Geologista kartoitusta 1000 metrin syvyydessä

Kemin kromikaivoksen laajennus takaa malmintuotannon tulevaisuuden

Kuva: Tea Niiranen

Kemin kromikaivoksen laajennus takaa malmintuotannon tulevaisuuden

Outokummun Kemin kromikaivos on ollut tuotannossa vuodesta 1968 alkaen. Avolouhoksena alkanut kaivostoiminta siirtyi maanalaiseen tuotantoon vuonna 2003. Kaivoksessa louhitaan kromimalmia, joka jatkojalostetaan kaivoksen omilla rikastamoilla pala- ja hienorikasteeksi, jota käytetään Outokummun ruostumattoman teräksen tuotantoketjussa. Kemin kaivos on 2,7 Mt vuotuisella malminlouhintamäärällä Suomen suurin maanalainen kaivos ja samalla tärkeä osa ruostumattoman teräksen valmistuksen huoltovarmuusketjua. 

Nykyinen kaivoksen päätaso sijaitsee 500 metriä maanpinnan alapuolella, ja malmivaroja on louhittu tämän tason yläpuolelta. Tehokas malmintuotannon jatkuminen edellyttää uuden päätason, kivilinjan ja nostokuilun rakentamista syvemmälle kaivokseen. AFRY on ollut osaltaan mukana Kemin kaivoksen DeepMine-projektissa jo esisuunnitteluvaiheesta asti.  Suunnittelualoista ovat olleet mukana kaivos-, kalliorakennus-, arkkitehti-, rakenne-, mekaniikka-, automaatio-, sähkö- ja LVI-osastot. Nyt päättymässä olevat kalliorakennusurakat ovat olleet mielenkiintoinen ja haastava kohde myös AFRYn työmaapalvelun geologi- ja kalliorakennussuunnitteluryhmälle. 

Deepmine –projektin kalliorakennusurakan suunnittelukokonaisuus (siniset osuudet)
Deepmine –projektin kalliorakennusurakan suunnittelukokonaisuus (siniset osuudet)

Geologit kilometrin syvyydessä 

Vuoden 2017 helmikuussa alkanut kalliorakennusurakka toi Kemin kaivokselle myös AFRYn työmaapalvelun geologit ja suunnittelijat. Projekti on ollut monella tavalla mielenkiintoinen, sillä siinä yhdistyvät sekä perinteinen infra-rakentaminen, että kaivosolosuhteet ja kaivosmaailmaan liittyvä käytännönläheinen suoraviivaisuus. Oman lisänsä työskentelyyn DeepMine-projektin työmaalla tuo myös syvyydestä johtuvat kallio-olosuhteet.  

Ajomatka maanpinnalta kohti 1023 metrin syvyydellä olevaa uutta päätasoa kestää noin puoli tuntia. Alaspäin laskeuduttaessa luolaston lämpötila tasaantuu keskimäärin 16 asteen tienoille tarjoten tasaiset työskentelyolosuhteet ympärivuotisesti. Syvällä kalliossa tasaisen lämpötilan lisäksi läsnä on myös kalliomassan ja mannerlaattojen puristava paine. Kilometrin syvyydessä tämä paine on 50 MPa:n suuruinen. Käytännössä tämä vastaa sitä, että noin 400 linja-autoa pinottaisiin yhden neliömetrin kokoiselle alueelle. On kuitenkin hyvä muistaa, että kalliomassan lujuus alueella, jonne uusia tiloja rakennetaan, on keskimäärin huomattavasti suurempi kuin 50 MPa.  

Poikkeukselliset kalliotekniset tilat 

Haasteellisten olosuhteiden lisäksi kaivoksen kivenkäsittelylinjan rakenteiden ja toiminnan edellyttämät tilat ovat perinteiseen kalliorakentamiseen nähden poikkeuksellisia. Esimerkiksi murskaamotilat ovat useassa kerroksessa toimiva kokonaisuus, jossa jopa 300 metriä ylempänä tuotantotasoilta kaatonousuihin lastattu malmi murskataan ja kuljetetaan esimurskesiiloihin.  

30 metriä korkeisiin siiloihin on louhittu liittyvät tunnelit neljältä eri korkeustasolta. Siilojen louhinta ja lujittaminen on tehty ns. vajutusmenetelmällä, jossa yksittäinen siilo louhitaan pitkäreikätekniikalla valmiiksi, ja tukemistyöt tehdään louhepatjan päältä 2-3 metrin osuuksissa. Siiloa tyhjennetään lujituksen edetessä alapuolisesta tunneliperästä.  

