازم لهواء النفخ ، 79٪ منها نيتروجين و 20٪ أكسجين ، في ظل ظروف ارتفاع درجة الحرارة والضغط ، وهي الظروف ذاتها اللازمة لتشغيل محرك الديزل. إنتاج NOx يمكن تقليله إلى حد ما عن طريق الحفاظ على برودة المحرك قدر الإمكان وعن طريق زيادة التهوية لتخفيف العادم وإزالته.
لاx هو أيضا منتج ثانوي التفجير. أثناء التفجير ، تتم إزالة عمال المناجم من المنطقة التي سيحدث فيها التفجير. تتمثل الممارسة التقليدية لتجنب التعرض المفرط لأكاسيد النيتروجين والغبار ونتائج التفجير الأخرى في الانتظار حتى تزيل تهوية المنجم كمية كافية من منتجات التفجير الثانوية من المنجم قبل إعادة الدخول إلى المنطقة في مجرى هواء السحب.
نقص الأكسجين يمكن أن يحدث بعدة طرق. يمكن إزاحة الأكسجين عن طريق بعض الغازات الأخرى ، مثل الميثان ، أو يمكن استهلاكه إما عن طريق الاحتراق أو عن طريق الميكروبات في مساحة هوائية بدون تهوية.
هناك مجموعة متنوعة من المخاطر الأخرى المحمولة جواً والتي تتعرض لها مجموعات معينة من عمال المناجم. يعد التعرض لبخار الزئبق ، وبالتالي خطر التسمم بالزئبق ، أحد المخاطر بين عمال مناجم الذهب والمطاحن وبين عمال مناجم الزئبق. يحدث التعرض للزرنيخ وخطر الإصابة بسرطان الرئة بين عمال مناجم الذهب وعمال مناجم الرصاص. يحدث التعرض للنيكل ، وبالتالي لخطر الإصابة بسرطان الرئة وحساسية الجلد ، بين عمال مناجم النيكل.
يتم استخدام بعض البلاستيك في المناجم أيضًا. وتشمل هذه فورمالدهايد اليوريا و رغاوي البولي يوريثان، وكلاهما من البلاستيك المصنوع في مكانه. يتم استخدامها لسد الثقوب وتحسين التهوية ولتوفير مرساة أفضل لدعامات السقف. الفورمالديهايد والأيزوسيانات ، وهما مادتان ابتدائيتان لهذين الرغويين ، هما من المواد المهيجة للجهاز التنفسي ويمكن أن يسبب كلاهما حساسية من الحساسية مما يجعل من المستحيل تقريبًا على عمال المناجم الحساسين العمل حول أي من المكونين. الفورمالديهايد مادة مسرطنة للإنسان (IARC Group 1).
الأخطار المادية
ضجيج موجود في كل مكان في التعدين. يتم إنشاؤه بواسطة آلات قوية ، ومراوح ، وتفجير ونقل خام. عادة ما يكون للمنجم الموجود تحت الأرض مساحة محدودة وبالتالي يخلق حقلاً صدى. يكون التعرض للضوضاء أكبر مما لو كانت نفس المصادر في بيئة أكثر انفتاحًا.
يمكن تقليل التعرض للضوضاء باستخدام الوسائل التقليدية للتحكم في الضوضاء في آلات التعدين. يمكن تهدئة عمليات النقل ، ويمكن كتم صوت المحركات بشكل أفضل ، ويمكن أيضًا تهدئة الآلات الهيدروليكية. يمكن عزل المزالق أو تبطينها بمواد ممتصة للصوت. غالبًا ما تكون أدوات حماية السمع جنبًا إلى جنب مع اختبار قياس السمع المنتظم ضرورية للحفاظ على سمع عمال المناجم.
إشعاعات أيونية هو خطر في صناعة التعدين. يمكن تحرير الرادون من الحجر أثناء فكه عن طريق التفجير ، ولكنه قد يدخل أيضًا إلى منجم من خلال مجاري تحت الأرض. إنه غاز وبالتالي فهو محمول في الهواء. ينبعث الرادون ومنتجاته المتحللة من الإشعاع المؤين ، وبعضها لديه طاقة كافية لإنتاج الخلايا السرطانية في الرئة. ونتيجة لذلك ، ارتفعت معدلات الوفيات الناجمة عن سرطان الرئة بين عمال مناجم اليورانيوم. بالنسبة لعمال المناجم الذين يدخنون ، فإن معدل الوفيات أعلى بكثير.
حرارة يشكل خطرا على كل من عمال المناجم الجوفية والسطحية. في المناجم تحت الأرض ، المصدر الرئيسي للحرارة هو من الصخور نفسها. ترتفع درجة حرارة الصخر حوالي 1 درجة مئوية لكل 100 متر في العمق. تشمل المصادر الأخرى للإجهاد الحراري مقدار النشاط البدني الذي يقوم به العمال ، وكمية الهواء المنتشر ، ودرجة حرارة الهواء المحيط والرطوبة والحرارة المتولدة عن معدات التعدين ، ولا سيما المعدات التي تعمل بالديزل. يمكن أن تسبب المناجم العميقة جدًا (التي يزيد عمقها عن 1,000 متر) مشاكل حرارية كبيرة ، حيث تصل درجة حرارة ضلوع المنجم إلى حوالي 40 درجة مئوية. بالنسبة لعمال السطح ، فإن النشاط البدني ، والقرب من المحركات الساخنة ، ودرجة حرارة الهواء ، والرطوبة ، وضوء الشمس هي المصادر الرئيسية للحرارة.
يمكن الحد من الإجهاد الحراري عن طريق تبريد الآلات ذات درجة الحرارة العالية ، والحد من النشاط البدني ، وتوفير كميات كافية من مياه الشرب ، والمأوى من أشعة الشمس والتهوية الكافية. بالنسبة للآلات السطحية ، يمكن للكبائن المكيفة حماية مشغل المعدات. في المناجم العميقة في جنوب إفريقيا ، على سبيل المثال ، تُستخدم وحدات تكييف الهواء تحت الأرض لتوفير بعض الراحة ، وتتوفر إمدادات الإسعافات الأولية للتعامل مع الإجهاد الحراري.
تعمل العديد من المناجم على ارتفاعات عالية (على سبيل المثال ، أكبر من 4,600 متر) ، ولهذا السبب ، قد يعاني عمال المناجم من داء المرتفعات. يمكن أن يتفاقم هذا إذا سافروا ذهابًا وإيابًا بين منجم على ارتفاع عالٍ وضغط جوي أكثر طبيعية.
الملف العام
الزيوت الخام والغازات الطبيعية عبارة عن خليط من جزيئات الهيدروكربون (مركبات عضوية من ذرات الكربون والهيدروجين) تحتوي على 1 إلى 60 ذرة كربون. تعتمد خصائص هذه الهيدروكربونات على عدد وترتيب ذرات الكربون والهيدروجين في جزيئاتها. جزيء الهيدروكربون الأساسي هو ذرة كربون واحدة مرتبطة بأربع ذرات هيدروجين (ميثان). تتطور جميع الأشكال الأخرى للهيدروكربونات البترولية من هذا الجزيء. عادة ما تكون الهيدروكربونات التي تحتوي على ما يصل إلى 1 ذرات كربون غازات ؛ وعادة ما تكون تلك التي تحتوي على 4 إلى 4 ذرة كربون سوائل ؛ وأولئك الذين لديهم 5 أو أكثر هم مواد صلبة. بالإضافة إلى الهيدروكربونات ، تحتوي الزيوت الخام والغازات الطبيعية على مركبات الكبريت والنيتروجين والأكسجين جنبًا إلى جنب مع كميات ضئيلة من المعادن والعناصر الأخرى.
يُعتقد أن النفط الخام والغاز الطبيعي قد تشكلت على مدى ملايين السنين بسبب اضمحلال النباتات والكائنات البحرية المضغوطة تحت وطأة الترسيب. نظرًا لأن النفط والغاز أخف من الماء ، فقد ارتفعوا لملء الفراغات في هذه التكوينات العلوية. توقفت هذه الحركة الصعودية عندما وصل النفط والغاز إلى طبقات كثيفة أو فوقية أو غير منفذة أو صخور غير مسامية. ملأ النفط والغاز الفراغات في طبقات الصخور المسامية والخزانات الجوفية الطبيعية ، مثل الرمال المشبعة ، بغاز أخف فوق النفط الثقيل. كانت هذه المساحات أفقية في الأصل ، ولكن تحول قشرة الأرض أدى إلى ظهور جيوب تسمى الصدوع والخيوط المنحنية والقباب الملحية والفخاخ الطبقية ، حيث يتم تجميع النفط والغاز في الخزانات.
الصخر الزيتي
زيت الصخر الزيتي ، أو الكيروجين ، هو خليط من الهيدروكربونات الصلبة والمركبات العضوية الأخرى التي تحتوي على النيتروجين والأكسجين والكبريت. يتم استخراجه ، بالتسخين ، من صخر يسمى الزيت الصخري ، وينتج من 15 إلى 50 جالونًا من الزيت لكل طن من الصخور.
الاستكشاف والإنتاج هو المصطلح الشائع المطبق على ذلك الجزء من صناعة البترول المسؤول عن استكشاف واكتشاف حقول النفط الخام والغاز الجديدة وحفر الآبار وإحضار المنتجات إلى السطح. تاريخيًا ، كان النفط الخام ، الذي تسرب بشكل طبيعي إلى السطح ، يُجمع لاستخدامه كدواء وطلاء واقية ووقود للمصابيح. تم تسجيل تسرب الغاز الطبيعي كحرائق مشتعلة على سطح الأرض. لم يتم تطوير طرق الحفر والحصول على كميات تجارية كبيرة من النفط الخام حتى عام 1859.
تم العثور على النفط الخام والغاز الطبيعي في جميع أنحاء العالم ، تحت الأرض والمياه ، على النحو التالي:
يوضح الشكل 1 والشكل 2 إنتاج العالم من النفط الخام والغاز الطبيعي لعام 1995.
الشكل 1. الإنتاج العالمي من النفط الخام لعام 1995
الشكل 2. الإنتاج العالمي لسوائل مصانع الغاز الطبيعي - 1995
غالبًا ما تحدد أسماء النفط الخام نوع الخام والمناطق التي تم اكتشافها فيها في الأصل. على سبيل المثال ، تمت تسمية أول نفط خام تجاري ، خام بنسلفانيا ، على اسم مكان منشأه في الولايات المتحدة. ومن الأمثلة الأخرى السعودية الخفيفة والفنزويلية الثقيلة. الخامان المعياريان المستخدمان لتحديد أسعار الخام العالمية هما تكساس لايت سويت وخام برنت بحر الشمال.
تصنيف الزيوت الخام
الزيوت الخام عبارة عن مخاليط معقدة تحتوي على العديد من المركبات الهيدروكربونية الفردية المختلفة ؛ وهي تختلف في المظهر والتركيب من حقل نفط إلى آخر ، وأحيانًا تختلف عن الآبار نسبيًا القريبة من بعضها البعض. وتتراوح قوام الزيوت الخام من الماء إلى المواد الصلبة الشبيهة بالقار ، ويتراوح لونها من الصافي إلى الأسود. يحتوي الزيت الخام "المتوسط" على حوالي 84٪ كربون ؛ 14٪ هيدروجين 1 إلى 3٪ كبريت ؛ وأقل من 1٪ من النيتروجين والأكسجين والمعادن والأملاح. انظر الجدول 1 والجدول 2.
الجدول 1. الخصائص والخصائص التقريبية النموذجية وإمكانات البنزين لمختلف أنواع النفط الخام النموذجية.
المصدر الخام والاسم * |
البارافينات |
العطريات |
النفثيين |
الكبريت |
جاذبية API |
غلة النفثين |
رقم أوكتان |
ضوء النيجيري |
37 |
9 |
54 |
0.2 |
36 |
28 |
60 |
سعودي لايت |
63 |
19 |
18 |
2 |
34 |
22 |
40 |
سعودي ثقيل |
60 |
15 |
25 |
2.1 |
28 |
23 |
35 |
فنزويلا الثقيلة |
35 |
12 |
53 |
2.3 |
30 |
2 |
60 |
فنزويلا لايت |
52 |
14 |
34 |
1.5 |
24 |
18 |
50 |
الولايات المتحدة الأمريكية ميدكونتيننتال سويت |
- |
- |
- |
0.4 |
40 |
- |
- |
الولايات المتحدة الأمريكية غرب تكساس صور |
46 |
22 |
32 |
1.9 |
32 |
33 |
55 |
بحر الشمال برنت |
50 |
16 |
34 |
0.4 |
37 |
31 |
50 |
* متوسط الأرقام التمثيلية.
الجدول 2. تكوين النفط الخام والغاز الطبيعي
الهيدروكربونات
البارافينات: جزيئات الهيدروكربون (الأليفاتية) من نوع السلسلة المشبعة بالبارافيني في الزيت الخام لها الصيغة CnH2n + 2، ويمكن أن تكون إما سلاسل مستقيمة (عادية) أو سلاسل متفرعة (أيزومرات) من ذرات الكربون. تم العثور على جزيئات البارافين الأخف وزنا ، وسلسلة مستقيمة في الغازات وشمع البارافين. عادة ما توجد البارافينات المتفرعة السلسلة في أجزاء أثقل من النفط الخام ولها أرقام أوكتان أعلى من البارافينات العادية.
العطريات: العطريات هي مركبات هيدروكربونية من النوع الحلقي غير المشبع. النفثالينات عبارة عن مركبات عطرية مدمجة ذات الحلقة المزدوجة. تم العثور على أكثر المواد العطرية تعقيدًا ، متعدد النوى (ثلاث حلقات عطرية مدمجة أو أكثر) ، في الأجزاء الثقيلة من النفط الخام.
النفثينات: النفثينات عبارة عن تجمعات هيدروكربونية من النوع الدائري المشبع ، مع الصيغة
CnH2n، مرتبة على شكل حلقات مغلقة (دائرية) ، توجد في جميع أجزاء النفط الخام باستثناء الأخف وزناً. تسود الحلقة المفردة النافثين (mono-cycloparaffins) مع 5 و 6 ذرات كربون ، مع وجود حلقتين من naphthenes (dicycloparaffins) في الأطراف الأثقل من النافتا.
غير الهيدروكربونات
مركبات الكبريت والكبريت: يوجد الكبريت في الغاز الطبيعي والنفط الخام في صورة كبريتيد الهيدروجين (H2S) ، كمركبات (ثيول ، مركابتان ، كبريتيدات ، عديد الكبريتيدات ، إلخ) أو كعنصر كبريت. يحتوي كل غاز ونفط خام على كميات وأنواع مختلفة من مركبات الكبريت ، ولكن كقاعدة عامة ، تكون نسبة واستقرار وتعقيد المركبات أكبر في أجزاء النفط الخام الثقيلة.
توجد مركبات الكبريت التي تسمى مركابتان ، والتي تظهر روائح مميزة يمكن اكتشافها بتركيزات منخفضة للغاية ، في الغاز والزيوت الخام البترولية ونواتج التقطير. الأكثر شيوعًا هي ميثيل وإيثيل مركابتان. غالبًا ما يتم إضافة المركابتان إلى الغاز التجاري (LNG و LPG) لتوفير رائحة لاكتشاف التسرب.
احتمالية التعرض لمستويات سامة من H2يوجد S عند العمل في الحفر والإنتاج والنقل ومعالجة النفط الخام والغاز الطبيعي. ينتج عن احتراق الهيدروكربونات البترولية المحتوية على الكبريت مواد غير مرغوبة مثل حامض الكبريتيك وثاني أكسيد الكبريت.
مركبات الأكسجين: توجد مركبات الأكسجين ، مثل الفينولات والكيتونات والأحماض الكربوكسيلية ، في الزيوت الخام بكميات متفاوتة.
مركبات النيتروجين: يوجد النيتروجين في الأجزاء الأخف وزنا من النفط الخام كمركبات أساسية ، وفي كثير من الأحيان في الأجزاء الثقيلة من النفط الخام كمركبات غير أساسية والتي قد تشمل أيضًا المعادن النزرة.
المعادن النزرة: غالبًا ما توجد كميات ضئيلة أو كميات صغيرة من المعادن ، بما في ذلك النحاس والنيكل والحديد والزرنيخ والفاناديوم ، في الزيوت الخام بكميات صغيرة.
ملح غيرعضوي: غالبًا ما تحتوي الزيوت الخام على أملاح غير عضوية ، مثل كلوريد الصوديوم وكلوريد المغنيسيوم وكلوريد الكالسيوم ، المعلقة في الخام أو المذابة في الماء المحبوس (محلول ملحي).
نشبع: قد ينتج ثاني أكسيد الكربون عن تحلل البيكربونات الموجودة في الخام أو المضافة إليه أو من البخار المستخدم في عملية التقطير.
أحماض النفثينيك: تحتوي بعض الزيوت الخام على أحماض نافثينيك (عضوية) ، والتي قد تصبح أكالة عند درجات حرارة أعلى من 232 درجة مئوية عندما تكون القيمة الحمضية للخام أعلى من مستوى معين.
المواد المشعة التي تحدث عادة: غالبًا ما توجد المواد المشعة التي تحدث عادة (NORMs) في النفط الخام ، في رواسب الحفر وفي طين الحفر ، ويمكن أن تشكل خطرًا من مستويات منخفضة من النشاط الإشعاعي.
تُستخدم مقايسات الزيت الخام البسيطة نسبيًا لتصنيف الزيوت الخام على أنها برافيني أو نافثيني أو عطري أو مختلط ، بناءً على النسبة السائدة من جزيئات الهيدروكربون المماثلة. تحتوي خامات القاعدة المختلطة على كميات متفاوتة من كل نوع من أنواع الهيدروكربون. تعتمد إحدى طرق الفحص (مكتب المناجم الأمريكي) على التقطير ، بينما تعتمد طريقة أخرى (عامل UOP "K") على نقاط الجاذبية والغليان. يتم إجراء فحوصات خام أكثر شمولاً لتحديد قيمة الخام (أي محصوله وجودة المنتجات المفيدة) ومعاملات المعالجة. عادةً ما يتم تجميع الزيوت الخام وفقًا لهيكل المحصول ، مع اعتبار البنزين عالي الأوكتان أحد أكثر المنتجات المرغوبة. تتكون المواد الأولية للنفط الخام في المصفاة عادة من خليط من نوعين أو أكثر من أنواع النفط الخام المختلفة.
يتم تعريف الزيوت الخام أيضًا من حيث الجاذبية (النوعية) API. على سبيل المثال ، النفط الخام الثقيل له جاذبية API منخفضة (وجاذبية نوعية عالية). قد يكون للنفط الخام منخفض الجاذبية API نقطة وميض عالية أو منخفضة ، اعتمادًا على نهاياته الأخف وزنا (مكونات أكثر تطايرًا). نظرًا لأهمية درجة الحرارة والضغط في عملية التكرير ، يتم تصنيف الزيوت الخام أيضًا حسب اللزوجة ونقاط الصب ونطاقات الغليان. كما تؤخذ في الاعتبار الخصائص الفيزيائية والكيميائية الأخرى ، مثل اللون ومحتوى بقايا الكربون. عادةً ما تكون الزيوت الخام ذات الكربون المرتفع والهيدروجين المنخفض والجاذبية المنخفضة API غنية بالعطريات ؛ في حين أن تلك ذات الكربون المنخفض والهيدروجين العالي والجاذبية العالية API تكون عادة غنية بالبارافينات.
تسمى الزيوت الخام التي تحتوي على كميات ملحوظة من كبريتيد الهيدروجين أو غيره من مركبات الكبريت التفاعلية "الحامضة". ويطلق على تلك التي تحتوي على نسبة أقل من الكبريت اسم "حلو". بعض الاستثناءات لهذه القاعدة هي خام غرب تكساس (والتي تعتبر دائمًا "حامضة" بغض النظر عن H2محتوى S) والخامات العربية عالية الكبريت (والتي لا تعتبر "حامضة" لأن مركباتها الكبريتية ليست شديدة التفاعل).
الغاز الطبيعي المضغوط والغازات الهيدروكربونية المسالة
يتشابه تكوين الغازات الهيدروكربونية التي تحدث بشكل طبيعي مع الزيوت الخام من حيث أنها تحتوي على خليط من جزيئات الهيدروكربون المختلفة اعتمادًا على مصدرها. يمكن استخلاصها كغاز طبيعي (خالٍ تقريبًا من السوائل) من حقول الغاز ؛ الغاز المصاحب للبترول والذي يتم استخراجه بالزيت من حقول الغاز والنفط ؛ والغاز من حقول مكثفات الغاز ، حيث تتحول بعض المكونات السائلة للنفط إلى الحالة الغازية عندما يكون الضغط مرتفعًا (10 إلى 70 ميجا باسكال). عندما ينخفض الضغط (إلى 4 إلى 8 ميجا باسكال) ، تنفصل المكثفات المحتوية على هيدروكربونات أثقل عن الغاز عن طريق التكثيف. يُستخرج الغاز من الآبار التي يصل عمقها إلى 4 أميال (6.4 كم) أو أكثر ، وتتراوح ضغوط التماس من 3 ميجا باسكال إلى 70 ميجا باسكال. (انظر الشكل 3.)
الشكل 3 - بئر للغاز الطبيعي البحري يقع على عمق 87.5 مترًا من المياه في منطقة بيتاس بوينت في قناة سانتا باربرا ، جنوب كاليفورنيا
المعهد الامريكي للبترول
يحتوي الغاز الطبيعي على 90 إلى 99٪ من الهيدروكربونات ، والتي تتكون في الغالب من الميثان (أبسط هيدروكربون) مع كميات أقل من الإيثان والبروبان والبيوتان. يحتوي الغاز الطبيعي أيضًا على آثار من النيتروجين وبخار الماء وثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين وغازات خاملة عرضية مثل الأرجون أو الهليوم. غازات طبيعية تحتوي على أكثر من 50 جم / م3 من الهيدروكربونات مع جزيئات من ثلاث ذرات كربون أو أكثر (C3 أو أعلى) من الغازات "الخالية من الدهون".
اعتمادًا على كيفية استخدامه كوقود ، يتم إما ضغط الغاز الطبيعي أو تسييله. تتم معالجة الغاز الطبيعي من حقول مكثفات الغاز والغاز في الحقل لتلبية معايير النقل المحددة قبل ضغطها وتغذيتها في خطوط أنابيب الغاز. يشمل هذا المستحضر إزالة الماء بالمجففات (أجهزة التجفيف والفواصل والسخانات) ، وإزالة الزيت باستخدام مرشحات الالتحام ، وإزالة المواد الصلبة عن طريق الترشيح. يتم أيضًا إزالة كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون من الغاز الطبيعي ، بحيث لا يتسببان في تآكل خطوط الأنابيب ومعدات النقل والضغط. يتم أيضًا إزالة البروبان والبيوتان والبنتان الموجود في الغاز الطبيعي قبل النقل حتى لا تتكثف وتشكل سوائل في النظام. (راجع قسم "عمليات إنتاج ومعالجة الغاز الطبيعي.")
يتم نقل الغاز الطبيعي عن طريق خطوط الأنابيب من حقول الغاز إلى مصانع التسييل ، حيث يتم ضغطه وتبريده إلى ما يقرب من -162 درجة مئوية لإنتاج الغاز الطبيعي المسال (LNG) (انظر الشكل 4). يختلف تكوين الغاز الطبيعي المسال عن الغاز الطبيعي بسبب إزالة بعض الشوائب والمكونات أثناء عملية الإسالة. يستخدم الغاز الطبيعي المسال بشكل أساسي لزيادة إمدادات الغاز الطبيعي خلال فترات ذروة الطلب ولتوريد الغاز في المناطق النائية بعيدًا عن خطوط الأنابيب الرئيسية. يتم إعادة تحويله إلى غاز عن طريق إضافة النيتروجين والهواء لجعله مشابهًا للغاز الطبيعي قبل إدخاله في خطوط إمداد الغاز. يستخدم الغاز الطبيعي المسال أيضًا كوقود للسيارات كبديل للبنزين.
الشكل 4. أكبر مصنع للغاز الطبيعي المسال في العالم في أرزيو ، الجزائر
المعهد الامريكي للبترول
تصنف الغازات المصاحبة للبترول والغازات المتكثفة على أنها غازات "غنية" لأنها تحتوي على كميات كبيرة من الإيثان والبروبان والبيوتان والهيدروكربونات المشبعة الأخرى. يتم فصل الغازات البترولية والغازات المتكثفة وتسييلها لإنتاج غاز البترول المسال (LPG) عن طريق الضغط والامتصاص والامتصاص والتبريد في محطات معالجة النفط والغاز. تنتج مصانع الغاز هذه أيضًا البنزين الطبيعي وأجزاء الهيدروكربون الأخرى.
