FI125722B - Näytteenottolaitteisto - Google Patents

Description

NÄYTTEEN OTTO LAITTEISTO KEKSINNÖN ALA

Keksinnön kohteena on geologisten näytteitten keräämiseen tarkoitettu laitteisto, joka soveltuu esimerkiksi kaivosporakäyttöön.

KEKSINNÖN TAUSTA

Malmin tai muitten mineraalien louhintaa tehdään kaivoksilla tyypillisesti poraamalla ja panostamalla lukuisa joukko syviä reikiä räjäytysteknisesti edulliseen ryhmitykseen. Syvien porareikien porauksessa käytetään poraputken kautta puhallettavaa paineilmaa tai paineilma-vesiseosta kuljettamaan terän irrottama kiviaines pois reiästä. Kiviaines lentää paineilman toimesta tyypillisesti pieneksi keoksi porareiän ympärille. Tavoiteltava malmi ei ole tasaisesti jakautunut kaivosalueen kallioperään, vaan malmikiviesiintymän seassa on sivukivimuodos-tumia, joissa malmipitoisuus on pienempi tai olematon. Sivukiven louhintaa ei voi välttää, mutta sivukiven eteneminen murskaus- ja rikastusvaiheisiin kannattaa minimoida. Rikastusprosessin kannalta on edullista tietää etukäteen prosessiin tulevan murskatun malmiaineksen laatu mahdollisimman tarkasti. Mal-mikiven laatu louhittavaksi aiotussa malmiossa selvitetään ensin koekairauksilla ja tuotantoporausvaiheessa keräämällä lapiolla näytepusseihin porauksessa porausreikien ympärille syntyneistä kiviaineskasoista kivinäytteitä. Näytekeräys on käsin tehtävää työtä ja edellyttää työntekijän liikkumista porauskentällä. Po-rauskenttäolosuhteet ovat tyypillisesti pölyisiä ja kasoista irtoavan lentopölyn laatu voi olla näytteitä keräilevän työntekijän terveydelle haitallista. Kerätyistä näytteistä tehdään useaan kertaan kahtioimalla näyte, josta määritetään tavoiteltavien mineraalien pitoisuudet. Kasanäytteitten heikkous on, että kasasta otetusta kiviaineksesta ei voi enää saada selville sivu- tai malmikiviesiintymän sy-vyystietoa poraustasosta lukien. Kasasta otettu näyte edustaa jonkinlaista rei-käkeskiarvoa. Tunnettua on myös se, että tuulen kuljettaman hienoimman aineksen mukana on mahdollisesti poistunut osa tavoiteltavasta mineraalista ja kasaan on jäänyt korostuneesti sivukiveä suhteessa tavoiteltavaan mineraaliin. Ongelman tunnettuja ratkaisuja ovat asentaa poraputkeen koko porareiän kattava kaulus tai sen kaltainen järjestelmä keräämään reiästä tuleva kiviaines ja kahtioida koko materiaalimäärä useaan kertaan automaattisesti tai manuaali sesti tai asentaa kaulukseen virtauksen ohjain ja kääntää osa virtauksesta erilliseen näytekeräimenä toimivaan pussiin.

Julkaisu US 4650013 esittää erästä maaperän näytteenottolaitteistoa, jonka avulla voidaan maaperään poratusta reiästä ottaa maa-ainesnäytteitä. Siinä on pussimainen keräyssäiliö, johon maa-ainesnäytteet kerätään. Maa-ainesnäytteet syötetään keräyssäiliöön pystysuuntaisen putken reunassa vinossa asennossa olevan suukappaleen kautta. Porareiän alue on peitetty elastisella peitteellä.

Epäkohtana tunnetun tekniikan mukaisissa näytteenottolaitteistoissa ovat erityisesti huono näytteenottotarkkuus ja laitteiston monimutkainen rakenne.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

Tämän keksinnön tarkoituksena on siten poistaa mm. edellä mainittuja tunnettujen ratkaisujen epäkohtia, ja saada aikaan laitteisto, jolla voidaan tuottaa näytteenoton osalta louhintamalmiota aiempaa paremmin edustavampi näyte. Edelleen tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan seuraavia etuja: saavutetaan näytteenottotarkkuudessa parempi taso, saavutetaan näytteenotossa työkustannuksien säästöjä, ja saavutetaan näytteenotossa parempi työturvallisuus-ja - hygieniataso.

