ved bruk av MWD teknikker

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
Bruk av MWD for kvalitetskarakterisering av styrke
Formål
Undersøke hvordan MWD kan benyttes for kvalitetskarakterisering av en bergmasses
styrke der styrken er en kvalitetsparameter for industrimineralforekomsten.
30/03/2011
5/16
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
frekvens (bin size: 0,1)
140
120
100
80
BV001
BV002
60
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
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
Frekvens
Histogram for styrke
55000
50000
45000
40000
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
Histogram for de modellerte
styrkeverdiene (n=559 800)
-175 -155 -135 -115
-95
-75
-55
-35
-15
5
25
45
65
85
105
125
145
165
Styrke
30/03/2011
7/16
Bruk av MWD for kvalitetskarakterisering av styrke
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
Bruk av MWD for kvalitetskarakterisering av styrke
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
Bruk av MWD for kvalitetskarakterisering av styrke
30/03/2011
10/16
Bruk av MWD for kvalitetskarakterisering av styrke
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
Bruk av MWD for kvalitetskarakterisering av styrke
Funn / konklusjon
Automatistert datainnsamling
Generelt god overensstemmelse mellom områdene med høy modellert styrke og områder med
erfaringsmessig sterke bergarter (forventes å gi grovt gods ved 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
Bruk av MWD for kvalitetskarakterisering av styrke
Mulig å få et mer detaljert og nyansert bilde av styrkefordelingen i bruddet
30/03/2011
13/16
Bruk av MWD for kvalitetskarakterisering av styrke
30/03/2011
14/16
Bruk av MWD for kvalitetskarakterisering av styrke
30/03/2011
15/16
Bruk av MWD for kvalitetskarakterisering av styrke
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
`