ساخت و ساز زیرزمینی همچنان، و احتمالا برای همیشه، به تجهیزات پنوماتیک و هوای فشرده وابسته است. چرا؟ با وجود بازده پایین هوای فشرده معادن و تونلها از ابزارهای قدرت گرفته با آن کار میکنند و از ایمنی، دوام و انعطافپذیری آن بهره میبرند. پس شاید باید برای هوای فشرده تفسیر جدیدی از کارآمدی و بهرهوری مطابق با محدودیتهای زیر زمین تعریف کرده و در آن حوزه، مدال قهرمانی اهدا کنیم.
در زیر زمین اگر به دنبال ساخت و ساز باشید تجهیزات کمی را پیدا خواهید کرد که به اندازهی تجهیزات بادی یا پنوماتیک محبوب باشند. از حفر تونل در کوه تا شافتهایی عمقی به صدها متر پایینتر، نقش کلیدی همچنان بر دوش کمپرسور اسکرو، ماشین آلات پنوماتیک و نیروی هوای فشرده است. هیدرولیک و برق رقابت میکنند، اما ضعفهای جدی دارند.
مهار آبهای زیرزمینی
اساسیترین چالش کار در زیر زمین مدیریت آبهای زیرزمینی است. اگر تونل زیر سطح آبخوان حفاری شود هجوم آب حفاری را با خطرات و احتمالا عدم امکان پیشروی مواجه خواهد کرد. هوای فشرده چه راه حلی ارائه میدهد؟
تصور کنید صدها متر زیر زمین سنگ را سوراخ میکنید، بتن را تخریب کرده و تجهیزات قدرتمند حفاری را به کار میگیرید. محیط چطور است؟
- مرطوب و پر از آب
- پر از گرد و غبار
- دسترسی دشوار
- فضای محدود و تنگ
- نیازمند تهویه دائمی
- خطر گازها و انفجار
تونل با شافت آببندی شده و با هوا تحت فشار قرار میگیرد تا فشار آب زیرزمینی را در جبههی کار متعادل کند. اگر فشار هوا برابر یا بیشتر از فشار آب باشد جریان آب متوقف شده و جبههی کار پایدار میماند. ۱۵۰ سال است که پروژههای بزرگی در سطح جهان با این روش آب را مهار کرده و به پیش رانده اند: تونلهای کلاید در گلاسکو و تونل دارتفورد زیر رودخانهی تیمز لندن از آن جمله است.
در روش پنوماتیک کیسون با استفاده از هوای فشرده محفظهی کاری خشک در کف شفت ایجاد میشود. این روش به ویژه در مناطق شهری مانند سنگاپور و شانگهای برای ساخت و سازهای زیرزمینی که در خاکهای دشواری قرار داشته و روشهای متعارف جواب نمیدهد به کار گرفته میشود. روش کیسون در چنین شرایطی بسیار کارآمد است. کارایی روش پنوماتیکی کیسون در خاکهای نرم آن را به روش استاندارد ساخت و ساز، به ویژه در مناطقی چون ژاپن تبدیل کرده و طی دههها به طور پیوسته بهینهسازی شده است.
چه مزایایی کمپرسور هوا را برای ابزارهای زیرزمینی ایدهآل ساخته؟
مسئله تنها تثبیت محیط کاری زیر زمین و مهار آبهای زیرزمینی نیست، کمپرسور هوا و هوای فشردهی تولیدی آن بسیاری از تجهیزات مورد استفاده در تونلها و معادن را تامین نیرو میکند. ابزارهای پنوماتیکی مختلفی از جمله راک دریلز یا متههای سنگتراش و بستکوبهای نوار نقاله با هوای فشرده کار میکنند.
مته پنوماتیک پایهدار که دریل جکلگ هم نامیده میشود از ابزار اصلی تونلزنی و معدنکاری است. این ابزار سبک و در عین حال قدرتمند با هوای فشرده کار میکند و مکانیسم پیستونی آن ضربات پی در پی مته را به صخره وارد میکند. از مزایای اصلی تجهیزات پنوماتیکی امکان کار در فضاهای تنگ است و این دریل مخصوص با پایهی تلسکوپی برای جاگیری در فضاهای تنگ عالی است. هوای فشرده در این امور برادههای حفاری را نیز با فشار هوا تخلیه میکند و در نتیجه نه فقط برادهها خارج میشوند، بلکه کارایی و عمر مته نیز افزایش می یابد. این متهها برای شرایط دشوار و کار روی متریال سخت ساخته شده اند اما طراحی سادهای داشته و سخت خراب میشوند.
