The Survey of Sub-Level Caving in Underground Mines Using Geodetic Surveying Methods

في أعماق ما تحت سطح الأرض، حيث لا تصل أشعة الشمس أبداً وحيث يمكن أن يكون الهواء كثيفاً بالغبار أو الغازات الخطرة، يواجه عمال المناجم تحدياً مستمراً: معرفة شكل الأرض بدقة من حولهم. فمن أجل الحفر بأمان وكفاءة، يتعين عليهم رسم خرائط للأنفاق، والغرف المفتوحة حيث تمت إزالة الصخور، والجدران غير المستقرة التي قد تنهار. ولعقود من الزمن، اعتمدت عملية رسم الخرائط هذه على المساحين الذين يدخلون هذه المساحات المظلمة والخطرة باستخدام أدوات تقيس نقطة واحدة فقط في كل مرة. وبينما كانت هذه الطريقة ناجحة، إلا أنها كانت بطيئة، وتترك فجوات كبيرة في الصورة، وتجبر العمال البشريين على الوقوف في مناطق قد يكون فيها السقوط أو الانهيار الصخري مميتاً. وفي السنوات الأخيرة، قدمت التكنولوجيا طريقة جديدة للمضي قدماً، مستبدلة النهج البطيء القائم على النقطة تلو الأخرى بأدوات يمكنها التقاط ملايين النقاط في ثوانٍ، مما يخلق صورة ثلاثية الأبعاد كاملة للعالم تحت الأرض دون الحاجة لوجود إنسان بجوار الخطر مباشرة.

لقد وضع فريق من الباحثين في جامعة فرات في تركيا هدفاً لاختبار مدى كفاءة هذه الأدوات الحديثة في منجم حقيقي ونشط. وقد ركزوا على نوع محدد من التعدين يسمى "التعدين تحت المستوى" (sublevel caving)، وهي طريقة يُسمح فيها للصخور بالتكسر والسقوط في مساحة فارغة كبيرة بالأسفل. وتخلق هذه العملية مشهداً فوضوياً ومتغيراً يصعب قياسه بالأدوات التقليدية بشكل كبير. جرت الدراسة في منجم كروم تحت الأرض بالقرب من إيلازيغ، وهو موقع كان فيه مشغلو المنجم قد طوروا بالفعل عدة مستويات من الأنفاق. أراد الباحثون معرفة ما إذا كان بإمكانهم رسم خريطة لقسم خطير ومنهار من المنجم باستخدام ثلاث طرق مختلفة: الطريقة القديمة باستخدام جهاز "المحطة الشاملة" (total station)، وماسح ليزر محمول يحمله الشخص، وطائرة بدون طيار (درون) صغيرة تطير داخل النفق. لم يكن هدفهم مجرد معرفة ما إذا كانت الآلات الجديدة تعمل، بل أرادوا مقارنتها جنباً إلى جنب لفهم أي منها يوفر أفضل البيانات، والأهم من ذلك، أي منها يحافظ على سلامة العمال بشكل أكبر.

بدأ الفريق بإنشاء شبكة من النقاط المرجعية، وهي أساساً إنشاء شبكة ثابتة من الإحداثيات تسمح لهم بترجمة قياساتهم إلى خريطة معيارية. وباستخدام "المحطة الشملة" التقليدية، وهو جهاز يشبه جهاز "الثيودوليت" عالي التقنية ويستخدم الليزر لقياس المسافات والزوايا، قاموا برسم خرائط لجدران النفق. تطلبت هذه العملية وجود مساح داخل النفق، حيث يقوم بتجهيز الجهاز وقياس نقاط محددة على وجه الصخر. ولأن النفق كان مرتفعاً والأرضية غير مستوية، اضطروا إلى تثبيت النقاط على الجدران الجانبية واستخدام تقنية رياضية تسمى "الاستعادة" (resection) لتحديد الموقع الدقيق الذي يقف فيه الجهاز. هذه الطريقة، رغم موثوقيتها، تستغرق وقتاً طويلاً وتتطلب وجود المساح فعلياً في المنطقة المراد قياسها.

بعد ذلك، أحضر الباحثون ماسح ليزر محمول، وهو جهاز يشبه حقيبة ظهر صغيرة يعلوها مستشعر. سار مساح عبر النفق حاملاً هذه الوحدة، التي تطلق آلاف الأشنات الليزرية كل ثانية لبناء نموذج ثلاثي الأبعاد مفصل للمحيط. وللحصول على رؤية أفضل لمنطقة الانهيار، والتي كانت محجوبة جزئياً عن أرضية النفق، قام المشغل بتثبيت عمود تمديد بالماسح، ودفعه نحو المنطقة الخطرة. سمح لهم ذلك بالتقاط البيانات من مسافة أكثر أماناً من جهاز المحطة الشاملة، لكنهم ظلوا بحاجة للمشي مباشرة حتى حافة الأرض غير المستقرة. استغرقت الأداة حوالي أربع دقائق لمسح المنطقة، حيث التقطت سحابة كثيفة من النقاط التي يمكن تحويلها إلى خريطة رقمية.

