Optimal fragmentering vid sprängning

Transkript

1 1 MinBaS MinBaS II Mineral Ballast Sten PROGRAMOMRÅDE 1: PRODUKTIONS- OCH PROCESSUTVECKLING 25/3: , workshop F Optimal fragmentering vid sprängning Finn Ouchterlony, Ulf Nyberg & Mats Olsson, Swebrec P-O Andersson, Linus Nyqvist & Kristina Vikström, NCC Jan Bida, Bergsskolan Thomas Geidby, Orica Mining Services Per Svedensten, Sandvik Mining & Construction.

2 2 Optimal fragmentering vid sprängning Målsättning för projektet: 1. Att validera de arbeten med designkurvor i Vändletäkten som gjordes under MinBaS-I programmet. Arbetet skall genomföras i täkter med annan geologisk struktur. 2. Användning av elektroniksprängkapslar skall utvärderas med syfte att få både finare styckefall och andra förbättringar vid pallsprängning.

3 3 Projektledning: Finn Ouchterlony Ulf Nyberg + Mats Olsson, forskare Bergtäkt Långåsen: P-O Andersson, platschef + resursinsatser Linus Nyqvist, hålinmätning, avvikelsemätning, MWD Kristina Vikström, provtagning, siktning, labbprover Orica & Nitro Consult: Ari Kainulainen, i-kon elektroniktändare & vib.mätning Thomas Geidby, VOD-mätning, tändplaner Sandvik: Per Svedensten, effektmätning kross + band motorer, optisk siktning, Hopkinsonprov, simulering krossning Bergsskolan: Jan Bida + exjobbare 2x3, lastbarhet, styckfall, krosseffekt Projektgruppsledamöter: Fredrik Eklind Karin Pettersson & Monica Soldinger

4 4 Bergtäkt Långåsen vid Arlanda asfaltverk provhögar krossanläggn salvor

5 5 Uppläggning av försökssalvor maj-sep 2008 Salva 1-N 20/5 0,8 kg/m 3 1-H Nonel 1,1 kg/m 3 rad 1: 3,4x3,4 m 2 hål / 25 ms i rad rad 2-4: 2,6x3,4 m 67 ms mellan rader Salva 2-H 24/6 1,1 kg/m 3 2-N Nonel 0,8 kg/m 3 rad 1: 2,9x2,9 m 2 hål / 25 ms i rad rad 2-4: 2,2x2,9 m 67 ms mellan rader Salva 3 3/9 EPD/elektronik 0,8 kg/m 3 rad 1: 3,4x3,4 m 10 ms mellan hål i rad rad 2-4: 2,6x3,4 m 67 ms mellan rader Salva 4 30/9 EPD/elektronik 0,8 kg/m 3 rad 1: 3,4x3,4 m 5 ms mellan hål i rad rad 2-4: 2,6x3,4 m 67 ms mellan rader salva 1, Nonel 0,8+1,1 kg/m 3 salva 4, elektronik 0,8 kg/m 3

6 6 Salvdata Salva Borrhål Försättn Hålavst Djup Pallhöjd Volym nr antal m m m/hål m m 3 0-EPD 123 2,6 3,4 12,0 10, N 104 2,6 3,4 10,7 9, N 52 2,6 3,4 18,2 16, H 68 2,2 2,9 14,4 12, H 60 2,2 2,9 18,2 16, N 45 2,6 3,4 15,6 14, EPD 96 2,6 3,4 17,7 16, EPD 96 2,6 3,4 18,0 16, Avladdning = 1,6-1,8 m Skjuriktning: º för salva 0 och 24,1º för salva 1-4

7 7 Mätinsatser Sprickkartering & pallgeometri med 3G, 3D-fotometod Felborrning och MWD-mätning med riggen Felborrning & hålkrökning med Devibench Laddad mängd på hål för hål bas VOD, filmning, PPV och luftstötvåg från salvorna Styckefall från siktning och bildbaserad metod Lastcykelmätning med stoppur Krossflöden från bandvågs- och bandmotoreffektvärden Krosseffektmätning på krossmotorn Uttag av provhögar; sortering och krossning Särskilt provtagning på material ur provhögar; LA-tal, kulkvarn, Split Hopkinson mm.

