Fosforiidiseminar 07.01.2014

1. FOSFORIIDI
KAEVANDAMISE TEHNIKA
Ida-Kabala näitel
Enno Reinsalu, Vivika Väizene jt TTÜ mäeinstituudist
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
1
mi.ttu.ee

2. 1. Probleem, avamine
1. Tehnoplatsi valik – asumitest eemal,
ühendusteede lähedal
2. Avamise mäetehniline kriteerium –
maardla parimas kohas
3. Mäetööde liikumise suund – maavara
kvaliteedi vähima muutuse suunas
4. Allmaatarindite orientatsioon – sõltuvalt
geoloogiliste häirevööndite suunast
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
2
mi.ttu.ee

3. Asukoha valik - maastik avamise
kohas
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
3
mi.ttu.ee

4. Asukoht - maastik mäetööde hilises
staadiumis
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
4
mi.ttu.ee

5. Asukoha valikut mõjutavad kaitsealad
ja kaitstavad objektid
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
5
mi.ttu.ee

6. Avamine (üks variantidest)
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
6
mi.ttu.ee

7. Võimalik lahend - topeltkaevandus
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
7
mi.ttu.ee

8. 2. Probleem, allmaatarindid
1. Allmaa-keskkond on uus
2. Kaks esimest küsimust:
– Kaeveõõnte laius – vahetu lae
püsivus?
– Tervikute mõõtmed – koristuskaeveõõnte mõõtmed ning paigutus?
Vastused sõltuvad kivimite omadustest
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
8
mi.ttu.ee

9. 2.1. Allmaakeskkond
Põlevkivi kuvand:
•
Ühtlane kihind kilomeetrite ulatuses
•
Plaatjas vahetu põhilagi ja vahetu lagi
•
Tugev plaatjas põrand
… tuleb kõrvale jätte
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
9
mi.ttu.ee

10. Fosforiit ei ole nii ühtlane kui põlevkivi
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
10
mi.ttu.ee

11. Oletame sellist kihti
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
11
mi.ttu.ee

12. Kuid ilmselt näeme sellist lasundit
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
12
mi.ttu.ee

13. 2.2. Käikude laius
Klassikaline arvutus lähtub tala
(plaadi) kuvandist – puruneb
tõmbele
Käikude laius ehk piir-ava arvutatakse
laekihtide paksuse ja
tõmbetugevuse alusel
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
13
mi.ttu.ee

14. Klassikaline arvutusmudel
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
14
mi.ttu.ee

15. Arvutatud käikude laius Lääne-Kabalas
Lade
Mahumass,
t/m3
Tõmbetugevus, MPa
Lademete paksus, m
Piirid
Keskmine
Piirid
Piir-ava, m
Keskmine
O2rk
2,65
4,2...6,5
5,6
2,3...20,0
12,5
53,0...104,2
O2op
2,60
0,5...4,9
2,3
2,1...4,4
3,8
4,2...18,3
O2kl
2,60
2,0...6,1
4,0
9,2...13,0
12,2
36,4...86,4
O2jh
2,60
1,8...10,8
3,6
7,1...10,7
8,8
21,9...68,4
O2id
2,56
0,9...6,8
3,7
3,4...6,5
4,8
3,7...22,6
O2kk
2,41
0,2...4,9
2,5
9,5...14,8
10,0
16,2...22,1
O2uh
2,45
0,3...6,7
2,9
10,8...14,5
13,5
11,1...39,9
O2ls
2,63
1,8...8,1
5,1
7,0...9,6
8,0
12,1...23,5
O2as
2,63
1,9...7,3
5,1
2,8...3,8
3,3
4,5...7,7
O1kn
2,65
0,7...8,5
4,3
6,1...8,9
7,4
13,0...22,8
O1vl
2,72
1,0...8,2
4,7
1,4...2,8
2,1
3,1...5,3
O1lt
2,33
0,1...7,9
0,74
0,9...1,9
1,3
1,6...3,4
O1pk
2,61
0,04...4,4
1,8
6,4...12,1
7,6
-
€1ts
2,10
0,05...5,8
0,9
10,0...20,0
12,0
-
€1lk
2,34
1,8...2,8
2,4
8,0...16,0
13,0
-
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
15
mi.ttu.ee

