Vattenhantering underjord
Avslamningsbassänger och pumpgropar
Melina Stender
Högskoleingenjör, Berg- och anläggningsteknik 2018
Luleå tekniska universitet
Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser
Förord
Detta!examensarbete!har!utförts!åt!Boliden!AB!som!en!avslutande!del!i!min!utbildning!
till!Högskoleingenjör!inom!Berg=!och!anläggningsteknik!på!Bergsskolan!i!Filipstad,!en!
del!av!Luleå!Tekniska!Universitet.!Studiebesök!har!gjorts!i!underjords!gruvor!som!ligger!
i!Bolidenområdet!samt!i!Garpenberg.!!
!
Tack!till!Fredrik!Jonsson,!Johnny!Persson,!Bo!Renström,!Reidar!Eriksson,!Jonny!
Gustavsson,!Andreas!Markström!och!Erik!Sundberg!som!har!tagit!er!tiden!att!visa!runt!
mig!i!gruvorna!och!besvarat!mina!funderingar.!Tack!till!mina!handledare!Alf!Westerlund!
(intern)!och!Pernilla!Lirell!(extern).!Ett!stort!tack!riktas!till!Arne!Renström,!Michael!
Andersson!och!Nils!Kågström!för!att!ni!varit!till!stor!hjälp!under!arbetets!gång.!Tack!till!
Jörgen!Norling!och!Stephan!Söderberg!i!Zinkgruvan!för!studiebesöket.!!
!
Slutligen!ett!stort!tack!till!familj!och!vänner!som!har!stöttat!och!trott!på!mig!under!
studietiden.!
!
Karlskoga!den!23!maj!
!
Melina!Stender! ! !
!
Sammanfattning
Examensarbetet!handlar!om!avslamningsbassänger!och!pumpgropar!i!Bolidens!svenska!
underjordsgruvor.!Avslamningsbassänger!och!pumpgropar!är!en!del!av!
vattenhanteringen!i!gruvorna.!I!dagsläget!är!designen!och!arbetssättet!i!gruvorna!olika.!
Målet!är!att!konstruera!och!dimensionera!en!avslamningsbassäng!som!passar!alla!
gruvor!samt!dokumentera!nuvarande!design!och!arbetssätt.!Syftet!är!att!få!fram!ett!
underlag!till!en!SOP!(standard!operating!procedure).!
!
Metodiken!består!främst!av!fältstudier!som!utförts!i!Kristinebergsgruvan,!
Renströmsgruvan,!Kankbergsgruvan!samt!Garpenbergsgruvan.!Även!ett!besök!i!en!
annan!svensk!underjordsgruva!har!gjorts!för!att!se!hur!designen!och!arbetssättet!ser!ut!i!
en!gruva!som!inte!tillhör!Boliden.!En!enklare!litteraturstudie!har!även!genomförts!för!att!
dels!få!en!inblick!i!hur!optimal!sedimentering!fungerar!samt!om!tidigare!studier!har!
gjorts!om!detta!ämne.!Tillämpning!av!Stokes!lag!samt!Hazens!ytbelastningsteori!har!
använts!för!att!dimensionera!avslamningsbassängen!med!hänsyn!till!optimal!
sedimentering.!
!
Två!olika!designer!på!en!pumpgrop!och!två!olika!designer!på!en!avslamningsbassäng!
har!tagits!fram.!En!horisontell!pumpgrop!som!kräver!lite!drivning!i!berget!samt!en!mobil!
pumpgrop!som!är!en!färdig!konstruktion!vilken!kan!byggas!ovanjord.!I!den!mobila!
pumpgropen!undviks!sedimentering!som!gör!att!slamhanteringen!kan!flyttas!till!ett!
lämpligare!ställe.!Där!det!exempelvis!är!lättare!att!ta!reda!på!slammet.!För!
avslamningsbassängen!togs!det!fram!en!enkel!avslamningsbassäng!samt!två!stycken!
parallella!avslamningsbassänger!där!sedimentering!sker!i!två!steg.!
!
Med!ett!antagande!att!flödet!in!i!avslamningsbassängen!är!20!m3/h!och!
partikelstorleken!i!slammet!är!0,02!mm!behöver!arean!vara!80!m2.!Eftersom!den!
beräknade!sedimenteringshastigheten!och!ytbelastningen!aldrig!kan!tillämpas!fullt!ut!
behöver!bassängen!överdimensioneras.!
!
!
!
!
!
!
!
!
!!
!
!
!
!
!
!
!
Nyckelord*
!
Abstract
The!thesis!is!regarding!settling!basins!and!sumps!in!the!Swedish!underground!mines!of!
Boliden!AB.!Settling!basins!and!sumps!are!a!part!of!the!water!management!in!the!mines.!
However,!in!the!current!situation!the!design!and!operation!differs!between!the!mines.!
The!aim!of!this!study!is!to!document!the!current!the!design!and!working,!and!to!design,!
construct!and!dimension!a!settling!basin!that!fits!in!all!mines,!which!will!be!the!basis!for!
a!standard!operating!procedure!(SOP).!
!
The!method!consists!mainly!of!field!studies!conducted!in!the!Kristineberg=,!the!
Renström=,!the!Kankberg=,!and!the!Garpenberg!mine.!A!visit!was!also!made!to!an!
underground!mine!that!is!not!owned!by!Boldien!AB,!the!purpose!was!to!see!how!the!
design!and!working!is!in!a!non=Boliden!mine.!!A!literature!study!was!also!performed,!
partly!to!get!an!insight!into!the!optimal!sedimentation!and!if!previous!studies!have!been!
made!on!this!topic.!Application!of!Stokes!law!and!Hazens!surface!load!was!used!for!the!
dimension!of!the!settling!basins!with!consideration!to!optimum!sedimentation.!
!
For!both!the!sump!and!the!settling!basin!two!different!designs!have!been!developed.!For!
the!sumps!a!horizontal!sump!was!developed!that!requires!little!mining,!and!a!mobile!
sump!which!is!a!complete!structure!that!can!be!built!above!the!ground.!In!the!mobile!
sump!the!sedimentation!is!not!allowed.!Instead!the!cleaning!of!settling!mud!can!be!on!a!
more!appropriate!place,!for!example!where!it!is!easier!to!operate!a!loader.!For!the!
settling!basins,!a!simple!settling!basin!was!designed,!and!a!parallel!settling!basin!where!
sedimentation!takes!place!in!two!steps!were!constructed.!!
!
With!an!assumption!that!the!inflow!in!the!settling!basin!is!20!m3!and!the!particle!size!of!
the!sludge!is!0.02!mm!the!area!should!be!80!m2.!Since!the!calculated!sedimentation!
velocity!and!surface!load!can!never!fully!be!applied,!the!settling!basin!needs!to!be!
overdimensioned!/oversized.!!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
Innehållsförteckning*
1.*INLEDNING* 5!
1.1*BOLIDENOMRÅDET* 5!
1.2*GARPENBERGSGRUVAN* 5!
1.3*BAKGRUND* 6!
1.2*PROBLEMFORMULERING* 6!
1.3*SYFTE*OCH*MÅL* 6!
1.4*AVGRÄNSNINGAR* 6!
2.*METOD* 7!
3.*LITTERATURSTUDIE* 8!
3.1*BRYTNING*I*BERG* 8!
3.4*PUMPGROPAR* 9!
3.2*SEDIMENTERING* 11!
3.3*YTBELASTNINGSTEORIN* 11!
4.*FÄLTSTUDIER* 13!
4.1*KRISTINEBERGSGRUVAN* 13!
4.2*RENSTRÖMSGRUVAN* 14!
4.3*KANKBERGSGRUVAN* 14!
4.4*GARPENBERGSGRUVAN* 15!
4.5*ZINKGRUVAN* 16!
5.*RESULTAT* 19!
5.1*PUMPGROP*VID*RAMPEN* 19!
5.2*MOBIL*PUMPGROP* 20!
5.2*AVSLAMNINGSBASSÄNG*MED*FUNDAMENT* 21!
5.3*YXFORMAD*AVSLAMNINGSBASSÄNG* 21!
5.4*DIMENSIONERING*AV*AVSLAMNINGSBASSÄNG* 23!
