ایمنی در اعماق زمین
معدن۲۴:کار در معدن همیشه یکی از خطرناک‌ترین مشاغل جهان بوده و حوادث تلخ بسیاری را برای کشورها رقم زده، با این‌حال پیشرفت‌های فناوری در سال‌های اخیر، تحولی شگرف در ایمنی و بهره‌وری در این حوزه ایجاد کرده است. از روبات‌های خودکار و حسگرهای هوشمند گرفته تا سیستم‌های نظارتی مبتنی‌بر هوش مصنوعی و پهپادهای پیشرفته، فناوری‌های نوین امروزه به یاری معدن‌کاران و معدنچیان آمده‌اند تا خطرات را کاهش و جان انسان‌ها را نجات دهند.
طی دهه گذشته بسیاری از کشورها از جمله چین، استرالیا، سوئد، آمریکا و حتی اتحادیه اروپا، تلاش کرده‌اند با وضع قوانین و مقررات سختگیرانه، نظارت‌های مستمر، ایجاد فرهنگ ایمنی و گذار به سوی معادن رو باز، کمی حوادث مرگبار در معادن را کاهش دهند. «ایمنی معدن» مفهومی جامع است که به مجموعه اقدامات کنترلی و مدیریتی در صنعت معدن اشاره دارد. هدف اصلی آن حفظ جان کارگران معدن با کاهش خطرات، کنترل ریسک‌ها و پیشگیری از حوادث است. این سیستم ایمنی نه‌تنها مانع از آسیب‌های جسمی، بیماری‌های ناشی از کار و تلفات انسانی می‌شود بلکه از تخریب یا ازدست‌رفتن تجهیزات و دارایی‌ها پیشگیری کرده و آسیب کمتری به محیط زیست وارد می‌آورد.
ارزیابی ایمنی و فناوری معدنچیان
بر اساس گزارش موسسه ملی ایمنی و بهداشت شغلی (NIOSH)، اگرچه آمار حوادث مرگبار در معادن آمریکا طی سال ۲۰۲۱ کاهش یافته، اما این صنعت همچنان با مخاطرات جدی روبه‌رو است. بررسی‌ها نشان می‌دهد بیش از دو سوم این حوادث ناشی از مشکلات تجهیزات معدنی بوده که سهم «باربری مکانیکی» ۴۵ درصد و «ماشین‌آلات سنگین» ۲۱ درصد از این میزان است. همچنین عوامل محیطی مانند ریزش سنگ‌ها و ناپایداری خاک نیز در ۱۳ درصد از تلفات جانی نقش داشته‌اند.
عناصر ایمنی معدنچیان
ایمنی معدنچیان ابعاد متنوعی دارد که هر یک بخشی خاص از این صنعت را پوشش می‌دهد که در مجموع این ابعاد چارچوبی جامع برای مسوولیت‌پذیری در عملیات ایمن معدن ایجاد می‌کنند. اگرچه هسته اصلی ایمنی معدن همواره «حفاظت از سلامت و جان کارگران» بوده اما با گذشت زمان، دامنه آن گسترش یافته و «کاهش خطرات ناشی از تجهیزات و سازه‌های معدنی» را نیز دربر گرفته است. این گزارش به بررسی اجرایی‌ترین دستاوردهای فناورانه‌ای می‌پردازد که ایمنی در معادن را متحول و آینده‌ای امن‌تر را برای این صنعت حیاتی ترسیم می‌کند.
تهویه
یکی از نخستین فناوری‌هایی که برای بهبود ایمنی معدنچیان مورد استفاده قرار گرفت، تهویه است. تهویه حیاتی‌ترین بخش در عملیات معدن است، زیرا اطمینان از تمیز، ایمن و قابل تنفس‌بودن هوای معدن برای کارگران ضروری است. فعالیت‌های معدنی مقدار قابل‌توجهی گرما، گرد و غبار و گازهای سمی تولید می‌کنند که در صورت عدم تهویه مناسب می‌تواند برای کارکنان مضر باشد. معادن امروزی از دو نوع تهویه طبیعی و مکانیکی استفاده می‌کنند؛ تهویه طبیعی که متکی بر جریان هوای طبیعی و خودکار ناشی از اختلاف فشار برای ورود هوای تازه و خروج هوای کهنه است، برای معادن کوچک یا مناطق با سطح پایین گاز و گرد و غبار و سطحی‌تر کاربرد دارد.
