Artikkel: Kaevandamise protsesside sõltuvus mäendustingimustest

Kaevandamise protsesside sõltuvus mäendustingimustest
Kaevandamise protsesside sõltuvus mäendustingimustest Ingo Valgma, Margit Kolats, Gaia Grossfeldt, Märt Saum Kaevandamise protsesside ja tehnoloogia valikul on kasutusel kaks peamist meetodit. Esimene on analoogia meetod. Analüüsitakse analoogilistes tingimustes töötavat tehnoloogiat ja määratakse selle järgi sobivus. Tingimused on nii geoloogilised, mäenduslikud, sotsiaalsed, kultuurilised, poliitilised kui keskkondlikud. Kunagi ei ole kõik tingimused täpselt sarnased. Mida tsiviliseeritumaks keskkond muutub, seda rohkem on ka tingimusi. Kuni tingimused mõjutavad kaevandamist, seni võib neid nimetada mäendustingimusteks. Teine meetod on kaevandamistingimustele ja teistele võimalikele tingimustele sobivate tehnoloogiate valimine väljatöötatud teooriate, kriteeriumite ja arvutuskäikude kaudu. Selle meetodi puudus on paljude kriteeriumite puudumine uute tingimuste kohta. Maailma mäenduse sünnimaa on Saksamaa, nii ka Eesti oma. Saksamaa kaevandamismahud on vähenenud kuid ta on säilitanud juhtpositsiooni mäeteaduse ja kaevandmistehnoloogia arendamisel. Mäeinstituudil on kogu Eesti mäenduse ajaloo jooksul olnud tihedad sidemed Saksamaa mäeülikoolidega. Möödunud dekaadi jooksul TTÜ mäeinstituudi poolt läbi viidud välitöödel mõõdistatud ja analüüsitud mäendustingimused ja tehnoloogiad on kasutatavad ka Eesti ja teiste riikide maardlates. Kaevandamisviis, N: Allmaakaevandamine Kaevandamistehnoloogia, N: Kamberkaevandamine N: Vaalkaevandamine N: Aukkaevandamine Protsess, N: Vedu N: Laadimine N: Ammutamine N: Pööramine N: Tühjendamine Operatsioon, N: Täissõit N: Tühisõit Joonis 1 Mäetööde mõistete hierarhiline skeem; N: Vedu – mõiste taseme näide Kaevandamise protsessid koosnevad operatsioonidest ja on osa tehnoloogiast ning viisist. (Joonis 1) Nii tehnoloogiad kui protsessid ja operatsioonid on kasutatavad vaid teatud piirides. Killustiku, kui maailma enimkaevandatud kauba tootmise ja Eesti mäenduse kontekstis on otstarbekas tuua paralleele basaltkillustiku kaevandamisega karjääris, kiltkivi kaevandamisega kaevanduses ja lubjakivi kaevandamisega karjääris. Basaltkillustiku kaevandamise protsessid Johannes Nickel GmbH & Co. KG mäetööstusettevõte kaevandab Frankfurdi lähedal alates 1881 aastast basaltkillustikku. Basaldimaardla asub endisel vulkaanilisel alal Vogelsbergis. Aukkarjääris toodetakse miljon tonni killustikku aastas (Joonis 2). Tehnoloogia on välja töötatud ja peamine põhjus selle parandamiseks ning muutmiseks on turvalisuse ja loodushoiu tähtsustamine ning kohalike elanike enesehinnangu tõus. Kvaliteetne basaldi kiht on 60 m paksune, millel lasub 1‐20 m katendit. Joonis 2 Basaltkillustiku aukkarjäär Kuna karjäär asub praktiliselt keset küla (küla on ehitatud ümber karjääri), siis on oluline jälgida vibratsiooni, kuna kasutatakse puur‐ ja lõhketöid (Joonis 3). Tavaliselt toimub 1 kord nädalas lõhkamine. Vibratsiooni vähendamiseks on mindud üle