maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise · pdf filekvaternaar ........
TRANSCRIPT
Tallinna Tehnikaülikool
Energeetikateaduskond
Mäeinstituut
Magistritöö: AKG70LT
Geotehnoloogia õppekava, AAGM02
Spetsialiseerumine mäetehnika
Vivika Väizene, 040439AAGM
Maardu graniidikaevanduse püstšahti
läbindamise tehnoloogia
ID 900
Juhendaja: Ingo Valgma, tehnikateaduste doktor
Konsultant: Alo Adamson, teaduste kandidaat
Tallinn 2010
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
2/50
KOKKUVÕTE
Käesolevas töös on käsitletud püstšahti läbindamise tehnoloogiaid Maardu
graniidikaevanduse näitel.
Peamiseks probleemiks šahti läbindamisel on survelised veekihid. Kuna Kambrium-Vendi
veekiht on kasutusel joogivee allikana Maardu elanike seas, siis šahti läbindamisel tuleb
tagada veehorisondi täielik isoleerimine.
Käesolevas töös on välja toodud erinevad võimalikud vertikaalse avamisšahti läbindamise
tehnoloogiad lähtudes tehnoloogiliste operatsioonide mõjust ja tootlikkusest antud koha
geoloogilisi iseärasusi arvesse võttes.
Kasutatud on maailmas läbiviidud praktiliste šahti läbindamiste kogemustel põhinevat
analoogia meetodit.
Töö tulemusena võib väita :
Tulevase Maardu graniidikaevanduse šahti läbindamine on teostatav kuna on võimalik
tõkestada vett erimeetodite abil. Keerukamad tingimused on vett sisaldavate kihtide
läbindamisel, kus tuleb enne traditsioonilist läbindamist võtta kasutusele erimeetodid.
Kessoonmeetod on kasutatav maapinnalähedastes kihtides, kuid Kambrium-Vendi kihis
ületab suruõhk lubatud piire. Vaiadega seina toestamine on samuti kasutatav
maapinnalähedastes kihtides.
Survelist vett sisaldavad kihid on praktiline läbindada kas eelnevalt tsemendiga
injekteerimisega või kattekivimite külmutamisega. Viimane on enim aeganõudev tehnoloogia,
kuid rakendatav ka väga keerulistes tingimustes.
Suure läbimõõduga puurmasinaga puurimine on küll kiire, kuid kaheldav on veeisolatsiooni
võimalikkuses läbindamise ajal.
Šahti seinad tuleb toestada masinate ja meeskonna kaitseks aga ka šahti seinte sissevarisemise
vältimiseks.
Lõpiliku lahenduse saab anda katsekaevandus.
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
3/50
SUMMARY
The present theses is about the vertical shaft sinking technologies for opening Maardu granite
underground mine.
The main problems are associated with artesian water during shaft sinking. As the Kambrium-
Vend water table is source of drinking water for inhabitants of Maardu then it is necessary to
isolate the whole water table.
Possible vertical shaft sinking technologies based on the impact of technical operations and
advance rates taken in account geological data are presented.
Analog method based on world wide shaft sinking practical experiences is used
As a result of the study it can be declared that:
It is possible to sink shaft in future Maardu granite underground mine as it is possible to
isolate water with spacial methods. More difficult conditions are in water bearing strata where
it is necessary to use special methods before conventional shaft sinking. The Caisson method
can be used in close to surface strata while in deeper Kambrium-Vend strata the compressed
air exceeds permitted limits. Piling can be used in close to surface strata.
It is practical to sink with previous grouting or freezing in strata with artesian water. The last
one is more time consuming technology, but can be used in very difficult conditions.
Drilling with shaft boring machine is fast, but the possibility of total isolation from water
during sinking is doubtful.
Shaft walls has to be supported with lining for supporting the crew and equipment to avoid
collapses.
The final solution can be given by test mine.
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
4/50
SISUKORD
KOKKUVÕTE ...................................................................................................................................................... 2
SUMMARY ........................................................................................................................................................... 3
1. SISSEJUHATUS ......................................................................................................................................... 7
1.1. ÜLESANDE PÜSTITUS .............................................................................................................................. 7
1.2. AUTORI OSALEMINE PRAKTILISTES TÖÖDES ........................................................................................... 8
1.3. PROJEKTIS KASUTATUD TARKVARAD ..................................................................................................... 8
2. TAUSTINFO JA ASUKOHT ..................................................................................................................... 9
2.1. TAUSTINFO ............................................................................................................................................. 9
2.2. MÄEERALDISE ASUKOHT JA LÄHIÜMBRUSE KIRJELDUS .......................................................................... 9
3. MAARDLA GEOLOOGILINE JA HÜDROGEOLOOGILINE KIRJELDUS .................................. 10
3.1. GEOLOOGILINE KIRJELDUS ................................................................................................................... 10
3.1.1. Aluskord ...................................................................................................................................... 11
3.1.2. Aluspõhi ...................................................................................................................................... 12
3.1.3. Kvaternaar .................................................................................................................................. 13
3.2. HÜDROGEOLOOGILINE KIRJELDUS ........................................................................................................ 13
4. MÄENDUSLIKUD TINGIMUSED ......................................................................................................... 15
5. ŠAHTI LÄBINDAMISE TEHNOLOOGIAD......................................................................................... 17
5.1. ŠAHTI RAJAMISE EESMÄRGID................................................................................................................ 17
5.2. ŠAHTI RAJAMISE ASUKOHT ................................................................................................................... 17
5.3. ŠAHTI LÄBINDAMISEKS VAJALIKUD ETTEVALMISTUSTÖÖD .................................................................. 17
5.4. LÄBINDAMISE SEADMED, VARUSTUS .................................................................................................... 18
5.5. LÄBINDAMISE MEETODID JA PROTSEDUUR ........................................................................................... 18
5.6. ŠAHTI RAJAMISE PIIRANGUD ................................................................................................................. 18
5.7. TRADITSIOONILINE LÄBINDAMINE ........................................................................................................ 18
5.7.1. Eelläbindamine ........................................................................................................................... 19
5.8. TRADITSIOONILISE LÄBINDAMISE TOOTLIKKUS .................................................................................... 20
5.9. LÄBINDAMINE KÕVAS KIVIMIS ............................................................................................................. 21
5.9.1. Puurimine ................................................................................................................................... 22
5.9.2. Lõhkamine ................................................................................................................................... 23
5.9.3. Koristamine ning laadimine ........................................................................................................ 24
5.9.4. Tõste ............................................................................................................................................ 24
5.9.5. Toestus või šahti vooderdamine .................................................................................................. 25
5.9.6. Abitööd ........................................................................................................................................ 25
5.10. TRADITSIOONILISE PUURLÕHKETÖÖDEGA LÄBINDAMISE TOOTLIKKUS ................................................ 26
5.11. ŠAHTI LÄBINDAMISE ERIMEETODID ...................................................................................................... 27
5.12. VAIADEGA TOESTAMINE ....................................................................................................................... 27
5.13. VAIADEGA TOESTAMINE MAARDUS ŠAHTI RAJAMISEL ......................................................................... 28
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
5/50
5.14. KESSOONMEETOD ................................................................................................................................ 28
5.14.1. Trummel läbindamine ................................................................................................................. 28
5.14.2. Jõuga surumisega läbindamine .................................................................................................. 29
5.14.3. Pneumaatiline kessoon läbindamine ........................................................................................... 29
5.15. KESSOONMEETODI KASUTAMINE MAARDUS ........................................................................................ 29
5.16. ERIMEETODID AJUTISE VÕI PÜSIVA VEEISOLATSIOONIGA ..................................................................... 30
5.17. TSEMENDIGA INJEKTEERIMINE ............................................................................................................. 30
5.18. INJEKTEERIMINE MAARDUS ................................................................................................................. 32
5.19. KÜLMUTUSPROTSESS ........................................................................................................................... 33
5.19.1. Puuraukude puurimine ja vooderdamine .................................................................................... 34
5.19.2. Jääsammaste moodustamine ja säilitamine ................................................................................ 34
5.19.3. Läbindamine ............................................................................................................................... 34