8 . 8 Salva 1, Nonel, normal och hög specifik laddning x' = x m Salvdel 1-N x' = y' r 2 = 1, skjutriktning 24,10 o E x' = y' r 2 = 1, skjutriktning 24,10 o E 10 MinBaS salva 1: Planerade påhugg Planerade bottnar, z = 23,91 m Salvdel 1-H y' = y m

9 9 Strukturkartering ur 3D-foton, salva 1+2 S1 S S1 3 S2 4 Kvantitativa data på sprickfamiljer stupning/strykning sprickavstånd

10 10 Salva 3, pallfront och borrhål i 3D-modell

11 Försättningsprofiler hål 4, 9 och 13 i rad 1 i salva 3 3D-foto: Laser Ace: Djup från påhugg, m Salva 3 rad 1: hål Avstånd, m Djup från påhugg, m Salva 3 rad 1: hål Avstånd, m Djup från påhugg, m Salva 3 rad 1: hål Avstånd, m

12 12 Felborrningsmätning med Devibench; - tippvinkel och svängvinkel vid påhugg Antal värden Salva 1-4, 341 data o mv±stdev 11,1±0, Tippvinkel, grader. Jmf Devibench med riggens GPS/HNS-data: Medelvärde och spridning för tipp- och svängvinkel är nästan identiska

13 . 13 Böjningsfelet från Devibench, rad 1 salva Avvikelse tvärs ansatt borrlinje, m Salva 3, rad 1 hål R avvik = l l Borrlängd l, m

14 . 14 Bottenlägen från Devibench, salva Avvikelse i skjutriktning, m Salva 3 72 data Avvikelse i svängled, m

15 .. 15 Skopfyllnadstider, ex. salva 2 80 Antal värden Salva 2-H, 256 data 70 mv stdev 24,1 11,7 s 60 Antal värden Salva 2-N, 233 data mv stdev 32,0 17,0 s färre omtag fler omtag Skopfyllnad, s Skopfyllnad, s Slutsatser: Snabbare skopfyllnad pga färre omtag vid hög specifik laddning, upp till 25%. Elektroniktändning vid normal specifik laddning ger samma positiva effekt som hög specifik laddning Effekten drunknar lätt i andra variationer när hela lastcykeln studeras

16 16 Krosskapacitet - jmf bandvågsdata med motoreffekt band 1 (total) + band 2 (finmatrl) Krossat totalt, ton/dag Bandvåg 1 Bandmotoreff 1 loggern stannade /09 12/09 19/09 26/09 03/10 10/10 17/10 24/10 Dag

17 17 Jämförelse bandvåg och motoreffekt på band Bandvågsvärden för krosskapacitet (ton/dag) stämmer bra med värden framräknade ur motoreffekten på samma band, utom ett par dar när dataloggningen stannade. Överensstämmelsen är något sämre än vad Hulthén och Evertsson anger för Kållered, max ±3%. Oklart vad våra sämre värden beror på.

18 18 Uttag provhögar ur salvor omgrävda, homogeniserade provhögar 11 st provhögar Provhög 1A Provhög 1B Provhög 2A Provhög 2B Provhög 3A 3B 3C pegmatit Provhög 4A 4B 4C 4D pegmatit variation inom elektroniksalvor av intresse 100 ton siktas, vägs, läggs åter, blandas om innan högen körs genom krossen 400 ton provhög

19 19 Provhög 400 ton 100 t skopa skopa Siktkampanj Långåsen 27/10-4/11 Återlägg till provhög blandas harpa 200 mm skopa sikt 125 mm lastbil labb -prov +200 skopa +125 mellanlager 0/125 mm Harpning +200 mm vägt återläggs -200 vägt, siktat Sortering mm vägt -125 vägt, mellanlagras, siktat skopa sikt mm flak flak flak 0/40 40/75 labbprov 75/125 Sortering mm vägt 40/75 mm vägt -40 mm vägt Vägning: Skopvåg, produktvåg bandvåg, bandmotoreffekt

