t) i<o U T 0 K U M P U Oy

t) i<o U T 0 K U M P U Oy O+K MALMIN ETSINTÄ RAPORTTI Seppo Penninkilampi/LAH 10.11.1980 1(8) KOKEMUKSIA TAMROCKIN HYDRAULISTEN PORAKONEIDEN HH50 JA HE222 KOEKÄYTÖISTÄ Outokumpu, Riihilahti Koeporauksia suoritettiin neljällä eri kohteella. Kohteet oli valittu siten, että ne jossain määrin palvelisivat myöskin malminetsinnällisiä tarkoitusperiä ja vastaisivat täten normaaleja näytteenotto-olosuhteita. Kohteina olivat Outokummun Riihilahti ja Ruutunjoki, Jäppilän Syvänsi sekä Vammalan Stormi. Kohteella suoritettiin näytteenottoa ja pliktaustahh50 -porakoneella järven jäältä käsin. Työn tarkoituksena oli selvittää kallioperän topografiaa sekä ottaa näytteitä kallion pinnasta. Lisäksi porattiin muutamia kuivan maan pisteitä eräissä geofysikaalisesti mielenkiintoisissa kohdiss~. Vesialueella pisteitä oli 215 kpl ja kuivaila maalla 5 kpl. Porausolosuhteet Porauspaikoilla vaihteli veden syvyys 0.5-5.2m! Monin paikoin oli moreenin päällä useita metrejä liejua ja löyhää, veden kyllästämää savea. Moreenin paksuus vaihteli 0-17 metriin. Moreeni oli yleensä vähäkivistä ja löyhää. Olosuhteita voidaan pitää helppoina kyseessä olevaan työhön. Kalusto Tangostona käytettiin t 35 mm: new-kalustoa, terinä normaalien läpivirtausterien lisäksi Keretin korjaamon tekemiä, kovametallipaloilla varustettuja läpivi~tau~teriä. Porauslaitteiston muodostivat hydraulinen porakone ja siihen hydrauliletkujen. välityksellä voiman antama erillinen peräkärrille sijoitettu voimayksikkö. Tangoissa ja terissä ei ollut huuhtelureikiä. Tulokset Osittain helpoista olosuhteista johtuen työ oli erittäin nopeata ja tehokasta: järven jäälle lingotut urat mahdollistivat vaivattoman liikkumisen pisteeltä toisell~. Kaluston siirtämiseen käytettiin Land-Rover maastoautoa. tunkeutumisnopeus oli suuri, vaihdellen 15 s - 1 min/m. Useimmilla pisteillä kone jaksoi pyörittää tangostoa koko porauksen ajan. Pyöritys heikkeni yleensä porattaessa syvimpiä moreeniosueita,

/ - OUTOKUMPU OY MALMIN ETSINTÄ 2 mutta terän tavoittaessa kallion pyorltys nopeutui usein maksiminopeuteensa. Tästä johtuen varsinkin kovametalliteriä käytettäessä saatiin runsaasti näytteitä kalliosta. Laskelmien mukaan n. 90 % poratuista pisteistä antoi kivilajikuvaukseen riittävän "napin." Monilla pisteillä ns. KAMU-näytettä saatiin koko terän mitaliinen. "tunkeutuvuuden suhteen ei tavallisilla sahalaitaisilla läpivirtausterillä ja kovametallipaloilla varustetuilla terillä havaittu olevan eroa. Sen sijaan näytteen saanti kalliosta onnistui kovametalliterillä aina paremmin. Porakoneen huomattiin pystyvän pyörittämään tangostoa helpommin kun teränä oli tavallinen läpivirtausterä. Tämä johtui kovametalliterien virheellisestä rakenteesta. Kovametallipalat olivat liian korkeita ja muodostivat näin selvän esteen pyöritysliikkeelle, varsinkin jos terä tavoitti kivilajiltaan pehmeän kallion. Terien kestävyys vaihteli teräkohtaisesti. Yleensä yhdellä tavallisella läpivirtausterällä saatiin 4-7 KAMU-näytettä. Kovametalliterät olivat lujuudeltaan eri tasoisia. Kahdesta terästä irtoilivat kovametallipalat 2-10 pisteen jälkeen. Kolmas terä kesti n. 50 pisteen porauksen. Poraukset kuivalla maalla Riihilahden välittömässä läheisyydessä porattiin viidellä pisteellä, tarkoituksena tutkia välineistön porausominaisuuksia kuivilla moreenimailla. Pisteet sijoitettiin eräisiin geofysikaalisiin häiriökohteisiin. Porauksissa todettiin moreenipeitteen olevan kohteilla ohuen. Syvin porattu piste oli 2.3 m. Lisäksi moreeni oli pintaosistaan lähtien erittäin kivikkoista, joten luotettavaa kuvaa porausominaisuuksist~ ei saatu. Jäppil ä, Syvänsi Kohteella suoritettiin suppea-alainen näytteenottotyö HH50 -porakoneella. Työtä täydennettiin

