NO792546L - Fremgangsmaate ved selektiv underjordisk brytning og stabilisering av rom i fjell - Google Patents

Description

Innenfor grubebrytningsteknikken pleier man å skille mellom to hovedtyper av brytning, nemlig dagbruddsbrytning og underjordisk brytning. Den foreliggende oppfinnelse angår den sistnevnte type.

Innenfor den underjordiske brytningsteknikk pleier man skille mellom tre forskjellige hovedmetoder, nemlig

1) brytning med og ved etterlatelse av pilarer for å støtte opp og vedlikeholde hulrom som fås ved brytningen. Metoden har forholdsvis god selektivitet, men forårsaker mineraltap, i det minste temporært hvis ikke pilarene utvinnes i sluttfasen (og metoden derved går over i metode 3 nedenfor), 2) rasbrytning, hvor plater eller blokker tas ut og ovenforliggende fjell tillates å rase ned i ved uttagningene skapte hulrom for derved å utfylle disse og skape et beskyttelseslag mot nedrasende fjellpartier og blokker. Metoden er dårlig og nærmest uten selektivitet og forårsaker store malmtap, eller alternativt stor gråsteninnblanding, avhengig av hva som foretrekkes av disse to ytterligheter, 3) brytning og gjensetting (utfylling) av hulrom dannet ved ut-takene med verdiløst materiale, som f.eks. gråsten, sand, avfall fra mineralbehandlingsverk (anrikningsverk) m.m. Denne gjenfylling er planlagt og utført kunstig og forutsetter adgang til passende gjenfyllingsmaterialer, og er således kostbar, iblant t.o.m. meget kostbar. Metoden forutsetter følgelig at mineralet som skal utvinnes (brytes) er forholdsvis verdifullt, og at lave brytningstap derfor må etterstrebes, og/eller at den etter-følgende behandling av produktet i mineralbehandlingsverk (anrikning) er forholdsvis kostbar for fullt ut å kunne dra fordel av gjensettnings-brytningsmetodens andre store fordel,

nemlig lav innblanding av gråsten. Metoden er således selektiv.

Metoden kan også ha en tredje, i den senere tid mere markant fordel, nemlig en miljøvernende effekt, idet visse'kornstørrelses-fraksjoner av det avfall som stammer fra det etterfølgende mineralbehandlingsverk (anrikning) igjen kan tilføres gruben og anvendes som gjenfyllingsmateriale. Gjenfyllingsmaterialet tilføres gruben av stabiliseringshensyn for å unngå at de dannede hulrom raser igjen.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved underjordisk brytning av mineraler eller for ferdiggjøring av fjellrom, hvor dannede hulrom eller tomrom helt eller delvis gjensettes r,(gjenfylles) temporært med stabiliserende is, eller permanent hvis det ønskes, men vanligvis temporært,av grunner som vil fremgå av det. etterfølgende.

Fremgangsmåten kan nærmest innordnes under metode ,3, hvor de konvensjonelle gjensetningsmasser er erstattet med is, og fremgangsmåten kan i likhet med metode 3 i sin generelle form tilpasses til metode 1, dvs. utbrutte deler i en mineralforekomst kan gjensettes (fylles) med is, hvoretter pilarene kan utvinnes. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan også tilpasses ved ferdig-gjøring og uttagning av fjellrom for lagring av faste, flytende eller gassformede materialer.

For å lette forståelsen av oppfinnelsen og for enklere beskrivelse, skal oppfinnelsen i det følgende direkte eller indirekte sammenlignes med såkalt gjensetningsbrytning av mineral-forkomster, m.a.o. den brytningsmetode hvor de uttatte mineralforekomster eller uttagbare deler av en mineralforekomst i stabiliserende hensikt er erstattet med kunstig tilført fyllmateriale, nærmere bestemt finkornet materiale som i vannsuspensjon er til-ført den utbrutte eller deler av den utbrutte mineralforekomst, såkalt gjensetting med hydraulisk fylling. For ytterliger for-klaring og detaljert beskrivelse sammenlignes oppfinnelsen i det følgende med gjensetningsmetoden ved anvendelse av hydraulisk fylling som dessuten er stabilisert ved tilsetning av bindemiddel for å muliggjøre både såkalt oppad- og nedadgående gjensetning,

og da det mest vanlig anvendte bindemiddel er cement, sammenlignes oppfinnelsen nærmest med gjensetningsbrytning ved ..anvendelse av cementstabilisert hydraulisk fylling. Den sammenlignes og dens anvendelighet beskrives således i sammenligning med--brytning

av mineralforekomster, men det vil være klart at tilpasning av oppfinnelsen ikke bare er begrenset til brytning av mineralforekomster, men at uttagning og ferdiggjøring av fjellrom kan lettes generelt ved tilpasning av oppfinnelsen.

Som nevnt ovenfor tilføres utbrutte fjellrom, ved gjensetningsbrytningsmetoden, fyllmasser, ifølge oppfinnelsen is,

i stabiliserende hensikt. Oppfinnelsen kan tilpasses både for oppad- og nedadgående brytningsretning ved gjensetnings-brytnings-metoden for.mineralforekomster.

For å oppnå en bestemt størrelse av brytningsrommene

må styrken av fjellet dg mineralene, og også av isen,.: tas i betraktning..10: Ved brytning av en mineralforekomst ved hjelp av gjensetningsmetoden og i oppadgående retning, utgjør det mineralførende fjells styrke den begrensende faktor når det gjelder bredden (spennvidden) av et såkalt brytningsrom (plate). Høyden av brytningsrommet (platen) avgjøres dels av bredden . (vidden) av den mineraliserte sone, dels av styrken av det mineraliserte fjell og/eller styrken av det såkalte side-fjell. Benyttes nedadgående gjensetningsbrytning med cementstabilisert hydraulisk fylling,

vil i tillegg også fyllingens styrke være en begrensende faktor med hensyn til rommets bredde.

Da, som vist senere, én av fordelene ved oppfinnelsen ligger i at nedadgående brytningsretning kan anvendes, og da ved vanlig gjensetningsbrytning med cementstabilisert hydraulisk fylling og ved anvendelse av rimelige mengder cement (gjennomsnit-tlig blandingsforhold cement :'fyllingsmateriale på 1:6) rommets omtrentlige spennvidde (bredde) ligger på ca. 6 m, forutsatt at bredden av den mineralførende sones bredde (vidde) tillater dette, skal det antas i det følgende at rommets bredde er 6 m.

Som anvendelig og vanlig romhøyde antas 4 m.

Det er nevnt ovenfor at de utbrutte brytningsrom temporært eller permanent fylles med is. Til toss for at det i'og for seg ikke er hensikten med oppfinnelsen å tillate at isen smelter i ett rom mens arbeidet i umiddelbart underliggende, rom pågår, . m.a.o. begrepet "temporært" betegner et forholdsvis kort tids-intervall, har utførte beregninger vist at en issøyle (isplate) med en bredde på 6 m og en høyde på 3 m, tåler den spontane belastning av umiddelbart ovenforliggende og innrasende fjellmasser med flerfoldig sikkerhet.

Forholdet er teoretisk, idet ras av fjellmasser ved nedadgående brytningsretning ikke kommer til å tillates så lenge arbeide pågår, men kommer til å unngås ved vedlikeholdelse av ismassene.

Det beskrevne teoretiske tilfelle viser imidlertid at oppfinnelsen også oppfyller kravet til sikkerhet. At arbeids-sikkerheten dessuten er større under et kunstig istak sammenlignet med arbeide under et naturlig fjelltak torde være åpenbart. Det er likeledes åpenbart at de antatte romstørrelsespa-rametre, nemlig . 6 m bredde og 4 m høyde, kan reduseres i overensstemmelse med den lokale utformning av mineralforekomsten og spesielle ønsker.

Ér derimot utformningen av mineralforekomsten av en

elik art at bredden av rommet ville bli betydelig større enn 6 m, må brytning i flere, ved siden av hverandre liggende rom benyttes.