على عكس الغاز الطبيعي والغاز المصاحب للبترول وغاز المكثفات ، تحتوي غازات معالجة النفط (المنتجة كمنتجات ثانوية لمعالجة المصفاة) على كميات كبيرة من الهيدروجين والهيدروكربونات غير المشبعة (الإيثيلين والبروبيلين وما إلى ذلك). يعتمد تكوين غازات معالجة النفط على كل عملية محددة والزيوت الخام المستخدمة. على سبيل المثال ، عادةً ما تحتوي الغازات التي يتم الحصول عليها نتيجة للتكسير الحراري على كميات كبيرة من الأوليفينات ، بينما تحتوي الغازات التي يتم الحصول عليها من التكسير التحفيزي على المزيد من الأيزوبيوتانات. تحتوي غازات الانحلال الحراري على الإيثيلين والهيدروجين. يظهر تكوين الغازات الطبيعية وغازات معالجة النفط النموذجية في الجدول 3.
الجدول 3 - التركيب التقريبي النموذجي للغازات الطبيعية وغازات معالجة النفط (نسبة مئوية حسب الحجم)
اكتب الغاز |
H2 |
CH4 |
C2H6 |
C3H4 |
C3H8 |
C3H6 |
C4H10 |
C4H8 |
N2+CO2 |
C5+ |
غاز طبيعي |
ن / أ |
98 |
0.4 |
ن / أ |
0.15 |
ن / أ |
0.05 |
ن / أ |
1.4 |
ن / أ |
البترول- |
ن / أ |
42 |
20 |
ن / أ |
17 |
ن / أ |
8 |
ن / أ |
10 |
3 |
غازات معالجة النفط |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
غاز طبيعي قابل للاحتراق ، بقيمة حرارية تتراوح من 35.7 إلى 41.9 ميجا جول / م3 (8,500،10,000 إلى XNUMX،XNUMX كيلو كالوري / م3) ، في المقام الأول كوقود لإنتاج الحرارة في التطبيقات المنزلية والزراعية والتجارية والصناعية. يستخدم الغاز الطبيعي الهيدروكربوني أيضًا كمواد وسيطة للعمليات البتروكيماوية والكيميائية. غاز تخليقي (CO + H2) من الميثان عن طريق الأوكسجين أو تحويل بخار الماء ، ويستخدم لإنتاج الأمونيا والكحول والمواد الكيميائية العضوية الأخرى. يستخدم كل من الغاز الطبيعي المضغوط (CNG) والغاز الطبيعي المسال (LNG) كوقود لمحركات الاحتراق الداخلي. الغازات البترولية المسيلة لمعالجة النفط (LPG) لها قيم حرارية أعلى تبلغ 93.7 ميجا جول / م3 (البروبان) (22,400 كيلو كالوري / م3) و 122.9 ميجا جول / م3 (البيوتان) (29,900 كيلو كالوري / م3) وتستخدم كوقود في المنازل والشركات والصناعة وكذلك في السيارات (NFPA 1991). يمكن تحويل الهيدروكربونات غير المشبعة (الإيثيلين والبروبيلين وما إلى ذلك) المشتقة من غازات معالجة النفط إلى بنزين عالي الأوكتان أو استخدامها كمواد خام في صناعات المعالجة البتروكيماوية والكيميائية.
خصائص الغازات الهيدروكربونية
وفقًا للجمعية الوطنية الأمريكية للحماية من الحرائق ، فإن الغازات القابلة للاشتعال (القابلة للاحتراق) هي تلك التي تحترق في تركيزات الأكسجين الموجودة عادة في الهواء. إن حرق الغازات القابلة للاشتعال مشابه لحرق أبخرة الهيدروكربون السائلة القابلة للاشتعال ، حيث يلزم وجود درجة حرارة اشتعال محددة لبدء تفاعل الاحتراق وسيحترق كل منها فقط ضمن نطاق محدد معين من مخاليط الهواء والغاز. السوائل القابلة للاشتعال لها أ نقطة مضيئة (درجة الحرارة (دائمًا أقل من نقطة الغليان) التي تنبعث منها أبخرة كافية للاحتراق). لا توجد نقطة وميض واضحة للغازات القابلة للاشتعال ، حيث تكون عادة في درجات حرارة أعلى من نقاط غليانها ، حتى عندما يتم تسييلها ، وبالتالي فهي دائمًا في درجات حرارة تزيد عن نقاط الاشتعال.
تعرف الجمعية الوطنية الأمريكية للحماية من الحرائق (1976) الغازات المضغوطة والمسيلة على النحو التالي:
العامل الرئيسي الذي يحدد الضغط داخل الوعاء هو درجة حرارة السائل المخزن. عند تعرضه للغلاف الجوي ، يتبخر الغاز المسال بسرعة كبيرة ، حيث ينتقل على طول الأرض أو سطح الماء ما لم يتشتت في الهواء بفعل الرياح أو حركة الهواء الميكانيكية. في درجات حرارة الغلاف الجوي العادية ، يتبخر حوالي ثلث السائل الموجود في الحاوية.
تصنف الغازات القابلة للاشتعال كذلك على أنها غاز وقود وغاز صناعي. يتم حرق غازات الوقود ، بما في ذلك الغاز الطبيعي والغازات البترولية المسالة (البروبان والبيوتان) ، مع الهواء لإنتاج الحرارة في الأفران والأفران وسخانات المياه والغلايات. تستخدم الغازات الصناعية القابلة للاشتعال ، مثل الأسيتيلين ، في عمليات المعالجة واللحام والقطع والمعالجة الحرارية. الاختلافات في خصائص الغاز الطبيعي المسال (LNG) وغازات البترول المسال (LPG) موضحة في الجدول 3.
البحث عن النفط والغاز
يتطلب البحث عن النفط والغاز معرفة بالجغرافيا والجيولوجيا والجيوفيزياء. يوجد الزيت الخام عادة في أنواع معينة من الهياكل الجيولوجية ، مثل الخطوط المضادة ، مصائد الصدع وقباب الملح ، التي تقع تحت تضاريس مختلفة وفي مجموعة واسعة من المناخات. بعد اختيار مجال الاهتمام ، يتم إجراء العديد من أنواع المسوحات الجيوفيزيائية المختلفة وإجراء القياسات من أجل الحصول على تقييم دقيق للتكوينات الجوفية ، بما في ذلك:
الشكل 5. المملكة العربية السعودية ، عمليات الزلازل
المعهد الامريكي للبترول
عندما تشير المسوحات والقياسات إلى وجود تكوينات أو طبقات قد تحتوي على البترول ، يتم حفر آبار استكشافية لتحديد ما إذا كان النفط أو الغاز موجودًا بالفعل أم لا ، وإذا كان الأمر كذلك ، ما إذا كان متاحًا ويمكن الحصول عليه بكميات مجدية تجاريًا.
العمليات البحرية
على الرغم من حفر أول بئر نفط بحري في أوائل القرن العشرين قبالة ساحل كاليفورنيا ، إلا أن بداية الحفر البحري الحديث كانت في عام 1900 ، مع اكتشاف في خليج المكسيك ، على بعد ميل واحد (1938 كم) من الساحل الأمريكي. بعد الحرب العالمية الثانية ، توسعت عمليات الحفر البحرية بسرعة ، أولاً في المياه الضحلة المجاورة لمناطق الإنتاج البرية المعروفة ، ثم إلى مناطق المياه الضحلة والعميقة الأخرى حول العالم ، وفي مناخات متفاوتة من القطب الشمالي إلى الخليج الفارسي. في البداية ، كان الحفر البحري ممكناً فقط في عمق المياه حوالي 1 متراً ؛ ومع ذلك ، أصبحت المنصات الحديثة قادرة الآن على الحفر في المياه التي يزيد عمقها عن 1.6 كيلومتر. تشمل أنشطة النفط البحرية الاستكشاف ، والحفر ، والإنتاج ، والمعالجة ، والبناء تحت الماء ، والصيانة والإصلاح ، ونقل النفط والغاز إلى الشاطئ عن طريق السفن أو خطوط الأنابيب.
المنصات البحرية
تدعم منصات الحفر منصات الحفر والإمدادات والمعدات لعمليات المياه البحرية والداخلية ، وتتراوح من الصنادل والسفن العائمة أو الغاطسة ، إلى المنصات الثابتة في المكان على أرجل فولاذية تستخدم في المياه الضحلة ، إلى الخرسانة المسلحة الكبيرة والطفوية والجاذبية - أنواع المنصات المستخدمة في المياه العميقة. بعد اكتمال الحفر ، يتم استخدام المنصات البحرية لدعم معدات الإنتاج. تحتوي أكبر منصات الإنتاج على أماكن إقامة لأكثر من 250 من أفراد الطاقم وموظفي الدعم الآخرين ومهابط الطائرات العمودية ومحطات المعالجة وقدرة تخزين النفط الخام والغاز المتكثف (انظر الشكل 6).
الشكل 6. سفن الحفر. سفينة الحفر بن أوشن لاينر
المعهد الامريكي للبترول
عادةً ، مع حفر منصة عائمة في المياه العميقة ، يتم إنزال معدات رأس البئر إلى قاع المحيط وإغلاقها بغلاف البئر. يسمح استخدام تقنية الألياف الضوئية لمنصة مركزية كبيرة بالتحكم عن بعد وتشغيل منصات أقمار صناعية أصغر وقوالب تحت سطح البحر. تقوم منشآت الإنتاج على المنصة الكبيرة بمعالجة النفط الخام والغاز والمكثفات من منشآت الأقمار الصناعية ، قبل شحنها على الشاطئ.
غالبًا ما يتم تحديد نوع المنصة المستخدمة في الحفر تحت الماء حسب نوع البئر المراد حفره (استكشافي أو إنتاجي) وعمق المياه (انظر الجدول 4).
الجدول 4. أنواع المنصات للحفر تحت الماء
نوع النظام الأساسي |
العمق (م) |
الوصف |
صنادل ومنصات غاطسة |
15-30 |
صنادل أو أرصفة ، تُسحب إلى الموقع وتُغرق لتستقر في القاع. يحافظ عمود الطفو السفلي على الحفارات طافية |
جاك المنبثقة (على الساقين) |
30-100 |
منصات عائمة متحركة ذاتية الرفع يتم رفع أرجلها لسحبها. في الموقع ، يتم إنزال الساقين إلى |
منصات عائمة |
100-3,000 + |
هياكل جاذبية خرسانية كبيرة ومستقلة ومتعددة المستويات ، يتم سحبها إلى الموقع ، مغمورة بها |
منصات عائمة أصغر ، معلقة بالمثل ، والتي تدعم جهاز الحفر فقط ويتم خدمتها بواسطة عائم |
||
صنادل الحفر |
30-300 |
صنادل ذاتية الدفع أو عائمة أو شبه مغمورة. |
سفن الحفر |
120-3,500 + |
السفن المتطورة للغاية والمصممة خصيصًا والعائمة أو شبه الغاطسة. |
ثابت على منصات الموقع |
0-250 |
منصات مبنية على دعامات فولاذية (جاكيتات) غارقة ومثبتة في مكانها وجزر اصطناعية |
قوالب تحت البحر |
ن / أ |
منشآت الإنتاج تحت الماء. |
أنواع الآبار
الآبار الاستكشافية.
بعد تحليل البيانات الجيولوجية والمسوحات الجيوفيزيائية ، يتم حفر الآبار الاستكشافية ، سواء على الأرض أو في البحر. تسمى الآبار الاستكشافية التي يتم حفرها في مناطق لم يتم فيها العثور على النفط أو الغاز سابقًا باسم "القطط البرية". تلك الآبار التي تضرب النفط أو الغاز تسمى "اكتشاف الآبار". يتم حفر الآبار الاستكشافية الأخرى ، والمعروفة باسم آبار "التدرج" أو "التقييم" ، لتحديد حدود الحقل بعد الاكتشاف ، أو للبحث عن تشكيلات جديدة حاملة للنفط والغاز بجوار ، أو أسفل ، تلك المعروفة بالفعل لاحتواء المنتج. البئر التي لا تجد أي نفط أو غاز ، أو تجد القليل جدًا لإنتاجها اقتصاديًا ، تسمى "حفرة جافة".
الآبار التنموية.
بعد الاكتشاف ، يتم تحديد مساحة الخزان تقريبًا بسلسلة من آبار التدريج أو التقييم. ثم يتم حفر الآبار التنموية لإنتاج الغاز والنفط. يتم تحديد عدد الآبار التنموية التي سيتم حفرها من خلال التعريف المتوقع للحقل الجديد ، من حيث الحجم والإنتاجية. بسبب عدم اليقين بشأن كيفية تشكيل الخزانات أو حصرها ، قد تتحول بعض الآبار التنموية إلى ثقوب جافة. من حين لآخر ، يحدث الحفر والإنتاج في وقت واحد.
الجيوبريسور / الآبار الحرارية الجوفية.
الآبار الجيوحرارية / الجوفية هي تلك التي تنتج ضغطًا مرتفعًا للغاية (7,000 رطل / بوصة مربعة) ودرجة حرارة عالية (149 درجة مئوية) والتي قد تحتوي على هيدروكربونات. يصبح الماء سحابة تتوسع بسرعة من البخار الساخن والأبخرة عند إطلاقه في الغلاف الجوي من تسرب أو تمزق.
متجرد الآبار.
الآبار المتقطعة هي تلك التي تنتج أقل من عشرة براميل من النفط يوميًا من المكمن.
آبار متعددة الإنجاز.
عندما يتم اكتشاف تشكيلات إنتاج متعددة عند حفر بئر واحد ، يمكن تشغيل سلسلة منفصلة من الأنابيب في بئر واحد لكل تكوين فردي. يتم توجيه النفط والغاز من كل تكوين إلى الأنابيب الخاصة به ويتم عزلهما عن بعضهما البعض بواسطة المعبئين ، الذين يغلقون الفراغات الحلقيّة بين سلسلة الأنابيب والغلاف. تُعرف هذه الآبار بأنها آبار مكتملة متعددة.
آبار الحقن.
تقوم آبار الحقن بضخ الهواء أو الماء أو الغاز أو المواد الكيميائية إلى خزانات الحقول المنتجة ، إما للحفاظ على الضغط أو لتحريك النفط نحو الآبار المنتجة بالقوة الهيدروليكية أو زيادة الضغط.
آبار الخدمة.
تشمل آبار الخدمة تلك المستخدمة في عمليات الصيد وخطوط الأسلاك ، ووضع أو فك القابس أو الإزالة وإعادة العمل. كما يتم حفر آبار الخدمة للتخلص من المياه المالحة تحت الأرض ، والتي يتم فصلها عن النفط الخام والغاز.
طرق الحفر
منصات الحفر.
تحتوي منصات الحفر الأساسية على برج (برج) ، وأنبوب حفر ، ونش كبير لخفض ورفع أنبوب الحفر ، وطاولة حفر تقوم بتدوير أنبوب الحفر وقمة الحفر ، وخلاط الطين والمضخة ، ومحرك لقيادة المنضدة و ونش (انظر الشكل 7). يمكن تركيب الحفارات الصغيرة المستخدمة في حفر الآبار الاستكشافية أو الزلزالية على شاحنات للتنقل من موقع إلى آخر. يتم تركيب منصات الحفر الأكبر حجمًا في الموقع أو تحتوي على منصات حفر محمولة ومفصلة (سكين جاك) لسهولة المناولة والتركيب.
الشكل 7. منصة حفر في جزيرة Elf Ringnes في القطب الشمالي الكندي
المعهد الامريكي للبترول
قرع أو حفر الكابلات.
أقدم تقنيات الحفر هي الإيقاع أو حفر الكابلات. تتضمن هذه الطريقة البطيئة ذات العمق المحدود ، والتي نادرًا ما يتم استخدامها ، تكسير الصخور عن طريق رفع وإسقاط لقمة إزميل ثقيلة والساق في نهاية الكابل. على فترات ، تتم إزالة البتة وتعليق القصاصات في الماء وإزالتها عن طريق الغسل أو الضخ إلى السطح. مع تعمق الحفرة ، يتم تبطينها بغلاف فولاذي لمنع الكهوف والحماية من تلوث المياه الجوفية. مطلوب عمل كبير لحفر حتى بئر ضحلة ، وعند ضرب النفط أو الغاز ، لا توجد طريقة للتحكم في التدفق الفوري للمنتج إلى السطح.
الحفر الدوراني.
الحفر الدوراني هو الطريقة الأكثر شيوعًا ويستخدم لحفر كل من الآبار الاستكشافية والإنتاجية على أعماق تزيد عن 5 أميال (7,000 م). تستخدم المثاقب خفيفة الوزن ، المثبتة على الشاحنات ، لحفر الآبار الزلزالية منخفضة العمق على الأرض. تستخدم التدريبات المتحركة والعائمة الدوارة المتوسطة والثقيلة لحفر آبار التنقيب والإنتاج. يتم تثبيت معدات الحفر الدوارة على منصة حفر برافعة بارتفاع 30 إلى 40 مترًا ، وتتضمن طاولة دوارة ، ومحرك ، وخلاط طين ومضخة حاقن ، ورافعة أسطوانية أو ونش ، والعديد من أقسام الأنابيب ، يبلغ طول كل منها حوالي 27 مترًا. تقوم المنضدة الدوارة بتدوير كيلي مربع متصل بأنبوب الحفر. يحتوي الصندوق المربّع على قطب طيني في الأعلى متصل بمانع الانفجار. يدور أنبوب الحفر بسرعة من 40 إلى 250 دورة في الدقيقة ، ويدور إما مثقاب به أجزاء سحب ذات حواف قطع تشبه الإزميل أو مثقاب به قواطع متدحرجة بأسنان صلبة.
الحفر بالقرع الدوراني.
الحفر بالقرع الدوراني هو طريقة مركبة حيث يستخدم المثقاب الدوراني سائلًا هيدروليكيًا متداولًا لتشغيل آلية تشبه المطرقة ، وبالتالي إنشاء سلسلة من ضربات الإيقاع السريع التي تسمح للحفر بالثقب والجنيه في نفس الوقت في الأرض.
الحفر الكهربائي والتوربيني.
عادة ما يتم تشغيل معظم الطاولات الدوارة والرافعات ومضخات التدريبات الثقيلة بواسطة محركات كهربائية أو توربينات ، مما يسمح بزيادة المرونة في العمليات والحفر بالتحكم عن بعد. المثقاب الكهربائي والحفر التوربيني هما طريقتان أحدث توفران طاقة مباشرة أكبر لقمة الحفر عن طريق توصيل محرك الحفر أعلى المثقاب في أسفل الحفرة.
الحفر الموجه.
الحفر الموجه هو تقنية حفر دوارة توجه سلسلة الحفر على طول مسار منحني كلما تعمق الثقب. يستخدم الحفر الموجه للوصول إلى الرواسب التي يتعذر الوصول إليها عن طريق الحفر الرأسي. كما أنه يقلل التكاليف ، حيث يمكن حفر عدد من الآبار في اتجاهات مختلفة من منصة واحدة. يتيح الحفر الممتد الوصول إلى الخزانات الموجودة تحت البحر من الشاطئ. العديد من هذه التقنيات ممكنة باستخدام أجهزة الكمبيوتر لتوجيه آلات الحفر الأوتوماتيكية والأنابيب المرنة (الأنابيب الملتفة) ، والتي يتم رفعها وخفضها دون توصيل وفصل الأقسام.
طرق حفر أخرى.
يستخدم الحفر الكاشطة مادة كاشطة تحت الضغط (بدلاً من استخدام جذع وقطعة حفر) لقطع الطبقة السفلية. تشمل طرق الحفر الأخرى الحفر المتفجر وثقب اللهب.
التخلي عن.
عندما تصبح خزانات النفط والغاز غير منتجة ، يتم عادةً سد الآبار بالإسمنت لمنع التدفق أو التسرب إلى السطح ولحماية الطبقات الجوفية والمياه. إزالة المعدات وتنظيف مواقع الآبار المهجورة وإعادتها إلى حالتها الطبيعية.
عمليات الحفر
تقنيات الحفر
توفر منصة الحفر قاعدة للعمال لربط وفصل أقسام أنبوب الحفر التي تستخدم لزيادة عمق الحفر. مع تعمق الحفرة ، تتم إضافة أطوال إضافية من الأنابيب ويتم تعليق سلسلة الحفر من برج الحفر. عندما تحتاج إلى تغيير لقمة الحفر ، يتم سحب سلسلة أنبوب الحفر بالكامل من الحفرة ، ويتم فصل كل قسم وتكديسه عموديًا داخل برج الحفر. بعد تثبيت البتة الجديدة في مكانها ، تنعكس العملية ، ويعاد الأنبوب إلى الحفرة لمواصلة الحفر.
يجب توخي الحذر للتأكد من أن أنبوب سلسلة الحفر لا ينفصل ويسقط في الحفرة ، حيث قد يكون من الصعب والمكلف الصيد وقد يؤدي إلى فقدان البئر. مشكلة أخرى محتملة هي إذا كانت أدوات الحفر عالقة في الحفرة عند توقف الحفر. لهذا السبب ، بمجرد أن يبدأ الحفر ، فإنه عادة ما يستمر حتى اكتمال البئر.
طين الحفر
طين الحفر عبارة عن سائل يتكون من الماء أو الزيت والطين مع إضافات كيميائية (مثل الفورمالديهايد والجير وهيدرازيد الصوديوم والباريت). غالبًا ما تضاف الصودا الكاوية للتحكم في درجة الحموضة (الحموضة) لطين الحفر وتحييد إضافات الطين وسوائل التجهيز التي قد تكون خطرة. يتم ضخ طين الحفر في البئر تحت ضغط من خزان الخلط على منصة الحفر ، وصولاً إلى الجزء الداخلي من أنبوب الحفر إلى لقمة الحفر. ثم يرتفع بين السطح الخارجي لأنبوب الحفر وجوانب الحفرة ، ويعود إلى السطح ، حيث يتم ترشيحه وإعادة تدويره.
يتم استخدام طين الحفر لتبريد وتليين لقمة الحفر ، وتشحيم الأنبوب وطرد قطع الصخور من فتحة الحفر. يستخدم طين الحفر أيضًا للتحكم في التدفق من البئر عن طريق تبطين جوانب الحفرة ومقاومة ضغط أي غاز أو زيت أو ماء يتم تلبيته بواسطة لقمة الحفر. قد يتم تطبيق نفاثات من الطين تحت الضغط في قاع الحفرة للمساعدة في الحفر.
الغلاف والتدعيم
الغلاف عبارة عن أنبوب فولاذي ثقيل خاص يبطن فتحة البئر. يتم استخدامه لمنع تجويف جدران ثقب الحفر وحماية طبقات المياه العذبة عن طريق منع التسرب من التدفق العائد للطين أثناء عمليات الحفر. يقوم الغلاف أيضًا بإغلاق الرمال التي تسربت إلى الماء ومناطق الغاز عالية الضغط. يتم استخدام الغلاف في البداية بالقرب من السطح ويتم تثبيته في مكانه لتوجيه أنبوب الحفر. يتم ضخ ملاط الأسمنت إلى أسفل أنبوب الحفر وإجباره على العودة من خلال الفجوة بين الغلاف وجدران فتحة البئر. بمجرد أن يتماسك الأسمنت ويتم وضع الغلاف ، يستمر الحفر باستخدام لقمة ذات قطر أصغر.
بعد وضع الغلاف السطحي في البئر ، يتم تثبيت مانعات الانفجار (صمامات كبيرة أو أكياس أو كباش) في الجزء العلوي من الغلاف ، فيما يسمى بالمكدس. بعد اكتشاف النفط أو الغاز ، يتم وضع الغلاف في قاع البئر لإبعاد الأوساخ والصخور والمياه المالحة والملوثات الأخرى عن فتحة البئر ولتوفير قناة لخطوط استخراج النفط والغاز الخام.
عمليات الإنجاز والتعافي المحسن واستكمال العمل
إتمام
يصف الإنجاز عملية إدخال البئر في الإنتاج بعد حفر البئر إلى العمق الذي يتوقع أن يوجد فيه النفط أو الغاز. يتضمن الإنجاز عددًا من العمليات ، بما في ذلك اختراق الغلاف وتنظيف المياه والرواسب من خط الأنابيب بحيث لا يتم إعاقة التدفق. تُستخدم لقمات اللب الخاصة للحفر واستخراج النوى التي يصل طولها إلى 50 مترًا للتحليل أثناء عملية الحفر لتحديد متى يجب إجراء الاختراق. يتم أولاً إزالة أنبوب الحفر والمثقاب ويتم تثبيت السلسلة النهائية للغلاف في مكانها. يتم بعد ذلك إنزال مسدس التثقيب ، وهو عبارة عن أنبوب معدني يحتوي على مآخذ بها رصاص أو عبوات متفجرة مشكلة ، في البئر. يتم تفريغ الشحنات بواسطة دفعة كهربائية عبر الغلاف إلى الخزان لإنشاء فتحات لتدفق النفط والغاز إلى البئر وإلى السطح.
