Författare: Jan Bida och Per Murén, Sveriges Bergmaterialindustrier (SBMI)
Inledning om bergmaterial
Bergmaterial är nödvändigt för att bygga och utveckla infrastruktur, bostäder mm. Med krossat berg, naturgrus och återvunnet material bygger vi vägar, järnvägar eller tillverkar asfalt och betong. När bergmaterial används i byggen och anläggningar kallas det oftast ballast.
Den årliga svenska produktionen av bergmaterial är cirka 80 miljoner ton. Det gör bergmaterial till vår största industriprodukt – med ett värde jämförbart med järnmalmens. Bergmaterialindustrins verksamhet har stor ekonomisk och miljömässig betydelse för hela samhället.
Kvaliteten på råmaterialet – naturgrus, berg eller återvunnet material – beror på dess geologiska ursprung och på bearbetningen. När man hittat ett täktläge med bra råmaterial måste man ha tillstånd för att bearbeta den. Nästa steg är att planera och genomföra produktionen. Därefter levereras produkterna. När en verksamhet är avslutad ska anläggningen slutligen vara efterbehandlad.
Den svenska statistiken visar att nästan 60 % av bergmaterialen används till vägbyggande, cirka 12 % till betongframställning och resten till uppfyllningar och övriga användningar.
Dagens situation i Sverige
Ur statistik från Sveriges Geologiska Undersökning (SGU) för år 2004 kan man utläsa att antalet tillståndsgivna täkter är
- 765 st bergtäkter med en produktion av ca 47 miljoner ton
- 1590 st grus-eller moräntäkter med en produktion av ca 22 miljoner tonBergtäkterna är således betydligt färre men större än naturgrustäkterna och kräver mycket större investeringar för att drivas.
Uttagen av berg och grus följer dels infrastrukturbyggandets stora behov och dels de demografiska förhållandena – i befolkningstäta områden behövs bergmaterial.
I genomsnitt förbrukar vi ett lastbilslass (9-10 ton) bergmaterial per person varje år!
För utvinning av bergmaterial gäller lagstiftningen i Miljöbalken. Den har förändrat ett flertal gånger under senare tid och är ganska komplicerad. Tillståndsärenden kräver idag omfattande utredningar och tar ofta mycket lång tid att behandla – oftast flera år. I denna process vägs naturmiljön mot bebyggd miljö och ekonomi. Branschföreträdare framför ofta kritik mot att bedömningarna inte gynnar effektiv och billig produktion, vilket i långa loppet ger högre byggmaterialkostnader. Bland annat är det villkoren i täkttillstånden, som påverkar prisbilden uppåt. Även materialtransporterna är en kostsam och miljömässigt negativ faktor, som måste vägas in i bedömningarna när en ny täkt ska lokaliseras.
Utöver uttagen i täkter produceras bergmaterial i samband med anläggningsbyggande, där materialet oftast används direkt vid samma objekt där det bryts. Denna typ av utvinning följer inte samma lagstiftning som täktverksamhet. Här gäller i stället bygglovsbestämmelser.Historik för bergmaterialbranschen
Årliga mätningar av produktionsvolymer har skett sedan år 1984, men det finns historiska uppgifter som medger en grov kartering ända tillbaks till 1930-talet.
Efter rekordåren under 1970-talet (miljonprogrammet) har volymerna stabiliserat sig kring 70-80 miljoner ton per år.
Fördelningen mellan naturgrus och bergkross har ändrats radikalt under de senaste 20 åren och detta är en stor omställning för branschen.
Fram till år 1990 utgjorde naturgruset ca 70 miljoner ton per år, men den siffran har sjunkit till 22 miljoner ton för år 2004. Denna utveckling har styrts dels av efterfrågan och dels med politiska medel. Regeringens s.k. naturgrusmål innebär att årliga förbrukningen av naturgrus i Sverige ska ha minskat till 12 miljoner ton fram till 2010.
En liten men ökande andel av materialflödet består av återvunnet material i form av schaktmassor, rivningsmaterial mm.Detta kommer säkert att öka och erfarenheter från utlandet pekar på att
återvinningsprocenten med tiden hamnar kring 20 %.
Summerat i stort har alltså andelen krossberg ökat från 1950-talets obetydliga mängder upp till dagens ca 47 miljoner ton per år. Till detta kommer stora volymer från sprängning i anläggningsarbeten.
En stor förändring under de senaste 60 åren är således att de sprängda volymerna ökat från nära ingenting till nästan 50 miljoner ton per år. Tack och lov att utrustningar och metoder förbättrats!
Utveckling av produktionen
Principen för bergschakt är idag densamma som för 60 år sedan!
