Insatser för en säkrare och effektivare gruvbrytning
Säkerheten kommer först. I alla lägen. Det finns nämligen ingenting som är viktigare än säkerheten under jord. Därför pågår också flera initiativ för en ännu säkrare och produktivare gruva mot djupet.
Med ett ökat brytningsdjup ökar också bergspänningarna. De kan aldrig elimineras eller reduceras. Däremot kan de förflyttas och kontrolleras, till exempel genom gruvlayouten, det vill säga; hur produktionen, infrastrukturen – vägar och produktionsområden, planeras och placeras med hänsyn till bland annat geologin. För när mer av malmkroppen bryts ut tvingas spänningarna hitta nya vägar, runt om och under den utbrutna malmen. Det är då spänningskoncentrationer bildas och om spänningarna är högre än bergets hållfasthet går bergmassan i brott, det vill säga spricker. Seismisk aktivitet är alltså plötsliga brott i bergmassan där mycket energi frigörs.
– När vi bryter på större djup så har vi högre spänningskoncentrationer att hantera. Därför blir det också viktigare att styra produktionen med utgångspunkt från bergmekaniken, säger Anders Wälitalo, gruppchef inom bergsäkerhet på LKAB i Kiruna.
Med andra ord; gruvbrytningen måste utgå från bergets egenskaper och hållfasthet för det är berget som anger förutsättningarna för produktionen.
Energi lagras i bergmassan
Att i högre grad kontrollera, förutse och till och med aktivera seismiska händelser i specifika områden är komplext. Men nödvändigt och prioriterat. Det handlar om säkerhet och ställer krav på ett proaktivt och förebyggande arbete där flera parametrar måste tas i beaktande.
– Vi arbetar på bred front och utgår från en holistisk approach vilket innebär att vi behöver titta på alla aktiviteter i förhållande till varandra och hur de påverkar varandra. Allt hänger ihop och ingenting sker autonomt eller utan påverkan i gruvan. Det har helt enkelt stor betydelse hur vi väljer att designa och bryta gruvan, säger Christina Dahnér, specialist och seismikansvarig på LKAB i Kiruna.
Som bekant är ingen kedja starkare än sin svagaste länk och allt hänger ihop, på ett eller annat sätt. Det gör också gruvbrytningen särskilt komplex eftersom varje förändring, nya ortmetrar och nya produktionsvolymer, innebär ett nytt utgångsläge att arbeta från. Och i centrum för det arbetet står brytningsmetodens påverkan på berget. Det är nämligen metoden som till stor del anger ramarna för produktionen. Därför är det också i gruvsammanhang a och o att känna metoden, utan och innan, för att kunna förutspå brytningspåverkan.
– Vi arbetar med att minska större seismiska händelser i liggväggen genom flera olika aktiviteter. Det gör vi fram för allt genom att se över sekvenseringen, det vill säga; hur gruvan bryts ut, i vilken ordningsföljd och hur den succesivt avsänks mot djupet, säger Christina Dahnér.
Hängvägg och liggvägg
Men vi tar det från början och börjar med den storskaliga skivrasbrytningen – den brytningsmetod som LKAB tillämpar i underjordsgruvorna. Metoden ger upphov till markdeformationer som innebär att berget från hängväggssidan ska blockas upp, fragmenteras och successivt rasa in mot utlastade områden men på ett kontrollerat sätt. I skivrasbrytningssammanhang finns det alltid en hängvägg och en liggvägg på vardera sida om malmkroppen eller malmkropparna, om det är fråga om brytning i flera separata malmkroppar. Hängväggen ligger i Kirunagruvans fall i riktning mot staden och i liggväggen finns gruvans infrastruktur, vägar och bergschakt.
– När malmen bryts ut försvinner stödet för hängväggen mot malmen. Det innebär att hängväggen expanderar mot det område där malmen brutits ut, säger Anders Wälitalo.
Men brytningen påverkar också liggväggen, på två sätt – genom spänningar och rörelser.
Spänningarna tvingas flytta på sig när malmen bryts ut och hitta nya vägar, under det utbrutna området, vilket resulterar i en högre spänningskoncentration i liggväggen.
– Seismiska händelser i hängväggen, där vi inte har några medarbetare eller infrastruktur, är att föredra före händelser i liggväggen. Ju mer vi kan reducera den seismiska påverkan i liggväggen, desto bättre, säger Anders Wälitalo.