16. Käikude laius
Klassikaline arvutus, mis lähtub tala
kuvandist ei saa olla piisav, sest
1) vahetu lae paksus on ebaühtlane
2) lagi pole plaat
3) tõmbetugevus on mitmeti
trakteeritav, ei jaotu normaalselt jne
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
16
mi.ttu.ee

17. Tõenäosus, et on väiksem
Kivimite tõmbetugevus on muutlik
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0
1
2
3
4
5
6
Tõmbetugevus, Mpa
Glaukoniitliivakivi kihindi peal
Fosforiidikihindi kivimid
Aleuroliit kihindi all
Lähteandmed: Данилов, Н., 1985. Исследование масштабных эффектов при лабораторных
испытаниях Раквереского месторождения фосфоритов. Дипломная работа АК107.1.80.0228, 83 с.
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
17
mi.ttu.ee

18. Insener, kui arvutad, siis mõtle, kas
… tõmbetugevus on:
1. Teimitugevuste keskväärtus (aritmeetiline
keskmine, mediaan)
2. … või mingi tõenäosusega seotud
minimaalväärtus
3. …teimitud piki või risti kihisust?
Metoodika: Reinsalu, E. 2012. Kui tugevad on nõrgad kivimid, Keskkonnatehnika nr 3, 40…42.
http://www.keskkonnatehnika.ee/client/common-docs/2012_pdf/KKT_2012_03.pdf
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
18
mi.ttu.ee

19. 2.3. Tervikute mõõtmed
Klassikaline arvutus lähtub kivimite
survetugevusest
Põlevkivitervikute puhul on välja
töötatud oma arvutusmeetod
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
19
mi.ttu.ee

20. Tervikute arvutamisel
lähtutakse
survetugevusest
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
20
mi.ttu.ee

21. Tegelikult
… pudenevad tervikud
tõmbe- ja nihkejõudude
mõjul
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
21
mi.ttu.ee

22. Põlevkivitervikute arvutus
• Koormus tervikutele kasvab aja jooksul
• Tervikutes ilmnevad nähtused mis
sarnanevad kivimi roomamisele
• Tervikutest (sammastest) ja põhilaest
(plaadist) koosnev süsteem kas
tasakaalustub või puruneb (kollapseerub)
• Tervikute kandevõime (bearing capasity)
iseloomustamiseks on kolm
tugevustunnust
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
22
mi.ttu.ee

23. Tugevustunnused
Mõiste, selgitus
Tähis
Algtugevus, kandevõime
moodustamise hetkel, MPa
Hetktugevus, kandevõime
ajahetkel t (kuudes), MPa
Kestustugevus,
kandevõime lõpmatult pika
ja aja jooksul
Väärtus, valem
Ro = 16
10,4
Rt = Ro  (0,44 + 0,56  (1/(1+t)0,6)
R= 7
Andmeallikas
Alus- varisenud kambriplokkide arv
Väärtus, valem
81,3 / ln 2500 t
6,2
Allmaakaevandamisel …,
1998
Lüütre, Talve,
1980
66
22
Kõik tugevustunnused on 2…4 korda väiksemad kui kihindi kõige nõrgema
kivimi C-kihi teimitugevus (UCS)
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
23
mi.ttu.ee

24. Fosforiiditervikute …
… kestustugevuse kaudne hinnang Maardu
allmaakaevanduse tervikute alusel, teades, et:
• 1,5 m kõrguse koristuskaeveõõne lage hoidsid 2x2 m
tervikud 6 m sammuga
• töö toimus 15 m sügavusel
• varutegur võis olla 2
… siis põlevkivimetoodika alusel “tagurpidi arvutades” võis
kivimi kestustugevus olla 7,7 MPa ehk ligikaudu sama
mis põlevkivil
Kaudne hinnang ei ole omaette kasutatav. Tuleb üle
kontrollida
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
24
mi.ttu.ee