يتم التحكم في تدفق النفط الخام والغاز الطبيعي من خلال سلسلة من الصمامات ، تسمى "أشجار عيد الميلاد" ، والتي يتم وضعها في الجزء العلوي من رأس البئر. يتم تثبيت أجهزة المراقبة وأجهزة التحكم لتشغيل صمامات الأمان السطحية والجوفية تلقائيًا أو يدويًا ، في حالة حدوث تغيير في الضغط أو نشوب حريق أو أي حالة خطرة أخرى. بمجرد إنتاج النفط والغاز يتم فصلهما وإزالة الماء والرواسب من النفط الخام.
إنتاج النفط الخام والغاز والحفاظ عليهما
إن إنتاج النفط هو في الأساس مسألة إزاحة عن طريق الماء أو الغاز. في وقت الحفر الأولي ، كان كل النفط الخام تقريبًا تحت الضغط. ينخفض هذا الضغط الطبيعي مع إزالة النفط والغاز من الخزان ، خلال المراحل الثلاث من عمر الخزان.
في الأصل كان هناك القليل من الفهم للقوى التي تؤثر على إنتاج النفط والغاز. بدأت دراسة سلوك مكامن النفط والغاز في بداية القرن العشرين ، عندما تم اكتشاف أن ضخ المياه في المكمن أدى إلى زيادة الإنتاج. في ذلك الوقت ، كانت الصناعة تسترد ما بين 20 و 10٪ من سعة الخزان ، مقارنة بمعدلات الاسترداد الأخيرة التي تزيد عن 20٪ قبل أن تصبح الآبار غير منتجة. يتمثل مفهوم التحكم في أن معدل الإنتاج الأسرع يؤدي إلى تبديد الضغط في الخزان بسرعة أكبر ، وبالتالي تقليل الكمية الإجمالية للنفط التي يمكن استردادها في نهاية المطاف. اثنان من التدابير المستخدمة للحفاظ على الخزانات البترولية هما التوحيد والتباعد بين الآبار.
طرق استرداد المنتج الإضافي
تم تحسين إنتاجية مكامن النفط والغاز من خلال مجموعة متنوعة من طرق الاسترداد. تتمثل إحدى الطرق إما في فتح ممرات كيميائية أو فيزيائية في الطبقات للسماح للنفط والغاز بالتحرك بحرية أكبر عبر الخزانات إلى البئر. يتم حقن الماء والغاز في الخزانات للحفاظ على ضغط العمل عن طريق الإزاحة الطبيعية. طرق الاسترداد الثانوية ، بما في ذلك الإزاحة عن طريق الضغط ، والرفع الاصطناعي والفيضان ، وتحسين واستعادة ضغط الخزان. الاسترداد المحسن هو استخدام طرق استرداد ثانوية متنوعة في مجموعات متعددة ومختلفة. يشمل الاسترداد المعزز أيضًا طرقًا أكثر تقدمًا للحصول على منتج إضافي من الخزانات المستنفدة ، مثل الاسترداد الحراري ، الذي يستخدم الحرارة بدلاً من الماء أو الغاز لإجبار المزيد من النفط الخام على الخروج من الخزانات.
حامض
التحمض هو طريقة لزيادة ناتج البئر عن طريق ضخ الحمض مباشرة في الخزان المنتج لفتح قنوات التدفق من خلال تفاعل المواد الكيميائية والمعادن. تم استخدام حمض الهيدروكلوريك (أو العادي) لأول مرة في إذابة تكوينات الحجر الجيري. لا يزال الأكثر استخدامًا ؛ ومع ذلك ، يتم الآن إضافة مواد كيميائية مختلفة إلى حمض الهيدروكلوريك للتحكم في تفاعله ومنع التآكل وتشكيل المستحلبات.
يستخدم حمض الهيدروفلوريك وحمض الفورميك وحمض الخليك أيضًا مع حمض الهيدروكلوريك ، اعتمادًا على نوع الصخور أو المعادن الموجودة في الخزان. يتم دائمًا دمج حمض الهيدروفلوريك مع أحد الأحماض الثلاثة الأخرى ، وكان يُستخدم في الأصل لإذابة الحجر الرملي. غالبًا ما يطلق عليه "حمض الطين" ، حيث يتم استخدامه الآن لتنظيف الثقوب التي تم سدها بطين الحفر واستعادة النفاذية التالفة بالقرب من فتحة البئر. تستخدم أحماض الفورميك والأسيتيك في خزانات الحجر الجيري والدولوميت العميقة شديدة الحرارة وكأحماض تكسير قبل التثقيب. يضاف حمض الخليك أيضًا إلى الآبار كعامل عازل معادل للتحكم في درجة الحموضة في سوائل تحفيز البئر. تحتوي جميع الأحماض تقريبًا على إضافات ، مثل مثبطات لمنع التفاعل مع الأغلفة المعدنية والمواد الخافضة للتوتر السطحي لمنع تكوين الحمأة والمستحلبات.
الكسر
الكسر يصف الطريقة المستخدمة لزيادة تدفق النفط أو الغاز عبر خزان وفي الآبار بالقوة أو الضغط. قد ينخفض الإنتاج لأن تكوين الخزان ليس منفذاً بما يكفي للسماح للزيت بالتدفق بحرية نحو البئر. يفتح التصدع قنوات تحت الأرض عن طريق ضخ سائل معالج بعوامل دعم خاصة (بما في ذلك الرمل والمعادن والكريات الكيميائية والقذائف) في الخزان تحت ضغط عالٍ لفتح الشقوق. يمكن إضافة النيتروجين إلى السائل لتحفيز التمدد. عندما يتم تحرير الضغط ، يتم سحب السائل وتبقى عوامل الدعم في مكانها ، مما يؤدي إلى فتح الشقوق بحيث يمكن للزيت التدفق بحرية أكبر.
تكسير هائل (فراك الكتلة) ينطوي على ضخ كميات كبيرة من السوائل في الآبار لخلق شقوق هيدروليكيًا يبلغ طولها آلاف الأقدام. عادةً ما يتم استخدام التكسير الهائل لفتح آبار الغاز حيث تكون تكوينات المكمن كثيفة لدرجة أنه حتى الغاز لا يمكن أن يمر من خلالها.
صيانة الضغط
هناك طريقتان شائعتان للحفاظ على الضغط هما حقن الماء والغاز (الهواء والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون والغاز الطبيعي) في الخزانات حيث يتم تقليل الضغط الطبيعي أو عدم كفاية الإنتاج. تتطلب كلتا الطريقتين حفر آبار حقن إضافية في مواقع محددة لتحقيق أفضل النتائج. يسمى حقن الماء أو الغاز للمحافظة على ضغط عمل البئر النزوح الطبيعي. يسمى استخدام الغاز المضغوط لزيادة الضغط في الخزان مصعد اصطناعي (غازي).
فيضان المياه
إن أكثر طرق الاسترداد المعزز الثانوية شيوعًا هي ضخ المياه في خزان الزيت لدفع المنتج نحو آبار الإنتاج. في فيضان المياه بخمس نقاط ، يتم حفر أربعة آبار للحقن لتشكيل مربع مع وجود بئر إنتاج في المركز. يتم التحكم في الحقن للحفاظ على تقدم متساوٍ لجبهة الماء عبر الخزان باتجاه البئر المنتجة. بعض المياه المستخدمة عبارة عن مياه مالحة يتم الحصول عليها من النفط الخام. في فيضانات المياه منخفضة التوتر ، يضاف خافض للتوتر السطحي إلى الماء للمساعدة في تدفق النفط عبر الخزان عن طريق تقليل التصاقه بالصخور.
فيضانات غير متوازنة
السوائل المختلطة وغمر البوليمر القابل للامتزاج هما طريقتان محسنتان للاسترداد تستخدمان لتحسين حقن المياه عن طريق تقليل التوتر السطحي للنفط الخام. يتم حقن سائل قابل للامتزاج (سائل يمكن إذابته في الخام) في المكمن. يتبع ذلك حقن سائل آخر يدفع خليط السائل الخام والممزوج نحو البئر المنتجة. غمر البوليمر المتنوع يتضمن استخدام المنظف لغسل النفط الخام من الطبقات. يتم حقن مادة هلامية أو ماء سميك خلف المنظف لتحريك الخام نحو البئر المنتجة.
فيضانات الحريق
فيضانات الحريق ، أو فى الموقع الاحتراق (في المكان) هو طريقة استرداد حراري مكلفة حيث يتم حقن كميات كبيرة من الهواء أو الغاز المحتوي على الأكسجين في المكمن ويتم إشعال جزء من النفط الخام. تقلل حرارة النار من لزوجة النفط الخام الثقيل بحيث يتدفق بسهولة أكبر. تعمل الغازات الساخنة الناتجة عن الحريق على زيادة الضغط في الخزان وإنشاء جبهة احتراق ضيقة تدفع الخام الأرق من بئر الحقن إلى البئر المنتجة. يظل النفط الخام الثقيل في مكانه ، مما يوفر وقودًا إضافيًا بينما تتحرك مقدمة اللهب ببطء إلى الأمام. تتم مراقبة عملية الحرق والتحكم فيها عن كثب من خلال تنظيم الهواء أو الغاز المحقون.
حقن البخار
الحقن بالبخار ، أو الغمر بالبخار ، هو طريقة استرداد حراري تسخن النفط الخام الثقيل وتخفض لزوجته عن طريق حقن بخار فائق السخونة في أدنى طبقة من الخزان الضحل نسبيًا. يُحقن البخار على مدار فترة تتراوح من 10 إلى 14 يومًا ، ويتم إغلاق البئر لمدة أسبوع آخر أو نحو ذلك للسماح للبخار بتسخين الخزان تمامًا. في الوقت نفسه ، تؤدي الحرارة المتزايدة إلى زيادة غازات المكمن ، وبالتالي زيادة الضغط في الخزان. ثم يعاد فتح البئر ويتدفق النفط الخام الأقل لزوجة إلى البئر. تقوم طريقة أحدث بحقن بخار منخفض الحرارة عند ضغط منخفض إلى أقسام أكبر من منطقتين أو ثلاث مناطق أو أكثر في وقت واحد ، مما يؤدي إلى تطوير "صندوق بخار" يقوم بضغط الزيت في كل منطقة. يوفر هذا تدفقًا أكبر للزيت إلى السطح ، مع استخدام بخار أقل.
عمليات إنتاج ومعالجة الغاز الطبيعي
هناك نوعان من الآبار المنتجة للغاز الطبيعي. تنتج آبار الغاز الرطب غازًا يحتوي على سوائل مذابة ، وتنتج آبار الغاز الجاف غازًا لا يمكن تسييله بسهولة
بعد سحب الغاز الطبيعي من آبار الإنتاج ، يتم إرساله إلى مصانع الغاز لمعالجته. تتطلب معالجة الغاز معرفة كيفية تفاعل درجة الحرارة والضغط وتأثيرها على خصائص كل من السوائل والغازات. تتعامل جميع مصانع معالجة الغاز تقريبًا مع الغازات التي هي عبارة عن خليط من جزيئات الهيدروكربون المختلفة. الغرض من معالجة الغاز هو فصل هذه الغازات إلى مكونات ذات تركيبة متشابهة من خلال عمليات مختلفة مثل الامتصاص والتجزئة والتدوير ، بحيث يمكن نقلها واستخدامها من قبل المستهلكين.
عمليات الامتصاص
يتضمن الامتصاص ثلاث خطوات معالجة: الاسترداد والإزالة والفصل.
الانتعاش.
يزيل الغازات المتبقية غير المرغوب فيها وبعض غاز الميثان عن طريق الامتصاص من الغاز الطبيعي. يحدث الامتصاص في وعاء التدفق المعاكس ، حيث يدخل غاز البئر إلى قاع الوعاء ويتدفق إلى الأعلى عبر زيت الامتصاص الذي يتدفق إلى أسفل. يكون زيت الامتصاص "خفيفًا" عند دخوله إلى الجزء العلوي من الإناء ، و "غنيًا" لأنه يترك قاع الإناء لأنه يمتص الهيدروكربونات المرغوبة من الغاز. يُطلق على الغاز الذي يخرج من الجزء العلوي من الوحدة اسم "الغاز المتبقي".
يمكن أيضًا أن يتم الامتصاص عن طريق التبريد. يتم استخدام الغاز المتبقي للتبريد المسبق للغاز الداخل ، والذي يمر بعد ذلك عبر وحدة مبرد غاز عند درجات حرارة من 0 إلى -40 درجة مئوية. يُضخ زيت الامتصاص الصافي خلال مبرد الزيت ، قبل ملامسته للغاز البارد في وحدة الامتصاص. تستخدم معظم المصانع البروبان كمبرد في وحدات التبريد. يتم حقن الجليكول مباشرة في تيار الغاز الداخل ليختلط مع أي ماء في الغاز لمنع التجمد وتكوين الهيدرات. يُفصل خليط الماء والجليكول عن بخار الهيدروكربون والسائل في فاصل الجليكول ، ثم يعاد تركيزه عن طريق تبخير الماء في وحدة إعادة التوليد.
إزالة.
الخطوة التالية في عملية الامتصاص هي الإزالة أو إزالة الميثان. تتم إزالة الميثان المتبقي من الزيت الغني في محطات استعادة الإيثان. عادة ما تكون هذه عملية من مرحلتين ، والتي ترفض أولاً ما لا يقل عن نصف غاز الميثان من الزيت الغني عن طريق تقليل الضغط وزيادة درجة الحرارة. يحتوي الزيت الغني المتبقي عادةً على ما يكفي من الإيثان والبروبان لجعل إعادة الامتصاص مرغوبة. إذا لم يتم بيعه ، فسيتم استخدام الغاز العلوي كوقود للمصنع أو كمشبع مسبق ، أو يتم إعادة تدويره إلى الغاز الداخل في جهاز الامتصاص الرئيسي.
انفصال.
الخطوة الأخيرة في عملية الامتصاص ، التقطير ، تستخدم الأبخرة كوسيط لتجريد الهيدروكربونات المرغوبة من زيت الامتصاص الغني. تستخدم اللقطات المبللة الأبخرة البخارية كوسيط للتعرية. في المقطورات الجافة ، يتم استخدام أبخرة الهيدروكربون ، الناتجة عن التبخير الجزئي للزيت الساخن الذي يتم ضخه عبر مرجل إعادة الغلي ، كوسيط فصل. لا يزال يتحكم في نقطة الغليان النهائية والوزن الجزيئي للزيت الصافي ، ونقطة غليان مزيج المنتج الهيدروكربوني النهائي.
عمليات أخرى
تجزئة.
هو فصل خليط الهيدروكربون المرغوب فيه من محطات الامتصاص إلى منتجات محددة وفردية ونقية نسبيًا. يكون التجزئة ممكنًا عندما يكون للسائلين ، المسمى المنتج العلوي والمنتج السفلي ، نقاط غليان مختلفة. تتكون عملية التجزئة من ثلاثة أجزاء: برج لفصل المنتجات ، ومرجل لتسخين المدخلات ومكثف لإزالة الحرارة. يحتوي البرج على وفرة من الصواني بحيث يحدث الكثير من البخار والسائل. تحدد درجة حرارة مرجل إعادة الغلي تكوين المنتج السفلي.
استرداد الكبريت.
يجب إزالة كبريتيد الهيدروجين من الغاز قبل شحنه للبيع. يتم تحقيق ذلك في مصانع استخلاص الكبريت.
دراجات الغاز.
إن تدوير الغاز ليس وسيلة للحفاظ على الضغط ولا طريقة ثانوية للاسترداد ، ولكنه طريقة استرداد محسنة تستخدم لزيادة إنتاج سوائل الغاز الطبيعي من مكامن "الغاز الرطب". بعد إزالة السوائل من "الغاز الرطب" في محطات التدوير ، يتم إرجاع "الغاز الجاف" المتبقي إلى الخزان من خلال آبار الحقن. عندما يعاد "الغاز الجاف" تدويره عبر الخزان فإنه يمتص المزيد من السوائل. تتكرر دورات الإنتاج والمعالجة وإعادة التدوير حتى تتم إزالة جميع السوائل القابلة للاسترداد من المكمن ويبقى "الغاز الجاف" فقط.
تطوير الموقع لانتاج حقول النفط والغاز
مطلوب تطوير الموقع على نطاق واسع لجلب حقل نفط أو غاز جديد إلى الإنتاج. قد يكون الوصول إلى الموقع مقيدًا أو مقيدًا بالظروف المناخية والجغرافية. تشمل المتطلبات النقل ؛ اعمال بناء؛ الصيانة والإسكان والمرافق الإدارية ؛ معدات فصل النفط والغاز والمياه ؛ نقل النفط الخام والغاز الطبيعي ؛ مرافق التخلص من المياه والنفايات ؛ والعديد من الخدمات والمرافق وأنواع المعدات الأخرى. معظم هذه الأشياء غير متوفرة بسهولة في الموقع ويجب توفيرها من قبل شركة الحفر أو الشركة المنتجة أو بواسطة مقاولين خارجيين.
أنشطة المقاول
عادة ما يتم استخدام المقاولين من قبل شركات التنقيب عن النفط والغاز والشركات المنتجة لتقديم بعض أو كل الخدمات الداعمة التالية المطلوبة للحفر وتطوير الحقول المنتجة:
Utilities
سواء كانت عمليات الاستكشاف والحفر والإنتاج تتم على الأرض أو في البحر ، فإن الطاقة والكهرباء الخفيفة وغيرها من مرافق الدعم مطلوبة ، بما في ذلك:
ظروف العمل والصحة والسلامة
عادة ما يشتمل العمل في منصات الحفر على طاقم مكون من 6 أشخاص على الأقل (أساسي وثانوي الحفارين، ثلاثة مساعدين أو مساعدين (العنيفون) و رأس القطة شخص) يقدم تقاريره إلى مشرف الموقع أو رئيس العمال (مسئول الحفر) المسؤول عن تقدم الحفر. يتحمل عمال الحفر الأساسي والثانوي المسؤولية الكاملة عن عمليات الحفر والإشراف على طاقم الحفر خلال نوبات عملهم. يجب أن يكون عمال الحفر على دراية بقدرات وقيود أطقمهم ، حيث لا يمكن أن يتقدم العمل إلا بالسرعة التي يتقدم بها أبطأ أفراد الطاقم.
يتم تثبيت الحفارين المساعدين على المنصة لتشغيل المعدات وقراءة الأدوات وإجراء أعمال الصيانة والإصلاح الروتينية. يُطلب من الشخص ذو الرأس القاعدي الصعود بالقرب من قمة برج الحفر عند إدخال أنبوب الحفر أو سحبه من فتحة البئر والمساعدة في تحريك أقسام الأنبوب داخل وخارج المكدس. أثناء الحفر ، يقوم شخص الكاثود أيضًا بتشغيل مضخة الطين وتقديم المساعدة العامة لطاقم الحفر.
يجب تدريب الأشخاص الذين يقومون بتجميع ، ووضع ، وتفريغ ، واستخراج مسدسات التثقيب ، وعلى دراية بمخاطر المتفجرات ، ومؤهلين للتعامل مع المتفجرات ، وسلك التمهيدي ، وأغطية التفجير. يشمل الموظفون الآخرون الذين يعملون في حقول النفط وحولها الجيولوجيين والمهندسين والميكانيكيين والسائقين وموظفي الصيانة والكهربائيين ومشغلي خطوط الأنابيب والعمال.
يتم حفر الآبار على مدار الساعة ، إما في نوبات 8 أو 12 ساعة ، ويتطلب العمال خبرة كبيرة ومهارة وقدرة على التحمل لتلبية المتطلبات البدنية والعقلية الصارمة للوظيفة. قد يؤدي زيادة عدد أفراد الطاقم إلى وقوع حادث أو إصابة خطيرة. يتطلب الحفر عملاً جماعيًا وثيقًا وتنسيقًا لإنجاز المهام بطريقة آمنة وفي الوقت المناسب. بسبب هذه المتطلبات وغيرها ، يجب مراعاة معنويات العمال وصحتهم وسلامتهم. تعتبر فترات الراحة والاسترخاء الكافية ، والطعام المغذي ، والنظافة المناسبة وأماكن المعيشة ، بما في ذلك تكييف الهواء في المناخات الحارة والرطبة والتدفئة في المناطق ذات الطقس البارد ، ضرورية.
تشمل المخاطر المهنية الأساسية المرتبطة بعمليات الاستكشاف والإنتاج الأمراض الناتجة عن التعرض للعناصر الجغرافية والمناخية ، والإجهاد الناجم عن السفر لمسافات طويلة فوق الماء أو التضاريس الوعرة ، والإصابة الشخصية. قد تنجم المشاكل النفسية عن العزلة المادية للمواقع الاستكشافية وبعدها عن المعسكرات الأساسية وفترات العمل الممتدة المطلوبة على منصات الحفر البحرية وفي المواقع البرية البعيدة. يتم تغطية العديد من المخاطر الأخرى الخاصة بالعمليات البحرية ، مثل الغوص تحت الماء ، في مكان آخر من هذا موسوعة.
يعد العمل في الخارج أمرًا خطيرًا في جميع الأوقات ، سواء أثناء العمل أو خارجه. لا يستطيع بعض العمال التعامل مع ضغوط العمل في الخارج بوتيرة متطلبة ، لفترات طويلة من الزمن ، في ظل حجز نسبي وخاضع لظروف بيئية متغيرة باستمرار. تشمل علامات الإجهاد لدى العمال التهيج غير العادي ، وعلامات أخرى للاضطراب العقلي ، والإفراط في شرب الخمر أو التدخين ، وتعاطي المخدرات. تم الإبلاغ عن مشاكل الأرق ، والتي قد تتفاقم بسبب المستويات العالية من الاهتزاز والضوضاء ، من قبل العمال على المنصات. قد يقلل التآخي بين العمال والإجازات المتكررة على الشاطئ من التوتر. يعد دوار البحر والغرق ، وكذلك التعرض لظروف الطقس القاسية ، من الأخطار الأخرى في الأعمال البحرية.
تنجم الأمراض مثل أمراض الجهاز التنفسي عن التعرض للمناخات القاسية أو العدوى أو الأمراض الطفيلية في المناطق التي تتوطن فيها هذه الأمراض. على الرغم من أن العديد من هذه الأمراض لا تزال بحاجة إلى دراسة وبائية في عمال الحفر ، فمن المعروف أن عمال النفط قد عانوا من التهاب حوائط المفصل في الكتف والكتف والتهاب اللقيمة العضدي والتهاب المفاصل في العمود الفقري العنقي والتهاب الأعصاب في الأطراف العلوية. إن احتمالية الإصابة بالأمراض نتيجة التعرض للضوضاء والاهتزاز موجودة أيضًا في عمليات الحفر. يبدو أن شدة وتواتر هذه الأمراض المرتبطة بالحفر تتناسب مع طول الخدمة والتعرض لظروف العمل المعاكسة (Duck 1983 ؛ Ghosh 1983 ؛ Montillier 1983).
قد تنجم الإصابات أثناء العمل في أنشطة الحفر والإنتاج عن العديد من الأسباب ، بما في ذلك الانزلاق والسقوط ، ومناولة الأنابيب ، وأنابيب الرفع والمعدات ، وإساءة استخدام الأدوات ، وسوء استخدام المتفجرات. قد تكون الحروق ناتجة عن مواد كيميائية تحتوي على البخار أو النار أو الأحماض أو الطين مثل هيدروكسيد الصوديوم. قد ينتج التهاب الجلد وإصابات الجلد عن التعرض للزيوت الخام والمواد الكيميائية.
توجد إمكانية للتعرض الحاد والمزمن لمجموعة واسعة من المواد والمواد الكيميائية غير الصحية الموجودة في عمليات التنقيب عن النفط والغاز وإنتاجهما. يتم سرد بعض المواد الكيميائية والمواد التي قد تكون موجودة بكميات خطرة في الجدول 2 وتشمل:
السلامة
يتم الحفر والإنتاج في جميع أنواع المناخ وتحت ظروف جوية متفاوتة ، من الغابات الاستوائية والصحاري إلى القطب الشمالي المتجمد ، ومن الأراضي الجافة إلى بحر الشمال. يتعين على أطقم الحفر العمل في ظروف صعبة ، حيث تخضع للضوضاء والاهتزاز والطقس العاصف والمخاطر المادية والأعطال الميكانيكية. عادة ما تكون المنصة والطاولة الدوارة والمعدات زلقة وتهتز من المحرك وعملية الحفر ، مما يتطلب من العمال القيام بحركات متعمدة ودقيقة. يوجد خطر الانزلاق والسقوط من المرتفعات عند تسلق منصة الحفر والرافعة ، وهناك خطر التعرض للنفط الخام والغاز والطين وأبخرة عوادم المحرك. تتطلب عملية الفصل السريع ثم إعادة توصيل أنبوب الحفر تدريبًا ومهارة ودقة من قبل العمال حتى يتم القيام بها بأمان مرة بعد مرة.