viitlõhkamisega NONEL süsteemile. Tootlikkuse suurendamiseks ja lõhkeainekoguse ja vibratsiooni vähendamiseks mõõdetakse laseriga ee pind ja nõlva kõrguseid ning seejärel tehakse optimaalne lõhkamise skeem. Ühes puuraugus on 40 kg lõhkeainet (Joonis 4, Joonis 5 ja Joonis 6). Joonis 3 Lõhkamine Joonis 4 Laserskänner ee mõõdistamiseks ja optimaalse lõhkevõrgu arvutamiseks Joonis 5 Vibratsiooniandur lõhketööde mõju ohjamiseks Joonis 6 Lõhketööde passi optimeerimine skaneeritud ee andmete põhjal Kaevandatakse hüdrauliliste ekskavaatoritega, kopplaadurite ja 40 t kandevõimega karjäärikalluritega (Joonis 7). Purustist läheb materjal otse lattu. Katendikivimid paigutatakse välispuistangutesse, mis pärast rekultiveeritakse. Joonis 7 Karjäärikallurile laetakse basaltkillustik kopplaaduriga Säästev kaevandamine on seotud ettevõttesiseste töötingimustega, ohutuse, tootlikkuse, motivatsiooni ja teadlikkusega (Joonis 8 Juhtimiskeskuse eesmärk on tootlikkuse tõstmine ja inimeste eemalhoidmine ohtlikest ja ebamugavatest mäetööde operatsioonidest). Joonis 8 Juhtimiskeskuse eesmärk on tootlikkuse tõstmine ja inimeste eemalhoidmine ohtlikest ja ebamugavatest mäetööde operatsioonidest Kauba tootmiseks kasutatakse esimese astmena koonuspurustit ja teisena rootorpurustit e. löökpurustit (Joonis 9 Koonuspurusti ava; Joonis 10 Avatud korpusega rootorpurusti). Joonis 9 Koonuspurusti ava Joonis 10 Avatud korpusega rootorpurusti Karjääris on kasutusel ka eelmise sajandi alguses tööd alustanud löökpurustid, millega valmistatakse raudteedele sobivat kuubikujulist killustikku. Karjääri elujõulisuse seisukohalt on oluline kohalike elanike ja huvigruppidega suhtlemine. Parim võimalus selleks on kohalike elanike tööle võtmine, see tagab inimeste samastumise ettevõttega. Samuti on tähtsal kohal meediakajastused ja avatud uste päevad (Joonis 11 Karjääri rekultiveerimise plaanid avaldatakse inimeste informeerimiseks kohalikus ajalehes). Joonis 11 Karjääri rekultiveerimise plaanid avaldatakse inimeste informeerimiseks kohalikus ajalehes Täitmine kiltkivi aherainega Rathscheck grupile kuuluvas Margareta ja Katzenbergi kaevanduses kasutatakse korrustega kamberkaevandamise tehnoloogiat. Kuna kiltkivi peamine kasutusala on katusekivi, siis on kaubana kasutatav vaid vähemalt 0,5x0,3x1 m suurune plokk, mida saab edaspidise lõikamise ja lõhestamise abil vormida katuseplaadiks mõõtmetega ca. 20x30 cm. Kiltkivi, millest plokke murda ei õnnestu, jäetakse kaevandusse ning kasutatakse täitematerjalina. Seetõttu on kiltkivi kaevandamine selektiivne. Massiivist lõigatud sobivate mõõtmetega plokid veetakse maa peale (Joonis 12 Plokkide saagimine kambri seinast). Mittesobivad laotakse veostreki küljele riita ja riida tagune kuhjatakse kopplaaduri abil kaubaks mittekõlbavat kiltkivi täis (Joonis 13 Kiltkivist laotud riit veostreki küljel ja Joonis 14 Kopplaaduriga riidataguse ala täitmine kambris). Korrustega kamberkaevandamist kasutatakse järskudes kaldkihtidees ja peamine erinevus võrreldes Eestis kasutatava