Luku 1 Räjähteiden ja louhintatekniikan kehitys 17 1.1 Räjähteiden kehitys kiinalaisista nykyaikaan 19 1.1.1 Mustaruuti ilotulituksista louhintaräjäytyksiin... 19 1.1.2 Voimakkaita räjähdysaineita keksitään... 19 1.1.3 Piimaadynamiiteista nykyaikaisiin dynamiitteihin... 19 1.1.4 Räjähdysaineiden valmistusta Suomessa ennen toista maailmansotaa... 19 1.1.5 Anfon (ANON) aikaa...20 1.1.6 Vesigeelejä (slurryjä) kehitellään...20 1.1.7 Emulsiot nykyajan ja tulevaisuuden räjähdysaineita...20 1.1.8 Tarkkuuslouhintaräjähdysaineet...20 1.1.9 Tulevaisuuden toiveita, osittain jo täyttyneitä...20 1.1.10 Sytytysvälineiden kehitys...21 1.2 Räjähteiden käytön kehitys Suomessa vuosina 1964-2036. Ennuste vuodelta 2001 21 1.2.1 Yleistä räjähdysaineista...21 1.2.2 Dynamiitit...21 1.2.3 Aniitti...21 1.2.4 Anfo (ANO)...22 1.2.5 Vesigeeliräjähdysaine (Slurry) Kemiitti 110...23 1.2.6 Emulsioräjähdysaineet...23 1.2.7 Sytytysvälineet...23 1.2.8 Kivenirrotusmenetelmät Suomessa...24 1.2.9 Yhteenveto räjähteiden kehityksestä...24 1.3 Louhintakaluston kehittymisestä 24 1.3.1 Porauslaitteet...24 1.3.2 Louheen kuormaus ja kuljetus...27 1.4 Louhintatapojen kehityksestä 28 1.4.1 Yleisiä kehitysnäkymiä...28 1.4.2 Raivaus- ja maanräjäytykset...30 1.4.3 Pengerlouhinta...31 1.4.4 Tunnelilouhinta...33 1.4.5 Tarkkuuslouhinta...33 1.4.6 Louhintaräjäytykset ja ympäristö...35 1.4.7 Vedenalainen louhinta...36 1.5 Kallion lujitustyöt 37 1.6 Kalliorakentaminen 39 1.7 Turvallisuusmääräykset 39 1.8 Kuvia louhintakohteista 1960-luvulta 2000-luvulle 40 1.9 Teho ja kiire ovat lisääntyneet 1960-luvulta 2000-luvulle. Työturvallisuutta on parannettava ja alan imagoa kohotettava. 50
1.10 Vuoden panostajat 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011 50 1.10.1 Vuoden panostaja 2006 Matti Soininen...50 1.10.2 Vuoden panostaja 2007 Tapani Villanen...50 1.10.3 Vuoden panostaja 2008 Markku Koivuaho...51 1.10.4 Vuoden panostaja 2009 Esa Elonen...51 1.10.5 Vuoden panostaja 2010 Paula Noopila...51 1.10.6 Vuoden panostaja 2011 Ari Hänninen...52 Kirjallisuutta...53 Luku 2 Räjähdysaineet 55 2.1 Räjähdystapahtuma 57 2.2 Räjähdysaineet 58 2.2.1 Räjähteiden luokitus...58 2.2.2 Louhintaräjähdysaineet 2000-luvun alussa...58 2.3 Räjähdysaineiden tärkeimmät ominaisuudet 64 2.3.1 Räjähdysteho...64 2.3.2 Käsittelyvarmuus...67 2.3.3 Muuttumattomuus eli stabiliteetti...68 2.3.4 Syttymisherkkyys ja räjähdysvarmuus...68 2.3.5 Myrkylliset räjähdyskaasut...68 2.3.6 Fysiologiset haittavaikutukset...69 2.4 Räjähdysaineiden panostaminen 69 Kirjallisuutta...69 Luku 3 Sytytysvälineet 75 3.1 Räjähdysaineiden sytyttäminen 77 3.2 Aikatulilanka-sytytys 77 3.3 Sytytys räjähtävällä tulilangalla 77 3.4 Sytytys sähkönalleilla 79 3.4.1 Yleistä...79 3.4.2 Sähkönallien rakenne ja ominaisuudet...81 3.4.3 Sytytyslaitteet...82 3.4.4 Sytytysjohtimet ja virtapiirien tarkistuslaitteet...83 3.4.5 Virtapiirien kytkennät ja mittaukset...83 3.4.6 Kentän laukaiseminen...85