يتعين على أطقم البناء والحفر والإنتاج العاملة في الخارج مواجهة نفس المخاطر التي تواجه أطقم العمل على الأرض ، ومع المخاطر الإضافية الخاصة بالعمل البحري. وتشمل هذه إمكانية انهيار المنصة في البحر وأحكام إجراءات الإخلاء المتخصصة ومعدات النجاة في حالة الطوارئ. هناك اعتبار آخر مهم عند العمل في الخارج وهو الحاجة إلى كل من الغوص في أعماق البحار والمياه الضحلة لتركيب المعدات وصيانتها وفحصها.
حريق وانفجار
هناك دائمًا خطر حدوث انفجار عند ثقب بئر ، مع إطلاق غاز أو بخار سحابة ، متبوعًا بانفجار وحريق. توجد احتمالية إضافية لحدوث حريق وانفجار في عمليات معالجة الغاز.
يجب تقييم عمال المنصة البحرية وحفارة الحفر بعناية بعد إجراء فحص جسدي شامل. يتطلب اختيار أفراد الطاقم البحري الذين لديهم تاريخ أو دليل على أمراض الرئة أو القلب والأوعية الدموية أو الأمراض العصبية والصرع والسكري والاضطرابات النفسية وإدمان المخدرات أو الكحول دراسة متأنية. نظرًا لأنه يُتوقع من العمال استخدام معدات حماية الجهاز التنفسي ، وخاصة أولئك المدربين والمجهزين لمكافحة الحرائق ، يجب تقييمهم جسديًا وعقليًا للتحقق من قدرتهم على تنفيذ هذه المهام. يجب أن يتضمن الفحص الطبي تقييمًا نفسيًا يعكس متطلبات الوظيفة المعينة.
يجب أن تتضمن الخدمات الطبية الطارئة على منصات الحفر البحرية ومنصات الإنتاج أحكامًا لمستوصف أو عيادة صغيرة ، يعمل بها ممارس طبي مؤهل على متن السفينة في جميع الأوقات. سيتم تحديد نوع الخدمة الطبية المقدمة من خلال مدى توفر الخدمات الداخلية المتاحة والمسافة والجودة. قد يتم الإجلاء عن طريق السفن أو المروحية ، أو قد يسافر الطبيب إلى المنصة أو يقدم المشورة الطبية عن طريق الراديو إلى الممارس الموجود على متن الطائرة ، عند الحاجة. قد يتم وضع سفينة طبية حيث يعمل عدد من المنصات الكبيرة في منطقة صغيرة ، مثل بحر الشمال ، لتكون متاحة بسهولة أكبر ولتقديم الخدمة بسرعة لعامل مريض أو مصاب.
يجب أيضًا إعطاء الأشخاص الذين لا يعملون في الواقع في منصات الحفر أو منصات الحفر فحوصات طبية قبل التوظيف وفحوصات طبية دورية ، خاصة إذا تم توظيفهم للعمل في مناخات غير طبيعية أو في ظل ظروف قاسية. يجب أن تأخذ هذه الاختبارات في الاعتبار المتطلبات الجسدية والنفسية للوظيفة.
الحماية الشخصية
يجب تنفيذ برنامج مراقبة الصحة المهنية وأخذ العينات ، بالاقتران مع برنامج المراقبة الطبية ، من أجل التقييم المنتظم لمدى وتأثير التعرضات الخطرة للعمال. يجب مراقبة الأبخرة القابلة للاشتعال والتعرضات السامة ، مثل كبريتيد الهيدروجين ، أثناء عمليات الاستكشاف والحفر والإنتاج. عمليا لا يوجد تعرض لـ H.2يجب السماح بـ S ، خاصة على المنصات البحرية. تتمثل إحدى الطرق الفعالة للتحكم في التعرض في استخدام طين حفر مرجح بشكل صحيح للحفاظ على H2S من دخول البئر وإضافة مواد كيميائية إلى الوحل لتحييد أي H محاصر2يجب تدريب جميع العمال على التعرف على وجود H.2ق واتخاذ تدابير وقائية فورية لتقليل احتمالية التعرض للمواد السامة والانفجارات.
ينبغي أن يتوافر لدى الأشخاص المنخرطين في أنشطة الاستكشاف والإنتاج معدات الحماية الشخصية المناسبة ويستخدمونها بما في ذلك:
عادة ما يتم ضغط غرف التحكم وأماكن المعيشة والأماكن الأخرى على المنصات البحرية الكبيرة لمنع دخول الأجواء الضارة ، مثل غاز كبريتيد الهيدروجين ، والذي قد ينطلق عند الاختراق أو في حالات الطوارئ. قد تكون هناك حاجة لحماية الجهاز التنفسي في حالة فشل الضغط ، وعندما يكون هناك احتمال التعرض للغازات السامة (كبريتيد الهيدروجين) ، أو الخنق (النيتروجين ، وثاني أكسيد الكربون) ، والأحماض (فلوريد الهيدروجين) أو ملوثات الغلاف الجوي الأخرى عند العمل خارج المناطق المضغوطة .
عند العمل بالقرب من الآبار الجوفية / الحرارية الأرضية ، يجب مراعاة القفازات المعزولة والبدلات الواقية من الحرارة والبخار بالكامل مع هواء التنفس ، حيث يمكن أن يتسبب ملامسة البخار والأبخرة الساخنة في حروق في الجلد والرئتين.
يجب استخدام أحزمة الأمان وشريان الحياة عند السير على ممرات المشاة والممرات ، خاصة على المنصات البحرية وفي الطقس العاصف. عند تسلق الحفارات والرافعات ، يجب استخدام أحزمة الأمان وشريان الحياة مع ثقل موازن متصل. غالبًا ما تُستخدم سلال الأفراد ، التي تحمل أربعة أو خمسة عمال يرتدون أجهزة تعويم شخصية ، لنقل أطقم العمل بين القوارب والمنصات البحرية أو منصات الحفر. وسيلة أخرى للنقل هي "الحبال المتأرجحة". يتم تعليق الحبال المستخدمة في التأرجح من القوارب إلى المنصات مباشرة فوق حافة هبوط القارب ، بينما يجب أن تتدلى الحبال من المنصات إلى القوارب 3 أو 4 أقدام من الحافة الخارجية.
يعد توفير مرافق الغسيل لكل من العمال والملابس واتباع ممارسات النظافة المناسبة من التدابير الأساسية للسيطرة على التهاب الجلد والأمراض الجلدية الأخرى. عند الحاجة ، ينبغي النظر في محطات غسل العيون في حالات الطوارئ والاستحمام الآمن.
تدابير حماية السلامة
تستخدم أنظمة إغلاق سلامة منصات النفط والغاز أجهزة وشاشات مختلفة لاكتشاف التسريبات والحرائق والتمزقات والظروف الخطرة الأخرى ، وتنشيط الإنذارات وإيقاف العمليات في تسلسل منطقي مخطط له. عند الحاجة نظرًا لطبيعة الغاز أو طرق الاختبار الخام غير المدمرة ، مثل الموجات فوق الصوتية أو التصوير الشعاعي أو الجسيمات المغناطيسية أو عمليات اختراق الصبغة السائلة أو الفحص البصري ، يجب استخدامها لتحديد مدى تآكل الأنابيب وأنابيب التسخين والمعالجات والسفن المستخدمة في إنتاج ومعالجة النفط الخام والمكثفات والغاز.
تعمل صمامات الإغلاق الآمنة السطحية وتحت السطحية على حماية المنشآت البرية والآبار الفردية في المياه الضحلة ومنصات الحفر والإنتاج في المياه العميقة متعددة الآبار ، ويتم تنشيطها تلقائيًا (أو يدويًا) في حالة نشوب حريق وتغيرات ضغط حرجة ، فشل ذريع في رأس البئر أو حالات الطوارئ الأخرى. كما أنها تستخدم لحماية آبار الحقن الصغيرة وآبار الرفع بالغاز.
يعتبر فحص الرافعات والأوناش والبراميل والحبال السلكية والملحقات ذات الصلة والعناية بها أحد اعتبارات السلامة المهمة في الحفر. يعتبر سقوط سلسلة أنابيب داخل البئر حادثًا خطيرًا قد يؤدي إلى فقد البئر. يمكن أن تحدث الإصابات والوفيات في بعض الأحيان عندما يصطدم الأفراد بحبل سلكي ينكسر أثناء التوتر. يعتمد التشغيل الآمن لجهاز الحفر أيضًا على أعمال السحب التي يتم صيانتها بسلاسة ، والتي يتم صيانتها جيدًا ، مع أنظمة الكبح وأنظمة الكبح المعدلة بشكل صحيح. عند العمل على الأرض ، احتفظ بالرافعات على مسافة آمنة من خطوط الطاقة الكهربائية.
يجب أن يكون التعامل مع المتفجرات أثناء عمليات الاستكشاف والحفر تحت سيطرة شخص مؤهل بشكل خاص. تتضمن بعض احتياطات السلامة التي يجب مراعاتها أثناء استخدام مسدس التثقيب ما يلي:
يعد تخطيط ودورات التأهب للطوارئ أمرًا مهمًا لسلامة العمال في حفارات النفط والغاز وحفارات الإنتاج والمنصات البحرية. يجب تقييم كل نوع مختلف من حالات الطوارئ المحتملة (على سبيل المثال ، حريق أو انفجار ، انبعاث غازات قابلة للاشتعال أو سامة ، ظروف مناخية غير معتادة ، عمال في البحر ، والحاجة إلى التخلي عن منصة) ووضع خطط استجابة محددة. يحتاج العمال إلى تدريبهم على الإجراءات الصحيحة الواجب اتخاذها في حالات الطوارئ ، وإلمامهم بالمعدات التي سيتم استخدامها.
تعتبر سلامة طائرات الهليكوبتر وبقائها في حالة سقوطها في الماء من الاعتبارات المهمة لعمليات المنصة البحرية والتأهب للطوارئ. يجب على الطيارين والركاب ارتداء أحزمة المقاعد ، وعند الاقتضاء ، معدات النجاة أثناء الطيران. يجب ارتداء سترات النجاة في جميع الأوقات ، أثناء الطيران وعند الانتقال من طائرة هليكوبتر إلى منصة أو سفينة. يجب الانتباه بعناية لإبقاء الأجسام والمواد تحت مسار الشفرة الدوارة عند الدخول أو المغادرة أو العمل حول طائرة هليكوبتر.
يعد تدريب كل من العاملين في البر والبحر أمرًا ضروريًا لعملية آمنة. يجب أن يُطلب من العمال حضور اجتماعات السلامة المجدولة بانتظام ، والتي تغطي كلاً من الموضوعات الإلزامية وغيرها. تم سن اللوائح القانونية من قبل الوكالات الحكومية ، بما في ذلك إدارة السلامة والصحة المهنية الأمريكية ، وخفر السواحل الأمريكي للعمليات البحرية ، وما يعادلها في المملكة المتحدة والنرويج وأماكن أخرى ، والتي تنظم سلامة وصحة عمال الاستكشاف والإنتاج ، في البر والبحر. مدونة قواعد ممارسات منظمة العمل الدولية السلامة والصحة في إنشاء المنشآت البحرية الثابتة في صناعة البترول (1982) يقدم التوجيه في هذا المجال. معهد البترول الأمريكي لديه عدد من المعايير والممارسات الموصى بها التي تغطي السلامة والصحة المتعلقة بأنشطة الاستكشاف والإنتاج.
تدابير الحماية والوقاية من الحرائق
تعتبر الوقاية من الحرائق والحماية منها ، خاصة على منصات الحفر البحرية ومنصات الإنتاج ، عنصرًا مهمًا في سلامة العمال والعمليات المستمرة. يجب تدريب العمال وتعليمهم للتعرف على مثلث النار ، كما تمت مناقشته في نار الفصل ، حيث ينطبق على السوائل الهيدروكربونية القابلة للاشتعال والقابلة للاشتعال والغازات والأبخرة والمخاطر المحتملة للحرائق والانفجارات. يعد الوعي بالوقاية من الحرائق أمرًا ضروريًا ويتضمن معرفة مصادر الاشتعال مثل اللحام واللهب المكشوف ودرجات الحرارة المرتفعة والطاقة الكهربائية والشرر الثابت والمتفجرات والمؤكسدات والمواد غير المتوافقة.
يتم استخدام كل من أنظمة الحماية من الحرائق السلبية والفعالة في البر والبحر.
يجب تدريب وتجهيز الموظفين الذين يُتوقع منهم مكافحة الحرائق ، من الحرائق الصغيرة في المراحل الأولية إلى الحرائق الكبيرة في الأماكن المغلقة ، مثل المنصات البحرية. يحتاج العمال المعينون كقادة لفرق الإطفاء وقادة الحوادث إلى قدرات قيادية وتدريب متخصص إضافي في تقنيات مكافحة الحرائق ومكافحة الحرائق المتقدمة.
حماية البيئة
المصادر الرئيسية لتلوث الهواء والماء والأرض في إنتاج النفط والغاز الطبيعي هي من تسرب النفط أو تسرب الغاز على الأرض أو البحر ، وكبريتيد الهيدروجين الموجود في النفط والغاز المتسرب إلى الغلاف الجوي ، والمواد الكيميائية الخطرة الموجودة في طين الحفر الذي يلوث المياه أو الأرض ومنتجات الاحتراق لحرائق آبار النفط. كانت الآثار الصحية العامة المحتملة لاستنشاق جسيمات الدخان من حرائق حقول النفط على نطاق واسع مصدر قلق كبير منذ حرائق آبار النفط التي حدثت في الكويت خلال حرب الخليج العربي في عام 1991.
تشمل ضوابط التلوث عادة ما يلي:
يتم إجراء نمذجة تشتت الغاز للتأكد من المنطقة المحتملة التي ستتأثر بسحابة من الغازات السامة أو القابلة للاشتعال أو البخار المتسرب. يتم إجراء دراسات منسوب المياه الجوفية لإبراز أقصى مدى لتلوث المياه في حالة حدوث تلوث بالزيت.
يجب تدريب العمال وتأهيلهم لتقديم استجابة الإسعافات الأولية للتوسط في حالات الانسكاب والتسرب. عادة ما يتم إشراك المقاولين المتخصصين في معالجة التلوث لإدارة الاستجابات للانسكابات الكبيرة ومشاريع المعالجة.
في عام 1993 ، بلغ الإنتاج العالمي للكهرباء 12.3 تريليون كيلوواط / ساعة (الأمم المتحدة 1995). (الكيلوواط في الساعة هو مقدار الكهرباء اللازمة لإضاءة عشر لمبات بقدرة 100 واط لمدة ساعة واحدة). يمكن للمرء أن يحكم على حجم هذا المسعى من خلال النظر في البيانات الواردة من الولايات المتحدة ، التي أنتجت وحدها 1٪ من إجمالي الطاقة. أنتجت صناعة المرافق الكهربائية الأمريكية ، وهي مزيج من الكيانات العامة والخاصة ، 25 تريليون كيلوواط / ساعة في عام 3.1 ، باستخدام أكثر من 1993 وحدة توليد (وزارة الطاقة الأمريكية 10,000). يوظف الجزء من هذه الصناعة المملوك من قبل مستثمرين من القطاع الخاص 1995 ألف شخص في عمليات الكهرباء والصيانة ، بإيرادات تصل إلى 430,000 مليار دولار أمريكي سنويًا.
يتم توليد الكهرباء في المحطات التي تستخدم الوقود الأحفوري (البترول أو الغاز الطبيعي أو الفحم) أو تستخدم الطاقة النووية أو الطاقة الكهرومائية. في عام 1990 ، على سبيل المثال ، كانت 75٪ من الطاقة الكهربائية في فرنسا مصدرها محطات الطاقة النووية. في عام 1993 ، جاء 62٪ من الكهرباء المولدة في جميع أنحاء العالم من الوقود الأحفوري ، و 19٪ من الطاقة الكهرومائية ، و 18٪ من الطاقة النووية. تمثل مصادر الطاقة الأخرى القابلة لإعادة الاستخدام مثل الرياح أو الطاقة الشمسية أو الطاقة الحرارية الأرضية أو الكتلة الحيوية نسبة صغيرة فقط من إنتاج الكهرباء في العالم. من محطات التوليد ، يتم نقل الكهرباء بعد ذلك عبر الشبكات أو الشبكات المترابطة إلى أنظمة التوزيع المحلية ومن خلالها إلى المستهلك.
تميل القوة العاملة التي تجعل كل هذا ممكنًا إلى أن تكون في الأساس من الذكور وأن تمتلك درجة عالية من المهارة التقنية ومعرفة "النظام". المهام التي يقوم بها هؤلاء العمال متنوعة تمامًا ، ولها عناصر مشتركة مع صناعات البناء والتصنيع ومناولة المواد والنقل والاتصالات. تصف المقالات القليلة التالية بعض هذه العمليات بالتفصيل. تسلط المقالات المتعلقة بمعايير صيانة الكهرباء والمخاوف البيئية الضوء أيضًا على المبادرات التنظيمية الرئيسية للحكومة الأمريكية التي تؤثر على صناعة المرافق الكهربائية.
لقد تعلم البشر تسخير طاقة المياه الجارية منذ آلاف السنين. لأكثر من قرن ، تم توليد الكهرباء باستخدام الطاقة المائية. يربط معظم الناس استخدام الطاقة المائية بسدود الأنهار ، ولكن يمكن أيضًا توليد الطاقة الكهرومائية من خلال تسخير المد والجزر.
تمتد عمليات توليد الطاقة الكهرومائية على مساحة شاسعة والعديد من المناخات ، بدءًا من التربة الصقيعية القطبية الشمالية إلى الغابات الاستوائية المطيرة. سيؤثر الموقع الجغرافي لمصنع التوليد على الظروف الخطرة التي قد تكون موجودة ، لأن المخاطر المهنية مثل الحشرات والحيوانات العدوانية ، أو حتى النباتات السامة ، ستختلف من موقع إلى آخر.
تتكون محطة الهدرجة بشكل عام من أ سد التي تحبس كمية كبيرة من الماء ، أ قناة لتصريف فائض المياه التي تطلق المياه الفائضة بطريقة خاضعة للرقابة و قوة. السدود وغيرها من هياكل احتواء المياه والتحكم فيها قد تكون أيضًا جزءًا من محطة الطاقة الكهرومائية ، على الرغم من أنها لا تشارك بشكل مباشر في توليد الكهرباء. يحتوي مركز الطاقة على قنوات موصلة توجه المياه عبر التوربينات التي تحول التدفق الخطي للمياه إلى تدفق دوار. سوف يسقط الماء إما من خلال ريش التوربين أو يتدفق أفقياً من خلالها. التوربين والمولد متصلان ببعضهما البعض. وبالتالي ، فإن دوران التوربين يؤدي إلى دوران دوار المولد.
جهد الطاقة الكهربائية من تدفق الماء هو نتاج كتلة الماء ، والارتفاع الذي يسقط من خلاله وتسارع الجاذبية. الكتلة هي دالة على كمية المياه المتوفرة ومعدل تدفقها. سيحدد تصميم محطة الطاقة ارتفاع الماء. تسحب معظم التصميمات المياه من بالقرب من الجزء العلوي من السد ثم تصريفها في القاع إلى مجرى النهر الموجود في اتجاه مجرى النهر. هذا يحسن الارتفاع مع الحفاظ على تدفق معقول ويمكن التحكم فيه.
في معظم محطات التوليد الكهرومائية الحديثة ، يتم توجيه المولدات التوربينية عموديًا. هذه هي الهياكل المألوفة التي تبرز فوق الطابق الرئيسي في هذه المحطات. ومع ذلك ، يقع كل الهيكل تقريبًا أسفل ما هو مرئي على مستوى الطابق الرئيسي. ويشمل ذلك حفرة المولد ، وأسفلها حفرة التوربين وأنبوب السحب والتفريغ. يتم إدخال هذه الهياكل وقنوات توجيه المياه في بعض الأحيان.
في المحطات القديمة القديمة ، يتم توجيه المولد التوربيني أفقيًا. يبرز العمود من التوربين من جدار إلى مركز الطاقة ، حيث يتصل بالمولد. يشبه المولد محركًا كهربائيًا مفتوح العلبة وقديم الطراز كبير جدًا. في شهادة على تصميم وجودة بناء هذه المعدات ، لا تزال بعض المرافق الحديثة قيد التشغيل. تتضمن بعض المحطات الحالية نسخًا محدثة من تصميمات المحطات القديمة. في مثل هذه المحطات ، تحيط قناة المياه بالكامل بالمولد التوربيني ويتم الدخول عبر غلاف أنبوبي يمر عبر قناة المياه.
يتم الحفاظ على مجال مغناطيسي في لفات الدوار في المولد. يتم توفير الطاقة لهذا المجال من خلال بنوك من بطاريات حمض الرصاص أو بطاريات النيكل والكادميوم المملوءة بالمادة الكاوية. تحفز حركة الجزء المتحرك والمجال المغناطيسي الموجود في لفاته مجالًا كهرومغناطيسيًا في لفات الجزء الثابت. يوفر المجال الكهرومغناطيسي المستحث الطاقة الكهربائية التي يتم توفيرها لشبكة الطاقة. الجهد الكهربائي هو الضغط الكهربائي الذي ينشأ من تدفق المياه. من أجل الحفاظ على الضغط الكهربائي - أي الجهد - عند مستوى ثابت يتطلب تغيير تدفق المياه عبر التوربين. سيتم القيام بذلك مع تغير الطلب أو الظروف.
يمكن أن يؤدي تدفق الكهرباء إلى الانحناء الكهربائي ، على سبيل المثال ، في مجموعة المثير في الدوار. يمكن أن يؤدي الانحناء الكهربائي إلى توليد الأوزون ، والذي ، حتى عند المستويات المنخفضة ، يمكن أن يؤثر سلبًا على المطاط الموجود في خرطوم الحريق والمواد الأخرى.
تنتج مولدات الطاقة الكهرومائية تيارات عالية جدًا وجهد كهربائي مرتفع. تتصل الموصلات من المولدات بمحول وحدة ومن هذا إلى محول طاقة. يعمل محول الطاقة على تعزيز الجهد وتقليل التيار للإرسال عبر مسافات طويلة. يقلل التيار المنخفض من فقد الطاقة بسبب التسخين أثناء النقل. تستخدم بعض الأنظمة غاز سادس فلوريد الكبريت بدلاً من الزيوت التقليدية كعازل. يمكن أن ينتج الانحناء الكهربائي نواتج تكسير يمكن أن تكون أكثر خطورة بكثير من سادس فلوريد الكبريت.
تشتمل الدوائر الكهربائية على قواطع يمكنها قطع المولد بسرعة وبشكل غير متوقع عن شبكة الطاقة. تستخدم بعض الوحدات انفجارًا من الهواء المضغوط لقطع الاتصال. عندما تبدأ مثل هذه الوحدة ، فإنها ستنتج مستوى عالٍ للغاية من الضوضاء المندفعة.
الإدارة وعمليات المحطة
معظم الناس على دراية بجوانب الإدارة وعمليات المحطة لتوليد الطاقة المائية ، والتي تخلق بشكل عام الملف الشخصي العام للمنظمة. تسعى إدارة محطة الطاقة إلى التأكد من أن المحطة تقدم خدمة موثوقة. تشمل الإدارة موظفي المكاتب المشاركين في الأعمال والوظائف الفنية والإدارة. يشمل موظفو عمليات المحطة مديري المصنع والمشرفين ومشغلي العمليات.
الهدرجة هي عملية عملية ولكن على عكس عمليات المعالجة الأخرى ، مثل تلك الموجودة في الصناعة الكيميائية ، فإن العديد من محطات الهدرجة ليس لديها طاقم تشغيل. يتم تشغيل معدات التوليد عن طريق التحكم عن بعد ، وأحيانًا من مسافات طويلة. تحدث جميع أنشطة العمل تقريبًا أثناء الصيانة والإصلاح والتعديل والارتقاء بالمصنع والمعدات. يتطلب وضع التشغيل هذا أنظمة فعالة يمكنها نقل التحكم بعيدًا عن إنتاج الطاقة إلى الصيانة لمنع بدء التشغيل غير المتوقع.
المخاطر وهيكل الإدارة
تدار المرافق الكهربائية بشكل تقليدي كمنظمات "من القاعدة إلى القمة". وهذا يعني أن الهيكل التنظيمي يوفر تقليديًا مسارًا للتنقل التصاعدي يبدأ بمناصب المبتدئين ويؤدي إلى الإدارة العليا. عدد قليل نسبيًا من الأفراد يدخلون المنظمة بشكل جانبي. هذا يعني أنه من المحتمل أن يكون الإشراف والإدارة في مرفق الطاقة قد عانوا من نفس ظروف العمل مثل الأفراد الذين يشغلون حاليًا مناصب على مستوى المبتدئين. يمكن أن يكون لمثل هذا الهيكل التنظيمي آثار فيما يتعلق بتعرض العمال المحتمل للعوامل الخطرة ، خاصة تلك التي لها آثار تراكمية مزمنة. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك الضوضاء. كان من الممكن أن يعاني الموظفون الذين يعملون حاليًا في مناصب إدارية هم أنفسهم من فقدان سمع خطير عندما تم توظيفهم في وظائف تعرضت للضوضاء المهنية. قد لا يتم اكتشاف فقدان السمع لديهم في برامج اختبار قياس السمع الخاصة بالشركة ، نظرًا لأن مثل هذه البرامج تشمل عمومًا الموظفين الذين يتعرضون حاليًا لمستويات عالية من الضوضاء في العمل.