Keksintö perustuu ajatukseen, että geologinen näyte otetaan porareiästä purkautuvasta, kiviainesta sisältävästä ilmasta mahdollisimman läheltä porareiän suuta ilman reiän kattamista kauluksella tai kumisuojuksella. Lisäksi näytteen koko rajoitetaan edullisesti jo porareiän suuaukon kohdalla pieneksi mutta kallioperää hyvin edustavaksi keräämällä näyte reiästä ulos lentävästä kiviaineksesta

Keksinnön mukaisessa ajatuksessa porareiän suun lähelle viedään edullisesti muotoiltu, putkeen liitetty imusuutin ja yhdistetään siihen alipaine. Porareiän ulosvirtauskentässä oleva alipainekohta kerää pinta-alalleen osuneen reiästä ulos lentäneen kiviaineksen. Tämä aines sisältää myös hienojakoisen, tuulen mukana pois leijuvan kiviainesfraktion.

Otsapinta-alalle näytteenottoaukkoon lentää vain osa koko reiästä tulevasta kiviaines-ilmavirrasta. Valitsemalla aukon koko edullisesti saavutetaan se, että näytteen jälkikäsittelyjä kahtioimalla tms. menetelmällä tarvitaan vähemmän tai ei ollenkaan. Näytteen edustavuus on tunnettuja menetelmiä parempi, koska näyte sisältää myös normaalisti leijupölynä poistuvat hiukkaset.

Kiviaineksen ja ilman erottamismenetelminä voidaan käyttää syklonia, suodattimia tai syklonien ja suodatinten yhdistelmiä tms. teollisuudessa yleisesti tunnettuja pölynerottamismenetelmiä kuitenkin niin, että erotusjärjestelmässä kiviaines ei sekoitu erotusprosessissa porareiästä aikaisemmin tulleeseen kiviainekseen. Tämä on tärkeätä, koska näytepussin pohjalle kertyy ainesta reiän pintaa lähinnä olevasta osasta ja viimeiseksi tulee kiviainesta porareiän pohjalta.

Keksinnön mukaisessa laitteistossa on imusuuttimella varustettu näytteenotto-putki ja keräilylaitteisto, johon voidaan säilöä usean porareiän näytteet kerättäväksi määräajoin jatkoanalyyseja varten.

Keksinnön mukaiselle laitteistolle on edelleen tunnusomaista se, että näyt-teenottolaitteistossa on säätölaitteisto, jolla suutin voidaan sovittaa poranterän viereen siten, että suutin on lähellä porareikää ja sen suu on suunnattu kohti porareikää siten, että se kykenee ottamaan näytteitä suoraan porareiästä pois-lentävästä maaperästä.

Imusuutin on muotoiltu niin, että se suojaa näytteenottimen muuta rakennetta reiästä ulos lentävän kiviaineksen kulutukselta ohjaamalla porareiästä tulevaa ilmaa sivuuttamaan imusuuttimen kannatusrakenteita.

Imusuuttimen välittömässä läheisyydessä on virtausvahvistin tuottamassa alipainetta ja siirtämässä ylipaineen avulla näyte keräyslaitteistoon.

Imusuuttimen paikkaa voi siirtää jos porataan vinoja reikiä, jotta näytteenotto-paikka pysyy samana tai lähes samana.

Keksinnön mukainen ratkaisu on yksityiskohtaisesti määritelty oheisissa patenttivaatimuksissa.

PIIRUSTUSTEN LYHYT KUVAUS

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti sovellusesimerkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää edestäpäin kaivosporakonetta jossa on keksinnön mukainen näytteenottolaitteisto,

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaista näytteenottolaitteistoa,

Kuvio 3 esittää näytteenottoputkea ja sen säätölaitteistoja, ja

Kuvio 4 esittää keksinnön mukaista näytteenottolaitteistoa yksityiskohtaisemmin vinon porareiän mukaisesti sijoitettuna.

EDULLISTEN SOVELLUTUSMUOTOJEN KUVAUS

Kuvio 1 esittää yksinkertaistettuna avokaivoksissa käytettävää liikkuvaa telaket-jukäyttöistä kaivosporakonetta 100, jossa on alusta 101, ja koneeseen sovitettu pora, jossa on jatkettava poraputki 102 ja sen päässä terä (ei esitetty). Kuvion 1 mukaisessa kaivosporakoneessa on moottorikäyttöiset telaketjut 103, joiden avulla kaivosporakonetta voidaan liikuttaa kaivosalueella. Sen lisäksi kaivosporakoneessa on ohjausyksikkö (ei esitetty) sen ohjaamiseksi.