6.*DISKUSSION* 24!
7.*SLUTSATS* 26!
8.*REKOMMENDATIONER* 27!
9.*REFERENSER* 28!
1.*Inledning*
Boliden!AB!har!verksamheter!inom!prospektering,!gruvor!och!smältverk.!I!koncernen!
arbetar!cirka!4900!personer!och!omsättningen!ligger!på!37!miljarder!kronor.!Boliden!AB!
verkar!i!fem!gruvområden!och!har!både!brytning!i!underjordsgruvor!samt!dagbrott:!
Aitik!i!Gällivare,!Bolidenområdet!i!Skelleftefältet,!Garpenberg!i!Dalarna,!Kylylahti!i!
Finland!och!Tara!i!Irland.!(Boliden!AB,!2016).!Figur!1!visar!den!geografiska!översikten.!
Figur*1*Geografisk*illustration*över*placeringen*av*Bolidens*smältverk*och*gruvor*(Boliden*Mineral*AB,*2016)*! 1.1*Bolidenområdet*
I!Skelleftefältet!i!Västerbotten!har!Boliden!tre!underjordsgruvor.!Kristineberg,!Renström!
och!Kankberg.!I!Kristineberg!och!Renström!bryts!en!komplex!sulfidmalm!som!innehåller!
zink,!koppar,!bly,!guld!och!silver.!!
Kristinebergsgruvan!öppnades!år!1940!och!är!den!äldsta!gruvan!som!fortfarande!är!i!
drift!i!Bolidenområdet.!!
Renströmsgruvan!är!den!djupaste!i!Sverige!med!en!djupramp!som!når!1340!meters!
djup.!!
Kankbergsgruvan!är!nyligen!återöppnad!(2012)!då!det!upptäcktes!en!fyndighet!av!guld!
och!tellur.!Gruvan!når!ett!djup!på!ca!500!m!idag!(Boliden!AB,!2016).!
!
1.2*Garpenbergsgruvan*
I!Dalarna!sträcker!sig!den!anrika!Bergsslagen!där!Garpenbergsgruvan!ligger.!Detta!är!
Sveriges!äldsta!gruvområde!som!fortfarande!är!i!drift.!Även!här!bryts!en!komplex!malm!
innehållandes!zink,!bly,!koppar,!silver!och!guld.!Gruvan!når!ett!djup!idag!på!1250!meter.!
Brytningsmetoden!är!huvudsakligen!skivpallsbrytning.!En!nyligen!utvidgning!av!gruvan!
gjordes!2011=2015.!Detta!ledde!till!en!produktionsökning!från!1,4!till!2,5!miljoner!ton!
malm!(Boliden!AB,!2016).!
!
Introduktion Strategi Marknad Verksamheten Bolagsstyrning Finansiella rapporter
Boliden Årsredovisning 2015 Gruvor och smältverk 27
RÖNNSKÄR
Världsledande på elektronik återvinning Huvudprodukterna i koppar- och blysmält- verket i Skellefteå är koppar, guld, silver och bly samt biprodukter som svavelsyra och zinkklinker. Råvarorna är kopparkoncentrat från Boliden och externa koncentrat. Rönn- skär är världens största verk för återvinning av elektronik med en kapacitet på 120 kton per år. Rönnskär använder också en rad andra material som återvinns.
Kopparproduktion: 206 (217) kton Rörelseresultat: 727 (405) MSEK Medelantal anställda: 800 (829) FTE
SMÄLTVERK
KOKKOLA
Europas näst största zinksmältverk kompletteras med silver Kokkola i västra Finland producerar zink och zinklegeringar, svavelsyra samt sedan 2014 silver i koncentrat. Kokkola har hög produktivitet och den nya anläggningen för silverutvinning ökar Kokkolas flexibilitet och konkurrenskraft i en tid när världens zink- gruvor tenderar att ha allt högre silverinne- håll. Vid Kokkola används såväl egenutveck- lad direktlakningsmetod som konventionell rostningsteknik vilket ger bra flexibilitet att hantera olika råvaror. Största delen av zink- koncentraten kommer från Bolidens gruvor.
Kokkola är världens åttonde största och Europas näst största zinksmältverk.
Zinkproduktion: 306 (302) kton Silver i koncentrat, produktion: 16 (6) ton Rörelseresultat: 739 (459) MSEK Medelantal anställda: 534 (546) FTE
HARJAVALTA
Koppar, nickel och ädelmetaller Harjavalta i sydvästra Finland producerar koppar, nickelskärsten, guld och silver samt biprodukter som svavelsyra och åtskilliga metaller i koncentrat. Råvarorna köps huvudsakligen från externa leverantörer.
Vid halvårsskiftet ändrades affärsmodellen för nickel då inköp av nickelkoncentrat och försäljning av nickelskärsten sker i egen regi och inte, som tidigare, på så kallad tolling basis med endast en affärspartner.
Harjavalta är Västeuropas största nickel- smältverk.
Kopparproduktion: 126 (130) kton Nickel i skärstensproduktion: 17 (-) kton Rörelseresultat: 736 (279) MSEK Medelantal anställda: 387 (399) FTE
ODDA
Zink till Europas stålindustri Smältverket Odda vid Hardangerfjorden i Norge producerar zink och zinklegeringar samt aluminiumfluorid och svavelsyra. Odda använder direktlakning och konventionell rostningsteknik. Råvarorna levereras av Bolidens gruvor och externa gruvor i Europa. Under 2015 och 2016 pågår ett projekt för att öka kapaciteten genom att eliminera flaskhalsar. Zinkproduktionen går framför allt på export till stålindustrin i Europa. Aluminiumfluorid säljs huvud sak- ligen i Norden.
Zinkproduktion:163 (166) kton Rörelseresultat: 390 (209) MSEK Medelantal anställda: 289 (282) FTE
BERGSÖE
Fyra miljoner bilbatterier blir åter bly Bergsöe i södra Sverige är en av Europas största återvinningsanläggningar av blybatterier. Huvudprodukterna är bly och blylegeringar. Merparten av blyproduk- tionen säljs till batteriindustrin i Europa som därmed kan återanvända blyet och en mindre del används till bland annat blyplåt.
Genom återvinning av cirka 70 kton bly- batterier per år från Europa, mot svarande cirka fyra miljoner uttjänta bilbatterier, bidrar Bergsöe till blymetallens kretslopp.
Produktion blylegeringar: 45 (44) kton Rörelseresultat: 18 (45) MSEK Medelantal anställda: 71 (69) FTE
● TARA
GARPENBERG ● BOLIDENOMRÅDET ●
AITIK ●
RÖNNSKÄR ●
KYLYLAHTI ●
ODDA ●
BERGSÖE ●
● KOKKOLA
● HARJAVALTA
● GRUVOR
● SMÄLTVERK
1.3*Bakgrund*
Vattenhanteringen!är!en!viktig!aspekt!i!underhåll!av!gruvorna!för!att!de!inte!ska!bli!
vattenfyllda.!Vattnet!i!underjordsgruvor!kommer!dels!naturligt!genom!sprickor!och!
svaga!delar!i!berget.!Vatten!kommer!även!från!borriggar!när!de!borrar!spränghål!i!
berget.!Borrhålet!spolas!rent!med!vatten!vilket!tar!med!borrkaxet.!Vatten!används!även!
för!att!vattna!väggar!och!körbanor!för!att!minimera!luftburet!damm!(McCarthy!&!
Dorricott,!2011).!Detta!gör!att!vattnet!innehåller!stor!andel!slam!som!då!måste!avskiljas.!
För!att!dessa!volymer!vatten!inte!ska!hamna!på!oönskade!platser!bör!vattenhanteringen!
vara!väl!fungerande.!Pumpgroparna!samlar!upp!vattnet!först,!för!att!sedan!pumpa!det!
vidare!till!avslamningsbassänger.!!
1.2*Problemformulering*
Idag!är!det!skillnad!mellan!hur!gruvorna!utformar!avslamningsbassänger!och!
pumpgropar.!Genom!ökad!produktion!malm!och!fortsatt!drivning!i!gruvorna!tillförs!mer!
vatten!i!processerna!som!gör!att!nya!och!fler!pumpgropar!samt!avslamningsbassänger!
krävs.!En!gemensam!standard!skulle!underlätta!för!att!effektivisera!nybyggandet!av!
avslamningsbassänger!och!pumpgropar.!!