5.19.4. Jääseina sulatamine .................................................................................................................... 34
5.19.5. Šahti külmutamine ....................................................................................................................... 34
5.20. KATTEKIVIMITE KÜLMUTAMINE MAARDUS ......................................................................................... 35
5.21. ŠAHTI PUURIMINE ................................................................................................................................. 36
5.21.1. Šahti puurimine suure puurmasinaga ......................................................................................... 36
5.22. SUURE LÄBIMÕÕDUGA PUURMASINAGA PUURIMINE MAARDUS ........................................................... 37
5.22.1. Šahti puurimine väikse puurmasinaga ja pilootpuurauguga ...................................................... 38
5.23. OHUTUS ŠAHTI LÄBINDAMISEL ............................................................................................................. 40
5.23.1. Testimine ja mõõtmine ................................................................................................................ 40
6. TULEMUSED ............................................................................................................................................ 41
7. LÕPPSÕNA ............................................................................................................................................... 43
8. KASUTATUD ALLIKAD ........................................................................................................................ 44
9. LISAD ......................................................................................................................................................... 46
9.1. LISA 7 TUDENGITÖÖ ÜLESANNE ID 900 ............................................................................................... 46
9.2. LISA 8 OÜ MAARDU GRANIIDIKAEVANDUSE ETTEPANEK MAGISTRITÖÖ TEEMA KOHTA ...................... 47
9.3. LISA 1 – MAARDU GRANIIDIKAEVANDUSE MÄEERALDISE PLAAN JA PUURAUKUDE ASUKOHAD .......... 50
9.4. LISA 2 – TRADITSIOONILISE LÄBINDAMISE TSÜKKEL PUURLÕHKETÖÖDE, LAADIMISE JA TOESTAMISEGA
50
9.5. LISA 3 - EE PASS. VERTIKAALSETE TSEMENTEERIMISPUURAUKUDE ASETUS LEHT1 LEHT2 ................. 50
9.6. LISA 4 - EE PASS. ŠAHTI PÕHJAST PUURITUD TSEMENTEERIMISPUURAUKUDE ASETUS LEHT1 LEHT2 ... 50
9.7. LISA 5 - EE PASS. PINNASE KÜLMUTAMINE ŠAHTI LÄBINDAMISEL LEHT1 LEHT2 ................................. 50
9.8. LISA 6 – VÕIMALIKUD PÜSTŠAHTI LÄBINDAMISE ERIMEETODID KATTEKIVIMITE LÕIKES ..................... 50
9.9. LISA 7 – ERINEVATE MEETODITEGA ŠAHTI LÄBINDAMISE AEG ............................................................. 50
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
6/50
TABELID
Tabel 1 Maardu lähiümbruses toimunud praktilistest töödest osavõtt ....................................... 8
Tabel 2 Maardla kattekivimites eraldatavad veekihid ja nende omadused [1] ........................ 13
Tabel 3 Katendi paksus ja tihedus [5] ...................................................................................... 15
Tabel 4 Maardu tulevase šahti orienteeruvad parameetrid ....................................................... 20
Tabel 5 Erinevate kihtide mahumassid ja kobestunud mahud 1m pikkuse lõigu kohta .......... 20
Tabel 6 Laadimise tootlikkused ............................................................................................... 20
Tabel 7 Ekskavaatori kopa mahu valik .................................................................................... 21
Tabel 8 Laadimist mõjutavad tegurid [16 lk 1603] .................................................................. 21
Tabel 9 Puurlõhketöödega erinevate protsesside tsükliajad ..................................................... 26
Tabel 10 Vajalikud rõhud suruõhu kambris kessoon meetodiga läbindamisel ........................ 30
Tabel 11 Läbindamise kiirus eelneva injekteerimisega ........................................................... 33
Tabel 12 Injekteerimispuuraukude puurmasina parameetrid [23] ........................................... 33
Tabel 13 Liivakihtide külmutamine ......................................................................................... 35
Tabel 14 Suure läbimõõduga puurmasinaga puurimise tootlikkus erinevates kihtides ........... 38
Tabel 15 Pinnakatte ja murenemiskooriku geoloogiline kirjeldus [12] ................................... 48
Tabel 16 Šahti läbindamise erimeetodite võrdlus .................................................................... 49
JOONISED
Joonis 1 Maardu II graniidikaevanduse mäeeraldise asukohaskeem ....................................... 10
Joonis 2 Maardu graniidikaevanduse mäeeraldis puuraukudega ............................................. 16
Joonis 3 Geoloogiline läbilõige punktidest 511 ja 533 [9] ....................................................... 16
Joonis 4 Erinevad laadimisseadmed [26][29][27][erakogu] .................................................... 19
Joonis 5 Traditsiooniline läbindamine puurlõhketöödega ....................................................... 22
Joonis 6 Püramiidalgmurre [14] ............................................................................................... 22
Joonis 7 Astangalgmurre [14] .................................................................................................. 23
Joonis 8 Traditsioonilise läbindamise tootlikkuse sõltuvus puuraugu pikkusest ..................... 27
Joonis 9 Tsemendiga injekteerimine [24] ................................................................................ 31
Joonis 10 Suure puuriga šahti puurimine [16] ......................................................................... 36
Joonis 11 Šahti väike puurmasin [28] ...................................................................................... 39
Joonis 12 V-kujuline šahti puurmasin ...................................................................................... 39
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
7/50
1. SISSEJUHATUS
1.1. Ülesande püstitus
Ehitustegevus vajab Eestis killustikku kogu aeg. Lubjakivikillustik jääb survetugevuse poolest
graniitkillustikule alla. Graniitkillustik tagab ehituse kõrgema kvaliteedi.
Graniidikaevanduse avamiseks tuleb läbindada šaht maavarani jõudmiseks. Selleks tuleb
valida šahti läbindamiseks sobiv tehnoloogia.
Magistritöö eesmärk on valida võimaliku Maardu graniidikaevanduse vertikaalse avamisšahti
läbindamise tehnoloogia, mis tagab eduka šahti läbindamise lähtudes tehnoloogiliste
operatsioonide mõjust ja tootlikkusest.
Magistritöö teema ettepanek on tehtud OÜ Maardu Graniidikaevanduse poolt Peep Siitami
isikus [Lisa 8].
Töö on seotud grandiga GRANT7499 Säästliku kaevandamise tingimused
http://mi.ttu.ee/ETF7499/, Lep9005 Maardu II graniidikaevanduse tehnilis-majandusliku
eelhinnangu koostamine ja BF96 Taotluse ettevalmistamine graniiti rajatavate hoidlate,
rajatiste ja kaevõõnte rajamis- ja kasutusvõimaluste uuringuks.
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
8/50
1.2. Autori osalemine praktilistes töödes
Lähte- ning vaatlusandmed on osaliselt kogutud välitöödelt. Maardu II graniidikaevanduse
lähiümbruses toimunud välitöödest ja analoogsete kaevanduste külastustest osavõtt on toodud
Tabel 1.
Tabel 1 Maardu lähiümbruses toimunud praktilistest töödest osavõtt
Kuupäev Koht Tegevus
talv 2010 Maardu lõuna- ja põhjakarjäär
Fosforiidi kaevandamise keskkonna
mõju hindamine
24.09.2009 Maardu põhjakarjäär
Üliõpilastele välitöö läbiviimine.
GPS mõõdistamised
kevad 2009 Rotterdami sadam, Holland
Tutvumine erinevate kaugjuhitavate
laadimismasinatega
9.12.2008 Voutila graniidikarjäär, Soome Välimõõdistused
9.12.2008 Tytyri lubjakivi kaevandus, Soome Tutvumine
30.10.2008 Maardu põhjakarjäär
Tranšee mõõdistused ja vee
kvaliteedi hindamine
9.04.2008 Saksamaa soolakaevandus-muuseum Tutvumine
8.04.2008
Saksamaa GEOMIN Marmori
kaevandus Tutvumine
13.03.2008 Maardu altkaevandatud ala
Altkaevandatud ala mõju
maapinnale hindamine
Maardu lõhkeaineladu Lõhkeainelao külastus
suvi 2007 Maardu lõuna- ja põhjakarjäär
Puuraukude kaardistamine, vee
sügavuse mõõdistamine
14.09.2006 Maardu lõunakarjäär
Geoloogia suvekursus Tehnogeense
maa-ala kujundamine
17.02.2006 Maardu lõunakarjäär
Kaevandamise mõjud Maardu
fosforiidilevilas
1.3. Projektis kasutatud tarkvarad
Projekti koostamisel on kasutatud järgnevaid tarkvarasid:
1. MapInfo Professional 9.0
2. Vertical Mapper 3.1
3. Microsoft Office 2007 (Word, Excel, Access, Power Point)
4. AutoCAD Civil 3 D
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
9/50
2. TAUSTINFO JA ASUKOHT
2.1. Taustinfo
1979-1982 teostati Eesti NSV geoloogiavalitsuse poolt geoloogilised uuringud graniidivarude
hindamiseks ning füüsikalis-mehaaniliste omaduste määramiseks, aktiivse tarbevaru maht 1,3
mlrd.m3
80.ndate lõpus jõuti järeldusele, et graniidi kaevandamine on piirkonna (Eesti, Läti, Loode-
Venemaa) tarbimist arvestades mõistlik, koostati äriplaanid
Moodustati Eesti Graniidifond, väljastati maavara kasutusluba, hangiti tarvilikud
kooskõlastused
Projekt soikus, kuna turg kadus, ehitusmahud vähenesid [1].
2.2. Mäeeraldise asukoht ja lähiümbruse kirjeldus
Graniidimaardla asub Maardu linna ja Jõelähtme valla territooriumil ja piirneb lõunast
Tallinn-Narva maanteega, läänest Kroodi ojaga, põhjast Soome lahega ning idast Jägala
jõega. Reljeef on üldiselt tasandikuline. Piki Ihasalu lahe kallast kulgeb Põhja-Eesti klint, mis
kohati (Ülgase lähedal) eendub ligi 20m kõrguse astanguga. Klindist lõunasse jääb enam kui
40m absoluutkõrgusega Põhja-Eesti platoo. Maardu linnast idasse jääval endise Maardu
fosforiidikarjääri alal on reljeef tehnogeense iseloomuga. Veekogudest on idas Jägala jõgi,
lõunas Maardu järv ja läänes Kroodi oja oma ovraagoruga. Maardla vahetus läheduses asuvad
Muuga sadam, Iru elektrijaam, sadamasse ja Maardusse viivad raudteeharud, Maardu
Keemiatehas koos karjääri ja selle infrastruktuuriga [3].
Käsitletaval alal on mitmeid kivikalmeid ja ta jääb kogu ulatuses Rebala muinsuskaitse ala
alla. Taotletava Maardu II graniidikaevanduse mäeeraldise pindala on 1 167,28 ha, jäädes
absoluutkõrguste vahemikku -160 kuni -225 m. Kuna taotletavale mäeeraldisele jäävad
tundlikud objektid, nagu Maardu linn, Kallavere, Rebala, Võerdla külad koos muinsuskaitse
objektidega, Tallinn - Narva maantee ja Jõelähtme prügila, jäetakse ettevaatusprintsiibist
lähtudes neile suure varuteguriga hoidetervikud [8][Joonis 1] [LISA 1 Asukohaskeem.wor].