Poralla porataan maahan 104 reikiä 105, joista kiviaines 106 purkautuu maan pinnalle ulos porausreiästä. Kuvion 1 mukaista laitteistoa käytetään syvien po-rareikien porauksessa, jolloin poranterän varren 102 kautta puhalletaan paineilmaa tai paineilma-vesiseosta kuljettamaan terän irrottama kiviaines pois reiästä.

Näytteenottoa varten kaivosporakoneessa on keksinnön mukainen ohjausyksiköllä varustettu näytteenottolaitteisto, joka on kiinnitetty laitteiston alustan alle. Ohjausyksikkö voi olla erillinen tai sitten integroitu kaivosporakoneen ohjausjärjestelmään. Näytteenottolaitteistossa on suuttimella 201 varustetusta näyt-teenottoputki 202 myöhemmin kuvattavine lisäosineen sekä keräyslaitteisto 203, johon näytteet kerätään. Näytteet otetaan kaivosporakoneella tehdystä porausreiästä.

Keksinnön mukaisella näytteenottolaitteistolla otetaan geologinen näyte pora-reiästä 105 purkautuvasta, kiviainesta 106 sisältävästä ilmasta mahdollisimman läheltä porareiän suuta ilman reiän kattamista kauluksella tai kumisuojuksella.

Näytteenottolaitteistoa on yksityiskohtaisemmin kuvattu kuvioissa 2 ja 3.

Jotta näyte voidaan ottaa mahdollisimman läheltä porareikää 105, suutin 201 on imusuutin, jossa on imu, ja se on muotoiltu siten, että siinä on alapäätä, eli suut-timen suuta 204 kohti torvimaisesti laajeneva muoto, ja se on kiinnitettävissä säädettäväsi! näytteenottoputken 202 alapäähän lähelle porareikää (kuvio 1). Imusuuttimen alapään pinta-ala on suhteellisen pieni verrattuna porareikään, jolloin näytteen koko rajoitetaan jo porareiän suuaukon kohdalla pieneksi, mutta kallioperää hyvin edustavaksi. Lisäksi imusuuttimen materiaali on kulutusta kestävää kuvia, polyuretaania tai keräämiä.

Näytteenottoputki 202 on kuvioiden 2 ja 3 mukaisesti sijoitettu jäykkään taivutettuun metalliputkeen 205, jossa on poranterän suuntainen tai sen kanssa pienessä, alle 30 asteen kulmassa oleva ensimmäinen putkiosa 206 sekä porakoneen alustan suuntainen toinen putkiosa 207. Imusuutin 201 on kiinnitetty näyt-teenottoputkeen 202 ensimmäisen putkiosan 206 alapäähän. Sen lisäksi ensimmäisen putkiosan 206 alaosassa on virtausvahvistin 208. Virtausvahvisti-mella 208 saadaan aikaan imusuuttimen 201 imu sekä samalla kertaa myös virtausvahvistimen jälkeisille näytteenottoputken osille ylipaine, joka tehostaa kiviaineksen kulkua näytteenottoputkessa 202.

Näytteenottoputken asentoa ja ensimmäisen putkiosan pituutta voidaan säätää, jolloin imusuutin saadaan aseteltua lähelle porareikää, ja poranterän ollessa vinossa porattaessa vinoja reikiä myös ensimmäisen putkiosan sijoittamiseksi vinoon asentoon vastaamaan poranterän vinoa asentoa.

Tätä tarkoitusta varten näytteenottoputkea ympäröivää metalliputkea voidaan kääntää kääntölaitteistolla 301 sekä säätää pituutta maatason tunnistuksella varustetulla pituussäätölaitteistolla 302.

Kääntölaitteisto 301 kääntää näytteenottoputkea siten, että ensimmäinen suora putkiosa 205 käännetään sen avulla sopivaan kulmaan poranterään nähden. Kääntölaitteistossa on kotelo (ei esitetty) sekä runko 303 sekä korvakkeet 304 sen kiinnittämiseksi alustarunkoon 101. Putken kääntämistä varten siinä on ka-ramoottori 305, jonka kara 306 on kiinnitetty toisessa putkiosassa kiinni olevaan laippamaiseen osaan 307. Kääntämällä toista putkiosaa sen keskiakselin ympäri kääntyy samalla suutin ensimmäisen putkiosan päässä, ja suutin voidaan sovittaa lähelle porareikää 105. Sen lisäksi kääntölaitteistossa voi olla ohjausosa, jolla tunnistetaan ensimmäisen putkiosan kulma poranterään nähden.