1.3*Syfte*och*mål*
Rapportens!syfte!är!att!konstruera!och!dimensionera!en!ideal!avslamningsbassäng!som!
kan!bli!underlag!för!en!SOP!(standard!operating!procedure).!Även!dokumentera!
nuvarande!design!och!arbetssätt!på!avslamningsbassänger!och!pumpgropar!i!Bolidens!
svenska!underjordsgruvor.!
1.4*Avgränsningar*
Vattenhanteringen!underjord!innehåller!flera!olika!processer!och!rapporten!är!
avgränsad!till!avslamningsbassänger!och!pumpgropar.!
* *
2.*Metod*
Metodiken!som!har!valts!är!litteraturstudier!och!fältstudier.!
!
En!litteraturstudie!har!genomförts!för!att!eftersöka!teoretisk!information!som!behandlar!
detta!ämne.!Detta!för!att!undersöka!om!tidigare!arbeten!har!gjorts!om!
avslamningsbassänger!och!pumpgropar!i!underjordsgruvor!som!kan!ligga!till!grund!för!
hur!de!ser!ut!idag.!Även!en!teoretisk!studie!om!sedimentering!och!ytbelastning!har!
genomförts!för!att!få!en!förståelse!för!hur!de!olika!parametrarna!påverkar!
dimensioneringen!av!en!bassäng.!Litteraturstudien!består!av!sökning!i!tidigare!studier!
samt!litteratur.!För!dimensioneringen!av!bassängen!används!Stokes!lag!samt!Hazens!
ytbelastningsteori.!
!
Fältstudierna!har!utförts!som!studiebesök!i!Bolidens!svenska!underjordsgruvor.!Detta!
för!att!få!en!inblick!i!hur!avslamningsbassängerna!och!pumpgroparna!är!designade!och!
konstruerade!i!dagsläget.!Även!ett!studiebesök!i!Zinkgruvan,!Lunding!mining,!har!utförts!
för!att!få!en!inblick!i!hur!avslamningsbassängerna!och!pumpgroparna!är!designade!i!en!
gruva!som!inte!tillhör!Boliden.!Intervjuer!med!berörda!personer!som!jobbar!direkt!eller!
indirekt!med!ämnet!har!även!utförts.!Efter!observationer!hur!avslamningsbassängerna!
och!pumpgroparna!ser!ut!tas!fördelar!och!nackdelar!fram!för!att!se!vilken!konstruktion!
som!är!den!ideala.!! !
3.*Litteraturstudie* *
3.1*Brytning*i*berg*
Beroende!på!hur!malmkroppen!ser!ut!är!brytningsmetoderna!olika.!Cykeln!för!drivning!i!
berget!är!densamma.!En!ramp!drivs!nedåt!och!från!rampen!bryts!orter!som!ger!åtkomst!
till!malmen!(Figur!2).!
!
Figur*2*Illustration*över*hur*en*underjordsgruva*fungerar*(Boliden*AB,*2016)* !
En!cykel!innehåller:!Borrning,!laddning,!sprängning,!lastning/transport!och!förstärkning!
(Figur!3).!I!berget!borrar!en!borrigg!hål!som!är!mellan!45!–!100!mm!i!diameter!och!5!–!
25!m!långa.!De!laddas!med!sprängmedel!för!att!sedan!sprängas!i!en!bestämd!ordning.!
Lastning!av!bergmassorna/malmen!sker!via!fjärrstyrda!lastmaskiner!i!flera!av!Bolidens!
underjordsgruvor.!En!operatör!styr!helt!eller!så!kan!de!köras!per!automatik.!
Förstärkning!av!berget!sker!överallt!förutom!i!brytningsrummen!där!fjärrlastning!sker.!I!
förstärkningen!ingår!det!att!skrota,!betongspruta!samt!bulta.!Vid!skrotning!knackas!löst!
sittande!berg!bort.!Betongsprutning!innehållandes!stålfiber!sprutas!på!bergytan.!Hål!
borras!i!berget!där!bultar!gjuts!fast!i!ett!systematiskt!mönster!(Boliden!AB,!2015).!Det!
antas!att!1!meter!gavel!berg!kostar!33!000!kr!att!bryta!ut.!!
!
Strategi Marknad Bolagsstyrning Finansiella rapporter
Boliden Årsredovisning 2015 Affärsområde Gruvor 37
Verksamheten Introduktion
DAGBROTT
UNDERJORDSGRUVA
ANRIKNINGSVERK
1. Gråberget bryts och tas bort för att komma åt malmen 2. Gråberget läggs på tipp 3. Malmen bryts genom
sprängning, lastas och transporteras till kross 4. I bergkrossen krossas
malmen
5. Krossad malm transporteras på transportband till anrik- ningsverket
6. I anrikningsverket mals malmen till sand och anrikas 7. Anrikningssanden förvaras i sandmagasin som omges av dammar
8. Vattnet renas i klarningsma- gasin och återcirkuleras till anrikningsverk
1. Ett rampsystem används för transporter av maskiner ned i gruvan
2. Från inslag, eller accessram- per, nås malmkroppen 3. I brytningsrum sker brytning
av malmen 4. Malmkropp
5. I gruvan finns bland annat verkstäder och personal- utrymmen
4. Avvattning och filtrering Skummet med mineraler samlas upp, avvattnas och filtreras till ett torrt koncentrat.
2. Primär och sekundärkvarnar Kvarnar maler den krossade malmen. Malningen sker i två steg till sand med stor- leken 0–250 mikrometer.
1. Krossad malm Krossad malm anländer från gruvan.
5. Metallkoncentrat Slutresultatet är zinkkoncen- trat med cirka 55 procent zink, eller kopparkoncentrat med cirka 25 procent koppar. Metallkoncentraten går till smältverk.
3. Flotation
Sanden leds till tankar där kemikalier och luft tillsätts, vilket får olika mineralslag att flyta upp, flotera, i ett skum på ytan. Ofyndiga partiklar, så kallad anrikningssand, samlas på botten och transporteras sedan till sandmagasin.
6. Malmen krossas i berg- kross innan transport till anriknings verk
7. I skipstationen lastas krossad malm i hissar
8. Malm och personal transpor- teras i ett schakt upp till ytan 9. I anrikningsverket mals
malmen till sand och anrikas 10. De delar av gruvan som är
utbruten återfylls
Boliden har både dagbrottsgruvor och underjordsgruvor. Malm- kroppens geometri och sammansättning avgör hur brytning sker.
Efter brytningen transporteras malmen till anrikningsverket där den mals till fin sand. Metallrika delar skiljs från ofyndiga mine- raler genom olika anrikningsmetoder. Sedan återstår avvattning och filtrering, och därefter transport till smältverken.
SÅ FUNGERAR GRUVOR
4
4 1
1
2
2
3
3 10 5
5 6
6
7
7
8
8 9
Figur*3*Illustration*över*tunnelbrytningscykel*i*en*underjordsgruva*(Boliden*AB,*2016)*! 3.4*Pumpgropar*
I!de!horisontella!pumpgroparna!(Figur!4)!beskrivs!det!teoretiskt!att!det!ska!vara!ett!
laminärt!flöde!samt!att!uppehållstiden!(horisontella!vattenflödet)!ska!tillåta!partiklarna!
att!sedimentera.!I!slutet!av!flödet!ska!det!rena!vattnet!pumpas!eller!rinna!över!till!nästa!
steg!i!processen.!Pumpgroparnas!rensning!på!slam!bör!ske!regelbundet.!Detta!för!att!
funktionen!ska!fungera!som!det!är!tänkt.!Antingen!används!en!slurrypump!eller!så!
rensas!slammet!med!en!lastare.!Fördelen!med!dessa!pumpgropar!är!att!de!har!en!enkel!
konstruktion!och!inga!mekaniska!funktioner!(förutom!pumpen).!Däremot!är!
nackdelarna!en!låg!effektivitet!och!att!ett!utrymme!måste!brytas!för!gropen.!De!beskrivs!
även!som!olämpliga!vid!höga!vattenflöden.!(McCarthy!&!Dorricott,!2011).!!
