จะเลือกตัวกรองฝุ่นที่เหมาะสมสำหรับเครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้งได้อย่างไร

การเลือกระบบกรองฝุ่นที่เหมาะสมสำหรับ เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง เป็นหนึ่งในการตัดสินใจที่สำคัญที่สุดด้านการปฏิบัติงาน ซึ่งวิศวกรหรือผู้จัดการโครงการจะต้องเผชิญระหว่างการก่อสร้างใต้ดิน สภาพแวดล้อมหินแห้งจะก่อให้เกิดฝุ่นละอองละเอียดปริมาณมหาศาลทันทีที่หัวตัดสัมผัสกับชั้นหินที่แข็งมาก ต่างจากเทคนิคการขุดอุโมงค์ในดินอ่อนหรือแบบใช้โคลน ซึ่งการขุดในหินแห้งจะผลิตฝุ่นซิลิกาที่สามารถหายใจเข้าไปได้ อนุภาคควอตซ์ และฝุ่นละอองลอยในอากาศ ซึ่งอาจทำให้ระบบกรองที่ไม่เพียงพอเกิดความล้มเหลวภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมง การเลือกสเปกของตัวกรองผิดพลาดนั้นไม่ใช่เพียงแค่ปัญหาความไม่สะดวกในการบำรุงรักษาเท่านั้น แต่ยังส่งผลกระทบโดยตรงต่อสุขภาพของแรงงาน อายุการใช้งานของอุปกรณ์ ความสอดคล้องตามข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ และความต่อเนื่องโดยรวมของโครงการ

คู่มือนี้ถูกออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อช่วยวิศวกรฝ่ายจัดซื้อ หัวหน้าหน้างาน และผู้จัดการอุปกรณ์ ในการเลือกตัวกรองฝุ่นอย่างรอบรู้เมื่อปฏิบัติงานด้วย เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง . เราจะพิจารณาตัวแปรสำคัญที่มีผลต่อการเลือกตัวกรอง — ตั้งแต่ลักษณะของอนุภาคฝุ่นและปริมาตรการไหลของอากาศ ไปจนถึงประเภทของวัสดุกรอง รูปแบบโครงสร้างของตัวเรือนกรอง และรอบการบำรุงรักษา — เพื่อให้คุณได้กรอบการตัดสินใจที่ใช้งานได้จริง แทนที่จะเป็นภาพรวมทั่วไปเท่านั้น ทุกคำแนะนำในที่นี้อิงจากความต้องการจริงในการดำเนินงานขุดเจาะอุโมงค์ในหินแข็ง

การเข้าใจสภาพแวดล้อมฝุ่นภายในอุโมงค์หินแห้ง

อะไรทำให้ฝุ่นจากหินแห้งมีความท้าทายอย่างไม่เหมือนใคร

เมื่อ เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง เคลื่อนผ่านหินแกรนิต หินปูน หินทราย หรือชั้นหินแข็งอื่นๆ กลไกการตัด—ไม่ว่าจะเป็นเครื่องตัดแบบจาน (disc cutters) เครื่องตัดแบบลาก (drag bits) หรือเครื่องตัดแบบลูกกลิ้ง (roller cutters)—จะทำให้โครงสร้างหินแตกร้าวภายใต้พลังงานสูง กระบวนการแตกร้าวนี้ก่อให้เกิดการกระจายขนาดของอนุภาคอย่างกว้างขวาง ตั้งแต่เศษหินหยาบและเศษกรวด ไปจนถึงอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่า 1 ไมครอนซึ่งสามารถหายใจเข้าไปได้ อนุภาคที่เล็กที่สุด โดยเฉพาะอนุภาคที่มีขนาดต่ำกว่า 10 ไมครอน และโดยเฉพาะอย่างยิ่งต่ำกว่า 4 ไมครอน ถือว่าอันตรายที่สุดทั้งในด้านสุขภาพและด้านประสิทธิภาพของอุปกรณ์

ต่างจากสภาพแวดล้อมการขุดอุโมงค์แบบเปียก ซึ่งการใช้น้ำในการควบคุมฝุ่นสามารถจับฝุ่นที่ลอยอยู่ในอากาศได้เป็นส่วนใหญ่ตั้งแต่แหล่งกำเนิด เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง พึ่งพาการระบายอากาศและระบบกรองแบบกลไกเกือบทั้งหมดในการจัดการคุณภาพอากาศ ความชื้นที่ไม่มีอยู่ทำให้อนุภาคยังคงลอยตัวในอากาศเป็นเวลานานขึ้นมาก เคลื่อนที่ได้ไกลขึ้นผ่านช่องอุโมงค์ และสะสมอย่างรวดเร็วบนพื้นผิวของสื่อกรอง ปริมาณซิลิกาในหินแข็งหลายชนิดมักสูงกว่า 60% ซึ่งหมายความว่าฝุ่นที่เกิดขึ้นจัดว่าเป็นอันตรายร้ายแรงต่อระบบทางเดินหายใจตามกฎระเบียบด้านสุขภาพอาชีพในเขตอำนาจส่วนใหญ่

