تزداد حدة المنافسة العالمية على الموارد المعدنية الاستراتيجية، وتعد سلامة الموارد أمرًا حيويًا للاقتصاد الوطني وحياة المواطنين. تتميز المناطق الغربية من الصين، ذات الارتفاعات العالية والبرودة الشديدة، بغناها بالموارد المعدنية، مما يجعلها الحاضن الأساسي لضمان أمن سلاسل التوريد والصناعة الوطنية. ومع ذلك، تواجه هذه المناطق تحديات مثل انخفاض كفاءة العمل للآلات والعمال، والأضرار البيئية الكبيرة، وارتفاع تكاليف الطاقة في عمليات التعدين، وذلك بسبب ارتفاع الارتفاع، وانخفاض درجات الحرارة، وضعف القدرة الاستيعابية البيئية. كيف يمكن تحقيق استخراج معدني منخفض الكربون وفعال واقتصادي في هذه المناطق هو تحدي تقني كبير يجب على القطاع مواجهته.

في الآونة الأخيرة، حقق فريق مشروع معهد تشانغشا للتصميم والأبحاث المعدنية (المشار إليه فيما يلي باسم "معهد تشانغشا")، التابع لشركة الهندسة الدولية للألمنيوم في الصين، تقدمًا كبيرًا في هذا المجال. فقد ابتكر الفريق العديد من التقنيات الأساسية، بما في ذلك النقل بالحزام الناقل المولد للطاقة ذاتيًا عند الانحدار، وتغلب على سلسلة من التحديات مثل التحسين الديناميكي الدقيق لحدود المناجم في المناطق شديدة البرودة، والتخطيط الاقتصادي الذكي لطرق النقل، واستعادة الطاقة بكفاءة أثناء النقل لمسافات طويلة وبكميات كبيرة. وقد تم تطبيق هذه النتائج بنجاح في شركة تبت جولونغ للنحاس المحدودة، مما أسفر عن نتائج مبهرة.

تحديد دقيق وتحكم ديناميكي: ضمان "استرداد كل قطعة خام"

يعد التحديد الدقيق لحدود المناجم المكشوفة والتخطيط الأمثل لطرق النقل من العناصر الحاسمة في التقييم الاقتصادي لتطوير المناجم وكفاءة النقل. تعاني الطرق التقليدية للتحديد الثابت للحدود من نقص في ديناميكية معايير الأسعار والتكاليف، وتشويه في خاصية القيمة الزمنية، وعدم كفاية الجدوى الاقتصادية لتخطيط طرق النقل، مما قد يؤدي إلى هدر الموارد المعدنية.

لمواجهة هذا التحدي، وجه فريق مشروع معهد تشانغشا اهتمامه نحو التفاعل الديناميكي بين المعايير الاقتصادية والقيمة الزمنية. طور الفريق طريقة تحسين ديناميكية متكاملة متعددة الوسائل للتحكم الديناميكي في معايير الأسعار والتكاليف الاقتصادية لحدود المناجم المكشوفة، والتطابق الدقيق لخاصية القيمة الزمنية. تتيح هذه الطريقة تعديل تحديد حدود المناجم وتخطيط طرق النقل ديناميكيًا وفقًا لتقلبات أسعار السوق وتغيرات تكاليف الاستخراج، مما يحل مشكلة "الإدارة الديناميكية والاستخدام الفعال" للموارد. من خلال الخوارزميات الذكية، يتم تحقيق تخطيط اقتصادي ذكي لطرق النقل، مما يضمن بقاء المنجم في حالة اقتصادية مثلى طوال فترة خدمته التي قد تمتد لعقود. يتم تحويل الكميات الراكدة من الخام، التي كانت تعتبر غير واضحة الحدود من حيث الدرجة، إلى احتياطيات قابلة للاستخراج، مما يحقق حقًا "استرداد كل قطعة خام".

تمكين المعدات وتكييفها: التغلب على مشكلة "رد فعل الارتفاع" في ظروف الهضبة

يبلغ محتوى الأكسجين في المناجم الواقعة على ارتفاع 5000 متر 60٪ فقط من مستواه في السهول، مما يعرض كل من البشر والمعدات لردود فعل شديدة ناتجة عن الارتفاع. تعاني معدات التعدين الكبيرة من انخفاض في الطاقة وزيادة في معدلات الأعطال، مما يقلل بشكل كبير من معدلات الحضور وكفاءة العمل.

