در عملیات استخراج معادن روباز، توجه مدیران معمولاً بر ماشین‌آلات بزرگ، ظرفیت تولید، زمان چرخه حمل و عملکرد تجهیزات اصلی متمرکز است. بااین‌حال، گاهی یک قطعه نسبتاً کوچک می‌تواند زنجیره‌ای از مشکلات عملیاتی ایجاد کند.
ناخن شاول یکی از همین قطعات است.
این قطعه در قسمت جلویی باکت شاول قرار می‌گیرد و هنگام نفوذ به توده سنگ و بارگیری مواد معدنی، تحت فشار و سایش مداوم قرار دارد.
اگر ناخن شاول بشکند یا از محل اتصال خود جدا شود، ممکن است همراه با مواد استخراج‌شده وارد دامپتراک شود و مسیر خود را تا محل تخلیه یا سنگ‌شکن ادامه دهد.
در چنین شرایطی، هزینه حادثه فقط به تعویض یک ناخن محدود نمی‌شود. ورود قطعه فلزی به تجهیزات خردایش ممکن است باعث توقف عملیات، آسیب به اجزای سنگ‌شکن و ایجاد هزینه‌های تعمیراتی شود.
به همین دلیل، پایش افتادن ناخن شاول یکی از موضوعات مهم در مدیریت ریسک تجهیزات استخراج و خردایش است.
ناخن شاول چیست و چه وظیفه‌ای دارد؟
ناخن شاول یا Bucket Tooth بخشی از مجموعه تجهیزات درگیر با زمین (Ground Engaging Tools یا GET) است که روی لبه جلویی باکت نصب می‌شود.
وظیفه اصلی این قطعه کمک به نفوذ باکت در مواد معدنی و حفاظت از بخش‌هایی از لبه باکت در برابر سایش و ضربه است.
در معادن روباز، شاول‌ها هنگام بارگیری سنگ‌آهن، مواد معدنی و باطله با شرایط کاری سختی مواجه هستند.
تماس مداوم با سنگ‌های سخت، اعمال نیروهای زیاد و سایش تدریجی می‌تواند بر عمر مفید ناخن‌ها و اتصالات آن‌ها تأثیر بگذارد.
ازآنجاکه ناخن شاول مستقیماً با مواد استخراج‌شده در تماس است، خرابی یا جداشدن آن ممکن است علاوه بر خود شاول، سایر بخش‌های فرایند تولید معدن را نیز تحت تأثیر قرار دهد.
چرا ناخن شاول می‌شکند یا از باکت جدا می‌شود؟
شکستگی یا جداشدن ناخن می‌تواند نتیجه یک عامل یا ترکیبی از چند عامل باشد.
سایش و فرسودگی تدریجی
ناخن شاول قطعه‌ای مصرفی است و در اثر تماس مداوم با مواد معدنی دچار سایش می‌شود.
با کاهش ضخامت یا تغییر شکل قطعه، توانایی آن در تحمل نیروهای عملیاتی ممکن است کاهش پیدا کند.
اگر بازرسی و تعویض به‌موقع انجام نشود، احتمال خرابی افزایش می‌یابد.
ضربه و فشار بیش‌ازحد
برخورد با قطعات سنگی سخت یا اعمال نیروهای نامتعارف هنگام بارگیری می‌تواند تنش قابل‌توجهی به ناخن و اتصالات آن وارد کند.
شدت این تنش‌ها به مشخصات تجهیزات، جنس قطعه و شرایط عملیات بستگی دارد.
مشکل در اتصالات
در برخی موارد، مشکل از خود ناخن نیست؛ بلکه اجزای نگهدارنده یا اتصالات آن دچار خرابی می‌شوند.
فرسودگی، نصب نامناسب یا آسیب به قطعات اتصال ممکن است باعث جداشدن ناخن از باکت شود.
انتخاب نامناسب قطعه
ناخن باید با مدل شاول، نوع باکت و شرایط زمین‌شناسی و عملیاتی معدن سازگار باشد.
استفاده از قطعه نامناسب ممکن است سایش غیرعادی یا خرابی زودهنگام ایجاد کند.