این نوع تهویه که نیازی به تجهیزات پیچیده ندارد، هزینه نصب و نگهداری پایینی داشته و انرژی کمی مصرف می‌کند. از سوی دیگر، تهویه مکانیکی با استفاده از فن‌ها، کانال‌ها و تجهیزات مکانیکی، به ایجاد جریان هوای کنترل‌شده کمک می‌کند و برای معادن بزرگ یا مناطق با سطح بالای گاز و گرد و غبار کاربرد دارد.
این فناوری پیچیده، پرهزینه و پرمصرف، با استفاده از نرم‌افزارهای هوشمند، امکان کنترل دقیق و مداوم کیفیت هوا و تهویه مناطق دورافتاده یا پیچیده در معدن را فراهم آورده و می‌تواند خطرات گازها و ذرات مضر را به سرعت کاهش دهد. معدن «کید» در کانادا و «کیرونا» در سوئد بهترین سیستم‌های تهویه در معدن را اجرا کرده‌اند.
حسگرهای متان
حدود ۶۰ درصد از زغال‌سنگ در سراسر جهان از معادن زیرزمینی استخراج می‌شود و درنتیجه معدنچیان در فضاهای محدود و چاه‌های عمیق کار می‌کنند. یکی از مشکلات اصلی، آزاد شدن متان به عنوان بخشی از گاز معدن به همراه نیتروژن، دی‌اکسیدکربن و اکسیژن است. هرچه ارزش انرژی زغال‌سنگ بیشتر و لایه آن عمیق‌تر باشد، متان بیشتری تولید می‌شود. مونوکسیدکربن نیز ممکن است در عملیات انفجار به مقدار زیادی تولید شود. همه اینها می‌تواند باعث خطر آتش‌سوزی و انفجار واقعی شود. امروزه در بسیاری از معادن دنیا از حسگرهای کاتالیزوری، فروسرخ و حتی آشکارسازهایی استفاده می‌شود که به لباس معدنچیان متصل شده تا درصورت وجود میزان غیراستاندارد متان، با ایجاد آژیر یا چشمک، معدنچیان را مطلع کرده تا در صورت لزوم معدن تخلیه شود.
بر اساس مقررات جهانی، در تمام معادن زغال‌سنگ از این حسگرها استفاده می‌شود مثلا در استرالیا، طبق قانون ایمنی و بهداشت معادن زغال سنگ از سال ۱۹۹۹، استفاده از این حسگرها اجباری است.
سیستم موقعیت‌یابی آنی (RTLS)
این فناوری با استفاده از برچسب‌های فرستنده و سیگنال‌های ارتباطی مانند بلوتوث، وای‌فای یا فرا پهن باند، موقعیت افراد و تجهیزات را در محیط‌های بسته مانند معادن زیرزمینی که GPS در آنها کارآیی ندارد، ردیابی می‌کند.
در این فناوری از حسگرهای ثابتی استفاده می‌شود که موقعیت برچسب‌های متحرک را محاسبه می‌کنند. این سامانه ضمن ردیابی لحظه‌ای کارکنان، ماشین‌آلات و موجودی انبار، قابلیت بهینه‌سازی عملیات و بهبود مدیریت فرآیندها را داشته و می‌تواند با نظارت سریع برحوادث و واکنش اضطراری، ایمنی را افزایش داده و در مقایسه با سایر روش‌های ارتباطی دقت بالاتری از خود نشان دهد.
گفتنی است این فناوری پیشرفته هزینه پیاده‌سازی بالایی دارد و ممکن است به دلیل ردیابی دقیق موقعیت، حریم خصوصی کارکنان را نیز به‌خطر بیندازد. این سامانه برای بهبود عملکرد به زیرساخت اضافی نیاز دارد در صورت ضعف اتصال بی‌سیم، ممکن است سیگنال‌ها را به خوبی پوشش ندهد. این راه‌حل در «لس پلامبرز»؛ هفتمین معدن مس بزرگ جهان، واقع در سالامانکای شیلی، استفاده می‌شود.