'n '"OUTOKUMPU Oy O+K MALMINETSINTÄ 3 myöhemmin Cobralla. Käytetty välineistö oli sama kuin Riihilahdellakin. Näytteenottotavoitteena 01 i kallio- ja syvämoreenin"äytteet. Porausolosuhteet Työ suoritettiin järven jäältä. Paikalla oli vettä 1-17 m. Liejukerroksen påksuus vaihteli, ollen enimmillään n. 6 m. Moreeni oli löyhähköä, mutta erittäin kivistä. Paikoitellen järven pohjaan oli muodostunut eräänlaisia rakkoja, joiden läpäisy käytetyllä menetelmällä ei ollut mahdollista. Olosuhteita voidaan pitää porausten kannalta eri-ttäin vaikeina. Tulokset Järven pohjan ja moreenin kivikkoisuudesta johtuen jouduttiin monilla pisteillä suorittamaan runsaasti porausyrityksiä ja tarkistusporauksia. Sen takia teholukema "näytteitä/miestyöpäivä" muodostui työssä varsin pieneksi. Outokumpu, Ruutunjoki Kohteelta onnistuttiin kuitenkin saamaan joitakin hyviä kallionäytteitä, joten työlle asetettu tavoite saavutettiin. Myöhemmin Cobralla suoritettu työ osoitti, ettei tämän tyyppisissä porausolosuhteissa ole Cobran ja HH50 -porakoneen porausominaisuuksilla suurta eroa kummankaan hyväksi. Ainoastaan KAMU-näytteen runsaampi koko voidaan tällöin laskea hydraulisen koneen eduksi. Koeporausten tässä vaiheessa alkoi Machineryn voimayksikössä ilmetä joitakin lähinnä tärinästä aiheutuneita vikoja. Pahin näistä oli kompressorin kiinnityskorvakkojen ratkeaminen. Ennen kaikkea tärinävaimennusten osalta laite tuntui hieman "puolivalmiilta". Kohteella porattiin seitsemällä pisteellä sekä HH50 -porakoneella että Cobralla. Porausten aikana tarkasteltiin koneiden poraustehoja mittaamalla tunkeutumisnopeudet. 8 Kalustona oli muuten sama kalusto kuin Riihilahdella ja Jäppilässä, mutta tangoston liitostapit ja terät oli rei'itetty ilmahuuhtelua varten.