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
10/50
Joonis 1 Maardu II graniidikaevanduse mäeeraldise asukohaskeem
3. MAARDLA GEOLOOGILINE JA HÜDROGEOLOOGILINE KIRJELDUS
3.1. Geoloogiline kirjeldus
Maardu graniidimaardlas on geoloogilised uurimistööd tehtud 1979…1982. a.
Geoloogiavalitsuse poolt. Oma geoloogilise uurituse poolest kuulub ala Eesti ühe paremini
uuritavate hulka. Neeme graniidimassiivi piires on geoloogiliste tööde käigus puuritud 36
graniidimassiivi avavat puurauku üldmetraažiga 8412m, millest 2130m ulatuses on läbitud
graniite. Kõigis puuraukudes viidi läbi puuraukude geofüüsikalised uuringud (kamma-
karotaaz) ja hüdrogeoloogilised vaatlused [3].
Eesti Maavarade Komisjoni 25.10.1994. a otsusega nr 221 kinnitati kristalliinse ehituskivi
aktiivne tarbevaru abs kõrguste vahemikus -160 kuni -225 m.
Graniidimaardla piirkonda iseloomustab kahekorruseline jaotus. Sügavalt denudeeritud
kristallilisel aluskorral lasub monoklinaalselt (kallakusega 2...4 m/km) settekivimeist koosnev
aluspõhi [4].
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
11/50
3.1.1. Aluskord
Aluskord kujutab endast Lõuna-Soome svekofeenia kurrutusvöötme otsest jätku. Aluskorras
võib välja eraldada kaks suurt, nii geneesilt, vanuseliselt kui ka struktuurilt erinevat
kompleksi:
- alamproterozoilise vanusega svekofeenia kurrutusvootme moonde- ja magmakivimid -
Jägala kihistu;
- alamproterozoikumi lõpuaegsed platvormse arengustaadiumi intrusiivsed kivimid - Neeme
massiivi porfüürilaadsed kaaliumgraniidid [1].
Jägala kihistu ühendab endas alamproterozoilisi, algselt settelisi ja settelisvulkanogeenseid
metamorfiseerunud ning tugevasti kurrutatud ja migmatiseerunud moondekivimeid, mis
kujutavad endast katkendlikke loode- kagusuunalisi vöönde.
Maardu – Jõelähtme – Neeme piirkonnas on Jägala kihistu kivimeist läbi murdnud
magmakivimite keha – Neeme porfüürilaaadsete kaaliumgraniitide massiiv, mis on sarnane
nii teiste analoogsete Põhja – Eesti kui ka Lõuna – Soome väikeste rabakivilaadsete graniitide
massiividega. Porfüürilaadsetele kaaliumgraniitidele on iseloomulik küllaltki ühtlane
kiirgusfoon – 60…100 MKR/h _ – karotaaž järgi ja 20...25 MKR/h puursüdamike mõõtmisel.
Massiivi piires esineb kaht eri tüüpe graniite:
- porfüürilaadsed kaaliumgraniidid on kesk- kuni jämeterise põhimassi ja tahveljate 1-5 cm
kaaliumpäevakivi porfüürsete eraldistega tardkivim;
- peenterised apliiditaolised kaaliumgraniidid on peeneteralise põhimassi ja kohati nõrgalt
välja kujunenud väikeste (2-5 mm) kaaliumpäevakivi eraldistega soonkivimid.
Peenterine apliiditaoline kaaliumgraniidi erim esineb porfüürilaadsete graniitide põhimassis
mõnekümne sentimeetriste kuni kümnekonna meetri paksuste subvertikaalsete soontena.
Soonte ja põhikivimi kontaktid on teravad ja selgelt lõikava iseloomuga. Apliitsed sooned
kujutavad endast ilmselt graniidimassiivi kristallisatsiooni hilisema faasi produkti, mis
tunginud juba tarduda jõudnud massiivis tekkinud lõhedesse.
Neeme massiivi graniitides, nagu teisteski aluskorra kivimeis esinevad sekundaarsed
muutused võib oma olemuselt jaotada kahte gruppi:
− hüpergeensed muutused graniidimassiivi ülaosas – murenemiskoorik;
− hüdrotermaalsed muutused rikketsoonides.
Neeme massiivi graniitide murenemiskoorik on pindalalist tüüpi keskmiselt 5 m paksune.
Tektoonilistes rikketsoonides on murenemiskoorik tunduvalt paksem. Murenemise
intensiivsuse järgi võib välja eraldada murenemiskooriku kolme astet.
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
12/50
III astme ehk pude murenemiskoorik levib graniidimassiivi kõige pindmises osas, olles
esindatud pudeda või nõrgalt tsementeerunud helehalli, põhiliselt kvartsist koosneva
jämeterise poorse kivimiga. Primaarse kivimi (graniidi) kõik kivimit moodustavad mineraalid
(kaaliumpäevakivi, plagioklass, biotiit) peale kvartsi on selles täielikult lagunenud ja
suuremalt jaolt ka välja leostunud. Esialgse kivimi struktuurid ja tekstuurid ei ole jälgitavad.
II astme murenemiskoorik ehk savikas murenemiskoorik koosneb juba tunduvalt püsivamatest
punakaspruunidest savikatest kivimitest. Primaarse kivimi (graniidi) struktuurid tekstuurid on
hästi jälgitavad. Kivimit moodustavaist mineraalidest on säilinud kvarts ja osaliselt ka
kaalium päevakivi. Plagioklass on pea täielikult lagunenud ja asendunud kaoliniidi ning
hüdrovilguga, mis eralduvad valgete või punakaspruunide pesadena. Biotiit on asendunud
valdavalt kloriidiga.
Mäetehnilisest seisukohast lähtudes võiks III ja II astme murenemiskoorikut vaadelda koos,
kuna mõlemad koosnevad suhteliselt pudedaist kivimeist. Kokku moodustavad III ja II astme
murenemiskoorikud kogu murenemiskooriku üldmahust 80 %, keskmiselt 4 m.
I astme murenemiskoorik, mille paksus on keskmiselt 1 m (vahemikus 0,2 – 10,2 m), on
esindatud suhteliselt kõvade kaljukivimitega. Selle osa murenemiskooriku graniitides on
kaaliumpäevakivi värske, plagioklass aga osaliselt asendunud kaoliniidiga või siis tugevasti
pelitiseerunud ja seritiseerunud ning biotiit nõrgalt kloritiseerunud. I astme murenemiskooriku
alumine piir on ühtlasi kogu murenemiskooriku alumiseks piiriks.
Hüdrotermaalsed sekundaarsed muutused on tavaliselt seotud rikketsoonidega, kus nad väga
tihedalt põimuvad hüpergeenset laadi muutustega. Samas ka kohati täiesti värskete kivimite
massiivis võib jälgida 10 – 20 cm intervalle, mille piires kivim on tugevasti murenenud [1].
3.1.2. Aluspõhi
Aluspõhi on graniidimassiivi piirkonnas esindatud ülemproterozoikumi, alamkambriumi ja
alamordoviitsiumi terrigeensete ja kesk- ning alamordoviitsiumi karbonaatsete
settekivimitega. Settekompleksi kogupaksus suureneb ühtlaselt põhjast lõuna suunas.
Graniidimassiivi murenemiskoorikul lasuv Vendi kompleks on esindatud põhiliselt eriteraliste
kvartsliivakividega. Kompleksi keskmine paksus on 50 m, suurenedes üsna seaduspäraselt
idast lääne suunas. Vendi kompleksi ülemist piiri markeerib glaukoniiti sisaldavate
terrigeensete kivimite (savide, aleuroliitide, liivakivide) ilmumine.
Alamkambriumi kompleks on graniidimassiivi piirkonnas esindatud Lontova, Lükati ja Tiskre
kihistu terrigeensete kivimitega, mille üldpaksus on ligi 100 m. Alumine Lontova kihistu
keskmine paksus 70 m on esindatud savi- ja liivakivikihtidega. Põhilise osa Lontova kihistust
moodustab, keskmiselt 36 m paksune, suhteliselt ühetaolistest massiivsetest kirjuvärvilistest
karpliku murdega tihedatest savidest.
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
13/50
Lükati kihistu, keskmise paksusega 17 m, lasub basaalkonglomeraadiga Lontova kihistu
kulutatud pinnal. Kihistus vahelduvad õhukesekihilised rohekashallid peliitaleuroliidi ja
aleuriitsavid jämeterise helehalli aleuroliidi suhteliselt õhukeste vahekihtidega. Kihistu
ülaosas valdavad savikivimid aga alumises aleuroliidid. Lükati kihistul lasub ligi 13 m
paksune Tiskre kihistu, mis koosneb põhiliselt helehallidest keskmiselt tsementeerunud
jämeteristest aleuroliitidest, harvade rohekashallide peliitaleuroliidi vahekihtidega, eriti
kihistu alaosas. Aleuroliidid sisaldavad vähesel määral peent püriiti ja glaukoniiti.
Alamordoviitsiumi setteid võib üldjoontes jaotada kaheks – alumiseks terrigeenseks
(Kallavere, Türisalu ja Leetse kihistu) ning ülemiseks karbonaatseks (Toila kihistu) lasundiks.