Det er tidligere foreslått å benytte is for det ovennevnte formål, men forslagene er såvidt vites aldri benyttet i produktiv drift.

En foreslått metode benytter seg av is som ved et dagbrudd tillates å flyte inn (krype inn) i det underjordiske hulrom som er dannet ved brytningen. Metoden forutsetter således dels en hva arealet angår ikke ubetydelig åpning og en vertikal strekning mellom gruben og dagen (jordoverflaten), dels adgang til naturlig is i dagen (jordoverflaten) og/eller i det minste et forholdsvis koldt klima for uten store tap å kunne fremstille den is som er nødvendig for fyllingen. For at isen skal kunne krype inn (flyte inn) i gruben med tilstrekkelig hastighet, kreves det et tilstrekkelig høyt overlagringstrykk (istykkelse) samt en ikke altfor lav temperatur, noe som står i det minste i en viss motsetning til kravet om et forholdsvis koldt klima for om nød-vendig • å kunne fremstille is ved hjelp av vanntilførsel i dagbrudd.

Metoden har dessuten den ulempe at den krever forholdsvis store mineralsforekomster for at den skal kunne anvendes, og at den bare tillater brytning i nedadgående retning og alltid direkte, i tilslutning til den ovenforliggende is. Det foreligger således ingen mulighet for selektiv brytning, eller brytning på et hvilket som helst vilkårlig valgt sted under jorden.

Produksjonstakten i gruben er dessuten direkte avhengig av isens krypehastighet, og er således ikke utvilkårlig regulerbar.

Metoden egner seg for brytning av store mineralforekomster ved hjelp av plate-ras-metoden.

En annen foretrukken metode kommer noe "nærmere den foreliggende oppfinnelse, nemlig ved at den tillater én viss selektivitet. Denne tilveiebringes ved at forholdsvis høye.fjellrom tillates å fylles med sne, som på grunn av sin egenvekt, i det minste i de nedre lag pakkes til is. Sneen fremstilles ved å blåse fortrinnsvis kold atmosfærisk luft gjennom et teppe av vann. Hvorledes fremstillingen av den nødvendige sne skjer under de forskjellige temperaturer er bare antydet ved påstanden om at det skal kunne anvendes kjøleaggregater, noen mer detaljert anvisning er ikke angitt.

Istap ved naturlig avsmeltning utjevnes ved påfylling

av sne, eller reduseres ved at man varmeisolerer islegemet mot det omgivende fjell, og anvendelse av kunstig kjøling ved hjelp av kjølesløyfer og kjølekanaler er antydet.

Hovedhensikten med den foreliggende oppfinnelse oppnås ved at det dannede hulrom i et første trinn over en viss tid forberedes for isfylling ved at det geotermiske varmeinnhold, i hulrommets vegger delvis føres bort, slik at veggene får en temperatur under 0°C, at i et annet trinn vann, eventuelt sammen med isstyrkeøkende materiale, f.eks. finkornet eller fiberformet materiale, tilføres skiktvis og intermitterende til hulrommet under kjøling og frysing av det tilførte vann sammen med eventuelt tilsatt isstyrkeøkende materiale, og at i et tredje trinn det f<r>os sede islegeme opprettholdes ved å føre bort den konstant tilstrømmende geotermiske energi over en tidsperiode som anses nødvendig for å oppnå hensikten, idet kjølingen og frysingen i samtlige tre trinn fortrinnsvis utføres ved hjelp av kunstig kjølt luft, men at det første og det tredje trinn kan utelates hvis de klimatiske forhold er slik at fjellet rundt hulrommet er frosset tilstrekkelig under frysepunktet, slik at en sterk is oppnås på naturlig måte, samt at også kunstig kjøling i det annet trinn kan tenkes å falle bort under hensiktsmessig kolde klimatiske forhold.-Det faller rimelig å anta at endog den atmosfæriske

luft under slike forhold har en så lav temperatur at dens lavere varmeinnhold bør kunne utnyttes direkte uten hjelp av kunstig ned-kjøling. Kjøleluften må av forståelige grunner i samtlige tre trinn ha eller bringes på en temperatur under 0°C, hensiktsmessig under -5°C, fortrinnsvis under -10°C og helst -15°C, for. å gi isen tilstrekkelig styrke og lav krypning. Disse fysikalske egenskaper hos isen økes eller synker nemlig markert ved temperaturer under -10°C.

Hvis den atmosfæriske lufts temperatur ikke er i overensstemmelse med hva som er nevnt ovenfor, må man benytte kunstig • kjøling, av luften eller en kombinasjon av kunstig .kjøling og naturlig kold luft, eventuelt avhengig av årstiden.

Prisippet er dog stadig at kjøleluften får'•den nødvendige lave temperatur ved hjelp av kunstig kjøling (kjølebatterier),

og at lav geotermisk fjelltemperatur og lav temperatur av den atmosfæriske luft er positive faktorer for oppfinnelsens totale økonomi, men ikke prinsipielle krav.

Utførte beregninger viser at metodens totale omkostninger er av størrelsesordenen halvdelen av de totale omkostninger ved gjensett.ings-brytning med cementstabilisert hydraulisk fylling selv om den atmosfæriske lufts middeltemperatur er-ca. + 30°C (og den geotermiske fjell temperatur samtidig ca. +30°C) .■ Anvendelses-området for oppfinnelsen er derved praktisk talt uavhengig av den geografiske beliggenhet av anvendelsesstedet.-

Kjøleluften bør prinsipielt og generelt strømme i et lukket system, helt adskilt fra det normale grubeventilasjonssystem, for å skape akseptable klimatologiske arbeidsforhold for personalet, samt ved å ha kjøleluften i et lukket system å skape forutsetninger for enklere kontroll . og vedlikeholdelse av luft-volumer, kjølelufttemperatur m.m.

For å sikre en rimelig frysetid i det annet trinn, bør hulrommets vegger i det første trinn, over et minst noen decimenter tykt skikt, fryses til lavere temperatur enn 0°C med strømmende luft. Derved oppbygges en kuldebarriere mot den tilstrømmende

geotermiske varme og varmen fra det frysende vann som., tilføres

i trinn to.

Forholdene i kuldebarrieren, nemlig dens dybde og utformningen av selve temperaturgradienten'over den1 frossede barrieredybde (tykkelsen) kan varieres, avhengig bl.a. av den geotermiske varmes og vannets temperaturnivåer samt de bestemte tider for den etterfølgende isfrysnings- og isvedlikeholdelses-kjøleperioder. Denne forberedende frysing bør helst utføres v således at hvis temperaturen måles i en dybde av størelsesordenen 0,5 m innenfor begrensningsflaten mellom hulrom og .fjell, b'ør temperaturen der være høyst -3°C, fortrinnsvis' lavere.

Det annet trinn kan deretter påbegynnes. Det er da hensiktsmessig at vannet, som tilføres i det annet trinn, har en temperatur like over 0°C, fortrinnsvis omkring +1 - +2°C, samt at det utspres intermitterende og i skikt. Den strømmende kjøleluft i det annet trinn tilføres fortrinnsvis likeledes intermitterende, hovedsakelig i takt med vannutspredningen, slik at kjøleluften helt eller delvis avsperres under vannutspredningsperiodene, og når det ikke skjer noen utspredning,får strømme med full hastig-

het og fryse ned det tilførte vannskikt.

Kjøleluften skal kjøle så effektivt som mulig, og det

er derfor hensiktsmessig at kjøleluften ved hjelp av i og for seg kjente midler, f.eks. vifter, styreskinner eller spjeld, og med fordel ved hjelp av prosessdatorer, får en slik hastighet i det lukkede system at den kjøle-energi som er nødvendig ved de forskjellige trinn tilføres de for kjølingen utsatte kontaktflater slik at disse innenfor en rimelig tid får denønskede temperatur innenfor metodetrinnets aktuelle tidsrom. Med gitte parametre som fjellets geotermiske temperatur, ønskelig utformning av den kunstig' dannede kuldebarriere mot den geotermiske varme, den atmosfæriske lufts temperatur, pris for elektrisk energi etc.

blir spørsmålet om den nødvendige kjøleluftmengde og dermed kjøle-luftens hastighet et optimeringsproblem.

