تعتمد عمليات التعدين تحت الأرض على تدفق المواد بشكل مستمر. من المتوقع أن تعمل الناقلات والمغذيات ونقاط النقل بشكل مستمر في أماكن ضيقة حيث يكون الوصول محدودا وأوقات التوقف مكلفة.
عندما تحدث توقفات في الناقل، غالبا ما يتركز الاهتمام على المكونات الميكانيكية. ومع ذلك، في العديد من المناجم تحت الأرض، ينبع السبب الجذري من أعلى مجرى المياه في كيف تتفاعل المواد مع الرطوبة—وكيف يتم التحكم في هذا التفاعل كيميائيا .
عمليا، كلوريد الكالسيوم (CaCl₂) و كلوريد المغنيسيوم (MgCl₂) تعد من أكثر المواد الكيميائية المستخدمة للترطيب لإدارة سلوك الرطوبة في الخامات الدقيقة، والفحم، والملح، والمواد المبخرة. عندما تكون هذه الضوابط غائبة أو غير مطبقة بشكل خاطئ أو غير متطابقة مع خصائص المادة، يصبح التجمع الناتج عن الرطوبة سببا مستمرا لتوقف الناقل.
فهم التكتل في البيئات تحت الأرض المحصورة
تتطور عملية التقطير من خلال مزيج من العوامل البيئية والمواد الخاصة الشائعة في المناجم تحت الأرض:
- رطوبة محيطة عالية من المياه الجوفية والتهوية المقيدة
- التكثف الناتج عن فروق درجات الحرارة بين هواء السحب وكتلة الصخور
- توزيعات حجم الجسيمات الدقيقة ذات مساحة سطح عالية
- الأملاح القابلة للذوبان والأسطح المعدنية التفاعلية داخل المادة
لا يجب أن تكون الرطوبة مفرطة لتسبب مشاكل. حتى الكميات الصغيرة، عند توزيعها بشكل غير متساو، يمكن أن تولد قوى شعرية تربط الجسيمات معا. تحت الحمل المستمر في القواس، والمزلقات، وعلى الناقلات، تقوى هذه الروابط، مما يحول تدريجيا المواد الحرة إلى كتل مضغوطة.
الدور الكيميائي لكلوريدات الكالسيوم والمغنيسيوم
التكتل الناتج عن الرطوبة ليس ظاهرة فيزيائية بحتة. تؤثر كيمياء المواد بشكل كبير على ما إذا كانت الرطوبة تؤدي إلى تراكم الإزعاج أو تقييد شديد للتدفق.
كلوريد الكالسيوم (CaCl₂)
يستخدم كلوريد الكالسيوم على نطاق واسع في التعدين تحت الأرض بسبب خصائصه القوية في الرطوبة الجسدية. من خلال جذب واحتجاز الرطوبة على سطح الجسيمات، يساعد CaCl₂ تقليل هجرة المياه الحرة، وهو المحرك الرئيسي للمناطق الرطبة المحلية والتكتل الصلب.
يستخدم CaCl₂ عادة في عدة أشكال فيزيائية:
- الحبيبات أو الرقائق لللياقة البدنية المسيطر عليها وطويلة الأمد
- البارود حيث يتطلب الأمر تغطية سطحية سريعة
يعتمد الاختيار على طريقة التطبيق، حجم المادة، والاستمرارية المطلوبة. لكن الجرعة غير المناسبة أو الاستخدام غير المتساو يمكن أن يؤدي إلى ترطيب مفرط أو تكييف غير منتظم.
كلوريد المغنيسيوم (MgCl₂)
يوفر كلوريد المغنيسيوم تحكما مشابها للرطوبة ولكن مع استقرار أكبر تحت ظروف الرطوبة المتقلبة . في البيئات تحت الأرض حيث تختلف دورات التهوية أو تحدث تحولات موسمية في الرطوبة، غالبا ما يوفر MgCl₂ احتفاظا أكثر توازنا للرطوبة مع مرور الوقت.