I bergtäkter är det fråga om pallsprängning, något som innebär borrning av stående hål (något lutande). Borrhålen måste utföras med god precision för gott resultat, bl a bra styckefall. Försättning, hålavstånd, specifik laddning, sprängämnestyp, tändplan mm påverkar styckefall, risk för kast mm. Håldiametern ökar i princip med pallhöjden (20 m eller mer än inte ovanligt i bergtäkter. Borrhålen laddas kraftigast i botten där berget är mest inspänt, mindre ovanför bottenladdningen (pipladdning), medan ovandelen fylls med sand. Tändplanen har stor betydelse för styckefall, stenkast och yttre miljöpåverkan. Intervallsprängning innebär att hålraderna sprängs loss stegvis med en viss intervalltid. Vid produktionssprängning används numera i regel pumpbara bulksprängämnen på grund av deras enkelhet och den goda ekonomin.
Källa: Fritt efter Asfaltboken
Teknisk information ”PLAYBOY”
1950 talet
År 2005
Borrmaskiner
Handhållen / tryckluft
Hydralriggar på larvband
Sprängämne
Patronerat ”gubbar”
Pumpbara emulsioner
Tändmedel
Krutstubin
Elektriska/non-el/elektroniska kapslar
Hålsättning
Stakkäpp
Inklinometermätning
Vibrationskontroll
—
Registrerande mätutrustning
Gräv- & lastmaskiner
Mekaniska/linor
Hydralmaskiner
Skuthantering
Sprängning
Knackning hydralhammare
Transportfordon
Kärror / lastbil
Truck/dumper/lastbil
Några kommentarer till utvecklingen:
Redan före sprängningsarbeten kan uppgifter samlas för att förbättra arbetsförfarandet. Verktygen är bl a geofysisk kartering och mätning under provborrning (MWD). Det utesluter inte att erfarna bergarbetare kan ”läsa berget” även idag och anpassa borr-och laddplaner till verkliga förhållanden. Kanske kombinationen av studier av bergytorna med resultaten från provtagningar är den säkraste arbetsmetoden.
Borriggar och borrmaskiner
Det tunga arbetet med handhållna tryckluftsborrar är helt borta i täktverksamheten från 1970-talet. Utveckling av bandburna eller hjulburna borriggar har ökat borrkapaciteter och säkerhet betydligt. Numera är det enbart hydrauldrivna riggar som gäller och datorstyrningen blir mer och mer avancerad. Där används automatisk hantering av borrstål, hålriktning, borrhålslängd och loggning av resultaten. Wassara vattendrivna sänkhammare är en intressant och tekniskt avancerad utveckling, där samma vatten driver borren och är kyl-och spolmedium. Även ljudnivån blir låg i och med att sänkhammaren följer med ner i djupet då hålet borras. Normalt är dagens borriggar med hytt relativt väl isolerade för att minska ljudnivån för maskinisten.
För att dämpa det yttre bullret har man också utvecklat riggar där hela matarbalken byggts in och isolerats och ljudnivån sänkts med upp till 9 dB.
Hålmätning
Raka hål eftersträvas vid nästan all bergborrning. Med lägre matningshastigheter var det lättare att hålla raka hål medan önskan om hög kapacitet också utgör en risk för krokiga hål. För att förbättra resultaten
används ofta numera styrrör och styrborrkronor. Resultatet kan sedan mätas som avvikelsemätning av ansättning, riktning och rakhet. Vid avvikelser kan man försöka kompensera genom varierande laddningsmängder i olika hål.
En annan aspekt på avvikelsemätning är säkerheten, eftersom stensprut kan uppstå vid sprängning av felriktade hål. Stensprut utgör en fara för både människor och omgivning i övrigt.
Dammbekämpning
Under lång tid var det inte aktuellt att suga bort det damm, som bildas vid borrning och sprängning. Vid fuktig väderlek var problemen mindre men under torra vinterdagar kunde dammet bli besvärande. De flesta borriggar idag är utrustade med dammavskiljare, så att dammet samlas upp i säckar. En annan metod är att dammbindningsmedel och vatten tillsätts spolsystemet. Här finns dock vissa begränsningar vid kall väderlek. Vid sprängning och lastning används mestadels vattning för minimering av dammproblemen.
Borrplaner
När borrplaner utformas bestäms faktorer som hålsättning, håldiameter, underborrning etc med ledning av bergets egenskaper, tillgänglig utrustning och brytningsplaneringen. Förr upprättade borrplaner enbart manuellt. Numera kan det ske både manuellt och med datorstöd. Detta senare ger möjligheter till simuleringar av olika alternativ.
