Dünyanın derinliklerinde bir tesisi işletmek, iki temel unsurun sürekli kontrolünü gerektirir: hava ve su.
Yeraltı tünellerinde ve şaftlarında çalışan işçiler, hayatta kalmak ve güvenli bir şekilde çalışmak için güvenilir havalandırmaya bağımlıdır. Aynı zamanda, yeraltına sızan yeraltı suyu ve yağmur suyu toplanıp yüzeye geri pompalanmalıdır.
Bu zorluk, havalandırma ve su sistemlerini yöneten uzman ekiplerin bulunduğu büyük maden işletmelerinde iyi bilinir. Aynı zamanda Güney Dakota'daki devasa bir yeraltı bilim laboratuvarı olan Sanford Yeraltı Araştırma Tesisi'nin (SURF) işletilmesinin de kritik bir parçasıdır. Artık orada madencilik yapılmasa da, maden mühendisleri geniş tünel ve şaft ağını güvenli bir şekilde korumaktan sorumlu olmaya devam ediyor.
Şiddetli Yağmur Beklenmeyen Hava Akışı Değişikliklerini Tetikledi
2019'da SURF'a katılan maden mühendisi Jason Connot, tesisin havalandırma sistemini denetlemeye başladı. Yoğun yağış dönemlerinde, kendisi ve meslektaşları alışılmadık bir durum fark etmeye başladı. Yeraltındaki hava akışı modelleri bazen zayıflıyor, hatta tersine dönüyordu.
Connot, "5 No'lu Şaft'ta fanımızın çılgına döndüğünü fark ettik. Büyük yağmur olayları sırasında bazı bölgelerde hava akışının azaldığını, hatta tersine döndüğünü gördük" dedi.
Normal koşullar altında, temiz hava tesise iki ana şafttan girer ve iki ayrı şafttan çıkar. Bu egzoz yollarından biri 5 No'lu Şaft'tır. Ancak şiddetli yağmur sırasında, fazla su 5 No'lu Şaft'tan aşağı, daha sonra dışarı pompalanabileceği derin bir yeraltı havuzuna yönlendirilir.
Connot, "İlk başta büyük yağmur olaylarında hava akışına ne olduğunu bilmiyorduk. Hepimiz yeraltında bu hava akışı değişikliklerinin olduğunu görebiliyorduk ve 'Bu neden oluyor?' diye soruyorduk" diye ekledi.
Sensörler Bir İpucu Ortaya Çıkarıyor
Cevabı bulmak için veri gerekiyordu.
Atılım, otomatik bir havalandırma kontrol sisteminin parçası olarak 2000 Seviyesi'ne Maestro hava akışı sensörlerinin kurulmasıyla geldi. Bu ölçümler mühendislere havanın tesis içinde nasıl hareket ettiğine dair çok daha net bir resim verdi.
Daha önceki kanıtlar zaten bir bağlantıya işaret ediyordu. Şaft yağmurlama sisteminin bir testi sırasında, 4850 Seviyesi'ndeki hava akışı sensörleri beklenmedik bir hava hareketi artışı kaydetti.
Bu sensörler, Spearfish Lisesi fen bilgisi öğretmeni Steve Gabriel ve öğrencileri tarafından üretilip kurulmuştu. Gabriel daha sonra tam zamanlı bir havalandırma teknisyeni olarak SURF'a katıldı.
Connot, "Bu test sırasında 4850 Seviyesi'ndeki hava akışı artışını hissettik. Korelasyonu yapan ve her şeyi tetikleyen şey buydu" dedi.
Düşen Suyun Şaşırtıcı Etkisi
Büyük fırtınalar sırasında, gelen su yeraltı pompa sisteminin kapasitesini aşabilir. Mühendisler fazla hacmi idare etmek için fazla suyu 5 No'lu Şaft'tan aşağıdaki derin havuza gönderir; tıpkı bir taşkın savağının dolu bir rezervuardaki basıncı hafifletmeye yardımcı olması gibi.
Ekip, düşen suyun kendisinin hava akışını etkileyebileceğinden şüphelendi.
Teorileri, aşağı inen su sütununun bir şırınga gibi davranarak düşerken havayı şafttan itmesiydi.