Kjøleluften strømmer til brytningsrommet gjennom ledninger, vanlige ganger eller stigorter. De sistnevnte har vanligvis et tverrsnittsareal på ca. 10 m 2, og i beregnings-grunnlaget for oppfinnelsen er denne arealstørrelse antatt.

På grunn av aerodynamiske forhold er det hensiktsmessig at luft hastigheten i disse ganger og stigorter. begrenses til 10 ra/s.;<:>Når luften kommer inn i brytningsrommet, som har et tverrsnittsareal på ca. 24 m 2, synker lufthastigheten til ca. 4 m/s. Dette kan ikke anses som tilfredsstillende, hvorfor man ved hjelp av ekstra vifter, styreskinner o.l. skaper turbulens i luftstrømmen,

slik at luften langs de kontaktflater som utsettes for kjøling får en hastighet på ca. 10 m/s, ved hvilken hastighet varmeover-føringen er bedre (dvs. kjøle-enérgien tilføres mer effektivt). Derved kan kjølingen skje på kortere tid enn hva som ville vært tilfellet ved bare 4 m/s, men prinsipielt kan'hvilke som helst kjølelufthastigheter og kjøleluftvolumer velges, innerifor■:

rimelige, grenser.

Under isfrysingen oppstår andre krav til reguleringen

av koldluftstrømmen. Hvis man velger å' utføre vannspredningen intermitterende, gjelder det for det-første å kunne sperre av luftstrømmen under vannspredningen eller dempe den betydelig.

Videre bør en regulering også i mellomperiodene, dvs. når intet

vann spres, skje for å få den riktige lufthastighet og det

riktige luftvolum etterhvert som isskiktet blir tykkere, dvs. tverrsnittsarealet blir mindre. Reguleringen kan styres ved hjelp av i og for seg kjente føleorganer som gir signaler til f.eks. en prosessdator, som i overensstemmelse med en på forhånd gjennomført programmering sender ut signaler således at de ønskede reguleringer blir gjennomført, alt i overensstemmelse med kjente prosessreguleringsteknikker.

Isfrysings- eller isfremstillingstrinnet gjennomføres

ved nedadgående brytningsretning slik at det står igjen en spalte (kjøle-sliss) mellom den frossede issøyles øvre begrensningsflate og ovenforliggende fjell eller issøyle. Spalten har en høyde'

på o ca. 1 m og såo ledes et tverrsnittsareal på ca. 6 m 2. Den er bestemt for det tredje trinn, den såkalte vedlikeholdelseskjøling,

og utgjør således en del. av det tidligere nevnte lukkede system gjennom hvilket kjøleluften skal sirkulere i den tid som anses nødvendig for å vedlikeholde isen i stabiliserende hensikt.'

Ved oppadgående brytningsretning, hvor isen utgjør

gulvet (sålen) i et brytningsrom, mangler denne mulighet til å • fremstille denne kjølesliss på like enkel måte.

Mener man at en kjølesliss må anordnes under oppadgående

brytningsforhold, kan dette skje ved at enkel tynnvegget plate,

plast eller kartong, rør eller kasser legges ut på gulvet (sålen)

i et brytningsrom før isfremstillingen påbegynnes.,

En annen mulighet er å bore vertikale hull av passende diameter gjennom isen og derved fremstille vertikale kjøleslisser for vedlikeholdelseskjøling.

Det kan hende åt fjellet i seg selv holder en så lav temperatur at vedlikeholdelseskjøling blir overflødig. Dette tredje trinn faller i så fall bort, som tidligere; nevnt.'

Den foreliggende metode bygger i prinsippet på at kjøle-luften kjøles kunstig til fortrinnsvis under -10°C, helst -15°C

og iblant til f.eks. -25°C. Iblant kan det av totaløkonomiske grunner væreønskelig å underskride -15°C, til f.eks. -25°CV for å øke brytningskapasiteten for en bestemt grube eller et bestemt grubeavsnitt. Må det gripes til forberedende kjøling'(for-kjøling) av et rom på grunn av høy geotermisk fjellvarme og eventuelt'

også senere vedlikeholdelseskjøling av den fremstilte is av samme grunn, under forhold hvor det hersker lave middeltemperaturer i den atmosfæriske luft, kan selvsagt varme som føres bort fra fjellet ved hjelp av kjøleluften tilføres den normale grubeventilasjonsluft for eventuell oppvarmning ved hjelp av varme-veksleren i det lukkede kjøleluftsystem.

Ved isfrysingen (isfremstillingen) i det annet trinn kan eventuelt isstyrkeøkende materiale (armeringstilsetninger) blandes inn i vannet.

Forsøk har vist at f.eks. isens bøyefasthet ved innblanding av ca. 10 vekt-% finkornet materiale kan økes med opptil 200%. Styrkeøkningen tiltar markert ved minskende kornstørrelse, i det minste innenfor området 0,1 - 0,05 mm. Det er funnet hensiktsmessig å anvende finkornet materiale som stammer fra f.eks. anrikningsverk ved gruber. Ekstremt finkornede materialfraksjoner i avfal-let f ra disse verk volder besvær under deponering i f.eks. avfalls-dammer hvis ikke spesielle forholdsregler som pH-registrering og stor avfallsdammoverflate tas. Derved er man blitt oppmerksom på problemer med metallioner.

Miljøproblemer som kan føres tilbake til de ovennevnte negative faktorer, finkornet avfallsmateriale samt metallioner, k?,n i visse tilfeller formodentlig delvis løses helt ved at avfallsvann fra anrikningsverkene anvendes som vann for isfyllingen. Superfine avfallskornfraksjoner som antagelig ikke har noen isstyrkeøkende innvirkning, innbakes i isen, uskadelig-gjøres og forblir i gruben også etter av isfyllingen er tillatt,

å smelte.

Det er tidligere kjent, og kan også anvendes i dette tilfelle, at fiberarmering kan øke isens bruddfasthet med mer enn 100% ved innblanding av ca. 10 volum-% organiske fibre,

f.eks. trefibre.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere

i forbindelse med tegningene, der fig. 1 - 4 skjematisk viser forskjellige trinn ved brytningen av et malmlegeme ifølge oppfinnelsen, fig. 5-9 viser skjematisk i vertikalsnitt den samme brytning, fig. 10 - 12 viser et skjematisk eksempel på et lukket kjøleventilasjonssystem ifølge oppfinnelsen, fig. 13 viser skjematisk og mer detaljert hvorledes dette system er tenkt utført, fig. 14 viser et eksempel på hvorledes man kan skape turbulens i et brytningsrom, fig. 15 og 16 viser et annet eksempel på hvorledes det kan skapes turbulens, fig. 17-20 viser eksempler på hvorledes kjøleluftvolumet kan variere, : fig. 21 viser et eksempel på planlegning vedrørende uttagning av plater, fig. 22 - 24 viser en av fordelene ved den foreliggende oppfinnelsen, og fig. 25 - 28 viser oppfinnelsen anvendt ved malmforekomster av stor størrelse.

På tegningen viser fig. 1 en mineralforekomst 10. Brytningen kan skje som vist på fig. 2 ved at det uttas plater, f.eks. platene a, c og e. Disse plater a, c, e ligger med tilstrekkelig, innbyrdes mellomrom i vertikal retning til å eliminere rasrisiko.

Etter den ovennevnte brytning, skjer det ifølge oppfinnelsen en gjenfylling av hulrommene a, c, e Ved at vann inn-føres skiktvis i hulrommene eller platene (fig. 3) og bringes til å fryse, hvorved det oppnås et massivt stabilt isfyllingslegeme (issøyle, isplate) for å stabilisere tomrommet og muliggjøre brytning av det resterende av mineralforekomsten. Denne brytning kan skje1-som vist på fig. 4 i de gjenstående plater b- og' d. På denne måte kan brytningen skje i den på fig, 1-4 viste mineral-

forekomst inntil alt mineral er tatt ut.