20 20 Krosskampanj Långåsen 3/11-6/11 Krossning av provhögar tidsseparerat med mätning av inmatade massor, skopvåg produkt totalt, bandvåg produkt farktion, bandmotoreffekt krossmotoreffekt spalt 120 mm skopan vägs full matning 0-32 mm +32 mm labbsiktprov ur 0-32 mm

21 21 Medelstyckefall från siktning av provhögar, x 50 - Slutsatserna stöds även av bildanalysdata 350 Korrigerade medelstyckefall siktning x 50, mm elektroniktändare ger grövre styckefall än Nonel vid normal specifik laddning hög specifik laddning ger finare styckefall X pegmatit Salva: 1-N 1-H 2-H 2-N 3-hö 3-mitt 3-vä 4-hö 4-mitt 4-vä. 1A 1B 2A 2B 3B 3C 3A 4B 4C 4D 4A Provhög

22 Andel passerar, % Medelsiktkurvor 0/125 mm sorterat 0/40 mm sorterat 0/32 mm krossat Labbdata: 1 siktprov varje hög lika inom 0-16 mm Maskvidd, mm Andel passerar, % Labbsiktdata från högar före & efter kross 0/40 + 0/125 mm ur provhögar 0/40 mm efter kross sammanslaget för salvtyp Nonel, q = 0,72 kg/m 3 Nonel, q = 0,99 kg/m 3 EPD, q = 0,78 kg/m 3 Fogning av data till hel siktkurva fint = labbprov grovt = siktade högar skut uppskattas labbprov hög skut Maskvidd, mm

23 23 Designkurvor för salvor med skut - Omräkning av 100%-nivån mht. andelen skut, 4 resp. 7% - Tillpassning av designformler från Vändle ger x 50 = 10A Q 1/6 (115/s ANFO ) 19/30 /q 0,84 medelstyckefall i mm där Q kg är sprängämne/hål, s ANFO % är viktstyrkan rel ANFO q kg/m 3 är specifika laddningen och för Långåsen erhålls x 50 = 163 mm när q = 0,72 och 119 mm när q = 0,99 kg/m 3. A = 0,039 (RMD+RDI+HF) anpassas till lokala berget RMD beror av sprickigheten, RDI av densiteten och HF av hårdheten hos berget. A = 4,56 för Nonel-salvorna. P(x) = 100/{1+[ln(x max /x)/ln(x max /x 50 )] b } ger hela kurvan om b = 4,17 och x max = f(b, x 50, B och S/B) från ekv. 4 erhålls designformler för Nonel-salvor i Långåsen.

24 24 Utgångspunkt för formler & designkurvor Granodiorit Pallhöjd H, m 16,0 Densitet, kg/m Vert. sprucken Underborrn. UB, m 1,5 Laddkonc.Q, kg/m 6,4 Slag ner ur front Hållutning, º 11,2 Laddning Q, kg/hål 103 Densitet, kg/m Oladdad del OL, m 1,7 Första rad S/B 1,0 UCS, MPa 206 Laddad längd L, m 16,1 Övriga rader S/B 1,3 P-vågshast. m/s Håldiameter, mm 86 Antal rader 4 B S S/B V b q x 50 +1,0 m -32 mm m m - m 3 /hål kg/m 3 mm % % 2,0 2,6 1,30 89,4 1, ,4 25,8 2,1 2,7 1,29 97,2 1, ,0 24,7 2,2 2,9 1,32 110,2 0, ,7 23,0 2,3 3,0 1,30 118,8 0, ,3 22,1 2,4 3,1 1,29 127,7 0, ,9 21,2 2,5 3,3 1,32 142,6 0, ,8 19,9 2,6 3,4 1,31 152,3 0, ,4 19,1 2,7 3,5 1,30 162,4 0, ,1 18,5 2,8 3,6 1,29 172,8 0, ,8 17,8

