Kaevandustehnilise analüüsi tutvustus - emeriitprofessor Enno Reinsalu (Mäeinstituut)

mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 1

FOSFORIIDI KAEVANDAMISE TEHNIKA

Ida-Kabala näitel

Enno Reinsalu, Vivika Väizene jt TTÜ mäeinstituudist


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


Asukoha valik -

maastik avamise kohas


Asukoht -

maastik mäetööde hilises staadiumis


Asukoha valikut mõjutavad kaitsealad ja kaitstavad objektid


Avamine (üks variantidest)


Võimalik lahend -

topeltkaevandus


2. Probleem, allmaatarindid

1.

Allmaa-keskkond on uus2.

Kaks esimest küsimust:

–

Kaeveõõnte laius –

vahetu lae püsivus?

–

Tervikute mõõtmed –

koristus- kaeveõõnte mõõtmed ning paigutus?

Vastused sõltuvad kivimite omadustest


2.1. AllmaakeskkondPõlevkivi kuvand:

•

Ühtlane kihind kilomeetrite ulatuses•

Plaatjas vahetu põhilagi ja vahetu lagi

•

Tugev plaatjas põrand… tuleb kõrvale jätte


Fosforiit ei ole nii ühtlane kui põlevkivi


Oletame sellist kihti


Kuid ilmselt näeme sellist lasundit


2.2. Käikude laius

Klassikaline arvutus lähtub tala (plaadi) kuvandist –

puruneb

tõmbele Käikude laius ehk piir-ava arvutatakse

laekihtide paksuse ja tõmbetugevuse alusel


Klassikaline arvutusmudel


Arvutatud käikude laius Lääne-Kabalas

LadeMahumass,

t/m3Tõmbetugevus, MPa Lademete paksus, m Piir-ava, m

Piirid Keskmine Piirid 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...5,3O1lt 2,33 0,1...7,9 0,74 0,9...1,9 1,3 1,6...3,4O1pk 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 -


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


Kivimite tõmbetugevus on muutlik

Lähteandmed:

Данилов, Н., 1985. Исследование

масштабных

эффектов

при

лабораторных

испытаниях

Раквереского

месторождения

фосфоритов. Дипломная

работа

АК-

107.1.80.0228, 83 с.

0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0

0 1 2 3 4 5 6

Tõmbetugevus, Mpa

Tõen

äosu

s, e

t on

väik

sem

Glaukoniitliivakivi kihindi peal Fosforiidikihindi kivimid

Aleuroliit kihindi all


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

http://www.keskkonnatehnika.ee/client/common-docs/2012_pdf/KKT_2012_03.pdf


2.3. Tervikute mõõtmed

Klassikaline arvutus lähtub kivimite survetugevusest

Põlevkivitervikute puhul on välja töötatud oma arvutusmeetod


Tervikute arvutamisel

lähtutakse survetugevusest


Tegelikult

… pudenevad tervikud tõmbe-

ja nihkejõudude

mõjul


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


Mõiste, selgitus Tähis Väärtus, valem Väärtus, valem

Algtugevus, kandevõime moodustamise hetkel, MPa

Ro

= 16 10,4

Hetktugevus, kandevõime ajahetkel t

(kuudes), MPaRt

= Ro

(0,44

+

0,56

(1/(1+t)0,6) 81,3

/ ln

2500

t

Kestustugevus, kandevõime lõpmatult pika

ja aja jooksulR

= 7 6,2

Andmeallikas Allmaakaevandamisel …, 1998

Lüütre, Talve, 1980

Alus-

varisenud kambriplokkide arv 66 22

Tugevustunnused

Kõik tugevustunnused on 2…4 korda väiksemad kui kihindi kõige nõrgema kivimi C-kihi teimitugevus

(UCS)


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


Lae ja põranda püsivus

Mäerõhk pressib pealt, külgedelt ja alt


Skeeme Lääne-Kabalas


Skeeme Lääne-Kabalas


Skeeme on joonistatud veel


Täitmise tehnikat uuritakse


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.


