على عمق مئات الأمتار تحت الأرض في مدينة آنشان بمقاطعة لياونينغ، تعيد ثورة تكنولوجية صامتة كتابة تاريخ بناء قطاع التعدين في الصين.
في مواجهة مشاكل ذات مستوى عالمي مثل الأعمدة العميقة للغاية والجيولوجيا المعقدة، اعتمد منجم شيانشان للحديد – أكبر منجم حديد منفرد تحت الأرض في الصين – على آلتي حفر محليتين “Cornerstone” و”Steel Spine” ليس فقط للتغلب بنجاح على المناطق المقيدة تقنيًا، ولكن أيضًا لزيادة كفاءة البناء بمقدار 3 إلى 5 مرات مع تقليل مخاطر السلامة بشكل كبير.
ويمثل هذا الاختراق القفزة الرئيسية للصين من الريادة في مجال معدات هندسة الأرض العميقة.
يعد مشروع شيآنشان لخام الحديد مشروعًا وطنيًا كبيرًا لضمان الموارد المعدنية باستثمارات إجمالية قدرها 22.9 مليار يوان، واحتياطيات من الموارد المحتجزة تبلغ 1.3 مليار طن، ومصمم قدرة التعدين السنوية من 30 مليون طن من خام الحديد. ومن المخطط أن يتم الانتهاء منه وتشغيله بحلول نهاية عام 2027. ومع ذلك، فإن ظروفه الجيولوجية معقدة للغاية: يمتد خط الحفر لفترة طويلة، وهناك تحديات متعددة مثل المنحدرات الطولية الكبيرة، ومنعطفات نصف القطر الصغيرة، وتشابك مناطق كسر الصخور الصلبة والصخور الناعمة.
من الصعب إحراز تقدم في طريقة الحفر والتفجير التقليدية هنا.
إن “حجر الزاوية” المسؤول عن فتح قناة النقل الأفقية الرئيسية تحت الأرض هو أول آلة حفر محلية الصنع لحفر الصخور الصلبة TBM لأنفاق المناجم.
ويبلغ طول هذه المعدات 188 مترًا، ويبلغ قطر الحفر 7.03 مترًا، وتزن 1200 طن.
تم تطويره بشكل مشترك من قبل Anshan Iron and Steel Mining وChina ENFI ومكتب نفق السكك الحديدية الصيني ووحدات أخرى. لقد سدت الفجوة في بناء آلات حفر أنفاق الصخور الصلبة ذات القسم الكامل لمناجم الحديد المحلية تحت الأرض.
من حيث مقارنة الكفاءة، يمكن لطريقة التفجير التقليدية أن تحقق فقط 60 إلى 80 مترًا من اللقطات شهريًا، مما يتطلب أكثر من 40 شخصًا للعمل معًا؛ في حين يستطيع “حجر الزاوية” تحقيق ما بين 300 إلى 400 متر من اللقطات شهرياً، ويتطلب تشغيله 10 أشخاص فقط، وتتم زيادة الكفاءة بمقدار 4 إلى 5 مرات.
فيما يتعلق بتحسين السلامة، تقوم المعدات في نفس الوقت بشد جدار الكهف من خلال أحذية الدعم الرئيسية والمساعدة لمنع الصخور المحيطة من الانهيار، والتعامل بشكل فعال مع منطقة كسر الصخور الناعمة، وتقليل مخاطر السلامة بشكل كبير مثل الانهيارات الأرضية.
منذ إطلاقه في ديسمبر 2023، أكمل “حجر الزاوية” أعمال حفر منحدر إضافي بطول 5,420 مترًا.
تمت مواجهة مواقف خطيرة مثل التشويش على رأس القاطع أثناء عملية البناء، لكن الفريق قام بتصحيح الأخطاء والتعافي من خلال خطة “خطر واحد، استراتيجية واحدة”، والتي سلطت الضوء على استقرار المعدات في الجيولوجيا المعقدة.
إن “العمود الفقري الفولاذي”، المتخصص في الأعمدة الرأسية بعمق ألف متر، هو أول آلة حفر كاملة المقطع للصخور الصلبة بعمود بطول ألف متر في العالم.
بقيادة شركة السكك الحديدية للصناعات الثقيلة، وتم تطويرها بالتعاون مع 10 وحدات بما في ذلك جامعة العلوم والتكنولوجيا في بكين، أكملت مهمة حفر الأنفاق بطول 1004 أمتار وبنت أول عمود عمودي في العالم بعمق ألف متر تم إنشاؤه باستخدام طريقة آلة الحفر ذات المقطع الكامل.