Ensimmäisen putkiosan pituussäätöä varten laitteistossa on pituussäätölaitteis-to 302, jossa on paineilma- tai hydraulisylinteri 308, jossa on männänvarsi 309 ja sen päähän liitetty tunnistintappi 310. Sen lisäksi sylinteriä ohjaavassa paine-linjassa on paineanturi.

Säätölaitteisto toimii seuraavasti: Näytteenottolaitteiston ohjauslogiikka saa porasta tiedon poratangon kääntö-kulmasta ja säätää karamoottorilla näytteenottimen kääntökulman sopimaan poran paikkaan kun poraussykli alkaa. Ohjauslogiikka ohjaa hydraulisylinterin 308 työntämään mäntää ulospäin sopivaa nopeutta. Männänvarsi 309 on kiinnitetty suuttimeen 201 ja tunnistintappiin 310. Kun tappi koskettaa maata, sen kulku estyy tai tulee työläämmäksi ja voimantarpeen lisääntyminen voidaan havaita esim. painelinjaan yhdistetyllä paineanturilla. Ohjauslogiikka katkaisee paineensyötön kun määrätty painetaso on saavutettu tai mäntä on päätyasen-nossa.

Maatason tunnistintapissa on poikkitappi 311 sitä varten, että poikkitappi ottaa suurella todennäköisyydellä kiviin ja ehkäisee tapin joutumisen kivien rakoon tai uppoamisen löysään hiekkaan. Kapea poikkitappi ei toisaalta tartu lujasti kiinni porapurukasaan vaan tulee vetoliikkeellä ylös kasasta kun reikä on valmis.

Sen lisäksi laitteistossa on keräyslaitteisto 203, jossa voi olla on kiviaineksen ja ilman erottava sykloni 401 ja pyörivä näytteenottokasettiteline 402 sekä sen kehälle järjestetyt näytepussit 403. Syöttö näyteputkiin tapahtuu pyörittämällä kasettitelinettä 402 pyörityskoneistolla täytettävä näytepussi 403 yläpuolisen syöttösuppilon 404 kohdalle, josta kiviaines syötetään näytepussiin.

Näytepussien materiaaliksi on edullista valita muovikalvo, joka mahdollistaa XRF-menetelmällä ja kannettavilla laitteilla tapahtuvan näytteitten pika- analyysin ennen enemmän aikaa vievää tavanomaista analysointia. Näytepus-sin muoto on myös edullista valita pitkänomaiseksi, jotta porareiän eri kohdista tullut aines pystytään analysoimaan visuaalisesti tai edellä mainitulla fluoresoivaa säteilyä hyödyntävällä menetelmällä.

Kaivosporissa on mahdollista porata myös maanpintaan nähden kallistettuja, ei-suorakulmassa olevia reikiä. Tämä ominaisuus on tehty poriin räjäytysteknisistä syistä. Näytteenottotekniikan kannalta on siis oleellista, että näytteenotin pystyy seuraamaan kallistettua poratankoa ja ottaa näytteen aina samalta kohtaa suhteessa porareikään.

Keksinnön mukaisesti näytteenottoputkea voidaan putkiosissa 205, 206 kallistetaan ja pituutta voidaan säätää, jotta näytteenottopa!kka pysyy porareiän välittömässä läheisyydessä kuvioiden 1 ja 4 mukaisesti.

Näytteenottimen tarvitseman alipaineen edullinen tuottamistapa on aikaansaada alipaine mahdollisimman lähellä imukohtaa. Jos alipaineinen putki on pitkä niin erilaiset virtausvastukset kuten putkimutkat ja kuristukset sekä vuodot heikentävät alipaineen määrää imukohdassa merkittävästi. Jauhemaisten aineitten pneumaattisessa siirrossa käytetään yleisesti virtausvahvistimia siirtämään kiin-toaine-ilmaseosta pitkiäkin matkoja ylipainetta käyttäen. Virtausvahvistimelle on tyypillistä, että se muodostaa imupuolelle alipaineen ja vahvistimen jälkeinen virtaus on ylipaineista. On edullista käyttää näytteenotossa virtausvahvistinta lähellä imuaukkoa. Alipaineinen osuus jää lyhyeksi ja siirtoputkeen ei kerry kiintoainetta kun virtausnopeutta ylläpidetään virtausvahvistimella.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutusmuodot eivät rajoitu yksinomaan edellä esitettyihin esimerkkeihin, vaan ne voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa. Yllä esitetty näytteenotto-laitteisto toimii kääntökulma-säde-koordinaatistossa. Sen vaihtoehtoinen toteutustapa on suoraviivainen liikuttelu x- ja y-koordinaatiston mukaan.