การเข้าใจสภาพแวดล้อมนี้คือขั้นตอนแรกสู่การเลือกตัวกรองที่เหมาะสม การระบุขนาดหรือกำหนดข้อกำหนดของระบบกรองสำหรับสภาพธรณีวิทยาที่นุ่มกว่า หรือสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น จะทำให้ตัวกรองเสื่อมสภาพก่อนเวลาอันควร ก่อให้เกิดความแตกต่างของแรงดันที่เป็นอันตราย และในที่สุดจำเป็นต้องเปลี่ยนตัวกรองฉุกเฉินภายใต้สถานการณ์การปฏิบัติงานที่เลวร้ายที่สุด วิศวกรจึงจำเป็นต้องเริ่มต้นด้วยการสำรวจธรณีวิทยาอย่างละเอียดและการศึกษาลักษณะของฝุ่นก่อนที่จะสรุปข้อกำหนดด้านการกรองใดๆ

การประมาณปริมาณฝุ่นและคำนวณอัตราการไหลของอากาศ

ก่อนเลือกองค์ประกอบตัวกรองใดๆ ทีมงานโครงการจะต้องจัดทำประมาณการปริมาณฝุ่นที่สมเหตุสมผลสำหรับการขุดเจาะอุโมงค์เฉพาะจุดนั้น ๆ ให้ชัดเจนก่อน เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง อัตราการเกิดฝุ่นจากเครื่องขุดอุโมงค์ (TBM) ขึ้นอยู่กับความแข็งของหิน รูปทรงเรขาคณิตของใบมีดตัด ความเร็วในการเจาะล่วงหน้า (advance rate) และเส้นผ่านศูนย์กลางของช่องเจาะ โดยหลักการทั่วไปแล้ว หินที่มีความแข็งสูงกว่าและมีความต้านทานแรงอัดสูงกว่า จะสร้างอนุภาคฝุ่นละเอียดมากขึ้นต่อหน่วยปริมาตรที่ขุดได้ เมื่อเทียบกับชั้นหินที่นุ่มกว่า

ปริมาตรการไหลของอากาศ ซึ่งวัดเป็นลูกบาศก์เมตรต่อนาที จำเป็นต้องคำนวณจากพื้นที่หน้าตัดของอุโมงค์ จำนวนบุคลากรที่ปฏิบัติงานใต้ดิน ภาระความร้อนจากอุปกรณ์ และความเร็วการเจือจางที่จำเป็นเพื่อขนส่งฝุ่นออกจากบริเวณหน้าตัดการตัดหิน แนวทางการระบายอากาศในอุตสาหกรรมมักกำหนดความเร็วลมที่หน้าตัดไว้ให้เพียงพอที่จะป้องกันไม่ให้ฝุ่นถูกดูดกลับเข้ามาใหม่ (re-entrainment) ขณะเดียวกันก็รักษาให้คนงานอยู่ในโซนที่มีอากาศสะอาด ระบบตัวกรองจะต้องสามารถรองรับปริมาตรการไหลของอากาศทั้งหมดนี้ได้ แม้ในช่วงที่มีปริมาณฝุ่นสูงสุด โดยไม่เกินค่าความตกของแรงดัน (pressure drop) สูงสุดที่ระบุไว้สำหรับระบบ

การเลือกขนาดระบบกรองที่เล็กเกินไปเมื่อเปรียบเทียบกับอัตราการไหลของอากาศจริงและปริมาณฝุ่นที่ต้องจัดการ ถือเป็นหนึ่งในข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดในการระบุข้อกำหนดด้านการจัดการฝุ่นสำหรับ เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง ผลที่ตามมาคือไส้กรองอิ่มตัวอย่างรวดเร็ว ความต่างของแรงดันเพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก การลดลงของอัตราการไหลของอากาศที่ส่งไปยังพื้นที่ทำงาน และการสึกหรอของพัดลมระบายอากาศอย่างเร่งด่วน ดังนั้น การจำลองแบบปริมาณฝุ่นล่วงหน้าก่อนเริ่มโครงการอย่างแม่นยำจึงไม่ใช่เรื่องที่สามารถละเลยได้ — แต่เป็นข้อกำหนดพื้นฐานด้านวิศวกรรม

ประเภทของวัสดุตัวกรองและความเหมาะสมสำหรับการใช้งานกับหินแห้ง

วัสดุตัวกรองชนิดเส้นใยและเซลลูโลส

วัสดุตัวกรองชนิดเส้นใยแบบดั้งเดิม ซึ่งรวมถึงเซลลูโลสและส่วนผสมของเซลลูโลสกับโพลีเอสเตอร์ ถูกใช้งานอย่างแพร่หลายในการดักจับฝุ่นในอุตสาหกรรมทั่วไป อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติในการทำงานของวัสดุเหล่านี้ทำให้การเลือกใช้กับ เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีซิลิกาความเข้มข้นสูง ตัวกรองชนิดเซลลูโลส มีรูพรุนผิวสัมผัสค่อนข้างสูง ซึ่งหมายความว่าอนุภาคขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่ำกว่า 5 ไมครอนสามารถแทรกซึมเข้าไปในความลึกของตัวกรองได้ และลดความสามารถในการไหลของอากาศลงอย่างถาวรตามระยะเวลาการใช้งาน