3.5 NONEL -sytytys 85 3.5.1 Ominaisuudet...85 3.5.2 NONEL MS...86 3.5.3 NONEL UNIDET...87 3.5.4 NONEL LP...89 3.6 Elektroninen räjäytysnalli 92 3.7 Sytytysvälineiden käytössä huomioitavia turvallisuusseikkoja 92 3.7.1 Yleistä...92 3.7.2 Tulilankanalli...92 3.7.3 NONEL -sytytys...92 3.7.4 Sähkönallin räjähtäminen tahattomasti...92 Kirjallisuutta...95 Luku 4 Kallioräjäytysten suunnittelun perusteet 99 4.1 Lähtöarvot 101 4.2. Panoslaskennan perusteista 103 4.2.1 Lähtöarvot... 103 4.2.2 Panosten suuruuden teoreettinen laskeminen...104 4.3 Panoslaskennan peruskaavat kallion irrotuksessa pengerlouhinnassa 108 4.4 Louheen lohkarekoko 110 4.4.1 Lohkarekokoon vaikuttavat tekijät...110 4.4.2 Kallion ominaisuuksien ja räjähdysaineiden vaikutus pieneen lohkarekokoon...110 4.4.3 Ominaisporaus ja ominaispanostus...110 4.4.4 Porauskaavio...111 4.4.5 Sytytyskaavio ja syttymisaikaväli...111 4.4.6 Reikien kallistus ja suuntaus... 113 4.4.7 Kenttäkoko ja kallion paisuminen... 113 4.4.8 Lohkarekoon ennakkoarviointi ja seuranta... 113 4.4.9 Suuri lohkarekoko... 114 4.5 Räjäytysten suunnittelu tietokoneilla 116 Kirjallisuutta... 117
Luku 5 Pengerlouhinta 123 5.1 Yleistä 125 5.2. Pengerlouhinnan porauskalusto, kuormaus ja kuljetus 129 5.2.1 Porausmenetelmät maanpäällisessä pengerlouhinnassa...129 5.2.2 Porakalusto päältä lyövässä porauksessa...131 5.2.3 Porauksessa tarvittavan energian kehittäminen...131 5.2.4 Porauslaitteen valinta maanpäällisessä pengerlouhinnassa...132 5.2.5 Porauksen suuntaus... 140 5.2.6 Louheen kuormauksesta... 140 5.2.7 Louheen siirrosta... 140 5.3 Pengerlouhinnan suunnittelu 141 5.3.1 Yleistä... 141 5.3.2 Avo- ja pengerlouhinnan käytännön suunnitteluperusteet... 141 5.4 Taulukot pengerlouhintaa ja kanaalilouhintaa varten 156 5.4.1 Taulukot peruskalliossa...156 5.4.2 Taulukot normaalilouhintaa varten...158 5.4.3 Taulukot tasauslouhintaa varten...166 5.4.4 Taulukoitu kanaalilouhinta...168 5.4.5 Korjauskertoimia taulukkoarvoihin 5.06-5.29...170 5.4.6 Kokemusperäisiä ohjearvoja sedimentoituneitten kallioiden louhintaa varten...171 5.4.7 Taulukkoarvot ja louheen lohkarekoko...171 5.4.8 Taulukkoarvot ja louhinnat asutuskeskuksissa...172 5.4.9 Taulukkoarvot ja sytytys momentaanisesti tai pitkähidastenalleilla...172 5.5 Louhinta- ja murskaustavan vaikutus kiviaineksen muoto-ominaisuuksiin ja mekaanisiin lujuusominaisuuksiin 172 5.6 Pengerlouhinta vaakasuoria apureikiä käyttäen 172 5.7 Porausreikien panostuksesta ja sytytyksestä 173 5.7.1 Yleistä...173 3.7.2 Sytytyspatruuna (räjäytin) ja sen merkitys...175 5.7.3 Panostustavat... 