4 Tunkeutuvuuden mittaus Porausolosuhteita voidaan pitää helpohkoina. Porausolosuhteet Maaperä porauspaikoilla oli hiekkakangasta. Hiekka- ja sorapatjan paksuus vaihteli 6-9 metriin. Hiekkojen alla oli kohtalaisen tiivis hiekkamoreeni. Poraustapahtuman yhteydessä mitattiin jokaisen poratun metrin tunkeutumiseen kulunut aika. Tulosten tarkastelussa jätettiin kuitenkin huomioimatta jokaisen pisteen ensimmäinen porausmetri, koska HH50:llä porattaessa oli maa vielä roudassa, kun taas Cobra-porauksien aikana routaa ei enää ollut. Tulokset Verrattaessa hydraulisen porakoneen ja Cobran tuloksia keskenään, voidaan havaita seuraavaa: Molemmilla koneilla päästiin suurin piirtein samoihin syvyyksiin. Ainoastaan yhdellä pisteellä todettiin hydraulisen koneen pystyvän tunkeutumaan vielä metrin verran siitä tasosta, johon Cobran tunkeutuminen pysähtyi. Tunkeutumisnopeus oli hydraulisella koneella selvästi suurempi kuin Cobralla. Laskettaessa viiden havainnoidun pisteen tunkeutumisnopeuksien keskiarvot, saadaan 7 m:n porausajoiksi hydrauliselle koneelle 4 min 34 s ja Cobralle 8 min 58 s. Tämän mukaan olisi HH50:n tunkeutumisnopeus n. kaksi kertaa niin suuri kuin Cobralla. Mittaustulosten perusteella laadituista graafisista esityksistä voidaan havaita poraukseen käytetyn ajan eroavuuden kasvavan yleisimmin tasaisesti syvyyden lisääntyessä. Poikkeuksen muodostaa piste n:o 5:n tulos. Siinä havaitaan Cobran tunkeutuvuuden voimakas hidastuminen 11. porausmetrin jälkeen, hydraulisen koneen tunkeutuvuuden pysyessä suhteellisen vakaana aina oletettuun kallion pintaan asti. 8 On mahdollista, että pisteiden 2, 3, 4 ja 6 porauksissa saatu tasaisesti kasvava aikaero edustaa suhteellisen helposti läpäistävien HK- ja SR-kerrosten porausta, jolloin tunkeutuvuutta estää lähinnä tankoihin kohdistuva kitka sekä terässä näytteen läpivirtausta vastustavat voimat.

l() 'OUTOKUMPU OY O+K MALMINETSINTÄ 5 Pisteellä 5 taas on todennäköisesti 10-11 m:n paikkeilla tavoitettu tiukempi pohjamoreeni, jota Cobra kokonaan ei pystynyt läpäisemään. Tässä vaiheessa hydraulisen koneen suurempi teho tuli esille ja kone pystyi vieläläpäisemään suhteellisen kevyesti moreenikerroksen. (Tunkeutuvuuskäyrät liitteessä) Tarkasteltaessa hydraulisen porakoneen porausominaisuuksia todettiin lisäksi, että: Kone jaksoi pyörittää tangostoa hyvin ainoastaan 1-2 porausmetriä. Tämän jälkeen pyöritys heikkeni ja muuttui katkonaiseksi. Terän tavoittaessa kallion tai kiven pinnan, pyöritys voimistui huomattavasti, usein maksiminopeuteensa. Terän tunkeutuessa kallioon purkausaukkoa myöten, pyöritys ja tunkeutuminen loppuivat äkkiä ja yhtä aikaisesti. Kolmella ensimmäisellä pisteellä suoritettiin poraus ilmahuuhtelua apuna käyttäen. Tästä ei näyttänyt olevan mitään havaittavaa hyötyä. Varmaa mielipidettä ilmahuuhtelun hyödyllisyydestä ei kuitenkaan. voida kokeen perusteella esittää, koska huuhtelujärjestelmä ei kompressorin ja niskatiivisteen osalta ollut täysin kunnossa. Vammala, Stormi Kohteella tutustuttiin Tamroekin hydraulisen porakoneen HE222:n maaporausominaisuuksiin, poraamalla laitteella kolmen päivän aikana. Malminetsinnällisenä tavoitteena oli saada näytteitä maakerrosten alta kalliosta. Porausolosuhteet Työskentely tapahtui paikoilla, jossa maaperä oli varsin tiukkaa savea. Savikerroksen paksuus oli vajaa metri. Savikerroksen alla oli tiivis ja paikoin runsas kivinen moreeni. Moreenin paksuus oli 4-6 m. Porausolosuhteita voidaan pitää vaikeahkoina. 8 Kalusto Tanko- ja teräkalusto oli sama kuin aikaisemmin suoritetuissa koeprauksissa, ja ne oli varustettu huuhtelurei' illä. Porauslaitteisto oli sijoitettu keskikokoiseen Ford -traktorikaivuriin, jossa kauhan tilalle ole asennettu hydraulimoottorilla varustettu ketjusyöttölaite.