Exakta borrplaner hjälper inte om borrhålen lutar mot varandra…
Tändmedel
Krutstubinen ersattes av elekrisk tändning. Utvecklingen går mot alltmer exakta tändkapslar och den senaste elektroniska sprängkapseln har en noggrannhet av l millisekund. Detta medger styrning av kastriktning, vibrationer och kanske även styckefallet på ett helt annat sätt än tidigare. Elektroniska sprängkapslar är ännu inte standardvara i täktsprängning. Här pågår forskning och introduktion.
Sprängämnen
Patronerade sprängämnen används fortfarande på samma sätt som tidigare, men vid större pallsprängningar har användningen av pumpbara emulsionssprängämnen effektiviserat arbetet. Emulsion pumpas från tankbilar direkt i borrhålen och komponenterna görs till sprängämne först i samband med laddningen. Emulsionssprängämnen har hög förmåga att motstå väta och kan oftast pumpas i vattenfyllda hål. Laddningsprocessen blir säkrare, mer rationell och säkrare för både yttre och inre miljö. Spillet kan minskas, men kvarstående sprängmedelsrester är fortfarande desamma som för andra sprängämnen.
Vibrationer och luftstötvåg
Höga vibrationsvärden innebär risk för skador på kringliggande anläggningar och hus. Människor och djur är också mycket känsliga för vibrationer, även om man i och för sig inte tar någon fysisk skada. Mätning av vibrationer i praktisk skala började på 1960-talet och utrustningarna har hela tiden förfinats. Idag är detta en standardprocedur och ett krav i täkttillstånd att mäta vibrationsvärden och oftast också luftstötvåg vid varje sprängsalva. Tillåtna vibrationsvärden brukar ligga kring 4-10 mm/s.
Skuthantering
Med god sprängning kan mängden storsten i salvan minskas, men om man strävar efter alltför liten skutandel kan man i stället råka ut för oönskat stor andel finmaterial (stenmjöl). En viss sönderdelning av storsten måste man alltså ta med i beräkningen. Förr sprängdes skutstenen med påläggsladdningar eller i grunda hål, något som tog lång tid och var dyrt. Idag används oftast hydrauliska hammar för att knacka skut. Ett alternativ kan vara att släppa en stor stålkula på skuten.
Grävmaskiner och lastmaskiner
Övergången från naturgrus till bergtäkter har påskyndat utvecklingen av oömma maskiner. I grustäkter användes ofta linstyrda grävmaskiner eller slängskopor. Detta är inte möjligt i bergtäkter. Kraven på brytkraft och anpassning till olika grovlek i salvan har utvecklat hydrauldrivna maskiner med mycket goda prestanda. Det finns många synpunkter på val av maskin för lastning av bergsalvor. Det vanligaste är en relativt stor bandburen djupgrävare, men i många fall är en höjdgrävare att föredra.
Transportfordon
På samma sätt som för lastmaskinerna har prestanda och slitstyrka ökat jämfört med de tidigare maskinerna, som användes i 50-och 60-talen. Lastbilarna har anpassats till nya lastbestämmelser och de vanligaste bergbilarna är nu semitrailers för 30-35 tons last. Inom bergtäkter är dumpers de mest förekommande fordonen för transporter 0-2 km. För distribution av bergmaterial till kund används vanliga 2-eller 3-axliga lastbilar.
Principuppbyggnaden för transportfordon har varit densamma under mycket lång tid – dvs som lastbil eller truck. Ett undantag är den midjestyrda dumpern, som genom sin smidighet och framkomlighet har blivit mycket populär. Den började en gång i tiden som traktor och vagn i sinnrik hopkoppling och kallades ”Grus-Lisa”.
En stor del av kommentarerna har hämtats ur ”Kartläggning av teknologi och ingenjörshjälpmedel för bergmaterialproduktion”, Eva Johansson, Luleå Tekniska Universitet 2003.
Litteratur
Sand, grus och krossberg – produktion och tillgångar 2004Sveriges Geologiska Undersökning publ 2005:3
Aktuell information på nätet från branschföreningenSBMIwww.sbmi.org
Berg för byggande – om bergmaterialindustrinGrus och Makadamföreningen 2001
Kartläggning av teknologi och ingenjörshjälpmedel för bergmaterialproduktion
Eva Johansson, Luleå Tekniska Universitet 2003
Ett projekt inom MinBaS-programmet
Asfaltboken (finns numera endast som digital upplaga)www.asfaltskolan.se
BEF-nytt -Bergsprängningsentreprenörernas Föreningwww.bergef.com