صيانة معدات التوليد
تنقسم صيانة معدات التوليد إلى نوعين رئيسيين من النشاط: الصيانة الكهربائية والصيانة الميكانيكية. في حين أن كلا النوعين من العمل قد يحدثان في وقت واحد وجنباً إلى جنب ، فإن المهارات والعمل اللازمين لأداءهما مختلفان تمامًا.
قد تتطلب الصيانة إغلاق وتفكيك الوحدة. يتم التحكم في تدفق المياه عند المدخل بواسطة بوابات الرأس. البوابات الأمامية عبارة عن هياكل فولاذية يتم إنزالها في قناة السحب لمنع تدفق المياه. يسمح منع التدفق بتصريف المياه من القنوات الداخلية. مستوى الماء الهادئ في مخرج التوربين (أنبوب السحب) أقل من مستوى صندوق التمرير وشفرات عداء التوربين. هذا يسمح بالوصول إلى هذه الهياكل. علبة التمرير عبارة عن هيكل مدبب على شكل حلزوني يوجه تدفق المياه حول عداء التوربين بطريقة موحدة. يمر الماء من علبة التمرير عبر دوارات التوجيه التي توجه التدفق ، والريش المتحركة (بوابات الويكيت) التي تتحكم في مستوى الصوت.
عند الحاجة ، يمكن إزالة المولد والتوربين من مواقعهما الطبيعية ووضعهما في الطابق الرئيسي لمركز الطاقة. قد تكون الإزالة ضرورية لإعادة الطلاء أو إزالة الشحوم وإصلاح واستبدال اللفات والمحامل والمكابح أو الأنظمة الهيدروليكية.
في بعض الأحيان ، تتعرض شفرات العداء ، وكذلك بوابات الويكيت ، ودوارات التوجيه ، والهياكل الموصلة للماء في صندوق التمرير وأنبوب السحب ، للتلف الناتج عن التجويف. يحدث التجويف عندما ينخفض ضغط الماء عن ضغط البخار. عندما يحدث هذا ، تتكون فقاعات الغاز والاضطراب الذي تسببه هذه الفقاعات يؤدي إلى تآكل المواد التي يلامسها الماء. قد يكون من الضروري إصلاح المواد التالفة عن طريق اللحام أو عن طريق إصلاح وإعادة طلاء الأسطح الفولاذية والخرسانية.
قد تتطلب الهياكل الفولاذية أيضًا إصلاحًا وإعادة طلاء إذا أصبحت متآكلة.
المخاطر
هناك مجموعة متنوعة من المخاطر المرتبطة بتوليد الطاقة الكهرومائية. يتم مشاركة بعض هذه المخاطر من قبل جميع الموظفين الذين يعملون في الصناعة ، بينما يقتصر البعض الآخر على أولئك المشاركين في أنشطة الصيانة الكهربائية أو الميكانيكية. يتم تلخيص معظم المخاطر التي يمكن أن تنشأ في الجدول 1 والجدول 2 ، والتي تلخص أيضا الاحتياطات.
الجدول 1. التحكم في التعرض لمخاطر كيميائية وبيولوجية مختارة في توليد الطاقة الكهرومائية
تعرض |
أين يمكن العثور عليها |
العمال المتضررين |
نهج للسيطرة |
الغبار الكاشطة |
يمكن أن يحتوي الغبار على مواد الانفجار وغبار الطلاء. قد يحتوي الطلاء المطبق قبل عام 1971 على مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. |
ميكانيكي أو |
- نظام التحكم في الغبار |
الحرير الصخري |
قد يوجد الأسبستوس في مكابح المولدات ، والأنابيب والعزل الكهربائي ، والطلاء بالرش ، والأسمنت الأسبستي ومنتجات أخرى ؛ يعتمد التعرض على التفتيت والقرب من المصدر. |
الصيانة الكهربائية |
-تبني أفضل الممارسات الحالية للعمل الذي يشمل الأسبستوس- |
خصائص اخرى : محرر صور وفيديو وعارض مستندات |
قد يتسبب قصر الدائرة الكهربائية عبر أطراف البطاريات في حدوث انفجار وحريق وتعرض للسائل وهباء الإلكتروليت. |
الصيانة الكهربائية |
- حماية أطراف البطارية والموصلات غير المعزولة |
تتبيلة |
يمكن أن تشمل الانبعاثات: أول أكسيد الكربون ، والأصباغ غير العضوية التي تحتوي على الرصاص وكرومات أخرى ومنتجات التحلل من راتنجات الطلاء. قد تكون مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور قد استخدمت كمواد ملدنة قبل عام 1971. يمكن أن تشكل مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الفيوران والديوكسينات عند تسخينها. |
ميكانيكي أو |
-تهوية العادم المحلية |
الكلور |
يمكن أن يحدث التعرض للكلور أثناء توصيل / فصل أسطوانات الكلور في أنظمة معالجة المياه والصرف الصحي. |
مشغلي |
-اتباع إرشادات صناعة الكلور عند العمل مع اسطوانات الكلور |
إزالة الشحوم |
تتطلب إزالة الشحوم من المعدات الكهربائية مذيبات بخصائص محددة من القابلية للاشتعال والذوبان والتبخر السريع دون ترك بقايا ؛ المذيبات التي تلبي هذه الخصائص متطايرة ويمكن أن تشكل مخاطر استنشاق. |
الصيانة الكهربائية |
-تهوية العادم المحلية |
المشتقات النفطية |
تشمل الانبعاثات في المقام الأول ثاني أكسيد النيتروجين ، وأكسيد النيتريك ، وأول أكسيد الكربون ، وثاني أكسيد الكربون ، وثاني أكسيد الكبريت والجسيمات التي تحتوي على الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) من المركبات أو المحركات التي تعمل في محطة توليد الطاقة. |
كل العمال |
- منع تشغيل السيارات والشاحنات في المباني. |
تبقى الحشرة |
تتكاثر بعض الحشرات في المياه السريعة حول المحطة. بعد التزاوج يموت الكبار وتتحلل الذبائح وتجف. يصاب بعض الأفراد بالحساسية في الجهاز التنفسي
بعد التجفيف ، قد تحاول يرقات الحشرات التي تعيش في قنوات المياه إنزال أجسامها إلى المياه المتبقية عن طريق إنتاج حبال تشبه الخيوط ؛ قد يصاب بعض الأفراد بحساسية تنفسية تحسسية تجاه الغبار الناتج عن جفاف هذه المواد. |
كل العمال
|
- الحشرات التي تقضي جزءًا من حياتها في المياه سريعة الجريان تفقد موطنها الطبيعي نتيجة بناء أ |
زيوت وزيوت تشحيم |
تغطي الزيوت والسوائل الهيدروليكية ملفات العضو الدوار والجزء الثابت ؛ يمكن أن يؤدي تحلل الهيدروكربونات عند ملامستها للأسطح الساخنة إلى إنتاج هيدروكربونات عطرية متعددة الحلقات (PAHs). يمكن أن يحدث التعرض عن طريق الاستنشاق وملامسة الجلد. يمكن أن يسبب ملامسة الجلد التهاب الجلد. |
الصيانة الكهربائية |
- معدات الحماية الشخصية (حسب الظروف) |
الأوزون |
قد يتسبب الأوزون الناتج عن الانحناء في الدوار والمعدات الكهربائية الأخرى في حدوث مشكلة تعرض ، اعتمادًا على القرب من المصدر. |
كل العمال |
-الحفاظ على المعدات الكهربائية لمنع الانحناء |
أبخرة الطلاء |
تحتوي رذاذات الطلاء على طلاء مرشوشة ومخفف ؛ يمكن أن يشكل المذيب في القطرات والبخار خليطًا قابل للاشتعال ؛ يمكن أن يشتمل نظام الراتنج على الأيزوسيانات والإيبوكسيات والأمينات والبيروكسيدات والمواد الوسيطة التفاعلية الأخرى. |
المارة والرسامون |
- كابينة دهان |
متعدد الكلور |
استخدمت مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور في سوائل العزل الكهربائي حتى أوائل السبعينيات ؛ قد تظل السوائل أو المخلفات الأصلية موجودة في الكابلات أو المكثفات أو المحولات أو غيرها من المعدات ؛ يمكن أن يحدث التعرض عن طريق الاستنشاق أو ملامسة الجلد. يمكن أن يؤدي الحريق أو التسخين الشديد أثناء الخدمة إلى تحويل مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى فيوران وديوكسينات. |
الصيانة الكهربائية |
-معدات الحماية الشخصية |
سداسي فلوريد الكبريت |
ينتج عن انهيار القوس الكهربائي لسداسي فلوريد الكبريت مواد غازية وصلبة ذات سمية أكبر بكثير. |
الصيانة الكهربائية |
-تهوية العادم المحلية |
اللحام والنحاس |
الكادميوم والرصاص والفضة في اللحام |
مواد كهربائية
ميكانيكي أو |
-تهوية العادم المحلية |
الجدول 2. التحكم في التعرض لمخاطر كيميائية وبيولوجية مختارة في توليد الطاقة الكهرومائية
تعرض |
أين يمكن العثور عليها |
العمال المتضررين |
نهج للسيطرة |
عمل محرج |
يمكن أن يؤدي العمل المطول في وضعية غير ملائمة إلى إصابة الجهاز العضلي الهيكلي. |
كل العمال |
- المعدات المصممة لتعكس المبادئ المريحة |
الأماكن الضيقة |
يحتوي السد وهياكل التحكم وبوابات التحكم وقنوات توصيل المياه والمولدات وآلات التوربينات على العديد من الحفر والأحواض والخزانات وغيرها من المساحات المغلقة والمغلقة جزئيًا والتي يمكن أن تنقص الأكسجين أو يمكن أن تحصر الأجواء الخطرة أو يمكن أن تحتوي على ظروف خطرة أخرى. |
كل العمال |
- أجهزة اختبار الهواء |
غرق |
يمكن أن يحدث الغرق بعد السقوط في المياه سريعة الحركة في forebay (منطقة السحب) أو Tailrace (منطقة التفريغ) أو منطقة أخرى. توجد مياه شديدة البرودة في خطوط العرض العليا خلال أشهر الربيع والخريف والشتاء. |
كل العمال |
- حواجز احتواء الأفراد |
القتل بالكهرباء |
تحتوي مناطق المحطة على موصلات نشطة وغير محمية ؛ يمكن أن تصبح المعدات التي تحتوي على موصلات محمية مباشرة بعد إزالة الغطاء. تنجم مخاطر الصعق بالكهرباء عن الدخول المتعمد إلى مناطق غير مصرح بها أو من فشل عرضي لأنظمة الحماية. |
كل العمال |
-وضع ممارسات وإجراءات لضمان ظروف عمل آمنة مع المعدات الكهربائية. |
مغنطيسي كهربائي |
التوليد والمعدات الكهربائية الأخرى تنتج حقول التيار المتردد و 60 هرتز (وأعلى) ؛ يعتمد التعرض على القرب من المصدر والدرع الذي توفره الهياكل. يصعب تخفيف المجالات المغناطيسية بشكل خاص عن طريق التدريع. أهمية التعرض لم تثبت بعد. الترددات الراديوية: التأثيرات على البشر لم تثبت بشكل كامل. |
كل العمال |
-الخطر لم يتم إنشاؤه تحت الحدود الحالية |
حرارة |
المولدات تطور حرارة كبيرة ؛ قد تقوم المولدات والمبادلات الحرارية بتصريف الهواء الساخن إلى مركز الطاقة ؛ يمكن لهيكل الطاقة أن يمتص ويشع الطاقة الشمسية في المبنى ؛ يمكن أن تحدث الإصابة الحرارية خلال الأشهر الأكثر دفئًا ، اعتمادًا على المناخ ومستوى الجهد المبذول. |
عمال داخليون |
- توجيه الهواء الساخن نحو السقف ، التدريع ، الضوابط الهندسية |
ضجيج |
يمكن أن تتجاوز ضوضاء الحالة المستقرة من المولدات والمصادر والمهام الأخرى الحدود المنظمة ؛ تنتج قواطع الهواء مستويات عالية جدًا من ضوضاء الصدمة ؛ يمكن تفريغها في أي وقت. |
كل العمال |
- تطبيق تقنية التحكم في الضوضاء. |
العمل بنظام الورديات |
يمكن أن تنتج عمليات التحول ضغوطًا فسيولوجية ونفسية اجتماعية ؛ يمكن أن تكون الضغوط النفسية والاجتماعية خطيرة بشكل خاص بالنسبة للأعداد الصغيرة المشاركة في المجتمعات الصغيرة والمعزولة حيث تميل هذه العمليات إلى التواجد. |
مشغلي |
-اعتماد جداول العمل التي تعكس المعرفة الحالية حول إيقاعات الساعة البيولوجية. |
اهتزاز ، ذراع اليد |
ينتقل الاهتزاز الناتج عن الأدوات اليدوية التي تعمل بالطاقة والمعدات المحمولة من خلال مقابض اليد. |
الصيانة الكهربائية |
-استخدام الأدوات التي تلبي المعايير الحالية لاهتزاز ذراع اليد. |
الاهتزاز ، لكامل الجسم |
الاهتزازات التي يحملها الهيكل والتي تنشأ من الحركة الدورانية للمولدات واضطراب تدفقات المياه تنتقل عبر الأرضيات والجدران. |
كل العمال |
-مراقبة وخدمة المعدات الدوارة لتقليل الاهتزازات. |
وحدات العرض المرئية |
يعتمد الاستخدام الفعال لمحطات العمل المحوسبة على تطبيق المبادئ المرئية والمكتبية المريحة. |
العاملين في المكتب |
- تطبيق مبادئ المكتب المريحة لاختيار واستخدام عروض الفيديو |
متعلق بالطقس |
يمكن أن تسبب الطاقة فوق البنفسجية حروق الشمس وسرطان الجلد وإعتام عدسة العين. يمكن أن يسبب البرد الإجهاد البارد وقضمة الصقيع. |
عمال في الهواء الطلق |
- ملابس العمل التي تقي من البرد |
تأثيرات بيئيه
تم الترويج لتوليد الطاقة الكهرومائية باعتباره صديقًا للبيئة. بالطبع ، إنه يوفر فائدة هائلة للمجتمع من خلال توفير الطاقة وتثبيت تدفق المياه. لكن مثل هذا التوليد من الطاقة لا يأتي بدون تكلفة بيئية ، والتي تلقت في السنوات الأخيرة المزيد والمزيد من الاعتراف والاهتمام العام. على سبيل المثال ، من المعروف الآن أن إغراق مساحات كبيرة من الأرض والصخور بالمياه الحمضية يؤدي إلى ترشيح المعادن من هذه المواد. تم العثور على تراكم بيولوجي للزئبق في الأسماك التي تم صيدها في المياه من مثل هذه المناطق التي غمرتها الفيضانات.
يغير الفيضان أيضًا أنماط الاضطراب في الماء وكذلك مستوى الأوكسجين. كلاهما يمكن أن يكون له تأثيرات بيئية خطيرة. على سبيل المثال ، اختفت مسارات السلمون في الأنهار المسدودة. حدث هذا الاختفاء ، جزئيًا ، لأن الأسماك إما لا تستطيع تحديد موقع أو اجتياز المسار إلى مستوى المياه الأعلى. بالإضافة إلى ذلك ، أصبحت المياه تشبه بحيرة أكثر من كونها نهرًا ، كما أن مياه البحيرة الراكدة غير متوافقة مع جريان السلمون.
تدمر الفيضانات أيضًا موائل الأسماك ويمكن أن تدمر مناطق تكاثر الحشرات ، التي تعتمد عليها الأسماك والكائنات الحية الأخرى في التغذية. في بعض الحالات ، دمرت الفيضانات الأراضي الزراعية والغابات المنتجة. كما أثار فيضان مناطق واسعة القلق بشأن التغير المناخي والتغيرات الأخرى في التوازن البيئي. كما أثار نقص المياه العذبة التي كان من المقرر أن تتدفق إلى جسم من المياه المالحة مخاوف بشأن التغيرات في الملوحة.
يتضمن تشغيل محطات توليد الكهرباء التي تعمل بالفحم سلسلة من الخطوات التي قد تعرض العمال لإصابات رضحية وعوامل كيميائية وفيزيائية خطرة. يمكن التحكم في هذه المخاطر من خلال مزيج من التصميم الجيد والعاملين المطلعين وتخطيط العمل. سيضمن التصميم الجيد أن تلبي جميع المكونات الرموز اللازمة للتشغيل الآمن والسلامة. سيضمن أيضًا أن تصميم المعدات يسمح باستمرار التشغيل الآمن وقابلية الصيانة من خلال سهولة الوصول. سيكون العمال المطلعون على دراية بالمخاطر في مكان العمل وسيكونون قادرين على وضع خطط لمواجهة المخاطر التي يواجهونها. ستحدد هذه الخطط المخاطر وتطبق الضوابط المناسبة ، والتي قد تتضمن مزيجًا من إزالة الطاقة والحواجز المادية ومعدات الحماية الشخصية. يُظهر تحليل تجربة الحوادث أن محطات الطاقة الحديثة تتمتع بأداء أمان يضاهي الصناعات الميكانيكية الثقيلة الأخرى. ضمن موظفي محطة الطاقة ، يعاني طاقم الصيانة من معظم إصابات الوقت الضائع. غالبًا ما تتضمن الإصابات التواءات وإجهادًا في الأنسجة الرخوة في الجسم ، مع إصابات إجهاد الظهر الأكثر شيوعًا. كما توجد أمراض صناعية مرتبطة بالتعرض المزمن للضوضاء ، وأحيانًا الأسبستوس.
يمكن النظر في تشغيل المحرك الحديث في سلسلة من الخطوات.
مناولة الفحم
ويشمل ذلك استلام الفحم (إما عن طريق السكك الحديدية أو الماء) ، وتخزينه واستعادته لتزويد وحدات مولدات التوربينات بالوقود. تُستخدم المعدات الثقيلة (كاشطات الجرارات والجرافات) لإنشاء أكوام تخزين مضغوطة ، وهو أمر ضروري لتجنب حرائق الاحتراق التلقائي. مزيد من المناولة بواسطة الناقلات إلى محطة توليد الكهرباء. يمكن التحكم في التعرض لغبار الفحم (مما يؤدي إلى الإصابة بداء الغشاء الرئوي) عن طريق رش الماء في كومة الفحم واستخدام كبائن التحكم المغلقة المزودة بمرشحات الغبار. تتطلب بعض المهام المرتبطة بمستويات غبار الفحم المرتفعة أجهزة تنفس ذات كفاءة عالية لامتصاص الجسيمات (HEPA). تؤدي مستويات الضوضاء إلى حصول معظم العاملين في منطقة العمل هذه على أكثر من 85 ديسيبل تعرضًا (مما يؤدي إلى فقدان السمع) ، والذي يجب التحكم فيه من خلال استخدام سدادات الأذن والفشل ، وبرنامج الحفاظ على السمع.
تم العثور على العديد من مخاطر السلامة التقليدية في هذه المنطقة من المصنع. يتطلب العمل بالقرب من الماء اهتمامًا دقيقًا بالإجراءات وكذلك استخدام مواد الحفاظ على الحياة. تتطلب قيادة المعدات الثقيلة على أكوام التخزين غير المستوية أثناء الليل إضاءة منطقة واسعة النطاق ، في حين يتم التحكم في مخاطر الرفع والدفع من التنظيف اليدوي لمزالق الفحم الناقلة (المعرضة للانسداد ، خاصة عندما يكون الشتاء شديدًا) من خلال شلال قابل للإزالة أغطية ، والتي توفر سهولة الوصول. يتطلب تشغيل وصيانة أنظمة النقل الممتدة حراسة بكرات القيادة والنهاية ، وأجهزة الشد ونقاط الارتكاز الأخرى.
تشغيل التوربينات الغلاية
يجب أن يشتمل تشغيل مجموعة توربينات مرجل عالية الضغط على مجموعة صارمة من الضوابط لضمان التشغيل الآمن. تشمل هذه الضوابط السلامة الجسدية للمعدات ومهارات ومعرفة وخبرة فريق التشغيل. يتم ضمان سلامة المكونات عالية الضغط من خلال مجموعة من المواصفات المناسبة الواردة في المعايير الهندسية الحديثة ، وعمليات التفتيش الروتينية للوصلات الملحومة باستخدام تقنيات التصوير المرئي وغير المدمر (الأشعة السينية وطرق التنظير الفلوري). بالإضافة إلى ذلك ، تضمن صمامات تخفيف الضغط ، التي يتم اختبارها بانتظام ، عدم حدوث ضغط زائد للغلاية. يمكن إنشاء المهارات والمعرفة اللازمة للموظفين من خلال عملية داخلية لتطوير الموظفين إلى جانب الاعتماد الحكومي الذي يمتد على مدى عدة سنوات.
بيئة بيت الطاقة عبارة عن مجموعة من الأنظمة الهندسية المعقدة لنقل الوقود وهواء الاحتراق ومياه الغلايات المنزوعة المعادن ومياه التبريد إلى المرجل. بالإضافة إلى مخاطر البخار عالي الضغط ، فإنه يحتوي على مجموعة متنوعة من المخاطر التقليدية والكيميائية / الفيزيائية الأخرى التي يجب التعرف عليها والتحكم فيها. في العملية ، فإن الخطر الأكثر انتشارًا هو الضوضاء. تظهر الاستطلاعات أن جميع موظفي التشغيل والصيانة لديهم متوسط تعرض مرجح للوقت يزيد عن 85 ديسيبل ، الأمر الذي يتطلب ارتداء حماية السمع (المقابس أو السدادات) في كثير من مراكز القوة واختبار قياس السمع بانتظام لضمان عدم تدهور السمع. تشمل المصادر الرئيسية للضوضاء أجهزة طحن الفحم ، ووحدة مولد التوربينات ، وضواغط هواء خدمة المحطة. تعتمد مستويات الغبار في محطة توليد الطاقة أثناء التشغيل على اهتمام الصيانة بحالة العزل الحراري. هذا مصدر قلق خاص لأن الكثير من العزل الأقدم يحتوي على مستويات عالية من الأسبستوس. يمكن أن يؤدي الاهتمام الدقيق بالضوابط (في المقام الأول ربط واحتواء العزل التالف) إلى تركيزات الأسبستوس المحمولة جواً والتي لا يمكن اكتشافها (<0.01 ليف / سم مكعب).
المرحلة الأخيرة من عملية التشغيل التي تخلق مخاطر محتملة هي جمع الرماد ومعالجته. عادةً ما يتم جمع الرماد خارج مركز الطاقة ، وعادةً ما يتم ذلك باستخدام مرسبات إلكتروستاتيكية كبيرة ، على الرغم من زيادة استخدام المرشحات النسيجية في السنوات الأخيرة. في كلتا الحالتين يتم استخلاص الرماد من غاز المداخن والاحتفاظ به في صوامع التخزين. أي عمليات معالجة لاحقة تكون بطبيعتها مغبرة على الرغم من الجهود المصممة للتحكم في المستويات. يحتوي هذا النوع من الرماد (الرماد المتطاير ، على عكس رماد القاع المتراكم في قاع الغلاية) على جزء كبير (30 إلى 50٪) من المواد القابلة للتنفس ، وبالتالي فهو مصدر قلق محتمل للتأثيرات الصحية المحتملة على العمال المعرضين . عنصران من الرماد لهما أهمية محتملة: السيليكا البلورية ، المرتبطة بالسحار السيليسي وربما سرطان الرئة اللاحق ، والزرنيخ المرتبط بسرطان الجلد والرئة. في كلتا الحالتين ، من الضروري إجراء تقييمات التعرض لتحديد ما إذا تم تجاوز الحدود المنظمة وما إذا كانت هناك حاجة إلى برامج تحكم محددة. يجب أن تشمل هذه التقييمات ، التي تتضمن مسوحات بأخذ العينات الشخصية ، جميع العمال المحتمل تأثرهم ، بما في ذلك أولئك الذين قد يتعرضون أثناء عمليات التفتيش على أنظمة جمع الغبار وأسطح الطحن والتدفئة في الغلاية ، حيث من المعروف أن الزرنيخ يترسب. يجب أن تتضمن برامج المكافحة ، إذا لزم الأمر ، توفير المعلومات للعمال حول أهمية تجنب ابتلاع الرماد (ممنوع الأكل أو الشرب أو التدخين في مناطق معالجة الرماد) ، والحاجة إلى غسل دقيق بعد ملامسة الرماد. عادة ما تكون مستويات الغبار التي تمت مواجهتها في هذه الاستطلاعات مثل ممارسات السلامة الجيدة التي تشير إلى وجود برنامج للتحكم في الجهاز التنفسي للتعرض للغبار المزعج الكلي. قاعدة بيانات الوفيات الصناعية التي يحتفظ بها المعهد الوطني الأمريكي للسلامة والصحة المهنية ، على سبيل المثال ، لا تحتوي على إدخالات للوفيات المنسوبة إلى السيليكا أو التعرض للزرنيخ في صناعة المرافق الكهربائية الأمريكية.