176 5.8 Ylisuurten lohkareiden rikotusmenetelmät 177 5.9 Avolouhintatöiden kustannuksia 177 5.9.1 Louhintakustannusten jaottelusta...177 5.9.2 Lopputulokselle asetetut vaatimukset...178 5.9.3 Pengerlouhinnan kustannusmuuttujat...179 5.10 Pengerlouhinnan suunnittelusta Blastec -tietokoneohjelmalla 183 Kirjallisuutta...187
Luku 6 Vedenalainen louhinta 193 6.1 Yleistä 195 6.2 Poraus ja panostus louhetäytteen läpi 195 6.3 Sukeltajalouhinta 195 6.4 Poraus ja panostus lautalta 196 6.4.1 Poraus... 196 6.4.2 Räjähdysaineet vedenalaisessa louhinnassa... 198 6.4.3 Sytytys ja räjäytys vedenalaisessa louhinnassa... 199 6.5 Panoslaskenta vedenalaisessa louhinnassa 200 6.5.1 Ominaispanostuksesta...200 6.5.2 Esimerkki 1 Panoslaskenta vedenalaisessa louhinnassa... 201 6.5.3 Esimerkki 2 Panoslaskelmasta käytännön vedenalaisessa louhinnassa...203 6.6 Vedenalainen louhinta suunnattuja pintapanoksia käyttäen 204 6.7 Ympäristöön kohdistuvat vaaratekijät 205 6.7.1 Kiven heitto ja maantärinät...205 6.7.2 Räjähdyksestä johtuva vedenpaineaalto eli shokkiaalto...205 6.7.3 Panostussuunnittelussa huomioon otettavat maantärinöiden ja shokkiaaltoilun aiheuttamat vaaratekijät...206 6.7.4 Aluksissa olevien tutkalähettimien aiheuttama vaara...207 Kirjallisuutta...207 Luku 7 Maanalainen louhinta 211 7.1 Yleistä 213 7.2 Tunnelilouhinta poraus-räjäytysmenetelmällä 215 7.3 Kaivosten louhintamenetelmät 219 7.4 Maanalainen porauskalusto 222 7.4.1 Porauskaluston valintaperusteet...222 7.4.2 Porakone...224 7.4.3 Puomi...224 7.4.4 Syöttölaite...224 7.4.5 Maanalaisen porausjumbon muut pääkomponentit...224
7.5 Tunnelin päätylouhinnan suunnittelu 225 7.5.1 Poraus-räjäytyskaavion suunnittelupäämäärät ja -tavat...225 7.5.2 Suunnitteluun vaikuttavat perustekijät...226 7.5.3 Avausmenetelmät...226 7.5.4 Tunnelinpäätylouhinta yhdensuuntaisavausta käyttäen...226 7.5.5 Tunnelinpäätylouhinnan suunnittelu suurreikämenetelmällä...228 7.5.6 Tunnelinpäätylouhinta vinoon suunnattuja avausreikiä (kiila-avaus) käyttäen...233 7.5.7 Saavutettavaan katkon pituuteen vaikuttavat seikat...235 7.6. Kuilujen ja nousujen louhinta 236 7.6.1 Yleistä...236 7.6.2 Kuilujen louhinta...236 7.6.3 Nousunajo...237 7.7 Kalliotilat 242 7.8 Kaivosten louhintamenetelmien poraus-, panostus- ja sytytystavoista 244 7.9 Räjähdysaineiden panostaminen tunnelilouhinnassa 245 7.10 Tunnelilouhinnan kustannusmuuttujat 245 7.10.1 Yleistä...245 7.10.2 Kustannukset, jotka voidaan ottaa huomioon tunnelisuunnittelussa...245 7.10.3 Työn laatuvaatimusten vaikutus kustannuksiin...251 7.10.4 Kuilujen ja nousujen kustannukset...252 7.11 Tunnelilouhinnan suunnittelua Blastec -tietokoneohjelmalla 253 Kirjallisuutta...253 Luku 8 Tarkkuuslouhinta 259 8.1 Johdanto 261 8.2 Etu (reikäväli) ja panostus tarkkuuslouhinnassa 262 8.3 Räjähdysaineet tarkkuuslouhinnassa 266 8.4 Tarkkuuslouhinnan ryhmittely sytytysajankohdan perusteella 267 8.5 Kalliolaadun huomioiminen 272
