FI123744B

FI123744B - Menetelmä kallion poraamiseksi

Info

Publication number: FI123744B
Application number: FI20065553A
Authority: FI
Inventors: Jouni Koivisto; Jouko Muona; Timo Kemppainen; Erkki Eilo
Original assignee: Sandvik Mining & Constr Oy
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2013-10-15
Also published as: AU2007293634A1; CN101512102A; CA2662761A1; US20100025108A1; WO2008029000A1; FI20065553A; WO2008029000A8; JP5044651B2; ZA200901613B; AU2007293634B2; FI20065553A0; JP2010502864A; EP2064414A1; CA2662761C; EP2064414B1; US8210278B2; EP2064414A4

Description

Menetelmä kallion poraamiseksi

Keksinnön tausta

Keksinnön kohteena on menetelmä kallion poraamiseksi, jossa menetelmässä määritellään porattavat reiät ennen porausta porauskaaviona, jos-5 sa kullekin reiälle on määritelty porattavan kallion suhteen porauksen aloituspaikka, suunta ja reikäsyvyys ja porauskaaviossa olevat reiät lajitellaan reiän tarkoituksen mukaisesti reikätyyppeihin.

Kallionporauksessa käytetään nykyään toisaalta täysin hydraulisesti ohjattuja kallionporauslaitteita ja toisaalta sähköhydraulisesti ohjattuja kallion-10 porauslaitteita. Erilaisissa poraustilanteissa ja erilaisia reikiä porattaessa hydraulisessa kallionporauslaitteissa porari joutuu asettamaan erilaiset asetukset ja säädettävät porausparametrit kokemuksen perusteella. Tässä lopputulos riippuu hyvin paljon porarin ammattitaidosta eikä sitä silti voida millään tavalla erityisen selkeästi valvoa. Sähköhydraulisessa kallionporauslaitteessa puoles-15 taan on tyypillisesti käytössä kaksi porausmoodia eli normaali poraus ja avar-rusporaus, joiden välillä porari voi poratessaan tehdä valinnan. Näissä vastaavasti on valmiiksi valittu porausparametrisetti eli valittavissa ja säädettävissä oleviin porausparametreihin on valittu ennalta tietyt arvot, joita porari ei kykene muuttamaan tai muuttaminen on hankalaa ja aikaa vievää. Tämä puolestaan 20 johtaa siihen, että poraustehokkuus ja porausnopeus ovat hitaammat kuin mitä porauslaitteella sinänsä pystyisi ja niinpä tehokkuus on todellista mahdollista tehokkuutta heikompi. Tällaista reikien poraamista tehdään niin tunneleita kuin maanpäällisiä louhostöitä tehtäessä. Tunnelinporauksessa ja maanpäällisessä porauksessa eri rei’ille olla erilaiset vaatimukset ja lopullisen tuloksen kannalta 25 porarin ammattitaidolla on erittäin merkittävä osuus.

CO

c3 Keksinnön lyhyt selostus o Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, millä i 1 ^ poraustehokkuutta saadaan nopeutetuksi menettämättä porauksen vaatimaa * tarkkuutta ja muun toiminnan kannalta riittävän laadukkaita reikiä.

30 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on ominaista, että kunkin reikä- co [g tyypin rei'ille määritellään etukäteen porausparametrit reikätyypin mukaan

LO

g valmiiksi porauskaaviossa, joka tallennetaan porauslaitteen muistiin, jolloin ^ porauskaaviossa määritellään kunkin reiän reikätyyppi ja reikätyyppikohtaiset porausparametrit ja että porausvaiheen aikana porauslaite automaattisesti va- 2 litsee kullekin porattavalle reiälle muistissaan olevat porauskaavion määrittämät porausparametrit.

Keksinnön olennainen ajatus on, että määritellään porausparametrit reikätyypin mukaan niin, että eri tarkoitukseen porattavilla rei'illä on reiän tar-5 koituksen mukaan valittu sopivat porausparametrit, joilla kyseisen reiän tarkkuus ja muut ominaisuudet saadaan mahdollisimman tarkoituksenmukaisiksi.

