Development and performance evaluation of an in-situ temperature- and pressure-preserving corer for acquiring true in-situ parameters in deep mines
यह शोध पत्र एक डीप-माइन इन-सीटू टेम्परेचर-एंड-प्रेशर-प्रिजर्विंग कोरर (DM-ITPC) के विकास और व्यापक मूल्यांकन को प्रस्तुत करता है, जो फ्लूइडाइज्ड माइनिंग अनुप्रयोगों के तहत उच्च-दबाव और उच्च-तापमान की स्थितियों में वास्तविक इन-सीटू कोर मापदंडों को प्राप्त करने और बनाए रखने के लिए हाइड्रोलिक लिफ्टिंग, सेल्फ-ट्रिगरिंग सीलिंग और एक्टिव-पैसिव थर्मल कंट्रोल को सफलतापूर्वक एकीकृत करता है।
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गहराई में, जहाँ पृथ्वी गर्म है और चट्टानें अत्यधिक भार से दबी हुई हैं, वहाँ एक ऐसा रहस्य छिपा है जिसे वर्तमान खनन तकनीक पूरी तरह से उजागर नहीं कर सकती। दो किलोमीटर या उससे अधिक की गहराई से कोयला सुरक्षित और कुशलतापूर्वक निकालने के लिए, इंजीनियरों को वहाँ मौजूद चट्टान और फंसे हुए तरल पदार्थों की वास्तविक प्रकृति को समझने की आवश्यकता है। समस्या यह है कि जब चट्टान का नमूना सतह पर लाया जाता है, तो वह बदल जाता है। जैसे-जैसे यह ऊपर उठता है, दबाव कम होता जाता है और तापमान गिरता जाता है, जिससे चट्टान फैल जाती है, उसमें दरारें आ जाती हैं, या वह उन गैसों और तरल पदार्थों को खो देती है जो उसने गहराई में थाम रखे थे। इन परिवर्तित नमूनों से लिए गए माप गहरे गर्भ की वास्तविकता को नहीं दर्शाते हैं। एक नए प्रकार के खनन तंत्र का निर्माण करने के लिए, जो कोयले को सतह पर लाए बिना भूमिगत ही ऊर्जा में बदल दे, वैज्ञानिकों को पहले एक ऐसे उपकरण की आवश्यकता है जो नमूने को ठीक उसी तरह ऊपर ला सके जैसा वह अपने मूल, उच्च-दबाव और उच्च-तापमान वाले घर में था।
सिचुआन विश्वविद्यालय और जिन शी ड्रिल टेक कंपनी लिमिटेड के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या को हल करने के लिए डिज़ाइन किए गए एक विशेष उपकरण को विकसित किया है। उन्होंने एक उपकरण बनाया है जिसे 'डीप-माइन इन-सिटू टेम्परेचर-एंड-प्रेशर-प्रिजरविंग कोरर' (deep-mine in-situ temperature- and pressure-preserving corer) कहा जाता है। यह उपकरण चट्टान में ड्रिल करने, कोर का एक बेलनाकार हिस्सा पकड़ने और फिर इसे एक ऐसे चैंबर के भीतर सील करने के लिए बनाया गया है जो नमूने को उसी तापमान और दबाव पर बनाए रखता है जिसमें वह गहरे भूमिगत स्थान में था, जब तक कि वह सतह तक न पहुँच जाए। यह उपकरण 3.8 मीटर लंबा है और इसे 50 मिलीमीटर व्यास और 800 मिलीमीटर लंबी कोर नमूना रखने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसे गहरे खानों की चरम स्थितियों का सामना करने के लिए बनाया गया है, विशेष रूप से 30 मेगापास्कल तक के दबाव और 50 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान को बनाए रखने के लिए।
इस उपकरण का संचालन स्वयं ड्रिलिंग तरल (drilling fluid) द्वारा ट्रिगर की गई घटनाओं के एक चतुर क्रम पर निर्भर करता है। एक बार जब उपकरण अपना 800-मिलीमीटर का नमूना ड्रिल कर लेता है, तो एक स्टील की गेंद को ड्रिल पाइप के माध्यम से नीचे गिराया जाता है। यह गेंद उपकरण के भीतर एक विशिष्ट स्थान पर गिरती है, जो तरल के सामान्य प्रवाह को रोक देती है। यह अवरोध ड्रिलिंग तरल को एक अलग चैंबर में दबाव बनाने के लिए मजबूर करता है, जो एक हाइड्रोलिक पिस्टन की तरह कार्य करता