في عمليات الاستخراج بالمناجم المكشوفة، ينصبّ اهتمام المديرين عادة على الآليات الكبيرة وطاقة الإنتاج وزمن دورة النقل وأداء المعدات الرئيسية. ومع ذلك، قد تتسبب قطعة صغيرة نسبيًا أحيانًا في سلسلة من المشكلات التشغيلية.
وسنّ الحفارة (ناخن الشاول) واحدة من هذه القطع.
تُركّب هذه القطعة في الجزء الأمامي من دلو الحفارة، وتتعرض لضغط وتآكل مستمرين أثناء اختراق كتلة الصخر وتحميل المواد المعدنية.
وإذا انكسر السن أو انفصل عن موضع تثبيته، فقد يدخل مع المواد المستخرجة إلى الشاحنة القلابة ويواصل طريقه حتى موقع التفريغ أو الكسارة.
وفي هذه الحالة لا تقتصر تكلفة الحادث على استبدال سن واحد؛ فدخول قطعة معدنية إلى معدات التكسير قد يؤدي إلى توقف العمليات وإلحاق الضرر بأجزاء الكسارة وتحمّل تكاليف إصلاح.
لذلك تُعد مراقبة سقوط أسنان الحفارة من الموضوعات المهمة في إدارة مخاطر معدات الاستخراج والتكسير.
ما هو سن الحفارة وما وظيفته؟
سن الحفارة أو Bucket Tooth جزء من مجموعة أدوات الاحتكاك بالأرض (Ground Engaging Tools أو GET) التي تُركّب على الحافة الأمامية للدلو.
وتتمثل وظيفته الأساسية في مساعدة الدلو على اختراق المواد المعدنية وحماية أجزاء من حافة الدلو من التآكل والصدمات.
وفي المناجم المكشوفة، تواجه الحفارات ظروف عمل قاسية أثناء تحميل خام الحديد والمواد المعدنية والمخلفات.
ويمكن أن يؤثر التلامس المستمر مع الصخور الصلبة والقوى الكبيرة والتآكل التدريجي في العمر الافتراضي للأسنان ووصلاتها.
ولأن سن الحفارة يلامس المواد المستخرجة مباشرة، فإن عطله أو انفصاله قد يؤثر إلى جانب الحفارة نفسها في أجزاء أخرى من عملية الإنتاج في المنجم.
لماذا ينكسر سن الحفارة أو ينفصل عن الدلو؟
قد يكون انكسار السن أو انفصاله نتيجة عامل واحد أو مزيج من عدة عوامل.
التآكل والاهتراء التدريجي
سن الحفارة قطعة استهلاكية تتآكل بسبب التلامس المستمر مع المواد المعدنية.
ومع تراجع سماكة القطعة أو تغيّر شكلها، قد تنخفض قدرتها على تحمّل القوى التشغيلية.
وإذا لم يُجرَ الفحص والاستبدال في الوقت المناسب، يزداد احتمال العطل.
الصدمات والضغط المفرط
قد يؤدي الاصطدام بكتل صخرية صلبة أو تطبيق قوى غير معتادة أثناء التحميل إلى إجهاد كبير على السن ووصلاته.
وتعتمد شدة هذه الإجهادات على مواصفات المعدات ومادة القطعة وظروف التشغيل.
مشكلات الوصلات
في بعض الحالات لا تكون المشكلة في السن نفسه، بل في أجزاء التثبيت أو الوصلات التي تحمله.
وقد يؤدي اهتراء قطع التثبيت أو تركيبها بشكل غير صحيح أو تضررها إلى انفصال السن عن الدلو.
اختيار قطعة غير مناسبة
يجب أن يكون السن متوافقًا مع طراز الحفارة ونوع الدلو والظروف الجيولوجية والتشغيلية للمنجم.
وقد يؤدي استخدام قطعة غير مناسبة إلى تآكل غير طبيعي أو عطل مبكر.
ماذا يحدث بعد سقوط سن الحفارة؟
ينشأ الخطر الرئيسي عندما لا يُكتشف السن المنفصل في الوقت المناسب.
لنفترض أن أحد أسنان الدلو انفصل أثناء التحميل واستقر بين الصخور المستخرجة.
إذا لم ينتبه المشغّل أو نظام المراقبة إلى ذلك، تدخل المواد مع القطعة المعدنية إلى الشاحنة القلابة.
وتنقل الشاحنة الحمولة إلى موقع التفريغ، وإذا وُجّهت الحمولة إلى دائرة التكسير، فقد تدخل القطعة المعدنية مع المواد إلى الكسارة.
ويُعرف دخول القطع المعدنية غير القابلة للتكسير إلى الكسارة بدخول الأجسام الغريبة أو المعادن الشاردة (Tramp Metal).
وبحسب نوع الكسارة وأبعاد القطعة وظروف التغذية ومعدات الحماية، قد يتسبب ذلك في توقف الآلة أو تفعيل أنظمة الحماية أو حدوث ضرر ميكانيكي.