ตัวกรองชนิดนี้ยังดูดซับความชื้นได้ง่ายอีกด้วย ในอุโมงค์ที่ระดับความชื้นเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการรั่วซึมของน้ำใต้ดิน การฉีดพ่นน้ำเพื่อลดฝุ่นเชิงกลที่หัวตัด หรือการควบแน่นจากอุปกรณ์ระบายอากาศ ตัวกรองเซลลูโลสอาจเปียกชื้นและสูญเสียความแข็งแรงของโครงสร้าง อย่างไรก็ตาม ในสภาพแวดล้อมหินแห้งสนิทที่มีความชื้นต่ำมาก ตัวกรองเซลลูโลสสามารถใช้งานได้เพียงพอสำหรับการปฏิบัติงานระยะสั้นหรือความเข้มข้นต่ำ แต่ระยะเวลาระหว่างการบำรุงรักษา (service life) จะสั้นกว่าตัวกรองชนิดอื่นอย่างมีนัยสำคัญ และประสิทธิภาพในการทำความสะอาดด้วยแรงดันลมแบบพัลส์ (pulse-cleaning response) โดยทั่วไปก็ต่ำกว่าตัวกรองชนิดอื่น

สำหรับทุก เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง ในการดำเนินงานที่อัตราการเจาะล่วงหน้าสูง หรือในชั้นหินที่มีปริมาณซิลิกาสูง ตัวกรองเซลลูโลสเส้นใยควรพิจารณาเป็นทางเลือกสุดท้ายหรือวิธีแก้ปัญหาชั่วคราว แทนที่จะเป็นข้อกำหนดหลัก เนื่องจากประหยัดค่าใช้จ่ายในการจัดซื้อตัวกรองได้เพียงเล็กน้อย แต่กลับถูกหักล้างด้วยความจำเป็นต้องเปลี่ยนตัวกรองบ่อยขึ้น และแรงงานบำรุงรักษาที่เพิ่มขึ้นจากการลดระยะเวลาระหว่างการบำรุงรักษา

สื่อกรองสังเคราะห์แบบโพลีเอสเตอร์และสปันบอนด์

ตัวกรองโพลีเอสเตอร์ โดยเฉพาะผ้าโพลีเอสเตอร์แบบเข็มเย็บ (needle-felt) และแบบสปันบอนด์ (spunbond) ให้สมรรถนะที่เหนือกว่าอย่างมากสำหรับสภาพฝุ่นที่รุนแรงซึ่งเกิดขึ้นจาก เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง เส้นใยโพลีเอสเตอร์มีคุณสมบัติไม่ดูดซับน้ำ มีความคงตัวของขนาดภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ และทนต่อคุณสมบัติการกัดกร่อนของฝุ่นหินที่มีซิลิกาสูง นอกจากนี้ พื้นผิวที่เรียบเนียนของตัวกรองโพลีเอสเตอร์แบบสปันบอนด์หลายชนิดยังช่วยให้การทำความสะอาดด้วยระบบพัลส์-เจ็ต (pulse-jet cleaning) มีประสิทธิภาพมากขึ้น ทำให้ตัวกรองสามารถขจัดคราบฝุ่นที่สะสมไว้ได้อย่างหมดจดยิ่งขึ้นในแต่ละรอบการทำความสะอาด

สื่อโพลีเอสเตอร์ที่เคลือบผิวซึ่งมีชั้นเมมเบรนละเอียด — โดยทั่วไปคือโพลีเททราฟลูออโรเอธิลีนแบบขยายตัว (ePTFE) — ทับอยู่บนพื้นฐานของสื่อโพลีเอสเตอร์ ถือเป็นมาตรฐานประสิทธิภาพปัจจุบันสำหรับการกรองในงานขุดอุโมงค์ผ่านหินแข็ง เมมเบรนทำหน้าที่เป็นอุปสรรคในการกรองที่ผิวหน้าตัวกรอง จึงสามารถดักจับอนุภาคเกือบทั้งหมดไว้ที่ผิวหน้าตัวกรองแทนที่จะให้อนุภาคแทรกซึมเข้าไปสะสมภายในเนื้อวัสดุ (depth loading) พฤติกรรมการสะสมฝุ่นที่ผิวหน้าเช่นนี้ทำให้ตัวกรองโพลีเอสเตอร์ที่เคลือบด้วยเมมเบรนมีความสะดวกในการทำความสะอาดอย่างมาก ยืดอายุการใช้งานได้อย่างมีนัยสำคัญ และรักษาระดับแรงดันตกคร่อม (pressure drop) ที่เสถียรกว่าตลอดอายุการใช้งานของตัวกรอง

เมื่อกำหนดข้อกำหนดสำหรับตัวกรองฝุ่นสำหรับ เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง ควรพิจารณาตัวกรองแบบคาร์ทริดจ์โพลีเอสเตอร์ที่เคลือบด้วยเมมเบรนซึ่งมีค่าความสามารถในการดักจับอนุภาคไม่น้อยกว่าร้อยละ 99.9 ที่ขนาด 0.5 ไมครอน เป็นข้อกำหนดพื้นฐาน ต้นทุนเพิ่มเติมที่สูงขึ้นเล็กน้อยเมื่อเทียบกับสื่อโพลีเอสเตอร์แบบมาตรฐานนั้นคุ้มค่าอย่างยิ่ง เนื่องจากช่วยลดต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ (total cost of ownership) ลงอย่างมากตลอดระยะเวลางานขุดอุโมงค์ที่ยาวนาน