!
Figur*4*Fotografi*på*en*horisontell*pumpgrop*i*Renströmsgruvan* !
Det!finns!även!en!vertikal!pumpgrop!som!oftast!är!konformad!i!botten!(Figur!5).!Den!
fungerar!som!de!horisontella!pumpgroparna!där!gravitationen!får!partiklarna!att!falla!
ned!till!botten.!Vattnet!som!innehåller!slam!kommer!in!via!ett!rör!som!slutar!när!det!nått!
en!tredjedel!av!cylinderns!djup.!Partiklarna!sjunker!till!botten!och!det!rena!vattnet!stiger!
till!ytan!för!att!transporteras!vidare.!Längst!ned!i!botten!kan!slammet!tömmas!ut!vid!
behov.!Rensning!av!slam!kan!då!ske!utan!att!behöva!ta!pumpgropen!ur!drift!eller!störa!
processen.!Denna!konstruktion!kräver!mindre!plats!än!en!horisontell!pumpgrop!och!
flera!kan!ställas!upp!i!samband!med!en!pumpstation.!(McCarthy!&!Dorricott,!2011).!
!
Figur*5*Förenklad*illustration*över*en*vertikal*pumpgrop* !
* *
3.2*Sedimentering*
För!att!avskilja!slammet!från!vattnet!utan!mekaniska!eller!kemikalieinnehållande!
processer!så!används!sedimentering.!Det!bygger!på!en!fysisk!process!där!
slampartiklarna!faller!nedåt!botten!på!grund!av!gravitation!(Grundfos,!2016).!Ytvattnet!
blir!då!rent!vatten!som!kan!föras!vidare!till!nästa!steg!i!vattenhanteringen.!Beroende!på!
partikelstorleken!i!slammet!kan!sedimenteringshastigheten!beräknas!med!hjälp!av!
Stokes!eller!Newtons!lag.!Newtons!lag!används!för!partiklar!med!en!diameter!större!än!
0,5!cm!i!diameter.!Stokes!lag!används!för!partiklar!som!är!mindre!än!0,05!mm!i!
diameter.!Partiklarna!antas!vara!sfäriska.!(Wills!och!Napier=Munn,!2011).!
!
Stokes!lag:!
!
! =!⋅!!!"⋅!⋅(!!!!!)! ! ! ! ! (1)!
!
Newtons!lag:!
!
! = !⋅!⋅!⋅(!! !!!!)
!
!!
! ! ! ! ! (2)!
!
Kinematiks!viskositet:!
!
! = !!
!!!! ! ! ! ! ! (3)!
!
! = !"#$%&'()*!!"#$%"&'"($&)!ℎ!"#$%ℎ!"!(!/!)!
! = !"#$%&''()(*&!+,#(#!(!/!!)!!
! = !ä!"#$%"!!"#$%#"&'&!(! ⋅ !/!!)!
!!! = !"#$%&'()*!!"#$%&"&!(!"/!!)!!
!!! = !ä!"#$%"!!"#$%&"&!(!"/!!)!!
! = !"#$%&'()*!!"#$%&%'!(!)!!
! = !!"#$%&'"(!!!"#$%#"&'&!(!!/!)!
!
Det!bör!vara!stor!skillnad!på!partikelns!och!vätskans!densitet!för!att!få!en!så!hög!
sedimenteringshastighet!som!möjligt!enligt!ekvationerna!(1)!och!(2).!
Sedimenteringshastigheten!beror!också!på!partikelns!diameter,!vätskans!viskositet!samt!
tyngdaccelerationen.!Partiklarnas!diametrar!i!slammet!varierar!vilket!försvårar!att!
beräkna!en!exakt!sedimenteringshastighet!i!avslamningsbassängerna!och!
pumpgroparna.!Sulfidmalmen!har!en!densitet!på!4000=5000!kg/m3!däremot!har!det!
omkringliggande!berget,!gråberg,!en!densitet!på!2500=3000!kg/m3!(Boliden!AB,!2016).!
3.3*Ytbelastningsteorin*
Hazens!ytbelastningsteori!är!fortfarande!aktuell!enligt!Magnusson!och!Norin!(2013).!
Den!beskrevs!redan!1904!av!Hazen!och!utgör!grunderna!för!dimensioneringen!av!en!
sedimenteringsbassäng.!Sedimenteringen!antas!försiggå!under!ideala!
strömningsförhållanden!(Magnusson!och!Norin,!2013).!
! !
!
Flödeshastigheten:!
!
!! =!⋅!! ! ! ! ! ! ! (4)!
!
!! = ℎ!"#$!%&'((!!"ö!"#ℎ!"#$%ℎ!"!(!/ℎ)!!
! = !"ö!"#!(!!/ℎ)!
! = !"##ä!"#!$!!"#$$!(!)!
! = !"##ä!"#!$!ℎö!"!(!)!
!
Ytbelastning:!
!
! =!⋅!! =!!! ! ! ! ! ! (5)!
!
! = !"#$%&'"()(*$(!(!/ℎ)!
! = !"##ä!"#!$!!ä!"#!(!)!
! = !"##ä!"#!$!!"#!!(!)!
Figur*6*Enkel*illustration*av*Hazens*ytbelastningsteori*
Figur!6!visar!förenklat!hur!en!sedimenteringsbassäng!fungerar!enligt!Hazens!
ytbelastningsteorin.!Q!visar!inflödet!samt!utflödet!av!vattnet.!I!Zon!1!antas!vattenflödet!
fördelas!jämt.!L!är!sträckan!där!sedimentering!sker.!Sist!en!utloppszon!(Zon!2)!som!inte!
är!medräknad!som!sedimenteringssträcka.!
!
Enligt!ekvation!(5)!så!beror!ytbelastningen!på!flödet!av!vattnet!som!kommer!in!samt!
arean!där!sedimentering!sker.!Det!visar!att!bassängens!höjd!inte!har!någon!inverkan!på!
sedimenteringen.!Dock!bör!höjden!vara!tilltagen!så!att!vattenströmmarna!inte!påverkar!
det!redan!sedimenterade!slammet.!!
!Sedimenteringshastigheten!på!en!partikel!måste!vara!större!eller!lika!med!
ytbelastningen!för!att!den!ska!hinna!sjunka!till!botten.!Partiklarna!med!en!mindre!
sedimenteringshastighet!kommer!att!följa!med!vattenflödet!och!ut!ur!bassängen!
(Magnusson!och!Norin,!2013).!
!
* *
4.*Fältstudier*
4.1*Kristinebergsgruvan*
I!rampen!är!pumpgroparna!kopplade!i!en!stafettpumpning.!De!horisontella!pumpgropar!
är!alltså!seriekopplade.!Ifall!en!pump!skulle!gå!sönder!slutar!hela!systemet!att!fungera.!
En!SOP!(Standard!operating!procedure)!för!pumpgropar!finns.!Där!beskrivs!det!att!
pumpgroparna!ska!borras!mitt!emot!lastfickor!och!korsningar.!De!kan!även!placeras!
mittemot!inslag!och!fickor!för!räddningskurer.!Detta!för!att!ge!utrymme!åt!
lastmaskinerna!vid!rensning.!Pumpgroparna!undviks!att!placeras!i!den!lutande!delen!av!
rampen.!Standarden!har!bestämt!att!avståndet!inte!får!överstiga!120!m!mellan!
pumpgroparna.!Måtten!på!pumpgroparna!planeras!att!vara!4x4x4!m.!Även!påtalades!det!
att!flödet!in!i!pumpgroparna!är!för!högt!för!att!önskad!sedimentering!ska!hinna!ske.!
Rensning!av!pumpgropen!uppskattades!att!ta!10!–!20!min/grop.!Rensningstiden!beror!
på!hur!långt!det!är!emellan!pumpgroparna!samt!vart!slammet!tippas!ut.!
!