لذلك قد تمتد المسافة بين سقوط السن ووقوع المشكلة في الكسارة عبر عدة مراحل تشغيلية، تتوفر في كل منها فرصة لاكتشاف الخطر ومنع استمراره.
ما الأضرار التي يسببها دخول سن الحفارة إلى الكسارة؟
تضرر الأجزاء الداخلية للكسارة
صُممت الكسارة لتكسير مواد محددة، ودخول قطعة معدنية صلبة غير قابلة للتكسير قد يعرّض المعدات لقوى غير طبيعية.
وبحسب نوع الكسارة، قد تلحق هذه القوى الضرر بأجزاء التكسير أو القطع المعرضة للتآكل أو غيرها من الأجزاء الميكانيكية.
وبالطبع، تمتلك بعض الكسارات أنظمة تحرير أو حماية من الأجسام غير القابلة للتكسير، ويعتمد أداء هذه الأنظمة على تصميمها وحالة صيانتها وظروف وقوع الحادث.
التوقف غير المخطط لخط الإنتاج
إذا علقت القطعة المعدنية في الآلة أو احتاجت إلى فحص وإخراج، فقد يتوقف عمل الكسارة.
وقد يؤثر هذا التوقف أيضًا في العمليات السابقة واللاحقة للكسارة.
فعلى سبيل المثال، قد يؤدي تقلّص طاقة استقبال المواد في الكسارة إلى تشكّل طابور من الشاحنات القلابة في موقع التفريغ.
ارتفاع تكاليف الإصلاح والصيانة
عند وقوع الضرر، قد تشمل تكلفة العملية الفحص الفني واستبدال القطع وقوى الصيانة ومعدات الدعم وزمن توقف الإنتاج.
ويعتمد حجم هذه التكاليف على نوع الحادث ومواصفات الكسارة وشدة الضرر، ولا يمكن تحديد مبلغ ثابت لجميع المناجم.
مخاطر على العاملين
قد يتطلب إخراج القطع المعدنية العالقة في معدات التكسير أعمال صيانة متخصصة.
ويجب تنفيذ هذه الأعمال وفق تعليمات السلامة وعزل الطاقة ومتطلبات صيانة المعدات.
وقد يؤدي دخول الأشخاص إلى نطاق المعدات دون تطبيق الإجراءات الآمنة إلى مخاطر جسيمة.
كيف تُحسب التكلفة الخفية لسقوط سن الحفارة؟
لتقدير الأثر الاقتصادي لحادث ما، لا يكفي سعر القطعة البديلة وحده.
فقد تتكون التكلفة الفعلية من عدة أجزاء:
التكلفة المباشرة: استبدال السن وإصلاح القطع المتضررة وعمل فريق الصيانة.
تكلفة توقف الإنتاج: القيمة الاقتصادية للإنتاج الذي فُقد أو تأخر أثناء توقف المعدات.
التكاليف التشغيلية الجانبية: أثر التوقف في أسطول النقل واستهلاك الوقود وبرنامج الصيانة وغيرها من العمليات المرتبطة.
فعلى سبيل المثال، إذا تسبب دخول قطعة معدنية في توقف الكسارة لمدة ساعتين، يجب على مدير العمليات دراسة مقدار طاقة الإنتاج المخططة التي لم تتحقق خلال هاتين الساعتين.
ومع ذلك، لا تعني كل الطاقة المفقودة بالضرورة مبيعات مفقودة؛ إذ قد يُعوَّض جزء من الإنتاج في وقت آخر أو يُستخدم مخزون المواد المكدسة.
المعادلة المقترحة لتقييم تكلفة الحادث:
التكلفة الكلية للحادث = تكلفة الإصلاح والقطع + تكلفة عمليات الاستعادة + القيمة الاقتصادية للإنتاج غير القابل للتعويض + التكاليف المباشرة الأخرى القابلة للإسناد
ويجب في هذا الحساب تجنّب احتساب التكاليف مرتين.
طرق الوقاية من سقوط أسنان الحفارة
الفحص المنتظم للأسنان والوصلات
من الإجراءات الأساسية فحص حالة الأسنان قبل بدء العمليات وعلى فترات يحددها برنامج الصيانة.
ويجب أن يشمل هذا الفحص حالة التآكل والتشققات الظاهرة والوصلات وعلامات الضرر غير الطبيعي.
الاستبدال في الوقت المناسب للقطع المهترئة
يجب استبدال الأسنان وفق تعليمات الشركة المصنّعة والظروف الفعلية للمنجم ونتائج الفحص.
وقد يؤدي تأجيل استبدال القطع التي بلغت حدود الاهتراء المسموح بها إلى زيادة احتمال العطل أثناء العمليات.
تدريب مشغّلي الحفارات
يجب أن يكون المشغّلون على دراية بعلامات عطل الأسنان وطريقة الإبلاغ عن الحالات المشتبه بها.
كما يمكن أن يسهم اتباع الأسلوب الصحيح في التحميل وتجنّب القوى غير المعتادة في تقليل الضرر الذي يلحق بمجموعة الدلو.