Alamordoviitsiumi kivimikompleksi kogupaksus on keskmiselt 20 – 22 m, millest valdava
osa moodustavad terrigeense kompleksi kivimid.
Keskordovitsiumi ladestik levib maardla lõunaosas, kus ta paksus küündib 4,5 meetrini.
Ladestiku alumine osa on esindatud Aseri kihistu raudoiide sisaldavate lubjakividega ja
ülemine osa on esindatud Väo kihistu alumise osa tihedate, keskkuni paksukihiliste
helehallide lubjakividega [1].
3.1.3. Kvaternaar
Pinnakatte paksus ja koostis antud alal on väga erinev. Klindipealsel alal ületab selle paksus
harva 1 m olles esindatud beeži liivsavi moreeniga. Klindieelsel alal pinnakatte paksus
suureneb järsult ja Ihasalu lahe põhjas ning maetud orgude piirkonnas küünib see 20...50 m-
ni, olles esindatud mereliste ja jääjärveliste liivade, aleuriitide ja savidega. Ala keskosas,
ammendatud fosforiidikarjääri alal, moodustavad pinnakatte tehnogeensed setted- puistangus
segipaisatud lubjakivid, diktüoneemakiht, glaukoniitliivakivi ja kvaternaarsed setted [1].
3.2. Hüdrogeoloogiline kirjeldus
Maardu graniidimaardla ala asub Balti arteesiabasseini põhjapiiril. Maardla kattekivimite osas
on eraldatavad järgmised veekihid Tabel 2:
Tabel 2 Maardla kattekivimites eraldatavad veekihid ja nende omadused [1]
Veekiht
Keskm
paksus,
m Survelisus
Deebet,
l/sek
Looduslik
piesomeetriline
abs tase, m
Tegelik
piesomeetriline
abs vee tase, m
Pinnakatte veekompleks 20…50
Ordoviitsiumi veekompleks 12…17
Ordoviitsium-Kambriumi
veehorisont 18…22 surveline 0,2…0,5
Vendi veekompleks 53 surveline 10…20 1…3 -16…-8
Aluskorra
murenemiskooriku ja
lõhetsoonide veed 1…4
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
14/50
Pinnakatte veekompleks levib klindieelsel tasandikul, Ihasalu lahe põhjas ja maardla ida- ning
läänepiirile jäävates maetud orgudes ja on seotud kas kaasaegsete mereliste või siis
ülemkvaternaarsete limnoglatsiaalsete liivadega. Vettandvate kvaternaari setete paksus
maetud orgudes võib küündida 20 – 50 meetrini. Pinnasevee lamavaks veepidemeks on kas
limnoglatsiaalsed savikad setted või siis klindieelsel alal alamkambriumi savid. Aladel, kus
veepide puudub on pinnasevesi otseses ühenduses lamavate ordoviitsium-kambriumi või
vendi vetega.
Pinnakatte vesi on looduslikes tingimustes valdavalt vesinikkarbonaatne kaltsiumiline.
Tingituna piirkonna intensiivsest tööstuslikust tegevusest ja eeskätt fosforiidi kaevandamisel
tekkinud puistangutest, kus vette satuvad diktüoneemaargilliidi oksüdeerumise produktid, on
vesi tugevalt reostunud nii raskete metallide kui ka radioaktiivsete elementidega.
Ordoviitsiumi veekompleks levib üksnes maardla lõunaosas klindipealsel alal. Kompleksi
vettandvateks kivimiteks on kesk- ja alamordoviitsiumi kavernoossed ja lõhelised
karbonaatkivimid, mille paksus neil aladel on 12 – 17 m. Veekompleksi lamavaks
veepidemeks on Türisalu kihistu 2,5 meetrine diktüoneemaargilliidi lasund, mille pealispinda
mööda toimub klindi joonel ka vee väljakiildumine.
Ordoviitsium-kambriumi veehorisont on seotud alamordoviitsiumi Kallavere kihistu ja
alamkambriumi Tiskre kihistu jämeteriste aleuroliitide ja peenteriste kvartsliivakivide 18 – 22
m paksuse lasundiga. Suuremal osal maardla territooriumil on horisondi vesi surveline.
Puurkaevud annavad horisondi erideebetiks 0,2 – 0,5 l/sek.
Allpool lasuvat vendi kompleksi eraldab ordoviitsium-kambriumi veehorisondist 85 – 90 m
paksune alamkambriumi lükati ja Lontova kihistu valdavalt argilliidilaadsetest savidest
koosnev veepide.
Vendi veekompleks levib kogu maardla alal, olles seotud enam kui 50 m (keskmiselt 53 m)
paksuse vendi kompleksi Kroodi kihistu eriteraliste kvartsliivakivide lasundiga. Lasundi sees,
eriti selle ülemises 15 meetrises osas, esineb üksikuid suhteliselt õhukesi ja pindalaliselt mitte
eriti väljapeetuid savika aleuroliidi vahekihte, mis arvestamisväärset veepidet ei moodusta.
Kompleksi vesi on surveline. Kompleksi vee looduslik piesomeetriline tase on +1 - +3 m,
kuid tingituna Tallinna ja kohaliku Maardu veehaarde poolt põhjustatud depressioonist on
veetase langenud kuni 16 m. Ida suunas depressiooni suurus väheneb küllaltki kiiresti.
Aluskorra tihe massiivne kaljukivim vett ei sisalda. Küll aga sisaldab vett aluskorra
murenemiskooriku kõige ülemisem osa ehk III astme murenemiskoorik. Vett sisaldava
pudeda murenemiskooriku paksus jääb vahemikku 1 – 4 m, keskmiselt 2 m.
Hüdrogeoloogiliselt moodustavad pudeda murenemiskooriku ja vendi kompleksi veed ühtse
veekompleksi.
Pude III astme murenemiskoorik läheb allpool sujuvalt üle savikaks II astme
murenemiskoorikuks, mille keskmine paksus on 2 - 3 m. Rikketsoonides võib selle paksus
kündida kümne meetrini või üle selle. Hüdrogeoloogiliselt võib savikat murenemiskoorikut
vaadelda kui vendi veekompleksi ja aluskorravahelist nõrka veepidet.
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
15/50
I astme murenemiskoorik, mille paksus kõigub mõnekümnest sentimeetrist paari meetrini, ei
erine oma hüdrogeoloogiliste omaduste poolest massiivsest kaljukivimist.
Rikkumata graniit ega massiivis esinevad harvad suletud eralduslõhed, vett ei sisalda. Samuti
on katsetustega tehtud kindlaks, et vett ei sisalda ka laialdasemad, mõnest kuni mõnekümne
sentimeetrini ulatuvad lõhetsoonid. Ilmselt moodustab II astme savikas murenemiskoorik
õhukese isoleeriva kihi praktiliselt veetu aluskorra ja väga veerikka vendi veekompleksi vahel
[1].
Eritingimuseks mäetoode läbiviimisel on graniidimassiivi katendis (lasumis) oleva
põhjaveeladestu täielik isoleerimine kaeveõõntest, vältimaks vee reostamist ja varu
vähenemist. Selleks jäetakse kaeveõõnte kohale vähemalt 25 m paksune aluskorra kivimeist
(graniidist) kaitsetervik ja kaeveõõned ning tervikud dimensioneeritakse nii, et oleksid
välditud deformatsioonid, mis ulatuksid vendi veeladestu kivimitesse. Avamiskaeveõõnte
läbindamisel kasutatakse erimeetodeid ja kaeveõõned toestatakse vettpidavalt [3].
4. MÄENDUSLIKUD TINGIMUSED
Mäenduslikud tingimused maavara allmaa kaevandamiseks hüdrogeoloogilisest seisukohast
on keerulised. Seda eelkõige kaevanduse avamise etapil, kuna läbindada tuleb aluspõhja
pudedaid ja veerikkaid kihte. Läbindatavad veehorisondid kuuluvad Tallinna ja Maardu
veehaarete hulka, mistõttu tuleb tingimata vältida nende reostumist või ulatusliku
alanduslehtri tekkimist. Samuti tuleb vältida juba reostunud pinnasevee läbitungimist
alumistesse veekihtidesse.
Maavara kaevandamise seisukohast on mäenduslikud tingimused suhteliselt lihtsad.
Kaevandatav massiiv on ühtlase ehitusega ja heade püsivusomadustega. Mistõttu on võimalik
kaevandada suurte kambritega, vajadus kasutada lisatoestust on seejuures minimaalne [4].
Katendi kihtide keskmised paksused ja tihedused on toodud Tabel 3.
Tabel 3 Katendi paksus ja tihedus [5]
Paksus, m Tihedus, kg/m3 Kivimitüüp
Min Max Min Max
10 15 1700 1850 lubjakivi
9.8 11.2 2260 2260 liivakivi
85 90 2050 2300 savikivi
48.4 54.4 2120 2200 liivakivi
1.2 11.4 2600 2650
graniidi
murenemiskoorik
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
16/50
Joonis 2 Maardu graniidikaevanduse mäeeraldis puuraukudega
Joonis 3 Geoloogiline läbilõige punktidest 511 ja 533 [9]
Q – tehnogeenne sete
Q2 (Ca1ts) – lubjakivi
E1 (ts-lk) - liivakivi
E1 (ln-S) savi
PR2 – liivakivi
murenemis-koorik
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
17/50
5. ŠAHTI LÄBINDAMISE TEHNOLOOGIAD
5.1. Šahti rajamise eesmärgid
Šahti rajatakse erinevatel eesmärkidel:
Maavara kaevandamiseks
Reovee ajutiseks hoidmiseks ja puhastamiseks
Silla ja teiste sügavate ehitiste tegemisel
Hüdrauliline tõstešaht
Puuraugud
Šahti läbindamine on spetsiaalne operatsioon, mis vajab treenitud ja oskustega meeskonda.