Avslamningsbassängen!som!vattnet!kommer!till!efter!pumpgroparna!är!det!inte!
bestämda!mått!på.!De!kan!variera!allt!från!17,5!x!4,0!m!till!10,0!x!3,7!m.!I!detta!steg!bör!
det!mesta!av!slammet!separeras!från!vattnet.!Rensningen!uppskattades!till!att!ta!20=30!
minuter!exklusive!transport!till!och!från!bassängen.!Avslamningsbassängen!är!
konstruerad!så!att!vattnet!kommer!i!ett!rör!och!rinner!ned!i!en!gjuten!bassäng!som!har!
en!lutning!nedåt.!På!andra!sidan!betongväggen!är!en!annan!bassäng!som!inte!alltid!är!
gjuten.!Till!denna!bassäng!rinner!ytvattnet!ned!i!(se!Figur!7).!Röret!där!vattnet!rinner!
ned!i!och!pumpen!där!vattnet!pumpas!vidare!ifrån!ska!vara!så!långt!ifrån!varandra!som!
möjligt,!så!att!vattnet!får!flöda!längsta!möjliga!väg.!Då!finns!det!största!utrymmet!för!att!
det!ska!hinna!sedimentera!väl.!
Figur*7*Illustration*på*en*avslamningsbassäng*i*Kristinebergsgruvan*!
En!avslamningsbassäng!som!fungerar!som!en!uppsamlingsbassäng!pumpas!vattnet!till!
sedan.!Den!är!konstruerad!på!samma!sätt!som!tidigare!beskriven!bassäng.!Skillnaden!är!
när!vattnet!runnit!ned!i!den!vänstra!bassänghalvan,!där!finns!det!en!omrörare!som!ser!
till!att!ingen!sedimentering!sker.!Ifrån!denna!bassäng!ska!slammet!som!återstår!följa!
med!till!nästa!steg,!för!att!undvika!att!behöva!rensa!bassängen.!Uppsamlingsbassängen!
4.2*Renströmsgruvan*
Äldre!inslagsorter!till!malmen!används!till!pumpgropar!eller!avslamningsbassänger.!
Pumpgropar!görs!även!som!ett!litet!inslag!i!bergväggen.!De!ser!olika!ut!beroende!på!vart!
i!gruvan!de!är!och!vem!som!har!gjort!dem.!Pumparna!är!placerade!nära!det!inkommande!
vattnet!som!förhindrar!att!partiklarna!hinner!sedimentera!korrekt!i!pumpgropen.!
Pumpgroparna!lutar!1:7!alltså!14!%.!
!En!typ!av!avslamningsbassäng!som!används!är!två!stycken!bergrum!liggandes!bredvid!
varandra.!Ett!borrhål!sammankopplar!dem.!I!den!vänstra!bassängen!kommer!vattnet!in!
och!slammet!sedimenterar.!Vattnet!åker!sedan!igenom!borrhålet!ned!i!den!högra!
bassängen!för!att!där!pumpas!vidare!till!nästa!anhalt.!Slamrensning!krävs!i!båda!
bassängerna!och!i!den!vänstra!görs!det!med!en!traktorskopa,!i!den!högra!behövs!det!
antingen!sättas!dit!en!slampump!eller!tillkalla!en!slambil!för!att!suga!ut!slammet.!En!
nygjord!konstruktion!som!inte!är!klar!ännu!är!påbörjad.!Där!har!betong!gjutits!på!den!
vänstra!sidan!i!bergrummet.!Lite!mer!än!hälften!är!tänkt!att!vara!gångvänlig!för!att!
lättare!komma!åt!pumpanordningen.!Den!kvarvarande!biten!är!gjuten!som!en!bassäng!
dit!ytvattnet!ska!rinna!ned!i.!Från!betongbassängen!är!det!även!borrat!ett!hål!ned!till!
nästa!nivå!dit!vattnet!ska!rinna.!Hålet!bidrar!till!att!ingen!pumpning!behöver!ske.!Det!
inkommande!vattnet!med!slam!åker!ned!i!den!högra!delen!där!det!ska!sedimenteras.!
Slammet!är!tänkt!att!rensas!med!traktorskopa.!
4.3*Kankbergsgruvan*
Högt!upp!i!gruvan!ligger!en!avslamningsbassäng!som!hittills!inte!har!tömts!ännu.!Den!är!
planerad!att!rensas!med!lastare.!
!
En!pumpgrop!(Figur!8)!hade!en!gjuten!sida!som!det!rena!vattnet!rinner!till!genom!ett!
rör.!Att!ha!denna!tillbyggnad!underlättar!även!arbetet!med!pumpen.!I!den!högra!delen!
där!vattenflödet!kommer!in,!rensas!slammet!med!en!traktorskopa.!Även!traditionella!
horisontella!pumpgropar!finns.!Pumpgroparna!ligger!mitt!emot!ett!inslag!mot!malmen.!
Måtten!på!en!av!de!horisontella!pumpgroparna!uppskattades!till!5,7!m!x!6,3!m.!Djupet!är!
1,3!m!längst!in.!Måtten!på!pumpgroparna!varierar!i!gruvan.!!
Lutningen!i!pumpgroparna!är!1:5,5!alltså!lutar!de!18!%.!!!
!
Pumpgroparna!beräknas!att!rensas!cirka!var!femte!vecka.!Detta!togs!fram!genom!att!
sammanställa!antal!rensningar!per!vecka!och!sedan!ta!ett!medelvärde.!Stor!spridning!
fanns!på!hur!många!pumpgropar!som!rensades!i!veckan.!I!dagsläget!(2016)!används!42!
pumpgropar!och!ett!medianvärde!visar!att!9!gropar!i!veckan!rensas.!!
!
Figur*8*Fotografi*på*en*pumpgrop*i*Kankbergsgruvan* ! 4.4*Garpenbergsgruvan*
Olika!designer!på!avslamningsbassänger!finns!med!hänsyn!till!vart!vattnet!ska!ta!vägen!
härnäst.!En!äldre!design!är!uppbyggd!med!en!bassäng!på!vänstra!sidan!där!vattnet!
kommer!in!först!via!rörledningar.!Flödet!går!hela!längden!innan!ytvattnet!rinner!över!till!
nästa!bassäng!på!högra!sidan.!Slammet!som!bildas!efter!sedimentationen!rensas!med!
traktorskopa!eller!så!sker!det!en!slampumpning.!Se!Figur!9!för!att!se!konstruktionen.!!
!
Figur*9*Fotografi*på*avslamningsbassängen*i*malmkroppen*Kaspersbo*i*Garpenberg*!
Till!höger!i!Figur!9!visas!tre!stycken!mindre!bassänger!som!ligger!parallellt!med!
varandra.!Där!sker!också!sedimentering.!Dessa!tre!bassänger!måste!rensas!på!slam!med!
gjutningar!jämfört!med!en!traditionell!bassäng.!Rensningen!av!slam!blir!omfattande!då!
fyra!bassänger!behöver!rensas.!!
!
En!annan!avslamningsbassäng!är!formad!som!ett!Y.!Där!är!det!inkommande!vattnet!och!
pumparna!närsittande!som!kan!förhindra!att!partiklarna!sedimenterar!ordentligt.!
Denna!avslamningsbassäng!är!tänkt!att!skicka!vidare!vattnet!till!en!klasserare!som!ska!
separera!slammet.!Därför!sker!inte!sedimentering!i!flera!steg!i!samma!bassäng.!!
4.5*Zinkgruvan*
De!horisontella!pumpgroparna!liknar!de!som!finns!i!Bolidens!underjordsgruvor.!En!
annan!konstruktion!som!de!har!är!en!typ!av!vertikal!pumpgrop.!Det!är!en!byggd!
konstruktion,!formad!som!en!kona!(Figur!10).!Denna!typ!av!vertikala!pumpgrop!är!
mobil!och!kan!därför!flyttas!med.!Det!gör!att!den!ställs!där!behovet!finns.!Utrymmet!den!
behöver!är!storleken!på!underredet.!I!Zinkgruvans!mobila!pumpgrop!tillåts!ingen!
sedimentering.!De!kan!då!styra!över!vart!i!processen!de!vill!att!sedimenteringen!ska!ske!
beroende!på!vart!det!är!lättåtkomligt!att!rensa!slam.!Ett!kontinuerligt!flöde!krävs!för!att!
förhindra!sedimentering.!Kapaciteten!är!50!m3/h!vid!en!lyfthöjd!på!99,7!m.!Pumpen!som!
