التفجيرات تحت الأرض: الاستخدامات، التأثيرات، والمعايير التنظيمية لضمان السلامة البيئية والإنشائية

بقلم تادي عواد –

يعاني لبنان من انتشار ظاهرة التفجير العشوائي للمقالع بهدف استخراج الأتربة والصخور، في ظل غياب إطار قانوني واضح لتنظيم هذه العمليات والسيطرة عليها، مما يؤدي إلى تداعيات بيئية وجغرافية خطيرة تؤثر سلبًا على المناطق المحيطة.

التفجيرات تحت الأرض تُنتج تأثيرات مختلفة تمامًا مقارنة بالتفجيرات فوق الأرض، ويعتمد تأثيرها على عدة عوامل، منها العمق، ونوع التربة أو الصخور، ونوع المتفجرات. التأثيرات الرئيسية تشمل:

1. الموجة الزلزالية

عند التفجير تحت الأرض، تتحول الطاقة التفجيرية إلى موجات زلزالية تنتشر في الأرض، مما قد يسبب اهتزازات قوية قادرة على تدمير الهياكل والبنى التحتية في المنطقة المحيطة.
يمكن أن تؤدي هذه الموجات إلى تصدّع الأرض، وانهيارات أرضية، وانهيار المباني.

2. تشكُّل الحفرة

إذا كان التفجير قريبًا نسبيًا من السطح، فإنه يؤدي إلى قذف كميات كبيرة من التربة والصخور إلى الأعلى، مما يتسبب في تكوين حفرة كبيرة على السطح.
يعتمد عمق الحفرة واتساعها على كمية المتفجرات وعمق التفجير.

3. التأثير على الأنفاق والكهوف

في حال وجود أنفاق أو كهوف قريبة من موقع التفجير، قد يؤدي الانفجار إلى انهيارها بالكامل بسبب موجة الضغط الناتجة.
تُستخدم هذه التقنية عسكريًا لتدمير المخابئ والأنفاق تحت الأرض.

4. موجة الضغط (Blast Wave)

رغم أن موجة الضغط تكون أقل انتشارًا في الهواء مقارنة بالتفجيرات فوق الأرض، إلا أنها تحت الأرض تكون مدمّرة للغاية بسبب تركّز الطاقة في نطاق أصغر، مما يؤدي إلى تدمير الهياكل القريبة بشكل كامل.

5. تأثير الحطام

التفجير تحت الأرض قد يقذف كميات كبيرة من الصخور والحطام إلى السطح بسرعة كبيرة، مما يشكل خطرًا على كل ما يقع ضمن دائرة تأثير الانفجار.

6. التأثير على المياه الجوفية

إذا تم التفجير بالقرب من طبقات المياه الجوفية، فقد يؤدي ذلك إلى تلويثها أو تغيير مسارها.
كما يمكن أن يتسبب في فيضانات إذا انهارت طبقات أرضية عازلة فوق خزانات المياه الجوفية.

7. الأثر البيئي

قد يؤدي التفجير إلى انبعاث غازات ضارة في البيئة، وتغيير تضاريس المنطقة المحيطة، وتدمير الحياة البرية والنباتية.
في حال احتواء التفجير على مواد سامة أو مشعة، فإن ذلك قد يسبب تلوثًا طويل الأمد.

استخدامات التفجيرات تحت الأرض

أولًا: الاستخدامات العسكرية والهندسية

1. عسكريًا
تُستخدم المتفجرات تحت الأرض لتدمير التحصينات العميقة مثل المخابئ النووية والملاجئ المحصنة.

2. هندسيًا
تُستخدم في: عمليات التعدين، حفر الأنفاق، إنشاء الخزانات الجوفية

التفجيرات الهندسية تحت الأرض

التفجيرات الهندسية تحت الأرض تقنية شائعة في مجالات البناء والتعدين وحفر الأنفاق. تُنفّذ لتحقيق أهداف محددة مثل تكسير الصخور الصلبة أو تقليل الكتلة الصخرية لتسهيل الحفر والاستخراج.

أهم استخدامات التفجيرات الهندسية تحت الأرض

1. التعدين
تُستخدم التفجيرات لتكسير الصخور الصلبة وتسهيل استخراج المعادن، مع الحرص على تجنّب هدر المواد الخام أو إلحاق الضرر بهياكل المناجم.

2. حفر الأنفاق
سواء كان لغرض إنشاء مترو الأنفاق أو أنفاق الطرق والسكك الحديدية، تُستخدم التفجيرات لتوسيع الممرات تدريجيًا وبشكل آمن.

3. شق الطرق في المناطق الجبلية
عند شق الطرق في المناطق الصخرية، تُستخدم التفجيرات لتفتيت الصخور وتوفير مسار لآلات الحفر.

4. إنشاء الخزانات الجوفية
يتم تفريغ تجاويف تحت الأرض من الصخور باستخدام التفجيرات بهدف إنشاء خزانات للمياه أو الوقود.

أنواع التفجيرات الهندسية

1. تفجيرات الكتل المفتوحة (Open-Cut Blasting)
تُستخدم لتكسير كتل الصخور الكبيرة المكشوفة، وغالبًا في مشاريع شق الطرق أو المحاجر.