Šahti suuruse, kuju ja asukoha valikul tuleb arvestada šahti eesmärki [14].
5.2. Šahti rajamise asukoht
Šahti rajamise asukoha valikul tuleb silmas pidada järgnevaid asjaolusid:
Maavara geomeetriline paiknemine.
Peašaht, mida kasutatakse ka maavara tõsteks maapinnale, on soovitatav rajada
geomeetriliselt maavara keskkohta, äärtest võrdsetele kaugustele. Suuremate kaevanduste
korral rajatakse peašahtist eemale abišahte, milles toimub inimeste tõste, tuulutus jne [14].
Kuigi šahti rajamine maavara keskkohta põhjustab mõningasi maavarakadusid šahti toestavate
tervikute tõtt, siis šahti rajamine äärealale võib tõsta transpordi- ja arenduskulusid ligi 50%
[16].
Maapinna topograafia
Šahti krae peab olema vähemalt 5 m kõrgemal kõrgeimast tõusuvee tasemest antud alal ning
eemal veekogudest. Eelistatunult peaks olema soodne juurdepääs avalikele infrastruktuuri
vahenditele nagu sõidu- ja raudteed, energia ning sidevahenditele. Lähikonnas peab olema
piisavalt ruumi vajalikele infrastruktuuri ehitistele.
Geoloogiline rikutus, veetase ja maapinna seisund
Enne šahti rajamist tuleb eelnevalt teha uuringuid konkreetsete mäendustingimuste, survevee,
geoloogiliste rikete jt väljaselgitamiseks[14]. Maardus on antud piirkonnas tehtud 36
puurauku geoloogiliste uuringute raames.
5.3. Šahti läbindamiseks vajalikud ettevalmistustööd
Lisaks šahti asukoha, orientatsiooni, suuruse, kuju ja toestiku tüübi detailidele tuleb
projekteerimisel ka teiste parameetrite ja võimalusega arvestada. Näiteks juurdepääsuteed,
laod, hoovid, energia juurdepääs, joogivesi, esmaabi, side- ja kommunikatsioonivõimalused,
kontorid, tõsteruumid, surveõhk, puurimise vesi jne. Mõned neist on ajutised ning pärast šahti
rajamise töid eemaldatavad [14].
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
18/50
5.4. Läbindamise seadmed, varustus
Osad seadmetest on renditavad, kuid tellimustöö korral toob need töövõtja. Vajaliku varustuse
hulka kuuluvad: tõste koos tõstetorni ja -süsteemiga, telling koos rippuva platvormi või
töötasandiga, toober, läbindusekskavaatorid, šahti tsentreerimisseadmed, lõõtsuks ja aheraine
eemaldamiseks laadimisrennid ja punkrid, jäiga ja elastse tuulutustoruga ventilaatorid, ee- ja
peapumbad imemis- ja kohaletoimetamistoru, suruõhu- ja veetorud, betooni segumasinad,
lõhkamise kaablid, vintsid jne. energiavarustus, veevarustus, transport, hoidlad,
remonditöökoda, majutus, sotsiaalelu jne [14].
5.5. Läbindamise meetodid ja protseduur
Läbindamismeetodid on klassifitseeritud tehnoloogia põhjal järgnevalt kolme gruppi:
Traditsiooniline läbindamine
Läbindamine kõvas kivimis
Kattekivimite läbindamine eritingimustes või rasketes tingimustes erimeetodite
kasutamisel [14].
5.6. Šahti rajamise piirangud
Šahti rajamise piirangud tulevad tehnoloogiale seatud piirangutest ning keskkonna
piirangutest.
Keskkonna seisukohast ei ole šahti rajamine ulatusliku veetaseme alandamisega vee
väljapumpamisega Maardu graniidikaevanduse avamise seisukohast mõeldav variant kuna
Kambrium-Vendi veehorisont on kasutusel joogiveeallikana Maardu ja Tallinna elanike seas.
Tehnoloogilised piirangud tulenevad tehnoloogiale ette seatud sügavuste, kihi paksuste,
kivimi parameetrite, vee sissevoolu, inimestele seatud sobiliku töökeskkonna jt piirangutest.
5.7. Traditsiooniline läbindamine
Maavarani jõudmisel võidakse läbida veehorisondist ülespoole jäävaid kihte liiva, savi,
kruusa või liikuva pinnasega. Sellistes oludes kasutatakse enamasti ekskavaatorit või greiferit
Joonis 4. Kui maapind on piisavalt tihe, kasutatakse tõstmiseks kraanasid. Kui see ei osutu
tasuvaks, tihendatakse pinnas eelnevalt või kasutatakse erimeetodeid läbindamiseks. Kivimite
omatugevuse säilitamiseks ei tohi lõhata [14].
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
19/50
Joonis 4 Erinevad laadimisseadmed [26][29][27][erakogu]
5.7.1. Eelläbindamine
Eelläbindamine on vajalik šahti piisava sügavuse saavutamiseks, et paigaldada
läbindamistasand. Veel oluliseks nõudeks on šahti põhja ja peatumise tasandi vaheline
koristamine, et tagada ohutud lõhketööd töötasandit kahjustamata. Ideaalne oleks šahti põhi
kuni 90m sügavuseni, see lubaks jätta 70m šahti põhja ja greiferi ajami vahele. Kui
utoopilistes tingimustes eelläbindamisega nii sügavale ei minda, siis tuleb väiksemate
kogustega lõhata kuni piisav ohutu sügavus on saavutatud.
Põhierinevus puurkrae ehitamisel ja eelläbindamisel on, et eelläbindamisel tugirakke võru on
riputatud ning toestamine toimub distantsilt ülalpool šahti põhja, et läbindamine ja toestamine
saaks toimuda üheaegselt [14]. Šahti krae peab olema tugevamalt toestatud kui ülejäänud šaht,
sest see peab ära kandma tõstetorni surve ning temperatuuri muutustest tingitud koormused
[16].
Töötasand on vajalik šahti põhja kaitseks ning sulguri juurde pääsemiseks. Kivimite
raimamisel kasutatakse käsipuuri ja lõhketehnikat ning see on kui treeningperiood
läbindamismeeskonnale. Koristatakse enamasti ekskavaatoriga. Kui eelläbindamise sügavus
on saavutatud, alustatakse läbindamisega ning läbindamise töötasand viiakse šahti põhja šahti
kõrvalt suure kraanaga eelnevalt tugevdatud maapinnalt. Tasand on üles vinnatud ja tõstetud,
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
20/50
kinnitusköisajam paigaldatud, tööle seatud ja šaht vabastatud eelläbindusseadmetest ning
asendatud torude ning teiste põhiläbindusseadmetega. Eelläbindamise jooksul peab olema
ideaalselt saavutatud:
1. Meeskonna majutus organiseeritud
2. Vesi, elekter, suruõhk jt teenused rajatud
3. Eelläbindamine on lõpetatud ja tehnokompleks koos varustusega kõrvaldatud
4. Põhiläbindamise toober ja tõste platvorm püstitatud ja tööle seatud
5. Šahti betoontoestuse kompleks püstitatud ja tööle seatud
6. Tõstetorn, pööramis- ja laadimisseadmed korraldatud, kongtõstekabiin püstitatud ja
tööle seatud
7. Kontorid, garaažid, laod jt ehitised ehitatud ja asustatud
8. Tasand, koristusseadmed ja kõik šahtisisesed seadmed töövalmis
9. Varustuse materjalid kindlustatud ja tellimused plaanitud
10. Töökoht varustatud tööjõu ja seadmetega [14].
5.8. Traditsioonilise läbindamise tootlikkus
Tabel 4 on välja toodud tulevase šahti orienteeruvad parameetrid ning Tabel 5 erinevate
kihtide kobestunud mahud ühe meetri pikkuse massiivi lõigu kohta. Tabel 6 on eelnevate
kobestunud mahtude laadimise tootlikkused, mis on nähtavad graafiliselt Joonis 8. Tabel 8 on
välja toodud laadimist mõjutavad tegurid.
Tabel 4 Maardu tulevase šahti orienteeruvad parameetrid
Šahti läbimõõt 10 m
Šahti põhja pindala 79 m2
Sügavus kattekivimites 190 m
Tabel 5 Erinevate kihtide mahumassid ja kobestunud mahud 1m pikkuse lõigu kohta
Kiht
Mahumass,
t/m3 Kobestustegur
Kobestunud
maht, Lm3/1m t/1m
Lubjakivi 2.3 1.2 94 181
O-K liivakiht 2.26 1.1 86 177
Savi 2.18 1.2 94 171
K-V liivakiht 2.16 1.1 86 170
Tabel 6 Laadimise tootlikkused
Lõigu pikkus 2 2.5 3 4 5 m Maht
Laadimise aeg 605 545 525 550 640 min/1m
Laadimise
tootlikkus 0.16 0.17 0.18 0.17 0.15 Lm3/min
94 Lm3
Laadimise
tootlikkus 9.3 10.4 10.8 10.3 8.8 Lm3/h
Laadimise
tootlikkus 0.14 0.16 0.16 0.16 0.13 Lm3/min
86 Lm3
Laadimise
tootlikkus 8.6 9.5 9.9 9.4 8.1 Lm3/h
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
21/50
0,2 m3 kopamahuga ekskavaator (Tabel 7) on valitud tunnitootlikkuse põhjal [14 Fig 6.4].
