Materialkarakterisering (kvalitetskartlegging og kvalitetskontroll) ved bruk av MWD teknikker Roar Sandøy Chief geologist Sibelco Nordic Prosjekt 1.1:2 Minbas II (2007-2010) - Programområde 1-1.1. Nya förundersökningsmetoder, materialkarakterisering och täktplanering MinBaS dagarna 2011 30/03/2011 24/03/2011 1/16
Overordnet mål Overordnet mål - Å undersøke i hvilken grad MWD teknikker kan benyttes i kvalitetskartlegging og kvalitetskontroll av industrimineralforekomster, dvs å gå utover MWDs tradisjonelle bruk som en bergmekanisk og ingeniørgeologisk metode. MWD (Measurement while drilling) - Teknikk der ulike boreparametere som - Borsynk (penetration rate [m/min]) - Matetrykk (feed pressure [bar]) - Rotasjonstrykk (rotation pressure [bar])) - Rotasjonshastighet (rotation speed [rpm])) - Slagverkstrykk (percussion pressure [bar]) måles kontinuerlig under boring Benyttes enkeltvis/kombinert for å gi et bilde av bergmassens styrke og oppsprekking 30/03/2011 2/16
Organisering og justeringer Prosjektet ble delt i fire delprosjekter - Bruk av MWD for kvalitetskarakterisering av styrke - Ide: Kartlegge områder i bruddet etter hvilken fraksjon rågodset vil ha etter nedknusing - Testobjekt: Gusdal olivinforekomst, Sibelco Nordic, Avd. Åheim - Atlas Copco ROC F7: manuell borsynkregistrering MWD utstyr og modell fra Rockma Systems AB - Bruk av MWD for kartlegging av internt gråberg (diabas i nefelinsyenitt) - Ide: Påvise og kartlegge interne diabasganger fra nefelinsyenitt i nefelinsyenittforekomsten - Testobjekt: Nabbaren nefelinsyenitt forekomst, Sibelco Nordic, Avd. Stjernøy - Atlas Copco F9c: MWD utstyr fra Atlas Copco - Bruk av MWD for indirekte geokjemisk kartlegging - Ide: Overgang fra dunittt til serpentinitt ( MgO, LOI) vil og gi en endring i bergartens hardhet - Testobjekt: Lefdal olivinforekomst, Sibelco Nordic, Avd. Bryggja - AMW tunnelrigg: MWD utstyr for borsynkregistrering fra BeverControl - Overføring av MWD parametere til digitale planleggingsverktøy - Inkludert i de andre prosjektene En del justeringer pga. - finanskrisen (investeringsstopp) - tekniske problemer 30/03/2011 3/16
Organisering og justeringer Prosjektet ble delt i fire delprosjekter - Bruk av MWD for kvalitetskarakterisering av styrke - Ide: Kartlegge områder i bruddet etter hvilken fraksjon rågodset vil ha etter nedknusing - Testobjekt: Gusdal olivinforekomst, Sibelco Nordic, Avd. Åheim - Atlas Copco ROC F7: manuell borsynkregistrering MWD utstyr og modell fra Rockma Systems AB - Bruk av MWD for kartlegging av internt gråberg (diabas i nefelinsyenitt) - Ide: Påvise og kartlegge interne diabasganger fra nefelinsyenitt i nefelinsyenittforekomsten - Testobjekt: Nabbaren nefelinsyenitt forekomst, Sibelco Nordic, Avd. Stjernøy - Atlas Copco F9c: MWD utstyr fra Atlas Copco - Bruk av MWD for indirekte geokjemisk kartlegging - Ide: Overgang fra dunittt til serpentinitt ( MgO, LOI) vil og gi en endring i bergartens hardhet - Testobjekt: Lefdal olivinforekomst, Sibelco Nordic, Avd. Bryggja - AMW tunnelrigg: MWD utstyr for borsynkregistrering fra BeverControl - Overføring av MWD parametere til digitale planleggingsverktøy - Inkludert i de andre prosjektene En del justeringer pga. - finanskrisen (investeringsstopp) - tekniske problemer 30/03/2011 4/16
Formål Undersøke hvordan MWD kan benyttes for kvalitetskarakterisering av en bergmasses styrke der styrken er en kvalitetsparameter for industrimineralforekomsten. 30/03/2011 5/16
frekvens (bin size: 0,1) Bruk av MWD for kvalitetskarakterisering av styrke Datagrunnlag Manuell borsynkregistrering - 1944 manuelle registreringer av borsynk på to borerigger Histogram for borsynk for borerigg BV001 og BV002 140 120 100 80 60 BV001 BV002 40 20 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 borsynk (m/min) 30/03/2011 6/16
Frekvens Bruk av MWD for kvalitetskarakterisering av styrke Datagrunnlag Automatistert datainnsamling - Innkjøring av MWD/GPS på en rigg, og datainnsamling vår/sommer 2010-743 394 MWD registreringer fordelt på 1579 borehull fra 34 salver - 559 800 inneholdt data som kunne omregnes til styrkeregistreringer - 15 415 negative styrkeverdier. Ingen fysisk mening (resultat av MWD-styrke modellen). - Utfordringer - Få både MWD data og riktige GPS koordinater Histogram for styrke 55000 50000 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0-175 -155-135 -115-95 -75-55 -35-15 5 25 45 65 85 105 125 145 165 Styrke Histogram for de modellerte styrkeverdiene (n=559800) 30/03/2011 7/16