Keksinnön etuna on, että poraukselle saadaan laajempi säätömah-dollisuus, jolloin myös erikoisempia ja harvinaisempia poraustilanteita varten voidaan muodostaa erikseen porausparametrit. Edelleen keksinnön etuna on, 10 että tällä tavalla voidaan myös nopeuttaa porauksen aikana kallionporauslait-teen puomien ohjausta, koska tiettyjen reikätyyppien suhteen tarkkuusvaati-muksen ollessa pienempi, myös puomin siirto riittävällä tarkkuudella aloitus-kohtaan on nopeampaa. Edelleen etuna on, että reiän vaatimuksesta riippuen voidaan käyttää riittävästi aikaa porauksen aloittamiseen ja varsinaisen reiän 15 poraamiseen, mikä myös helpottaa ja nopeuttaa poraamista ja vastaavasti vähemmän vaativien reikien aloitusporaus voidaan toteuttaa nopeammin ja siirtyä nopeammin varsinaiseen poraukseen käyttäen suuria poraustehoja.

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selostetaan esimerkinomaisesti oheisissa piirustuksissa, 20 joissa

Fig. 1 - Fig. 6 esittävät kaavamaisesti tunnelin poraukseen tarkoitettuja erilaisia reikiä ja

Fig. 7 esittää erästä esimerkkiä maanpäällisessä porauksessa käytettävästä porauskaaviosta.

oo 25 Keksinnön eräiden sovellutusmuotojen yksityiskohtainen selostus δ ^ Fig. 1 - Fig. 6 esittävät esimerkkinä kaavamaisesti tunnelin poikki- o leikkausta 1 ja sen porauksessa käytettäviä porareikiä, jotka tyypillisesti kaikki ™ on esitetty yhtenä porakaaviota, jossa on erilaisia eri tarkoitukseen tarvittavia = ja tarvittavilta ominaisuuksiltaan erilaisia reikiä.

30 Fig. 1 esittää numerolla 2 merkittyjä profiilireikiä. Profiilireiät ovat

CO

[£ tunnelin seiniin ja kattoon porattavat ja tunnelin profiilit määrittävät reiät. Näi- <2 den reikien merkitys on erittäin suuri, koska ne määrittelevät tunnelin muodon ^ ja koon. Samalla niiden tarkkuudesta riippuu, kuinka tarkasti louhiminen voi daan tehdä ilman, että louhitaan tarpeettomasti ylimääräistä kiveä.

3

Fig. 2 esittää numerolla 3 merkittyjä kenttä- tai apureikiä. Näillä rei'illä olennainen seikka on reiän oikea syvyys. Oikean syvyyden tarkkuusvaa-timus riippuu käytettävästä räjäytystekniikasta. Tärkein asia on reiän loppupisteen oikea sijainti, jolloin reiän aloituspää voi jonkin verran poiketa määritellys-5 tä.

Fig. 3 esittää numerolla 4 merkittyjä nostoreikiä. Nämä ovat samankaltaiset profiilireikien kanssa, koska näillä määritellään tunnelin lattian taso ja muoto. Myös näiden on oltava oikeassa paikassa ja oikean suuntaisia sekä oikean syvyisiä hyvin tarkasti. Myös näiden reikien virheellinen sijainti tai suun-10 taus voi aiheuttaa merkittävästi tarpeetonta louhimista.

Fig. 4 esittää numerolla 5 merkittyjä avausreikiä. Avausreiät räjäytetään ensimmäisenä, jotta kallioon saataisiin riittävä tila muiden reikien räjäytysten yhteydessä irtoavalle ja laajenevalle kivimateriaalille. Näiden reikien tark-kuusvaatimus on erittäin suuri ja aloitusolosuhteista riippumatta reiät tulee po-15 rata täsmälleen haluttuun paikkaan, joten mm. niiden aloitusporausvaihe on tehtävä hyvin huolellisesti ja tarkasti.

Fig. 5 esittää numerolla 6 merkittyjä avarrusreikiä. Avarrusrenllä avarretaan aiemmin porattujen aloitusreikien ns. pilottireiät räjäytyksen kannalta sopivan suuruisiksi. Avarrusreiät voidaan haluttaessa porata myös ilman 20 pilottireikiä, jolloin poraaminen vaatii aloitusreikiä vastaavasti erittäin tarkkaa työtä.

