الملخص
تتناول هذه الدراسة استخدام المعالجة الحرارية بالموجات الدقيقة (الميكروويف) في عمليات حفر الأنفاق لتهيئة الصخور الصلبة مسبقًا قبل تفتيتها. في هذا العمل ، خضعت عينات من صخور البازلت التي جُمعت من منطقة الهيرة في ليبيا، لأشعة الميكروويف لفترات زمنية مختلفة عند مستويات طاقة 800 وات و1000 وات. أُجريت اختبارات متنوعة على عينات الصخور المعالجة وغير المعالجة، بما في ذلك اختبار قوة الشد البرازيلي (BTS) واختبار قوة الانضغاط أحادية المحور (UCS). كما خضعت العينات لتحليلات فيزيائية ومعدنية. تشير النتائج إلى أن التأثيرات المترتبة على زيادة مدة التعرض و زيادة قدرة الميكروويف لا تزيد فقط من درجة حرارة سطح البازلت، بل تُؤدي أيضًا إلى انخفاض شبه خطي في قيمتي قوة الشد البرازيلي (BTS) وقوة الانضغاط أحادية المحور (UCS). علاوة على ذلك، تُؤكد تحليلات الانحدار التي تم التحقق من صحتها باستخدام برنامج MATLAB، موثوقية وكفاءة القياسات التجريبية مُقارنةً بالاستراتيجيات الميكانيكية التقليدية. كما تُوضح التحليلات كيف تُسرِّع المعالجة المُحسَّنة بالموجات الدقيقة للصخور المُستهدفة من إضعافها مع تعزيز كفاءة الطاقة. وتظهر النتائج أن استخدام المعالجة الحرارية للميكروويف لتحسين حفر الأنفاق لا يقلل من تآكل ادوات الحفر فحسب، بل يوفر أيضًا عمليات حفر أنفاق أكثر كفاءة واستدامة في بيئات الصخور الصلبة.
ABSTRACT
The present study explores the use of microwave thermal treatment in tunnel excavations to pre-condition hard rock prior to fragmentation. In this work, basalt rock specimens collected at Al-Hirah, Libya, undergo microwave irradiation for different durations at 800 W and 1000 W power levels. Various tests are performed on both the untreated and treated rock samples, including the Brazilian Tensile Strength (BTS) and Uniaxial Compressive Strength (UCS) tests. The samples are also subjected to physical and mineralogical analyses. The results indicate that the combined effects of longer exposure times and enhanced microwave power not only increase the basalt’s surface temperature, but result in a near linear reduction of BTS and UCS. Furthermore, the regression analyses, which are validated in MATLAB, confirm the experimental measurements’ reliability and efficiency compared to traditional mechanical strategies. The analyses also demonstrate how the microwave-enhanced pre-treatment of the targeted rock accelerates its weakening while also boosting energy efficiency. The findings show that using microwave thermal treatment to optimize tunnel excavations not only decreases tool wear, but offers more efficient and sustainable tunneling operations in hard rock environments.