فناوری شناسایی فرکانس رادیویی RFID
فناوری شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) در معادن کاربردهای متنوعی دارد، از نظارت بر ایمنی کارکنان تا مدیریت دارایی‌ها و کنترل دسترسی به سایت. این سیستم شامل سه جزء اصلی است: یک فرستنده رادیویی کوچک، گیرنده و فرستنده. برچسب‌های RFID با دریافت پالس الکترومغناطیسی از دستگاه خواننده، اطلاعات دیجیتالی مانند شناسه فردی یا شماره دارایی را ارسال می‌کنند.
این فناوری مزایای قابل‌توجهی دارد از جمله راه‌اندازی مقرون‌به‌صرفه با مصرف انرژی کم، امکان پوشش‌دهی تا ۳۰۰ متر و نیاز حداقلی به زیرساخت‌های اضافی در معادن زیرزمینی. از این ابزار می‌توان برای هماهنگی عملیات نجات در شرایط اضطراری، شناسایی پناهگاه‌ها و تجهیزات نجات، مدیریت ایمن مواد منفجره و اطمینان از تخلیه کارکنان قبل از انفجار و در نهایت بهینه‌سازی پاکسازی محل پس از انفجار استفاده کرد. این فناوری با ارائه راهکارهای هوشمند، ایمنی و کارآیی عملیات معدنی را به‌طور چشمگیری بهبود می‌بخشد. شرکت LKAB – بزرگ‌ترین تولیدکننده سنگ‌آهن جهان- از این فناوری در معادن سوئدی «کیرونا» و «مالمبرگت» و عملیات روباز در «اسواپاوارا» استفاده می‌کند.
رادار GPR
رادار (GPR) با استفاده از امواج مایکروویو (۱۰ مگاهرتز تا ۲.۶ گیگاهرتز)، تصاویر با وضوح بالا از زیرسطح ارائه می‌دهد. این سیستم با ارسال پالس‌های الکترومغناطیسی و تحلیل بازتاب‌ها، ساختارهای زیرزمینی را بررسی می‌کند و جایگزین روش‌های سنتی حفاری شده است. تشخیص چالش‌های زمین‌شناسی مانند تَرَک‌ها، ناپایداری سنگ‌ها و منابع آب زیرزمینی، پشتیبانی از بازرسی تونل‌ها، شناسایی میلگردها، حفره‌ها و شکستگی‌ها و افزایش ایمنی معادن با تصویربرداری بلادرنگ و دقیق از جمله قابلیت‌های این سیستم است. اما اجرای آن کاملا خودکار نیست بلکه به یک اپراتور متخصص در حوزه زمین‌شناسی و ژئوفیزیک نیاز دارد. همچنین استفاده از آن در مناطق با رسانایی بالا شامل محدودیت‌هایی است و دقت آن در ساختارهای پیچیده زمین‌شناسی کاهش می‌یابد. گفتنی است این فناوری با وجود برخی محدودیت‌ها، ابزاری موثر برای کاهش خطرات و بهبود اکتشافات زیرسطحی است.
مجریان این فناوری معدن «هیمالیا پگماتیت» در کالیفرنیا و همچنین معدن زغال‌سنگ «ال کِرِئُون» در کلمبیا هستند که GPR مبتنی بر پهپاد را در سایت خود مستقر کرده است.
اتوماسیون
اتوماسیون در معدن فرآیندی است که با جایگزینی فناوری به جای نیروی انسانی، ایمنی عملیات را افزایش و خطر آسیب‌های ناشی از محیط‌های کاری سخت را کاهش می‌دهد. اتوماسیون در معادن به دو شکل ماشین‌آلات کنترل از راه دور ساده و پیشرفته انجام می‌شود. ماشین‌آلات کنترل از راه دور ساده کم‌هزینه‌ترین روش، اما با محدودیت عملکرد هستند و باید اپراتور به منطقه موردنظر دید مستقیم داشته‌باشد چراکه شرایط کم نور یا وجود گرد و غبار در سایت، دقت سامانه را به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد. این درحالی است که تجهیزات کنترل از راه دور پیشرفته با امکان کنترل از محیطی امن‌تر با استفاده از دوربین‌ها و حسگرها، دقت بالاتری را ارائه می‌دهند اما همچنان به کنترل دستی نیاز است. از این سیستم می‌توان برای بیل‌مکانیکی، بولدوزر، کامیون‌های حمل بار (ADT) و دیگر ماشین‌آلات استفاده کرد.