استخدام معدات الحماية في دائرة التكسير
بحسب تصميم المصنع، تُستخدم معدات مختلفة لاكتشاف الأجسام المعدنية الغريبة أو التعامل معها في مسار نقل المواد وتكسيرها.
وقد تشمل هذه المعدات كاشفات المعادن الصناعية والمغناطيسات وأنظمة حماية الكسارة وغيرها من الأساليب المناسبة.
لكن فاعلية كل أسلوب تعتمد على أبعاد القطعة ومادتها وموضعها وتصميم الدائرة.
دور الرؤية الآلية في اكتشاف سقوط سن الحفارة
الفحص اليدوي مهم لاكتشاف أعطال الأسنان، لكن قد يصعب الاكتشاف الفوري لانفصال سن أثناء العمليات.
وفي هذه الحالة، يمكن لأنظمة المراقبة القائمة على الكاميرات والرؤية الآلية أن تؤدي دورًا مكمّلًا.
وتسعى هذه الأنظمة، من خلال تصوير الدلو وتحليل حالة الأسنان، إلى اكتشاف التغيّرات غير الطبيعية أو غياب إحدى القطع.
وفي نظام مراقبة مناسب لظروف المنجم، قد تشمل المراحل التشغيلية تصوير الدلو وتحليل حالة الأسنان ورصد التغيّر المشتبه به وإرسال تنبيه إلى المشغّل أو مركز التحكم.
والهدف هو زيادة احتمال الاكتشاف المبكر للعطل واتخاذ الإجراءات اللازمة قبل انتقال الحمولة المشتبه بها إلى المراحل التالية.
ومع ذلك، فإن لأنظمة الرؤية الآلية قيودًا أيضًا؛ إذ قد يؤثر الغبار والإضاءة غير المناسبة وتغطية الأسنان بالمواد وزاوية الكاميرا وجودة الصورة في دقة الكشف.
لذلك لا ينبغي اعتبار نظام المراقبة بديلًا كاملًا عن الفحص الفني أو معدات حماية الكسارة.
ما الإجراءات اللازمة عند اكتشاف سقوط سن الحفارة؟
بعد تلقي التنبيه، يجب أولًا فحص حالة الحفارة والعمليات المرتبطة بها وفق تعليمات السلامة في المنجم.
وإذا تأكد سقوط القطعة، يلزم تحديد الموقع المحتمل للحادث والحمولات المشتبه بها.
وباستخدام بيانات وقت التحميل ومعرّف الشاحنة القلابة ووجهة الحمولة، يمكن تحديد الحمولات التي قد تكون تأثرت.
ثم يجب على مسؤولي العمليات والصيانة والصحة والسلامة والبيئة اتخاذ القرار بشأن التوقف أو عزل الحمولة المشتبه بها أو فحصها وتأمين المعدات.
ويتطلب تنفيذ هذه العملية تحديد إجراء واضح للتواصل بين مشغّل الحفارة ومركز الإرسال ومسؤول الكسارة وفريق الصيانة.
ما القيمة التي يقدمها نظام مراقبة أسنان الحفارة للمنجم؟
تكمن القيمة الأساسية لمراقبة أسنان الحفارة في إتاحة الاكتشاف المبكر لعطل قد تكون عواقبه واسعة.
فإذا اكتُشف سقوط القطعة في الوقت المناسب، تتاح للمنجم فرصة أكبر لدراسة الوضع ومنع انتقال القطعة إلى المراحل التالية.
ويمكن أن يسهم ذلك في تقليل مخاطر التوقف غير المخطط للمعدات وتحسين موثوقية العمليات وإدارة الحوادث المرتبطة بدخول القطع المعدنية بشكل أفضل.
وتقدّم بيستون كوير يزد نظام مراقبة سقوط أسنان الحفارة (Bucket Tooth Monitoring) ضمن مجموعة منتجاتها المرتبطة بمراقبة المعدات وسلامة عمليات التعدين.
ويهدف هذا النوع من الأنظمة إلى المساعدة في اكتشاف سقوط السن وتوفير المعلومات اللازمة للاستجابة التشغيلية.
ويجب تقييم نطاق التغطية ودقة الكشف وطريقة إصدار التنبيه وفق الظروف الفعلية لكل منجم.
الخلاصة
قد يبدو سن الحفارة قطعة صغيرة مقارنة بمعدات الاستخراج والتكسير الكبيرة، لكن عطله أو انفصاله قد يخلّف عواقب تتجاوز تكلفة استبدال القطعة.
فدخول سن منفصل إلى مسار النقل والكسارة قد يؤدي إلى توقف العمليات وتكاليف الإصلاح ومخاطر على السلامة.
ولتقليل هذا الخطر، لا بد من الفحص المنتظم والاستبدال في الوقت المناسب وتدريب المشغّلين واستخدام معدات الحماية.
كما يمكن استخدام تقنيات المراقبة القائمة على الرؤية الآلية بوصفها طبقة مكمّلة في الاكتشاف المبكر للأعطال.
لدراسة إمكانية استخدام نظام مراقبة أسنان الحفارة في منجمكم، يمكنكم التشاور مع خبراء بيستون كوير يزد.