Av det her skjematisk beskrevne eksempel torde det . fremgå at fjellforholdene er meget stabile, idet alle plater er av samme høyde og annenhver plate er tatt ut. Følgelig står man i dette eksempel fritt med hensyn til om de i- det annet trinn uttatte plater b og d skal isfylles eller etterlates uten fylling.

På fig. 5 er den brutte plate a vist i vertikalsnitt, og på fig. 6 er den samme plate vist fylt med et islegeme. På

fig. 7 vises den brutte plate c, og fig. 8 viser platen c fylt med et islegeme. Den på fig. 9 med b betegnede, mellom islegemene liggende del av malmlegemet kan nu brytes med det nedenforliggende islegeme som arbeidsplattform og det ovenforliggende islegeme som tak.

I samtlige isfylte plater er det levnet en sliss for vedlikeholdelseskjøling i den øvre del av platen.

Når brytningen er fullført og stabiliseringen av hele området eller en del av dette ikke lenger er nødvendig, kan islegemet få smelte og fjellet rase. Ved smelting er det mulig å utnytte fryse-energien fra smeltende isfylling til-å kjøle ned eller bidra til kjøle ned vannet i et annet område ved f.eks. varmeveksling. I koldere klima, eller når det kreves, vil det dannede islegeme, som erstatter det utbrutte malmlegeme,•kunne bibeholdes, enten ved hjelp av naturlig vedlikeholdelseskjøling eller ved kunstig vedlikeholdelseskjøling, for å forhindre ras i de underjordiske hulrom, ras og oppsmuldring av- de omgivende fjellmasser og endelig eventuell dannelse av hulrom i og/éller sammen-synkning av jordoverflaten.

Den kjøleluft som er nødvendig for■forkjøling av fjell-rummene, for isfremstilling samt vedlikeholdelse av isen bør ha en temperatur på mellom -15°C og -11°C. Av dette følger at "fri" sirkulasjon av denne kjøleluft i gruben, dvs. samtidig anvendelse av denne kjøleluft som ventilasjonsluft, er utelukket eller i det minste ikke ønskelig.

Den for forkjøling, isfremstilling og vedlikeholdelse-

av isen nødvendige kjøleluft må eller bør derfor sirkulere i et

•lukket kjøleluftsystem uten direkte kontakt med det vanlige

ventilasjonssystem for gruben.

Et slikt lukket- kjøleluftsystem er i prinsippet ikke

mer komplisert enn et vanlig ventilasjonssystem og har, med unntagelse av ett eller flere kjølebatterier som kommer i tillegg hvis ikke temperaturen av den atmosfæriske luft er så lav at:

dette eller disse kan sløyfes, de samme bestanddeler som et vanlig ventilasjonssystem. Kjøleluft-ventilasjonssjaktens plaserihg er avhengig av utformningen av mineralforekomsten. Er utformningen f.eks. brattstående, anlegges kjøleluft-ventilasjonssjakten eller stigesjakter enten i felt eller i grubefyllingen. I det på fig. 10 - 12 viste tilfelle er kjøleluft-stigesjaktene anlagt i. felt. Fig. 10 viser et vertikalsnitt gjennom et tenkt brytningsområde, fig. 11 et horisontalsnitt etter linjen A - A på fig. 10 og fig. 12 viser et vertikalsnitt etter linjen B - B på fig. 10. På. fig. 10 - 12 er malmlegemet 11 med overliggende jord-lag 12 vist. Brytning av tre plater a, b og c er gjennomført. Platene er via orter 13, 14, 15, 16 og 17, 1.8 forbundet med. kjøle-luf tstigesjakter 19 og 20 og disse står i innbyrdes forbindelse dels vja en ort i bunnen av gruben (ikke vist) og dels via den bare delvis isfylte plate a. Kjøleluftstigesjaktene har i eksempelet fått et tverrsnittsareal på ca. 9 m 2 (^ Ø 3 m). Dette areal anses for å være omtrent optimalt ut fra et stigort-drifts-synspunkt, og for å muliggjøre tilførselen av det kjøleluftvolum som kreves for forkjølingen og isfremstillingen i løpet av rimelige" tidsperioder samt vedlikeholdelseskjølingen, dvs. med lufthastigheter som ikke overstiger 10 m/s i stigorten, uten større aerodynamiske •tap.

Følgelig er den maksimale kjølelufttilførsel ca. 100 m<3>pr. sekund og stigort, noe som, med en rombredde på 6 m og en rom-høyde på 4 m, dvs. 24 m 2, i det innledende trinn, dvs. under for-kjølingstrinnet og når isfremstillingstrinnet innledes, gir en lufthastighet på ca. 4 m/s.

Av samme grunn som ovenfor, nemlig de nødvendige minima kjøleluftvolumer for rimelig lange prosesstrinnstider samt stigesjaktenes begrensning av det transporterte luftvolum på grunn av de høyeste tillatte lufthastigheter (på grunn av aerodynamiske tap) anses det generelt å være nødvendig med dobbelte kjøleluft- stigesjakter for en grube eller del av en grube med to,:brytningsrom hvor det foregår produksjon, dvs. ett par for tilførsel og retur av luft for isfremstillingen i en plate, og ett par for tilførsel og retur av luft for forkjøling av et annet rom. Etter avsluttet forkjøling av dette andre rom benyttes dette kjøleluft-stigesjaktpar for vedlikeholdelseskjøling av is (på fig. 10 - 12 er det dog vist bare ett par stigesjakter).

På fig. 10 - 12 pågår i plate "a" vedlikeholdelseskjøling av isplaten 21, i plate "b" forkjøling av et utbrutt.rom før isfremstilling og i rom "c" isfremstilling.

I plate "a" er kjølerommet 22 installert umiddelbart etter av platen er tatt ut. Kjølerommet inneholder.maskineri og motor for hovedviften 23 for det lukkede kjøleluft-ventilasjonssystem samt kjøleaggregatet eller kjølebatteriet 24...

Det vil forstås at kjølerommet også kan anlegges i grubefyllingen i stedet for å benytte den "første platen", eller, hvis det ønskes, også over marken. Men for det sistnevnte alterna-tiv må det av innlysende grunner drives en ekstra sjakt eller

en ekstra rampe som forbindelse til det lukkede underjordiske kjøleluftsystem.

Kjølerommet 2 2 står i forbindelse med gruben via orten

25, som tjener som betjeningsort for kjølerommet 22.

Den. nødvendige luftstrøm til de forskjellige plater i overensstemmelse med disses kjøleluftbehov, som i sin tur avhenger av det pågående arbeidstrinn, forkjøling, isfremstilling eller isvedlikeholdelseskjøling, reguleres ved hjelp av spjeld; 26 , 27, 28 og 29. Spjeldene og hele kjøleluftsystemet styres fordelaktig av en prosessdator..

Forøvrig er det uten betydning om gruben forberedes

ved hjelp av sjakt eller rampe, som antydet på fig. 12.

Den luft som er nødvendig for grubens normale og egentlige ventilasjon, for uttynning og bortføring av avgasser, sprengningsgasser, støv m.m. tilføres og bortføres via et normalt, grubeventilasjonssystem som er uavhengig av og adskilt fra kjøle-luf tsystemet . Dette system er ikke vist på figuren...

Til tross for at de to luftsystemer er uavhengige av hverandre,finnes det en forbindelse. En indirekte forbindelse, nemlig den ønskelige temperatur av den normale grubeventilasjonsluft.

Ved anvendelse av oppfinnelsen står et brytningsrom

alltid i kontakt med is i fortsettelsestrinnet, ehteri ved' sålen (oppadgående brytning) eller i taket (nedadgående brytning). Får

den normale ventilasjonsluft alt for høy temperatur, er den høye temperatur selvsagt til ulempe for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Følgelig er det antatt at den normale grubeventilasjonsluft kjøles (eller varmes opp hvis så ønskes) :til fra.ca.