کاهش حضور نیروی انسانی در مناطق پرخطر و در نتیجه افزایش ایمنی کارگران و رانندگان از مزیت‌های بهره‌مندی از این اتوماسیون است. البته اگرچه در بلندمدت، اتوماسیون می‌تواند بهره‌وری را بهبود بخشیده و هزینه‌های عملیاتی را کاهش دهد اما چالش‌هایی مانند هزینه‌های اولیه و بیکاری نیروی کار را نیز به‌همراه دارد. این راهکار تا حدودی در بسیاری از معادن به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما معدن طلای «سایاما»، واقع در مالی، به نخستین معدن طلای تمام‌خودکار در جهان تبدیل شد.
پهپادها
این فناوری با استفاده از دید پرنده برای نظارت منظم بر محیط اطراف، در معادن روباز رایج‌تر است. با افزودن نرم‌افزارهای مختلف و پلت‌فرم‌های تحلیلی، می‌توان عکس‌های با وضوح بالا را به مدل‌های دیجیتالی زمین بسیار دقیق برای بازرسی‌های دقیق‌تر در یک محیط سه‌بعدی منتقل کرد. قرار دادن چندین نقطه کنترل زمینی موقت (TGCP) و حفظ دقت دوربین پهپاد تا تقریبا ۵ سانتی‌متر امکان‌پذیر است.
پهپادها که قابلیت تهیه نقشه‌های دقیق دو بعدی و سه بعدی را دارند، امکان بازرسی بر تجهیزات سازه‌ها و زیرساخت‌های معدنی را نیز فراهم می‌آورند؛ قابلیتی که با شناسایی خطرات ایمنی از وقوع حوادث جلوگیری می‌کند. پهپادهای حرارتی نیز می‌توانند با تشخیص گرما، تجهیزات بیش از حد گرم را شناسایی و از بروز آتش‌سوزی احتمالی جلوگیری کنند. البته مانند هر فناوری دیگری پهپادها نیز با چالش مواجهند؛ پهپادها از نظر عمر باتری و برد محدودند که می‌تواند کاربرد آنها را در عملیات معدن کاهش دهد. همچنین، ممکن است نتوان در همه شرایط آب‌وهوایی و نزدیک به مناطق محدود یا حساس مانند فرودگاه‌ها یا مناطق نظامی از آنها استفاده کرد. امروزه شاهد استفاده گسترده از پهپادها در عملیات معدنکاری هستیم و «کمپمنتو مینرو» در بولیوی یکی از آنهاست.
شبیه‌سازهای محل کار
شبیه‌سازهای معدن به گونه‌ای طراحی شده‌اند که آموزش موثری را برای اپراتورهای ماشین‌آلات در سناریوهای پیچیده و خطرناک در یک محیط کاملا ایمن فراهم کنند. این فناوری با یک هدست واقعیت مجازی، به کاربران کمک می‌کند وارد محل کار مجازی شده و بتوانند به درک بهتر از شرایط کاری آینده خود، تجهیزاتی که مسوول آنها خواهند بود و هرگونه سناریوی بالقوه‌ای که ممکن است در زندگی واقعی رخ دهد، برسند.
مثلا می‌توان شبیه‌سازهای خاکبرداری را برای آموزش اپراتورهای بولدوزرها، بیل‌های مکانیکی و لودرها، شبیه‌سازهای مته برای دکل‌های حفاری و تجهیزات مته‌های دوار و شبیه‌سازهای کامیون‌های حمل و نقل برای رانندگان این ماشین‌های عظیم، متمایز کرد. این فناوری با ایجاد تجربه‌های واقع‌گرایانه، سطح ایمنی را ارتقا می‌دهد. کاهش هزینه‌های آموزشی و خسارات تجهیزات، جلوگیری از خطاهای انسانی، بهبود واکنش کارکنان در شرایط بحرانی و بازآموزی نیروهای باتجربه از جمله مزایای این شبیه‌سازهاست. یکی از بزرگ‌ترین کاربران این فناوری، شرکت معدنی «ریو تینتو» با معادنی در غرب استرالیا، آمریکای‌شمالی و آفریقا است.