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


PKT indeks, Is(50)

MPa

Survetugevus,

S, MPa

Tõmbetugevus,

T, MPa

Suhe

S/TAbrasiivsus,

mg Allikas või teostaja

Ülgase fosforiit 0,3 (mediaan) Vivika Väizene

Piusa klaasiliivakivi 0,17 (keskväärtus) Ain Anepaio

Lääne-Kabala fosforiidiväli

Lubjakivi laes 40...60 2,5...3,5 17 10...15

[Kuusemets, 1986]Vahetu lagi –

glaukoniitliivakivi 0,8...16 0,16...1,3 5...12 3...5

Mediaan 0,81 [Данилов, 1985]

Kihind – detriit ja oobolusliivakivi 0,67...65 0,04...8 8...17

[Kuusemets, 1986]

Keskmised 18 1,8 10


Põhi – aleuroliit 4,4...100 0,16...4,5 40…60[Kuusemets, 1986]

Keskmised 40 1,3 30


E e s t i l i i v a k i v i d e t u g e v u s t u n n u s e d

Mehhaanilised teimid


4. Fosforiidi vastupanu väljamisele

Lõhutavus (PLT indeks)

y = 0.95x0.51

R2 = 0.96

0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Indeks

Tõen

äosu

s, e

t on

PLT

inde

ks v

äiks

em k

ui:

Ülgase, idastoll PiusaAstendaja (Ülgase, idastoll) Astendaja (Piusa)

Puuritavuse energiamahukus

0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Energiamahukus, kWs/cm

Sag

edus

ehk

tõen

äosu

s, e

t on

väik

sem

Põlevkivikihindi kivimid Fosforiidi kihind ja valelagiEhituslubjakivid Põlevkivi kihidOoboluskonglomeraat

Fosforiit on põlevkivist 2 korda ja ehituslubjakivist 4 korda hõlpsamini väljatav,

Kui seda abrasiivsust ei oleks …

Tegime mõned teimid


5. Fosforiidi rikastatavus

Senised hinnangud ei anna alust erilisteks ootamatusteks

0.7

0.8

0.9

1.0

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

Kaevise toimainesisaldus

Kas

uteg

ur /

Ahe

rdus

tegu

r

Kasutegur ehk eraldusaste


6. Uuringu projekteerimine

Trendi analüüsFaktor - toimaine tootlus

SUMMARY OUTPUTRegression Statistics

Multiple R 0.600R Square 0.359Adjusted R Square 0.312Standard Error 0.485Observations 30

ANOVAdf SS MS F ignificance F

Regression 2 3.557583 1.77879142 7.575832 0.002446Residual 27 6.339551 0.23479817Total 29 9.897134

Coefficientstandard Erro t Stat P-value Lower 95% Upper 95%Lower 95.0%Upper 95.0%Intercept 2.031253 0.36 5.71709869 4.47E-06 1.302249 2.7602574 1.302249 2.760257

x - ida X Variable 1 -0.115893 0.034888 -3.3218745 0.002574 -0.187477 -0.044309 -0.187477 -0.044309y -põhi X Variable 2 -0.068437 0.028849 -2.3722017 0.025068 -0.127631 -0.009243 -0.127631 -0.009243

Selgitused trendi analüüsi juurde Uuringupunktide (puuraukude) arvu määramine

Tootlus väheneb x-suunas -0.12 t/km Vajalik uuringupunktide arv n = (t v / )^2Tootlus väheneb y-suunas -0.07 t/km Trendi arvestav variatsioonitegur v 0.44Tootlus kasvab lõuna-edela suunas: Ette antud suhteline viga 0.1Gradient F = 0.13 t/km Vajalik uuringupunktide arv n 32Direktsiooninurk φ = 211 kraadi Uuringuvälja pindala, km2 S 50Juhusliku ja süstemaatilise suhe 2.6 Punktitihedus 1/km2 0.6Optimaalne varuploki külje pikkus 8 kmVaruploki pindala võiks olla 59 km2 Studenti teguri sõltuvus mõõtmiskohtade arvustMaršruutide ja puuraukude vahe suhe 2.6

Eelnev Lõplik4 1.48 5 419 1.37 10 36

19 1.32 20 3329 1.31 30 3239 1.30 40 32

Tulemus 59 1.30 60 32Kui võtame aluseks kihindi tootluse, kui kõige suurema variatsiooniga tunnuse ja nõuda, etsee määrav kvaliteeditunnus ei tohi olla ette antud piirist väiksem kui 10%ja seda tõenäosusega 90%, siis proovikohti (puurauke) peaks olema 32Kui sobiv puurimistihedus (punktitihedus) on 0.6 1/km2

siis esialne uuringuala võiks olla kuni 50 km2

Kui puuriks ridadena (käikudena), aukude vahe käigus 0.2 km, siis käikude vahe oleks 0.5 km Kusjuures käigud oleksid orienteeritud kirde-loode suunas direktsiooninurgaga 211 kraadi

Proovimise teel leitud sobiv arv

Aukude arvf t 85%

Reinsalu, E. 2013. Eesti mäendus II, lk 83 http://digi.lib.ttu.ee/i/?163

http://digi.lib.ttu.ee/i/?163


ESITLUSE LÕPP

[email protected]

Technology

Kaevandustehnilise analüüsi tutvustus - emeriitprofessor Enno Reinsalu (Mäeinstituut)