Tunneliin tarkoitettu hydraulinen kallionporakone: alhainen melutaso, korkea vakaus, tehokas kapeissa tiloissa

Kaminikon maantietunneli Hiroshiman prefektuurissa kulki granitiin, jonka puristuslujuus ylitti 200 MPa, ja asuinrakennukset sijaitsivat tunnelin kärjen yläpuolella 70 metrin korkeudessa. Pitkille osuuksille räjäytystyöt eivät olleet vaihtoehto. Rakennustiimi tarvitsi hydraulisen kallionporakoneen, joka pystyi tuottamaan 3,5 m² tunnissa vapaata leikkauspintaa kovassa kallioperässä, ja joka toimisi eteenpäin etenevässä työalueessa, jossa ei ollut tilaa liikuttaa suuria koneita eikä sallittu värähtelyihin perustuvaa maan liikkumista yläpuolella.

Tämä rajoitteiden joukko määrittelee tunnelikohtaisen porauksen – ei ainoastaan kapeammat tilat, vaan kokonaan erilaisen insinööritehtävän. Melu, vakaus rajoitetussa värähtelytilassa, pesuun käytettävän ilmavirran tehokkuus rajallisessa ilmavirrassa sekä käsivarren geometria, joka mahdollistaa koko porauspinnan kattavan porauksen ilman, että kone ei mahtuisi läpi sen poikkileikkauksesta, jota se itse asiassa pitäisi porata. Jokainen näistä vaatimuksista on ristiriidassa muiden kanssa, ja avoimen kaivoksen penkkityöhön tarkoitettu porakone ei täytä useita näistä vaatimuksista.

Geometriarajoite: Miksi kompaktisuus ei tarkoita alatehoisuutta

Tunnelin jumbo-työkalut luokitellaan niiden kattaman poikkipinnan mukaan, ei kuljetinalustan mittojen mukaan. Konetta, joka on luokiteltu 7–35 m²:n poikkipintojen käsittelyyn, tarvitaan kourukonfiguraatio, joka ulottuu koko tunneleipinnan – katon, lattian ja sivuseinien – peittämiseen ilman kuljetinalustan uudelleenasennusta. Tämä edellyttää nivelletyn kourun suunnittelua sekä rinnakkaispidon mahdollisuutta, jotta työntöpalkki pysyy kohtisuorassa porauskuviota vastaan riippumatta siitä, missä kourussa se sijaitsee.

Mitä tämä tarkoittaa itse kallionporakoneelle: sen on toimitettava 12–20 kW:n iskuteho tiukassa drifter-kotelossa. Joissakin tunneliin suunnatuissa driftereissä käytetty askelmainen pistoni-suunnittelu parantaa iskunenergian siirtohyötysuhdetta juuri siksi, että se optimoi tehotiukkuutta, ei huippuenergiaa. 15 kW:n askelmainen drifter 3,5 m × 1,8 m:n eteenpäin etenevässä tunnelissa pystyy ylläpitämään 2 m/min:n etenemisnopeutta 80–120 MPa:n kalliossa ja silti mahtumaan kuljetinalustalle, joka kulkee 2,5 m × 1,5 m:n kulkukäytävän läpi.

Matalaprofiiliset konfiguraatiot—kuten KJ212-luokan malli, joka on suunniteltu päästöaukoille, joiden koko on vain 3,5 m × 1,8 m—käyttävät taittuvaa nostopuomia erityisesti siksi, että kone voi ajaa läpi 2,5 m × 1,5 m:n aukon ja sitten avautua täyteen työkorkeuteensa päästöaukon eteen. Tämä ei ole lisäominaisuus; se on perustavaa laatua oleva suunnitteluvaatimus kehityspäästöaukoille kapeissa veinikaivoksissa.

Melu tunnelissa: missä standardispecifikaatio muuttuu noudattamisvaatimukseksi

Avoin kallionporaus tuottaa 95–115 dB:n melutasoa käyttäjän paikalla avoimella alueella. 5 m × 5 m:n tunnelin päästöaukossa sama iskunenergia ei pääse hajaantumaan—betoni- tai ruiskubetoniseinien heijastama ääni lisää 10–15 dB:n kaiuntaa. Pidempi altistuminen yli 85 dB:n melutasolle aktivoi kuulonsuojelun vaatimukset useimmissa kaivoslainsäädännöissä; suljetussa tilassa yli 100 dB:n melutaso johtaa työvuoron keston rajoituksiin.