Fig. 6 esittää numerolla 7 merkittyjä ns. casing-reikiä. Näitä käytetään silloin, kun aloittava kivi on erittäin pehmeää ja sen kestävyyttä sellaisenaan on syytä epäillä. Tällöin tunnelin profiilin ympärille porataan pitkiä reikiä, 25 jotka sitten injektoidaan betonilla tai kemikaaleilla muodostamaan suoja- ja tukirakenteen tulevan tunnelin ympärille.

5 Edelleen on erilaisia erityisiä käyttötarkoituksia varten tarvittavia rei-

C\J

^ kiä. Tällaisia ovat mm. tutkimusreiät, injektointireiät ja pulttausreiät.

° Tutkimusreiällä pyritään analysoimaan kiven ominaisuuksia etene- 30 missuunnassa varsinaista louhintaa ja siihen liittyvää porausta varten.

| Injektointireiät ovat tyypillisesti 20 - 30 m pitkiä reikiä, joita käyte- co tään kivimateriaalin lujittamiseen. Poraamisen jälkeen reiät injektoidaan täy- m [£ teen betonia, mikä samalla täyttää kivessä olevia onkalolta ja halkeamia sekä o ehkäisee veden pääsyä tunneliin.

00 35 Pulttausreikiä tarvitaan tunnelin lujittamiseen. Näitä porataan tunne lin pintaan olennaisesti kohtisuorassa ja porauksen jälkeen niihin juotetaan 4 harjateräs tai vaijeri betonilla tai hartsilla. Myös erilaisia laajenevia ankkuripult-teja on olemassa.

Kaikille näille reikätyypeille on omat tarkkuusvaatimuksensa, mikä vaikuttaa porauksessa käytettävien porausparametrien arvoihin.

5 Fig. 7 esittää erästä esimerkkiä maanpäällisessä porauksessa käy tettävästä porauskaaviosta. Siinä näkyy esimerkinomaisesti louhitun kallion reuna 8, johon edellinen louhintavaihe esimerkiksi on loppunut. Reunasta 8 poispäin esimerkiksi suunnilleen reunan 8 suuntaisesti on suunniteltu porattavaksi reikärivejä 9-11 kallion louhimiseksi edelleen. Kullekin reikäriville 9-11 10 tai jopa kullekin reiälle 9a - 11a voidaan määritellä porausparametrit tarpeen mukaan ottaen huomioon esimerkiksi tarvittavan louhintatarkkuuden, eri reikien räjäytyksen ajoituksen jne. Erityisesti, mikäli viimeinen reikärivi on tarkoitettu seuraamaan lopullista louhinnan jälkeen jäävää kalliopintaa, on sen poraus-parametrin ja reikien sijainnin tarkkuus otettava huomioon porausparametreja 15 asetettaessa.

Poraus käsittää useita erilaisia osia ja vaiheita, joita kutakin varten voidaan valita tarvittaessa erilaiset porausparametrit vaikka jokaista reikää varten. Tällaisia osia tai vaiheita ovat mm. porauspuomin asettelu, porauksen aloitus, siirtymä aloitusporauksesta varsinaiseen poraukseen, varsinainen poraus, 20 syöttöliike porauksen aikana, huuhtelu, paluuliike porauksen jälkeen jne.

Kullakin reiällä porausvaihe voi alkaa porauslaitteen ollessa porauksen mahdollistavassa asemassa porapuomin asettamisella, mikä paikasta ja reiän tyypistä johtuen voi vaatia esimerkiksi huolellista ohjausta ja jopa hidasta liikenopeutta puomin osien ja syöttöpalkin liikuttamisessa toistensa suhteen, 25 jotta haluttu tarkkuus saavutettaisiin. Toisten reikien porauksessa puolestaan tarkkuusvaatimuksen ollessa olennaisesti pienempi voidaan käyttää suuria 5 liikenopeuksia.