kamberkaevandamisega on see, et kambrid ja tervikud asuvad korrustena üksteise peal. Korruste vahele jäetakse 5m paksused tervikud. Strekkide läbindamiseks kasutakse kaevanduses puur‐lõhketöid. Plokid saetakse seinast saega ning eemaldatakse massiivist hüdrovasara abil. Kambrite mõõtmed on optimeeritud ligi 700 aastase kaevandamiskogemuse alusel. Selle alusel kaevandatakse kambrites mõõtmetega 5x8x6m. Kuue meetri kõrguses kambris väljatakse 8m laiune ja 5m pikkune kamber. Kambri ja veostreki põhja paigutatakse täitematerjal ja tõustakse selle peal üles, lõigates uue kambri seinast kiht‐kihiti plokke. Korruse kõrguseks saavutatakse 41m ja seejärel jäetakse 5m paksune tervik ja alustatakse uue korrusega. Kuna vedu ja tõste on orienteeritud plokkidele ja kiltkiviplokkidest on hõlbus laduda tugiseinu, siis on aheraine jätmine kaevandusse majanduslikult otstarbeks. Täitemassiivi eesmärk ei ole põhilae ülalhoid vaid see on tehnoloogiline, võimaldades kõrgete korrustega kaevandamist, suurendades samas tervikute stabiilsust ja ohutust kaevanduses. Eestis kasutatud osalise kamberkaevandamise peamine erinevus oli see, et paekiviriitade ladumine oli käsitsitöö, plokkide ladumist on aga võimalik lihtsamalt mehhaniseerida kopplaaduri või kahveltõstuki kasutamise abil. Joonis 12 Plokkide saagimine kambri seinast Filmid: 1.avi; 2.avi; 3.avi ̧4.avi Joonis 13 Kiltkivist laotud riit veostreki küljel Joonis 14 Kopplaaduriga riidataguse ala täitmine kambris Tehnoloogilised muudatused seoses kohalike elanike teadlikkuse tõusuga CEMEX firmale kuuluvas Rüdersdorfi karjääris otsustati minna üle muudatustele tehnoloogias, mis on otseselt seotud kohalike elanike nõuetega. Karjääris on kaevandatud 750 aastat. (Berliini maailmakuulus Brandenburgi värav on valmistatud Rüdersdorfi karjäärist kaevandatud lubjakivist.) Karjäär on 4 km pikk ida‐lääne suunas ja 800 m põhja‐lõuna suunas. Karjääris jätkuks varu veel 20 aastat, kuid hetkel on probleemid järvevee taseme hoidmisega, kuna kaevandamissügavus on madalamal järve veetasemest. Perspektiiv on minna sügavale. Kaevandamismaht on 3 mln tonni lubjakivi aastas. Vett pumbatakse seejuures 12 mln m3 aastas, pumpamine toimub täielikult maa all: selleks on rajatud veekõrvaldusstrekid ja 10 inimest töötavad allmaajaoskonnas (Joonis 15 Karjääri põhjas on näha veekõrvaldusstrekk). Kaevandatakse viie astanguga, üks nõlv on tasandatud, teine järsk, kus asub esi. Alumistel astangutel kasutatakse raimamiseks odavamat varianti – puur‐ ja lõhketöid (Joonis 16 Lõhketöid saab kasutada karjääri põhjas asuvates astangutes). Katendit on 30 meetrit, põhja poole minnes see suureneb ja seda teisaldatakse 500 000 m3 aastas. Lubjakivi ei asetse maapinnas päris horisontaalselt ja ka maavara kvaliteet on karjääri põhja‐ ja lõunaosas erinev. Enne 1993. aastat viidi katend karjäärist välja, nüüd tuuakse see karjääri tagasi. Karjäär on oma piirid saavutanud. Katendist on moodustatud välispuistang, mille peal on praegu tuulikud. Lubjakivi kaevandamine toimub puur‐lõhketöödega. Korraga