เส้นใยนาโนและสื่อคอมโพสิตประสิทธิภาพสูง

เทคโนโลยีตัวกรองเส้นใยนาโนที่กำลังเกิดขึ้นนั้นใช้เส้นใยสังเคราะห์ขนาดละเอียดพิเศษมาเคลือบบนสื่อฐาน ทำให้เกิดชั้นการกรองผิวที่หนาแน่นอย่างยิ่งแต่มีน้ำหนักพื้นผิวต่ำมาก ตัวกรองเหล่านี้สามารถบรรลุประสิทธิภาพการกรองเทียบเท่า HEPA ขณะเดียวกันก็รักษาระดับแรงดันตก (pressure drop) ต่ำกว่าตัวกรองแบบชั้นลึกแบบดั้งเดิมที่มีประสิทธิภาพเทียบเคียงกัน สำหรับการดำเนินงานที่เกี่ยวข้องกับ เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง ในชั้นหินที่มีความเข้มข้นของซิลิกาผลึกสูงมาก เส้นใยนาโนสามารถให้ขอบเขตการป้องกันเพิ่มเติมแก่บุคลากรและอุปกรณ์ที่ไวต่อการเสียหาย

ข้อแลกเปลี่ยนที่สำคัญของการใช้ตัวกรองชนิดนาโนไฟเบอร์คือความเปราะบางทางกล ชั้นเคลือบจากเส้นใยละเอียดสามารถเสียหายได้จากการทำความสะอาดแบบพัลส์ความเร็วสูง หากแรงดันอากาศไม่ได้รับการปรับแต่งอย่างระมัดระวัง ผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าพารามิเตอร์ของระบบทำความสะอาด — ได้แก่ แรงดันพัลส์ ระยะเวลาพัลส์ และความถี่พัลส์ — ถูกตั้งค่าไว้ภายในขอบเขตที่ผู้ผลิตตัวกรองกำหนดไว้ การตั้งค่าพารามิเตอร์เกินขอบเขตที่กำหนดจะทำให้เส้นใยหลุดลอกและประสิทธิภาพการกรองลดลงอย่างรุนแรง ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่ร้ายแรงโดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมใต้ดินปิดที่พบในอุโมงค์หินแข็ง

การออกแบบโครงสร้างตัวเรือนตัวกรองและการผสานเข้ากับสถาปัตยกรรมของเครื่องจักร

รูปแบบตัวกรองแบบคาทริดจ์เทียบกับแบบถุง

รูปแบบทางกายภาพของตัวเรือนตัวกรองฝุ่นต้องสอดคล้องกับทั้งความต้องการการไหลของอากาศและข้อจำกัดด้านพื้นที่ของ เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง และอุปกรณ์ติดตามที่เกี่ยวข้อง รูปแบบหลักสองแบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการขุดอุโมงค์ในหินแข็งใต้ดิน ได้แก่ ตัวกรองแบบคาร์ทริดจ์พับ (pleated cartridge filters) และตัวกรองแบบถุงทรงกระบอก (cylindrical bag filters) ซึ่งแต่ละแบบมีข้อดีและข้อจำกัดที่แตกต่างกัน

ตัวกรองแบบคาร์ทริดจ์พับสามารถบรรจุพื้นที่ผิวสำหรับการกรองได้สูงมากในรูปทรงกระบอกที่มีขนาดกะทัดรัด ทำให้เหมาะอย่างยิ่งกับสภาพแวดล้อมที่มีข้อจำกัดด้านพื้นที่บริเวณด้านหลังของหัวเจาะ (cutterhead) ของเครื่องขุดอุโมงค์แบบหน้าตัดเต็ม (full-face) เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง การออกแบบแบบโมดูลาร์ของตัวกรองชนิดนี้ช่วยให้สามารถเปลี่ยนคาร์ทริดจ์แต่ละตัวได้โดยไม่จำเป็นต้องถอดชิ้นส่วนทั้งหมดของตัวเรือนตัวกรองออก จึงลดเวลาที่เครื่องหยุดทำงานเพื่อการบำรุงรักษา ระบบตัวกรองคาร์ทริดจ์มักถูกติดตั้งระบบทำความสะอาดแบบพัลส์-เจ็ต (pulse-jet cleaning) โดยอัตโนมัติ ซึ่งช่วยให้สามารถดำเนินการขุดอุโมงค์ต่อเนื่องได้โดยไม่จำเป็นต้องเข้าไปดำเนินการด้วยมือระหว่างการขุด

การจัดวางระบบตัวกรองแบบถุงใช้ถุงผ้าทรงกระบอกที่แขวนอยู่ภายในโครงบ้านขนาดใหญ่กว่า ระบบนี้ให้พื้นที่กรองรวมทั้งหมดที่กว้างมากและได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายในงานอุตสาหกรรมภาคพื้นดิน แต่ความยาวทางกายภาพของถุงและการต้องการความแข็งแรงเพียงพอสำหรับการยึดถุงให้อยู่ในแนวตั้งอย่างมั่นคงอาจก่อให้เกิดความท้าทายในการติดตั้งในพื้นที่จำกัดของอุปกรณ์รองรับที่ติดตามหลังเครื่องขุดเจาะในปฏิบัติการขุดอุโมงค์ อย่างไรก็ตาม สำหรับโครงการอุโมงค์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่มาก ซึ่งพื้นที่สำหรับอุปกรณ์รองรับที่ติดตามหลังมีความกว้างขวางมากขึ้น ระบบตัวกรองแบบถุงยังคงเป็นทางเลือกที่ใช้งานได้จริงและมีความสามารถในการแข่งขันด้านต้นทุน