(M

^ Porauksen eri vaiheiden ohjauksessa on mahdollista käyttää useita ° erilaisia porausparametreja tilanteesta riippuen. Porauksen aloituksessa voi- 30 daan porausparametrina käyttää esimerkiksi aloitusaikaa ja/tai - matkaa. Siir- | ryttäessä aloitusporauksesta varsinaiseen poraukseen voidaan siirtymävai- co heessa käyttää porausparametrina ns. ramppia eli porrastettua tai portaatonta m [g siirtymistä aloitusporausarvoista varsinaisen porauksen arvoihin. Tällöin voi- o daan porausparametrina käyttää esimerkiksi iskutehon ja syötön paineen ja/tai 00 35 nopeuden välistä suhdetta. Varsinaisessa porauksessa eräitä yleisimpiä po rausparametreja ovat iskulaitteen iskuteho sekä syöttölaitteen painenesteen 5 syöttöpaine, syöttövoima tai syöttöliikkeen nopeus. Myös huuhteluväliaineen painetta tai virtausmäärää voidaan käyttää porausparametrina.

Myös erilaisia vaihtoehtoisia porauksen ohjausmenetelmiä voidaan käyttää porausparametreina. Tällaisia ohjausmenetelmiä ovat sinänsä tunnetut 5 vakiona pidettyyn pyörityspaineeseen perustuva momenttisäätö, syöttö-iskupaine-suhteeseen perustuva säätö, vakiosyöttönopeudella tapahtuva poraus jne.

Erilaisia poraustilanteita varten on myös erilaisia automaattisia val-vontamoodeja. Tällaisia ovat mm. ns. lusta-automatiikat, jotka toimivat, kun 10 porakruunu pyrkii tarttumaan kiinni. Lusta-automatiikka hidastaa tällöin syöttöä ja tarvittaessa kääntää sen paluuliikkeeksi. Myös tätä voidaan käyttää porausparametrina. Samoin huuhteluaineen virtauksen valvontaa voidaan käyttää porausparametrina. Kaikkia porausparametreja voidaan vaihdella ja valita tarvittaessa vaikka reikäkohtaisesti ja niinpä esimerkiksi ramppi eli siirtymävaihe 15 aloitusporauksesta varsinaiseen poraukseen voi tarvittaessa olla joka reiällä erilainen.

Porauksen loputtua täytyy poratanko vetää pois reiästä. Tällöin voivat porausparametreina olla esimerkiksi vetonopeus sekä huuhteluväliaineen virtausmäärä.

20 Porareikien porausparametrit voidaan määritellä eri tavoin. Eräässä toteutusmuodossa reikien porausparametrit määritellään etukäteen reikätyypin mukaan ja kunkin reikätyypin porausparametrit tallennetaan porauslaitteen muistiin. Tällöin porauskaaviossa tarvitsee määritellä vain kunkin reiän reikä-tyyppi ja reikää porattaessa porauslaite poraa reiän muistissaan olevien reikä-25 tyypin porausparametrien mukaan. Toisessa toteutusmuodossa kunkin reikä-tyypin tai reiän porausparametrit määritellään valmiiksi porauskaaviossa, jolloin o porauslaite poraa reiät porauskaavion antamien reikätyyppikohtaisten poraus-

C\J

^ parametrien mukaan.

° Porareiät ja siten niiden porausparametrit voidaan määritellä myös ^ 30 muilla perusteilla esimerkiksi eri olosuhteiden mukaan. Tällöin porausparamet- | reja voidaan rei’ille määritellä esimerkiksi porauspaikan, porauskaluston, jopa co poraustyötä suorittavan porarin yms. seikkojen perusteella. Edelleen poraus-

LO

$ parametrit voidaan määritellä kahden tai useamman asian yhdistelmien mu- o kaan. Ideana on, että porausparametrit reiän porausta varten ovat porausolo- 00 35 suhteiden mukaisesti valitut niin tunnelia porattaessa kuin maanpäällisessä porauksessa.

6

Tunnelinporauksen lisäksi keksintöä voidaan käyttää maanpäällisessä porauksessa, missä kalliota tai muuta materiaalia louhitaan irti. Tällöin eri rei’ille asetetut vaatimukset ja tarvittavat porausparametrit saattavat poiketa tunnelinporauksessa käytettävistä vaatimuksista ja porausparametreista. 5 Olennaista on tietenkin se, että tiettyyn tarkoitukseen porattavalle reiälle määritellään sille asetettavien vaatimusten mukaisesti porausparametrit, joita käyttämällä saavutetaan mahdollisimman tarkoituksenmukainen tulos.