है। यह बढ़ता हुआ दबाव एक केंद्रीय छड़ को ऊपर की ओर धकेलता है। जैसे ही यह छड़ चलती है, यह दो महत्वपूर्ण कार्यों को एक साथ पूरा करती है। पहला, यह कोर ट्यूब के चारों ओर लिप हुई एक हीटिंग प्रणाली को सक्रिय करती है ताकि नमूने को गर्म रखा जा सके, जो उस गर्मी की भरपाई करती है जो वह सतह की ठंडी हवा के कारण खो देता। दूसरा, यह कोर ट्यूब को ऊपर की ओर तब तक धकेलती है जब है जब तक कि वह सील के सेट से न टकरा जाए। नीचे, एक चुंबकीय वाल्व बंद होकर कोर को नीचे से सील कर देता है। ऊपर, रबर की सील दबकर चैंबर को ऊपर से बंद कर देती है। इससे चट्टान के नमूने के चारों ओर एक सीलबंद, दबावयुक्त वातावरण बन जाता है।
यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह सीलबंद चैंबर गहरे गर्भ के अत्यधिक दबाव में फट न जाए, शोधकर्ताओं ने इसकी दीवारों की मजबूती का विश्लेषण किया। उपकरण में मजबूत स्टील की परतों और उनके बीच एक विशेष इन्सुलेटिंग सामग्री की परतों वाला एक मिश्रित ढांचा उपयोग किया गया है। उन्होंने कंप्यूटर सिमुलेशन और गणितीय मॉडल का उपयोग यह गणना करने के लिए किया कि जब अंदर का दबाव 30 मेगापास्कल तक बढ़ जाता है और बाहर का दबाव सतह पर शून्य हो जाता है, तो इन परतों पर तनाव कैसे वितरित होगा। गणनाओं से पता चला कि स्टील की परतें तनाव को आसानी से संभाल लेंगी, क्योंकि धातु पर उच्चतम दबाव भी उसके टूटने के बिंदु से बहुत नीचे है। इन्सुलेटिंग परत, हालांकि बहुत कमजोर है, पाया गया कि उस पर तनाव बहुत कम है, जिसका अर्थ है कि डिज़ाइन सुरक्षित और काम के लिए पर्याप्त मजबूत है।
इसके बाद टीम ने प्रयोगशाला में उपकरण का परीक्षण किया। उन्होंने सीलबंद चैंबर को एक बड़े प्रेशर वेसल (दबाव पात्र) के अंदर रखा और इसे 50 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करते हुए अंदर के दबाव को 30 मेगापास्कल तक पहुँचाया। उन्होंने इन स्थितियों को चार घंटे तक बनाए रखा। पूरे परीक्षण के दौरान, आंतरिक तापमान और दबाव पूरी तरह से स्थिर रहा, और रिसाव या दबाव की हानि के कोई संकेत नहीं मिले। एक अलग परीक्षण में, उन्होंने सीमेंट जैसे पदार्थ से भरे 30 मीटर गहरे गड्ढे में वास्तविक ड्रिलिंग प्रक्रिया का अनुकरण किया। उपकरण ने सफलतापूर्वक नमूना ड्रिल किया, सीलिंग तंत्र को सक्रिय किया और कोर को सतह पर ऊपर लाया। जब उन्होंने बाद में सील की जाँच की, तो उपकरण बिना किसी रिसाव के दबाव बनाए रखने में सक्षम रहा। उन्होंने यह भी पुष्टि की कि हीटिंग सिस्टम चालू हुआ और बिजली मिलने पर इच्छित रूप से काम किया।
परिणाम पुष्टि करते हैं कि यह नया उपकरण गहरे भूमिगत स्थानों से चट्टान के नमूनों को उनके मूल स्वरूप में रखते हुए सफलतापूर्वक प्राप्त कर सकता है। गहरे गर्भ के वास्तविक तापमान और दबाव को बनाए रखकर, इस उपकरण द्वारा लाए गए नमूने वैज्ञानिकों को गहरे कोयले और चट्टान के वास्तविक गुणों को मापने की अनुमति देंगे। यह सटीक डेटा उन नई थ्योरी और तकनीकों को विकसित करने के लिए आवश्यक है जिनकी आवश्यकता उन गहराइयों से कोयला सुरक्षित और कुशलतापूर्वक निकालने के लिए है जिन्हें पहले बहुत खतरनाक या कठिन माना जाता था। सीलिंग, दबाव बनाए रखने और हीटिंग कार्यों का सफल परीक्षण यह सिद्ध करता है कि यह अवधारणा काम करती है, जो गहरे-गर्भ संसाधन निष्कर्षण के भविष्य के लिए एक महत्वपूर्ण आधार प्रदान करती है।
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