قال المصمم دينغ تشانغفي في موقع البناء: “العمود هو حلق الأرض العميقة. إن طريقة الحفر والتفجير التقليدية بطيئة وخطيرة. إن “حفر بئر دون النزول” هو حلم أجيال من بناة الآبار”. تغلب الفريق الفني على ثلاث صعوبات أساسية: ابتكار تكوين رأس القطع، والاعتماد على مبدأ “شحذ القلم الرصاص”، وتغيير رأس القاطع من شكل V إلى شكل W، وتحسين زاوية ميل الموقد. لحل مشكلة فقدان معدات حفر الصخور الصلبة؛ يشير نظام تفريغ الخبث الذكي إلى مبدأ العجلة المائية العارضة ويطور نظام تفريغ الخبث العمودي، المجهز بجهاز استقبال الخبث الحلقي بزاوية 360 درجة، مع أقصى إنتاج للخبث يبلغ 120 مترًا مكعبًا في الساعة؛ تعتمد تقنية الدعم المعلق حل دعم الخرسانة المصبوب في المكان لتحقيق عدم التداخل بين الحفر والدعم، وتحويل العمليات تحت الأرض عالية المخاطر إلى بناء موحد.
وقد تم اختيار هذا الإنجاز كواحدة من أفضل عشر شركات مملوكة للدولة في عام 2025، وفاز بجائزة جنيف الدولية لبراءات الاختراع الذهبية.
لا تعتمد الإنجازات التكنولوجية على الأجهزة فحسب، بل تستفيد أيضًا من تمكين منصات الإدارة الذكية.
إن التقنيات مثل إنترنت الأشياء وذكاء الذكاء الاصطناعي والتوائم الرقمية مدمجة بعمق في عملية البناء بأكملها. يستخدم مركز القيادة الذكي أجهزة استشعار عالمية وأنظمة تصوير عالية الوضوح لتحقيق تحكم دقيق على مستوى المليمتر في سطح العمل تحت الأرض الذي يبلغ عمقه 773 مترًا.
وفيما يتعلق بتكامل البيانات، قامت المنصة ببناء نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد يدمج التعدين والجيولوجيا والهندسة والسلامة وغيرها من المجالات، ويعرض تفاصيل 8 آبار بمتوسط عمق 700 متر، و6400 متر من المنحدرات المساعدة، ومعلمات تشغيل المعدات في الوقت الفعلي.
من حيث الكفاءة التعاونية، فهو يكسر حواجز البيانات بين المشاركين التقليديين في المشروع ويتيح التعاون الفعال بين البناء والتصميم والبناء والإشراف والأطراف الأخرى على نفس المنصة.
يقلل هذا النظام من مخاطر السلامة بنسبة 60% ويزيد من كفاءة البناء بنسبة 35%، مما يحقق حقًا “قوة عاملة أقل تحت الأرض، وأتمتة على الأرض، وتوزيع ذكي”.
إن التطبيق الناجح لمنجم شيآنشان للحديد له أهمية تتجاوز بكثير بناء منجم واحد.
وهو يوفر دعمًا قويًا لضمان إمدادات موارد خام الحديد في البلاد ويساعد على تقليل اعتماد خام الحديد على الدول الأجنبية.
وفي الوقت نفسه، وافق المشروع على 41 براءة اختراع وتقدم بطلب للحصول عليها، وقام بصياغة معيارين صناعيين، مما يضع معيارًا فنيًا لتنمية الموارد العميقة تحت الأرض.
فمن الاختراق الأفقي لـ “حجر الزاوية” إلى الاختراق الرأسي لـ “العمود الفقري الفولاذي”، أظهر تصنيع المعدات في الصين هيمنته التكنولوجية في ظل ظروف العمل القاسية.
وقد شجعت شركات مثل شركة صناعة السكك الحديدية الصينية للصناعات الثقيلة على تصدير معدات مماثلة إلى ماكاو وتركيا وإيطاليا ومشاريع أخرى، مما يدل على قدرتها التنافسية الدولية.
نظرًا لأن تطوير الموارد العميقة تحت الأرض أصبح اتجاهًا عالميًا، فإن ممارسة منجم شيآنشان للحديد توفر حلاً صينيًا قابلاً للتكرار للاستخدام المستقبلي للمساحة تحت الأرض.
