Tutkimus

Uusia menetelmiä kallionporaukseen

Mikroaallot, lämpöshokit ja laser auttavat porautumaan Skandinavian kovaan graniittiin

Geotekniikassa etsitään kuumeisesti tehokkaampia kallionporausmenetelmiä, joissa käytetään perinteisen mekaanisen kuormituksen lisäksi esimerkiksi mikroaaltoja, lämpöshokkeja ja laseria. Uusia tehokkaampia porausmenetelmiä tarvitaan erityisesti geotermisen lämmön hyödyntämiseen Skandinaviassa, jossa kallioperä on ”kylmä” ja kovaa graniittia.

Geoterminen lämpö on eräs lupaavimmista tulevaisuuden puhtaista energialähteistä. Skandinaviassa geolämmön hyödyntäminen on kallioperän geologiasta johtuen erittäin haastavaa poraustekniikoille. Koska porausreiät yltävät jopa 5 – 7 kilometrin syvyyksiin, nousevat peruskustannukset ratkaiseviksi porakruunujen kulumisen vuoksi. Tästä johtuen geotekniikassa etsitään tutkimuksen avulla uusia poraustekniikoita, joissa perinteisen mekaanisen kuormituksen lisäksi kiveä heikennetään esimerkiksi sähkö- tai lämpöshokeilla, mikroaalloilla ja korkeapaineisella vesisuihkulla. Tällaiset ei-mekaaniset kuormitukset heikentävät kiveä aiheuttamalla siihen esimerkiksi säröjä, jolloin mekaaninen hajotustyö on helpompaa, ja siten porakruunut kestävät kauemmin tai vaihtoehtoisesti poraus etenee nopeammin.

Tampereen yliopiston rakennustekniikan laboratoriossa tutkitaan uusia poraustekniikoita laskennallisen mekaniikan keinoin dosentti Timo Saksalan akatemiatutkija-projektissa. Projektissa työskentelee myös tohtorikoulutettava Martina Pressacco, jonka aihe on lämpöshokkiavusteisen iskevän porauksen numeerinen mallinnus. Tarkoituksen on selvittää, kuinka paljon perinteistä mekaanisen iskuporauksen tehokkuutta voidaan edistää suuritehoisella ja lyhytaikaisella lämpöshokilla, joka vaikuttaisi mekaanisten iskujen välillä. Tutkimus on luonteeltaan teoreettista soveltuvuustutkimusta, jossa ei tässä vaiheessa oteta kantaa tällaisen menetelmän teknologisiin haasteisiin.

Tutkimushankkeen yhteistyökumppaneita ovat esimerkiksi Tampereen yliopiston materiaaliopin laboratorio, jossa tehdään hankkeeseen liittyvä kokeellinen tutkimus, ja norjalainen tutkimusinstituutti Sintef, jossa on meneillään samankaltainen hanke (InnoDrill). Tutkimus kestää vuoden 2021 elokuun loppuun, ja sen aikana valmistuu yksi väitöskirja ja ainakin yksi diplomityö.

Lisätietoja: Timo Saksala, timo.saksala@tuni.fi, puh.+358401893272

Rakennetun ympäristön tiedekunta

 

Julkaistu:16.1.2019