Jari Haapala: Siilojen louhinta ja lujittaminen vajutustekniikalla Kemin kaivoksella

Siilojen louhinta ja lujittaminen vajutustekniikalla Kemin kaivoksella

Kallioon louhittuja varastosiiloja käytetään usealla tekniikka-alalla kuten kaivostoiminnassa, vedenpuhdistamoilla ja energiantuotannossa. Kalliorakentamistekniikan kannalta siilot ovat aina erityiskohteita. Rakentamisen vaikeusaste kasvaa entisestään, kun suuria siiloja sijoitetaan syvälle kallioperään.

Outokummun Kemin kaivoksen DeepMine -hankkeessa vuosina 2018–2022 on toteutettu 1000 metrin syvyydelle uudet malmin esimurskaus- ja kuljetusjärjestelmät sekä maanpinnalle ulottuva nostokuilu.

Harvoin käytetty tekniikka apuna siilojen toteutuksessa

Osana uutta louhitun malmin käsittelylinjaa ovat viisi esimurskesiiloa, joiden louhinta ja lujittaminen suoritettiin suhteellisen harvoin hyödynnettävällä vajutusmenetelmällä. Tässä menetelmässä siilo louhitaan kokonaan ennen siilon seinien lujittamista. Lujitustyöt suoritetaan siilossa louhepenkan päältä. Siilossa olevaa louhepenkkaa ’vajutetaan’ noin kahden metrin osuuksina lastaamalla louhetta siilon alapuolisesta tunnelista.

ALOITUSKUVA Kuljetintunneli, esimurskesiilot ja kappalastaamo DeepMine -projektin tietomallissa

KUVA AFRY FINLAND OY

Pystyleikkaus siilosta ja siihen liittyvistä tunnelitiloista

KULJETINTUNNELI

TASO -1000m YHTEYSTUNNELI SIILON YLÄOSAAN

ESIMURSKESIILO

TYÖTASO LOUHEEN PÄÄLLÄ

LOUHE

YHTEYSTUNNELI LOUHEEN LASTAUS

KAPPALASTAAMO VAJUTUKSEN JÄLKEEN LOUHITTAVA OSA

Louhintaurakasta vastasi Skanska Infra Oy, joka on toteuttanut vastaavalla tekniikalla esimurskesiilot kaivoksen ylemmällä päätasolla 2000-luvun alkupuolella. Louhittavien tilojen ja niiden lujitusten suunnittelun suoritti Pöyry Finland Oy (nyk. AFRY Finland Oy).

Vaikka vajutusmenetelmästä oli kaivoksella ja urakoitsijalla kokemusta, ovat olosuhteet 1000 metrin syvyydellä vaikeat kallion korkeiden jännitysvoimien vuoksi. Kaikissa uusissa kivenkäsittelylinjan tiloissa kallion työnaikaisen lujittamisen määrä oli huomattava. Suurimpien tilojen louhinta ja lujittaminen jouduttiin tekemään vaiheistettuna. Louhintaurakan aikatauluun ja kustannuksiin tällä oli suora vaikutus.

Valmistelevia töitä ja tarkkaa porausta

Siilojen ylä- ja alapuolelle louhittiin tunneliyhteydet, jotka laajennettiin ja lujitettiin niin, että niiden kautta voitiin porata siilon pystysuorat louhintareiät ja suorittaa siilon seinien ennakkolujitukset. Siilon alaosassa louhintaporausta tehtiin porausjumbon työOLENNAISTA LOUHINNAN ONNISTUMISELLE OLI LOUHINTAREIKIEN PORAUKSEN LAATU.

varan mukaisesti noin 10 metrin korkeuteen. Pääosa pystysuorista siilon louhintarei’istä porattiin siilon yläperästä.