25. Lae ja põranda püsivus
Mäerõhk pressib pealt, külgedelt ja alt
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
25
mi.ttu.ee

26. Skeeme Lääne-Kabalas
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
26
mi.ttu.ee

27. Skeeme Lääne-Kabalas
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
27
mi.ttu.ee

28. Skeeme on joonistatud veel
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
28
mi.ttu.ee

29. Täitmise tehnikat uuritakse
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
29
mi.ttu.ee

30. Vahekokkuvõte – fosforiidi …
… püsivusarvutustes ei saa lähtuda põlevkivi kuvandist;
põlevkivi on lamamist ja lasumi nõrgem, selle tervikud
purunevad kahe tugevast lubjakivist koosneva plaadi vahel;
… vahetu lagi ja põrand koosnevad poolkaljustest liivakividest
ja aleuroliidist mis purunevad koos; fosforiidi tervikud
surutakse põrandasse ja lasumi aleuroliit kerkib alt üles;
… kaeveõõned tuleb kaeveõõned projekteerida ruumilise
modelleerimise abil
… projekteerimiseks on vajalikud mitte ainult fosforiidi vaid ka
kõigi kaas- ja lähiskivimite tugevustunnused.
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
30
mi.ttu.ee

31. 3. Kivimite omadustest
… seonduvalt allmaa-taristu projekteerimisega:
•
Teimitulemusi on, kuid üsna kaootiliselt;
valdavalt on teimitud survetugevust (UCS) ja
tõmbetugevust (UTS)
•
Puudulikult on hinnatud settekivimitele
eriomast heterogeensust ja anisotroopsust –
tugevustunnuseid piki ja risti kihisust
•
Vähe on andmeid elastsusmoodulist
•
Puudub teave tangentsiaalmoodulist,
rääkimata seosest selle väärtuse ja
deformatsiooni vahel
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
31
mi.ttu.ee

32. Eesti
liivakivide
PKT indeks, Is(50)
MPa
Survetugevus,
S, MPa
tugevustunnused
Tõmbetugevus,
Suhe
T, MPa
S/T
Abrasiivsus,
mg
Allikas või teostaja
Mehhaanilised teimid
Ülgase fosforiit
0,3 (mediaan)
Vivika Väizene
Piusa klaasiliivakivi
0,17
(keskväärtus)
Ain Anepaio
Lääne-Kabala fosforiidiväli
Lubjakivi laes
40...60
Vahetu lagi –
glaukoniitliivakivi
2,5...3,5
17
10...15
[Kuusemets, 1986]
0,8...16
Mediaan
0,16...1,3
5...12
3...5
[Данилов, 1985]
0,81
Kihind – detriit ja
oobolusliivakivi
Keskmised
0,67...65
8...17
[Kuusemets, 1986]
18
1,8
10
1,63
Mediaan
Põhi – aleuroliit
0,04...8
4,4...100
[Данилов, 1985]
0,16...4,5
40…60
[Kuusemets, 1986]
Keskmised
Mediaan
7. jaanuar 2014
40
1,3
30
[Данилов, 1985]
0,69
Fosforiidi spetsialistide seminar
32
mi.ttu.ee

33. 4. Fosforiidi vastupanu väljamisele
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0.0
Tegime mõned teimid
y = 0.95x
0.51
2
R = 0.96
Puuritavuse energiamahukus
1.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
Indeks
Ülgase, idastoll
Piusa
Astendaja (Ülgase, idastoll)
Astendaja (Piusa)
Fosforiit on põlevkivist 2 korda ja
ehituslubjakivist 4 korda
hõlpsamini väljatav,
Kui seda abrasiivsust ei oleks …
7. jaanuar 2014
Sagedus ehk tõenäosus, et on
väiksem
Tõenäosus, et on PLT
indeks väiksem kui:
Lõhutavus (PLT indeks)
1.4
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Energiamahukus, kWs/cm
Põlevkivikihindi kivimid
Fosforiidi kihind ja valelagi
Ehituslubjakivid
Põlevkivi kihid
Ooboluskonglomeraat
Fosforiidi spetsialistide seminar
33
mi.ttu.ee