2. تفجير الأنفاق (Tunnel Blasting)
يتطلب تصميم نمط ثقوب الحفر بدقة لتحديد اتجاه وشدة التفجير مع مراعاة عوامل السلامة والتهوية لتجنب تراكم الغازات السامة.

3. تفجير الآبار العميقة (Deep Hole Blasting)
يُستخدم في المناجم المفتوحة لتفتيت الصخور على أعماق كبيرة مع الحرص على استخدام متفجرات قوية وآليات تفجير دقيقة لتجنب الانهيارات.

خطوات تنفيذ التفجيرات الهندسية

1. التخطيط والتصميم
يتضمن تحليل طبيعة الصخور والتربة وتحديد كمية المتفجرات المطلوبة وموقع الثقوب، مع الأخذ في الاعتبار العمق المطلوب وحجم الكتلة الصخرية.

2. حفر الثقوب
تُحفر الثقوب بأعماق وأقطار محددة بدقة وفقًا للتصميم لضمان تكسير متجانس للصخور.

3. تحميل المتفجرات
تُعبّأ الثقوب بالمتفجرات الملائمة، مثل النيتروغليسرين أو الأمونيا المتفجرة (ANFO)، حسب نوع الصخور.

4. التفجير
يتم التفجير بطريقة متسلسلة مع فواصل زمنية قصيرة بين الانفجارات لضمان كفاءة تكسير الصخور وتقليل الاهتزازات الجانبية.

5. إزالة الحطام
بعد التفجير، تُزال الصخور المفتتة باستخدام الجرافات أو الشاحنات، وقد يتطلب الأمر تنفيذ تفجيرات إضافية لتحسين جودة الممرات.

الآثار البيئية والسلامة

1. الاهتزازات الأرضية
يجب تصميم التفجير بحيث تكون الاهتزازات ضمن الحدود المسموح بها لتجنب إلحاق الضرر بالمباني القريبة.

2. الضوضاء والغبار
تُتخذ تدابير للحد من التلوث البيئي الناتج عن التفجير، مثل استخدام أنظمة رش الماء لتقليل انتشار الغبار.

3. السلامة
يجب الالتزام بمعايير السلامة الصارمة لحماية العمال، مثل ارتداء معدات الحماية الشخصية وضمان وجود مسافة أمان كافية أثناء التفجير.

المتطلبات التقنية

1. أنظمة مراقبة الاهتزاز
تُستخدم أنظمة متقدمة لمراقبة الاهتزازات الأرضية ومستوى الضغط الناتج عن التفجيرات.

2. تقنيات التفجير الدقيقة
مثل التفجير المتسلسل والتحكم الزمني باستخدام مؤقتات إلكترونية لضمان سلامة المنشآت المحيطة.

حساب مسافة الأمان للمناطق السكنية المحيطة

تعتمد مسافة الأمان على عدة عوامل:

1. كمية المتفجرات المستخدمة (Q) – بالكيلوغرام.

2. نوع التربة أو الصخور – يؤثر في مدى انتشار الموجة الصدمية.

3. الهدف من التفجير – تفتيت الصخور أو الحفر العميق.

4. وجود منشآت حساسة – مثل المباني أو البنية التحتية الحيوية.

قاعدة كوردون الأمان (Scaled Distance Equation)

تُحسب مسافة الأمان باستخدام المعادلة التالية:

حيث:

تكون R: مسافة الأمان (بالمتر).

أما Q: كمية المتفجرات (بالكيلوغرام).

و K: ثابت يعتمد على طبيعة التربة والمنشآت المحيطة، ويُحدد كالتالي:

من 60 إلى 100 للمناطق المفتوحة.

من 150 إلى 200 للمناطق السكنية.

الأجهزة المستخدمة لقياس قوة الانفجارات تحت الأرض

1. السيسموغراف (Seismograph)

الوصف: جهاز يُستخدم لقياس الموجات الزلزالية الناتجة عن الانفجارات.

الوظيفة: يسجل حركة الأرض في الاتجاهات الثلاثة (الطولي، العرضي، والعمودي) لتحديد شدة الانفجار وعمقه.

2. مقياس الاهتزاز الأرضي (Vibration Monitor)

الوصف: يقيس الاهتزازات الأرضية في نقاط مختلفة حول موقع التفجير.

المعايير: يعتمد على مؤشرات مثل السرعة الجذرية للجسيمات (Peak Particle Velocity – PPV).

3. مقياس الضغط الأرضي (Ground Pressure Sensor)

الوظيفة: يقيس التغيرات في الضغط الناتج عن التفجير لتقييم تأثيره على التربة والصخور.

4. أجهزة قياس الإزاحة (Displacement Gauges)

الوظيفة: تقيس مقدار الإزاحة الأرضية الناتجة عن الانفجار، ما يساعد في تقييم حجم التشوهات الأرضية.

5. نظام قياس الصوت والضغط الجوي (Blast Air Pressure Recorder)

الوصف: يُستخدم في التفجيرات القريبة من السطح لقياس موجات الضغط الجوي الناتجة عن الانفجار.