ข้อกำหนดของระบบทำความสะอาดแบบพัลส์-เจ็ต

— นั้นไม่ใช่สิ่งที่สามารถละเลยได้ แต่เป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง ระบบทำความสะอาดแบบพัลส์-เจ็ตที่เชื่อถือได้และปรับเทียบอย่างเหมาะสมไม่ใช่สิ่งเสริมที่เลือกใช้ได้เมื่อปฏิบัติการตัวกรองแบบถุง หากไม่มีการล้างทำความสะอาดขณะใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพ แม้แต่วัสดุตัวกรองที่มีคุณภาพสูงที่สุดก็จะอิ่มตัวอย่างรวดเร็วภายใต้ภาระฝุ่นที่สูงอย่างต่อเนื่อง ซึ่งพบได้ทั่วไปในการขุดหินแห้ง ส่งผลให้ความต่างของแรงดันเพิ่มสูงขึ้นจนลดการไหลของอากาศที่ส่งไปยังหน้าตัดการทำงาน และทำให้พัดลมระบายอากาศทำงานหนักเกินไป

ระบบพัลส์เจ็ตต้องได้รับอากาศอัดที่สะอาดและแห้ง ภายใต้ความดันที่เพียงพอ — โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 5 ถึง 7 บาร์ สำหรับการทำความสะอาดไส้กรองแบบคาร์ทริดจ์ ความชื้นในอากาศอัดนั้นมีผลทำลายอย่างรุนแรงโดยเฉพาะในการดำเนินงานหินแห้ง เนื่องจากอาจทำให้ฝุ่นที่สะสมเป็นคราบเปียกและแข็งตัวบนพื้นผิวตัวกรอง จนยากต่อการขจัดออกในรอบการทำความสะอาดครั้งต่อ ๆ ไป การติดตั้งเครื่องทำแห้งอากาศแบบใช้สารทำความเย็น (refrigerant air dryer) หรือเครื่องทำแห้งอากาศแบบใช้สารดูดความชื้น (desiccant dryer) ที่มีขนาดเหมาะสมไว้ก่อนระบบพัลส์ ถือเป็นการปรับปรุงที่แนะนำอย่างยิ่งสำหรับการติดตั้งระบบกรองใด ๆ บน เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง .

ความถี่ของรอบการล้างและระยะเวลาของสัญญาณพัลซ์ควรตั้งค่าตามความต่างของแรงดันที่วัดได้ผ่านชุดตัวกรอง แทนที่จะใช้ช่วงเวลาคงที่เพียงอย่างเดียว การล้างที่กระตุ้นด้วยความต่างของแรงดันจะทำให้การล้างตัวกรองสอดคล้องกับสภาวะจริงของปริมาณฝุ่นที่สะสม ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงตลอดกะการทำงาน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของเครื่องจักร การหยุดนิ่ง หรือการเปลี่ยนผ่านระหว่างชั้นหินที่มีความแข็งต่างกันและอัตราการเกิดฝุ่นที่ไม่เท่ากัน

การปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านกฎระเบียบและมาตรฐานการคุ้มครองสุขภาพ

ขีดจำกัดการสัมผัสในที่ทำงานสำหรับฝุ่นซิลิกาที่หายใจเข้าได้

กรอบข้อกำหนดด้านกฎระเบียบที่ควบคุมการสัมผัสกับซิลิกาผลึกที่หายใจเข้าได้ (RCS) ในการก่อสร้างใต้ดิน มีความเข้มงวดมากขึ้นเรื่อย ๆ ในตลาดหลักส่วนใหญ่ สำหรับการดำเนินงานที่เกี่ยวข้องกับ เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง ในชั้นหินที่มีซิลิกา ระบบกรองฝุ่นต้องได้รับการออกแบบให้ควบคุมระดับการสัมผัสของแรงงานให้ต่ำกว่าขีดจำกัดการสัมผัสในที่ทำงาน (OEL) ที่เกี่ยวข้อง — โดยทั่วไปจะแสดงเป็นมิลลิกรัมของซิลิกาที่สามารถหายใจเข้าไปได้ต่อลูกบาศก์เมตรของอากาศ โดยเฉลี่ยตลอดระยะเวลาการทำงานเต็มวัน ความล้มเหลวในการปฏิบัติตามขีดจำกัดเหล่านี้จะทำให้เจ้าของโครงการและผู้รับเหมาต้องเผชิญกับผลทางกฎหมาย การเงิน และชื่อเสียงที่รุนแรง

กระบวนการเลือกตัวกรองไม่สามารถแยกออกจากประเมินความเสี่ยงอย่างรอบด้านได้ ซึ่งรวมถึงการจัดทำแผนที่ปริมาณซิลิกาในชั้นหินตามลักษณะธรณีวิทยาของพื้นที่ที่จะขุดเจาะ การจำลองความเข้มข้นของซิลิกาในอากาศที่คาดว่าจะเกิดขึ้น ณ ตำแหน่งต่าง ๆ ภายในอุโมงค์ จากนั้นจึงย้อนกลับมาพิจารณากำหนดประสิทธิภาพการกรองขั้นต่ำและอัตราการไหลของอากาศที่จำเป็นเพื่อให้บรรลุมาตรฐานที่กำหนด วิศวกรควรปรึกษานักสุขศาสตร์อุตสาหกรรมที่มีประสบการณ์เฉพาะด้านการขุดเจาะใต้ดินในหินแข็งระหว่างขั้นตอนการระบุรายละเอียดของตัวกรอง แทนที่จะอาศัยเพียงคำแนะนำจากผู้จัดจำหน่ายอุปกรณ์เท่านั้น

