Isompia reikäkokoja päältälyövällä kalustolla

Sandvik Mining and Rock Solutions toi vuoden 2021 alussa markkinoille uuden päältäiskevän porauslaitteen, Pantera DP1600i:n. Kyseessä on muiden Pantera DPi -sarjan koneiden tapaan iso tela-alustainen hydraulinen porauslaite. Tuoteperheen keskeisiä etuja ovat isot porausnopeudet ja kehittyneet automaatiovaihtoehdot tietopohjaisesta kalustonhallinnasta aina poraustehokkuuden optimointiratkaisuihin. Niiden reikäkokovalikoima on kuitenkin tähän saakka rajoittunut enintään 152 millimetriin (6 tuumaan).

Pantera DP1600i:n suunnittelun lähtökohtana oli tasapainottaa huolellisesti keskenään koko porausratkaisun kolme keskeisintä komponentia eli alusta, porakone ja porakalustot, ja siten luoda edellytykset isojen, 140–178 millimetrin reikäkokojen poraamiseen.

Alusta perustuu pääosin luotettavaksi ja hyväksi todettuun Pantera DPi -sarjaan, jonka hydrauliikan kriittisiä kohtia parannettiin aiemmista ratkaisuista. Lisäksi puomirakenne on suunniteltu kokonaan uudelleen, jotta se pystyy kannattelemaan tehokkaampaa porakonetta. Näin saavutetaan suurempi kapasiteetti ja mahdollisuus isompiin reikäkokoihin pitäen kuitenkin porauslaitteen mitat entisellään.

"Pantera DPi -sarjan porauslaitteiden tuottavuus on osoittautunut hyväksi jo vuodesta 2008 lähtien, joten oli luonnollista päivittää olemassa oleva alusta uudelle tasolle tätä uutta ratkaisua varten", kertoo Sandvik Mining and Rock Solutionsin maanpäälisten porauslaitteiden tuotepäällikkö Jarno Viitaniemi.

Porakoneen haasteena reikäkokoa kasvatettaessa on isompi iskuvoimavaatimus. Uusi RD1840C-porakone vastaa haasteeseen pidemmän ja siten painavamman männän avulla, kuitenkin kasvattamatta porakoneen ulkomittoja. Männän geometria, pituus ja paino on optimoitu suunniteltua porakalustoa ja suurempaa, 165 millimetrin optimireikäkokoa varten niin, että tuloksena on tehokkaampi, muodoltaan pidempi iskuaalto ja parempi porausdynamiikka.

"Top Hammer XL -konseptin keskeinen etu on se, että porausjärjestelmän kolme pääkomponenttia – porauslaite, porakone ja porakalusto – on kaikki tarkistettu, suunniteltu uudelleen ja optimoitu keskenään", sanoo Sandvik Mining and Rock Solutionsin porakoneiden tuotelinjapäällikkö Jukka Siltanen. "Kokonaisuutena se todella toimii erittäin hyvin."

RD1840C-porakoneeseen on saatavana lisävarusteena Sandvik RockPulse -valvontajärjestelmä, joka seuraa porakaluston rasitusta reaaliakaisesti ja esittää porarille kolmen keskeisen parametrin mittausdataa: porakruunun vaste, poraletkan kuormitus ja syöttövoima. Järjestelmä mittaa reaaliaikaisesti jokaisen männän iskun aiheuttamat iskuaallot, mikä auttaa poraria välttämään huonoa kivikontaktia, liiallisia vetojännityksiä sekä yli- tai alisyöttöä.

Top Hammer XL -konseptin porakalustoksi on optimoitu uusi tuoteperhe: Sandvik LT90. Porakaluston tuotekehityksen haasteena oli uuden RD1840C-porakoneen tuottama pidempi ja voimakkaampi iskuaalto. Tarkemmin sanottuna, miten se pystytään siirtämään hallitusti reiän pohjaan saakka mahdollisimman pienillä energiahäviöillä tunkeutumisnopeuden maksimoimiseksi.