Claims (9)

1. Näytteenottolaitteisto geologisten näytteiden keräämiseksi maaperästä, joka näytteenottolaitteisto on kiinnitettävissä poralaitteistoon (100), kuten kaivosporalaitteistoon, jossa poralaitteistossa on alusta (101) ja pora, jossa on poraputki (102) ja terä, joka näytteenottolaitteisto on kiinnitettävissä poralaitteiston alustaan (101), jossa näytteenottolaitteistossa on näytteenottoputkijärjestely (202) sekä sen päähän sovitettava suutin (201), sekä näytteenottoputkeen liitettävä keräilylaitteisto (203), johon näytteet on kerättävissä, tunnettu siitä, että suutin on imusuutin, johon on järjestetty imu, näytteenottoputkijärjestelyssä on asennonsäätölaitteisto (301, 302), jolla suutin on järjestettävissä poraputken läheisyyteen siten, että suutin on lähellä porareikää ja sen suu on suunnattu kohti porareikää siten, että se kykenee ottamaan näytteitä suoraan porareiästä poislentävästä maaperästä, ja että lähellä poraputkea olevassa näytteenottoputkijärjestelyn osassa on poraputken kanssa samansuuntainen tai sen kanssa alle 30°, kulmassa oleva putkiosa, johon on sovitettu välineet suuttimen (201) sovittamiseksi lähellä porareikää.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen näytteenottolaitteisto, tunnettu siitä, että näytteenottolaitteistossa on näytteenottoputkistoon järjestetyt välineet imun aikaansaamiseksi imusuuttimeen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen näytteenottolaitteisto, tunnettu siitä, että näytteenottoputkistossa on lähellä suukappaletta virtausvahvistin (208), jolla imusuuttimeen on muodostettavissa imun aikaansaava alipaine ja näytteenottoputkistoon virtausvahvistimen jälkeen ylipaine virtauksen tehostamiseksi.

4. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista mukainen näytteenottolaitteisto, tunnettu siitä, että säätölaitteistossa on ilmaisuelimet ja kääntö- tai siirtolaitteisto (301) ensimmäisen putkiosan säätämiseksi poraputken kaltevuuden tai aseman mukaan.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen näytteenottolaitteisto, tunnettu siitä, että näytteenottoputkijärjestelyssä näytteenottoputki on ainakin osittain sovitettu suojaputken sisään, jossa on ainakin lähellä poraputkea oleva ensimmäinen putkiosa (206), jonka reikää lähinnä olevan pään yhteyteen suutin on kiinnitetty, jossa näytteenottoputkijärjestelyssä oleva säätölaitteisto on sovitettu kääntämään tai siirtämään suutinta lähellä oleva ensimmäistä putkiosaa.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen näytteenottolaitteisto, tunnettu siitä, että kääntölaitteistossa on ilmaisinvälineet poraputken kaltevuuden määrittämiseksi sekä ohjattava toimilaite kääntämään jäykkää putkiosaa ilmaisinvälineillä määritellyn poraputken kaltevuuden mukaisesti.

7. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista mukainen näytteenottolaitteisto, tunnettu siitä, että pituussäätöä varten laitteistossa on tunnistintappi ilmaisemaan suutinkappaleen etäisyyttä maaperästä sekä ohjauselimet säätämään jäykän putkiosan pituutta.

8. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista mukainen näytteenottolaitteisto, tunnettu siitä, että pituussäätöä varten laitteistossa on sylinterijärjestely, joka on sovitettu toimimaan siten, että näytteenottolaitteiston ohjausyksikkö ohjaa sylinterin liikuttamaan männänvartta, joka männänvarsi on kiinnitetty suuttimeen ja tunnistintappiin.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen näytteenottolaitteisto, tunnettu siitä, että näytteenottolaitteiston ohjausyksikkö on sovitettu toimimaan siten, että se ohjaa sylinterin liikuttamaan männänvartta ulospäin, ja kun tunnistintappi koskettaa maan pintaa, sen kulku ainakin osittain estyy, voimantarpeen lisääntyminen havaitaan anturilla, ja ohjausyksikkö katkaisee paineensyötön ja männän liike pysähtyy, kun määrätty painetaso on saavutettu tai mäntä on päätyasennossa.