är!sammankopplad!till!denna!anordning!är!en!Metso!HM75.!Tillförsel!av!vattnet!sker!via!
en!pump!om!vattnet!kommer!via!sulan.!Annars!via!självfall!från!ovanliggande!nivå.!
!
Figur*10*Fotografi*på*en*mobil*pumpgrop*i*Zinkgruvan*(J.*Norling,*2016)* !
!
Zinkgruvans!avslamningsbassänger!är!cirka!30!m!långa.!Slammet!har!då!en!lång!
transportsträcka!för!att!hinna!sedimentera!ordentligt.!De!har!två!stycken!olika!
konstruktioner!som!används!i!dagsläget!och!en!planerad!konstruktion!som!ska!byggas!i!
framtiden.!Det!är!två!avslamningsbassänger!som!ligger!vinklade!mot!varandra!som!ett!v.!
Den!andra!som!används!är!två!bassänger!som!ligger!parallellt.!!
!
I!Figur!11!visas!den!vänstra!delen!i!en!v=formad!avslamningsbassäng.!Rensning!sker!
med!traktorskopa.!Längst!in!står!en!pumpstation.!
Figur*11*Fotografi*på*den*vänstra*bassängen*i*en*VXformad*konstruktion* !
!
I!den!högra!bassängen!inkommer!vatten!för!att!sedan!flöda!hela!vägen!och!i!slutet!rinner!
ytvattnet!över!kanten!ner!i!en!bassäng!för!att!pumpas!vidare.!När!den!högra!bassängen!
behöver!tömmas!på!slam!så!leds!vattenflödet!istället!till!den!vänstra!bassängen.!Där!sker!
samma!procedur!som!i!den!högra!bassängen.!Denna!konstruktion!är!bra!för!att!den!kan!
rensas!utan!att!störa!det!pågående!vatteninflödet.!
!
Figur!12!visar!en!av!två!stycken!parallella!avslamningsbassänger.!I!den!första!bassängen!
kommer!vattnet!in!och!det!rena!vattnet!rinner!sedan!över!längst!in!till!en!mindre!
bassäng!för!att!pumpas!vidare!till!den!andra!bassängen.!I!denna!bassäng!sker!också!
sedimentering!men!behöver!inte!rensas!i!samma!omfattning!som!den!första.!Vid!den!
andra!bassängen!finns!en!pumpstation.!När!den!första!bassängen!behöver!rensas!så!leds!
vattnet!direkt!till!den!andra.!I!denna!konstruktion!behövs!det!inte!heller!rensas!under!
vatteninströmning.!Fördelen!är!även!att!vattnet!går!igenom!två!avslamningsbassänger!
och!får!då!renare!vatten!än!den!v=formade.!!
Figur*12*Fotografi*på*en*avslamningsbassäng*som*ligger*parallellt*med*en*likadan*!
!
Den!tänkta!avslamningsbassängen!är!y=formad!och!är!inte!satt!i!bruk!än.!Vattenflödet!
blir!som!i!de!parallella!bassängerna.!Skillnaden!blir!att!vinklarna!gör!det!lättare!för!
maskinerna!att!rensa!slammet.!Samt!planeras!en!extra!ort!för!att!lägga!slammet!i!för!
torkning.!Tanken!är!att!slammet!ska!ligga!där!tills!nästa!last!med!slam!kommer.!Orten!
till!bassängerna!bör!vara!så!pass!lång!att!en!lastmaskin!får!plats.!
!
Zinkgruvan!har!nästintill!obefintligt!med!inläckande!vatten!vilket!gör!att!slammet!som!
rensats!ur!pumpgropar!och!avslamningsbassänger!kan!läggas!i!en!separat!ort!för!
torkning.!Slammet!läggs!in!och!avslutas!med!att!lägga!en!stor!vall!vilket!hindrar!vattnet!
från!att!rinna!ut!i!exempelvis!rampen!igen.!Då!avdunstar!vattnet!och!slammet!blir!
torrare.!Detta!görs!för!att!underlätta!transporten!och!minska!vattenmängden!betydligt.!
Ett!effektivt!avvattningssystem!men!som!kräver!att!inte!nytt!vatten!inkommer!då!det!i!
sådana!fall!aldrig!skulle!torka.!
* *
5.*Resultat*
Den!ideala!pumpgropen!och!avslamningsbassängen!skiljer!sig!från!gruva!till!gruva.!
Detta!på!grund!av!gruvornas!olika!förutsättningar,!samt!skillnaden!i!det!naturliga!flödet!
och!gruvornas!storlek.!Två!olika!designer!på!pumpgropar!har!valts!ut!samt!två!olika!
konstruktioner!på!en!avslamningsbassäng.!
5.1*Pumpgrop*vid*rampen*
En!pumpgrop!intill!rampen!(se!Figur!13)!kräver!minst!ortdrivning.!Dock!kan!det!bli!
störningar!för!förbipasserande!trafik!vid!rensningen!av!pumpgropen.!Exempelvis!stopp!i!
rampen!för!att!maskinen!blockerar!vägen!när!slammet!tas!bort!med!traktorskopa.!Mitt!
emot!pumpgropen!behövs!ett!inslag!för!att!ge!utrymme!åt!maskinen.!
!
Figur*13*Illustration*av*en*pumpgrop*liggandes*intill*rampen*(ej*skalenlig)* !
!
Om!möjligt!för!att!komma!förbi!användandet!av!pumpar!kan!pumpgroparna!placeras!
ovanför!varandra!i!rampen.!Borrhål!i!botten!av!pumpgropen!sammankopplar!dem!och!
flödet!rinner!då!nedåt.!!
! !
!
Enligt!en!uppskattad!beräkning!i!Tabell!1!kostar!en!pumpgrop!som!är!6!m!lång!198!000!
kr!att!bryta!ut!i!berget.!Rensning!av!slam!beräknas!kosta!20!800!kr/år.!För!att!minska!
rensningsfrekvensen!kan!pumpgropen!göras!större!vilket!bidrar!till!att!rensningen!
behöver!ske!mer!sällan.!Enligt!en!uppskattad!beräkning!kostar!en!pumpgrop!som!är!12!
m!lång!396!000!kr!att!bryta!ut.!Rensning!av!slam!beräknas!då!att!kosta!15!600!kr/år.!!
!
Tabell*1*Kalkyl*över*pumpgropens*kostnad*det*första*året*beroende*på*längden*
Längd pumpgrop 6 m 12 m
Rensningsfrekvens 5
veckors
intervall 10
veckors intervall
Antal rensningar/år 10,4 rensningar/år 5,2 rensningar/år
Tid för rensning 1 h 2 h
Tid för transport 2 h 2 h
Kostnad för rensning 1000 kr/h 1000 kr/h
Kostnad för rensning/gång 3000 kr/gång 4000 kr/gång
Kostnad rensning/år 31200 kr 20800 kr
Kostnad för brytning av 1 m gavel 33000 kr 33000 kr
Kostnad för utbrytning av
utrymme 198000 kr 396000
Total kostnad första året 229200 kr 416800 kr
!
I!Tabell!2!visas!fördelar!och!nackdelar!för!en!horisontell!pumpgrop!vid!rampen!som!
ligger!ovan=!eller!underifrån!en!annan!pumpgrop.!!
!
!
Tabell*2*Fördelar*och*nackdelar*för*en*pumpgrop*vid*rampen*
Fördelar* Nackdelar)
Ingen!pump!(mindre!underhållskostnad)! Sämre!sedimentering!
Enkel!konstruktion! Borrhål!kan!bli!igentäppt!
!
5.2*Mobil*pumpgrop*
Där!ytan!är!begränsad!och!det!behövs!en!temporär!pumpgrop!är!en!typ!av!vertikal!
pumpgrop!som!är!mobil!ett!bra!alternativ.!Konstruktionen!kan!byggas!ovanjord!för!att!
sedan!kunna!köras!ned.!Detta!är!ett!bra!alternativ!att!ha!närmast!malmgaveln.!Vertikala!
pumpgropen!ställs!dit!när!behovet!behövs!och!kan!flyttas!med!drivningen.!Genom!att!
använda!denna!typ!av!konstruktion!kan!sedimentationen!styras!vart!den!får!ske.!På!så!
sätt!minimeras!även!antal!platser!där!slamhantering!sker.!I!Tabell!3!visas!fördelar!och!
nackdelar!för!en!mobil!pumpgrop.!
