يجب أن تكون المحركات المستخدمة في تعدين الفحم قادرة على تحمل ظروف قاسية للغاية. نحن نتحدث عن مستويات الغبار التي تتجاوز 1200 ملغرام لكل متر مكعب وفقًا لتقرير مجلس السلامة لمعدات التعدين من العام الماضي، بالإضافة إلى الرطوبة التي تتجاوز غالبًا 95٪، ناهيك عن كل الضغط الميكانيكي الناتج عن الأحمال غير المتوازنة أثناء التشغيل. ولذلك، يحدد معظم مواقع التعدين محركات ذات بنية إطارية قوية وحماية لا تقل عن IP66 ضد دخول الغبار. إن الاطلاع على بيانات حقيقية من الميدان يساعد في رؤية الأمور في سياقها الصحيح. قام الباحثون بفحص عدة مناجم في منغوليا الداخلية في عام 2022 واكتشفوا شيئًا مثيرًا للاهتمام: يُعزى ما يقرب من ثلاثة أرباع حالات فشل المحركات المبكرة هناك إلى مشاكل في أنظمة العزل عند تعرضها لمستويات الرطوبة العالية. هذا النوع من معدلات الفشل يبرز حقًا مدى أهمية العزل المناسب في هذه البيئات الرطبة تحت الأرض.
تشمل المواصفات الحرجة ما يلي:
إن غياب الحاجة إلى صيانة تجهيزات الفرش يجعل المحركات غير المتزامنة عامل تغيير حقيقي في عمليات التعدين، حيث لا يحصل الفنيون عادةً سوى على نحو 14 ساعة شهريًا للوصول إلى المعدات. وتتميز هذه المحركات بخاصية انزلاق تتراوح بين 4 إلى 6 بالمئة، والتي تساعد فعليًا في توزيع الحمل بشكل طبيعي عندما تعمل عدة محركات معًا في أنظمة نقل الفحم. وتكشف الأرقام الفعلية للأداء من مناجم في مقاطعة شنشي قصة مختلفة تمامًا. فقد سجّلت المحركات غير المتزامنة معدل توافر بلغ حوالي 92% مقارنةً بـ78% فقط للمحركات المتزامنة في الظروف الغبارية. ولا يجب أن ننسى أيضًا المحامل – إذ كانت هناك حاجة إلى استبدال أقل بنسبة 42% تقريبًا بعد 10,000 ساعة من التشغيل. وهذا النوع من الموثوقية يُحدث فرقًا كبيرًا في البيئات تحت الأرضية، حيث تؤدي أوقات التوقف إلى خسائر مالية ويكون السلامة أمرًا بالغ الأهمية.
بالنسبة للمحركات الكهربائية ذات الجهد العالي المستخدمة في عمليات التعدين، فإن الحصول على العزل الصحيح يُعد أمرًا مهمًا للغاية. في الغالب تحتاج هذه المحركات إلى أنظمة على الأقل من الفئة F أو أحيانًا حتى الفئة H نظرًا لتشغيلها على درجات حرارة مرتفعة لفترات طويلة، والتي تتجاوز غالبًا 180 درجة مئوية. في الأعماق تحت سطح الأرض حيث تصبح الظروف مغبرة ورطبة، لا تُعد تصنيفات IP66 أو تصنيفات أفضل مثل IP67 مجرد خيار جيد بل ضرورة إذا أردنا الحفاظ على تشغيل هذه المحركات دون حدوث تراكم للغبار أو تلف بالماء. بالنظر لما يجري حاليًا، أظهرت الاختبارات الحديثة شيئًا مثيرًا للاهتمام أيضًا حول هذه المحركات. عندما تكون مزودة بطلاءات VPI ثنائية الطبقات الخاصة من خلال عملية تشرب تحت ضغط الفراغ، تظل اللفات سليمة لأكثر من 50 ألف ساعة تشغيل حتى عندما تصل مستويات الرطوبة إلى نحو 95%. وبحسب بحث بونمون من العام الماضي، فإن هذا النوع من الأداء يُحدث فرقًا كبيرًا من حيث تكاليف الصيانة وأوقات التوقف.
وصل جيل المحركات التعدينية الأحدث إلى معايير كفاءة IE4 وفقًا لتقرير فارمونوت لعام 2025، مما قلّص الهدر في الطاقة بنسبة تتراوح بين 15 و20 بالمئة مقارنة بالإصدارات القديمة. تأتي هذه المحركات مزودة بتصحيح ذكي لمعامل القدرة يتكيف مع التغيرات في الأحمال من 30% وحتى 110%، وهي خاصية مهمة جدًا في العمليات التي تعمل فيها معدات مثل الكسارات ومراوح التهوية باستمرار. وتشير الأرقام المستمدة من مناجم الفحم في منغوليا الداخلية إلى أن هذه المحركات المُحسّنة قلّصت استهلاك الكهرباء بنسبة 12% تقريبًا لكل طن من الفحم المعالج. وهذا النوع من التحسن يتراكم سريعًا في العمليات التعدينية الواسعة النطاق.
