Utöka gränsen

I början av 2021 lanserade Sandvik Mining and Rock Solutions en ny borrigg för topphammarborrning - Pantera DP1600i. Det är den nyaste medlemmen i Pantera DPi-familjen av stora hydrauliska larvburna enheter som kännetecknas av hög borrsjunkning och avancerad automation för databaserad maskinparkshantering och optimering av borresultat. Deras hålstorleksintervall har dock hittills varit maximerat till 152 millimeter (6 tum).

Konstruktörernas utgångspunkt för Pantera DP1600i var att skapa en noggrann balans mellan borriggens tre dominerande komponenter: bäraren, borrmaskinen och borrverktygen, för att kunna borra stora hålstorlekar på mellan 140 och 178 millimeter (5,5-7 tum).

Lösningen med bäraren baseras i huvudsak på den tillförlitliga och beprövade plattformen i Pantera DPi-serien, som uppgraderats med kritiska delar i det hydrauliska systemet och en omdesignad bomstruktur för att bära en kraftfullare borrmaskin. Detta resulterar i en högre kapacitet och i slutändan en större hålstorlek, utan att öka borriggens fysiska fotavtryck.

"Vi har en lång meritlista med beprövade borresultat för topphammarborrning med Pantera DPi-seriens borriggar, med start redan 2008, så därför var det ett naturligt val att uppgradera den befintliga plattformen till nästa nivå för den här nya lösningen", förklarar Jarno Vii-taniemi, produktchef för ovanjordsborrning på Sandvik Mining and Rock Solutions.

Den nya bergborrmaskinen RD1840C tar sig an utmaningen att öka borrmaskinens energi för slående borrning utan att öka borrens fysiska storlek, med hjälp av en längre och därmed tyngre borrkolv. Kolvens geometri, hållängd och vikt har optimerats för borrverktygen och den eftersträvade, större optimala hålstorleken på 165 millimeter, vilket resulterar i en effektivare, längre slagvåg och förbättrad borrdynamik.

"En viktig tillgång med konceptet för topphammarborrning XL är att de tre huvudkomponenterna i borrsystemet - borriggen, borrmaskinen och borrverktygen - alla har granskats, omkonstruerats och optimerats ömsesidigt", säger Jukka Siltanen,
product line manager rock drills på Sandvik Mining and Rock Solutions. "Det fungerar verkligen mycket bra som en helhet."

Som tillval levereras RD1840C med övervakningssystemet Sandvik RockPulse, som ger operatören mätdata i realtid om tre viktiga borrparametrar: borrkronans respons, verktygets belastning och matningsnivån. Systemet mäter i realtid de spänningsvågor som induceras av varje kolvslag, vilket hjälper operatören att undvika dålig bergkontakt och överdrivna dragspänningar samt över- eller undermatning.

Det verktygssystem som optimerats för topphammarborrriggen Top Hammer XL är Sandviks nya LT90-familj. Utmaningen vid utvecklingen av dessa borrverktyg var den längre och kraftigare stötvåg som genereras av den nya RD1840C-borrmaskinen. Mer specifikt, hur den skulle överföras på ett kontrollerat sätt till hålets botten med minimala energiförluster för att maximera borrsjunkningen.

"Vi har mer energi i hela systemet", säger Fredrik Björk, produktchef för borrverktyg för ovanjordsborrning på Sandvik Mining and Rock Solutions. "Om du inte krossar berget med den energin kommer den i stället att förstöra borrmaskinen och gängorna. Den kommer att omvandlas till värme."

Utmaningen löstes främst genom att förbättra dynamiken i borrningen, vilket i sin tur kräver en noggrann balansering av flera potentiellt motstridiga parametrar. En av dessa är borrsträngens styvhet för att uppnå raka hål, samtidigt som man undviker överdriven styvhet för att förhindra att verktygen går sönder vid böjning. Att begränsa styvheten innebär i praktiken också att man undviker alltför stora diametrar på stängerna eftersom det leder till högre spänningar i gängförbanden vid böjning.

I stånggängorna handlar balanseringen om att göra gängorna så smala som möjligt men ändå tillräckligt starka för att optimera borrsträngens kopplingsegenskaper. Den praktiska fördelen med detta är att det är lätt att gänga och lossa stängerna och borrkronorna.

Ännu en viktig balansgång är den mellan slitstyrka och hårdhet, eftersom ett alltför hårt verktygsstål också blir alltför sprött. En stor tillgång för Sandvik i detta avseende är den kunskap om stålsorter och värmebehandling som finns i Sandvik.

Borrmaskinen RD1840C genomgick tusentals timmar av bänktester, och hela borriggen har utfört mer än 100.000 meter borrning i verkligheten under svåra bergförhållanden. Fälttesterna har pågått i norra Europa sedan januari 2019, vilket innebär att Top Hammer XL-lösningen behövde uthållighet i ett brett spektrum av förhållanden som är typiska för subarktiska områden, inklusive två vintersäsonger med minimitemperaturer på nära -40 ˚C, och även varmt sommarväder på upp till 30 ˚C. Riggen och verktygen har tagit stryk med råge.

Resultaten visar en 50-procentig reduktion av bränsleförbrukningen, en 25-procentig reduktion av de totala borrkostnaderna och en 15-procentig höjning av produktiviteten jämfört med DTH-metoden (down-the-hole)*. Dessutom har de nya bergborrverktygen en utmärkt borrkronans livslängd jämfört med konkurrerande produkter och tekniker. För att illustrera hur stora bränslebesparingarna är under typiska gruvförhållanden kan de jämföras med årsförbrukningen för 107 genomsnittliga familjebilar. Fördelarna är också tillgängliga i gruvapplikationer på hög höjd. Den 50-procentiga reduktionen av bränsleförbrukningen har naturligtvis också en betydande inverkan på CO2-utsläppen.

Sandvik är den första OEM-tillverkaren som introducerar denna typ av innovativ teknik för borrning med topphammare som kan uppnå kostnadseffektiva borrningsresultat i stora gruvhålsstorlekar. Top Hammer XL utökar hålstorleksintervallet för borrning med topphammare till 178 millimeter (7 tum), vilket gör de i sig mer bränsleeffektiva borrarna med topphammare till ett lönsamt alternativ till DTH-teknik i betydligt större skala än tidigare.