อัตราการกรองและมาตรฐานการรับรองประสิทธิภาพของตัวกรอง

เมื่อกำหนดคุณลักษณะของตัวกรองสำหรับ เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง วิศวกรควรอ้างอิงตามมาตรฐานการทดสอบประสิทธิภาพของตัวกรองที่เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไป ซึ่งมาตรฐาน ISO 16890, EN 779 และ ASHRAE 52.2 เป็นต้น ถูกใช้อ้างอิงบ่อยครั้งสำหรับการประเมินประสิทธิภาพของสื่อกรองอากาศในงานอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม มาตรฐานเหล่านี้พัฒนาขึ้นเป็นหลักสำหรับการประยุกต์ใช้ในระบบปรับอากาศและระบายอากาศ (HVAC) ส่วนสำหรับการกรองในกระบวนการผลิตที่ใช้ในระบบเก็บฝุ่น มาตรฐาน EN 60335-2-69 และ ISO 5011 ให้วิธีการทดสอบที่เกี่ยวข้อง

พารามิเตอร์หลักที่ต้องระบุและตรวจสอบคือประสิทธิภาพเชิงสัดส่วน (fractional efficiency) ที่ขนาดอนุภาคที่สามารถแทรกผ่านได้มากที่สุด (MPPS) ซึ่งโดยทั่วไปสำหรับตัวกรองชนิดเส้นใยและตัวกรองแบบเมมเบรนจะอยู่ในช่วง 0.1 ถึง 0.3 ไมครอน สำหรับการป้องกันฝุ่นซิลิกาที่สามารถหายใจเข้าไปได้ในการขุดอุโมงค์หินแข็ง ตัวกรองที่มีมาตรฐาน H13 HEPA หรือเทียบเท่า — ซึ่งสามารถดักจับอนุภาคได้อย่างน้อย 99.95% ที่ MPPS — จะให้ขอบเขตการป้องกันที่ดีที่สุด ตัวกรองที่มีระดับต่ำกว่านี้อาจยังคงสอดคล้องตามข้อกำหนดทางกฎหมายในแหล่งหินที่มีปริมาณซิลิกาปานกลาง แต่จะให้ขอบเขตการป้องกันที่น้อยกว่าต่อเหตุการณ์ฝุ่นรุนแรงที่สุด เช่น การเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาอย่างฉับพลันไปสู่หินที่มีซิลิกาสูงมาก

การวางแผนการบำรุงรักษาและการจัดการรอบอายุการใช้งานของตัวกรอง

การกำหนดช่วงเวลาการเปลี่ยนตัวกรองที่สมเหตุสมผล

หนึ่งในความล้มเหลวในการปฏิบัติงานที่พบบ่อยที่สุดในการจัดการฝุ่นสำหรับ เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง คือการนำช่วงเวลาที่กำหนดให้เปลี่ยนไส้กรอง ซึ่งได้มาจากการใช้งานในสภาพที่เบากว่าหรือการใช้งานบนพื้นผิว มาประยุกต์ใช้กับสภาพแวดล้อมใต้ดินที่มีความเข้มข้นและท้าทายมากกว่าอย่างมาก คือการขุดอุโมงค์ในหินแข็ง โดยอัตราอายุการใช้งานตามมาตรฐานของผู้ผลิตนั้นถูกกำหนดขึ้นภายใต้เงื่อนไขการทดสอบที่เป็นมาตรฐาน ซึ่งโดยทั่วไปไม่สะท้อนความเข้มข้นของฝุ่นที่แท้จริงซึ่งพบได้ในการขุดอุโมงค์หินแข็งจริง

แนวทางที่เป็นรูปธรรมคือ การกำหนดช่วงเวลาเริ่มต้นสำหรับการเปลี่ยนไส้กรองโดยอ้างอิงจากคำแนะนำของผู้จัดจำหน่าย จากนั้นปรับลดช่วงเวลานั้นลงตามอัตราการเพิ่มขึ้นของความต่างของแรงดัน (pressure differential) ที่สังเกตเห็นได้จริงในช่วงสัปดาห์แรกของการปฏิบัติงานจริง การติดตั้งมาตรวัดความต่างของแรงดัน หรือตัวแปลงสัญญาณแรงดันแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความสามารถในการบันทึกข้อมูลไว้ที่ตัวเรือนไส้กรอง จะช่วยให้ทีมปฏิบัติการสามารถสร้างแบบจำลองการเพิ่มขึ้นของแรงดันเฉพาะสถานที่ได้ แบบจำลองนี้สามารถนำมาใช้ทำนายช่วงเวลาที่ไส้กรองจะอิ่มตัวได้อย่างแม่นยำในระดับหนึ่ง และวางแผนการเปลี่ยนไส้กรองให้สอดคล้องกับช่วงเวลาที่กำหนดไว้สำหรับการบำรุงรักษาตามแผน แทนที่จะต้องตอบสนองต่อกรณีฉุกเฉินจากการล้มเหลวของไส้กรองระหว่างกะการทำงาน