يجب أن تتحمل المحركات انحرافات الجهد بنسبة ±10٪ وعدم التوازن في الطور بنسبة 3٪، وهي ظاهرة شائعة في شبكات الكهرباء في مناطق التعدين النائية. وتشمل التصاميم الرائدة سعة تيار قصير قدرها 500٪ ومنظِّمات جهد ذات حالة صلبة لمنع التشبع المغناطيسي. وجدت دراسة أجريت عام 2024 على 47 منجمًا أستراليًا أن المحركات المزودة بتعويض ديناميكي للطور قلّلت من توقف العمل غير المخطط له بنسبة 38٪ أثناء الاضطرابات الشبكية.
تتطلب التطبيقات عالية القصور الذاتي مثل الناقلات الفحمية محركات تُخرج عزم تشغيل يتراوح بين 250–300٪ دون تجاوز تيار الروتور المقفل بنسبة 450٪. وتتيح أجهزة التشغيل اللطيف المدمجة ومحركات التردد المتغير (VFD) التسارع السلس لأنظمة السحب التي تزن 50 طنًا مع الحفاظ على منحنيات العزم-السرعة وفق معيار NEMA MG1. كما تتميز النماذج المصممة خصيصًا للضخ باحتياطي عزم يتراوح بين 15–20٪ للتعامل مع التغيرات غير المتوقعة في كثافة الملاط دون حدوث توقف.
تحتاج المحركات المستخدمة في مناجم الفحم تحت الأرض إلى هندسة خاصة لمنعها من إشعال غاز الميثان الخطر والغبار القابل للاشتعال. إن الأغلفة المقاومة للانفجار (Ex d) مزودة بحوامل سميكه ومعززة يمكنها تحمل الانفجارات الداخلية دون السماح لها بالانتشار خارجيًا. بالنسبة للأجزاء الخارجية، غالبًا ما يستخدم المصنعون موادًا مثل سبائك الألومنيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ لأن هذه المواد تقاوم الاشتعال عند تعرضها للشرر. وفقًا لبحث نُشر من قبل اللجنة الكهروتقنية الدولية العام الماضي، فإن المناجم التي تستخدم محركات معتمدة حسب النوع Ex d منعت ما يقارب أربعة من كل خمس حوادث حريق محتملة مقارنةً بالمحركات العادية في المناطق التي تحتوي على غازات قابلة للانفجار. كما أن ضبط فجوات الدوار والمولد بدقة أمر مهم أيضًا – فكل ما هو أقل من نصف ملليمتر يساعد في تجنب مشاكل الشرر. ولا تنسَ صناديق التوصيل أيضًا؛ فهي مزودة بكابلات مختومة مرتين وتفي بمعايير IP66 ليبقى الغبار والماء في مكانهما.
تضمن أطر الشهادات العالمية أن تفي المحركات بالحد الأقصى من متطلبات السلامة تحت الأرض:
| معيار | مجال التركيز الرئيسي | متطلب الاختبار |
|---|---|---|
| IEC 60079-1 | احتواء الانفجار | القدرة على تحمل ضغط يصل إلى 1.5 ضعف الحد الأقصى |
| GB 3836.1 | مقاومة انتشار اللهب | محاكاة أكثر من 10 دورات اشتعال |
| ATEX 2014/34/EU | الاستقرار الحراري للمواد | مدة صمود 500 ساعة في 95٪ ميثان |
يجب أن تجتاز المحركات أكثر من 6000 ساعة تشغيلية في ظروف منجمية محاكاة، بما في ذلك اختبار الاهتزاز حتى 5 أضعاف قوة الجاذبية ودورات سريعة لتغير درجة الحرارة من -30°م إلى 150°م.
تم تصميم المراوح بتكوينات شعاعية وشفرات مطلية كربيد التنجستن للحفاظ على تدفق الهواء بكفاءة حتى عند دخول غبار الفحم إلى النظام. تُظهر الاختبارات الصناعية أن هذه المراوح يمكنها رفض حوالي 92٪ من الجسيمات، وهي نسبة مثيرة للإعجاب بالنظر إلى الظروف التي تعمل فيها. بالنسبة لأنظمة التبريد، فإن الدوائر المغلقة المملوءة بالسوائل العازلة تمنع حدوث مشاكل ناتجة عن تلف العوازل بسبب الرطوبة. وعندما تصبح الرطوبة في الهواء مرتفعة جدًا (أكثر من 85٪ رطوبة نسبية)، يتم تشغيل أجهزة المراقبة لتحذير المشغلين. كما تتميز مبادلات الحرارة نفسها بزعانف تيتانيوم مموجة تقاوم الانسداد، مما يحافظ على معدلات تبديد حراري جيدة تبلغ حوالي 2.5 كيلوواط لكل متر مربع. وهذا يعمل بشكل جيد حتى عندما تنخفض سرعة تدفق الهواء إلى أقل من 3 أمتار في الثانية، ما يجعلها موثوقة في مختلف البيئات التشغيلية.