'() ' OUTOKUMPU OY O+K MALMINETSINTÄ 6 Huuuhtelui1man tuottolaitteena toimi Hydor R21 -mäntäkompressori, joka 011 kiinnitetty traktorin keulassa olleeseen kauhaan. Tulokset Porauksen edistyessä tuli esille seuraavanlaisia seikkoja: Yhteenveto suoritetuista koeporauksista Tunkeutuvuus oli hitaampaa kuin esim. HH50:n koeporauksissa havaittu tunkeutuvuus. Tämä oli paljolti vaikeampien porauso10suhteiden ansiota. Melkein poikkeuksetta pyöritys heikkeni tai loppui 1,5-2 m:n porauksen jälkeen. Tämän syvemmältä ei enää myöskään syöttölaitteen nostovoima riittänyt vetämään kalustoa ylös. Pyrittäessä suurella syöttövoimalla ja täysitehoisel1a iskulla tehostamaan tunkeutumista, havaittiin niskakappaleen ja tankojen liitoskohtien 1ämpenevän huomattavasti. Tällöin tapahtui myöskin terien rikkoutumisia ja lisäksi katkesi yksi 1iitostappi sekä niskakappale. Pitämällä syöttövoima lähes minimissään ja säätämällä iskuvoimaa pienemmäksi todettiin päästävän melkein samoihin poraustehoihin kuin maksimisäädöil1ä. Tällöin myöskin kalustotappiot saatiin pienemmiksi. Ilmahuuhtelun käyttäminen saattoi vähän edistää tunkeutuvuutta, mutta mitään vakuuttavaa näyttöä tästä ei saatu. Sen sijaan yhdellä pisteellä kokeiltu veden syöttäminen tangon juuresta reikään antoi positiivisia viitteitä tankoihin kohdistuvan kitkan pienenemisestä. Porauslaitteiston toiminnoissa olevat puutteellisuudet hankaloittivat työskentelyä. Porauksen suorittamiselle olisi ollut etua, jos laitteella olisi: pyöritys molempiin suuntiin, iskun, pyörityksen ja syötön toiminnot erillisinä. 8 1 Menetelmä A Puhuttaessa maaporauksesta on hyvin selvästi erotettava toisistaan kaksi eri menetelmää, joiden ominaisuudet poikkeavat toisistaan huomattavasti tunkeutumisperiaatteiltaan, poraustekniikaltaan ja näistä syistä johtuen myöskin terä- ja tankokalusto1taan. Tunkeutumisperiaatteena on tangoston junttaaminen maahan, jolloin erillisen läpivirtausterän avulla pyritään syrjäyttämään tunkeutumista vastustavat maakerrokset.

t() 0 UTOK UM P U OY O'"::tK MALMINETSINTÄ 7 Läpivirtausterän tehtävänä on jakaa ja tiivistää vastaantulevat maa-ainekset tangoston ympärille, sekä tunkeutumisen pysähtyessä pitää viimeinen läpivirtausvaiheessa oleva aines sisällään tankoja nostettaessa Menetelmällä ei pystytä läpäisemään kiviä, mutta sillä voidaan saada näyte mm. kallion pinnasta, jos poraus muuten pystytään ulottamaan sinne asti. Kaluston tunnusomainen piirre on, että tangoston läpimitta on sama kuin terän läpimitta. Tämä mahdollistaa tangoston noston nykyisillä välineillä. Tunkeutumisnopeuteen ja tehokkuuteen vaikuttaa melkein yksinomaan isku ja sen voimakkuus. Pyöritys saattaa hiukan helpottaa tunkeutuvuutta, mutta ilmahuuhtelulla ~i liene merkitystä. Menetelmä B Tunkeutumisperiaatteena on iskun, pyörityksen ja voimakkaan ilmapuhalluksen avulla teräkappaleen maahan syöttäminen. Tällöin vastaan tulevat maa-ainekset pyritään osittain siirtämään maanpinnalle ilmapuhalluksella. Tämän mahdollistaa terän selvästi suurempi läpimitta tankoihin verrattuna. Samasta seikasta johtuen voidaan tangostoa myöskin koko ajan voimakkaasti pyörittää, koska kitkapintoja on vähän. Poraustapahtuman onnistumiselle on välttämätöntä, että tangosto pystyy koko ajan väljästi liikkumaan reiässä. Tästä syystä poraustekniikkaan kuuluu oleellisesti tangoston ylös-alas liikuttelu ja näin reiän aukipitäminen. Menetelmällä pystytään poraamaan kivien läpi, sekä tarkistamaan milloin näytteenotin on kalliossa. Menetelmän A välineistöllä on tavoitteena saada moreeninäytteitä, ennen kaikkea läheltä kallion pintaa. Edullisissa olosuhteissa tavoitteeksi voidaan ottaa myöskin kallion pinnasta otettavat näytteet. Menetelmä B:n tavoitteena voitaneen nykyisin pitää melkein yksinomaan kallionäytteitä. 2 Suoritetuissa koeporauksissa on todettu Tamroekin hydraulisen porakoneen HHSO:n olevan tehokkuudeltaan huomattavissa olevin määrin nykyisin käytettyjä iskuporakoneita parempi: 8 eräissä mittauksissa todettiin tunkeutumisnopeus jopa lähes kaksi kertaa Cobran tunkeutumisnopeutta suuremmaksi joissakin tapauksissa todettiin HHSO:llä porattaessa tunkeutumisen vielä jatkuvan siitä mihin se Cobralla pysähtyi