الصيانة
خلال مرحلة الصيانة ، يحدث أكبر تعرض للعوامل التقليدية والكيميائية / الفيزيائية. نظرًا لتعقيد محطة التوليد الحديثة ، من الأهمية بمكان أن تكون هناك عملية فعالة لعزل المعدات بحيث لا يمكن تنشيطها أثناء إجراء الإصلاحات. يتم تحقيق ذلك عادةً من خلال نظام تحكم من الأقفال والعلامات.
يتم مواجهة مجموعة واسعة من المخاطر التقليدية أثناء الصيانة. أنها تشمل:
في جميع الحالات ، يمكن إدارة المخاطر من خلال عملية تحليل متدرجة تحدد المخاطر والضوابط المقابلة.
يتم استخدام مجموعة كبيرة ومتنوعة من المنتجات التجارية الخطرة ومواجهتها في أنشطة الصيانة الروتينية. يعتبر الأسبستوس شائعًا ، حيث تم استخدامه على نطاق واسع كعزل حراري وهو أحد مكونات العديد من المنتجات التجارية. يجب أن تكون عمليات التحكم في مكانها الصحيح لضمان تحديد جميع المواد المحتوية على الأسبستوس بشكل صحيح عن طريق التحليل المجهري (تعمل القدرة في الموقع على تحسين وقت الاستجابة بشكل كبير). تعتمد طرق التحكم الفعلية المستخدمة للمهمة على حجم النشاط. بالنسبة للوظائف واسعة النطاق ، سيتضمن ذلك إنشاء حاويات تعمل تحت ضغط منخفض قليلاً (لمنع التسربات) والتأكد من أن العمال مجهزين بحماية الجهاز التنفسي باتباع إجراءات دقيقة لتجنب التلوث الخارجي. في جميع الحالات ، يجب ترطيب المادة المحتوية على الأسبستوس بالكامل ، وتغليفها ووضع علامات عليها للتخلص منها. الفحص الدقيق ضروري لضمان إزالة جميع الأسبستوس قبل المتابعة. يجب تسجيل تعرض العمال ، وستحدد الأشعة السينية الدورية للصدر المقترنة باختبار وظائف الرئة بداية أي مرض. يجب أن تؤدي النتائج الإيجابية لهذه الفحوصات إلى إزالة العامل فورًا من التعرض لمزيد من التعرض. تعكس الممارسات الحالية مستوى عالٍ من القلق بشأن التعرض للأسبستوس في صناعة المرافق الكهربائية.
بالنسبة للغالبية العظمى من المواد الخطرة الأخرى المستخدمة في مكان العمل ، فإن الكميات المتضمنة صغيرة ، والاستخدام غير متكرر ، بحيث يكون التأثير الكلي ضئيلًا. الفئة الأكثر أهمية من التعرض للمواد الخطرة هي تلك المرتبطة بعمليات معينة بدلاً من منتجات معينة.
على سبيل المثال ، يعد اللحام نشاطًا شائعًا يمكن أن يؤدي إلى سلسلة من النتائج الصحية الضارة المحتملة. يؤدي التعرض للأشعة فوق البنفسجية من القوس إلى عمى مؤقت وتهيج شديد للعين ("العين القوسية") ؛ قد تسبب أبخرة أكسيد الفلز المستنشقة "حمى الأدخنة المعدنية" ؛ وأكاسيد النيتروجين والأوزون المتكونة في درجات الحرارة العالية في القوس قد تسبب الالتهاب الرئوي الكيميائي ومشاكل تنفسية مزمنة محتملة. تشمل الضوابط التي سيتم تطبيقها واقيات العين لحماية العمال القريبين من الضوء المتناثر أو تهوية العادم المحلي أو حماية الجهاز التنفسي (من خلال جهاز تنفس لتنقية الهواء).
نشاط شائع مماثل هو الطحن والتفجير الكاشطة ، حيث يكون القلق من استنشاق أكسيد المعدن القابل للتنفس والجزيئات الكاشطة. في هذه الحالة ، يتم التحكم عادة من خلال اختيار عامل جلخ (تم الآن التخلي عن الرمل لصالح عوامل أكثر حميدة مثل قشور الخضروات) إلى جانب تهوية عادم محلية عالية بشكل مناسب.
النشاط الآخر الذي يؤدي إلى التعرضات الكبيرة هو تطبيق الطلاءات الواقية على الأسطح المعدنية. قد تحتوي الطلاءات على مجموعة متنوعة من المذيبات التي يتم إطلاقها في جو العمل. يمكن التحكم في تعرض العمال إما عن طريق تهوية العادم المحلي أو ، إذا كان ذلك غير عملي ، عن طريق حماية الجهاز التنفسي.
في جميع المفاعلات النووية ، يتم إنتاج الطاقة داخل الوقود عن طريق تفاعل متسلسل لانشطار نوى ذراته. الوقود النووي الأكثر شيوعًا هو اليورانيوم 235. يقسم كل انشطار ذرة وقود إلى ذرتين جديدتين من نواتج الانشطار ويطرد أيضًا من نواة النيوترونات مما يتسبب في مزيد من الانشطار للذرات. يتم نقل معظم الطاقة المنبعثة من الانشطار بواسطة نواتج الانشطار ، وبالتالي يتم تحويلها إلى طاقة حرارية في ذرات الوقود المجاورة لأنها توقف نواتج الانشطار سريعة الحركة وتمتص إشعاعها. تحمل النيوترونات حوالي 3٪ من طاقة الانشطار.
يتم منع قلب المفاعل من السخونة الشديدة بواسطة سائل تبريد أو غازي ، والذي ينتج أيضًا البخار (إما بشكل مباشر أو غير مباشر) لدفع التوربين. يتم دمج المواد الممتصة للنيوترونات في قضبان التحكم ، والتي يمكن نقلها داخل وخارج التجاويف الموجودة في قلب المفاعل للتحكم في معدل تفاعل الانشطار إلى المعدل المطلوب بواسطة مشغل محطة الطاقة. في مفاعلات الماء المضغوط ، يمكن وضع المواد الممتصة في نظام تبريد المفاعل عبر ممتصات قابلة للذوبان.
معظم نواتج الانشطار غير مستقرة ، وبالتالي مشعة. تتحلل ، وتطلق إشعاعًا من نوع ومعدل خاص بكل عنصر من عناصر المنتج الانشطاري ، ومنتج جديد قد يكون أيضًا مشعًا. يستمر تسلسل الاضمحلال هذا حتى ينتج عنه أخيرًا منتجات ابنة مستقرة (غير مشعة). تتشكل المنتجات المشعة الأخرى في المفاعل عن طريق امتصاص النيوترونات في نواة ذرات المواد غير الانشطارية ، مثل اليورانيوم 238 ، والمواد الهيكلية ، مثل الأدلة والدعامات وتكسية الوقود.
في المفاعلات التي كانت تعمل لبعض الوقت ، يصل اضمحلال نواتج الانشطار وخلق نواتج انشطارية جديدة إلى مستوى قريب من التوازن. في هذه المرحلة ، يكون الإشعاع وإنتاج الطاقة الناتج من تحلل المنتجات المشعة ما يقرب من عُشر كل ما ينتج في المفاعل.
هذه الكمية الكبيرة من المواد المشعة هي التي تخلق المخاطر الخاصة بمحطات الطاقة النووية. في ظل ظروف التشغيل ، تتصرف معظم هذه المواد المشعة مثل المواد الصلبة ، لكن بعضها يتصرف مثل الغازات ، أو يصبح متطايرًا عند درجة حرارة عالية في المفاعل. يمكن امتصاص بعض هذه المواد المشعة بسهولة في الكائنات الحية ، ولها تأثيرات كبيرة على العمليات البيولوجية. وبالتالي ، فهي خطيرة إذا تم إطلاقها أو تفرقها في البيئة.
أنواع وخصائص المحطات النووية
تستخدم المفاعلات الحرارية مواد تسمى ومديرين لإبطاء النيوترونات السريعة الناتجة عن الانشطار بحيث يمكن التقاطها بسهولة أكبر بواسطة ذرات اليورانيوم 235 الانشطارية. غالبًا ما تستخدم المياه العادية كوسيط. الوسيطات الأخرى المستخدمة هي الجرافيت والديوتيريوم ، وهو نظير للهيدروجين ، والذي يستخدم في شكل أكسيد الديوتيريوم - الماء الثقيل. الماء العادي هو في الغالب أكسيد الهيدروجين ، ويحتوي على نسبة صغيرة (0.015٪) من الماء الثقيل.
تتم إزالة الحرارة من الوقود بواسطة المبرد ، الذي ينتج بخارًا بشكل مباشر أو غير مباشر لتشغيل التوربين ، والذي يتحكم أيضًا في درجة حرارة قلب المفاعل ، مما يمنعه من السخونة الزائدة ويتلف الوقود أو المواد الهيكلية. المبردات شائعة الاستخدام في المفاعلات الحرارية تشمل الماء العادي والماء الثقيل وثاني أكسيد الكربون. يتمتع الماء بخصائص نقل حرارة جيدة (حرارة نوعية عالية ، ولزوجة منخفضة ، وضخ سهل) وهو المبرد الأكثر شيوعًا في محطات الطاقة النووية. يسمح تبريد قلب المفاعل بالماء المضغوط أو المغلي بكثافة طاقة أساسية عالية بحيث يمكن بناء وحدات الطاقة الكبيرة في أوعية مفاعل صغيرة نسبيًا. ومع ذلك ، يجب أن يعمل نظام تبريد المفاعل الذي يستخدم الماء عند ضغط عالٍ من أجل الوصول إلى ضغوط البخار ودرجات الحرارة المفيدة من أجل التشغيل الفعال لمولد التوربينات البخارية. وبالتالي ، فإن سلامة حدود نظام تبريد المفاعل مهمة جدًا لجميع محطات الطاقة النووية المبردة بالماء ، حيث إنها تمثل حاجزًا يحمي سلامة العمال والجمهور والبيئة.
الوقود في جميع مفاعلات الطاقة المبردة بالماء ، ومعظم المفاعلات الأخرى ، هو ثاني أكسيد اليورانيوم الخزفي ، المغطى بالمعدن - الفولاذ المقاوم للصدأ أو سبيكة الزركونيوم. يوفر ثاني أكسيد اليورانيوم المتكلس وقودًا غير قابل للاحتراق يمكن أن يعمل لفترات طويلة ويحتفظ بمنتجاته الانشطارية عند درجات حرارة عالية دون حدوث تشويه أو فشل كبير. مفاعلات الطاقة الحرارية العاملة الوحيدة التي تستخدم غير وقود ثاني أكسيد اليورانيوم ، هي محطات Magnox (التي يتم تبريدها بثاني أكسيد الكربون) ، ويتم إخراجها تدريجياً من الخدمة عند وصولها إلى نهاية عمرها التشغيلي.
يمكن نقل المواد الممتصة للنيوترونات (مثل البورون والكادميوم والهافنيوم والجادولينيوم) المستخدمة في أشكال مختلفة ، مثل قضبان التحكم المكسوة بالفولاذ أو في محلول في المبردات أو الوسطاء ، داخل وخارج قلب المفاعل من أجل التحكم معدل تفاعل الانشطار عند أي مستوى محدد. على عكس توليد طاقة الوقود الأحفوري ، لا توجد حاجة إلى زيادة كمية الوقود لزيادة مستوى الطاقة المنتجة في تفاعل سلسلة الانشطار.
بمجرد الشروع في زيادة معدل إنتاج الطاقة الانشطارية ، فإنها ستستمر حتى يتم إيقافها عن طريق إدخال الكمية المناسبة من المواد الماصة للنيوترونات والمُعدّل في لبها. هذه الزيادة في الطاقة ناتجة عن وجود فائض من النيوترونات في تفاعل سلسلة الانشطار أكثر من ذلك المطلوب لمجرد تفاعل متسلسل التعادل. لذلك ، يمكن التحكم في معدل الانشطار وإنتاج الطاقة الناتج بحساسية شديدة عن طريق إضافة أو إزالة كميات صغيرة جدًا من المواد الممتصة للنيوترونات. في حالة الحاجة إلى خفض مفاجئ في مستوى الطاقة ، يتم حقن كمية كبيرة نسبيًا من مادة ماصة للنيوترونات في القلب. كل مفهوم مفاعل له خاصية تفاعلية خاصة به والتي تحدد تصميمات أجهزة التحكم وإيقاف تشغيل أجهزة امتصاص النيوترونات لضمان التحكم الفعال في الطاقة والإغلاق الآمن والسريع عند الحاجة. ومع ذلك ، تنطبق نفس مبادئ التحكم والسلامة الأساسية على الجميع.
الأنواع الرئيسية لمفاعلات الطاقة الحرارية المستخدمة اليوم موضحة في الشكل 1 ، والخصائص الرئيسية موضحة في الجدول 1. في الرسوم التوضيحية المبسطة في الشكل 1 ، يتم عرض الدروع الخرسانية المحيطة بالمفاعلات وأنظمة التبريد الأولية. توفر الدروع ، التي تشتمل على مجموعة متنوعة من التصميمات ، بشكل عام درعًا ضد الإشعاع المباشر من المفاعل وتوفر أيضًا احتواء أي تسربات من تبريد المفاعل أو أنظمة الوسيط ، وهي مصممة بشكل عام لتحمل الضغوط الكبيرة التي يمكن أن تؤدي في حالة فشل كبير في أنظمة التبريد.
الشكل 1. أنواع محطات الطاقة النووية
الجدول 1 - خصائص محطات الطاقة النووية (1997)
نوع المفاعل |
وقود |
مقدم |
المبرد وتقريبا. الضغط |
توليد البخار |
رقم |
صافي الانتاج |
PWR |
ثاني أكسيد اليورانيوم المخصب |
المياه الخفيفة |
المياه الخفيفة |
غير مباشر |
251 |
223,717 |
PHWR (نوع CANDU) |
ثاني أكسيد اليورانيوم غير المخصب |
الماء الثقيل |
الماء الثقيل |
غير مباشر |
34 |
18,927 |
بور |
ثاني أكسيد اليورانيوم المخصب |
المياه الخفيفة |
المياه الخفيفة |
مباشرة |
93 |
78,549 |
GCR (نوع MAGNOX) |
معدن اليورانيوم غير المخصب |
الجرافيت |
ثاني أكسيد الكربون |
غير مباشر |
21 |
3,519 |
IGA |
ثاني أكسيد اليورانيوم المخصب |
الجرافيت |
ثاني أكسيد الكربون |
غير مباشر |
14 |
8,448 |
LWGR (نوع RBMK) |
ثاني أكسيد اليورانيوم المخصب |
الجرافيت |
المياه الخفيفة |
مباشرة |
18 |
13,644 |
FBR |
مختلط أكسيد البلوتونيوم |
بدون اضاءة |
صوديوم |
غير مباشر |
3 |
928 |
في باقة مفاعل الماء المضغوط (PWR) محطة الطاقة ، المبرد الأساسي للمفاعل والمهدئ هما نفس الشيء - الماء العادي المنقى ، والذي يتم فصله عن الدائرة الثانوية لمياه التغذية / البخار بواسطة حد معدني في مولدات البخار (تسمى أحيانًا الغلايات) ، والتي يتم من خلالها نقل الحرارة عن طريق التوصيل. وبالتالي ، فإن البخار الذي يتم تغذية مولد التوربينات به ليس مشعًا ، ويمكن تشغيل محطة توليد التوربينات البخارية مثل محطة توليد الطاقة التقليدية. نظرًا لأن الهيدروجين الموجود في المبرد الأساسي / ماء الوسيط يمتص جزءًا كبيرًا من النيوترونات ، فمن الضروري إثراء محتوى نظير اليورانيوم -235 الانشطاري للوقود إلى ما بين 2٪ و 5٪ للحفاظ على تفاعل متسلسل عملي لإنتاج الطاقة على المدى الطويل.
في جميع محطات الطاقة النووية العاملة مع مفاعلات الماء الثقيل المضغوط (PHWRs) ، وسيط المفاعل والمبرد الأساسي عبارة عن ماء ثقيل يحتوي على نسبة عالية جدًا من الديوتيريوم النظائري (> 99٪). في ال CANDU PHWR ، التي تشكل جميع PHWRs العاملة تقريبًا ، يتم فصل الوسيط عن المبرد الأساسي ويتم الاحتفاظ به في درجة حرارة وضغط منخفضين نسبيًا ، مما يوفر بيئة ملائمة لتحديد موقع أجهزة المراقبة والتحكم ، وقدرة تبريد احتياطية مدمجة في الحدث من فشل أنابيب سائل التبريد الأساسي. يوجد الوقود والمبرد الأساسي في CANDU في أنابيب ضغط أفقية في قلب المفاعل. كما هو الحال في PWRs ، يتم فصل المبرد الأولي ودائرة التغذية / البخار الثانوية بحدود معدنية في مولدات البخار ، والتي يتم من خلالها نقل الحرارة من الماء الثقيل الأولي إلى نظام تغذية بخار الماء العادي. وبالتالي ، فإن البخار الذي يتم تغذيته إلى محطة توليد التوربينات هو بخار ماء عادي ، وليس مشعًا (باستثناء الكميات الصغيرة بسبب التسريبات) ، ويمكن تشغيل محطة توليد التوربينات مثل محطة توليد الطاقة الحرارية التقليدية. لا يمتص المهدئ والمبرد المائي الثقيل سوى جزء صغير جدًا من النيوترونات المتولدة أثناء الانشطار ، مما يسمح بتفاعل متسلسل عملي لإنتاج الطاقة على المدى الطويل باستخدام اليورانيوم الطبيعي (0.071٪ يورانيوم -235). يمكن أن تعمل PHWR الحالية بوقود اليورانيوم 235 المخصب قليلاً ، مما يؤدي إلى استخراج إجمالي أكبر للطاقة من الوقود بشكل نسبي.
في باقة مفاعل الماء المغلي (BWR) محطة الطاقة النووية ، يتم تبخير مياه التبريد الأولية جزئيًا في قلب المفاعل نفسه ، ويتم تغذية البخار المتولد هناك مباشرة إلى مولد التوربينات. يكون ضغط التشغيل في المفاعل أقل من ضغط PWRs ، لكن ضغط البخار الذي يتم تغذيته على التوربين مماثل. يكون البخار الذي يتم تغذيته على التوربين مشعًا إلى حد ما ، مما يتطلب بعض الاحتياطات بسبب التلوث المحتمل المنخفض المستوى لنظام التوربينات / مياه التغذية. ومع ذلك ، لم يثبت هذا أنه عامل مهم في تشغيل وصيانة BWRs. في BWRs ، يتأثر التحكم في قدرة المفاعل بكمية البخار في القلب ، ويجب تعويض ذلك عن طريق التحكم المناسب في معدل تدفق المبرد أو إدخالات التفاعلية مع تغيير مستوى طاقة المفاعل.
مفاعلات ماغنوكس، المعروف أيضا باسم المفاعلات المبردة بالغاز (GLRs) ، مغطاة بمعدن اليورانيوم الطبيعي المغطى بالمغنيسيوم. يتم تبريدها بواسطة ثاني أكسيد الكربون عند ضغط معتدل ، ولكنها تولد بخارًا عالي الحرارة نسبيًا ، مما يعطي كفاءة حرارية جيدة. لديهم نوى كبيرة ذات كثافة طاقة منخفضة ، بحيث تكون أوعية الضغط ، التي تعمل أيضًا بمثابة هياكل الاحتواء الوحيدة ، كبيرة أيضًا. كانت أوعية الضغط في مفاعلات Magnox المبكرة من الصلب. في مفاعلات Magnox اللاحقة ، احتوى وعاء خرساني سابق الإجهاد على قلب المفاعل والمبادلات الحرارية التي تعمل على رفع البخار.
المفاعلات المتقدمة المبردة بالغاز (AGRs) استخدام وقود أكسيد اليورانيوم المخصب (2.3٪ U-235). يتم تبريدها بواسطة ثاني أكسيد الكربون عند ضغط أعلى من مفاعلات Magnox ، وقد حسنت نقل الحرارة والكفاءة الحرارية. تسمح كثافة القدرة الأساسية الأكبر في AGRs مقارنة بمفاعلات Magnox بأن يكون مفاعل AGR أصغر وأكثر قوة. كما أن وعاء الضغط الخرساني المُسبَق الإجهاد ، والذي يحتوي على قلب المفاعل والمبادلات الحرارية التي تعمل على رفع البخار ، يعمل أيضًا كهيكل احتواء.
مفاعلات غرافيت الماء الخفيف (LWGRs) هي مزيج من أنظمة الطاقة النووية المختلفة. محطات الطاقة الوحيدة من هذا النوع العاملة اليوم هي مفاعلات RBMK الموجودة في الاتحاد السوفيتي السابق ، أي في روسيا وأوكرانيا وليتوانيا. في مفاعلات RBMK ، يتدفق مبرد الماء العادي لأعلى من خلال قنوات التبريد العمودية (الأنابيب) التي تحتوي على الوقود ، ويغلي داخل القلب. يتم تغذية البخار المنتج في القلب مباشرة إلى مولد التوربينات كما هو الحال في BWR. يعمل وسيط الجرافيت الذي يحيط بقنوات المبرد عند درجة حرارة أعلى بدرجة كافية من درجة حرارة سائل التبريد بحيث تتم إزالة الحرارة المتولدة في الجرافيت عن طريق تعديل النيوترونات بواسطة قنوات المبرد. مفاعلات RBMK كبيرة ولديها العديد من قنوات التبريد (> 1,500).
المفاعلات المولدة السريعة تتطلب (FBRs) تخصيب المواد الانشطارية في نطاق 20٪ ويمكن أن تحافظ على تفاعل سلسلة الانشطار بشكل أساسي عن طريق امتصاص النيوترونات السريعة المنتجة في عملية الانشطار. لا تحتاج هذه المفاعلات إلى وسيط لإبطاء النيوترونات ، ويمكنها استخدام النيوترونات الزائدة لتوليد البلوتونيوم 239 ، وهو وقود محتمل للمفاعلات. يمكنهم إنتاج وقود أكثر مما يستهلكون. بينما تم بناء عدد من هذه المفاعلات لإنتاج الكهرباء في تسعة بلدان حول العالم ، تسببت الصعوبات التقنية والعملية المتعلقة باستخدام المبردات المعدنية السائلة (الصوديوم) ومعدلات الحرارة المرتفعة للغاية في تضاؤل الاهتمام. لا يوجد الآن سوى ثلاثة أو أربعة صغيرة نسبيًا مفاعلات التوليد السريع للمعادن السائلة (LMFBRs) في الخدمة كمنتجي طاقة في العالم ، ينتجون أقل من 1,000 ميغاواط من الطاقة الكهربائية (MWe) ، ويتم التخلص التدريجي من الخدمة تدريجياً. ومع ذلك ، فقد تم تطوير تكنولوجيا مفاعلات التكاثر بشكل كبير وتوثيقها لاستخدامها في المستقبل إذا لزم الأمر.
مناولة الوقود والوقود
عادة ما تسمى العملية التي تبدأ بتعدين خام اليورانيوم الحامل وتنتهي بالتخلص النهائي من الوقود المستخدم وجميع نفايات معالجة الوقود دورة الوقود النووي. هناك العديد من الاختلافات في دورات الوقود ، اعتمادًا على نوع المفاعل المعني وتصميم ترتيبات إزالة الحرارة في قلب المفاعل.
دورات وقود PWR و BWR الأساسية متطابقة تقريبًا ، وتتنوع فقط في مستويات التخصيب والتصميم التفصيلي لعناصر الوقود. الخطوات المتبعة ، عادة في مواقع ومرافق مختلفة ، هي:
يجب اتخاذ الاحتياطات أثناء هذه العمليات للتأكد من أن كمية الوقود المخصب في أي مكان أقل من تلك التي يمكن أن تؤدي إلى تفاعل سلسلة انشطاري كبير ، باستثناء ، بالطبع ، في المفاعل. ينتج عن هذا قيود على مساحة المواد في التصنيع والشحن والتخزين.
في المقابل ، يستخدم مفاعل CANDU اليورانيوم الطبيعي ، وله دورة وقود بسيطة من تعدين الخام إلى التخلص من الوقود ، والتي لا تشمل الخطوات المتبعة لتوفير التخصيب وإعادة المعالجة. يتم تصنيع وقود CANDU بشكل شبه تلقائي في حزم دائرية بطول نصف متر من 28 أو 37 قضيب وقود تحتوي على UO2 الكريات. لا توجد قيود على المساحة في تصنيع وقود اليورانيوم الطبيعي ، أو في شحن أو تخزين الوقود الجديد أو المستعمل. ظل تجميد وقود CANDU المستخدم والتخلص منه قيد التطوير لمدة 17 عامًا في كندا ، وهو حاليًا في مرحلة الموافقة على المفهوم.