الوظيفة: يقيّم مستوى الضغط ومدى تأثيره على المنشآت القريبة.

6. كاميرات عالية السرعة (High-Speed Cameras)

الوظيفة: تسجيل مراحل الانفجار بدقة عالية لتحليل كيفية انتشار الموجة التفجيرية.

7. ليدار ثلاثي الأبعاد (3D LiDAR Scanner)

الوظيفة: يوفر مسحًا دقيقًا للتضاريس قبل وبعد التفجير، مما يتيح قياس الحفرة الناتجة والتشوهات الجغرافية.

8. أجهزة قياس درجة الحرارة (Thermal Sensors)

الوظيفة: تراقب التغيرات الحرارية في الصخور والتربة بعد الانفجار.

معايير القياس المعتمدة

أ . Peak Particle Velocity (PPV):
يُقاس بوحدة (مم/ثانية) ويُستخدم لتقييم شدة الاهتزازات وتأثيرها على المنشآت.

ب . Air Overpressure:
يُقاس بوحدة (ديسيبل) لتحديد مستوى الضغط الجوي الناتج عن التفجيرات.

ث . Frequency (Hz):
يقيس تردد الموجات الزلزالية الناتجة عن التفجير، وهو عامل مهم في تقييم الأثر على المباني.

كيفية سن القوانين والشروط لحماية المناطق القريبة من التفجيرات

1. تقييم المخاطر قبل التفجير

تشترط الدول المتطورة إجراء دراسة تقييم الأثر البيئي (Environmental Impact Assessment – EIA) قبل إصدار أي ترخيص للتفجير. تشمل الدراسة:

تحليل طبيعة الصخور والتربة.

تقدير شدة الاهتزازات ومدى انتشارها باستخدام نماذج رياضية.

تقييم التأثير على المنشآت والمرافق الحيوية.

دراسة التأثير المحتمل على المياه الجوفية والبيئة المحيطة.

2. تحديد معايير الاهتزاز وحدود الأمان

تضع القوانين معايير محددة للاهتزازات المسموح بها، مثل:

سرعة الجسيمات القصوى (PPV): تتراوح الحدود المسموح بها بين 5 و10 مم/ثانية في المناطق السكنية.

الضغط الجوي الناتج عن التفجير: يُقاس بالديسيبل، مع تحديد الحد الأقصى لتجنب الأضرار الهيكلية.

3. تحديد مسافات الأمان

يتم تحديد المسافة بين موقع التفجير وأقرب منطقة مأهولة بناءً على العوامل التالية:

كمية المتفجرات.

طبيعة الصخور.

نمط التفجير.
عادةً، تتراوح مسافات الأمان بين 500 و2000 متر للتفجيرات الهندسية، وقد تزيد إلى 3000 متر في الحالات الحساسة.

4. استخدام أجهزة المراقبة

تشترط القوانين استخدام أجهزة متطورة لمراقبة:

الاهتزازات الأرضية.

الضغط الجوي.

التشوهات الناتجة عن التفجير.

5. الترخيص والمراقبة

يتم منح تراخيص التفجير من قِبل الجهات الحكومية المختصة، مثل وزارات البيئة أو هيئات التعدين.

يُشترط تقديم خطة تفصيلية للتفجير تشمل كمية المتفجرات، نمط التفجير، والإجراءات الوقائية.

أثناء التنفيذ، يُرسل مراقبون حكوميون للتأكد من الالتزام بالمعايير المحددة.

6. التعويض عن الأضرار

تلزم القوانين الجهات المنفذة بتعويض المتضررين في حال حدوث أضرار للمباني أو البنية التحتية القريبة من موقع التفجير.

7. مراجعة اللوائح وتحديثها

يتم تحديث اللوائح دوريًا بناءً على التطورات العلمية والتقنية.

تُجرى مراجعات دورية للحوادث السابقة بهدف تحسين الإجراءات الوقائية.

أمثلة على قوانين دولية

1. الولايات المتحدة

تُشرف هيئة السلامة والتفتيش على المناجم (MSHA) على التفجيرات في المناجم وتضع معايير السلامة والبيئة.

تفرض وكالة حماية البيئة (EPA) معايير صارمة لتقليل الأثر البيئي.

2. الاتحاد الأوروبي

يلتزم بتوجيهات السلامة والصحة المهنية المتعلقة باستخدام المتفجرات.

تطبق بعض الدول مثل ألمانيا والسويد معايير صارمة لتقليل الأثر البيئي والاهتزازات.

3. أستراليا

تضع قوانين صارمة للتفجيرات القريبة من المناطق السكنية وتلزم باستخدام أجهزة المراقبة وإبلاغ السكان مسبقًا

الخلاصة

التفجيرات تحت الأرض، سواء لأغراض هندسية أو عسكرية، تتطلب تنظيمًا دقيقًا وإجراءات صارمة لضمان السلامة وحماية البيئة. تعتمد الدول المتقدمة على إطار قانوني محكم ودراسات علمية متخصصة لضمان الحد الأدنى من المخاطر.