"Koko järjestelmässä on enemmän energiaa", sanoo Sandvik Mining and Rock Solutionsin maanpäällisen porauksen porakalustojen tuotepäällikkö Fredrik Björk. "Jos energia ei kulu kiven murskaamiseen, se rikkoo poraletkan ja tankojen kierteet ja muuttuu lämmöksi."

Haaste ratkaistiin pääasiassa parantamalla porauksen dynamiikkaa, mikä puolestaan edellyttää useiden mahdollisesti ristiriitaisten parametrien huolellista tasapainottamista. Yksi näistä on poraletkan jäykkyys, joka on reikien suoruuden edellytys. Toisaalta liiallista jäykkyyttä pitää välttää, jotta taivutusvoimat eivät rikkoisi porakalustoa. Jäykkyyden rajoittaminen tarkoittaa käytännössä myös liian suurien tangon halkaisijoiden välttämistä, koska isompi halkaisija kasvattaa kierreliitosten jännityksiä poraletkan taipuessa.

Poratankojen kierteissä tasapainottaminen tarkoittaa mahdollisimman hoikkaa, mutta silti riittävän vahvaa kierrettä, jotta poraletkan liittämisominaisuudet pystytään optimoimaan. Käytännön hyötynä on tankojen ja porakruunujen kierteiden kiristämisen ja avaamisen helppous.

Vielä yksi tasapainotettava yksityiskohta on kulumiskestävyyden ja kovuuden välinen suhde, koska liian kova työkaluteräs on myös liian haurasta. Sandvikin suurena etuna on tässä suhteessa se, että Sandvikenin tehtaalla on omasta takaa vahvaa teräslajien ja lämpökäsittelyjen asiantuntemusta.

RD1840C-porakone on läpikäynyt tuhansien tuntien penkkitestit, ja koko porauslaite on porannut yli 100 000 reikämetriä vaikeissa kiviolosuhteissa. Kenttätestejä on tehty Pohjois-Euroopassa tammikuusta 2019 lähtien, joten Top Hammer XL:n oli selvittävä subarktisten olosuhteiden laajasta vaihteluvälistä, kahden talvikauden kovimmillaan –40 ˚C:n pakkasista aina 30 ˚C:n kesähelteisiin. Porauslaite ja porakalustot ovat kestänet rankan testauksen ongelmitta.

Tulokset osoittavat, että polttoaineen kulutus on vähentynyt 50 prosenttia, porauksen kokonaiskustannukset ovat vähentyneet 25 prosenttia ja tuottavuus on 15 prosenttia parempi verrattuna uppoporauksen arvoihin. Lisäksi uusilla porakalustoilla saadaan porakruunuille erinomainen kestoikä verrattuna kilpaileviin tuotteisiin ja teknologioihin. Tyypillisissä kaivosolosuhteissa saavutettujen polttoainesäästöjen mittakaavaa kuvaa se, että ne vastaavat 107 keskimääräisen perheauton vuosikulutusta. Hyödyt ovat lisäksi tarjolla myös korkealla merenpinnasta sijaitseville kaivoksille. 50 prosenttia pienempi polttoaineen kulutus tietenkin vaikuttaa merkittävästi myös hiilidioksidipäästöihin.

Sandvik tuo ensimmäisenä laitevalmistajana markkinoille innovatiivista päältäiskevän porauksen tekniikkaa, jolla voidaan saavuttaa kustannustehokkaasti kaivoksissa käytettyjä suuria reikäkokoja. Top Hammer XL laajentaa päältäiskevän porauksen reikäkokoaluetta aina 178 millimetriin (7 tuumaan) saakka, minkä ansiosta luontaisesti polttoainetehokkaammat päältäiskevät porauslaitteet ovat nyt varteenotettava vaihtoehto uppoporaukselle paljon aiempaa laajemmassa mittakaavassa.