أما النهج الثالث والأكثر تميزاً فقد تضمن طائرة بدون طيار تعمل تحت الأرض. لم تكن هذه الطائرة لعبة، بل كانت طائرة متخصلة ومتينة مصممة للطيران في البيئة الضيقة والمظلمة والفقيرة بالأكسجين غالباً داخل المنجم. كانت الطائرة مجهزة بماسح ليزر خاص بها ومستشعرات لتجنب الاصطدام من شأنها أن تمنعها من الارتطام بالجدران. وقف المشغل بعيداً بأمان عن منطقة الانهيار، يتحكم في الطائرة عبر وصلة راديو بينما يراقب بث فيديو مباشراً على الشاشة. وبمجرد نشر الطائرة في منطقة الانهيار، انقطع الاتصال البصري المباشر؛ ومع ذلك، حافظ المشغل على التحكم الكامل من خلال مراقبة موقع الطائرة في الوقت الفعلي عبر شاشة العرض. طارت الطائرة إلى المنطقة غير المستقرة، وهي مكان لا يجرؤ أي إنسان على دخوله، وجمعت البيانات لمدة سبع دقائق تقريباً. ولأن الطائرة يمكنها الطيران بحرية في ثلاثة أبعاد، لم تكن بحاجة إلى عمود تمديد وكان بإمكانها الرؤية حول الزوايا وفي الشقوق العميقة التي فاتتها الماسحة المحمولة.

وعندما قارن الباحثون النتائج، اتضحت الفروق. كان الماسح المحمول سريعاً وسهل الاستخدام، لكنه ترك فجوات كبيرة في البيانات. ولأن المشغل كان عليه الوقوف على الأرض والنظر للأعلى أو للخارج، ظلت أجزاء كبيرة من منطقة الระنهار في الظل، غير مرئية لأشعة الليزر. أما الطائرة بدون طيار، فقد التقطت صورة كاملة؛ حيث جمعت أكثر من ثلاثة ملايين نقطة بيانات، مغطيةً شبه كامل حجم الصخور المنهارة، في حين أن الماسح المحمول، حتى مع استخدام العمود، لم يتمكن من رؤية سوى حوالي سبعين بالمائة من المنطقة. إن قدرة الطائرة على الطيران في الفراغ تعني أنها استطاعت إعادة بناء الشكل الحقيقي للانهيار بمستوى من التفاصيل لا تستطيع الطرق الأخرى مضاهاته.

كانت هناك مقايضات بالطبع. فنظام الطائرة بدون طيار كان أكثر تعقيداً في الإعداد ويتطلب طياراً ماهراً لتشغيله. كما كان هناك خطر بأن تصطدم الطائرة، مما يعني فقدان معدات باهظة الثمن. أما الماسح المحمول فكان أبسط والبيانات التي ينتجها كانت أكثر دقة قليلاً من حيث موقعها بالنسبة لخريطة المنجم، لكنه لم يستطع رؤية كل شيء. أما جهاز المحطة الشاملة التقليدي، فرغم أنه الأكثر دقة من حيث تحويل الإحداثيات، إلا أنه كان الأبطأ والأكثر خطورة على المشغل البشري، لأنه يتطلب الوقوف في أقرب نقطة من الخطر.

خلصت الدراسة إلى أنه بينما تظل لكل من الطرق الثلاث مكانها، فإن الاختيار يعتمد على ما يحتاجه عمال المناجم. فإذا كان الهدف هو الحصول على فكرة سريعة وتقريبية للمساحة، فإن الماسح المحمول يعد أداة جيدة. ولكن إذا كانت الأولوية هي فهم الهندسة المعقدة والكاملة لانهيار خطير لتخطيط عمليات تعدين آمنة، فإن الطائرة بدون طيار هي الأفضل. فمن خلال الطيران في منطقة الخطر بينما يبقى المشغل على مسافة آمنة، ألغت الطائرة الحاجة لوجود إنسان هناك، مما وفر تحسناً هائلاً في السلامة. وجد الباحثون أن البيانات التي جمعتها الطائرة سمحت لهم بحساب الحجم الدقيق للمساحة الفارغة، وهو أمر بالغ الأهمية لتحديد كمية المواد اللازمة لملئها مجدداً بأمان. تساعد هذه المعلومات الدقيقة المهندسين على تصميم خطط حفر أفضل وتمنع فقدان الخام أو عدم استقرار المنجم. في نهاية المطاف، أظهرت الدراسة أن هذه التقنيات الجديدة ليست أسرع فحسب، بل إنها تغير طريقة إدارة المناجم من خلال وضع سلامة العمال أولاً مع توفير صورة أوضح وأكثر اكتمالاً للعالم تحت الأرض.