پس از افتادن ناخن شاول چه اتفاقی می‌افتد؟
خطر اصلی زمانی ایجاد می‌شود که ناخن جداشده به‌موقع شناسایی نشود.
فرض کنید در جریان بارگیری، یکی از ناخن‌های باکت از محل اتصال جدا شده و میان سنگ‌های استخراج‌شده قرار بگیرد.
اگر اپراتور یا سامانه پایش متوجه این اتفاق نشود، مواد همراه با قطعه فلزی وارد دامپتراک می‌شوند.
دامپتراک محموله را به محل تخلیه منتقل می‌کند و در صورت هدایت بار به مدار خردایش، قطعه فلزی ممکن است همراه مواد وارد سنگ‌شکن شود.
ورود قطعات فلزی غیرقابل‌خردایش به سنگ‌شکن با عنوان ورود اجسام خارجی یا Tramp Metal شناخته می‌شود.
بسته به نوع سنگ‌شکن، ابعاد قطعه، شرایط خوراک و تجهیزات حفاظتی، این اتفاق می‌تواند باعث توقف دستگاه، فعال‌شدن سامانه‌های حفاظتی یا آسیب مکانیکی شود.
بنابراین، فاصله میان افتادن یک ناخن و وقوع مشکل در سنگ‌شکن ممکن است شامل چند مرحله عملیاتی باشد؛ مراحلی که در هرکدام فرصت شناسایی و جلوگیری از ادامه خطر وجود دارد.
ورود ناخن شاول به سنگ‌شکن چه آسیب‌هایی ایجاد می‌کند؟
آسیب به قطعات داخلی سنگ‌شکن
سنگ‌شکن برای خردکردن مواد مشخصی طراحی شده است. ورود یک قطعه فلزی سخت و غیرقابل‌خردایش می‌تواند نیروهای غیرعادی به تجهیزات وارد کند.
بسته به نوع سنگ‌شکن، این نیروها ممکن است به اجزای خردایش، قطعات سایشی یا سایر بخش‌های مکانیکی آسیب وارد کنند.
البته برخی سنگ‌شکن‌ها دارای سیستم‌های آزادسازی یا حفاظت در برابر اجسام غیرقابل‌خردایش هستند. عملکرد این سیستم‌ها به طراحی، وضعیت نگهداری و شرایط وقوع حادثه بستگی دارد.
توقف ناخواسته خط تولید
اگر قطعه فلزی در دستگاه گیر کند یا نیاز به بررسی و خارج‌سازی داشته باشد، ممکن است فعالیت سنگ‌شکن متوقف شود.
این توقف می‌تواند بر فرایندهای قبل و بعد از سنگ‌شکن نیز تأثیر بگذارد.
برای مثال، محدودشدن ظرفیت پذیرش مواد در سنگ‌شکن ممکن است باعث تشکیل صف دامپتراک‌ها در محل تخلیه شود.
افزایش هزینه تعمیرات و نگهداری
در صورت وقوع آسیب، هزینه عملیات ممکن است شامل بررسی فنی، تعویض قطعات، نیروی تعمیراتی، تجهیزات پشتیبانی و زمان توقف تولید باشد.
میزان این هزینه‌ها به نوع حادثه، مشخصات سنگ‌شکن و شدت آسیب بستگی دارد و نمی‌توان مبلغ ثابتی برای همه معادن تعیین کرد.
ایجاد ریسک برای کارکنان
خارج‌سازی قطعات فلزی گیرکرده در تجهیزات خردایش ممکن است نیازمند عملیات تخصصی تعمیراتی باشد.
چنین فعالیتی باید مطابق دستورالعمل‌های ایمنی، ایزوله‌سازی انرژی و الزامات تعمیرات تجهیزات انجام شود.
ورود افراد به محدوده تجهیزات بدون اجرای فرایندهای ایمن می‌تواند خطرات جدی ایجاد کند.
هزینه پنهان افتادن ناخن شاول چگونه محاسبه می‌شود؟
برای برآورد اثر اقتصادی یک حادثه، صرفاً قیمت قطعه جایگزین کافی نیست.
