Study on Prevention and Control of Instability Disasters at Mining Faces with Hard Roof and High-gas Soft Coal Seams

पृथ्वी की गहराइयों में, जहाँ चट्टानों की परतों के नीचे कोयले की परतें छिपी होती हैं, खनिक भूविज्ञान की शक्तियों के विरुद्ध एक निरंतर, मौन संघर्ष का सामना करते हैं। दो विशिष्ट स्थितियाँ इस भूमिगत कार्य को विशेष रूप से खतरनाक बनाती हैं: एक ऐसी छत जो अत्यंत कठोर चट्टान से बनी है जो टूटने से इनकार करती है, और ऐसा कोयला जो इतना नरम है कि आसानी से बिखर जाता है और उच्च दबाव वाली गैस को थामे रहता है। जब छत कठोर होती है, तो यह एक सख्त, अडिग बीम की तरह कार्य करती है जो टूटने से पहले लंबी दूरियों तक फैली रहती है। जब यह टूटती है, तो यह एक विशाल, अचानक झटका (शॉकवेव) छोड़ती है जो नीचे की कोयला दीवार को दबा देती है। साथ ही, नरम कोयले के भीतर फंसी गैस एक अदृश्य प्रेशर कुकर की तरह कार्य करती है, जो कोयले की आंतरिक संरचना को कमजोर करती है और तनाव के तहत इसके विफल होने की संभावना को बहुत बढ़ा देती है। यदि ये दोनों बल—छत का भारी, अचानक प्रभाव और गैस का कमजोर करने वाला दबाव—एक साथ होते हैं, तो इसका परिणाम कोयला दीवार का हिंसक पतन होता है, जिसे 'रिब स्पॉलिंग' (rib spalling) कहा जाता है, जो श्रमिकों को खतरे में डालता है और उत्पादन को रोक देता है।

चीन के चोंगकिंग रिसर्च इंस्टीट्यूट के शोधकर्ताओं ने शियान (Shaanxi) प्रांत के एक कोयला खदान में इस विशिष्ट समस्या को हल करने के लिए प्रयास किया। उन्होंने एक ऐसे माइनिंग फेस (खनन क्षेत्र) पर ध्यान केंद्रित किया जहाँ कोयला अत्यंत नरम था और छत कठोर बलुआ पत्थर (sandstone) की एक मोटी परत थी। फील्ड अवलोकनों, कंप्यूटर सिमुलेशन और प्रयोगशाला परीक्षणों को मिलाकर, उन्होंने इस बात का पता लगाया कि ये दोनों खतरे मिलकर आपदाओं का कारण कैसे बनते हैं। उनके अध्ययन से पता चला कि दीवार के ढहने की आवृत्ति यादृच्छिक (random) नहीं थी; जब भी कठोर छत अपने प्राकृतिक चक्र में टूटती थी, तो यह नाटकीय रूप से बढ़ जाती थी, और खतरा उन क्षेत्रों में और भी अधिक था जहाँ गैस का दबाव उच्च बना रहता था। अध्ययन ने दिखाया कि अकेले गैस का दबाव भी कोयले की मजबूती को लगभग आधा कम कर सकता है, जिसका अर्थ है कि एक छत का पतन जो शुष्क स्थितियों में प्रबंधनीय हो सकता है, उच्च-दबाव वाली गैस से संतृप्त कोयले के साथ विनाशकारी बन जाता है।

अपने सिद्धांतों का परीक्षण करने के लिए, टीम ने पहले कठोर छत के व्यवहार को देखा। चट्टान के टूटने के तरीके का अनुकरण करने वाले एक कंप्यूटर मॉडल का उपयोग करते हुए, उन्होंने पुष्टि की कि हस्तक्षेप के बिना, छत पहली बार टूटने से पहले 60 मीटर से अधिक की दूरी तक फैली रहेगी, और फिर लगभग हर 26 मीटर पर फिर से टूटेगी। इन विस्तृत अंतराल का अर्थ था कि जब छत अंततः हार मान लेती थी, तो वह जबरदस्त बल के साथ टूटती थी, जिससे एक बड़ा, अस्थिर क्षेत्र बनता था। शोधकर्ताओं ने प्रयोगशाला में कोयले के नमूनों पर भौतिक परीक्षण भी किए, जिसमें उन्हें गैस के विभिन्न स्तरों के दबाव के अधीन रखा गया। उन्होंने पाया कि जैसे-जैसे गैस का दबाव बढ़ा, कोयला काफी कमजोर और भंगुर हो गया, जिससे इसकी भार सहने की क्षमता लगभग आधी रह गई। इसने पुष्टि की कि गैस केवल एक अलग खतरा नहीं थी, बल्कि एक महत्वपूर्ण कारक थी जिसने छत के विरुद्ध टिके रहने की कोयले की क्षमता को कम कर दिया था।