25 .. 25 Designkurvor - formlerna ger resultaten för andra indata Andel passerar, % B S = 2,0 2,6 m, q = 1,15 B S = 2,2 2,9 m, q = 0,94 B S = 2,4 3,1 m, q = 0,81 B S = 2,6 3,4 m, q = 0,68 område med lägre precision, skutandel överskattas B S = 2,8 3,6 m, q = 0,60 B S = 3,0 3,9 m, q = 0, Maskvidd, mm

26 .. 26 Styckefallskurvor för salvor utan skut - mätdata med tillpassade Swebrec-funktioner Andel passerar, % Nonel, q = 0,72 kg/m 3 Nonel, q = 0,99 kg/m 3 Nonel-kurvor design EPD, q = 0,78 kg/m 3 EPD-kurva C3 olika % skut kommer till Elektroniksalvorna kräver andra parametrar, är inte som helhet jämförbara med kurvorna för Nonelsalvorna Maskvidd, mm

27 27 Effekten av högre specifik laddning med Nonel: specifik laddning 0,99 i stället för 0,72 kg/m 3 gav: ett märkbart finare medelstyckfall i salvorna, en minskning från ca 160 till 120 mm, en märkbart kortare skopfyllnadstid, en minskning med knappt 9 sek från ca 35 sek, ett märkbart högre flöde genom krossen, ca 5% ökning från 380 till 400 ton/tim och ett lägre energibehov vid krossning, ca 15% minskning från ca 0,30 till 0,25 kwh/ton.

28 28 Effekten av elektronikkapslar i stället för Nonel vid nästan normal specifik laddning erhölls ett märkbart grövre medelstyckfall i salvorna, en uppgång från ca 160 till 200 mm, en märkbart kortare skopfyllnadstid, en minskning med drygt 9 sek från ca 35 sek, ett märkbart lägre flöde genom krossen, ca 5-10% minskning från 380 till 350 ton/tim och ett större energibehov vid krossning, ca 20% ökning från ca 0,30 till 0,35 kwh/ton. Fast om tändplanen ändras kan resultaten ändras! Vad blir effekten på kostnaderna?

29 29 Kostnadsjämförelse Nonel och elektronik - 1 Alternativ Nonel-N Nonel-H EPD Specifik laddning, kg/m 3 0,72 0,99 0,78 Krossflöde, ton/tim Krosseffekt, kwh/ton 0,30 0,25 0,35 Netto losshållning, kr/ton 6,00 8,25 6,00 Skutknackning, kr/ton 2,00 1,00 1,50 Merkostnad tändare, kr/ton 0 0 2,00 Brutto losshållning, kr/ton 8,00 9,25 9,50 ändring skopfyllnad, kr/ton 0-0,90-0,90 ändring krossenergi, kr/ton 0-0,10 0,10 Jfr-kostnad 1, lastn. flaskhals, kr/ton 8,00 8,25 8,70 - differens, kr/ton ±0 +0,25 +0,70 ändring krossflöde, kr/ton 0-0,40 0,60 Jfr-kostnad 2, kross flaskhals, kr/ton 8,00 7,85 9,80 - differens, kr/ton ±0-0,15 1,80

30 30 Kostnadsjämförelse Nonel och elektronik - 2 Salvalternativ Nonel-N Nonel-H EPD Losshållning totalt, kr/ton 8,00 9,25 9,50 Lastning (1,33 lastare à 1800 kr/tim) Förändring lastcykel, sek ±0-7,5-6 Kapacitet, ton/tim Produktionstid, tim Kostnad lastning, kr/ton 8,05 7,60 7,70 Krossning 1 (egen anläggn 3500 kr/tim) Nettokapacitet, ton/tim Energiförbrukning, kwh/ton 0,30 0,25 0,35 Energikostnad, kr/ton 0,60 0,50 0,70 Kostnad, kr/ton 11,74 11,06 11,20 Kostnad 1, egen anlägg., kr/ton 28,40 28,40 29,10 - jfrt Nonel-N, kr/ton ±0 ±0 +0,70 Krossning 2, kontrakt kr/ton Entreprenad förkross, kr/ton 12,34 12,34 12,34 Kostnad 2, entr. förkross, kr/ton 28,40 29,20 29,50 - jfrt Nonel-N, kr/ton ±0 +0,80 +1,10