Men gruvbrytningen påverkar också hängväggen. Och det ska den göra för en säker och effektiv produktion. Det har nämligen betydelse hur mycket hängväggen ger efter och successivt rasar in mot de tomrum som skapas vartefter malmkroppen bryts ut. Eftersom malmkroppen i Kirunagruvans fall är både lång och bred – men inte lika bred över hela kroppen, behövs en hel del gråberg, så kallat sidoberg, också brytas för att säkerställa ett optimalt rasflöde och en balans. Därför görs också insatser för att aktivera hängväggen eftersom en tyst och stilla hängvägg kan tyda på en bergmassa som bär stora spänningslaster. Det ökar i sin tur risken för större seismiska händelser.
– Desto djupare vi bryter, desto mer ökar utmaningarna. Därför är också avsänkningsplanen för gruvan central. Det har helt enkelt stor betydelse för säkerheten och effektiviteten hur vi väljer att bryta ut gruvan, säger Anders Wälitalo.
Seismiska händelser i hängväggen
Hur gruvan successivt bryts ut har inte bara betydelse för produktionen och volymerna. Det har också betydelse för de seismiska händelserna som är flera hundra till antalet – varje dag. De flesta av händelserna är däremot så små att de bara kan registreras med hjälp av känsliga instrument men ibland är de av sådan karaktär att de känns av i samhället, i synnerhet om de är lokaliserade till hängväggen och därmed geografiskt närmare staden.
– När det kommer till hängväggshändelser är det i många fall vibrationerna som känns av. Det behöver inte betyda att magnituden på händelsen är speciellt hög. Om händelsen sker relativt nära markytan känns vibrationerna av mycket mer än om händelsen sker djupt ner i hängväggen, säger Christina Dahnér.
I gruvsammanhang finns det sällan ett enda svar på en fråga. Det beror som oftast på flera faktorer och så även i det här fallet.
– På grund av en förändrad sekvensering – för att öka säkerheten under jord, så kan ett förändrat beteende av hängväggen uppstå. Ett utredningsarbete om detta är under uppstart, säger Christina Dahnér.
Den förändrade sekvenseringen beror först och främst på behovet av att styra händelser till hängväggen – långt bort från människorna och infrastrukturen. Men de ökade vibrationerna beror också på att brytningen sker närmare avvecklingsområden i staden. Och sist men inte minst spelar den stora seismiska händelsen, som ägde rum i maj 2020, fortfarande roll när det kommer till gruvproduktionen och markpåverkan.
– Vi har kommit fram till att en mindre seismisk händelse i gruvan triggat Block 22 – händelsen. Den gav upphov till en större rörelse i bergmassan, i hängväggen. På markytan har en vertikal rörelse på cirka tre centimeter mätts in och den plötsliga sättningen i bergmassan har genererat den energi som uppstod vid händelsen, säger Joel Kangas, gruvchef på LKAB i Kiruna.
En gruva blir två gruvor
Förändringen som pelaren faktiskt innebär för Kirunagruvan tar tid att realisera. Det handlar först och främst om att rita om en stor del av ursprungsplanen, anpassa brytningen och successivt öka produktionen med utgångspunkt från berget.
– Pelarlösningen ger oss lite mer flexibilitet eftersom den södra gruva inte ska känna av den norra och vice versa. Däremot måste produktionen följa ett mönster eftersom produktionsområdena hänger ihop och är beroende av varandra, säger Joel Kangas.
Summa summarum är känslan av en seismisk händelse inte synonym med en händelse i gruvans liggvägg, i produktionsområden där människor och maskiner arbetar. Det är inte heller synonymt med fara eller bergutfall utan många gånger sker händelserna i hängväggen – långt bort från gruvans liggvägg.
– Under 2022 registrerades sex händelser, med en magnitud över 1,5 enligt den lokala skalan, i hängväggen. Under 2023 har 23 händelser inträffat i hängväggen, säger Christina Dahnér.
Ökningen av hängväggshändelserna är förväntad och en effekt av åtgärderna som gjorts för att reducera händelserna i produktionsområdena. Med andra ord; åtgärder för en ännu säkrare gruva mot djupet.
– Efter den stora seismiska händelsen 2020 blev vi mer medvetna om betydelsen av en aktiv hängvägg som är i rörelse. Därför har vi också jobbat med att implementera flera förändringar. På sätt och vis kan man säga att vi har spegelvänt situationen, från liggväggen till hängväggen, säger Christina Dahnér.
Fler händelse uppträder alltså i hängväggen än tidigare samtidigt som färre händelser sker i gruvans infrastruktur, i produktionsområden och bland människor.
– Åter igen. Jag förstår att många kan känna ett obehag när händelser inträffar men min förhoppning är att vi lyckats bredda bilden om vad seismiska händelser är, att de kan ske i antingen hängväggen eller liggväggen. Seismiska händelser kommer att ske, det är en naturlig del av spänningsomlagringen i gruvbrytningen. Men vi jobbar med att minska storleken och styra vars de händer, säger Joel Kangas.
Text: Josefine Ejemalm