इस समझ से लैस होकर, टीम ने इन ढलानों को रोकने के लिए एक दो-चरणीय रणनीति विकसित की। सबसे पहले, कठोर छत से निपटने के लिए, उन्होंने 'डीप-होल प्री-स्प्लिटिंग ब्लास्टिंग' नामक तकनीक लागू की। छत को स्वाभाविक रूप से एक विस्तृत दूरी तक टूटने का इंतजार करने के बजाय, उन्होंने छत की चट्टान में गहरे छेद किए और नियंत्रित विस्फोटों का उपयोग करके जानबूझकर छोटे-छोटे फ्रैक्चर बनाए। इस हस्तक्षेप ने छत को बहुत पहले टूटने के लिए मजबूर किया, जिससे छत के फैलने की दूरी 60 मीटर से घटकर केवल 20 मीटर रह गई, और टूटने का नियमित चक्र 26 मीटर से घटकर लगभग 13 मीटर हो गया। छत को छोटे, अधिक प्रबंधनीय टुकड़ों में तोड़कर, उन्होंने उस विशाल ऊर्जा के संचय को रोका जो आमतौर पर हिंसक ढहने का कारण बनती है।

दूसी, गैस और नरम कोयले को संबोधित करने के लिए, उन्होंने कोयले की परत के नीचे सुरंगों में 'हाइड्रोलिक रीमिंग' (hydraulic reaming) की विधि का उपयोग किया। इस प्रक्रिया में छेद करना और फिर उच्च दबाव वाले पानी से उन्हें फैलाना शामिल था ताकि आसपास के नरम कोयले को कुचला जा सके और एक बड़ा, खुला गड्ढा बनाया जा सके। इस क्रिया ने कोयले की पारगम्यता (permeability) को नाटकीय रूप से बढ़ा दिया, जिससे फंसी हुई गैस बहुत आसानी से और तेजी से बाहर निकल सकी। परिणाम स्वरूप, कोयले में शेष गैस के दबाव में उल्लेखनीय गिरावट आई, जिससे यह सुरक्षित, निम्न स्तर पर आ गया। इसने न केवल गैस से संबंधित विस्फोटों के जोखिम को कम किया, बल्कि कोयले की कुछ प्राकृतिक मजबूती को भी बहाल किया, जिससे यह छत से आने वाले दबाव का सामना करने में बेहतर सक्षम हुआ।

जब टीम ने एक नए माइनिंग फेस पर इन दोनों विधियों को एक साथ लागू किया, तो परिणाम आश्चर्यजनक थे। छत के प्रभाव को कमजोर करने और गैस दबाव को हटाकर कोयले को मजबूत करने के संयोजन ने दीवार के ढहने की घटनाओं को काफी कम कर दिया। उपचारित क्षेत्र में, सामान्य खनन अवधि के दौरान अस्थिरता की घटनाओं की आवृत्ति लगभग शून्य हो गई और जब छत टूट रही थी तब भी यह बहुत कम रही। हाइड्रोलिक सपोर्ट्स (छत को थामने वाले उपकरण), जो छत को थामे रखते हैं, ने पहले की तुलना में बहुत कम दबाव का अनुभव किया, जो यह दर्शाता है कि खतरनाक ऊर्जा को सफलतापूर्वक नष्ट कर दिया गया था। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि छत और गैस दोनों पर एक साथ प्रहार करके, एक अत्यधिक अस्थिर और खतरनाक खनन वातावरण को एक सुरक्षित और प्रबंधनीय वातावरण में बदलना संभव है, जो समान भूगर्भीय चुनौतियों का सामना कर रहे अन्य खदानों के लिए एक विश्वसनीय समाधान प्रदान करता है।