Vajadusel on võimalik asendada antud laadur ka suurema tootlikkusega laaduri vastu tsükliaja
vähendamiseks.
Tabel 7 Ekskavaatori kopa mahu valik
Kopa maht 0.2 m3
Tsüklite arv tunnis 40 tk/h
Minuteid tunnis 60 min
Tsükli arv minutis 0.7 tk/min
Tsükli kestus 1.5 min
Tabel 8 Laadimist mõjutavad tegurid [16 lk 1603]
Sügavus kuni, m 150 150…300 300..500 500…
Faktor 1 0.9 0.85 0.8
Kivimi tugevus, f 12…15 10…12 6…10 3…6 2…3 0.5…2
Laadimise faktor 0.85 0.89 0.92 1 1.1 1.4
Šahti põhja pindala, m2 …0.4 4…8 8…12 12…16 16…20 20
Faktor 0.65 0.75 0.85 0.9 0.9 1
Vee sissevool, l/min …100 100…200 200…300 300
Faktor 1 0.9 0.8 0.75
[Tehnoloogiad.xls Leht―Traditsiooniline―]
5.9. Läbindamine kõvas kivimis
Läbindamisprotsessi tsükkel koosneb alljärgnevatest operatsioonidest:
1. Puurimine
2. Lõhkamine
3. Koristamine ning tõste
4. Šahti toestamine või vooderdamine
5. Abitööd
Veekõrvaldus
Tuulutus
Valgustus
Šahti tsentreerimine [14].
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
22/50
Joonis 5 Traditsiooniline läbindamine puurlõhketöödega
5.9.1. Puurimine
Puurimise pikkus on vahemikus 1,5 … 3 m läbindusmasinate kasutusel või kuni 5 m
puurseadmeid kasutades. Joonis 5 etapp 2 ja 4.
Joonis 6 Püramiidalgmurre [14]
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
23/50
Joonis 7 Astangalgmurre [14]
Kiil-, püramiid- ja astangalgmurde puurimine on enim kasutatavad. Kiilalgmurre on
populaarne ristküliku kujuliste šahtide rajamisel ning püramiidalgmurre Joonis 6 ringjate
šahtide rajamisel. Astangalgmurre on kasutatav suure veeanni puhul või kui šahti ristlõige on
suur, et tööesi oleks võimalik jaotada kahte eraldi osasse, et tagada pidev veekõrvaldus Joonis
7. Puuraukude arv lõhkevõrgus sõltub puuraugu läbimõõdust, šahti läbimõõdust ning kihi
omadustest.
5.9.2. Lõhkamine
Läbindamise ajal on šahti põhjad tavaliselt vett täis, mis nõuab veekindla nitroglütseriinil
põhineva lõhkeaine kasutamist. Vee ning liiva-savi segu saab kasutada topismaterjalina.
Tehakse paralleelühendused, et ühendada detonaatorid ees ning see ring on ühendatud
lõhkekaabliga šahtis, mis on veetud maapinnale. Esi lõhatakse pärast ettevaatusabinõude
kontrollimist.
Alumiiniumil põhinevaid vesigeel lõhkeaineid ja kõrgsageduslikke elektromagnetilisi
initsiaaldetonaatoreid on edukalt kasutatud Põhja-Aafrika šahtides ning nende head
omadused on:
Keskkonna tingimuste seisukohalt vähene nitraatgaaside eraldus
Tõestatud ohutus, parema löögitundlikkuse karakteristikud ja immuunsus uitvoolule
Lahtiste detonaatorite kasutamise lihtsus ja lõhkeskeemi toroidide ühendamise lihtsus
Esialgsed katsed on näidanud majanduslikke eeliseid
Viimase aja saavutus Nitro- Nobel on võimendiga/kiirendiga lõhkeaine emulsioon ja Nonel
detonaator. Ringis asetsevad puuraugud on 50 mm läbimõõduga ja algmurde lõhkeauk
196 mm läbimõõduga silindrilises algmurde võrgus. Ringi sügavusega 412 mm saab edukalt
teha. Selle katse tulemused:
Vähem lõhkeainet võrreldes padrunlõhkeainega
Kiirem laadimine võrreldes padrunlõhkeainega
Võimaldab terve puuraugu ühendamist
Vähendab puurimistöid kuna vajalikud puuraugud on suurema läbimõõduga kui
padrunlõhkeainega
Parem tükisus
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
24/50
5.9.3. Koristamine ning laadimine
Koristamine on lõhatud aherkivimi laadimine kõrvaldamiseks. Koristusühik sisaldab tõstet,
pööramist, radiaaljoone mehhanisme greiferi käsitlemiseks, mis lõpetavad koristussüsteemi.
Laadimisseadme paigaldamine on aeganõudev tegevus vee olemasolu ja piiratud ruumi tõttu.
Laadimine nõuab 50-60% läbindamise ajast. Kuhjamise tootlikkus sõltub kivimi
tükisuurusest, tõste sügavusest, šahti läbilõikest ning vee juurdevoolust. Erinevad
laadimisseadmed on:
Laadurid: kahe vastastikuse kopaga laadur, kaktus greifer
Hüdraulilised ekskavaatorid: nt Eimco – 630
Skreeperid – kasutatakse ülisuure läbimõõduga šahtide korral
Põhja-Aafrika kaevandustes kasutatakse 0.56 m3 greifereid 6-8 m läbimõõduga šahtides ja
0,85 m3 greifereid suuremates šahtides. Väga väikestes šahtides kasutatakse käsitsi laadimist,
mis on aga kulukas, vähekasutatav ja ebapopulaarne tänapäeval ning läbindamisel võetakse
eesmärgiks kasutada vähemalt miinimum läbimõõtu, mille korral oleks võimalik kasutada
mehhaniseeritud masinaid kasuteguri ja tasuvuse tõttu.
5.9.4. Tõste
Tööliste, materjali ja aherkivimi tõsteks-langetuseks on kaks meetodit: kasutada ajutist tõstet,
tõstetorni ja teisi lisaseadmeid Joonis 5 etapp 3 ja 6 või paigaldada püsitõsteseade ja selle
lisaseadmed. Enamasti on esimene variant eelistatunum. Seda enam kui läbindamistööd on
tellitud teiselt ettevõttelt ning läbindustööde lõppedes kaevanduse omanikul pole kohustust
seadmete hooldamiseks. Tõste operatsiooni seadmed:
Tõstetorn koos rihmratastega – kaks rihmratast on mõeldud läbindamistoobrite üles
kerimiseks ning ülejäänud kaks tellingute sh töötasandi üles kerimiseks.
Ajam – võimaldab tellingu köitel töötada juhtköitena toobri sujuval liikumisel šahti tipust
töötasandini šahtis.
Alumine lõõtsuks – et katta šahti ülemist otsa
Ülemine lõõtsuks koos toobri tühjendamise seadmega – aherkivimi mahalaadimiseks
Toobrid – osad toobrid hoitakse vabana, et kiirendada aherkivimi laadimist, tööliste, materjali
allalaskmiseks ning mõnikord ka vee tõstmiseks.
Töötasand või telling – tavaliselt mitmeotstarbeline tekk šahti vooderdamiseks, toestuseks ja
teisteks kiirelt tehtavate tööde jaoks.
Lisaks õhutorustik, suruõhu- ja veeliinid, kaablid jne on vajalikud töö teostamiseks
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
25/50
5.9.5. Toestus või šahti vooderdamine
On olemas kahte tüüpi vooderdamist: ajutine või püsiv. Nende kahe vahel valimisel saab
otsustavaks veeand ning kihi tugevus. Osades tingimustes pole vajadust kasutada ajutist
toestust, kuid teistes tingimustes muutub see vajalikuks meeskonna ja seadmete kaitseks
külgvaringute tekkimisel. Olenevalt tingimustest, võib ajutise toestuse pikkus olla vahemikus
6 … 40 m. Kui ajutise toestuse pikkus on saavutatud, paigaldatakse püsitoestus Joonis 5 etapp
5. Enne püsitoestuse paigaldamist tasuvuse korral liigutatakse ajutine toestus mujale. Ajutine
vooderdus võib olla tellistest, betoonplokkidest, raudbetoonist, pritsbetoonist, monoliitsest
betoonist. Monoliitset betooni kasutati varasemalt kuivades ja madalates tingimustes, kuid
praegusel ajal kasutatakse piisava tugevuse saavutamiseks. Terasest tüübinguid kasutatakse
külmutamisega läbindamise korral.
5.9.6. Abitööd
Vee kõrvaldamine
Läbindamisel veehorisondini jõudmisel on vee juurdevool vältimatu. Eelneva tööd:
1. Ee-pumbad: kui vee juurdevool on piiratud, saab ee-pumba toobriga põhja lasta.
Membraan pump on sobivaim mudase vee jaoks.
2. Uputatud pump. Kui ee-pumbad ei ole piisava tootlikkusega, saab šahti langetada
uputatud pumba koos kaabli, mootori, imemis- ning veoseadmetega. Pumbad on
turbiinitüüpi, et vee tõusu korral oleks võimalik lisada tiivikrattaid. Kompaktsena on
võimalik pumpa hõlpsalt tõsta või alandada.
3. Vahepealse veekoguri ja pumba vajadus. Kui šahti sügavus kasvab ja vee juurdevool
on piisav, on alati kasulik omada vahepealseid veekoguriga pumba kambreid 250 m
ulatuses. Šahti eest pumbatakse vesi edasi maapinnale veekogurisse.