مثالهای جهانی بکارگیری هوای فشرده و مزایای آن بیشمار است. معدن زغالسنگی در استرالیا با جایگزین کردن چکشهای دستی با پرچکوب پنوماتیکی زمان نصب را از سه و نیم روز به ۹ ساعت کاهش داد و ۲۰ نوار نقاله را نصب کردند. فشار فیزیکی کمتر، بهبود بهرهوری، کاهش خطرات آسیب به دست و چشم از جمله مزایای بکارگیری هوای فشرده در چنین کاربردی است. اینجا با بهبود بهرهوری مواجیهم، همان اتهام همیشگی که به هوای فشرده و تجهیزات پنوماتیکی وارد میشود. در کار با این ابزار باید موقعیت را در نظر گرفت و فرمول بهرهوری را از دو دو تا چهارتای سادهی هدررفت انرژی و تولید گرما فراتر برد. در معادن مشابه متهی پنوماتیکی ریلی نیروی کار مورد نیاز را کاهش میدهد.
کمپرسور دیزلی اسکرو را میتوان در نقطهای از پروژه مستقر کرد، هوای فشرده را با کمک لولهکشی، کالکتور و شیلنگها به ابزار مختلفی از جمله دریل، چکشها، سنگ ساب، برش و تجهیزات حفاری رساند.
بسیاری از همکاران در کارخانجات تولیدی با لولهکشی نامناسب، اتصالات ۹۰ درجه و لولههای باریک، کمر فشار هوا را میشکنند و بعضا هوای فشردهی خود را آلوده میسازند که نتیجه در محصول نهایی دیده می شود. در حفاریها و معادن نیز استفاده از لوله سفید یا گالوانیزه توصیه نمیشود. بهتر است حتی اگر شیر خروجی کمپرسور اسکرو دیزل ۲ اینچی است، لوله کشی لوله سیاه (لوله فولادی فاقد روکش روی) ۴ اینچی انجام شود و اتصالات ۹۰ درجه با اتصالات ۴۵ درجه جایگزین شود. در خروجی کمپرسور باد صنعتی یک تبدیل ۲ به ۴ اینچی و در محل مصرف نیز یک کالکتور قرار داده می شود تا توزیع هوای فشرده به ابزار و ماشین آلات به شکل مطلوب صورت پذیرد.
جابجایی مواد
از شافت حفاری به عنوان خط لولهی انتقال هوا استفاده کرده و نیروی باد پنوماتیکی به صورت مستقیم خردههای حفاری را به سطح زمین منتقل میکند. همان شافت با کمک هوای فشرده مواد مورد نیاز را به پایین هدایت میکند. شافت حفاری را میتوان برای سادهسازی لجستیکی به مجرایی دوطرفه تبدیل کرد.
تضمین کیفی و کمی زیرساخت پنوماتیکی
نکته جالب مزیت ناخواستهی کمپرسور و هوای فشرده است. کمپرسور دیزلی روغنی در هوای خروجی مقدار اندکی روغن نیز دارد. اگر در مصارف پزشکی و حساس این روغن شدیدا ممنوع است، در کارگاههای زیرزمینی نعمتی برای تجهیزات حفاری است. برخی از این ابزارآلات بادی اصطلاحا روغنخور هستند و با همان روغن موجود در هوای فشرده روانکاری خود را نیز انجام میدهند.
مدیریت دقیق فشار کاری، حجم هوای تولیدی و کیفیت هوا از ضروریات کیفی و کمی پشتیبانی زیرساخت هوای فشرده است تا اطمینان کار در زیر زمین تامین شود. خشککن تبریدی یا جذبی رطوبت را حذف میکنند تا از انجماد و اختلال در عملکرد ابزار در شرایط سرد و مرطوب تونل جلوگیری شود.
مدیریت نشتی هوای فشرده و نگهداری صحیح و تعویض فیلترها نیز مدنظر قرار گیرد.
محدودیتهای سیستمهای پنوماتیکی چیست؟
این تجهیزات بی نقص نیستند. ابزارهای پنوماتیکی سنتی سروصدای زیادی دارند و نیاز به حفاظت شنوایی اپراتور احساس میشود. بازده انرژی پایین کمپرسور و سیستم هوای فشرده که بر کسی پوشیده نیست و محصولات جانبی آن نیز باید مدیریت شود.
جایگزینی سیستمهای الکتروهیدرولیکی؟
در برخی عملیات سیستمهای الکتروهیدرولیکی جای تجهیزات پنوماتیکی را گرفته اند. مته هیدرولیکی ۵۰ درصد سریعتر از مشابه پنوماتیکی کار میکند، صدای کمتری داشته و انرژی با راندمان بهتری مصرف میکند. اما در فضای آلوده، باز هم تجهیزات پنوماتیکی بر هیدرولیکی برتری داشته و تا ۱۵ میکرون را تحمل میکند. این سطح تحمل برای ماشینآلات هیدرولیکی در سطح ۳ میکرون قفل میشود. ابزار بادی برای امور ضربهای و سنگین سادهتر، محکمتر و قطعا ارزانتر هستند.