31 31 Sammanfattning kostnadsjämförelse i kr/ton Oavsett om lastningen eller krossen är flaskhals i flödet erhålls Lägst kostnad med Nonelupptändning, normalt när lastning flaskhals är normal specifik laddning billigast Högst kostnad med elektronikkapslar Merkostnaden för elektroniksalvorna är 0,7-1,8 kr/ton. Om kapslarna blir 50% billigare gör det ca 1 kr/ton. Kostnadsrelationerna kan ändras av: olika kvalité och pris för olika produkter från krossanläggningen annat sprängresultat i annat berg och/eller med andra (borr-, ladd- och) tändplaner.

32 32 Slutsatser Designkurvorna för Vändle gäller med små förändringar även för Nonel-salvorna i Långåsen. Styckefallet i elektroniksalvorna följer inte designkurvorna, det blev dessutom grövre och mer svårkrossat. Fördyringen uppskattas till ca 1-2 kr/ton. Elektroniksalvorna var mer lättlastade än Nonelsalvorna med normal specifik laddning då omtagen vid skopfyllnad minskar. Samma effekt erhålls med en ökad specifik laddning till en lägre kostnad. Mätning av bandmotoreffekt i krossverket kan i framtiden troligen konkurrera med bandvågarnas ton/tim. Mycket data om andra mätningar finns i slutrapporten och är tillgängliga för egen analys.

33 33 Intressanta & utvecklingsbara mättekniker 1 Borrhålsavvikelsemätningar: Visar att påhuggs- och inriktningsfelen är små jämfört med böjningsfelet i botten av en 20-m pall. Borde integreras med riggen. MWD-mätningar med riggen: Testades inte i projektet men har potential för bedömning av sprängbarhet och sprickstrukturer i salvan. Stereofotografering av pall, ger strukturkartering direkt i bild och exakta försättningsprofiler för hålen i salvan. Borde integreras med hålavvikelsemätningarna. Styckefallsmätning ur 2D-salvbilder är en svag teknik som kräver manuell retuschering av bilder. Lovande 3Dteknik är under utveckling i Sverige (Thurley, LTU).

34 34 Intressanta & utvecklingsbara mättekniker 2 Bandmotoreffektmätning med PC-loggning ger lyfteffekt. Billlig teknik som kan komplettera eller ersätta bandvågar i framtiden. Medger on-line styrning av krossanläggningar (Hulthén, CTH). Krossmotoreffektloggning ger kontinuerlig mätning av brutto effekt. Nettoeffekt erhålls när tomgångseffekt och stillestånd kan subtraheras (Svedensten, Sandvik). Datainsamlingen i projektet kunde inte använda ett gemensamt gränssnitt eller standardiserade analysrutiner. Om detta åtgärdas kan tiden för databearbetning och analys minskas avsevärt.

35 35 Vad har projektet inte gett svar på: 1. Varför elektroniken givit ett grövre styckefall. 2. Vad som händer med styckefallet vid riktigt korta intervalltider i raden, 1-2 ms mellan hålen. 3. Varför designkurvorna för Nonel-salvorna inte gäller för elektroniksalvorna. I framtagna designformler saknas dessutom god information om intervalltidens inverkan på styckefallet inverkan av bergmassans struktur är inte heller väl beskriven

36 36 Frågor att diskutera: 1. Vilken nytta har projektet inneburit för branschen, på kortare och längre sikt 2. Vad gör vi framtiden med FoU inom spräng- och fragmenteringsteknik? är mätmetoder viktigare än modeller och designkurvor? hur viktigt är samspelet mellan sprängning och krossning och en helhetssyn på täkten? miljöfrågor, t.ex. minimering av nitratläckage genom bättre funktion hos sprängsalvor? handböcker för täktarbete från ax till limpa, jfr Norge.