Tuulutus
Värske õhk on läbindusees tagatud jäiga ja elastse ventilaatori toruga, mis on paigaldatud
maapinnale šahti kõrvale. Jäik ventilatsioonitoru lõpeb vähemalt 6 m kõrgemal šahti põhjast
kahjustuste vältimiseks lõhkamisel. Värske õhu läbindamisette toimetamiseks liidetakse
elastne purjeriidest ventilatsioonitoru jäigaga. Kogu šaht toimib tagastajana. Tänapäeval
kasutatakse läbindamisel maapinnale paigaldatud vastupöörlevat ventilaatorit. See lülitatakse
sisse vahetult pärast lõhkamist, et puhastada õhk heitgaasidest ning kui gaasid on eraldatud,
lülitatakse see uuesti ventilaatori režiimi.
Valgustus
Pneumajuhtimisega veekindel 4-6 elektripirnist koosnev valgustuskimp on paigaldatud
puurimise, laadimise, vooderdamise, toestamise ja teiste operatsioonide jaoks läbindamisette.
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
26/50
Šahti tsentreerimine
Enne šahti läbindamist paigaldatud viitepunkte kasutatakse šahti keskpunkti fikseerimiseks.
Šahti keskpunkti ja suunda/kallet kontrollitakse pidevalt maapinnale paigaldatud
tsentreerimisseadme abil.
Õue konstruktsioon ja esialgne arendus
Kaevandamistasandile ja šahtiõue tasandile jõudmisel hakatakse arendama šahtiõu. Šahtiõu
arendamine ja läbilõike algmurded, ventilatsiooni tõusud on püstitatud šahti läbindamise
faasis. Kui seadmed on paigaldatud, tuleb alustada kohe šahtiõu arendustöödega. Šahti
süsteem on kui hästi saavutatud tuum kaevandusele.
Šahtiõu esimene sisselõige puuritakse šahti põhjast kuna see eelneb kaevandamisele. Šaht on
tavaliselt kaks lõhkamise tsüklisammu madalamal nõutavast õu põrandast, et töötada
veekogurina. Veekogur võib täituda aherkivimiga, mis on töötasandiks kui kaevandamise
tasandit alles saavutatakse. Šaht vooderdatakse kuni šahti suudmeni. Olenevalt projektist ning
kivimite omadustest, võib kogu õu välja kaevandada või kaevandada limiteeritult kuni
vajaliku arenduse väljatöötamise ligipääsemiseks.
Roomikutega ekskavaatoreid kasutatakse koristamisel. Nad järelkoristavad šahti alal, kus
greifer tõstab aherkivimi toobrisse lõplikuks kõrvaldamiseks. Nii jätkub töö kuni on
saavutatud ohutu parkimisala laadurveokitele. Laadurveokid mahuvad läbi toobri suudme
tasandile ning seejärel tuleb asemele ekskavaator koristamiseks ja laadimiseks. Nad annavad
ette greiferile šahti alal. See meetod tagab kõrge tootmistaseme.
Olukorras, kus on plaanis läbi viia samaaegselt laiaulatuslik arendamine ja šahti läbindamine,
tasub mõelda keskšahti laadimisele. Sellisel juhul šahti sektsioon varustatakse skipi tõstega
laadmiskastist, et arendamise ja läbindamise tööd saaksid toimuda üksteisest sõltumatult.
5.10. Traditsioonilise puurlõhketöödega läbindamise tootlikkus
Tabel 9 Puurlõhketöödega erinevate protsesside tsükliajad
Liiva-
kivimid
Karbonaatsed
kivimid
Allikas
Puuraugu pikkus 2 2.5 3 4 5 m SME lk 1595
Laadimine 71.4 79.3 82.3 78.5 67.5 m/kuus
Laadimine 605 545 525 550 640 min/1m SME Fig 17.4.22
Puurimine 90 55 50 65 105 min/1m SME Fig 17.4.22
Puuraugu laadimine
lõhkematerjaliga 125 115 110 90 65 min/1m SME Fig 17.4.22
Tsükli aeg kokku 820 715 685 705 810 min/1m SME Fig 17.4.22
Tsükli aeg kokku 0.019 0.017 0.016 0.016 0.019 kuud/1m
Tsükli aeg kokku 52.7 60.4 63.1 61.3 53.3 m/kuus
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
27/50
[Tehnoloogiad.xls Leht―Traditsiooniline―]
Joonis 8 Traditsioonilise läbindamise tootlikkuse sõltuvus puuraugu pikkusest
5.11. Šahti läbindamise erimeetodid
Šahti läbindamisel võib vajalikuks osutuda erimeetodite ja -tehnika kasutuselevõtt kui
kivimid, mida läbindatakse on pudedad või ebastabiilsed nagu liiv, muda, kruus või setted. Ka
juhul kui ülemäärane kogus vett šahti tungib, mida pole võimalik uputatud pumbaga
kõrvaldada. Samuti ka olukorras, kus esinevad mõlemad eelpool toodud olukorrad.
Erimeetodid nende situatsioonidega toimetulekuks on:
Vaiadega toestamine
Kessoonläbindamine
Tsemendiga injekteerimine
Külmutamine
Šahti puurimine puurmasinaga [14].
5.12. Vaiadega toestamine
Vaiadega toestamine on sobiv ainult pudeda kivimi läbindamiseks maapinna ligidal.
Kasutatakse 2-5 m pikkuseid, 50-70 mm paksuseid ja 150-200 mm laiuseid puit- või
terasvaiasid. Terasvaiad on puitvaiadest tugevamad. Puitvaiad on jalustatud rauaga põhjast, et
tungida maasse. Vaiad lüüakse maasse raske puuvasaraga ning on paigutatud külg vastu külge
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
28/50
nii, et moodustuks terve ringikujuline toestus. Neid hoitakse paigal ringikujulise võruga,
asetatud intervalliga 0,8-1 m. Pärast esimese vaiakomplekti panemist kaevandatakse suletud
kattekivimid välja kuni 0,6 m-ni maapinnast. Seejärel paigaldatakse järgmised vaiakomplektid
ning samaaegselt kaevandatakse kattekivimid välja. Nii toimitakse kuni pude ja ebastabiilne
kivimi kiht lõpeb. Kui on jõutud püsiva kivimini, ehitatakse püsivooderdis tellistest, terasest
torudest või betoonist. Vooderdise ja vaiadevaheline ala täidetakse täitematerjaliga.
Viimasel ajal on betoonvaisein saanud populaarseks. Seda tehakse kas 500 mm terastorusid ja
vaiamasinat kasutades või puuritakse 500 mm – 1 m augud ja siis valatakse betoon sinna
sisse. Need torud või augud pannakse šahti ümbermõõduks. Kui seinad, kuhu puuritakse
sobivad õõnestamiseks, siis töödeldakse muda või mördiga [14].
5.13. Vaiadega toestamine Maardus šahti rajamisel
Vaiadega seina toestamine šahti läbindamise algfaasis on kasutatav kvaternaarisetetes ja
puistangutes läbindamiseks. Lisaks on võimalik kasutada lubjakivi ja savikihi vahele jääva
liivakihi läbindamisel, kus on võimalik vaiad lüüa hermeetilise savikihi sisse. Vettjuhtiva kihi
paksus 10 m ja sügavus vastab maksimaalsetele lubatud väärtustele. Läbindamise kiirus on
piiratud kuni 10 m/kuus.
5.14. Kessoonmeetod
Tavaliselt kasutatakse kessoonmeetodit ehitustöödel kui peab jõesängist läbi ehitama. Selle
meetodiga saab läbindada liikuvas kivimites sügavamale kui vaiadega toestades. Meetodi saab
jagada kolme alaklassi:
1. Trummel läbindamine
2. Jõuga surumisega läbindamine
3. Pneumaatiline kessoon läbindamine [14].
5.14.1. Trummel läbindamine
Mõlemast otsast lahtine trummel surutakse maasse planeeritava šahti kohale. Eelnevalt
vooderdatud seinas võivad olla tellised, betoon- või terastüübingud, mis on sobitatud
teraslõike otsaga põhjas.
Trummel läbindab oma raskusega ja samaaegselt eemaldatakse kattekivimid perimeetri seest
käsitsi või ekskavaatoritega. Kui trummel on jõudnud põhjani, lisatakse ülevalt sellele
järgmise toestuse struktuurid. Jälgida tuleb, et trummel läbindatakse vertikaalselt ning
mõnikord kasutatakse lisaraskusi sujuvaks läbindamiseks.
Eelised:
See protsess välistab ajutise toestuse paigaldamist, mis omakorda säästab tööjõukulu,
materjali ja aega
Püsitoestus on ehitatud maapinnal, kus seda on lihtsam, kiirem ja ohutum teha
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
29/50
Läbindamistrumli omakaal on piisav kivirahnude kõrvale lükkamiseks, mis vaiadega
toestamisel võib olla problemaatiline.
Piirangud:
Mõnikord on keeruline hoida trumlit vertikaalsena
Trumli kile hõõrdumine suureneb sügavuse kasvades, mõnikord võib osutuda
keeruliseks edasi läbindada sõltumata ülevalt kaalu lisamisest [14].
5.14.2. Jõuga surumisega läbindamine
Seda meetodit kasutatakse siis kui tavaline trumli protsess ebaõnnestub [pt 5.14.2] või kui on
oodata pudedat ja sitket kihti. Igal juhul tuleb esmalt ehitada šahti ülemisse ossa tellistest või
betoonist sein. Seda nimetatakse algseks kessooniks. Läbi sellise struktuuri karastatud rauast
sisemiste ääristega tüübingutrummel läbindatakse kivimites. Trumlit surutakse allapoole
hüdrauliliste rammerite ja puurvasaratega.