أظهرت الاختبارات الميدانية في مجمع داتونغ التعديني بمقاطعة شانشي أن هذه المحركات الكهربائية ذات الجهد العالي تعمل تقريبًا دون توقف لمدة 30 يومًا متواصلة بمعدل توفر 98.3%، وهو ما يتفوق على الطرازات الأقدم بنسبة تصل إلى 14%. حافظت المحركات ذات الجهد 6 كيلو فولت على عزم دوران مستقر ضمن نطاق ضيق مقداره زائد أو ناقص 2.5%، حتى عندما تراوحت الجهد بين 5.8 كيلو فولت و6.3 كيلو فولت وفقًا للقياسات التي أجريت العام الماضي في دراسة البنية التحتية الكهربائية لصناعة الفحم. ما يلفت الانتباه أكثر هو الموثوقية التي حافظت عليها هذه المحركات تحت ظروف متغيرة كهذه، وهي خاصية يبحث عنها مديرو المصانع منذ فترة في عملياتهم.
كشفت مراجعة للحوادث لعام 2024 في 17 منجمًا صينيًا أن 68٪ من أعطال المحركات نتجت عن صيانة غير سليمة لنظام التبريد وليس عن عيوب تصميمية. وأظهر التحليل اللاحق:
| سبب الفشل | النسبة المئوية | استراتيجية المعالجة |
|---|---|---|
| فتحات مسدودة بالغبار | 42% | مراقبة تلقائية لمرشحات الهواء |
| فقدان تشحيم المحامل | 29% | توزيع الشحوم الممكن بواسطة إنترنت الأشياء (IoT) |
| فشل عزل الثابت | 19% | ترقيات العزل باستخدام المواد النانوية المركبة |
أدى تنفيذ هذه الإجراءات التصحيحية إلى تقليل حالات الإيقاف الحراري بنسبة 81٪ خلال ستة أشهر.
يحقق المشغلون في هذا المجال معدل توفر للمحركات يبلغ حوالي 99.1% هذه الأيام، وذلك بفضل تقنية تحليل الاهتزازات التي تكتشف مشاكل اهتراء المحامل مسبقًا، وعادة ما تكون قبل 120 إلى 150 ساعة من حدوث أي عطل فعلي. كما شهدت المناجم في أستراليا تحسنًا ملحوظًا أيضًا بعد دمج أجهزة استشعار للتفريغ الجزئي في الوقت الفعلي، مع تلك الصيغ الذكية للتنبؤ بدرجة حرارة اللفائف، بالإضافة إلى أنظمة التشحيم التلقائية. وقد امتدت فترات الصيانة للمحركات هناك لتصبح أطول ثلاث مرات مقارنة بما كانت عليه وفقًا لتقرير موثوقية معدات التعدين لعام 2025. ولا ننسى أيضًا التوفير المالي، حيث تراجعت تكاليف التوقفات غير المخطط لها بمقدار حوالي 189 دولارًا لكل ساعة تشغيل في 46 موقع منجم مختلف عبر البلاد. وهذا النوع من التوفير يزيد بسرعة عند النظر في الميزانيات السنوية.
تشمل المواصفات الرئيسية عزل الفئة الحرارية H، وعزم دوران بدء يساوي أو يزيد عن 200٪ للتعامل مع كسارات الفحم العالقة، وتصنيف العمل المستمر S1 للتشغيل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع.
تُفضَّل المحركات غير المتزامنة بسبب متطلبات الصيانة المنخفضة، وميزة الانزلاق التي تساعد في توزيع الحمل، وزيادة زمن التشغيل مقارنة بالمحركات المتزامنة في البيئات الغبارية.
يجب أن تكون المحركات مصممة لمنع الانفجار (Ex d)، ومطابقة لمعايير IEC وGB وATEX، ويجب أن تخضع لاختبارات سلامة صارمة مثل اختبار الاهتزاز واختبارات التغير في درجة الحرارة.
تبلغ المحركات الحديثة معايير كفاءة IE4، وتمتاز بتصحيح ذكي لمعامل القدرة يتكيف مع الأحمال المتغيرة، مما يقلل من هدر الطاقة ويعزز الكفاءة التشغيلية.
EN