يستخدم MgCl₂ كثيرا في:
- أنظمة مناولة الفحم
- تعدين الملح والبوتاس
- الجداول المعدنية الدقيقة المعرضة للسلوك الرطوبي
تستخدم أحيانا تركيبات الكالسيوم-مغنيسيوم الممزوجة لتحقيق توازن بين التحكم الفوري في الرطوبة والثبات طويل الأمد.
حجم الجسيمات والمادة الكيميائية
تعتمد فعالية التكييف الكيميائي ليس فقط على الكيمياء بل أيضا على حجم الجسيمات وشكل المنتج .
- المسطحات الدقيقة توفر تفاعلا سطحيا سريعا لكنها قد تتجمع إذا تم تناولها جرعة زائدة
- المنتجات الحبيبية أو الحبيبية يوفر ذوبا أبطأ وتوزيعا أكثر انتظاما للرطوبة
- رقائق تغطية التوازن والاستمرارية في العديد من التطبيقات تحت الأرض
مطابقة الشكل الكيميائي مع توزيع حجم المادة أمر ضروري. قد يؤدي علاج فعال للمواد الخشنة التي تتدفق من المنجم بشكل ضعيف على الجداول الدقيقة المسحوقة.
لماذا تكون الناقلات عرضة بشكل خاص
تضخم الناقلات عواقب ضعف التحكم في الرطوبة:
- تحد البيئات المغلقة من التبخر
- تعزز مناطق الضغط المستمر الانضغاط
- سرعات الحزام المنخفضة تزيد من وقت التوقف
- الوصول المقيد يؤخر التدخل المبكر
مع تسببات الرطوبة غير المدارة كيميائيا في التكتل، تشهد العمليات زيادة في الحمل المتكرر، وانسداد نقاط النقل، وخلل في تتبع الحزام، وارتفاع أحمال الدفع—وهي أعراض غالبا ما يخطئ بينها وبين المشاكل الميكانيكية فقط.
إدارة الرطوبة قبل أن تتحول إلى مشكلة في الناقل
يركز التخفيف الفعال على تكييف سلوك المادة في أعلى التيار ، لا يتفاعل مع الناقل.
تشمل أفضل الممارسات:
- تطبيق CaCl₂ أو MgCl₂ أثناء السحق أو النقل أو التخزين
- اختيار أشكال المسحوق أو الرقائق أو الحبيبات بناء على حجم الجسيمات
- مراقبة اتجاهات الرطوبة ودرجة الحرارة جنبا إلى جنب مع معدل النقل
- تعديل الاستراتيجية الكيميائية مع تغير خصائص المادة
عندما يتوافق التكييف الكيميائي مع كيمياء المواد، تعمل الناقلات ضمن معايير التصميم، ويصبح وقت التوقف متوقعا بدلا من تكراره.
تبدأ الموثوقية التشغيلية بالتحكم الكيميائي
في التعدين تحت الأرض، نادرا ما يكون توقف الناقلات عشوائيا. غالبا ما تكون النتيجة التراكمية ل تفاعلات غير مسيطر عليها بين الرطوبة، وكيمياء المواد، وظروف التشغيل المحصورة .
كلوريد الكالسيوم وكلوريد المغنيسيوم ليسا إضافات—بل هما أدوات تشغيلية تؤثر على ما إذا كانت المواد تبقى حرة التدفق أو تتطور إلى كتل مضغوطة وتقيد التدفق. عند تطبيقها بشكل صحيح ومطابقتها مع خصائص المادة، تساعد هذه المواد الكيميائية في إعادة الناقلات إلى دورها المقصود: أنظمة نقل موثوقة بدلا من عنق الزجاجة المتكرر.
تبدأ الموثوقية تحت الأرض من أعلى التيار — مع التحكم الكيميائي في سلوك المادة.