بناءً على الخبرات التقليدية، قام فريق مشروع معهد تشانغشا ببناء نموذج تصحيح متعدد المعايير لانخفاض كفاءة مجموعات المعدات. يأخذ هذا النموذج في الاعتبار تأثير عوامل متعددة مثل الارتفاع ودرجة الحرارة وظروف الطرق وفترات الصيانة على كفاءة معدات التعدين، وبناءً عليه، تم تطوير برنامج لاتخاذ القرارات الذكية لاختيار المعدات للمناجم المكشوفة العملاقة في المناطق شديدة البرودة. يمكن لهذا البرنامج محاكاة الإنتاج الفعلي لمجموعات مختلفة من المعدات في ظل ظروف بيئية قاسية محددة، مما يتيح مطابقة دقيقة للمعدات. بعد التطبيق، تحسنت كفاءة تشغيل معدات التعدين الكبيرة بشكل ملحوظ، حيث ارتفع معدل الحضور بمقدار 2-3 نقاط مئوية، وزاد معدل استخدام الوقت بمقدار 1-3 نقاط مئوية، مما يضمن الحجم السنوي الإجمالي للتعدين والتجريد، ويقلل بشكل كبير من استهلاك الوقود غير الفعال وتآكل المعدات.

تقنية نقل خضراء مبتكرة: تحويل الطاقة الكامنة إلى كهرباء، وإحداث ثورة في مفهوم "النقل يستهلك الطاقة"

إذا كان اختيار المعدات يحل مشكلة الكفاءة على المستوى "النقطي"، فإن نقل المواد لمسافات طويلة يمثل مشكلة على المستوى "الخطي" التي تقيد الكفاءة الكلية للمنجم. غالبًا ما تكون المناجم في المرتفعات العالية عميقة في الوديان، مما يؤدي إلى مسافات نقل طويلة وفروق كبيرة في الارتفاع لنفايات الصخور والخام. يعاني النقل التقليدي بالشاحنات من ارتفاع تكاليف النقل، واستهلاك كبير للطاقة، وتلوث شديد.

لمواجهة هذا التحدي، ابتكر فريق مشروع معهد تشانغشا تقنية النقل بالحزام الناقل المولد للطاقة ذاتيًا عند الانحدار، ذات السعة الكبيرة والمسافات الطويلة، والمخصصة للمناجم المكشوفة العملاقة في المناطق شديدة البرودة. تم بناء أول نظام من نوعه في العالم للنقل بالحزام الناقل المولد للطاقة ذاتيًا عند الانحدار في شركة تبت جولونغ للنحاس المحدودة، وهو الأعلى ارتفاعًا، والأكبر من حيث القدرة وحجم النقل، والأعلى من حيث سرعة الحزام وقوته. يستخدم هذا النظام الطاقة الكامنة الهائلة للمواد أثناء نزولها من المرتفعات لتوليد الكهرباء، محولًا المقاومة إلى قوة دافعة. وفقًا للإحصائيات، يمكن لهذا النظام، عند تشغيله بكامل طاقته، توليد 54.45 مليون كيلوواط ساعة سنويًا، مما يعادل تقليل انبعاثات الكربون بمقدار 56,752 طنًا سنويًا. أحدثت هذه التقنية ثورة في المفهوم التقليدي القائل بأن "النقل يستهلك الطاقة"، محققة تكاملًا مثاليًا بين النقل لمسافات طويلة وبكميات كبيرة للمواد في المناجم شديدة البرودة واستعادة الطاقة بكفاءة.

التخلص الذكي من النفايات بتنسيق زماني-مكاني: جدولة شاملة لبناء نموذج إلقاء منخفض الاضطراب البيئي

في ظل التعدين في مناطق متعددة ووجود عدة مكبات للنفايات، تصبح طرق نقل نفايات الصخور معقدة. تعاني طرق التخطيط التقليدية غير الدقيقة لمسارات الإلقاء من ارتفاع تكاليف الإلقاء، وانخفاض كفاءة المناولة، وضعف دقة الجدولة.

لهذا الغرض، طور فريق مشروع معهد تشانغشا تقنية الإلقاء على نطاق واسع بتنسيق زماني-مكاني متعدد المناطق للمناجم المكشوفة العملاقة، وبنى نموذجًا لشبكة نظام النقل ونظامًا مساعدًا لاتخاذ قرارات الجدولة. يتيح ذلك التخطيط المسبق والتنسيق الديناميكي لمكبات النفايات المتعددة من حيث الزمان والمكان. لم تعد شاحنات النقل تسير في مسار "نقطتين وخط واحد" ببساطة، بل تقوم بتخطيط المسار الأمثل بشكل ذكي بناءً على ظروف الطريق الفعلية، وسعة مكب النفايات، ومتطلبات درجة الضغط، مما يحقق تنسيقًا فعالًا لنقل المعدات وإلقاءًا منخفض الكربون واقتصاديًا، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة وانبعاثات نقل نفايات الصخور.