lõhatakse 10 000 tonni lubjakivi. Ühes laenguaugus on 80‐100 kg lõhkeainet ja korraga lõhatakse 20 laenguauku. Lõhatud materjal transporditakse konveierile ekskavaatorite ja laaduritega. Kasutusel on Caterpillari kallurid, kolm 100 tonnist kallurit ja neli 40 tonnist. Joonis 15 Karjääri põhjas on näha veekõrvaldusstrekk Joonis 16 Lõhketöid saab kasutada karjääri põhjas asuvates astangutes Ülemisel astangul kaevandades otsustati võtta kasutusele mehaaniline raimamine. Vaatluse all olid mitmed variandid – nii freeskombain, lühieekombain, kui hüdrovasar. Analoogia meetodit kasutades otsustati valida hüdrauliline pärikoppekskavaator tema peamiste eeliste tõttu antud tingimustes, milleks on: piisav survejõud, suur tootlikkus, võimalus suruda kopahambad porsunud kivimites asuvatesse lõhedesse horisontaalselt, piisav tühjenduskõrgus 100 t kalluritele laadimiseks. Eritellimusena paigutati ekskavaatorile järgmise klassi ekskavaatori hüdrosüsteem, väike kopp piisava survejõu rakendamiseks ja müralevikut vähendav kate (Joonis 17 Karjääri ülemistel astangutel tuleb raimamiseks kasutada vähendatud müratasemega hüdraulilist pärikopp‐ekskavaatorit). Ekskavaatori juures on lubatav müratase 85 dB ja majades see 55 dB. Joonis 17 Karjääri ülemistel astangutel tuleb raimamiseks kasutada vähendatud müratasemega hüdraulilist pärikopp‐ekskavaatorit Vastupidiselt tavatrendidele otsustati mobiilne purustussõlm asendada püsivaga, mis paigutati karjäär põhja, kust müra kaugele ei levi (Joonis 18 Purustussõlm paigutati karjääri põhja müra leviku vähendamiseks). Joonis 18 Purustussõlm paigutati karjääri põhja müra leviku vähendamiseks Kokkuvõte Kaevandamistehnoloogia valik ei sõltu enam klassikalistest mäendustingimuste kriteeriumitest. Nendest on saanud pigem piirangud ja sotsiaalsed piirangud on muutunud tingimusteks. Nii nagu poliitilised suunad sõltuvad põlvkondade mõtlemisviisidest ja muutuvad lainetena, muutub ka suhtumine mäetööstuse tehnoloogiatesse. Toormaterjali kallinemine ja defitsiit sunnib ühelt poolt tehnoloogiaid optimeerima sundides teisalt muutma ka mõtlemisviisi. Kuni tsivilisatsioon nõuab materjale, seni saab kõik alguse kaevandamisest. Artikkel on seotud uuringutega ETF Grant ETF7499 „Säästliku kaevandamise tingimused” ja SF0140093s08 „Maavarade säästva ja talutava kaevandamiskeskkonna loomine“. Kasutatud allikad 1. Saksamaa välitöö veebileht http://mi.ttu.ee/saksa (16.04.2008) 2. Ingo Valgma, Tõnis Kattel, SAKSAMAA KAASAEGSED KAEVANDAMISTEHNOLOOGIAD, 90 aastat põlevkivi kaevandamist Eestis. Eesti Mäeseltsi Mäekonverentsi 2006 kogumik, TTÜ mäeinstituut, Tallinn, 2006, 83 – 86 3. Rathscheck Shiefer. Ein scönes Stück Natur für Dach und Fassade. Rathscheck. Mayen- Katzenberg 2007 4. 125 Jahre Basaltnickel. Johannes Nickel GmbH & Co. KG Hartbasaltwerke, www.basaltnickel.de 2006 5. Beton-Informationen. Betonmarketing Nord GmbH. 2.2007 6. Cemex heute. cemex.de 2005 7. Environmental Statement 2007. Rüdersdorf Cement Plant. Cemex OstZement GmbH 2007

Viimased blogipostitused