การรักษาระดับสต๊อกสำรองของไส้กรองสำหรับเปลี่ยนที่มีข้อกำหนดทางเทคนิคถูกต้องไว้ที่ทางเข้าอุโมงค์หรือในสถานที่จัดเก็บบนผิวดิน ถือเป็นความต้องการเชิงโลจิสติกส์พื้นฐานหนึ่งอย่าง เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง ในการขับเคลื่อนเครื่องเจาะอย่างต่อเนื่อง การไม่สามารถเปลี่ยนไส้กรองที่อิ่มตัวแล้วได้เนื่องจากสินค้าหมดสต๊อก ถือว่าไม่ยอมรับได้ในเชิงปฏิบัติการ และอาจบังคับให้ต้องหยุดการผลิตซึ่งส่งผลเสียทางการเงินอย่างมาก หรือแย่กว่านั้น คือการดำเนินการขุดเจาะต่อไปภายใต้เงื่อนไขคุณภาพอากาศที่ลดลง

แนวปฏิบัติในการตรวจสอบและการยืนยันความสมบูรณ์ของไส้กรอง

การเปลี่ยนไส้กรองแบบคาร์ทริดจ์หรือถุงกรองไม่ได้รับประกันว่าระบบกรองจะทำงานตามข้อกำหนดที่ระบุไว้ ความเสียหายทางกายภาพต่อวัสดุกรองระหว่างการขนส่ง การจัดการ และการติดตั้ง — รวมถึงรอยฉีก รอยทะลุ หรือปะเก็นซีลที่เสียหาย — อาจสร้างช่องทางหลบเลี่ยง (bypass pathways) ที่สำคัญ ซึ่งทำให้ฝุ่นที่ยังไม่ผ่านการกรองไหลเข้าสู่กระแสอากาศที่ผ่านการกรองโดยตรง เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง สำหรับอุโมงค์ แม้แต่รอยรั่วหลบเลี่ยงขนาดเล็กก็อาจส่งมอบปริมาณซิลิกาที่สามารถหายใจเข้าไปได้ (respirable silica) ซึ่งมีนัยสำคัญทางคลินิกแก่คนงานและชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อการรบกวนซึ่งตั้งอยู่ด้านปลายน้ำ

ควรตรวจสอบความสมบูรณ์ของตัวกรองทุกครั้งที่ติดตั้ง โดยใช้วิธีการทดสอบที่เหมาะสม สำหรับตัวกรองแบบคาทริดจ์ (cartridge filters) การตรวจสอบด้วยสายตาบริเวณพื้นผิวของสื่อกรองและโครงสร้างรอยพับ (pleat structure) ร่วมกับการตรวจสอบสภาพซีลยาง (sealing gasket) และการติดตั้งที่ถูกต้องบนแผ่นท่อ (tube sheet) ถือเป็นขั้นตอนการตรวจสอบขั้นต่ำที่ยอมรับได้ สำหรับการติดตั้งที่มีความสำคัญสูง อาจใช้เครื่องนับอนุภาค (particle counter) หรือโฟโตมิเตอร์ (photometer) ที่ติดตั้งด้านปลายน้ำ (downstream) เพื่อดำเนินการทดสอบแบบท้าทาย (challenge test) — โดยการฉีดสารทดสอบในรูปแบบแอโรซอลเข้าทางด้านต้นน้ำ (upstream) แล้ววัดปริมาณการแทรกผ่าน (penetration) ที่ด้านปลายน้ำ — เพื่อยืนยันว่าไม่มีการรั่วไหลแบบเบี่ยงเบน (bypass leakage) ก่อนนำระบบกลับมาใช้งานตามปกติ

คำถามที่พบบ่อย

ฉันควรระบุค่าประสิทธิภาพการกรอง (filter efficiency rating) เท่าใดสำหรับเครื่องขุดอุโมงค์ที่ใช้งานในหินแห้งในแหล่งหินที่มีซิลิกาสูง?

สำหรับการปฏิบัติงานที่มีการ เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง กำลังขุดผ่านชั้นหินที่มีซิลิกาผลึกสูง — โดยทั่วไปมากกว่า 40% — จึงขอแนะนำอย่างยิ่งให้ใช้ตัวกรองที่มีคุณภาพเทียบเท่าหรือดีกว่า HEPA ระดับ H13 ซึ่งจะให้ประสิทธิภาพในการกรองไม่น้อยกว่า 99.95% ที่ขนาดอนุภาคที่สามารถผ่านเข้าไปได้มากที่สุด (MPPS) จึงมอบขอบเขตความปลอดภัยสูงสุดที่มีอยู่ต่อการสัมผัสซิลิกาที่หายใจเข้าไปได้ ขณะที่การจัดอันดับประสิทธิภาพที่ต่ำกว่านี้อาจยังสอดคล้องกับข้อกำหนดทางกฎหมายในสภาพแวดล้อมที่มีซิลิกาในระดับปานกลาง แต่ควรเลือกใช้ก็ต่อเมื่อมีการประเมินความเสี่ยงเฉพาะสถานที่แล้วพบว่าประสิทธิภาพที่ต่ำกว่านั้นเพียงพอที่จะควบคุมระดับการสัมผัสของคนงานให้ต่ำกว่าขีดจำกัดการสัมผัสอาชีพที่เกี่ยวข้อง

