Bullonatura velocissima - consolidamento di rocce all'avanguardia
Man mano che le attività estrattive sotterranee scendono sempre più in profondità per la ricerca di minerali, le difficoltà legate al consolidamento delle rocce in condizioni di terreno sempre più complesse sono in crescita. Ma ora c'è un nuovo processo in arrivo.
1. La sfida
Il consolidamento delle rocce è diventato il collo di bottiglia nel processo di perforazione e brillamento di tunnel. I bullonatori meccanizzati sono in genere molto efficienti nell'installazione di bulloni da roccia e maglie. Tuttavia, con operazioni minerarie più profonde, l'aumento delle sollecitazioni da roccia spesso porta a una maggiore fratturazione della stessa, con conseguenti difficoltà nella bullonatura. Nelle operazioni sotterranee di LKAB nel nord della Svezia, possono essere necessarie fino a otto ore o più per la polimerizzazione dei bulloni a cementazione rocciosa ed essere in grado di sostenere i carichi dalla massa rocciosa. Con un terreno sempre più fratturato, l'installazione di questi bulloni da roccia cementata sta diventando più difficile da ottenere con valori di produttività accettabili.
Nelle operazioni sotterranee di LKAB nel nord della Svezia, possono essere necessarie fino a otto ore o più per la polimerizzazione dei bulloni a cementazione rocciosa ed essere in grado di sostenere i carichi dalla massa rocciosa. Con un terreno sempre più fratturato, l'installazione di questi bulloni da roccia cementata sta diventando più difficile da ottenere con valori di produttività accettabili.
"Abbiamo avviato un progetto presso la miniera LKAB di Malmberget con l'obiettivo principale di rendere il processo di bullonatura due volte più veloce rispetto ai sistemi di bullonatura esistenti di LKAB", afferma Peter Bray, Product Manager di Epiroc.
"Abbiamo praticamente dovuto partire da zero e abbiamo esaminato diverse idee. Abbiamo quindi definito i migliori approcci che avrebbero potuto fornire risultati ragionevoli entro un periodo di tempo ragionevole".
"Abbiamo praticamente dovuto partire da zero e abbiamo esaminato diverse idee. Abbiamo quindi definito i migliori approcci che avrebbero potuto fornire risultati ragionevoli entro un periodo di tempo ragionevole".
"Abbiamo avviato un progetto presso la miniera LKAB di Malmberget con l'obiettivo principale di rendere il processo di bullonatura due volte più veloce rispetto ai sistemi di bullonatura esistenti di LKAB."
2. La soluzione
Una soluzione esistente per cementare i bulloni con malta cementizia consiste nel sostituire la malta con cartucce di resina, ottenendo un tempo di assestamento notevolmente più rapido. Tuttavia, le cartucce sono difficili da installare in terreni fratturati. Se si potesse invece iniettare la resina con il bullone già in posizione?
"Abbiamo collaborato con i fornitori di resina per sviluppare un tipo di resina pompabile con tempi di assestamento rapidi e una consistenza simile a quella del ketchup per evitare che la resina goccioli dal foro del bullone", afferma Peter Bray.
Parallelamente al lavoro con la resina, un tipo esistente di bullone da roccia, un ancoraggio autoperforante (SDA, Self-Drilling Anchor) è stato modificato per consentire il pompaggio della resina. Il bullone SDA è essenzialmente un tubo di acciaio cavo con una punta di perforazione saldata all'estremità. Agisce come un'asta di perforazione durante l'installazione e come un bullone quando viene installato nella roccia.
Un grosso ostacolo da superare durante lo sviluppo del sistema di resina pompabile è stato trovare una soluzione per il lavaggio degli elementi miscelatori di resina per consentire l'uso ripetuto dei miscelatori senza ostruzioni. Dopo diversi tentativi, è stata scoperta una soluzione semplice che forniva un lavaggio robusto e affidabile mantenendo un sistema chiuso senza rilascio di resina non miscelata. Infine, tutti gli aspetti del progetto lavoravano in armonia.
"Abbiamo collaborato con i fornitori di resina per sviluppare un tipo di resina pompabile con tempi di assestamento rapidi e una consistenza simile a quella del ketchup per evitare che la resina goccioli dal foro del bullone", afferma Peter Bray.
Parallelamente al lavoro con la resina, un tipo esistente di bullone da roccia, un ancoraggio autoperforante (SDA, Self-Drilling Anchor) è stato modificato per consentire il pompaggio della resina. Il bullone SDA è essenzialmente un tubo di acciaio cavo con una punta di perforazione saldata all'estremità. Agisce come un'asta di perforazione durante l'installazione e come un bullone quando viene installato nella roccia.
Un grosso ostacolo da superare durante lo sviluppo del sistema di resina pompabile è stato trovare una soluzione per il lavaggio degli elementi miscelatori di resina per consentire l'uso ripetuto dei miscelatori senza ostruzioni. Dopo diversi tentativi, è stata scoperta una soluzione semplice che forniva un lavaggio robusto e affidabile mantenendo un sistema chiuso senza rilascio di resina non miscelata. Infine, tutti gli aspetti del progetto lavoravano in armonia.
3. Il risultato
Una macchina Epiroc Boltec E modificata ha eseguito un test sul campo di quattro mesi presso la miniera di minerale di ferro sotterranea Malmberget di LKAB tra maggio e agosto 2018, con la macchina in funzione durante il turno di giorno. I risultati ottenuti sono stati molto promettenti. "Abbiamo migliorato la produttività del 64% rispetto alle soluzioni di cementazione esistenti, che erano abbastanza accettabili per LKAB. Gli operatori ritenevano che la produttività migliorerebbe ancora una volta acquisita più esperienza con la macchina", afferma Peter Bray.
Uno dei principali vantaggi del sistema di resina pompabile è che richiede una pulizia e una manutenzione notevolmente inferiori rispetto alle macchine per cementazione, che richiedono una pulizia più volte per turno.
"La manutenzione è molto ridotta. Al termine del turno, l'operatore ha semplicemente spento il Boltec e si è allontanato. Amavano la macchina e sono stati molto turbati al termine del test sul campo", afferma Peter Bray.
La resina pompabile con bulloni SDA è stata inoltre testata con una foratura di estensione fino a 15 metri di lunghezza totale del bullone con risultati eccellenti. L'imbullonatura di prolunghe aumenta ulteriormente la flessibilità del sistema, sostituendo potenzialmente l'imbullonatura di cavi in condizioni di roccia scarsa.
"In alcune condizioni rocciose, questa macchina offre la migliore soluzione disponibile", afferma Peter Bray.
"La manutenzione è molto ridotta. Al termine del turno, l'operatore ha semplicemente spento il Boltec e si è allontanato. Amavano la macchina e sono stati molto turbati al termine del test sul campo", afferma Peter Bray.
La resina pompabile con bulloni SDA è stata inoltre testata con una foratura di estensione fino a 15 metri di lunghezza totale del bullone con risultati eccellenti. L'imbullonatura di prolunghe aumenta ulteriormente la flessibilità del sistema, sostituendo potenzialmente l'imbullonatura di cavi in condizioni di roccia scarsa.
"In alcune condizioni rocciose, questa macchina offre la migliore soluzione disponibile", afferma Peter Bray.