+1°C til +2°C.

Ved den økonomiske oppsummering av oppfinnelsen hevdes

det at metoden, sammenlignet med cementstabilisert hydraulisk fylling, med fordel kan benyttes under ytre klimatiske.betingelser hvor friluftens middeltemperatur til og ned overstiger +30°C. I.. vanlige tilfeller blir det således tale om å kjøle den normale grubeventilasjonsluft.

Det bør også bemerkes at i tilfelle av at det må gjennom-føres en oppvarmning av den normale grubeventilasjonsluft, kan kjølebatterienes returvarme-energi utnyttes, noe som fører til en økonomisk fordel som ikke bør foraktes i kolde klima.

På fig. 13 er vist hvorledes forkjølingen kan foregå i detalj under visse betingelser.

Hensikten med forkjølingen er å forberede gruberommet (platen, brytningsrommet, rommet) for frysing av tilført vann til is og å bygge opp en tilstrekkelig dyp kuldebarriere av frosset fjell for ved såkalt.vedlikfholdelsesfrysning å kunne motstå og balansere den kontinuerlig tilstrømmende og barrierereduserende

effekt av in situ fjellvarmen, fjellets naturlige varmeinnhold.

Den naturlige fjelltemperatur er i det på fig. 13 viste eksempel satt til +10°C. (I vanlige tilfeller svarer dette til en brytningsdybde på 300 m) .

Isfremstillingen (isproduksjonen) bør helst skje, og

skjer mest økonomisk ved fra -15°C til -11°C, og deretter bør. isen på grunn av styrkefenomener holdes på denne temperatur.. For-'klaringen på god økonomi ligger i at det for de: ovenfor fore-slåtte temperaturer bare kreves et kjøleanlegg med ett kompressor-trinn.

Følgelig er det regnet med at også fjelloverflaten, dvs. kontaktflaten fjell/is, skal kjøles ned, helst til ca. -15°C.

For å kunne vedlikeholde den kuldebarriere■som er nødvendig for kontinuerlig eksistens av isfyllingen i den tidsperiode som anses nødvendig, er det stipulert og beregnet at fjellet helst skal være frosset til minst -3°C over en dybde på ca. 0,5 m, regnet fra kontaktflaten.

I det følgende skal det, stadig i overensstemmelse med fig. 13, antas at gruben eller etasjen er av en slik størrelse at samtidig brytning på flere nivåer er mulig.

Et kjøleaggregat 30, som er plasert over eller under jordoverflaten, leverer kjøleluft til en stigort 31 med et tverrsnittsareal på ca. 9 m . Luften har helst en temperatur på

ca. -15°C i stigorten 31. Luften fortsetter inn i brytningsrommet 32, som har et tverrsnittsareal på ca. 25 m 2. Fjellet :33 som omgir brytningsrommet, har en temperatur på ca. +10°C. Når kjøle-luften har passert brytningsrommet 32, som i dette eksempel har en lengde på 100 m, har den kjølt ned dette og selv blitt varmet opp til -11°C. Luften fortsetter deretter oppover i stigorten 34, som har et tverrsnittsareal på ca. 9 m 2, til viften 55 og tilbake til kjøleaggregatet 30. Stigortenes 31 og 34 lengde er ca. 50 m.

Under de forutsetninger som er vist på fig. 13 kjøles rommet 3 2 ned til de ovenfor angitte, ønskede temperaturer på

noen døgn. For tydelighets skyld er det skjematisk inntegnet en temperaturgradient på fig. 13 (stiplet linje).

I den utstrekning det er hensiktsmessig er det på fig.

14 benyttet samme hensvisningstall som på fig. 13. Den fra stig-orten 31 innkommende luft har en hastighet på ca. 10 m/s. Når luften kommer inn i brytningsrommet 32, som har et'areal på ca. 24m 2, blir gjennomsnittshastigheten av luften ikke mer enn ca. 4 - 5 m/s. Det er derfor hensiktsmessig å montere enkle hjelpevifter 36 for sirkulasjon av luften i det for forkjøling bestemte rom 32, for å skaffe en maksimal utnyttelse av kjøleluftens kuldeinnhold. Kjøle-luften bør gis en hastighet på ca. 10 m/s ved de kontaktflater

som kjøles for å gi et bedre varmeovergangstall fra luft til., vegg. Da rommets 32 areal er 24 m , betyr en lufthastighet på 10 m/s 240.luft pr. sekund. Denne mengde fører til urimelige lufthastigheter i kjøleluft-stigesjaktene eller til urimelig store,

eller et urimelig antall kjøleluft-stigesjakter med irirnelig lufthastighet.

Derfor må det tilveiebringes en maksimal utnyttelse av kjøleluftens kuldeinnhold med moderat lufthastighet (^ 100 m^/s/ 24 m 2= ro4 m/s) i rommet. Dette skjer ved hjelp av 'de nevnte hjelpevifter 36 som tilveiebringer lokal turbulens i■kjøleluften, svarende til en lufthastighet på 10 m/s. Forholdet er-anskueliggjort på fig. 14 ved hjelp av de stiplede ovaler rundt viftene 36.

Den samme ønskede turbulens i kjøleluften kan tilveiebringes ved at det, i stedet for å benytte hjelpevifter for luft-sirkulasjonen, settes opp styreskinner 37 (avbøyere) i rommet i overensstemmelse med fig. 15 og 16. Styreskinnene 37 er av billig materiale, f.eks. tynnplate, plast, papp e.l.

Av det som er nevnt hittil torde det klart fremgå at

den riktige tilpasning av oppfinnelsen ikke minst er et optimeringsproblem, hvor parametre som adgang til og omkostningene

for elektrisk energi, in situ fjelltemperaturen, atmosfærisk lufttemperatur, produksjonsvolumer, malmverdien, 'malmutformningen etc. må tas i betraktning. Også innenfor det vesentlige ved den foreliggende fremgangsmåte, nemlig "tre-trinns-frysingen", kan parametre som f.eks. isens endelige temperatur, dybden av kuldebarrieren og dens temperaturgradient, frysetider, kjøleluft-volum,

og -hastighet, som tidligere nevnt, varieres og optimeres.

I denne forbindelse kan en ytterligere variant med hensyn til størrelsen av kjøleluftvolumet nevnes. Denne variant er beskrevet i forbindelse med fig. 17-20.

Som vist på fig. 17 - 19 inntreffer følgende forhold

ved nedadgående brytning av bare én. plate ad. gangen:

I forbindelse med brytningen av den første plate 38 må rommet forbindes med stigortene 40. Dersom platenes høyde er 4 m og minimumshøyden for forbindelsesorten ved mekanisert drift er minst 3 m, følger at det ved uttagning og tilslutning av den annen plate 42 til kjøleluft-stigesjaktene, bare ville stå tilbake et 1 m tykt fjellparti 45. Dette er vanskelig å utføre i praksis,

og av dette følger at forbindelsesortens høyde mest enkelt bør være lik rommets høyde, dvs. 4 m.

Dermed følger videre at en barriere 41 må bygges når isfremstillingen innledes for å avgrense isblokken 38 mot stig-orté.n~-- 40. Videre følger at denne barriere 41 kan settes

opp hvor som helst, hvorfor den øvre del av stig-orten" 40,

som skal benyttes for transport av kjøleluft, uten nevneverdige ekstra omkostninger kan gis et større areal enn 9 m 2. Kjøleluft-v-olumet kan derved økes betydelig uten større aerodynamiske tap, utover de tidligere nevnte ca. 100 m 3/s..

Den eneste begrensning for stigesjaktarealet er fjellets stvrke.

Fig. 20 viser forholdet ved samtidig brytning av flere

enn én plate.

Prinsippet er det samme som ovenfor, bare med den inn-skrenkning at det ved brytningen tilveiebragte større stige-sjaktareal 44 "strupes" på de steder 45 hvor brytningen ennå

ikke har funnet sted.

