Rockburst proneness evaluation and borehole pressure relief technology for deep heterogeneous rock masses: A case study of Sanshandao Gold Mine
यह अध्ययन सान्शानडाओ गोल्ड माइन के गहरे विषम चट्टानी द्रव्यमानों के लिए रॉकबर्स्ट प्रोननेस (rockburst proneness) का मूल्यांकन करने और बोरहोल प्रेशर रिलीफ मापदंडों को अनुकूलित करने के लिए सैद्धांतिक मॉडलिंग, प्रयोगशाला परीक्षण और PFC2D सिमुलेशन को एकीकृत करता है, जो अंततः रॉकबर्स्ट खतरों को कम करने के लिए 0.10 मीटर बोरहोल व्यास को सबसे प्रभावी समाधान के रूप में पहचानता है।
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पृथ्वी की पपड़ी के नीचे, जहाँ अत्यधिक बल के साथ दबाव बना रहता है, खनन कार्यों को 'रॉकबर्स्ट' (rockburst) नामक एक छिपे हुए और हिंसक खतरे का सामना करना पड़ता है। यह कोई धीमी ढहने वाली प्रक्रिया नहीं है, बल्कि चट्टान में संचित ऊर्जा का एक अचानक, विस्फोटक विमोचन है, जो सुरंगों को चकनाचूर करने और श्रमिकों को खतरे में डालने में सक्षम है। यह खतरा गहरे खानों में सबसे अधिक होता है, जहाँ ऊपर की चट्टानों का भार अत्यधिक दबाव पैदा करता है। मामले को जटिल बनाने वाली बात यह है कि चट्टान स्वयं शायद ही कभी एकसमान होती है; यह विभिन्न खनिजों और दरारों का एक विषम मिश्रण है, जिससे एक स्थान से दूसरे स्थान तक इसकी मजबूती में भारी भिन्नता आती है। यह अनिश्चितता इंजीनियरों के लिए यह जानना कठिन बना देती है कि किसी विशिष्ट चट्टान के टुकड़े को विफल होने से पहले कितना दबाव सहने की क्षमता है, या आपदा का कारण बने बिना संचित ऊर्जा को सुरक्षित रूप से कैसे मुक्त किया जाए। इस छिपी हुई मजबूती को सटीक रूप से मापने और इस तनाव को प्रबंधित करने के तरीके के बिना, गहरे संसाधनों का खनन उच्च जोखिम वाला एक जुआ बन जाता है।
चीन के सानशानडाओ गोल्ड माइन (Sanshandao Gold Mine) के शोधकर्ताओं ने एक नया तरीका विकसित करके इस चुनौती का समाधान निकाला है जिससे चट्टान की मजबूती का पूर्वानुमान लगाया जा सके और खतरनाक दबाव को कम करने की एक परीक्षित विधि विकसित की जा सके। चट्टान के नमूने की मजबूती का अनुमान लगाने के बजाय, टीम ने पहले इसके घनत्व और इसके माध्यम से ध्वनि तरंगों के गुजरने की गति को मापा। उन्होंने इन आसानी से मापे जाने वाले गुणों और चट्टान की वास्तविक कुचलने वाली शक्ति (crushing strength) के बीच एक विश्वसनीय गणितीय संबंध की खोज की। इसने उन्हें प्रत्येक व्यक्तिगत चट्टान के नमूने के सटीक टूटने के बिंदु (breaking point) की गणना करने की अनुमति दी, बजाय इसके कि वे किसी औसत पर भरोसा करें जो कमजोर स्थानों के लिए बहुत अधिक हो सकता है या मजबूत स्थानों के लिए बहुत कम हो सकता है। इन सटीक भविष्यवाणियों के साथ, वे सुरक्षित रूप से नियंत्रित परीक्षण कर सके जहाँ उन्होंने चट्टान को विफलता की कगार तक लोड किया और फिर उसे अनलोड किया, जो खनन के दौरान होने वाले तनाव परिवर्तनों की नकल करता है। इन परीक्षणों से पता चला कि खान की गहरी चट्टान मध्यम से मजबूत रॉकबर्स्ट के प्रति संवेदनशील है, एक ऐसा निष्कर्ष जिसने आपदा को रोकने के लिए तत्काल कार्रवाई की मांग की।
इस जोखिम को प्रबंधित करने के लिए, टीम ने 'बोरहोल प्रेशर रिलीफ' (borehole pressure relief) नामक तकनीक का उपयोग किया, जिसमें तनाव को बाहर निकलने के लिए जगह बनाने हेतु चट्टान में छेद किए जाते हैं। हालाँकि, गलत आकार का छेद ड्रिल करने से या तो कुछ भी नहीं होगा या चट्टान को इतना कमजोर कर देगा कि वह सुरंग को सहारा देने में असमर्थ हो जाएगी। शोधकर्ताओं ने चट्टान की प्राकृतिक, असमान मजबूती को ध्यान में रखते हुए एक परिष्कृत कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया ताकि चार अलग-अलग छेद के व्यास (diameter) का परीक्षण किया जा सके, जो 5 सेंटीमीटर से 20 सेंटीमीटर तक थे। उन्होंने पाया कि सबसे छोटे छेदों ने पर्याप्त दबाव मुक्त नहीं किया, जबकि सबसे बड़े छेदों ने चट्टान को इतनी गंभीर क्षति पहुँचाई कि इसने सुरंग को थामे रखने की अपनी क्षमता खो दी। इसके लिए सबसे उपयुक्त आकार (sweet spot) 10 सेंटीमीटर व्यास का छेद था। इस विशिष्ट आकार ने तनाव राहत का एक ऐसा क्षेत्र बनाया जो चट्टान की संरचनात्मक अखंडता को नष्ट किए बिना पड़ोसी छेदों के साथ पूरी तरह से जुड़ गया, जिससे ऊर्जा मुक्त करने की आवश्यकता और सुरंग को स्थिर रखने की आवश्यकता के बीच प्रभावी संतुलन बना।
टीम ने इस कंप्यूटर-अनुकूलित डिज़ाइन को वास्तविक दुनिया में लागू किया, और एक परीक्षण मार्ग में एक मीटर की दूरी पर 10 सेंटीमीटर के छेद ड्रिल किए। उन्होंने ड्रिलिंग के एक सप्ताह बाद सुरंग को थामे रखने वाले सपोर्ट बोल्ट्स के तनाव की निगरानी की। परिणामों ने सिमुलेशन की पुष्टि की: बोल्ट्स पर बल लगातार और सुसंगत रूप से कम हुआ, जो यह दर्शाता है कि तनाव को सफलतापूर्वक सुरंग की दीवारों से दूर पुनर्निर्देशित किया जा रहा था। बोल्ट्स वापस नहीं उछले, जिससे पता चला कि दबाव राहत स्थायी और प्रभावी थी। यह अध्ययन गहरे खनन के लिए एक स्पष्ट, मात्रात्मक मार्ग प्रदान करता है, जो यह सिद्ध करता है कि प्रत्येक चट्टान के नमूने की अद्वितीय शक्ति को समझकर और राहत छेदों के सटीक आकार को चुनकर, इंजीनियर गहरे पृथ्वी की हिंसक ऊर्जा को सुरक्षित रूप से प्रबंधित कर सकते हैं।
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