8.6 Tarkkuuslouhinnan suunnittelu 273 8.6.1 Yleisohjeita...273 8.6.2 Jälkilouhinnan suunnittelu pengerlouhinnassa...273 8.6.3 Varovainen jälkilouhinta kanaalinräjäytyksissä... 274 8.6.4 Raonräjäytys pengerlouhinnassa... 274 8.6.5 Eräitä varovaisia tarkkuuslouhintamenetelmiä pengerlouhinnassa... 274 8.6.6 Tunnelin tarkkuuslouhinnan suunnittelu...275 8.6.7 Raonräjäytys tunneleissa... 277 8.7 Tarkkuuslouhintajälkeä kalliossa 277 8.8 Louhintajälki, työtarkkuus, louhintatoleranssi ja rakoiluvyöhyke 280 8.8.1 Käsitteet...280 8.8.2 Louhintajälki vaakaporauksessa...280 8.8.3 Louhintajälki pystyporauksessa...280 8.8.4 Louhintajäljen huomioon ottaminen suunnittelussa ja toteutuksessa...281 8.9 Taloudellisten seikkojen huomioiminen tarkkuuslouhinnassa 281 Kirjallisuutta...282 Luku 9 Räjäytystyöt ja ympäristö 287 9.1 Johdanto 289 9.1.1 Louhintamäärät ovat lisääntyneet ja ympäristö- sekä luonnonsuojeluvaateet kasvaneet...289 9.1.2 Kampin Keskuksen louhinta: esimerkki vaativasta asutuskeskuslouhinnasta...290 9.1.3 Musiikkia, tunneleita, liikenneyhteyksiä, luonnonsuojelua ja ydinvoimaa...295 9.1.4 Räjäytystyömaa ja ympäristö...298 9.2 Räjäytysten aiheuttamat maantärinät 298 9.2.1 Yleistä aaltoliikkeestä...298 9.2.2 Aaltotyypit kallio- ja maaperässä...299 9.2.3 Maantärinöihin ja rakennuksiin vaikuttavat geologiset tekijät...300 9.3 Rakenteiden vaurioitumisvaara 302 9.4 Tärinäraja-arvot rakenteille 305 9.4.1 Tärinäraja-arvot ovat erilaisia eri maissa...305 9.4.2 Ruotsalaiset ja norjalaiset standardit...306 9.4.3 Saksalaiset normit...307 9.4.4 USA:ssa käytettävät kriteerit...307 9.4.5 Eräitä eurooppalaisia kriteerejä...307 9.4.6 Suomessa 1990-2009 käytetyt kriteerit ja räjäytysalan normien raja-arvot (sosiaali- ja terveysministeriön teknillisten turvallisuusohjeiden 16:10 1999)...308 9.4.7 Tärinänormit on korvattu (RIL 253-2010)...308 9.4.8 Pätevyyden hakumenettely ja voimassaoloaika...309 9.4.9 Tärinän ohjearvot rakennuksille (RIL 253-2010)... 311