Matalameluinen drifter-suunnittelu toimii kahdella tasolla: iskumoduulin ja kantarakenteen välinen värähtelyn eristäminen (rakenteen kautta etenevän äänen siirtymisen vähentäminen nostopuikossa ja kehikossa) sekä hiljennetty puhalluspoistojärjestelmä, jossa puhallusaineena käytetään ilmaa. Vesipuhallus vaimentaa luonnostaan osan iskumenetelmän aiheuttamasta melusta ja samalla hallitsee pölyä – molemmat ovat tärkeitä tekijöitä, kun työskennellään tunnelin etupäässä, jossa pöly kertyy nopeammin kuin sitä voidaan poistaa ilmanvaihdolla.

Kaupunkialueilla toteutettavien tunnelihankkeiden – eli tieliikenne- ja rautatieliikennehankkeiden, jotka kulkevat rakennettujen alueiden alla – säädökset määrittelevät usein enimmäisvärähtelynopeuden maanpinnalla, ei ainoastaan melun enimmäistasoa työalueella. Vapaan pinnan porausmenetelmät, joissa käytetään hydraulista iskua räjäytysten sijaan, voivat saavuttaa kallioperän muodostamiskyvyn 3,5 m²/h graniitissa, jonka lujuus ylittää 200 MPa, samalla kun pinnan värähtely pysyy hyväksyttävissä rajoissa, joita räjäytysmenetelmillä ei voida saavuttaa.

Tunneliporakoneen tekniset tiedot: poikkileikkaus, nostopuikko ja drifter-luokka

Kaksipuominen jumbo, joka kattaa tyypillisesti 50 reiän etupinnan ja 3,5 metrin edistymisen kierroksella, suorittaa porauskierron yleensä 2,5–3 tunnissa kovassa kivessä. Kierronaika kasvaa merkittävästi halkeilevassa tai savea sisältävässä maaperässä, jossa anti-tukos-toimintoja käytetään usein – tässä automatisoitu parametrien säätö vähentää ihmisen reagoitumisviivettä, joka muuten aiheuttaisi porakiskon lukkiutumisen.

Stabiilius korkeataajuisten kuormitusten alaisena rajoitetussa tilassa

Kallionporakone, joka toimii jumbo-kiinnikkeellä, siirtää värinää kantavaan alustaan syöttöpalkin, kantopidikkeiden ja hydraulihyppäyksien kautta. Tunnelissa alustan alla ei ole pehmeää maata, joka voisi vaimentaa tätä värinää – alusta seisoo betonilla tai tiivistetyllä kalliojätteellä, jotka siirtävät kaiken. Nykyaikaisissa tunnelijumboissa on standardina kosteat monilevyiset käyttöjarrut ja kevätpainoiset hydraulisesti vapautuvat pysäytysjarrut erityisesti sen estämiseksi, että kantaja liukuisi iskutoiminnon aikana, mikä siirtäisi reiän suunnitellusta paikastaan.

Käsikäyttöisillä rinnakkaispidintäjärjestelmillä ja laserin avulla saavutettava kiinnitystarkkuus ±2 cm on mahdollista vain, jos kantaja on vakaa juuri reiän aloitusvaiheessa. Jos kantaja siirtyy 5 mm:n verran poraamisen ensimmäisen metrin aikana, reiän poikkeama kasvaa 4 metrin syvyydellä 50–80 mm:iin – riittävästi räjäytyskuvion heikentämiseen ja ylimääräisen kallioräjäytyksen aiheuttamiseen, mikä lisää jokaista räjäytyskierrosta koskevia shotcrete-kustannuksia.

Tiivisteen ja pesukytkennän huolto tunnelioletussa

Tunnelin porakoneet kertyvät iskutunnit nopeammin kuin pinnan laitteet, koska kone ei usein voi liikkua reikien välillä samalla tavoin kuin pinnan porakoneella. Vähemmän kuljetusaikaa tarkoittaa enemmän porausaikaa vuorossa. Erityisesti pesukytkentä kokee suuremman rasituksen: vesisuodatus suljetussa tunnelin eteenpäin etenevässä työalueessa tarkoittaa, että paluuvirta kuljettaa hienojakoisia porausjätteitä jatkuvasti pesukotelo-tiivisteen liitoksen läpi, eikä neste pääse selvittäytymään kuten avoimessa poraustiukossa pinnalla.

HOVOO tarjoaa tiivistyspaketit tunneli-iskukoneisiin, jotka toimivat suurissa jumbo-alustoissa – mukaan lukien mallit, jotka vastaavat Epiroc-, Sandvik- ja Montabert-iskukoneiden määrittelyjä. Koska kulumisnopeus pesukoteloissa on suurempi maanalaisissa sovelluksissa, pesupaketti ja iskupaketti on suunniteltu erillisiksi vaihtettaviksi komponenteiksi – eikä yhdeksi yhdistetyksi paketiksi – mikä mahdollistaa kulumisen perusteella kohdennetun vaihdon sen sijaan, että molemmat vaihdettaisiin samana aikana. Mallikohtaiset paketit on luetteloidu osoitteessa hovooseal.com.