Totalt sett. til tross for aerodynamiske tap ved de

trange passasjer 45, burde dette forhold føre til forbedringer.

I praktisk drift og i løpet av den første brytningstid i en malm-blokk med samtidig brytning på flere nivåer er det antagelig bedre å tillate noe lengre kjøle- og frysetider forårsaket av lavere luftvolum, enn å sette opp hjelpevifter eller styreskinner i rommene.

Under mere normale forhold, dvs. ved dårligere fjell-forhold enn hva som er antatt i eksempelet ifølge fig. -1 - 9,. kan uttagning av plater med samme høyde og samtidig uttagning av annenhver plate ikke påregnes. Dette forhold er beskrevet skjematisk på fig. 21. -

Etasjehøyden (nivåavstanden) i en grube er betegnet med

h£. Denne er vanligvis ca. 50 m eller flere ganger 50 m. S

(plate) betegner platenummeret innenfor etasjehøyden hg. Med den tidligere antatte platehøyde hg = 4 m følger at antallet av plater innenfor etasjehøyden hg blir tolv. Hvis det antas, at--etasjen er forberedt via en tilførselsort på det øvre nivå N ø. samt en til-førselsort på det lavere nivå NT samt øvrige nødvendige for-beredelsesarbeider, som f.eks. styrt- og ventilasjonssjakt -mellom nivåene (ikke vist på fig. 21) såvel som et for fremgangsmåten

nødvendig kjøleluft-ventilasjonssystem (ikke vist på fig. 21)

følger at etasjen er klar for brytning på et hvilket som helst nivå innenfor etasjen. Å kunne begynne brytning av en plate på et hvilket som helst nivå innenfor etasjen er en fordel ved fremgangsmåten.

Dersom etasjen er forberedt på forhåndyer det ønskelig

å f å maksima], produksjon fra etasjen for å redusere kapital-: omkostningene. Hvis det antas at det, av fjellstyrkegrunner og sikkerhetsgrunner som er forbundet med dette, skal.settes igjen..;

et fjellparti (plate) med en høyde svarende til minst to plate-høyder mellom to plater som er under produksjon under oppadgående brytning, følger ved 4h = 2 hg, at fire plater, nemlig platene 1,

4, 7 og 10 under en første driftsfase a i etas jen.i kan settes i . produksjon.

Etter isfyllingen av de ovennevnte plater 1, 4, 7 og 10

står det i den etterfølgende driftsfase b teoretisk fritt, enten å fortsette med oppadgående brytningsretning, nemlig å ta ut platene 0 (ikke vist på fig. 21) 3, 6 og 9, eller å velge nedadgående brytningsretning ved uttagning av platene 2, 5, 8 og, 11. Oppadgående retning vil stå i motsetningsforhold .til den ovenfor-antatte stipulering Ah = 2 hg.

Av denne grunn velges nedadgående brytningsretning for

den følgende driftsfase b, og platene 2, 5, 8 og..1 1 tas ut.

For driftsfase c gjelder det samme resonnement Som f or driftsfase b.

Å kunne gjennomføre nedadgående brytning med alle dennes fordeler sammenlignet med oppadgående brytning, som f.eks. arbeide under kunstig fremstilte tak, mulighet for styrtsjakt i rommet i

fast fjell etc, er en annen stor fordel ved metoden.

Som det fremgår av fig. 21 kan det innenfor etasjen alltid holdes fire plater i produksjon. Det er en tredje meget vesentlig fordel ved metoden, nemlig et vesentlig høyere innebygget produk-sjonspotensial sammenlignet med vanlig gjensettingsbrytning med hydraulisk fylling. Den sisnevnte metode tillater nemlig vanligvis ikke at kriteriet Ah = 2 h s settes opp. Den fører med A h = h stil såkalte "siste-plater", plater med vesentlig nedsatt produksjons-

takt på grunn av store ekstra forsterkningsarbeider m.m..

Som en fjerde meget vesentlig fordel ved metoden kan

nevnes muligheten til tidligere oppnåelse av inntekter ved metoden sammenlignet med vanlig gjensettingsbryting med hydraulisk fylling. Da metoden tillater nedadgående brytningsretning, behøver en mineralforekomst eller en del av denne ikke å forberedes fullstendig med styrtsjakt, ventilasjonssjakt m.m.,

men kan helt eller delvis settes i produksjon direkte, så snart forekomsten er nådd. Dette er anskueliggjort på. fig. 22 - 24 . Produksjonen kan startes like etter at en hovedrampe (eller en sjakt)

har nådd forekomsten 47.Nedadgående brytning benyttes, og fort-

satt forberedelse via en sekundær rampe 48 skjer i samme takt som brytningen skrider frem. Ved helt eller, delvis å utnytte denne fordel kan det oppnås store kapitalbehovsreduksjoner. Etterhvert som brytningen skrider frem nedover, fylles taket med is 49 med kjølesliss 50, resp. isfylling 52 og kjølesliss 51. Brytnings-

rommet er betegnet med 53, 54 resp. 55.

Det kan hevdes at de to sisnevnte fordeler ved metoden

også kan tilveiebringes med cementstabilisert hydraulisk fylling.

Mot dette kan anføres at den sistnevnte metode forutsetter adgang

til egnet fyllingsmateriale, cement, sand og vann. Den forelig-

gende metode krever bare vann og koster, som tidligere nevnt,

bare halvdelen av gjensetting med cementstabilisert fylling.

Den foregående beskrivelse av oppfinnelsen har, med

hensyn til dens praktiske anvendelse, vært rettet på brytning,

resp. uttagning av hellende, fortrinnsvis bratt hellende og til og med vertikaltstående mineralforekomster eller fjellrom hvor tykkelsen (bredden, størrelsen) av disse forekomster har vært relativt begrenset.

Selvsagt kan oppfinnelsen også tilpasses enten for

brytning av flattliggende mineralforekomster eller forberedelse

av fjellrom og/eller store (tykke) mineralforekomster (fjellrom) og/eller under forhold med en kombinasjon av flathet og stor størrelse.

Denne mulighet er antydet tidligere i beskrivelsen og begrepet "mange rombredder" er nevnt.

Dog kan, ved den praktiske anvendelse av oppfinnelsen

under de nevnte forhold, som flat lagring og/eller stor størrelse,

også andre faktorer tillegges betydning, hvilke faktorer-bør bemerkes, noe som vil fremgå av den følgende beskrivelse i forbindelse med fig. 25.

Fig. 25 viser skjematisk et vertikalsnitt1 gjennom en tidligere mineralforekomst av stor størrelse. Det ved brytning dannede hulrom er fylt med is 56. Den ytre begrensningsflate (periferien) av isfyllingen er betegnet med 57 og det omgivende fjell med 59.

Som forklart tidligere, er forkjølingen og vedlike-hpldelseskjølingen av isfyllingen 56 metodetrinn' som;-man må gripe til hvis forholdene krever det for å danne, resp. vedlikeholde en kuldebarriere mot den geotermiske varme som omgir hulrommet i fjellet og deretter kontinuerlig trenger,på. I forhold til størrelsen av hulrommet, er disse eventuelle metodetrinn forårsaket av periferiske fenomener, dvs. fenomener som inntreffer langs periferien 57 av hulrommet. Er hulrommet stort-, som indikert på fig. 25, behøves det derfor, fordi isen har forholdsvis dårlig varmeledningsevne i de indre isfylte deler av hulrommet, neppe anvendelse av vedlikeholdelseskjøling. Den kan anvendes, men er ikke nødvendig. På fig. 25, hvor det ved hjelp av isfyllingen 56 gjensatte hulrom, som er indikert ved sin periferi 57, er vist, anvendes vedlikeholdelseskjøling i kjøleslissene 58 over en vilkårlig valgt tid bare langs hulrommets periferi 57 mot det omgivende fjell 59. Kjøleslissene 58 så å

si isolerer det indre av isfyllingen 56.

