Maskinutveckling för framtidens autonoma gruvbrytning

6 oktober 2022

När brytningsdjupet i underjordsgruvorna ökar så ökar också utmaningarna. En komplexare geometri, i kombination med bergmekaniska utmaningar, ställer nya krav på hållbara och innovativa lösningar i framtidens gruva.– Det är mot bakgrund av det som nya brytningsmetoder och maskinlösningar utvecklas, säger Matthias Wimmer, sektionschef vid avdelningen för Gruvteknik på LKAB.  

LKAB tillämpar i dag storskalig skivrasbrytning med stor framgång i underjordsgruvorna.
Det är en effektiv metod som möjliggör brytning av stora volymer till en förhållandevis låg kostnad. Däremot är det ett osäkert kort för framtiden eftersom det inte har realiserats på de djup och inte heller i den spänningskoncentration som framtidens gruvor ska anläggas i. Det finns helt enkelt många frågetecken att reda ut.
– Vi kommer behöva anpassa sättet vi bryter på i framtiden. Den mest centrala frågan handlar om säkerhet och effektivitet, säger Matthias Wimmer.

Men det finns hopp. LKAB utvecklar just nu en helt ny brytningsmetod – raise caving, som är anpassad för framtiden. Det handlar om en metod men också om ett maskinkoncept – som är en essentiell del av brytningsmetoden.
– Raise caving bygger på anläggandet av schakt direkt i malmkroppen. Brytningen sker med utgångspunkt i schakten och inte horisontellt genom anläggandet av så kallade ortar. Däremot ska inga människor arbeta inne i schakten, med borrning, laddning och bergförstärkning, säger Michal Grynienko, ingenjör vid avdelningen för Gruvteknik på LKAB.
Och det är just maskinkonceptet som ska testas i pilotskala i slutet av 2023 i Kirunagruvan. Bergarbeten för att bygga testsiten för maskinkonceptet har påbörjats och det är en milstolpe och ett stort kliv fram i framtiden.
– Till att börja med kommer funktionstester att genomföras. Det känns såklart jättespännande att vi hela tiden rör oss närmare produktion, säger Madelene Johansson, projektledare och fortsätter;
– Vi har en stark projektgrupp med rätt sammansättning av kompetenser på plats.

Maskinkonceptet ska testas i en så kallad raise – ett tre och en halv meter i diameter stort schakt, med en 55 gradig lutning på totalt 50 meter. Utvecklingen av maskinkonceptet ska först och främst fokusera på automatiserad borrning och laddning men framledes ska fler delar utvecklas som gör det möjligt att till exempel bergförstärka schakten helt automatiserat.
– Testerna görs stegvis. Till att börja med kommer funktionstester genomföras, därefter motor- och skipptester, säger Michal Grynienko.

Två testsiter ska alltså byggas i underjordsgruvorna, den ena för att utveckla maskinkonceptet och den andra för själva brytningsmetoden. Och när det kommer till brytningsmetoden finns en väsentlig skillnad från den nu tillämpade skivrasbrytningen.
– Genom raise caving bryts malmen nerifrån och upp i stället för uppifrån och ner. Brytningssekvensen kastas om och det innebära flera vinster, inte minst i fråga om säkerhet, till exempel genom mindre spänningsbelastning på infrastrukturen säger Matthias Wimmer.
Eftersom bergspänningar aldrig kan elimineras i en gruva är sättet som gruvan bryts och avsänks mot djupet central för att hantera spänningarna. Det gör också raise caving till en metod som är särskilt intressant att undersöka mot djupet eftersom metoden tillåter seismiska händelser men långt bort från den aktiva infrastrukturen. Seismiska händelser tillåts alltså ske men på särskilt avsedda platser.
– I början av 2025 ska vi ha ett fullt fungerande maskinkoncept för raise caving på plats, säger Michal Grynienko.

Text: Josefine Ejemalm