Olennaista louhinnan onnistumiselle oli louhintareikien porauksen laatu. Tähän työvaiheeseen urakoitsija käytti myös kaivoksen nousuporauslaitteistoa reikien suoruuden varmistamiseksi. Sivuun ohjautuvat reiät olisivat kasvattaneet siilon seinien ylilouhintaa, jolloin mm. siilojen välisen kalliokannaksen pysyvyys olisi ollut vaarassa. Toisaalta myös alilouhinnan korjailua eli ns. ’kovien’ jälkilouhintaa tuli välttää.

Yksittäisen siilon louhintaräjäytykset suoritettiin yli kymmenessä osassa. Viimeisenä ammuttiin yläperän pohjana toiminut kalliokannas, jonka jälkeen päästiin asentamaan vajutuskaluston varusteluja.

Yksi kone, monta tehtävää

Kaikki vajutuksen aikana siilossa tehdyt konetyöt suoritettiin yhdellä kaivinkoneella, jonka puomiin voitiin kytkeä tilanteen mukaan joko porakone, kaivin, iskuvasara tai ruiskubetonointivarustelut.

Siilon seinät lujitettiin harjateräspulteilla. Työnaikaisen turvallisuuden varmistamiseksi kalliopintojen lujitus täydennettiin teräskuituraudoitetulla ruiskubetonilla.

Kovat olosuhteet - ennakoimalla pärjätään

Siiloseinien lujitukset määriteltiin työn aikana todetun kalliolaadun mukaisesti. Ennakkoon tutkimustiedoista tulkitut lujitustarpeet pitivät pitkälti paikkansa eikä suuria muutoksia työn aikana tarvittu. Geologit ja suunnittelija saivat kalliolaadusta ja olosuhteista ennakkotietoa kairausten lisäksi ympäröivissä tunneleissa laaditun systemaattisen rakennegeologisen kartoituksen avulla.

Ennen louhintaa siilojen seinien kalliorakenteeseen asennetut ennakkolujituspultit olivat toimiva ratkaisu ja yhdessä tarkan louhintajäljen kanssa vakavilta ylilouhinnoilta vältyttiin. Kallioräiskeet tai muut jännitystilasta aiheutuvat kiven hallitsemattomat purkautumiset olivat vähäisempiä kuin muissa -1000-tason louhinnoissa. Tähän olivat todennäköisesti syinä kalliojännitysten jakautumisen kannalta edullinen siilon seinän pyöreä muoto ja merkittävimpien jännitysten purkautuminen jo räjäytysvaiheessa.

Turvallista vajutusta

Siilon vajutuspenkan päälle kulkeminen ja siilosta poistuminen järjestettiin nostokorilla. Nostolaitteen käyttöä varten urakoitsija toteutti erillisen teräspalkkivaraisen työtason siilon yläpuoliseen yhteystunneliin. Tarvikkeet siirrettiin siilon holviin asennetun palkin ja sen varassa siirreltävän nostimen avulla. Vesi-, sähkö- ja ruiskubetonointivarusteluja jatkettiin vajutuspenkan edetessä alaspäin. Nostolaite toimi sähkökatkon varalta myös käsikäyttöisesti.

Työn suorittamisessa tärkein tekijä oli turvallisuuden varmistaminen. Kaivoksen turvallisuusrutiinit tuli ottaa huomioon ja jokaisen työvaiheen tuli olla Outokummun

SIILON LUJITUSVAIHEESSA EI ENÄÄ LOUHITA. PULTTIEN JUOTOKSIIN TAI RUISKUBETONIIN EI KOHDISTU LUJUUDEN KEHITYSTÄ HÄIRITSEVIÄ TÄRINÖITÄ.

Työkoneen puomia valmistellaan turvaruiskubetonoinnin aloittamiseksi. Onnistunutta louhintajälkeä. Geologi Joona Sorsa kartoittamassa vajutetun louhepenkan takaa paljastunutta kalliopintaa.

projektiorganisaation hyväksymä. Siilotyössä varmistushenkilö oli aina läsnä ja sammutuskalustoa oli aina saatavilla. Louhetta alaperästä lastattaessa radioyhteys lastaajan ja siilon välillä varmistettiin usean puhelimen ketjuna. Penkan vajoaminen ei yleensä tapahdu tasaisena louhevirtana lastauksen edetessä, joten lastaustilanteen tuli olla kaikkien osapuolten tiedossa.