34. 5. Fosforiidi rikastatavus
Kasutegur / Aherdustegur
Senised hinnangud ei anna alust
erilisteks ootamatusteks
1.0
0.9
0.8
0.7
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
Kaevise toimainesisaldus
Kasutegur ehk eraldusaste
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
34
mi.ttu.ee

35. Trendi analüüs
Faktor - toimaine tootlus
SUMMARY OUTPUT
Regression Statistics
Multiple R
R Square
Adjusted R Square
Standard Error
Observations
0.600
0.359
0.312
0.485
30
6. Uuringu projekteerimine
ANOVA
df
Regression
Residual
Total
x - ida
y -põhi
SS
MS
F
ignificance F
2 3.557583 1.77879142 7.575832 0.002446
27 6.339551 0.23479817
29 9.897134
P-value Lower 95% Upper 95%
Lower 95.0%
Upper 95.0%
Coefficientstandard Erro t Stat
0.36 5.71709869 4.47E-06 1.302249 2.7602574 1.302249 2.760257
2.031253
-0.115893 0.034888 -3.3218745 0.002574 -0.187477 -0.044309 -0.187477 -0.044309
-0.068437 0.028849 -2.3722017 0.025068 -0.127631 -0.009243 -0.127631 -0.009243
Intercept
X Variable 1
X Variable 2
Selgitused trendi analüüsi juurde
Uuringupunktide (puuraukude) arvu määramine
Tootlus väheneb x-suunas
Tootlus väheneb y-suunas
Tootlus kasvab lõuna-edela suunas:
Gradient
F=
Direktsiooninurk
φ=
Juhusliku ja süstemaatilise suhe 
Optimaalne varuploki külje pikkus
Varuploki pindala võiks olla
Maršruutide ja puuraukude vahe suhe
-0.12 t/km
-0.07 t/km
0.13
211
2.6
8
59
2.6
Reinsalu, E. 2013. Eesti mäendus II,
lk 83 http://digi.lib.ttu.ee/i/?163
t/km
kraadi
km
2
km
n = (t v /  )^2
Vajalik uuringupunktide arv
Trendi arvestav variatsioonitegur
v

Ette antud suhteline viga
Vajalik uuringupunktide arv
n
2
Uuringuvälja pindala, km
S
2
1/km

Punktitihedus
0.44
0.1
32
50
0.6
Studenti teguri sõltuvus mõõtmiskohtade arvust
Aukude arv
t 85%
f
Eelnev
Lõplik
4
1.48
5
41
9
1.37
10
36
19
1.32
20
33
29
1.31
30
32
1.30
40
32
Tulemus
59
1.30
Kui võtame aluseks kihindi tootluse, kui kõige suurema variatsiooniga tunnuse ja nõuda, et
see määrav kvaliteeditunnus ei tohi olla ette antud piirist väiksem kui
ja seda tõenäosusega 90%, siis proovikohti (puurauke) peaks olema
Kui sobiv puurimistihedus (punktitihedus) on
siis esialne uuringuala võiks olla kuni
0.2 km, siis käikude vahe oleks
Kui puuriks ridadena (käikudena), aukude vahe käigus
Kusjuures käigud oleksid orienteeritud kirde-loode suunas direktsiooninurgaga
Proovimise teel leitud sobiv arv
60
32
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
39
10%
32
0.6
50
0.5
211
2
1/km
2
km
km
kraadi
35
mi.ttu.ee

36. ESITLUSE LÕPP
enno.reinsalu@ttu.ee
7. jaanuar 2014
Fosforiidi spetsialistide seminar
36
mi.ttu.ee