OUTOKUMPU OY MALMINETSINTÄ porattaessa kalliota saatiin HH50:llä aina paremmin ja suurempia näytteitä kuin CobraIla. HH50:n ei todettu rikkovan käytettyä kalustoa Cobraa enempää. HH50:n todettiin olevan "käyttäjäystävällisemmän" Cobraan verrattuna, sekä melun,että varsinkin tärinän osalta. 3 Käytettäessä menetelmää A näytteenotossa ei Tamrockin isomman porausyksikön ja HE222:n antamilla eduilla ole paljonkaan käyttöä. Suurempi isku~a syöttöteho muuttuu ainoastaan lämmöksi iskupäässä ja liitostapeissa,sekä rikkoo nykyistä kalustoa. Syöttölaitteen nostoteho ei riitä vetämään tankoja ylös maasta. Ilmahuuhtelun merkitys vaikutti vähäiseltä. Sen sijaan laitteiston teho saattaisi riittää porauksiin menetelmällä B. Outokummusssa 10.11.1980 LIITTEET: 1. Tunkeutuvuusvertailu,käyrästö 2. Teknisiä ja työhygieenisiä tietoja 3. Valokuvia laitteista 8

m G f 2 3 Tunkeutuvuus-verta i l u " COBRA, " HH 50.. ~ ~ 5 10 m 0 P-kallio K:rkivl T= tunkeutuminen loppui ilman kosketusta kiveen taj Kallioon Pi ste 3 'K K 100 500 4000 S 1 1 3, Jt, 5., fo.4i f2. n flf 15.,00, K Piste 5 K ~....,. T 'p 500 1000 f 00 S.. m 0 LIITE 1 f Piste 2 1 ~.. 5 fo ff '1 f m 400 601 fooo S 0 i 1 3 II 5 P id m 0 1 Piste4 P P.. 00 5 0 10005 Pi ste 6 1 3 " 6 1D P P 16 NOPEUS cm/min foo SOO 1000S,.,. Tun keutum lsnopeus, PisteIden 2-6 keskiarvot "...--- " SiY. 1. 3

OUTOKUMPU OY MALMINETSINTÄ LIITE 2 Teknisiä tietoja Paino Pituus Iskun paine Öljyn virtaus Huuhteluilman paine Huuhteluilman kulutus Huuhteluveden kulutus (Hinta v.-79 min HH50 22 kg 540 mm 110 bar 36 l/min 3 bar 300 l/min 15 l/min 2494 mk) HE222 23 kg 565 mm 120 bar 48 l/min 300 l/min 15 l/min Paino Pituus/leveys/korkeus Hydraulipumppu: -tilavuusvirta -paineenkesto Kompressori,tilavuusvirta: -huuhtelu -pölynerotus Käyttömoottori: -hydraulipumppu -kompressori -öljynjäähdytin -minimitehovaatimus HH50:n tehoyksikkö PPD 20 520 kg 2450/1300/1100 mm 35-38 l/min 120 bar 0.25 Nnf/min 0.40 Nm}'min 11 kw 4.5 kw 0.4 kw 15.9 kw HH50:n työhygieeniset mittaukset,suoritettu 29.1.-80 OKMEn toimesta Meluarvot(poraajan kohdalla): -maaporaus 100-102 dba -kallioporaus 104-106 dba -tehoyksikkö,1m:netäisyys 97 dba -tehoyksikkö,tyhjäkäynti 84 dba Cobran meluarvoiksi on eri mittauksissa saatu 105-110 dba