Dette fører til' følgende forhold, som er vist på fig. 26,

Fig. 26 viser skjematisk brytningsforløpet i henhold til oppfinnelsen ved en mineralforekomst av stor størrelse, i vertikalsnitt.

En massiv og/eller hva dimensjonene angår stor mineralforekomst (fjellrom) brytes (ferdiggjøres) ved anvendelse av "fler-roms"-prinsippet. På fig. 26 brytes rommene r^, r ? og r^ som parallelle, jevnstore rom på nivået n^. Avstanden a^, & 2 mellom rommene er i eksempelet, av standardiseringsgrunner, valgt lik bredden av rommene r^, og r^. De etter brytningen dannede rom fylles med is i^, 1^og i^, mens kjøleslissene s^, og s^levnes frie. Ved uttagningen av de mellom rommene r^, r 2 og r^ liggende rom r4og r^, må tilstedeværelsen av kjøleslissene s^, s2 og bemerkes. For å unngå at det lukkede kjøleventilisjons-system blir et åpent system, dvs. gjennomslag mellom kjøleslissene s^, s2og s^ og kjøleslissene s^ og s^ for rommene r^og r,- oppstår, må rummene r^og r^, hvis det velges samme dimensjoner for disse som for rommene r^, r2og r^, anlegges på et annet nivå enn nivået n^, nemlig på nivået n2. Av forståelige grunner må nivåforskjellen Ah være større en høyden av kjøleslissen.

For den fortsatte brytning (ferdiggjøring) av mineralforekomsten (fjellrommet) kan det velges vanlig oppadgående eller nedadgående brytningsretning, og som antydet på fig. 26, oppadgående for rommet r^og nedadgående for rommet r7.

Den samme hensikt, nemlig å unngå gjennomslag mellom

det lukkede kjøleluftsystem og det vanlige ventilasjonssystem i et rom hvor. det foregår brytning, kan oppnås ved at rommene på nivå n^får forskjellig høyde H og h, som vist.på fig. 27. Forskjellen i høyde Ah er minst lik kjøleslisshøyden. På nivå n2, enten i oppadgående eller nedadgående retning, er romhøyden igjen lik for alle rom. Ut fra rent praktiske synspunkter burde en fremgangsmåte som den på fig. 27 være å foretrekke fremfor en løsning som den på fig. 26, idet man får en jevn såle uten trappe-

trinn, noe som letter forflytning av maskiner og personell.

1

I de tilfeller som hittil er blitt beskrevet mer detaljert med hensyn til brytning (ferdiggjøring) av store mineralforekomster (fjellrom) er det, til tross for at det innledningsvis er påpekt at vedlikeholdelseskjøling av de indre, ikke-periferiske deler av en isfylt forekomst (fjellrom) ikke behøves, indikert kjøleslisser på fig. 25, 26 og 27.

Av forståelige grunner faller disse automatisk bort ved oppadgående brytningsretning. Ved nedadgående brytningsretning derimot, fås slike slisser automatisk ifølge hittil beskrevne metoder. Disse kjøleslisser S kan fylles med is i overensstemmelse med fig. 28. Det torde til og med være ønskelig at de fylles

for derved å gi isfyllingen ytterligere stabilitet, og for å unngå alt for mange hulrom.

For dette formål levnes det ved isfremstillingen kanaler

n • gjennom hvilke vann tilføres for å fylle de innledningsvis • dannede kjøleslisser _^n'etter at flere plater er brutt.

Hvis det antas at isen under f remstillingen'ler' gitt

en temperatur på fortrinnsvis -15°C og at denne temperatur senere, over en viss vedlikeholdelses-kjøleperiode. vedlikeholdes,

og hvis det antas at vannets temperatur ligger nær nok hull ved innmatningen for å fylle slissene, og det antas'at issøylens høyde er 3 m og slissens høyde er 1 m, følger at den totale ismasses nedre temperatur er ca. -11°C, m.a.o. isens styrke er tilstrekkelig til å oppnå hensikten.

Videre bør det når det gjelder brytning (ferdiggjøring)

av store mineralforekomster (fjellrom) påpekes at det såkalte forkjølingstrinn, ved forholdsvis lave in situ fjelltemperaturer og ved oppadgående brytningsretning i de indre, ikke-periferiske deler av forekomsten (fjellrommet), ikke bør tillegges altfor stor betydning, og at trinnet i mange tilfeller, selv ved in situ temperaturer over 0°C, helt kan sløyfes, eller i det minste kan forkortes betydelig tidsmessig.

Som det fremgår av det ovenstående tilveiebringes det

ifølge oppfinnelsen en metode for underjordisk brytning av mineraler eller ferdiggjøring av fjellrom ved hvilken full ut-

tagning av minerallegemet eller fjellrommet kan skje, hvorved de innledningsvis nevnte ulemper ved kjente fremgangsmåter elimineres og man bl.a. oppnår følgende fordeler.

Metoden gir fullstendig selektivitet både når det

gjelder brytningsstedets beliggenhet under jorden og når det gjelder mineralbrytning under jorden, produksjonens kvalitet, dvs. denne heves ved at gråsteninnblandingen holdes på et minimum sammenlignet med andre metoder.

Metoden muliggjør et tilnærmet fullstendig mineraluttak,

idet metoden er en gjensettingsmetode hvorved hulrom som er dannet i fjellet stabiliseres med fyllingsmateriale.

Fyllingsmaterialet er vann i form av is. Vann er et materiale som under normale forhold er lettere tilgjengelig enn

annet egnet fyllingsmateriale.

I og med at den is,som ved metoden benyttes for stabili-seringsformål, kan vedlikeholdes også etter at brytningen av en hel

eller deler av en mineralforekomst er avsluttet, er metoden sikker når det gjelder rasrisiko.

Ved at metoden medfører at nedadgående brytningsretning

på enkel måte kan tilpasses, og til og med er å foretrekke, sammenlignet med oppadgående brytningsretning, av økonomiske .

grunner som er betinget av muligheten til bare partiell isfylling

av et brytningsrom (vedlikeholdelses-kjøleslisser), foregår arbeidet i brytningsrommet under et kunstig fremstilt tak og dermed under bedre kontrollerbare forhold enn hva som.vanligvis er tilfellet ved andre metoder.

Nedadgående brytningsretning gir mulighet til styrtsjakt

i brytningsrommene uten ekstra forsterkningsarbeider eller andre hjelpemidler, som f.eks. metallsjakt etc.

Ved at man, i motsetning til hva som tidligere er sagt,-

i innledningstrinnet ved isfrysing av en isplate tilfører et'

vesentlig større vannskikt og tilveiebringer en ishinne på over-flaten av dette, og deretter fortsetter med vanlig skiktvis.is-

frysing ifølge den foregående beskrivelse, og avtapping av vann-volumene under ismassen, dannes et hulrom som kan benyttes som oppskyvningsrom for den nærmest underliggende plate ved nedad-

gående brytning. Den samme fremgangsmåte kan tenkes anvendt for tilveiebringelse av kjøleslisser.

Nedadgående brytningsretning muliggjør at man kan sette

i drift en mineralforekomst så snart mineralsonen er nådd, og.

uten at forekomsten må forberedes for brytning'i større omfang før produksjonsstarten. Dermed kan kapitalbehovet senkes betydelig.

Hvis en forekomst eller en del av en forekomst er forberedt på forhånd kan man, ved anvendelse av den foreliggende metode og ved dennes mulighet til på enkel måte å- bryte i nedadgående retning, oppnå vesentlige produksjonsøkninger for det forberedte området. Metoden byr således på muligheter for stor kapasitet og dermed store muligheter til å redusere, kapitalbehovet også

i dette henseende.

Metoden bidrar også til miljøvern, idet vanskelig hånd-terlige avfålls-kornfraksjoner fra mineralbehandlingsverk lett kan "innbakes" i isen og til og med forbedre dennes styrke-egenskaper. Det samme gjelder metallioner, selvsagt med unntagelse av styrke-forbedrende effekt.