Piirustukset ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan keksintö voi vaihdella patentti-10 vaatimusten puitteissa.

CO

δ

CvJ

i^.

cp

CvJ

X

Q.

CO

LO

CD

O

CvJ

Claims

1. Menetelmä kallion poraamiseksi, jossa menetelmässä määritellään porattavat reiät (2-7; 9a-11a) ennen porausta porauskaaviona, jossa 5 kullekin reiälle (2-7; 9a-11a) on määritelty porattavan kallion suhteen porauksen aloituspaikka, suunta ja reikäsyvyys ja porauskaaviossa olevat reiät (2 -7; 9a-11a) lajitellaan reiän (2 - 7; 9a-11a) tarkoituksen mukaisesti reikätyyp-peihin, tunnettu siitä, että kunkin reikätyypin rei'ille (2 - 7; 9a-11a) määritellään etukäteen porausparametrit reikätyypin mukaan valmiiksi porauskaavi- 10 ossa, joka tallennetaan porauslaitteen muistiin, jolloin porauskaaviossa määritellään kunkin reiän (2-7; 9a-11a) reikätyyppi ja reikätyyppikohtaiset poraus-parametrit ja että porausvaiheen aikana porauslaite automaattisesti valitsee kullekin porattavalle reiälle (2 - 7; 9a-11a) muistissaan olevat porauskaavion määrittämät porausparametrit.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reikien (2 - 7) porausparametrit määritellään tunnelinporauksessa tunnelin louhimisen suhteen sopiviksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reikien (9a-11a) porausparametrit määritellään maanpäällisessä po-

20 Tauksessa maanpäällistä louhintaa varten sopiviksi.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että porausparametrina käytetään reiän (2-7; 9a-11a) tarkkuusluokkaa.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että porausparametrina käytetään porauksen aloitusaikaa „ ja/tai aloitusmatkaa. δ

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, ivt. tunnettu siitä, että porausparametrina käytetään suurinta sallittua iskute- w hoa

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, £ tunnettu siitä, että porausparametrina käytetään syöttönopeutta.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tn tunnettu siitä, että porausparametrina käytetään syöttövoimaa. CO

§ 9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, CVJ 35 tunnettu siitä, että porausparametrina käytetään pyöritysnopeutta.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että porausparametrina käytetään vaihtoehtoisia porauksen ohjausmenetelm iä.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu sii-5 tä, että porauksen ohjausmenetelmänä käytetään ramppiporausta, jossa porataan ensin aloitusporausta pienellä teholla ja hitaalla syöttönopeudella ennalta määrätyn ajan tai ennalta määrätyn reikäsyvyyden verran, jonka jälkeen siirrytään normaaliporaukseen ramppivaiheen kautta lisäämällä poraustehoa ennalta määrätyssä suhteessa ennalta määrätyn ajan, kunnes on saavutettu nor- 10 maaliporaukselle määritellyt arvot ja että porausparametrina käytetään ramppi-vaiheen kestoaikaa.

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että porausvaiheeseen kuuluu reiän (2-7; 9a-11a) porauksen lisäksi porauslaitteen porapuomin asettaminen porattavan reiän (2-7; 15 9a-11a) vaatimaan porausasentoon ja että porausparametreina porapuomin asettamisen aikana käytetään puomin eri osien liikenopeuksia tai liikeaikaa.

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että porausparametrina käytetään huuhteluväliaineen vir- tausmäärää.

14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että porausparametrina käytetään huuhteluväliaineen painetta.

15. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että porausvaiheeseen kuuluu reiän (2 - 7; 9a-11a) pora- 25 uksen lisäksi poratangon vetäminen pois reiästä (2 - 7; 9a-11a) ja että po-rausparametreina poratangon vetämisen aikana käytetään vetonopeutta ja o huuhteluväliaineen virtausmäärää. CM cp CM X X Q. CO LO LO LO CO O o CM