ควรเปลี่ยนไส้กรองฝุ่นบนเครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้งบ่อยแค่ไหน

ไม่มีคำตอบที่ใช้ได้ทั่วไป เนื่องจากอายุการใช้งานของไส้กรองขึ้นอยู่กับ เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง ขึ้นอยู่กับชนิดของหินที่ขุดอย่างมาก รวมทั้งอัตราการเจาะล่วงหน้า และปริมาตรอากาศรวมที่ผ่านระบบกรอง ในทางปฏิบัติ ช่วงเวลาในการเปลี่ยนไส้กรองในงานขุดหินแข็งแบบใช้งานจริงอาจสั้นเพียงสองถึงสี่สัปดาห์ภายใต้สภาวะการใช้งานที่เข้มข้นสูง เมื่อเปรียบเทียบกับช่วงเวลาที่ผู้ผลิตระบุไว้โดยทั่วไปซึ่งอาจแนะนำให้เปลี่ยนไส้กรองในระยะเวลานานกว่านั้นมาก วิธีที่เชื่อถือได้ที่สุดคือการตรวจสอบความดันตกคร่อมธนาคารตัวกรองอย่างต่อเนื่อง และจัดกำหนดการเปลี่ยนไส้กรองเมื่อความดันตกถึงค่าสูงสุดที่ระบุไว้ในข้อกำหนด แทนที่จะพึ่งพาเฉพาะช่วงเวลาที่กำหนดไว้ล่วงหน้า

ฉันสามารถใช้ระบบลดฝุ่นแบบน้ำที่หัวตัดแทนการพึ่งพาการกรองแบบแห้งเพียงอย่างเดียวได้หรือไม่

ในบางบริบททางธรณีวิทยาและปฏิบัติการ การฉีดพ่นน้ำปริมาณจำกัดที่หัวตัดของ เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง สามารถลดความเข้มข้นของฝุ่นในอากาศที่ไหลเข้าสู่ระบบกรอง ซึ่งอาจช่วยยืดอายุการใช้งานของตัวกรองได้ อย่างไรก็ตาม การเพิ่มความชื้นเข้าไปในสภาพแวดล้อมหินที่แห้งอยู่แล้วจะก่อให้เกิดปัญหาเฉพาะตัวขึ้น — รวมถึงฝุ่นเปียกที่จับตัวเป็นก้อนบนสื่อกรองจนขัดขวางกระบวนการทำความสะอาดด้วยแรงดันลม (pulse cleaning) การกัดกร่อนของอุปกรณ์ และความไม่เสถียรทางธรณีวิทยาที่อาจเกิดขึ้นในชั้นหินที่ไวต่อการสัมผัสกับน้ำ ดังนั้น ทุกการตัดสินใจในการใช้ระบบควบคุมฝุ่นด้วยน้ำเสริมจำเป็นต้องประเมินภายใต้บริบทของเงื่อนไขทางธรณีวิทยาและโครงสร้างเฉพาะของแนวเจาะอุโมงค์ และข้อกำหนดของระบบกรองก็ยังต้องสามารถรองรับสภาวะโหลดแบบแห้งเต็มรูปแบบได้เป็นพื้นฐาน

ผลที่ตามมาจากการใช้งานตัวกรองฝุ่นที่อิ่มตัวเกินไปบนเครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้งคืออะไร

การดำเนินการ เครื่องขุดอุโมงค์ในหินแห้ง เมื่อตัวกรองฝุ่นอิ่มตัวหรือใกล้ถึงจุดอิ่มตัว จะก่อให้เกิดผลลัพธ์ที่ร้ายแรงต่อการปฏิบัติงานและความปลอดภัยอย่างเป็นลำดับขั้นตอน ประการแรก ความตกของแรงดันที่เพิ่มสูงขึ้นบริเวณตัวกรองที่อุดตันจะทำให้อัตราการไหลของอากาศเชิงปริมาตรที่ส่งไปยังพื้นที่ทำงานลดลง ส่งผลให้ประสิทธิภาพของการระบายอากาศแบบเจือจางลดลง ซึ่งเป็นกลไกสำคัญที่ช่วยควบคุมระดับการสัมผัสฝุ่นของคนงานให้อยู่ภายในขอบเขตที่ปลอดภัย ประการที่สอง ความต้านทานที่เพิ่มขึ้นนี้จะทำให้พัดลมระบบระบายอากาศทำงานหนักเกินไป อาจนำไปสู่ภาวะร้อนสูงเกินไปและเกิดความล้มเหลวทางกลได้ ประการที่สาม เมื่อความตกของแรงดันที่ตัวกรองเพิ่มสูงขึ้นเรื่อยๆ โครงสร้างของตัวเรือนตัวกรองเองอาจต้องรับแรงที่เกินขีดจำกัดการออกแบบ ซึ่งเสี่ยงต่อความล้มเหลวของโครงสร้างและอาจทำให้ฝุ่นที่สะสมไว้ภายในหลุดรั่วออกมาอย่างกะทันหันสู่บรรยากาศภายในอุโมงค์ ดังนั้น การรักษาตัวกรองให้ทำงานอยู่ภายในช่วงความดันที่กำหนดไว้จึงไม่เพียงแต่เป็นข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังถือเป็นวินัยในการปฏิบัติงานที่มีความสำคัญยิ่งต่อความปลอดภัยอีกด้วย