9.5 Herkkien laitteiden tärinäkestävyydestä 312 9.6 Herkkiin laitteisiin kohdistuvan tärinän vaimentaminen 314 9.6.1 Vaimennustapoja... 314 9.6.2 Räjäytysalueen ja suojeltavan alueen erottaminen raolla... 314 9.6.3 Laitteiden pois siirtäminen tai käytön keskeyttäminen (pysäyttäminen)...315 9.6.4 Herkkien laitteiden eristäminen tärinävaimentimilla...315 9.6.5 Laitteet ja laitokset, joita ei voi vaimentaa...315 9.7 Ihmisen subjektiivinen käsitys tärinäilmiöistä 316 9.8 Tärinävaikutusten arviointi (RIL 2009) 316 9.9 Tärinäongelmien hallinta ja tiedottaminen (RIL 2009) 317 9.10 Ympäristön rakennusten ja muiden kohteiden katselmukset 317 9.11 Rakenteiden vaurioituminen normaalin käytön seurauksena 318 9.12 Räjäytystärinän mittaaminen 319 9.12.1 Mitattavat suureet... 319 9.12.2 Mittauspisteiden sijoitus...323 9.12.3 Suodatukset...323 9.12.4 Käytettävissä oleva kalusto...323 9.12.5 Tärinämittaukset kaukovalvontajärjestelmällä...325 9.12.6 Mittalaitteistolta vaadittavia ominaisuuksia ja ohjeita... 325 9.13 Tärinöiden suuruuden ennakkoarviointi 325 9.13.1 Tärinän suuruuteen vaikuttavat tekijät...325 9.13.2 Toimenpiteet silloin, kun tärinöitä ei mitata...327 9.13.3 Sallittu heilahdusnopeus (v) ja momentaaninen räjähdysainemäärä (Q m )... 327 9.13.4 Tärinäyhteisvaikutus...329 9.13.5 Tapoja rajoittaa momentaanista räjähdysainemäärää...329 9.13.6 Skaalatun etäisyyden käyttö koeräjäytyksissä ja massalouhinnoissa...329 9.13.7 Etäisyys ja momentaaninen räjähdysainemäärä... 332 9.14 Käytännön räjäytystöistä kerätty tilastollinen tietous ja sen hyväksikäyttö 332 9.15 Ilma-aallon ylipaineen suuruudesta ja vahinkovaikutuksesta 335 9.15.1 Perusteet...335 9.15.2 Sulkemattomat panokset ja avolouhinta...336 9.15.3 Ilma-aallon ylipaine suljetuissa tiloissa kuten tunneleissa ja kalliotiloissa...336 9.15.4 Suomalainen tutkimus (2009) ilma-aallon ylipaineen suuruudesta ja vaikutuksesta...337 9.15.5 Ilma-aallon ylipaineen säätely avolouhinnassa...338 9.15.6 Ilma-aallon ylipaineista saadut kokemukset maanalaisessa louhinnassa...339 9.16 Räjäytysten ja poraustyön aiheuttama melu 340 9.16.1 Räjäytysten häiritseväisyys...340 9.16.2 Poraustyöhön liittyvä melu...340
9.17. Kiven heitto ja sinkoutuminen 341 9.17.1 Yleistä...341 9.17.2 Toimenpiteet asutulla alueella...341 9.17.3 Toimenpiteet asutun alueen ulkopuolella...343 9.18 Toimenpiteet ennen räjäytystöiden aloittamista 344 9.18.1 Toimenpiteet...344 9.18.2 Ympäristöselvitys ja riskianalyysi...344 9.18.3 Herkkiin laitteisiin kohdistuvan tärinän vaimentaminen...344 9.18.4 Talokatselmukset...345 9.18.5 Suunnitelmat...345 9.19 Tärinärajoitukset huomioiva räjäytyssuunnittelu avolouhinnassa lähellä rakennuksia 345 9.20 Tärinän ja ilmanpaineiskun suuruuden rajoittaminen tunnelilouhinnassa 357 9.21 Asutuskeskusten ulkopuolella tapahtuvien massalouhintojen suunnittelu tärinärajoitukset huomioiden 358 9.22 Lisäkustannukset asutuskeskuslouhinnoissa 359 9.22.1 Avolouhinnan ja kalliotilojen pengerlouhintojen kustannuksista asutuskeskuksissa...359 9.22.2 Asutuskeskusten tunnelilouhinnoille aiheuttamat lisäkustannukset...361 9.22.3 Rakennusten ja herkkien laitteiden vaikutus kustannuksiin lähietäisyyksillä räjäytettäessä... 