Utvid grensen

Tidlig i 2021 lanserte Sandvik Mining and Rock Solutions en ny topphammer borrigg – Pantera DP1600i. Den er det nyeste medlemmet i Pantera DPi-familien av store hydrauliske belteboremaskiner, som kjennetegnes av høy borsynk og avanserte automatiseringsmuligheter for databasert flåtestyring og optimalisering av borytelsen. Imidlertid har hullstørrelsesområdet deres hittil vært begrenset til maksimalt 152 millimeter (6 tommer).

Utgangspunktet for konstruksjonsingeniørene ved utviklingen av Pantera DP1600i var å skape en nøye avveining mellom alle de tre dominerende komponentene i borriggens utstyr: undervogn, borhammer og borstål, for å kunne bore store hullstørrelser mellom 140 og 178 millimeter (5,5–7 tommer).

Undervognsløsningen er i hovedsak basert på den pålitelige og velprøvde plattformen i Pantera DPi-serien, oppgradert med viktige deler i hydrauliske systemet og en omdesignet bomkonstruksjon for å bære en kraftigere borhammer. Dette gir høy kapasitet og dermed større hullstørrelse, uten å øke borriggens fysiske fotavtrykk.

«Vi har lang erfaring med påvist ytelse innen topphammerboring med riggene i Pantera DPi-serien, helt tilbake fra 2008, så det var derfor et naturlig valg å oppgradere den eksisterende plattformen til neste nivå for denne nye løsningen», forklarer Jarno Vii-taniemi, produktsjef for overjordsboring hos Sandvik Mining and Rock Solutions.

Den nye borhammern RD1840C takler utfordringen med å øke slagenergien i boringen uten å øke boremaskinens fysiske størrelse, ved hjelp av et lengre og dermed tyngre borestempel. Stempelets geometri, lengde og vekt er optimalisert for borstålene og den tiltenkte, større optimale hullstørrelsen på 165 millimeter, noe som resulterer i en mer effektiv, lengre slagbølgeform og forbedret boringdynamikk.

«En viktig fordel med Top Hammer XL-konseptet er at de tre hovedkomponentene i boresystemet – riggen, borhammern og borstålene – alle har blitt gjennomgått, omdesignet og gjensidig optimalisert», sier Jukka Siltanen, produktlinjeleder for bergbor (
) hos Sandvik Mining and Rock Solutions. «Det fungerer virkelig svært godt som en helhet.»

RD1840C leveres som tilleggsutstyr med Sandvik RockPulse-systemet for overvåking av verktøyspenningsnivå, som gir boreoperatøren sanntidsmåledata for tre sentrale boreparametere: borkronens respons, verktøybelastning og fremføringsnivå. Systemet måler i sanntid spenningsbølgene som utløses av hvert stempelstøt, og dette hjelper operatøren med å unngå dårlig bergkontakt og overdreven strekkspenning, samt over- eller underfremføring.

Verktøysystemet som er optimalisert for Top Hammer XL-borriggkonseptet, er den nye Sandvik LT90-serien. Utfordringen ved utviklingen av disse borstålene var den lengre og kraftigere sjokkbølgen som genereres av den nye RD1840C-borhammern. Mer spesifikt handlet det om hvordan man på en kontrollert måte kunne overføre denne til bunnen av borehullet med minimalt energitap for å maksimere gjennomboringshastigheten.

«Vi har mer energi i hele systemet», sier Fredrik Björk, produktsjef for overjordsboring med borstål hos Sandvik Mining and Rock Solutions. «Hvis du ikke knuser berget med den energien, vil den i stedet ødelegge borestrengen og gjengene. Den vil omdannes til varme.»

Utfordringen ble hovedsakelig løst ved å forbedre boringen, noe som igjen krever en nøye avveining av flere potensielt motstridende parametere. En av disse er borestrengens stivhet for å oppnå rette hull, samtidig som man må unngå for stor stivhet for å forhindre at verktøyene knekker under bøying. Å begrense stivheten betyr i praksis også å unngå for store stangdiametre, fordi det vil føre til høyere belastninger i gjengeskjøtene under bøying.

Når det gjelder stanggjengene, handler avveiningen om å gjøre gjengene så slanke som mulig, men likevel sterke nok til å optimalisere koblingsegenskapene til borestrengen. Den praktiske fordelen med dette er enkel på- og avskruing av stengene og kronene.

En annen viktig avveining er mellom slitestyrke og hardhet, fordi altfor hardt verktøystål også vil være for sprøtt. En stor fordel for Sandvik i denne sammenhengen er stålkvaliteten og kunnskapen om varmebehandling som finnes internt i Sandviken, Sverige.

Borhammern RD1840C har gjennomgått tusenvis av timer med test på prøvebenk, og hele riggen har tilbakelagt mer enn 100 000 meter med boringen i virkelige forhold i krevende bergforhold. Felttestene har pågått i Nord-Europa siden januar 2019, noe som betyr at Top Hammer XL-løsningen måtte tåle det brede spekteret av forhold som er typiske for subarktiske områder, inkludert to vintersesonger med minimumstemperaturer nær –40 ˚C, samt varmt sommervær opp til 30 ˚C. Riggen og verktøyene har taklet utfordringene uten problemer.

Resultatene viser en reduksjon på 50 prosent i drivstofforbruket, 25 prosent reduksjon i de totale borekostnadene og 15 prosent økning i produktiviteten sammenlignet med DTH-boremetoden (down-the-hole)*. I tillegg gir de nye borstålene utmerket levetid for borkronene sammenlignet med konkurrerende produkter og teknologier. For å illustrere omfanget av drivstoffbesparelsene under typiske gruvedriftsforhold, kan disse sammenlignes med det årlige forbruket til 107 gjennomsnittlige familiebiler. Fordelene gjelder også ved gruvedrift i høye høyder. Reduksjonen på 50 prosent i drivstofforbruket har naturligvis også en betydelig innvirkning på CO₂-utslippene.

Sandvik er den første OEM-produsenten som introduserer denne typen innovativ topphammerboringsteknologi som kan oppnå kostnadseffektive boreresultater i store gruvehull. Top Hammer XL utvider hullstørrelsesområdet for topphammerboringsteknologi opp til 178 millimeter (7 tommer), noe som gjør de iboende mer drivstoffeffektive topphammerborene til et levedyktig alternativ til DTH-teknologi i en betydelig større skala enn tidligere.