في جميع مفاعلات القدرة العاملة ، باستثناء نوع Magnox ، يكون المكون الأساسي لوقود المفاعل هو حبيبات الوقود الأسطوانية ، المكونة من ثاني أكسيد اليورانيوم (UO2) مسحوق يتم ضغطه ثم تلبيده للوصول إلى الكثافة المطلوبة وخصائص السيراميك. هذه الكريات الملبدة ، والتي يتم غلقها في سبيكة زركونيوم غير ملحومة أو أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ لإنتاجها قضبان الوقود أو العناصر ، تكون خاملة كيميائيًا فيما يتعلق بتغطيتها عند درجات حرارة وضغوط المفاعل العادية. حتى في حالة تلف الكسوة أو اختراقها وتلامس المبرد مع UO2، تحتفظ هذه المادة الخزفية بمعظم نواتج الانشطار الإشعاعي وتقاوم التدهور الناتج عن ارتفاع درجة حرارة الماء.
تستخدم مفاعلات ماغنوكس وقود اليورانيوم الطبيعي المغطى بالمغنيسيوم ، وتعمل بنجاح في درجات حرارة عالية نسبيًا ، لأن المبرد ، ثاني أكسيد الكربون ، لا يتفاعل مع هذه المعادن في الظروف الجافة.
الهدف الأساسي لتصميم قضبان الوقود في المفاعل النووي هو نقل الحرارة الانشطارية المتولدة في الوقود إلى المبرد ، مع الحفاظ على سلامة قضبان الوقود حتى في ظل أقسى الظروف العابرة. بالنسبة لجميع المفاعلات العاملة ، أظهر الاختبار المكثف للوقود المحاكى في مختبرات نقل الحرارة أنه يمكن استيعاب الحد الأقصى المتوقع لحالة انتقال الحرارة داخل المفاعل مع هوامش أمان كافية من خلال الوقود المحدد المصمم والمرخص للتطبيق.
الوقود الجديد الذي يتم تسليمه من مصنع التصنيع إلى محطة الطاقة ليس مشعًا بشكل كبير ، ويمكن التعامل معه يدويًا أو عن طريق أدوات الرفع / المناولة التي يتم تشغيلها يدويًا ، دون حماية. نموذجي تجميع الوقود بالنسبة لمفاعل PWR أو BWR عبارة عن مجموعة مربعة من حوالي 200 قضيب وقود ، يبلغ طولها حوالي 4 أمتار ويزن حوالي 450 كجم. مطلوب حوالي 200 من هذه التجميعات في مفاعل PWR أو BWR كبير. يتم التعامل مع الوقود بواسطة رافعة علوية ويتم وضعه في رفوف عمودية في منطقة تخزين الوقود الجديدة الجافة. لتركيب وقود جديد في مفاعل الماء الخفيف أثناء الخدمة مثل PWR أو BWR ، يتم إجراء جميع العمليات تحت عمق ماء كافٍ لتوفير الحماية لأي شخص فوق المفاعل. يجب أولاً إزالة الغطاء ذي الحواف لوعاء المفاعل وإخراج بعض الوقود المستخدم (عادةً من ثلث إلى نصف قلب المفاعل) بواسطة الرافعة العلوية ومصاعد مناولة الوقود.
يتم وضع الوقود المستخدم في أماكن تخزين مملوءة بالماء. يمكن إعادة ترتيب مجموعات الوقود المستخدمة الأخرى في القلب في موضعها (تتحرك عمومًا نحو مركز القلب) ، لتشكيل إنتاج الطاقة في المفاعل. يتم بعد ذلك تركيب مجموعات وقود جديدة في جميع مواقع الوقود الشاغرة. قد يتطلب الأمر من 2 إلى 6 أسابيع للتزود بالوقود في مفاعل أكبر ، اعتمادًا على القوة العاملة وكمية الوقود المراد استبداله.
يتم تغذية مفاعل CANDU وبعض المفاعلات المبردة بالغاز بالطاقة بواسطة معدات تعمل عن بعد والتي تزيل الوقود المستخدم وتثبت عناصر أو حزم وقود جديدة. في حالة CANDU ، يكون الوقود عبارة عن حزم بطول نصف متر من قضبان الوقود ، يبلغ قطرها حوالي 10 سم ويزن حوالي 24 كجم. يتم استلام الوقود من الشركة المصنعة في علب تغليف من الورق المقوى وتخزينه في منطقة تخزين وقود جديدة مخصصة ، جاهزة للتحميل في المفاعل. يتم تحميل الوقود بشكل عام في مفاعل عامل على أساس يومي للحفاظ على تفاعل المفاعل. في مفاعل CANDU كبير ، 12 حزمة في اليوم هو معدل التزود بالوقود النموذجي. يتم تحميل الحزم يدويًا على جهاز تحميل وقود جديد والذي بدوره يقوم بتحميل الحزم في ملف آلة التزود بالوقود والتي يتم التحكم فيها عن بعد من غرفة التحكم بالمحطة. لتحميل وقود جديد في مفاعل ، تتم المناورة بآلتين للتزويد بالوقود تعملان عن بعد بواسطة جهاز التحكم عن بعد ويتم ربطهما بنهايات قناة الوقود الأفقية للتزود بالوقود. يتم فتح القناة بواسطة آلات التزود بالوقود من كلا الطرفين بينما يكون نظام التبريد عند ضغط التشغيل ودرجة الحرارة ، ويتم دفع الوقود الجديد في أحد طرفيه ويتم سحب الوقود المستخدم من الطرف الآخر للقناة. عندما يتم تثبيت العدد المطلوب من حزم الوقود ، تتم إعادة تثبيت أختام القناة بواسطة آلة التزويد بالوقود ، وقد تستمر آلات التزود بالوقود في إعادة التزود بالوقود في قناة أخرى أو تفريغ الوقود المستخدم في حجرة تخزين الوقود المستخدم المملوءة بالمياه .
الوقود المستخدم الذي يتم تفريغه من جميع المفاعلات العاملة مشع للغاية ويتطلب التبريد لمنع ارتفاع درجة الحرارة ، ودرع لمنع الإشعاع المباشر لأي كائنات حية حساسة أو معدات قريبة. الإجراء المعتاد هو تفريغ الوقود المستخدم في حوض تخزين المياه مع تغطية 4 أمتار على الأقل من الماء فوق الوقود للحماية. يسمح ذلك بالمراقبة الآمنة للوقود عبر الماء ، والوصول إليه لنقله تحت الماء إلى موقع تخزين طويل المدى.
بعد عام واحد من التفريغ من المفاعل ، سينخفض النشاط الإشعاعي الإجمالي وتوليد الحرارة من الوقود المستخدم إلى حوالي 1٪ من قيمته الأولية عند التفريغ ، وفي غضون 10 سنوات إلى حوالي 0.1٪ من قيمته الأولية عند التفريغ. بعد حوالي 5 إلى 10 سنوات من التفريغ ، انخفض إنتاج الحرارة لدرجة أنه من الممكن إزالة الوقود من حوض المياه وتخزينه في شكل جاف في حاوية مع دوران طبيعي للهواء حول حاوية الوقود. ومع ذلك ، فإنه لا يزال مشعًا تمامًا ، ويلزم حماية إشعاعه المباشر لعدة عقود. من الضروري منع ابتلاع الكائنات الحية لمواد الوقود لفترة أطول بكثير.
لا يزال التخلص الفعلي من الوقود المستخدم من مفاعلات الطاقة في طور التطوير والاعتماد. تتم دراسة التخلص من الوقود المستخدم من مفاعلات الطاقة في الهياكل الجيولوجية المختلفة بشكل مكثف في عدد من البلدان ، ولكن لم تتم الموافقة عليها بعد في أي مكان في العالم. إن مفهوم التخزين في أعماق الأرض في هياكل صخرية مستقرة هو الآن في عملية الموافقة في كندا كطريقة آمنة وعملية للتخلص النهائي من هذه النفايات المشعة عالية المستوى. ومع ذلك ، فمن المتوقع أنه حتى مع الموافقة على المفهوم بحلول عام 2000 ، لن يتم التخلص الفعلي من الوقود المستخدم حتى عام 2025 تقريبًا.
عمليات داخل المصنع
في جميع البلدان الـ 33 التي لديها برامج للطاقة النووية ، هناك هيئات تنظيمية تضع وتنفذ لوائح الأمان المتعلقة بتشغيل المنشآت النووية. ومع ذلك ، فإن مرفق الطاقة الذي يمتلك ويدير منشآت الطاقة النووية بشكل عام هو المسؤول عن التشغيل الآمن لمحطات الطاقة النووية الخاصة به. إن دور المشغل هو في الحقيقة مهمة إدارية لجمع المعلومات والتخطيط واتخاذ القرار ، ولا يتضمن إلا في بعض الأحيان تحكمًا أكثر نشاطًا عندما تتعطل العملية الروتينية. المشغل ليس نظام الحماية الأساسي.
تحتوي جميع محطات الطاقة النووية الحديثة على أنظمة تحكم وأمان أوتوماتيكية موثوقة للغاية ومتجاوبة للغاية تحمي المفاعل ومكونات المحطة الأخرى بشكل مستمر ، وهي مصممة بشكل عام لتكون آمنة من الأعطال عند فقد الطاقة. لا يتوقع من المشغل أن يكرر أو يحل محل أنظمة التحكم والحماية الأوتوماتيكية هذه. ومع ذلك ، يجب أن يكون المشغل قادرًا على إغلاق المفاعل على الفور تقريبًا إذا لزم الأمر ، ويجب أن يكون قادرًا على التعرف على أي جانب من جوانب تشغيل المصنع والاستجابة له ، وبالتالي إضافة إلى تنوع الحماية. يحتاج المشغل إلى القدرة على فهم وتشخيص وتوقع تطور الوضع العام من خلال كمية كبيرة من البيانات التي توفرها أنظمة البيانات والمعلومات الأوتوماتيكية.
يتوقع من المشغل:
يعتمد مدى قدرة المشغل على القيام بذلك على تصميم الماكينة بالإضافة إلى قدرة المشغل وتدريبه.
يجب أن يكون لكل محطة طاقة نووية مشغلون أكفاء ومستقرون ومدربون جيدًا في الخدمة في جميع الأوقات. يخضع المشغلون النوويون المحتملون لبرنامج تدريب شامل ، والذي يتضمن عادةً تدريبًا في الفصول الدراسية والتدريب أثناء العمل في العلوم والمعدات وأنظمة الطاقة والحماية من الإشعاع وسياسات ومبادئ التشغيل. تُستخدم أجهزة محاكاة التدريب دائمًا في تشغيل محطة الطاقة النووية في الولايات المتحدة لتزويد المشغل بخبرة عملية في عمليات المحطة ، أثناء الاضطرابات وفي الظروف غير العادية. تكون الواجهة بين المشغل وأنظمة الطاقة من خلال أجهزة غرفة التحكم. يمكن لأنظمة الأجهزة جيدة التصميم تحسين الفهم والاستجابة المناسبة للمشغلين.
من المعتاد تعيين طاقم التشغيل الرئيسي لمحطة الطاقة النووية عندما لا تزال قيد الإنشاء ، حتى يتمكنوا من تقديم المشورة من وجهة نظر التشغيل ، ويمكنهم تجميع الموظفين الذين سيقومون بتشغيل المحطة وتشغيلها. كما يقومون بإعداد مجموعة شاملة من إجراءات التشغيل قبل تشغيل المحطة والسماح لها بالعمل. يقوم خبراء التصميم والموظفون التنظيميون بفحص هذه الإجراءات للتأكد من اتساق نية التصميم وممارسات التشغيل.
من المتوقع أن يقوم الموظفون بتشغيل المحطة بشكل منهجي وصارم وفقًا لإجراءات التشغيل وتصاريح العمل. يعمل طاقم التشغيل باستمرار لضمان السلامة العامة من خلال إجراء برنامج شامل لاختبار ومراقبة أنظمة السلامة والحواجز الواقية ، ومن خلال الحفاظ على القدرة على التعامل مع أي حالة طارئة في المصنع. حيث قد يتعين على المشغلين اتخاذ إجراءات استجابة لتغيير في حالة المصنع ، هناك إجراءات مكتوبة ومنهجية لتوجيههم وتقديم المعلومات التفصيلية اللازمة للتحكم في المصنع. تتم مراجعة هذه الإجراءات من قبل لجان السلامة في المحطة واللجان التنظيمية.
يتضمن برنامج إدارة سلامة التشغيل المدروس جيدًا ما يلي:
بالإضافة إلى إجراءات التشغيل العادي ، هناك نظام للإبلاغ عن الأحداث في كل محطة طاقة نووية للتحقيق وتوثيق أي أعطال وتدهور في المعدات ، وأوجه قصور في التصميم أو البناء ، وأخطاء التشغيل التي تم الكشف عنها بواسطة أنظمة المراقبة أو الاختبارات والتفتيش المنتظمة. يتم تحديد السبب الأساسي لكل حدث بحيث يمكن تطوير الإجراء التصحيحي أو الوقائي المناسب. تتم مراجعة تقارير الأحداث ، بما في ذلك نتائج التحليل والتوصيات ، من قبل إدارة المحطة وخبراء في السلامة والعوامل البشرية ، والذين عادة ما يتمركزون خارج موقع المحطة.
يعمل نظام الإبلاغ عن الحوادث التابع للوكالة الدولية للطاقة الذرية في جميع أنحاء العالم لاستكمال الأنظمة الوطنية وضمان مشاركة المعلومات بين جميع الدول المشاركة. توفر الرابطة العالمية لمشغلي الطاقة النووية (WANO) أيضًا تبادلًا تفصيليًا للمعلومات على المستوى التشغيلي.
يتم صيانة واختبار المفاعلات النووية وجميع الأنظمة المساعدة والمتعلقة بالسلامة وفقًا لمتطلبات ضمان الجودة على فترات زمنية مخططة ، لضمان الموثوقية طوال فترة خدمتها. بالإضافة إلى المراقبة التلقائية ، هناك اختبارات وتحقيقات يدوية منتظمة للأدلة على ضعف أو فشل أنظمة المعدات. وهي تشمل المراقبة الميدانية المنتظمة والصيانة الوقائية والاختبارات الدورية ودراسة التغيرات في ظروف النبات.
تم وضع أهداف أداء شديدة الصعوبة لأنظمة العمليات والسلامة للحفاظ على المخاطر على الجمهور وموظفي المحطة صغيرة بشكل مقبول. بالنسبة لأنظمة العمليات ، التي تعمل بنشاط أثناء توليد الكهرباء ، تتم مقارنة معدلات الفشل بأهداف الأداء ، مما قد يؤدي إلى تغييرات في التصميم حيث يكون الأداء دون المستوى المطلوب. تحتاج أنظمة السلامة إلى نهج مختلف ، لأنها لا تدخل حيز التشغيل إلا في حالة فشل أنظمة العمليات. تراقب برامج الاختبار الشاملة هذه الأنظمة ومكوناتها ، وتُستخدم النتائج لتحديد مقدار الوقت الذي من المحتمل أن يكون فيه كل منها خارج الخدمة. يتم مقارنة إجمالي الوقت الذي يتم فيه احتساب أنظمة السلامة على أنها خارج الخدمة بمعايير أداء عالية جدًا. إذا تم اكتشاف عيب في نظام أمان ، يتم وضعه في الحال أو يتم إيقاف تشغيل المفاعل.
هناك أيضًا اختبارات مكثفة وبرامج صيانة أثناء فترات الإغلاق الدورية المجدولة. على سبيل المثال ، يتم فحص جميع الأوعية الحاملة للضغط والمكونات ولحاماتها بشكل منهجي بطرق غير مدمرة وفقًا للوائح كود السلامة.
مبادئ السلامة وميزات تصميم السلامة ذات الصلة
هناك أربعة جوانب من تفاعل سلسلة الانشطار والتي يمكن أن تكون خطيرة ولا يمكن فصلها عن استخدام الطاقة النووية لإنتاج الكهرباء ، وبالتالي تتطلب إجراءات أمان:
تمثل متطلبات الأمان التي تتطلبها هذه الخصائص الاختلافات الرئيسية في معدات السلامة واستراتيجية التشغيل في محطة نووية مقارنة بتلك الموجودة في محطة توليد الطاقة التي تستخدم الوقود الأحفوري. تختلف طريقة استيفاء متطلبات الأمان هذه باختلاف أنواع المحطات النووية ، لكن مبادئ الأمان الأساسية هي نفسها في جميع المحطات النووية.
أثناء إجراء الترخيص ، يتعين على كل منشأة نووية إثبات أن الانبعاثات المشعة ستكون أقل من الحدود التنظيمية المحددة ، سواء أثناء ظروف التشغيل العادية أو في حالة حدوث أعطال أو ظروف حادث. الأولوية هي منع الإخفاقات بدلاً من مجرد التخفيف من عواقبها ، ولكن يجب أن يكون التصميم قادرًا على التعامل مع حالات الفشل إذا حدثت ، على الرغم من جميع الاحتياطات. وهذا يتطلب أعلى درجة من ضمان الجودة والتحكم المطبق على جميع المعدات ووظائف التشييد والعمليات. تم تصميم خصائص السلامة المتأصلة وتدابير السلامة الهندسية لمنع الحوادث والسيطرة عليها واحتواء إطلاق المواد المشعة وتقليلها.
على وجه الخصوص ، يجب أن تتطابق سعة توليد الحرارة والتبريد في جميع الأوقات. أثناء التشغيل ، تتم إزالة الحرارة من المفاعل بواسطة المبرد ، والذي يتم ضخه عبر الأنابيب المتصلة بالمفاعل ، ويتدفق فوق سطح تكسية الوقود. في حالة انقطاع التيار الكهربائي عن المضخات أو حدوث عطل مفاجئ في أنابيب التوصيل ، سيتوقف تبريد الوقود ، مما قد يؤدي إلى ارتفاع سريع في درجة حرارة الوقود ، واحتمال فشل تكسية الوقود ، وهروب المواد المشعة من الوقود إلى وعاء المفاعل. إن الإغلاق السريع لتفاعل سلسلة الانشطار ، مدعومًا بالتفعيل المحتمل لأنظمة التبريد الاحتياطية أو الطوارئ ، من شأنه أن يمنع تلف الوقود. يتم توفير تدابير الأمان هذه في جميع المحطات النووية.
حتى عندما يتم إغلاق المفاعل ، فقد يؤدي فقدان التبريد وفشل القدرة الاحتياطية أو التبريد في حالات الطوارئ إلى ارتفاع درجة حرارة الوقود بسبب استمرار الانشطار الناتج عن تسوس إنتاج الحرارة في الوقود ، كما هو موضح في الشكل 2. أثناء التحلل تكون الحرارة 1٪ أو 2٪ فقط من إنتاج الحرارة بكامل الطاقة ، إذا لم تتم إزالتها ، يمكن أن تصل درجة حرارة الوقود إلى مستويات الفشل في غضون دقائق من الفقد الكامل للتبريد. يتطلب مبدأ تصميم أمان محطة الطاقة النووية أن يتم تقييم ومنع جميع الظروف التي قد تؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الوقود وتلف وإطلاق المواد المشعة من الوقود بعناية من خلال أنظمة التحكم والحماية الهندسية.
الشكل 2. تسوس الحرارة بعد إيقاف تشغيل المفاعل
لحماية محطة الطاقة النووية ، هناك ثلاثة أنواع من ميزات الأمان: الخصائص المتأصلة ، والأنظمة السلبية ، والأنظمة النشطة. هذه تستخدم في مجموعات مختلفة في تشغيل المحطات النووية.
خصائص السلامة المتأصلة الاستفادة من قوانين الطبيعة للحفاظ على سلامة محطة الطاقة. هناك خصائص أمان متأصلة لبعض أنواع الوقود النووي ، حيث أنه مع ارتفاع درجة حرارتها ، يتباطأ معدل تفاعل سلسلة الانشطار. هناك خصائص أمان متأصلة في بعض تصميمات أنظمة التبريد حيث يدور المبرد فوق الوقود عن طريق الدوران الطبيعي لإزالة حرارة التسوس بشكل مناسب دون تشغيل أي مضخات. توجد خصائص أمان متأصلة في معظم الهياكل المعدنية تؤدي إلى الخضوع أو التمدد تحت الأحمال الشديدة بدلاً من الانفجار أو الفشل.
ميزات الأمان السلبية تشمل رفع صمامات تصريف الوزن الساكن (الجاذبية) بضغط السائل المراد التخلص منه ، أو في استخدام الطاقة المخزنة في أنظمة حقن سائل التبريد في حالات الطوارئ ، أو في بعض أوعية الاحتواء المصممة لاستيعاب الطاقة الناتجة عن فشل الأنابيب أنظمة التسوس والحرارة اللاحقة.
أنظمة أمان نشطة تشمل جميع الأنظمة التي تتطلب إشارات تنشيط ومصدر طاقة بشكل ما. يمكن للأنظمة النشطة بشكل عام التحكم في نطاق أوسع من الظروف من الأنظمة الكامنة والسلبية ، ويمكن اختبارها دون قيود أثناء تشغيل المفاعل.
يعتمد تصميم الأمان لمحطات الطاقة النووية على مجموعة مختارة من الأنظمة المتأصلة والسلبية والنشطة لتلبية متطلبات الأمان التنظيمية للولاية القضائية التي تقع فيها المحطة النووية. تعد درجة عالية من الأتمتة في الأنظمة المتعلقة بالسلامة ضرورية لإعفاء موظفي العمليات ، قدر الإمكان ، من الحاجة إلى اتخاذ قرارات وإجراءات سريعة تحت الضغط. تم تصميم أنظمة مفاعلات الطاقة النووية للتكيف تلقائيًا مع التغييرات في خرج الطاقة المطلوب ، وعادةً ما تكون التغييرات تدريجية. من المهم بشكل خاص أن تكون الأنظمة المتعلقة بالسلامة قادرة باستمرار على الاستجابة بسرعة وفعالية وموثوقية عند الحاجة. لتحقيق هذا المستوى العالي من الأداء ، يجب أن تمتثل هذه الأنظمة لأعلى معايير ضمان الجودة وأن تكون مصممة وفقًا لمبادئ تصميم السلامة الراسخة المتمثلة في التكرار والتنوع والفصل المادي.
وفرة هو توفير مكونات أو أنظمة فرعية أكثر مما هو مطلوب فقط لجعل النظام يعمل - على سبيل المثال ، توفير ثلاثة أو أربعة مكونات حيث لا يلزم سوى عنصرين ليعمل النظام بشكل صحيح.
تنوع هو توفير نظامين أو أكثر يعتمدان على تصميم مختلف أو مبادئ وظيفية لأداء نفس وظيفة السلامة.
الفصل المادي من المكونات أو الأنظمة المصممة لأداء نفس وظيفة السلامة ، توفر الحماية ضد التلف المحلي الذي قد يضر بطريقة أخرى بأداء أنظمة السلامة.
من الأمثلة الهامة على تطبيق مبادئ تصميم الأمان هذه في إمداد الطاقة الكهربائية في المحطات النووية ، والذي يعتمد على أكثر من اتصال بنظام الطاقة الرئيسي ، مدعومًا في الموقع بالعديد من محركات الديزل التي تعمل بالديزل و / أو توربينات الاحتراق. ، وبواسطة بنوك البطاريات ومجموعات المولدات الكهربائية لضمان إمداد موثوق بالكهرباء للأنظمة الحيوية المتعلقة بالسلامة.
التدبير الوقائي الأساسي ضد إطلاق المواد المشعة من محطة نووية بسيط للغاية من حيث المبدأ: سلسلة من حواجز مانعة للتسرب بين المواد المشعة والبيئة ، من أجل توفير الحماية ضد الإشعاع المباشر واحتواء المواد المشعة. الحاجز الأعمق هو السيراميك أو الوقود المعدني نفسه ، والذي يربط معظم المواد المشعة داخل مصفوفته. الحاجز الثاني هو الكسوة المانعة للتسرب والمقاومة للتآكل. الحاجز الثالث هو الحد الأساسي لتحمل الضغط لنظام التبريد. أخيرًا ، يتم وضع معظم أنظمة الطاقة النووية في هيكل احتواء مقاوم للضغط مصمم لتحمل فشل أكبر نظام للأنابيب داخل واحتواء أي مواد مشعة يتم إطلاقها في الاحتواء.
يتمثل الهدف الأساسي لتصميم أمان محطة الطاقة النووية في الحفاظ على سلامة هذه الحواجز المتعددة من خلال نهج دفاع متعمق يمكن أن يتميز بثلاثة مستويات من تدابير الأمان: تدابير وقائية ووقائية وتخفيفية.