هزینه واقعی ممکن است از چند بخش تشکیل شود:
هزینه مستقیم: تعویض ناخن، تعمیر قطعات آسیب‌دیده و فعالیت نیروی تعمیرات.
هزینه توقف تولید: ارزش اقتصادی تولیدی که در زمان توقف تجهیزات از دست رفته یا به تأخیر افتاده است.
هزینه‌های عملیاتی جانبی: تأثیر توقف بر ناوگان حمل، مصرف سوخت، برنامه تعمیرات و سایر فرایندهای وابسته.
برای نمونه، اگر ورود قطعه فلزی باعث توقف دو ساعته سنگ‌شکن شود، مدیر عملیات باید بررسی کند در آن دو ساعت چه مقدار از ظرفیت تولید برنامه‌ریزی‌شده محقق نشده است.
بااین‌حال، تمام ظرفیت ازدست‌رفته لزوماً به معنی فروش ازدست‌رفته نیست؛ زیرا ممکن است بخشی از تولید در زمان دیگری جبران شود یا از موجودی دپو استفاده شود.
فرمول پیشنهادی برای ارزیابی هزینه حادثه:
هزینه کل حادثه = هزینه تعمیرات و قطعات + هزینه عملیات بازیابی + ارزش اقتصادی تولید غیرقابل‌جبران + سایر هزینه‌های مستقیم قابل انتساب
در این محاسبه باید از دوباره‌شماری هزینه‌ها جلوگیری شود.
روش‌های پیشگیری از افتادن ناخن شاول
بازرسی منظم ناخن‌ها و اتصالات
یکی از اقدامات پایه، بررسی وضعیت ناخن‌ها پیش از شروع عملیات و در فواصل تعیین‌شده توسط برنامه نگهداری است.
در این بازرسی باید وضعیت سایش، ترک‌های قابل مشاهده، اتصالات و نشانه‌های آسیب غیرعادی بررسی شود.
تعویض به‌موقع قطعات فرسوده
تعویض ناخن‌ها باید بر اساس دستورالعمل سازنده، شرایط واقعی معدن و نتایج بازرسی انجام شود.
به‌تعویق‌انداختن تعویض قطعاتی که به حدود مجاز فرسودگی رسیده‌اند، می‌تواند احتمال خرابی حین عملیات را افزایش دهد.
آموزش اپراتورهای شاول
اپراتورها باید با نشانه‌های خرابی ناخن و روش گزارش‌کردن موارد مشکوک آشنا باشند.
همچنین رعایت شیوه صحیح بارگیری و پرهیز از اعمال نیروهای غیرمتعارف می‌تواند در کاهش آسیب به مجموعه باکت مؤثر باشد.
استفاده از تجهیزات حفاظتی در مدار خردایش
بسته به طراحی کارخانه، تجهیزات مختلفی برای شناسایی یا مدیریت اجسام فلزی خارجی در مسیر انتقال و خردایش مواد به کار می‌روند.
این تجهیزات ممکن است شامل فلزیاب صنعتی، آهن‌ربا، سامانه‌های حفاظتی سنگ‌شکن و سایر روش‌های مناسب باشند.
البته کارایی هر روش به ابعاد، جنس، محل قرارگیری قطعه و طراحی مدار بستگی دارد.
نقش بینایی ماشین در تشخیص افتادن ناخن شاول
بازرسی دستی برای شناسایی خرابی ناخن‌ها اهمیت دارد، اما ممکن است تشخیص فوری جداشدن یک ناخن در طول عملیات دشوار باشد.
در چنین شرایطی، سامانه‌های پایش مبتنی بر دوربین و بینایی ماشین می‌توانند نقش مکمل داشته باشند.
این سامانه‌ها با ثبت تصویر باکت و تحلیل وضعیت ناخن‌ها تلاش می‌کنند تغییرات غیرعادی یا نبود یک قطعه را تشخیص دهند.
در یک سیستم پایش متناسب با شرایط معدن، مراحل عملیاتی می‌تواند شامل تصویربرداری از باکت، تحلیل وضعیت ناخن‌ها، شناسایی تغییر مشکوک و اعلام هشدار به اپراتور یا مرکز کنترل باشد.