إطلاق العنان للفوائد متعددة الأبعاد: حصيلة ثلاثية للموارد والاقتصاد والبيئة

بعد التطبيق الناجح للنتائج ذات الصلة في شركة تبت جولونغ للنحاس المحدودة، تم تحقيق نتائج مبهرة:

فيما يتعلق بضمان الموارد: تمت زيادة كمية الخام القابلة للاستخراج في المنجم بمقدار 57.66 مليون طن، وكمية النحاس المعدني بمقدار 253,700 طن، مما أدى إلى إطالة عمر المنجم بشكل كبير وتعزيز قدرة الصين على الاكتفاء الذاتي من الموارد المعدنية الاستراتيجية.

فيما يتعلق بالفوائد الاقتصادية: تم توفير استثمارات كبيرة بشكل مباشر، مع انخفاض تكاليف الإنتاج السنوية بأكثر من 100 مليون يوان.

فيما يتعلق بالفوائد البيئية والاجتماعية: تم وضع معيار صناعي للاستخراج منخفض الكربون والفعال والاقتصادي في المناجم المكشوفة العملاقة في المناطق شديدة البرودة.

توفر هذه النتائج التقنية دعمًا تقنيًا قيمًا ونموذجًا هندسيًا للتطوير الأخضر ومنخفض الكربون والفعال من حيث التكلفة للمناجم المكشوفة العملاقة في المناطق الجبلية العالية والباردة، مما يعزز التقدم التكنولوجي في قطاع التعدين في المناجم شديدة البرودة، ويرفع مستوى تقنيات استخراج الموارد المعدنية الاستراتيجية في الصين وقدرتها على ضمان الموارد.

من "نقل الدم" إلى "توليد الدم": إعادة تشكيل نموذج تطوير المناجم في المناطق شديدة البرودة

إن تحقيق الاختراق في التقنيات الرئيسية للاستخراج الفعال ومنخفض الكربون في المناجم المكشوفة العملاقة في المناطق شديدة البرودة يتجاوز أهميته حدود المنجم الواحد. تتميز المناطق الغربية من الصين، ذات الارتفاعات العالية والبرودة الشديدة، بغناها بالموارد المعدنية، لكنها عانت لفترة طويلة من انخفاض كفاءة التطوير وارتفاع التكاليف والاضطراب البيئي الكبير بسبب العوائق التقنية. تشكل سلسلة النتائج المبتكرة لفريق مشروع معهد تشانغشا نظامًا تقنيًا متكاملًا، مما يوفر نموذجًا تقنيًا قابلاً للتكرار والتوسع لتطوير الموارد على نطاق واسع في هذه المنطقة.

لم تحل تقنية النقل بالحزام الناقل المولد للطاقة ذاتيًا عند الانحدار مشكلة استهلاك الطاقة في النقل لمسافات طويلة في المناجم شديدة البرودة فحسب، بل حققت أيضًا تحولًا نوعيًا من "استهلاك الطاقة" إلى "إنتاج الطاقة". يوفر برنامج اتخاذ القرارات الذكية لاختيار المعدات أساسًا علميًا لتجهيز المعدات في المناجم عالية الارتفاع، مما يحل مشكلة "رد فعل الارتفاع" من جذورها. أما تقنيات التحسين الديناميكي لحدود المناجم والإلقاء المنسق زمانيًا-مكانيًا، فقد دفعت بالتوازن بين الفوائد الاقتصادية والبيئية للمنجم إلى مستوى جديد.

بالنظر إلى المستقبل، سيركز معهد تشانغشا على اتجاهات التطوير الأخضر والذكي والراقي لصناعة المعادن غير الحديدية، وسيعزز الابتكار التعاوني بين الصناعة والأوساط الأكاديمية والبحثية والتطبيقية، ويسعى جاهدًا لإنتاج المزيد من النتائج الأصلية والرائدة ذات التأثير الكبير. مع استمرار تعزيز وتطبيق هذه التقنيات، سيتم تعزيز قدرة الصين على الاكتفاء الذاتي من الموارد المعدنية الاستراتيجية في المناطق الجبلية العالية والباردة بشكل شامل.