Fikir ilginçti ancak bilimsel olarak doğrulanması gerekiyordu.
Connot bilimsel literatürü araştırdı ve büyük belediye kanalizasyon sistemlerinde benzer bir olguyu tanımlayan raporlar buldu. Bu çalışmalar, hareketli suyun kapalı alanlarda hava hareketini nasıl etkileyebileceğini açıklayan akışkanlar dinamiği denklemlerini içeriyordu.
Connot, South Dakota Maden Okulu'ndaki meslektaşlarıyla birlikte çalışarak bu denklemleri SURF'taki koşullara uyarladı. Sonuçlar, mühendislerin yeraltında gözlemledikleriyle birebir örtüştü.
Connot, "Sayılarımızı ve parametrelerimizi modele eklediğimizde her şey tam olarak tuttu. Su damlacıklarının ağırlığının bu kadar çok havayı hareket ettirebileceğini düşünmezdiniz" dedi.
Maden Havalandırması ve Güvenliği İçin Çıkarımlar
Bulgular yalnızca şiddetli yağmur fırtınalarının ötesine geçiyor ve dünya çapındaki yeraltı operasyonları için çıkarımlar içerebilir.
Connot, "Eğer bir yangın çıkarsa, maden mühendisleri bazen yukarıdaki bir vanayı çevirip şafttan aşağı su boşaltır. Bunun hava akışını değiştirebileceğini bilmek herkes için kritik bir bilgidir. Bunu test ettik, olduğunu gördük" diye konuştu.
SURF bir araştırma tesisi olarak işlev gördüğünden, mühendisler olguyu ayrıntılı olarak inceleme fırsatı buldu.
Connot, "Bu, işletilen bir madende her zaman yapacak vaktiniz olacak türden bir çalışma değil" diye belirtti.
SURF yeraltı operasyonları direktörü Bryce Pietzyk, bu çabanın Connot'un tesisin karmaşık sistemlerini anlama konusundaki kararlılığını yansıttığını söyledi.
Pietzyk, "Jason'la çalışmayı gerçekten sevdiğim bir şey, bunun gibi karmaşık operasyon sistemlerini anlamak için gereken ayrıntılara gerçekten dalmak istemesi. Daha önce hiç kimse bu konuyu anlamak için zaman ayırmamıştı - ancak bu kesinlikle kritik ve bu nedenle tüm ekip bu çalışmayı destekledi. Bu çalışma sayesinde, hava akışı sorunlarının çok önünde olabiliyor, ne olacağını tahmin edebiliyor ve havalandırma kontrollerini doğru şekilde yapılandırabiliyoruz" dedi.
Araştırma Madencilik Dergisi'nde Yayınlandı
Connot'un 'Bir Maden Havalandırma Sisteminde Su Girişlerinin Etkileri: Bir Vaka Çalışması' başlıklı makalesi, 'Mining, Metallurgy & Exploration' dergisinde yayınlandı.
Connot'un danışmanı ve South Dakota Maden Okulu Maden Mühendisliği ve Yönetimi Bölümü'nde profesör olan Dr. Andrea Brickey, hem araştırmayı hem de arkasındaki azmi övdü.
Brickey, "Bir danışman olarak Jason'dan daha iyi bir yüksek lisans öğrencisi istenemezdi. Havalandırma sistemlerini etkileyen bir olguyu tespit etti ve merakı onu bu davranışı nasıl tahmin edeceğini belirlemeye itti. Başardı ve çalışmaları SURF'a ve tüm bir sektöre yardımcı oluyor" dedi.
Pietzyk ayrıca, profesyonel ve kişisel sorumlulukları dengeleyerek araştırmayı tamamlamak için gereken çabaya da dikkat çekti.
Pietzyk, "Jason, elinden gelenin fazlasını yapan bir mühendis. Bu araştırmayı tamamlamak için yaptığı çalışma, bu tesisi gerçekten önemsediğini gösteriyor. Tam zamanlı mühendislik işini yaparken, Rapid City'den gidip gelirken, yüksek lisansını tamamlarken ve bir aile kurarken her şeyi bir arada tuttu. Bunun için takdiri hak ediyor, gerçekten inanılmaz bir çaba" diye konuştu.