Metoden egner seg utmerket ved brytning av mineraler som lett oxyderes, dvs. har tendens til selvantennelse, idet grube-ventilas jonstemperaturen er lav og lave temperaturer virker hemmende på oxydasjonsprosessen.

Metoden er med hensyn til de totale omkostninger

vesentlig billigere enn f.eks. metoden med cementstabilisert hydraulisk fylling, men byr på alle dennes fordeler. Det fordelaktige omkostningsbilde for metoden er ikke minst basert på at én kWh elektrisk energi svarer til minst to kWh kjøle-energi.

Ved anvendelse av oppfinnelsen ved ferdiggjøring av fjellrom for lagring av faste gass- og/eller væskeformede medier oppnås tilsvarende fordeler, skjønt det i slike tilfeller ikke • produseres malm.

Det er klart at de viste og beskrevne' utførelsesformer

av oppfinnelsen bare er eksempler, og at de kan varieres innenfor rammen av patentkravene.

Det som er beskrevet ovenfor i forbindelse med mineralforekomster og fjellrom gjelder også i tilpasset form kull-forekomster eller andre faste fossile brensler enn kull.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte ved underjordisk brytning av mineralførende fjell eller ferdiggjøring av rom i fjell, hvorved hulrom som er dannet ved brytningen eller ferdiggjøringen helt eller delvis kan gjenfylles med temporært eller permanent stabiliserende is, hvis det kreves, eller på naturlig måte automatisk permanent stabiliserende is, avhengig av koldt klima, hvorved det dannede hulrom forberedes for isfylling ved at hulrommets vegger behandles med hensyn til det omgivende fjells geotermiske varmeinnhold, og at vann tilføres hulrommet under kjøling og frysing med-luft, og at det dannede islegeme opprettholdes, k a r a k t e r ■■i-s ert ved at det dannede hulrom i et første trinn over en viss tid forberedes for isfylling ved at det geotermiske varmeinnhold i hulrommets vegger delvis føres bort, slik at veggene får en temperatur under 0°C, at i et andre trinn vannet, eventuelt sammen med isstyrkeøkende materiale, f.eks. finkornet eller fiberformet materiale, tilføres skiktvis og intermitterende til hulrommet under kjøling og frysing av det tilførte vann sammen med eventuelt tilsatt isstyrkeøkende materiale, og at i et tredje trinn det frossede islegeme opprettholdes ved å føre bort den konstant tilstrømmende geotermiske energi over en tidsperiode som anses nødvendig for å oppnå hensikten, idet kjølingen og frysingen i samtlige tre trinn fortrinnsvis utføres ved hjelp av kunstig kjølt luft som strømmer i et lukket system, helt adskilt fra den normale ventilasjonsluft, men at det første og det tredje trinn kan utelates hvis de klimatiske forhold er slik at fjellet rundt hulrommet er frosset tilstrekkelig under frysepunktet, slik at en sterk is oppnås på naturlig måte, samt at også kunstig kjøling i det annet trinn kan tenkes å falle bort under hensiktsmessig kolde klimatiske forhold.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1 , karakterisert ved at kjølingen i samtlige tre trinn prinsipielt utføres med strømmende luft med avpasset volum og temperatur, som på i prinsippet kunstig måte får en temperatur under 0°C, hensiktsmessig under -5°C, og fortrinnsvis under -10°C, og helst under -15°C, og at, hvis de på stedet herskende klimatiske forhold tillater v det, den lave temperatur i den atmosfæriske luft med fordel utnyttes til helt eller delvis å erstatte kunstig kulde med naturlig kold luft.

3. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at hulrommets vegger i det første trinn, over et minst noen decimeter tykt skikt,fryses til noen, helst adskillige, minusgrader Celcius med strømmende luft.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den strømmende kjøleluft i det annet trinn føres inn, fortrinnsvis intermitterende, hovedsakelig i takt med vannutspredningen, slik at kjøleluften helt eller delvis avstenges under vannutspredningsperiodene og får strømme med full hastighet og fryse ned det tilførte vannskikt når det ikke skjer noen utspredning.

5. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at kjøleluften ved hjelp av i og for seg kjente innretninger, f.eks. vifter, styreskinner eller spjeld, gis en slik hastighet i det lukkede system at den kjøle-energi som er nødvendig for de forskjellige trinn tilføres de for kjølingen utsatte kontaktflater slik at disse innenfor en rimelig tid får den ønskede temperatur innenfor fremgangsmåtetrinnets aktuelle-tidsrom, og at det for styring og regulering med fordel anvendes prosessdatorer som i sin tur mottar nødvendige impulser og informa-sjoner fra i og for seg kjente avfølingsorganer.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at, hvis de atmosfæriske temperaturforhold på vedkommende sted tillater det, en viss hensiktsmessig mengde atmosfærisk luft periodisk og intermitterende tilføres det lukkede kjøleluftsystem i den hensikt å kompensere for eventuell temperaturøkning av kjøle-luften utover den ønskede på grunn av eventuell oppvarmning av denne ved geotermisk varme.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at de angitte kjøle- og frysetids-perioder, kjøle-og fryseluft-volumer og kjøle- og fryseluft-temperaturer, som sammen med naturlige parametre, som fjellets geotermiske varme (in situ-varme) samt den på vedkommende sted herskende atmosfæriske lufts temperatur,står i direkte og indirekte forbindelse, varieres og kombineres for å oppnå økonomisk optimale forhold og- utbytter, og at de innenfor systemet og forbindelsen direkte kontrollerbare parametre fortrinnsvis styres ved hjelp av en prosessdator og eventuelt prosessdator.— påvirkbare styreorganer for oppnåelse av denne totaloptimering.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1 , karakterisert ved at den. nevnte stabilisering av oppståtte hulrom i fjell oppnås ved utnyttelse av isens statiske (ikke viskøse) fysikalske og styrke-egenskaper innenfor temperaturområdet fra' 0°C til under -15°C, og fortrinnsvis innenfor temperaturområdet fra: -10°C til -15°C.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at isfyllingen i de dannede og deretter fylte hulrom i fjellet, etter en viss tidsperiode helt eller kari tillates å smelte, og at luft avkjølt under smelteprosessen, f.eks. ved varmeveksling, kan utnyttes for å kjøle vann som er nødvendig for isfylling av et annet hulrom i fjellet enn det hvor isavsmeltingen pågår, og at dette hensiktsmessig kan utnyttes i tilfellet av partiell avsmelting.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de i de dannede hulrom i fjellet frossede islegemer (is-plater, issøyler), ved fortsatt brytning eller fortsatte ut-tagninger av fjell, kan anvendes enten som arbeidsplattform for de fortsatte arbeider, hvis de fortsatte arbeider skjer i oppadgående retning, eller kan utgjøre et tak for de fortsatte arbeider, hvis disse skjer i nedadgående retning, hvorved det kunstig fremstilte istak er vesentlig sikrere og gjør det mulig lettere å kontrollere arbeidsmiljøet enn hva som var tilfelle under et naturlig fjelltak.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at når nedadgående retning ved brytning av mineralførende fjell eller uttagning av rom i fjellet benyttes , skapes det mulighet for å sløyfe, redusere eller henlegge til et senere tids-punkt de ellers nødvendige forberedende og i og for seg uproduktive arbeider, såkalt tilrettelegningsarbeider, hvilket medfører store omkostningsreduksjoner.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at isens styrke kanø kes ved hjelp av i og for seg kjente tilsetninger og innblanding av finkornet eller fiberformet materiale, og at det for dette formål med fordel kan anvendes avfall fra mineralbehandlingsverk, da isens styrke øker ved redusert kornstørrelse for det innblandede materiale, og at slike kornstørrelsefraksjoner også kan "innbakes" i isen uten at de har noen styrkeøkende effekt, men har miljøforbedrende og miljø-vernende effekt.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det ved brytning av mineralfunn eller tilrettelegning av fjellrom med stor bredde bare opprettholdes slisser for kjøle-luften i islegemets ytre deler\for; a vedlikeholde det; f rossede ..islegene..