Funn / konklusjon Manuell borsynkregistrering - Registreringene ble forsøkt utført med konstant slagverks- og matetrykk, og kronediameter, slik at borsynkverdiene i mest mulig grad skulle gjenspeile de underliggende geologiske variasjonene i berget, og ikke boreparametere. Dette var ikke mulig siden det ble registrert målinger fra to rigger, som ble kjørt med hvert sitt sett med konstante boreparametere. - Forskjellen på de to boreriggene ble undersøkt ved å sammenligne naborader boret av de to boreriggene. Ut fra disse undersøkelsene synes det å være en systematisk forskjell i borsynkverdiene fra de to boreriggene, der verdiene fra rigg BV001 ligger ca 15% høyere enn BV002. - Denne systematiske forskjellen mellom de to riggene er likevel ikke stor nok til å skjule den reelle forskjellen i borsynk som skyldes de underliggende styrkevariasjonene i berget. Den reelle gjennomsnittlige forskjellen i borsynk mellom løs og hard bergartstype synes å ligge rundt 0,9 m/min. 30/03/2011 8/16
Funn / konklusjon Manuell registrering av borsynk Relativ god overensstemmelse mellom områdene med lav borsynk og områder med erfaringsmessig sterke bergarter - Bortsett fra i randsone mot sideberg (gneis) Bergarter med høy LOI og alkalier synes å gi de samme høye borsynkverdiene som løse peridotitter (lav LOI og alkalier), og kan følgelig ikke skilles fra disse ved hjelp av borsynk registreringer alene. Store nok variasjoner til at prosjektet kunne gå videre med innkjøp av utstyr for automatisk registrering av MWD. 30/03/2011 9/16
30/03/2011 10/16
Funn / konklusjon Manuell registrering av borsynk Automatisert datainnsamling - Manuelle registreringer gjort ved forhold som avviker fra normale driftsforhold (konstant mate- og slagverkstrykk) - Under vanlige driftsforhold er det ventet at spesielt endringer i slagverkstrykk vil påvirke borsynken. - Rockmas tolkningsmodell - Søker å eliminere potensiell innvirking av variasjon i driftsparametere (som matetrykk og slagverkstrykk) på borsynken fra responsen som skyldes de mekaniske egenskapene til bergarten. Borsynk Korrigert borsynk - Finne sammenhengen mellom korrigert borsynk og bergartens styrke, ved å kalibrere den korrigerte borsynk parameteren mot hardhetsmålinger gjort på bergartene boringene foregår i Korrigert borsynk borerigg uavhengig modellert styrkeparameter (MPa) - Ulempen for Sibelco Nordic er at denne modellen ikke er kjent for bedriften, og er statisk, slik at det dermed er vanskelig å forbedre modellen etter hvert som mer data samles inn 30/03/2011 11/16
Funn / konklusjon Automatistert datainnsamling Generelt god overensstemmelse mellom områdene med høy modellert styrke og områder med erfaringsmessig sterke bergarter (forventes å gi grovt godsved nedknusing) - Bortsett fra i randsone mot sideberg (gneis) Bergarter med høyt glødetap (LOI) og alkalier, som er forventet å gi grovere gods ved nedknusing, gir tilsynelatende de samme lave styrkeverdiene som løse peridotitter (lav LOI og Na,K), og vil da ikke kunne skilles fra disse ved hjelp av MWD registreringer alene. Det ble forsøkt å skille ut effektene av LOI og Na på styrke - Det ble ikke funnet noen sammenheng mellom LOI og styrke, dvs. grad av serpentinittisering og styrke. - For Na, som er tolket å representere innhold av eklogitt/retrograd amfibolitt finner en kaksprøver med relativt høyt innhold av Na2O med både lave og høye styrkeverdier. Ingen generell sammenheng mellom bergartstype og styrke. Samme bergartstype kan vise både lave og høye styrkeverdier. Enten: Dårlig samsvar mellom korrigert borsynk, styrke og nedknusing for noen bergartstyper Eller: Forventningen om grovere gods fra en spesiell type bergart er ikke generelt gyldig. 30/03/2011 12/16
Mulig å få et mer detaljert og nyansert bilde av styrkefordelingen i bruddet 30/03/2011 13/16
30/03/2011 14/16
30/03/2011 15/16
Videre arbeid Automatistert datainnsamling - Samle inn et større datagrunnlag som en del av den daglige datainnsamlingen knyttet til driftsoppfølging og kvalitetskontroll i bruddet. Etter 1-2 sesonger, muligens supplert med noen undersøkelseshull, vil en ha et godt bilde over hele bruddområdet. - Undersøke MWD signaturen til de ulike bergartstypene, og hvordan denne varierer internt for hver type for bedre å forstå den tilsynelatende konflikten mellom lav registrert MWD styrke og høy utvinning av grovere fraksjoner fra visse deler av bruddet (hvis denne oppfatningen er reell). - Undersøke hvordan styrkedataene fra MWD registreringen korrelerer med faktisk utvinning av grovere partikkelstørrelsesfraksjoner ved knusing på verket. Det er først når en får gjort dette at en kan si om de antatte hardsteins sonene med lave styrkeverdier faktisk er hardsteins soner. Det er først når en finner en slik korrelasjon mellom styrkedata og utvinning på verket at en får full praktisk nytte av MWD registreringene, og en vet om en kan benytte styrkedata direkte eller om en må benytte styrkedata i kombinasjon med kjemi for å visualisere de områder i bruddet som kan forventes å gi høy utvinning av grovere fraksjoner ved knusing på verket. 30/03/2011 16/16