Vajuttaisiko siilon – miksipä ei!

Vajutustekniikka soveltuu hyvin kohteisiin, joissa louhitun kiven lastaamista ja kuljetusta ei voida järjestää louhittavan korkean tilan yläosasta tai jos lujitustöiden tekeminen alakautta telinetöinä on muista syistä rajoitettua. Tekniikka vaatii yhteydet siiloon ylä- ja alapuolelta. Kemin kaivoksen tapauksessa oli lisäksi mahdollisuus hyödyntää siilon yläpuolisen kuljetintunnelin purkuaukkoja varayhteytenä varusteluille.

Kemissä siilojen toteutunut louhintajälki vajutusosalla oli olosuhteisiin nähden laadukasta. Pitkälti tämä oli urakoitsijan hyvän työsuunnittelun ansiota. Louhintareikien porauksen onnistumiseen keskityttiin turvallisuutta unohtamatta. Tiedonkulun toimivuuden ja töiden sovittamisen merkitys tuli osapuolille selväksi.

Hankkeessa käytettiin vajutustekniikkaa myös uuden nostokuilun alimman osuuden louhinnassa ja lujituksessa. Kuilun alaosan vajutuksen toteutuksesta vastasi Tapojärvi Oy. Myös tämän kohteen vajutus onnistui.

TEKSTI: JARI HAAPALA, PROJEKTIPÄÄLLIKKÖ,

AFRY FINLAND OY Huomioita vajutustekniikasta siilojen tai vastaavien tilojen toteuttamisessa Etuja:

• Siilon lujitusvaiheessa ei enää louhita. Pulttien juotoksiin tai ruiskubetoniin ei kohdistu lujuuden kehitystä häiritseviä tärinöitä. Tämä tekee mahdolliseksi myös samanaikaisen vajutuksen ja lujitustöiden tekemisen naapurisiiloissa, mikäli resursseja on käytössä. • Pääosa louhintaan liittyvästä pintakallion jännitysvoimien purkautumisesta on tapahtunut räjäytysvaiheessa. Esiin päästettävän lujittamattoman seinäosan korkeutta voi suhteellisen helposti hallita olosuhteiden mukaan. • ei tarvetta telinetöille

Riskit ja vaikeudet:

• Louhintareikien onnistuminen: Louhintajäljen korjaustoimilla on suora vaikutus aikatauluun, varsinkin jos työstetään vain yhtä siiloa kerrallaan. • Vain yksi reitti siilosta poistumiseen: turvallisuuteen on kiinnitettävä erityistä huomiota ja resursseja. • Erikoismenetelmän kalusto- ja henkilöresurssit ovat rajallisia. • Siiloon pääsevän vuoto- tai käyttöveden määrää on tarkkailtava, jotta louhepenkkaan mahdollisesti padottuva vesi ei pääse hallitsemattomasti purkautumaan alapuoliseen tunneliin. • Valmistelevat vaiheet, liikkuminen ja kalustosiirrot vievät enemmän aikaa vajutuksen loppuvaiheessa. Vaikutus korostuu sitä enemmän, mitä korkeampi siilo on. • Töiden sovittaminen käynnissä olevan kaivoksen toimintaan vaatii hyvää ennakkosuunnittelua ja liittyvien tahojen yhteistyötä.

Lisätietoja:

DeepMine -projekti: Kari Huttunen, Outokumpu Chrome Louhintatekniikka: Mika Puistosalo, Skanska Infra Oy Suunnittelu: Jari Haapala ja Risto Jyrkkä, AFRY Finland Oy