!
Enligt!en!uppskattning!kostar!den!300!000!kr!i!inköp!och!utbrytning!av!utrymme!i!
berget!uppskattas!kosta!33!000!kr!för!1!m!gavel!berg!att!bryta.!Denna!kostnad!kan!
undvikas!ifall!ett!befintligt!utrymme!utnyttjas.!Ingen!slamrensning!behövs!och!medför!
då!ingen!årlig!kostnad!för!det.!
! !
!
Tabell*3*Fördelar*och*nackdelar*för*en*mobil*pumpgrop*
Fördelar) Nackdelar)
Mobil! Begränsad!kapacitet!
Bestämma!vart!sedimentering!får!ske! Inköpskostnad!
Ingen!slamhantering! En!extra!pump!för!att!få!med!vattnet!från!
sulan!
!!
5.2*Avslamningsbassäng*med*fundament**
En!enkel!avslamningsbassäng!med!en!gjuten!betongvägg!till!vänster!för!att!skapa!en!
mindre!bassäng!för!ytvattnet!att!rinna!över!till.!I!den!mindre!bassängen!sitter!en!pump!
för!vidare!pumpning!(Figur!14).!I!Tabell!4!visas!fördelar!och!nackdelar!för!en!
avslamningsbassäng!med!fundament.!!
!
Tabell*4*Fördelar*och*nackdelar*för*avslamnningsbassäng*med*fundament*
Fördelar* Nackdelar)
En!bassäng! Gjutning!krävs!
Utnyttja!gamla!inslag! Begränsad!rensning!i!bassäng!B!(Figur!14)!
!
!
Figur*14*Illustration*på*en*avslamningsbassäng*med*gjuten*betongvägg*(ej*skalenlig)* ! 5.3*YXformad*avslamningsbassäng*
Två!stycken!avslamningsbassänger!som!ligger!format!som!ett!Y!(se!Figur!15).!Där!sker!
sedimentering!i!två!steg.!Först!i!den!vänstra!bassängen!som!vattnet!kommer!in!i.!
och!slammet!kan!tömmas!i!det!lilla!inslaget.!Eftersom!flödet!kommer!in!först!i!bassäng!A!
(Figur!15),!kommer!den!att!bli!rikare!på!slam!och!behöva!tömmas!oftare.!För!att!inte!
behöva!stänga!av!vattenflödet!och!riskera!översvämning!på!tidigare!anhalt!så!kan!A=
bassängen!kopplas!förbi!vid!slamrensning!och!flödet!rinner!då!direkt!till!bassäng!B.!I!
Tabell!5!visas!fördelar!och!nackdelar!för!denna!konstruktion.!!
!
Tabell*5*Fördelar*och*nackdelar*för*två*avslamningsbassänger*som*ligger*formade*som*ett*Y*
Fördelar* Nackdelar)
Sedimentering!i!två!steg! Sämre!sedimentering!
Utrymme!att!lägga!slammet! Minst!två!pumpar!
Koppla!förbi!bassäng!A!(Figur)15)!vid!
rensning!
Kräver!omfattande!bergbyggnad!
!
!
Figur*15*Illustration*på*en*YXformad*avslamningsbassäng*(ej*skalenlig)* !
* *
5.4*Dimensionering*av*avslamningsbassäng*
För!att!kunna!dimensionera!avslamningsbassängen!med!hänsyn!till!sedimentering!
behöver!beräkningar!göras.!Då!partiklarnas!diameter!varierar!i!slammet!och!ingen!
bestämning!av!diametrar!har!skett!så!antas!det!att!partiklarna!har!en!diameter!på!0,02!
mm.!Detta!medför!att!Stokes!lag!är!tillämpbar!för!att!beräkna!
sedimenteringshastigheten.!!
!Sedimenteringshastighet!för!sulfidmalm:!
!
!!"#! = !⋅!!!"⋅!⋅(!!!!!) =!,!"⋅(!,!"⋅!"!!)!⋅(!"""!!""")
!"⋅(!"#"⋅!"!!
!""" ) = 0,63!!/ℎ! ! (5)!
!
Sedimenteringshastighet!för!gråberg:!
!
!!"å!"#$ = !⋅!!!"⋅!⋅(!!!!!) =!,!"⋅(!,!"⋅!"!!)!⋅(!"##!!""")
!"⋅(!"#"⋅!"!!
!""" ) = 0,31!!/ℎ! ! (6)!
!
Om!inflödet!på!vattnet!antas!vara!20!m3/h!och!avslamningsbassängen!dimensioneras!till!
20!x!4!m!så!blir!ytbelastningen!enligt!Hazen:!
!
! =!⋅!! =!!= !"⋅!!" = 0,25!!/ℎ! ! ! ! (7)
! ! ! !
! > !!"å!"#$!vilket!medför!att!partiklar!som!är!0,02!mm!och!större!hinner!sedimentera.!
Om!avslamningsbassängen!istället!skulle!dimensioneras!till!16x4!m!så!blir!
ytbelastningen:!
!
! =!⋅!! =!!= !"⋅!!" = 0,31!!/ℎ! ! ! ! (8)!
!
! = !!!å!"#$!vilket!medför!att!teoretiskt!sett!hinner!sedimentering!ske!men!
överdimensionering!bör!göras!på!grund!av!att!detta!råder!under!ideala!
strömningsförhållanden.!
!
* *
6.*Diskussion*
De!horisontella!pumpgroparna!dominerar!i!gruvorna.!Beskrivet!i!teorin!rekommenderas!
de!inte!för!höga!vattenflöden!då!det!eventuellt!ändrar!de!laminära!förhållandena!samt!
uppehållstiden!som!gör!att!partiklarna!inte!hinner!sedimentera.!I!gruvorna!påpekades!
det!att!vattenflödet!är!för!högt!i!pumpgroparna!för!att!önskvärd!sedimentering!ska!
hinna!ske,!där!är!kanske!inte!den!horisontella!pumpgropen!optimal.!För!att!den!
horisontella!pumpgropen!ska!fungera!optimalt!krävs!också!regelbunden!rensning.!Vid!
för!mycket!slam!kvar!i!gropen!minskar!utrymmet!för!det!inkommande!vattnet.!Det!finns!
då!risk!att!vattenströmmarna!river!upp!det!sedimenterade!slammet!och!det!följer!då!
med!och!pumpas!vidare.!Istället!kan!en!mobil!pumpgrop!användas.!I!den!mobila!
pumpgropen!används!inte!sedimentering.!När!flödet!av!vattnet!är!kontinuerligt!kan!
sedimentering!undvikas.!Istället!kan!det!tillåtas!att!sedimenteras!i!en!
avslamningsbassäng!som!också!har!större!utrymmen!så!rensningen!och!hanteringen!av!
slammet!underlättas.!
!
Placering!av!den!horisontella!pumpgropen!är!viktig!då!den!blir!permanent.!För!att!ge!
utrymme!åt!lastmaskinen!som!ska!rensa!pumpgropen!behöver!det!vara!ett!inslag!mitt!
emot!samt!planering!för!vart!slammet!ska!ta!vägen.!En!intressant!aspekt!är!att!utforma!
pumpgropen!större!för!att!mer!slam!ska!få!plats.!Rensningens!intervall!antas!då!bli!
dubbelt!så!lång!om!pumpgropens!längd!ökar!dubbelt.!Eftersom!rensningstiden!
inkluderar!transportsträckan!exempelvis!upp!och!ned!i!rampen!så!är!det!bra!att!
effektivisera!när!maskinen!väl!är!nere!i!gruvan!för!att!rensa!slam.!På!så!vis!sparas!tid!in!
på!transportering.!Den!största!kostnaden!ligger!i!utbrytningen!av!berget!jämfört!med!
rensningskostnaden.!Därför!är!rensning!oftare!av!en!mindre!pumpgrop!fördelaktigare!
ekonomiskt.!
!