اجراءات وقائية تشمل: تلبية أعلى مستوى من ضمان الجودة أثناء التصميم والبناء والتشغيل ؛ المشغلين المدربين تدريباً عالياً الذين يخضعون لإعادة تدريب دورية ؛ استخدام ميزات السلامة الكامنة ؛ توفير هوامش التصميم المناسبة ؛ إجراء الصيانة الوقائية الدقيقة والاختبار والفحص المستمر وتصحيح أوجه القصور ؛ مراقبة مستمرة تقييمات السلامة الشاملة وإعادة التقييم عند الاقتضاء ؛ والتقييم والتحليل السببي للحوادث والأعطال وإجراء التعديلات المناسبة.
تدابير وقائية تشمل: أنظمة إغلاق سريعة المفعول ؛ صمامات / أنظمة تخفيف الضغط الأوتوماتيكية المستجيبة ؛ دوائر التعشيق للحماية من التشغيل الخاطئ ؛ المراقبة التلقائية لوظائف السلامة الحيوية ؛ والقياس والتحكم المستمر في مستويات الإشعاع والنشاط الإشعاعي للنفايات السائلة حتى لا تتجاوز الحدود المسموح بها.
تدابير التخفيف تشمل: أنظمة تبريد مفاعل الطوارئ ؛ أنظمة مياه التغذية في حالات الطوارئ عالية الموثوقية ؛ أنظمة طاقة طوارئ متنوعة ومتكررة ؛ الاحتواء لمنع تسرب أي مواد مشعة من المحطة ، المصممة لمجموعة متنوعة من الضغوط الطبيعية والاصطناعية مثل الزلازل والرياح العاتية والفيضانات أو اصطدام الطائرات ؛ وأخيراً ، التخطيط لحالات الطوارئ وإدارة الحوادث ، والتي تشمل مراقبة الإشعاع وإبلاغ سلطات السلامة وتقديم المشورة للجمهور والسيطرة على التلوث وتوزيع المواد المخففة.
الأمان النووي لا يعتمد فقط على العوامل التقنية والعلمية ؛ تلعب العوامل البشرية دورًا مهمًا للغاية. يوفر التحكم التنظيمي تحققًا مستقلاً من جميع جوانب الأمان في المحطات النووية. ومع ذلك ، فإن السلامة النووية لا يتم ضمانها في المقام الأول من خلال القوانين واللوائح ، ولكن من خلال التصميم المسؤول والتشغيل وإدارة المرافق ، والتي تشمل المراجعات والموافقات المناسبة من قبل أصحاب المعرفة والسلطة.
وقع حادث المحطة النووية الوحيد الذي كان له عواقب وخيمة للغاية على الجمهور أثناء اختبار قدرة التبريد في تكوين غير عادي في محطة RBMK النووية في تشيرنوبيل بأوكرانيا في عام 1986. وفي هذا الحادث الخطير تم تدمير المفاعل وكمية كبيرة من المواد المشعة. هربت المواد إلى البيئة. وقد وجد لاحقًا أن المفاعل لا يحتوي على نظام إغلاق مناسب وأنه غير مستقر عند طاقة منخفضة. ساهمت نقاط الضعف في التصميم والخطأ البشري والافتقار إلى إدارة المرافق المناسبة في وقوع الحادث. تم إجراء تعديلات على مفاعلات RBMK العاملة المتبقية للتخلص من نقاط الضعف الخطيرة في التصميم ، وتم تحسين تعليمات التشغيل لضمان عدم تكرار هذا الحادث المؤسف.
لقد تم تعلم الكثير من حادث RBMK ومن حوادث المحطة النووية الأخرى الأقل خطورة (مثل حادث Three Mile Island في الولايات المتحدة في عام 1978) ومن العديد من الحوادث والحوادث الصغيرة على مدار أكثر من 30 عامًا من تشغيل محطة الطاقة النووية. هدف المجتمع النووي هو ضمان عدم تعرض أي حادث محطة طاقة نووية للخطر العمال أو الجمهور أو البيئة. إن التعاون الوثيق في إطار برامج مثل أنظمة الإبلاغ عن الحوادث التابعة للوكالة الدولية للطاقة الذرية و WANO ، وتدقيق المجموعات الصناعية والوكالات التنظيمية ، ويقظة مالكي ومشغلي المحطات النووية ، تجعل هذا الهدف أكثر قابلية للتحقيق.
شكر وتقدير: يشكر المحرر تيم ميدلر ومعهد اليورانيوم على توفير المعلومات للجدول 1.
التوليد والنقل والتوزيع
هناك ثلاث مراحل لتزويد الطاقة الكهربائية ؛ التوليد والنقل والتوزيع. تتضمن كل مرحلة من هذه المراحل عمليات إنتاج وأنشطة عمل ومخاطر متميزة.
يتم توليد معظم الكهرباء عند 13,200 إلى 24,000 فولت. تشمل مخاطر عملية توليد الطاقة الكهربائية الانفجارات والحروق الناتجة عن عطل غير متوقع في المعدات. يمكن أن تحدث الحوادث أيضًا عندما لا يتم اتباع إجراءات الإغلاق / وضع العلامات المناسبة. هذه الإجراءات موجودة للتحكم في مصادر الطاقة. قبل إجراء الصيانة للمعدات حيث يمكن أن يحدث تنشيط غير متوقع للطاقة أو بدء التشغيل أو إطلاق الطاقة المخزنة مما يؤدي إلى حدوث إصابة ، يجب عزل الجهاز عن مصدر الطاقة وجعله غير صالح للعمل. يمكن أن يؤدي الفشل في عزل مصادر الطاقة هذه (الإغلاق / tagout) بشكل صحيح إلى حدوث إصابة خطيرة أو الوفاة.
بعد توليد الطاقة الكهربائية ، يتم نقلها عبر مسافات باستخدام خطوط النقل. يتم إنشاء خطوط النقل بين محطات النقل الفرعية الموجودة في محطات توليد الكهرباء. قد يتم دعم خطوط النقل فوق الأبراج أو قد تكون تحت الأرض. يتم تشغيلها بجهد كهربائي عالي. يرسلون كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية ويمتدون لمسافات طويلة. عندما تخرج الكهرباء من محطة توليد ، تعمل محطة النقل الفرعية الموجودة هناك على زيادة الفولتية إلى نطاق يتراوح بين 138,000 و 765,000 فولت. داخل منطقة التشغيل ، تقلل محطات النقل الفرعية الجهد المرسل إلى 34,500-138,000 فولت. ثم يتم نقل هذه الطاقة عبر خطوط إلى أنظمة التوزيع الموجودة في منطقة الخدمة المحلية. المخاطر الرئيسية الموجودة أثناء عملية النقل كهربائية. قد يؤدي عدم الحفاظ على مسافات الاقتراب المناسبة أو استخدام معدات الحماية المناسبة (القفازات والأكمام المطاطية) إلى إصابة خطيرة أو الوفاة. تعتبر السقوط أيضًا مصدرًا للحوادث الخطيرة ويمكن أن تحدث أثناء أعمال الصيانة على الخطوط العلوية وأثناء العمل من الأعمدة أو شاحنات الدلو.
يربط نظام التوزيع نظام النقل بمعدات العميل. تقلل محطة التوزيع الفرعية الجهد الكهربائي المرسل إلى 2,400-19,920 فولت. يعمل محول التوزيع على تقليل الجهد بشكل أكبر. المخاطر المتعلقة بأعمال التوزيع هي أيضًا ذات طبيعة كهربائية. ومع ذلك ، هناك خطر إضافي يتمثل في العمل في الأماكن المغلقة (غرف التفتيش والأقبية) عند التعامل مع نظام التوزيع تحت الأرض.
محطات النقل والتوزيع الفرعية عبارة عن تركيبات يتم فيها تغيير الجهد أو الطور أو الخصائص الأخرى للطاقة الكهربائية كجزء من عملية التوزيع النهائية. تمثل الصعق الكهربائي خطر السلامة الأساسي في المحطات الفرعية. تحدث هذه الحوادث بشكل عام بسبب عدم الحفاظ على مسافات الاقتراب المناسبة للمعدات الكهربائية الحية و / أو عدم استخدام معدات الحماية الشخصية المناسبة ، بما في ذلك القفازات والأكمام العازلة المطاطية.
مخاطر السلامة من التوليد والنقل والتوزيع
تم إصدار معيار توليد الطاقة الكهربائية ونقلها وتوزيعها ، المعروف أيضًا باسم معيار الصيانة الكهربائية المُصنَّف في 29 CFR 1910.269 ، من قبل إدارة السلامة والصحة المهنية الأمريكية (OSHA) في 31 يناير 1994. ويغطي المعيار جميع عمال المرافق الكهربائية المشاركين في تشغيل وصيانة معدات توليد ونقل وتوزيع الطاقة الكهربائية والمعدات المرتبطة بها. بالإضافة إلى ذلك ، تشمل أحكام 1910.269 عاملي الخطوط المتعاقد عليها ، وآلات تقطيع الأشجار لتخليص خطوط العقد ، ومنتجي الطاقة المستقلين. البلدان والمناطق الأخرى لديها لوائح مماثلة.
المخاطر التي يتم تناولها بشكل مباشر بواسطة معيار OSHA هي تلك المخاطر ذات الطبيعة الكهربائية والتي قد تسبب الصدمات الكهربائية والإصابات الناتجة عن الصدمات الكهربائية. غالبًا ما تكون عواقب التلامس غير المقصود مع الكهرباء ذات الجهد العالي هي الوفاة أو الإصابات الخطيرة مثل الحروق من الدرجة الثانية والثالثة وبتر الأطراف وتلف الأعضاء الداخلية والأضرار العصبية.
ويتناول المعيار أيضًا حالات الوفيات والإصابات المرتبطة بأربعة أنواع أخرى من الحوادث - التي تُصيب أو تُضرب ؛ السقوط من السلالم أو السقالات أو الأعمدة أو الارتفاعات الأخرى ؛ عالقة بين أو بين نتيجة التنشيط العرضي للآلات أثناء أعمال الصيانة الروتينية ؛ والتلامس مع درجات الحرارة القصوى التي يمكن أن تحدث عندما يتم إطلاق بخار عالي الضغط عن غير قصد أثناء أعمال الصيانة في الغلايات. أفادت مجموعة الأبحاث الشرقية (ERG) ، التي أعدت دراسة الأثر الاقتصادي للائحة OSHA المقترحة ، أن "هناك عدد أكبر من الحوادث المرتبطة بخطوط النقل والتوزيع مقارنة بالمحطات الفرعية أو منشآت توليد الطاقة". أفاد ERG أنه في فئة خطوط النقل والتوزيع ، يتعرض عمال الخطوط وعمال الخطوط المتدرب ومشرفو خطوط العمل لأشد حوادث الوقت الضائع المميتة والخطيرة. ضمن فئة المحطات الفرعية وتوليد الطاقة ، يتعرض كهربائيو المحطات الفرعية وميكانيكا المرافق العامة لمعظم الحوادث.
تقليل الحوادث
قدرت OSHA أن في الولايات المتحدة ما متوسطه 12,976 إصابة عمل يومية مفقودة تحدث سنويًا لتوليد الطاقة الكهربائية وموظفي النقل والتوزيع. كما أفادوا بحدوث 86 حالة وفاة لهؤلاء العمال سنويًا. تقدر إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) أنه يمكن منع 1,633 إصابة عمل يومية و 61 حالة وفاة سنويًا من خلال الامتثال لأحكام هذا المعيار والمعايير الأخرى المشار إليها في القاعدة النهائية. تقسم إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) الانخفاض في إصابات يوم العمل الضائع والوفيات إلى فئتين. ومن المتوقع تحقيق أكبر فائدة في المرافق الكهربائية ، والتي تمثل ما يقرب من 80٪ من الوفيات. ويمثل مقاولو المرافق ، بما في ذلك مقاولو الكهرباء وقاطع الأشجار لإزالة الخطوط ، والمؤسسات غير العامة نسبة الـ 20٪ المتبقية. وتتوقع إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) أيضًا أكبر انخفاض في إصابات يوم العمل الضائعة التي ستواجهها المرافق الكهربائية. تتعلق الفئة الثانية من التخفيض بالإشارة إلى المعايير الحالية خلال عام 1910.269. على سبيل المثال ، تتوقع OSHA من صاحب العمل تقديم الخدمات الطبية والإسعافات الأولية على النحو المحدد في 1910.151.
يجب أن تتوافق عمليات الحفر مع الجزء الفرعي P لعام 1926 ؛ يجب أن تفي معدات الحماية الشخصية بمتطلبات الجزء الفرعي 1910 لعام 1926 ؛ يجب أن تفي معدات الوقاية الشخصية من السقوط بمتطلبات الجزء الفرعي هـ من الجزء 1910 ؛ يجب أن تتوافق السلالم مع الجزء الفرعي D لعام 2. هذه بعض الأمثلة على العديد من معايير OSHA الأخرى المشار إليها في معيار توليد الطاقة الكهربائية ونقلها وتوزيعها. تعتقد OSHA أن هذه المراجع ستعزز الاعتراف المتزايد بمختلف معايير السلامة المعمول بها ، جنبًا إلى جنب مع تدريب الموظفين والتركيز على التعرف على المخاطر من خلال الإحاطة الوظيفية ، سيتم منع وقوع ضحيتين إضافيتين و 1,310 إصابة في يوم العمل الضائع سنويًا.
أحكام عامة
يوفر معيار توليد الطاقة الكهربائية ونقلها وتوزيعها نهجًا شاملاً للتحكم في المخاطر الموجودة في صناعة المرافق الكهربائية. يعتبر هذا معيارًا قائمًا على الأداء ، حيث تتاح لصاحب العمل الفرصة لتنفيذ برامج بديلة بشرط أن يتمكن من إثبات أنها توفر مستوى أمان مكافئًا للمستوى المحدد في المعيار. تتضمن الأحكام العامة للمعيار: متطلبات التدريب ، وإجراءات التحكم في الطاقة الخطرة (الإغلاق / الوسم) لتوليد الطاقة ونقلها وتوزيعها ؛ إجراءات دخول الأماكن المغلقة وإجراءات العمل بأمان في المنشآت تحت الأرض ؛ متطلبات العمل على الأجزاء النشطة المكشوفة أو بالقرب منها ؛ متطلبات العمل على الخطوط الهوائية ؛ متطلبات التأريض تشذيب شجرة إزالة الخط ؛ إجراءات العمل في المحطات الفرعية ؛ ومتطلبات أدوات الخط المباشر والأدوات الكهربائية اليدوية والمحمولة والسلالم ومعدات الحماية الشخصية.
المعيار شامل ويتناول جميع جوانب تشغيل وصيانة معدات توليد الطاقة ونقلها وتوزيعها.
أحكام مهمة
تتضمن بعض أهم أحكام المعيار متطلبات للموظفين للحصول على تدريب على المساعدة في حالات الطوارئ ، وإيجاز وظيفي ، والتدريب على ممارسات العمل المتعلقة بالسلامة ، وإجراءات السلامة ، وإجراءات الطوارئ بما في ذلك غرف التفتيش والإنقاذ من أعلى. هناك أيضًا متطلبات ملابس محددة للعمل على المعدات النشطة ، ومتطلبات الدخول إلى الهياكل تحت الأرض ، فضلاً عن التحكم في مصادر الطاقة الخطرة. هناك عنصر مهم آخر في المعيار يتطلب من أصحاب العمل التصديق على أن الموظفين قد تم تدريبهم بشكل مناسب ويمكنهم إثبات الكفاءة في ممارسات العمل المحددة في المعيار. تمت مناقشة عدد قليل من هذه العناصر بمزيد من التفصيل أدناه.
تتطلب إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) أن يتم تدريب الموظفين الذين يؤدون العمل على الخطوط أو المعدات المكشوفة أو المرتبطة بها عند 50 فولت أو أكثر على الإسعافات الأولية والإنعاش القلبي الرئوي (CPR). بالنسبة للعمل الميداني الذي يشمل موظفين أو أكثر في موقع العمل ، يجب تدريب موظفين اثنين على الأقل. بالنسبة لمواقع العمل الثابتة مثل محطة التوليد ، يجب تدريب عدد كاف من الموظفين لضمان إمكانية الوصول إلى الموظف المعرض لصدمة كهربائية في غضون 4 دقائق.
يجب أن يقوم الموظف الرئيسي في مجموعة العمل بالتصرف إحاطة وظيفية مع الموظفين المشاركين في العمل قبل بدء كل وظيفة. يجب أن يغطي الإحاطة المخاطر المرتبطة بالوظيفة وإجراءات العمل المتضمنة والاحتياطات الخاصة وضوابط مصدر الطاقة ومعدات الحماية الشخصية. بالنسبة للوظائف المتكررة والمتشابهة ، يجب أن يكون هناك إحاطة وظيفية واحدة قبل بدء الوظيفة الأولى في كل يوم أو وردية. عند حدوث تغييرات كبيرة ، يجب إجراء إحاطة أخرى. تتطلب مراجعة المهمة المطروحة تخطيطًا وظيفيًا ، ويساعد تخطيط الوظيفة على تقليل الحوادث.
كما طلبت إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) من صاحب العمل أن يشهد بأن كل موظف قد تلقى التدريب المطلوب ليكون مؤهلاً ومؤهلاً. يجب تقديم الشهادة عندما يُظهر الموظف الكفاءة في ممارسات العمل ، ويجب الحفاظ عليها طوال مدة توظيف الموظف. التدريب وحده غير كاف. يجب إثبات الكفاءة ، بشكل عام من خلال اختبار معرفة الموظف وفهمه للموضوع المطروح. سيساعد هذا في ضمان أن العمال المؤهلين فقط هم الذين يعملون على المعدات النشطة.
هناك متطلبات ملابس للعمال المعرضين لأخطار اللهب أو الأقواس الكهربائية. يشترط القسم أن يضمن صاحب العمل أن كل موظف يتعرض لأخطار اللهب أو الأقواس الكهربائية لا يرتدي الملابس التي ، عند تعرضها للهب أو الأقواس الكهربائية ، يمكن أن تزيد من مدى الإصابة التي قد يتعرض لها الموظف. يُحظر ارتداء الملابس المصنوعة من الأسيتات أو النايلون أو البوليستر أو الحرير الصناعي ، سواء بمفردها أو في مزيج ، ما لم يتمكن صاحب العمل من إثبات أن القماش قد تمت معالجته لتحمل الحالة التي قد تواجهها. يجوز للموظفين الاختيار من بين الملابس القطنية أو الصوفية أو الملابس المقاومة للحريق ، ولكن يجب على صاحب العمل أن يحدد ، بناءً على التعرض ، ما إذا كانت الألياف الطبيعية مثل القطن أو الصوف مقبولة أم لا. يمكن أن يشتعل القطن أو الصوف في ظل ظروف معينة. على الرغم من أن هذا القسم من المعيار قد تسبب في الكثير من الجدل في جميع أنحاء الصناعة ، فإن حظر استخدام المواد التركيبية يعد خطوة مهمة نحو تقليل الإصابات التي يتعرض لها عمال الكهرباء.
تنص OSHA في ديباجتها لمعيار توليد الطاقة الكهربائية ونقلها وتوزيعها (29 CFR الجزء 1910.269) على أن "معدلات الحوادث الإجمالية لصناعة الخدمات الكهربائية (أي صناعة المرافق الكهربائية ، SIC-491) أقل قليلاً من المقابل المعدلات للقطاع الخاص ككل "وأنه" باستثناء مخاطر الكهرباء والسقوط ، يواجه موظفو المرافق الكهربائية مخاطر متشابهة في طبيعتها ودرجة مع تلك التي يواجهها العديد من الصناعات الأخرى "(OSHA 1994). ملفات مكتب الولايات المتحدة لإحصائيات العمل (BLS) التي تحدد المصادر الرئيسية لإصابة المرافق الكهربائية:
تشير المقدمة على وجه التحديد إلى أن الصدمة الكهربائية لا تشكل فئة إصابة كبيرة (أو يتم الإبلاغ عنها بشكل متكرر). ومع ذلك ، تكشف ملفات العمل والصناعة و OSHA أن الحوادث الكهربائية هي النوع الأكثر شيوعًا من الإصابات المميتة أو الخطيرة في صناعة المرافق الكهربائية ، تليها حوادث السيارات والسقوط و "الصدمة / السحق".
تواجه العديد من المخاطر الأخرى عمال المرافق الكهربائية في أداء المهام المتنوعة التي يطلبها أصحاب العمل. لاحظ مؤلفو المقالات الفردية في هذا الفصل العديد منها بالتفصيل ؛ هنا سوف أذكر ببساطة بعض حالات التعرض الخطرة.
الإصابات العضلية الهيكلية هي أكثر الإصابات شيوعًا التي تحدث في هذه القوة العاملة النشطة بدنيًا وتشمل:
يمكن لعمال الكهرباء العمل في مجموعة متنوعة من البيئات: فهم يصعدون إلى أعلى أبراج النقل الريفية ويقومون بتوصيل الكابلات في غرف التفتيش تحت شوارع المدينة المزدحمة ؛ ترتفع درجة الحرارة في الطوابق العليا من محطات الطاقة في الصيف وترتجف أثناء إصلاح خطوط التوزيع العلوية التي سقطت بسبب عاصفة ثلجية. القوى المادية التي تواجه العمال هائلة. على سبيل المثال ، تدفع محطة توليد الكهرباء البخار تحت ضغط مثل أن الأنابيب الممزقة قد تعني الحروق والاختناق. تشمل المخاطر الفيزيائية في النباتات بالإضافة إلى الحرارة الضوضاء والمجالات الكهرومغناطيسية (EMF) والإشعاع المؤين في المنشآت النووية والاختناق في الأماكن الضيقة. كان التعرض للأسبستوس مصدرًا رئيسيًا للمراضة والتقاضي ، وتثار مخاوف بشأن مواد العزل الأخرى. تستخدم المواد الكيميائية مثل المواد الكاوية والمواد المسببة للتآكل والمذيبات على نطاق واسع. توظف المصانع أيضًا عمالًا في وظائف متخصصة مثل مكافحة الحرائق أو غوص السكوبا (لفحص أنظمة سحب المياه وتصريفها) ، والذين يتعرضون لمخاطر فريدة متأصلة في تلك المهام.
في حين أن محطات الطاقة النووية الحديثة قد قللت من تعرض العمال للإشعاع خلال فترات التشغيل العادية ، فقد يحدث تعرض كبير أثناء الصيانة وإغلاق التزود بالوقود. مطلوب قدرات ممتازة لرصد الإشعاع لحماية العمال بشكل صحيح الذين يدخلون مناطق الإشعاع خلال هذه الفترات. حقيقة أن العديد من العمال المتعاقدين قد يدخلون محطة نووية أثناء الإغلاق ثم ينتقلون إلى محطة أخرى ، تخلق حاجة للتنسيق الوثيق بين السلطات التنظيمية والصناعية في مراقبة إجمالي التعرض السنوي للعامل الفردي.
تشترك أنظمة النقل والتوزيع في بعض مخاطر محطة الطاقة ، ولكنها تتميز أيضًا بتعرض عمل فريد. تهيئ الفولتية والتيارات الهائلة المتأصلة في النظام لصدمة كهربائية قاتلة والحروق الشديدة عندما يتجاهل العمال إجراءات السلامة أو لا يتمتعون بالحماية الكافية. مع ارتفاع درجة حرارة المحولات ، قد تشتعل فيها النيران وتنفجر ، مما يؤدي إلى إطلاق الزيت وربما مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ونواتج تكسيرها. تشترك المحطات الفرعية الكهربائية مع محطات الطاقة في إمكانية التعرض للعزل والمجالات الكهرومغناطيسية ومخاطر الأماكن المحصورة. في نظام التوزيع ، يؤدي قطع الكابلات الكهربائية وحرقها وربطها إلى تعريض العمال للرصاص والمعادن الأخرى مثل الغبار والأبخرة. يجب أيضًا اعتبار الهياكل الموجودة تحت الأرض التي تدعم النظام من المخاطر المحتملة في الأماكن المحصورة. يعتبر Pentachlophenol ، وهو مبيد حشري يستخدم لحفظ أعمدة المرافق الخشبية ، تعرضًا فريدًا إلى حد ما بالنسبة لنظام التوزيع.
أخيرًا ، قد يتعرض قراء العدادات والعاملين في الهواء الطلق للعنف في الشوارع ؛ القتلى في سياق محاولات السرقة ليست معروفة لهذه القوة العاملة.
"إخلاء المسؤولية: لا تتحمل منظمة العمل الدولية المسؤولية عن المحتوى المعروض على بوابة الويب هذه والذي يتم تقديمه بأي لغة أخرى غير الإنجليزية ، وهي اللغة المستخدمة للإنتاج الأولي ومراجعة الأقران للمحتوى الأصلي. لم يتم تحديث بعض الإحصائيات منذ ذلك الحين. إنتاج الطبعة الرابعة من الموسوعة (4). "