هدف این است که احتمال شناسایی زودهنگام خرابی افزایش پیدا کند و پیش از انتقال محموله مشکوک به مراحل بعدی، اقدامات لازم انجام شود.
بااین‌حال، سیستم‌های مبتنی بر بینایی ماشین محدودیت‌هایی نیز دارند. گردوغبار، نور نامناسب، پوشیده‌شدن ناخن‌ها با مواد، زاویه دوربین و کیفیت تصویر ممکن است بر دقت تشخیص تأثیر بگذارند.
به همین دلیل، سامانه پایش نباید جایگزین کامل بازرسی فنی یا تجهیزات حفاظتی سنگ‌شکن تلقی شود.
هنگام تشخیص افتادن ناخن شاول چه اقداماتی لازم است؟
پس از دریافت هشدار، ابتدا باید مطابق دستورالعمل ایمنی معدن وضعیت شاول و عملیات مربوط بررسی شود.
اگر افتادن قطعه تأیید شد، لازم است محل احتمالی وقوع و محموله‌های مشکوک مشخص شوند.
با استفاده از اطلاعات زمان بارگیری، شناسه دامپتراک و مقصد محموله می‌توان بررسی کرد کدام محموله‌ها ممکن است تحت تأثیر قرار گرفته باشند.
در ادامه، مسئولان عملیات، تعمیرات و HSE باید درباره توقف، جداسازی یا بررسی محموله مشکوک و ایمن‌سازی تجهیزات تصمیم بگیرند.
اجرای چنین فرایندی مستلزم تعریف رویه مشخص ارتباط میان اپراتور شاول، مرکز دیسپچینگ، مسئول سنگ‌شکن و تیم تعمیرات است.
سامانه پایش ناخن شاول چه ارزشی برای معدن دارد؟
ارزش اصلی پایش ناخن شاول در فراهم‌کردن امکان شناسایی زودهنگام یک خرابی با پیامدهای بالقوه گسترده است.
اگر افتادن قطعه در زمان مناسب تشخیص داده شود، معدن فرصت بیشتری برای بررسی وضعیت و جلوگیری از انتقال قطعه به مراحل بعدی خواهد داشت.
این موضوع می‌تواند به کاهش ریسک توقف ناخواسته تجهیزات، بهبود قابلیت اطمینان عملیات و مدیریت بهتر حوادث مرتبط با ورود قطعات فلزی کمک کند.
بیستون کویر یزد، سامانه پایش افتادن ناخن شاول (Bucket Tooth Monitoring) را در مجموعه محصولات مرتبط با پایش تجهیزات و ایمنی عملیات معدن معرفی می‌کند.
هدف این نوع سامانه، کمک به شناسایی افتادن ناخن و فراهم‌کردن اطلاعات لازم برای واکنش عملیاتی است.
میزان پوشش، دقت تشخیص و نحوه صدور هشدار باید برای شرایط واقعی هر معدن ارزیابی شود.
جمع‌بندی
ناخن شاول ممکن است در مقایسه با تجهیزات بزرگ استخراج و خردایش، قطعه کوچکی به نظر برسد؛ اما خرابی یا جداشدن آن می‌تواند پیامدهایی فراتر از هزینه تعویض قطعه داشته باشد.
ورود یک ناخن جداشده به مسیر حمل و سنگ‌شکن ممکن است باعث توقف عملیات، هزینه تعمیرات و ایجاد ریسک‌های ایمنی شود.
برای کاهش این ریسک، بازرسی منظم، تعویض به‌موقع قطعات، آموزش اپراتورها و استفاده از تجهیزات حفاظتی ضروری است.
فناوری‌های پایش مبتنی بر بینایی ماشین نیز می‌توانند به‌عنوان یک لایه مکمل در شناسایی زودهنگام خرابی مورد استفاده قرار گیرند.
برای بررسی امکان استفاده از سامانه پایش ناخن شاول در معدن، می‌توانید با کارشناسان بیستون کویر یزد مشورت کنید.