Principen!för!en!väl!fungerande!avslamningsbassäng!är!beroende!av!flödet!in,!arean,!
partikelstorleken!och!densiteten!på!partiklarna!och!vattnet.!När!äldre!inslagsorter!
exempelvis!används!till!avslamningsbassänger!är!de!inte!dimensionerade!för!detta.!
Samtidigt!är!det!som!beskrivet!en!stor!kostnad!att!bryta!ut!utrymme!i!berget!vilket!kan!
medföra!att!det!är!lönsammare!att!använda!sig!av!ett!befintligt!utrymme!och!lägga!ner!
pengar!på!reparationer!och!underhåll!på!pumparna!ifall!optimal!sedimentering!inte!är!
möjlig.!
!
När!två!bassänger!ligger!parallellt!och!sedimentering!sker!i!två!steg!så!blir!vattnet!
renare!jämfört!om!en!enkel!bassäng!skulle!användas.!Men!tanke!måste!läggas!på!om!det!
är!mer!värt!att!bryta!utrymme!för!en!extra!bassäng.!I!de!flesta!fall!måste!en!pump!
användas!för!att!transportera!vattnet!till!bassäng!nummer!två.!Alltså!kommer!den!
bassängens!pump!behöva!pumpa!lika!mycket!partiklar!som!om!den!bara!hade!haft!en!
enkel!bassäng.!Skillnaden!blir!sträckan/höjden!att!pumpa!vattnet.!!!
!
Som!beskrivet!i!teoridelen!måste!sedimenteringshastigheten!vara!större!eller!lika!med!
ytbelastningen!för!att!partikeln!ska!hinna!sedimentera.!Eftersom!det!även!är!beskrivet!
att!ju!större!skillnad!det!är!mellan!vätskans!och!partikelns!densitet!ju!större!blir!
sedimenteringshastigheten.!Sulfidmalmen!har!i!princip!dubbelt!så!hög!densitet!som!
gråberget.!Det!bör!betyda!att!sulfidmalmen!kommer!att!sedimentera!tidigare!i!
processen!jämfört!med!gråberget.!Slammet!närmast!brytningsrummen!borde!då!
Designen!på!avslamningsbassängen!är!grundat!på!observationer.!Dimensioneringen!på!
avslamningsbassängen!är!en!uppskattning!som!grundats!på!data!från!gruvorna.!I!
slammet!är!det!stor!spridning!på!partikelstorlekar!vilket!försvårar!en!optimal!
dimensionering.!Desto!längre!in!i!processen!desto!finare!andelar!partiklar!blir!det,!vilket!
kräver!en!mer!förfinad/optimerad!process!exempelvis!lägre!inflöde!och!större!yta.!!
!
* *
7.*Slutsats*
Dimensionera!och!konstruera!en!ideal!avslamningsbassäng!som!passar!alla!Bolidens!
svenska!underjordsgruvor!är!målet!med!denna!rapport.!Eftersom!förutsättningarna!är!
olika!i!de!olika!gruvorna!har!ingen!konstruktion!tagits!fram!som!är!ideal!för!alla!gruvor.!
Syftet!med!rapporten!har!varit!att!få!fram!ett!underlag!för!en!SOP!(standard!operating!
procedure).!Vid!en!partikelstorlek!på!0,02!mm!bör!en!avslamningsbassäng!med!ett!
inflöde!på!20!m3/h!vara!20!meter!lång!och!4!meter!bred.!Stokes!lag!och!Hazens!
ytbelastningsteori!lägger!en!teoretisk!grund!för!utformningen!och!kan!användas!som!
grund!i!den!tänkta!standarden.!Överdimensionering!bör!göras!då!beräkningarna!baseras!
på!ideala!strömningsförhållanden!som!är!svåra!att!uppnås!i!praktiken.!
!
Två!designer!på!avslamningsbassänger!och!två!olika!alternativ!på!pumpgropar!har!
arbetats!fram.!De!olika!designerna!kan!då!jämföras!och!gruvorna!kan!välja!vilken!design!
som!passar!deras!verksamhet!bäst.!För!att!få!sedimentering!i!två!steg!konstrueras!en!Y=
formad!avslamningsbassäng.!Däremot!om!antalet!meter!som!bryts!i!berget!ska!vara!så!
lite!som!möjligt!är!en!avslamningsbassäng!med!ett!gjutet!fundament!vid!sidan!ett!bra!
alternativ.!!
!
Vid!rampen!där!pumpgroparna!blir!permanenta!är!en!horisontell!pumpgrop!att!föredra.!
Vid!utrymmen!med!begränsad!framkomlighet!som!kan!försvåra!rensningen!av!slam!är!
en!mobil!pumpgrop!ett!bra!alternativ.!Den!mobila!pumpgropen!kan!även!förflyttas!vid!
behov!och!gör!sig!då!lämplig!nära!brytningsrummen.!De!kan!då!flyttas!med!desto!längre!
ortdrivningen!fortsätter.!
!
!
* *
8.*Rekommendationer*
Examensarbetets!rekommendationer!är!följande:!
• Det!inkommande!vattnet!skall!ledas!mot!bergväggen!först!för!att!inte!det!redan!
sedimenterade!slammet!ska!rivas!upp!och!blandas!ihop!med!vattnet!igen.!Vilket!
medför!att!slammet!pumpas!vidare.!
• Undersöka!vidare!på!om!den!mobila!pumpgropen!skulle!vara!tillämpningsbar!då!
den!lätt!kan!förflyttas!när!inte!behovet!av!en!pumpgrop!behövs!längre.!
• Bestämning!av!partikelstorleken!i!slammet!bör!undersökas!för!att!
dimensioneringen!ska!bli!mer!tillförlitlig.!!
• Använda!Stokes!eller!Newtons!lag!samt!Hazens!ytbelastningsteori!vid!
dimensionering!av!avslamningsbassänger.!
• Utforma!en!SOP!(Standard!operating!procedure)!som!innehåller!olika!alternativ!
på!avslamningsbassänger!beroende!på!förutsättningarna.!
• Undersöka!vidare!om!att!inte!tillåta!sedimentering!i!varje!steg.!Exempelvis!bara!
tillåta!sedimentering!i!avslamningsbassänger!för!att!minimera!antal!ställen!med!
slamrensning/slamhantering!på.!
* *
9.*Referenser*
Boliden!AB.!(2016).!Gravimetrimätning.!Hämtad!2016=05=22!från!
http://partner.boliden.com/www/bolidense.nsf/951b4d7cbfc58bc6c1256df80037d8f3 /948316a889c3a1c6c12577420027da58?OpenDocument!
!
Boliden!AB.!(2016).!Konkurrenskraftiga2gruvor2och2smältverk:2årsredovisning22015.!
Hämtad!från!http://ir.boliden.com/afw/files/press/boliden/201603091669=1.pdf!
!
Boliden!AB.!(2015).!Metals2for2modern2lifes2[Broschyr].2Hämtad!från!
http://www.boliden.com/Documents/Press/Publications/Boliden%20metals=for=
modern=life=sv.pdf!
!
Grundfos.!(2016).!Sedimentering.!Hämtad!2016=05=04!från!
http://se.grundfos.com/industries=solutions/applications/sedimentation.html!!!
!
Magnusson,!J.!&!Norin,!M.!(2013).!Hantering2av2länsvatten2i2anläggningsprojekt!(Rapport!
SBUF!ID:!12655).2Hämtad!från!SBUF´s!webbplats:!
http://vpp.sbuf.se/Public/Documents/ProjectDocuments/a01d5250=6145=413a=9d54=
4a5df1ff1e78/FinalReport/SBUF%2012655%20Slutrapport%20Länsvatten%20i%20a nläggningsprojekt.pdf!22
!
McCarthy,!P.L.!&!Dorricott,!M.G.!(2011).!Dewatering!Underground!Operations.!I!P.!
Darling!(red.),!SME2Mining2Engineering2Handbook!(3.!ed.,!pp.!765=780).!Englewood,!
Colo.:!Society!for!mining,!Metallurgy,!and!Exploration.!!
!
Wills,!B.A.!&!Napier=Munn,!T.!(2006).!Wills'2mineral2processing2technology:2an2 introduction2to2the2practical2aspects2of2ore2treatment2and2mineral2recovery.!(7.!ed.)!
Amsterdam:!Elsevier/BH!