Uuden murskaamon havainne- ja leikkauskuva
Uuden murskaamon havainne- ja leikkauskuva

Uusi nostokuilu ulottuu maanpinnasta -1080 metrin tasolle. Kuilun louhinta ja tukeminen tehdään viidessä 200 - 300 metrin osuudessa. Jokaisen osuuden alapäähän on louhittu työtunneli, joka on edellytys ns. täysprofiiliavauksen tekemiseksi. Avauksen jälkeen kuilu avarretaan lopulliseen mittaansa poraus-räjäytysmenetelmällä. Louhinta- ja lujitustyöt tehdään siirrettävältä työtasolta ylhäältä alaspäin edeten. AFRY on määrittänyt kuilun lujitusrakenteet geologien 3D-valokuvista laatimien kalliolaatumääritysten avulla. 

Yhteistyöllä kestäviä tiloja 

Kannattavan kaivoksen elinehto on toimiva ja turvallinen malmilinja, eikä kalliotilojen louhinnassa voida luottaa pelkästään siihen, että kivi alueella on kestävää. Tunnelitiloja ympäröivän kallion laatu on oltava tiedossa, kun tiloja lujitetaan rakentamista ja tuotantoa varten. Tämän vuoksi tarvitaan jatkuvaa geologista kartoitusta kivilaadun määrittämiseksi ja heikkous- ja ruhjevyöhykkeiden tunnistamiseksi. Louhinnan aikana tunneleista kartoitettu rakennegeologia on ollut perustana luotettavien lujitussuunnitelmien laatimiselle. 

Kalliomassan jännitystila purkautuu usein epäedullisista louhintageometrioista tai kalliossa esiintyviä heikkouksia pitkin. Kun louhintojen aikaisissa kartoituksissa huomataan piirteitä, jotka saattaisivat heikentää louhittavien tilojen pysyvyyttä, voidaan louhintasuunnitelmia tai tuentasuunnitelmia muuttaa nopeallakin aikataululla. Hyvinä esimerkkeinä nopeasta reagoinnista louhinnassa eteen tulleisiin haasteisiin ovat esimerkiksi tunnelilinjausten sekä louhintageometrioiden muutokset, joilla pyrittiin vastaamaan paremmin vallitseviin kallio-olosuhteisiin. Lisäksi louhintojen vaiheistuksen suunnittelulla, jota tehtiin jatkuvassa yhteistyössä louhintaurakoitsijan (Skanska) kanssa, pyrittiin vaikuttamaan louhintojen onnistumiseen sekä työmaan turvallisuuteen. 

Työnaikaisen suunnittelun ohella DeepMine-projektissa on jatkuvasti työstetty myös kalliomekaanisia simulointeja, joilla on tarkasteltu kalliomassan käyttäytymistä louhintojen edetessä. Simulointimalleja hyödynnetään niin tilojen ja kalliopilareiden mitoituksissa kuin myös kalliolujitussuunnittelussa. Kuvaavaa tälle projektille onkin ollut saumaton yhteistyö kaikkien projektin osapuolien kanssa, niin ulkoisesti tilaajan ja louhintaurakoitsijan kanssa kuin sisäisesti esimerkiksi, geologien, kalliorakennussuunnittelijoiden, kalliomekaanikkojen, lvi-suunnittelijoiden, mekaanisten suunnittelijoiden ynnä muiden suunnittelualojen kesken. 

Geologista kartoitusta 1000 metrin syvyydessä
Geologista kartoitusta 1000 metrin syvyydessä (Kuva: Tea Niiranen)

Alkukesän 2020 aikana valmistuvien louhintojen myötä työmaalta poistuva AFRYn geologi- ja kalliorakennussuunnittelijatiimi on kartoittanut ja valvonut Deep-projektin aikana yhteensä noin 5 500 tunnelimetrin edestä uusia kalliotiloja. Louhintaurakan valmistuttua työmaalle saapuvat seuraavaksi mm. betonirakenteiden tekijät sekä laite- ja automaatioasentajat. Valmistuessaan vuoden 2021 aikana uusi päätaso ja kivenkäsittelylinjasto on tilavuudeltaan yli 350 000 kuutiometrin suuruinen kokonaisuus. 1080 metrin syvyyteen ulottuva nostokuilu sekä kivenkäsittelylinja takaavat tasaiset tuotanto-olosuhteet Kemin kaivokselle pitkälle tulevaisuuteen.  

Ota yhteyttä:

Ville-Matti Seppä

Osastopäällikkö, geologia ja kaivossuunnittelu