361 9.23 Räjäytystyöt ja vahingonkorvausvastuu ympäristölle 362 9.23.1 Tuottamuksesta riippumaton vastuu ilman kirjoitetun lain tukea ja laki ympäristövahinkojen korvaamisesta (YVL 737/1994)... 362 9.23.2 Vahingonkorvausvastuun edellytyksenä olevan syy-yhteyden puuttuminen ja vahingonkorvausvaateen hylkääminen räjäytystärinöiden aiheuttamien vaurioiden kyseessä ollessa... 362 9.23.3 Keinoja räjäytystärinän ja vahingonkorvausvaateitten välisen syy-yhteyden katkaisuun...362 9.23.4 Työn moitteettoman tekijän vastuu ja oikeudenmukaisuus...363 9.23.5 Louhijoiden oikeusturva ja laki ympäristövahinkojen korvaamisesta (737/1994)...363 Kirjallisuutta...364 Luku 10 Tarvekivien louhinta 373 10.1 Taustaa 375 10.2 Tarvekivien louhinnasta Suomessa 375 10.3 Tarvekivien irrotusvaiheet ja -menetelmät 376
10.4 Irrotuslouhinta 378 10.4.1 Yleistä...378 10.4.2 Railoporaus...378 10.4.3 Poraus irrotuslouhinnassa...378 10.4.4 Kiilaaminen ja sahaus irrotuslouhinnassa...378 10.4.5 Räjäytysten suunnittelu irrotuslouhinnassa...380 10.5 Kamin paloitteleminen 381 10.6 Lohkareen paloittelu ja jälkikäsittely 381 Kirjallisuutta...382 Luku 11 Rakennusten ja rakenteiden räjäyttäminen 383 11.1 Johdanto 385 11.2 Yleistä 385 11.3 Suunnittelu ja panostus 385 11.4 Sytytysjärjestelmät 387 11.5 Vahinkojen esto 388 11.6 Taulukot 11.01-11.07 390 Kirjallisuutta...393 Luku 12 Erikoisräjäytystyöt 395 12.1 Johdanto 397 12.2 Sotilaallisissa rakenneräjäytyksisissä käytettävät panoslaskentakaavat 397
12.3 Teräksen räjäyttämisessä käytettävä panoslaskentakaava 397 12.4 Puun räjäyttäminen 400 12.5 Räjähdysaineiden käyttö seismisissä luotauksissa 405 12.6 Metallintyöstö räjäyttämällä 407 12.7 Kuuman aineen räjäyttäminen 408 12.7.1 Yleistä...408 12.7.2 Valmistavat työt...408 12.7.3 Poraus ja panostus...408 12.8 Kovettuneen aineen räjäyttäminen 409 12.9 Tehosteräjäytykset 409 Kirjallisuutta...409 Luku 13 Kallion ja kiven rikkominen ilman räjähdysaineita 411 13.1 Johdanto 413 13.2 Raskaat hydrauliset iskukoneet rikotuksessa ja louhinnassa 413 13.3 Hydraulinen kivenhalkaisulaite 414 13.4 Etanadynamiitti eli paisuva sementti 415 13.5 SWELLTEC -louhintamenetelmä 416 13.6 Tunnelinteko ilman räjähdysaineita 417 Kirjallisuutta...420
Luku 14 Räjäytyssäädökset 423 14.1 Säädökset ja määräykset on uusittu 425 14.2 Säädökset ja määräykset (Vuonna 2011) 425 14.3 Räjähteiden ostaminen 426 Kirjallisuutta...426 Liitteet 1-2 427 LIITE 1. RÄJÄYTYS- JA LOUHINTATYÖN TURVALLISUUSSUUNNITELMA 428 LIITE 2. RÄJÄYTYSSUUNNITELMAT 433 Liite 2a. Avolouhinnan räjäytyssuunnitelma...433 Liite 2b. Tunnelilouhinnan räjäytyssuunnitelma...435