Alumine trumli äär on varustatud lõikeäärega läbindamisprotsessi lihtsustamiseks. Trumli
sees olev kattekivim eemaldatakse käsitsi või ekskavaatoritega. Kui ühe segmendi ulatuses on
läbindatud, lisatakse ülevalt uus segment otsa ning protsess kordub kuni on läbindatud pude ja
liikuv kivim või trummel takerdub kihti sisse ega ole võimalik edasi läbindada.
Selle meetodi eelis võrreldes ainult gravitatsioonil töötava trumliga läbindamisel on
lõikamisega sügavamale läbindamine. 60 m sügavus on selle meetodi piiranguks [14].
5.14.3. Pneumaatiline kessoon läbindamine
Selle meetodi leiutas Triggeri nimeline mees. Läbi vett täis imbunud liivade või muda
läbindades kasutatakse suruõhku. See on modifikatsioon trummel protsessi läbindamisest kui
liikuvad liivad ja muda hoitakse minimaalselt kogunevana šahti põhjas ees. 2-3 m ülalpool
šahti põhja ringleb suruõhk. Eraldusmembraan on paigaldatud sellele tasandile, et moodustada
suruõhu kamber. Suruõhu rõhk hoitakse suurem kui kihist tuleva vee rõhk. Õhulukk on
paigaldatud membraani ülemisse ossa, et võimaldada tööliste ja materjali läbipääsu.
Kessoonkamber läbindatakse nagu tavalise trumli protsessi käigus gravitatsioonijõuga [14].
Meetodit on kasutatud idapoolsetes riikides nagu Venemaa ja on tavaliselt piiratud 30 m
sügavusega kuna suruõhk on piiratud 350 kPa suuruse rõhuga. Venemaal läbiviidud šahti
läbindamise kiirus selle meetodiga oli 20 m/kuus ning maksimaalselt 45 m/kuus [16 pt 17.4].
See meetod on kulukas. Suruõhukambris töötamine tekitab terviseriske. Meetodil on
piirangud ning vähe praktilisust [14].
5.15. Kessoonmeetodi kasutamine Maardus
Kessoonläbindamine oleks otstarbekas Maardu piirkonnas kasutada vettjuhtivates pudedates
liivakihtides suruõhukambriga. Ülemises puistangu ja kvaternaarisetete kihis on võimalik
läbindada kessoonmeetodiga, kuid meetod on antud juhul vähe praktiline. Ordoviitsium-
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
30/50
Kambriumi vesises liivakihis suruõhu kambriga läbindamine oleks variant kuna liivakihi
paksus keskmiselt 10 m [Joonis 3] jääb piiratud 30 m [Tabel 16] vahemikku tekitades
vajaduse vähemalt 1 atm suuruse rõhukambri kasutamise. Sügavamal Kambrium-Vendi
liivakihis tuleks suruõhukambris rakendada rõhku 0,8 – 1,3 MPa (7,5 – 13 atm), kuid see
ületab inimesele lubatud 0,4 MPa (3,5 atm) lubatud rõhu [Tabel 16].
Tabel 10 Vajalikud rõhud suruõhu kambris kessoon meetodiga läbindamisel
Kambrium-Ordoviitsiumi liiv
Kihi paksus 10 m
Vajalik rõhk kambris 1 atm
0.1 MPa
Kambrium-Vendi liiv
Kihi paksus 55 m
Rõhusamba kõrgus liivakihi laes 75 m
Vajalik rõhk kambris 7.5 atm
0.8 MPa
Rõhusamba kõrgus liivakihi põhjas 130 m
Vajalik rõhk kambris 13 atm
1.3 MPa
[Tehnoloogiad.xls Leht―Kessoon―]
5.16. Erimeetodid ajutise või püsiva veeisolatsiooniga
Veeisolatsiooni tegemiseks kasutatakse erinevate segude injekteerimist või külmutamist.
5.17. Tsemendiga injekteerimine
Selle šahti läbindamise erimeetodi puhul surutakse vedel tsemendipulp puuraukude kaudu
kihivahelistesse tühemelisusesse, et täita praod, õõnsused, lõhed ja poorid. Tsement tugevdab
vahesid ning lõpuks teeb ta need veele läbitungimatuks LISA 3 ja LISA 4.
Seda meetodit kasutatakse kui kivimid on püsivad, kuid lõhelised. Seda ei kasutata liikuva
liiva tüüpi tingimustes. Selle meetodi eeliseks on, et paljudes kohtades, kus kõrge
veetaluvusega aladel pumpamine tootlikkusega 2270 m3/h (10 000 gpm) ebaõnnestus, kuid
tsementeerimisega õnnestus. Tsement surutakse survega 0,5-27 MPa (80-4000 psi). Tehakse
järgnevad sammud:
1. Puurimine
2. Tsementeerimine
3. Läbindamine ja seina tegemine [14].
Puurimine
Kasutatakse pika puuraugu teemantpuurmasinaid. Puuraukude arv sõltub kivimite poorsusest:
kui kivim on poorne, siis puuritakse rohkem puurauke vastupöördunult (risti-rästi).
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
31/50
Puuraugud on puuritud LISA 3 ja LISA 4 näidatud viisil, kõik šahti augu äärealal. Esimene
aukude seeria algab kuivast ülalpool veetaset. Eelistatunult mõned puuraugud peaksid olema
radiaalselt või tangentsiaalselt kallutatud 1:10 või 1:15 tagamaks, et puuraugud haaraksid
lõhed terves pikkuses ning ala kus puuraugud lõpevad oleks eemal tegelikust kaevandamise
perimeetrist.
Esmalt puuritakse 5 m pikkused 70-80 mm läbimõõduga puuraugud ja seejärel sobitatakse see
seisva toruga. Seisev toru projekteeritakse 0.15-0.3 m puuraugust ülespoole, et puurimisel
sissetulev vesi sulgurklapiga kontrolli all hoida. Puurauk diameetriga 35-45 mm puuritakse
kuni ebatavalise vee juurdevooluni kuni 5 m-ni. Puurvardad tõmmatakse välja ning puurauku
surutakse vedel tsemendipulp kasutades elastset voolikut. Sama protseduuri korratakse iga
puurauguga.
Injekteerimine
Tsementeerimise tehnokompleks sisaldab: kõrge tootlikkusega topelt tampimispumbad,
tsemendi segamise tankid, torud ning teised seadmed kemikaalide silikaatsooda või
alumiinium sulfaadi lisamiseks kui eelsilikaat on adopteerunud Joonis 9.
Esialgu valatakse 2,5% tsemendipulpi, hiljem võib kogus 50%-ni tõusta sõltuvalt kihi
tingimustest ning veekogusest. Puuraugud on jaotatud kolme gruppi: A, B ja C. A puuraugud
on põhilõhede kinnipitseerimiseks. Puuraugud B on pealõhede- pragude jaoks. C puurauke
kasutatakse samuti kui B puurauke, kuid väiksemate tsemendi kogustega. Pulbi (tsemendi,
liiva ja vee segu) tiheduse valik sõltub puuraugu vee absorbeeruvusest.
Et vähendada absorbeeruvust ja vähendada töökulu, segatakse mõnikord pulbile savi
vahekorras 1:2 kuni 1:4. Tsementeerimine on mõttekas kui kontrollpuuraugud tõestavad, et
vee absorbeeruvus tsementeeritud kivimis on vähem kui 0,5 l/min.
Joonis 9 Tsemendiga injekteerimine [24]
Injekteerimine šahti põhjast kaldpuuraukudega on ebapraktilisem võrreldes maapinnalt
vertikaalsete puuraukudega injekteerimisega järgnevatel põhjustel:
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
32/50
Läbindamise edasiminek on katkestatud injekteerimise tõttu pikaks perioodiks ning
edasiminek väheneb
Protsess viiakse läbi madala tootlikkusega varustusega ning on vajalik kõrge täpsusega
meeskonda
Suur kogus käsitsi tööjõudu on vajalik
Kõrgendatud oht tööjõule kõrge survega injekteerimistöödes
Vertikaalse injekteerimisega on võimalik:
Garanteerida vee sissevoolu alanemine
Tagada šahti kiire läbindamise tingimused
Meeskond ei pea viibima läbindusees
Viia läbi operatsioon maapinnalt kasutades kõrge tootlikkusega injekteeimise varustust
[18]
Probleem tekib kui tsemendipulbi tsemendi osad ei suudeta suruda pooridesse [19].
Šahti põhjast mõõdetakse siibriga suletava puuraugu kaudu vajalikud parameetrid ning
arvutatakse välja sobiva koostisega pulbisegu ning antakse märku maapinnal segu
meeskonnale segu kokku segada. Mitme puuraugu samaaegsel injekteerimisel vajaliku rõhu
tagamiseks, kui pulbiseguri tootlikkus on vajalikust väiksem, on võimalik siibriga sulgeda
mõne haru sissevool. 10-15 minutit on kahe teineteisele järgneva pulbisegu kokkusegamise
vahe. Juhul kui tekib viivtus šahti põhjas, siis hiljemalt 2 minuti möödudes avatakse siibrid
ning lastakse pulbisegu šahtipõhja kogumiskaevu vältimaks injekteerimissüsteemi
ummistumist ning süsteem loputatakse veega [22]. Vahetult enne injekteerimist lisatakse
pulbile plastifikaatoreid.
Läbindamine ja seina tegemine
Pärast tsementeerimist kindla pikkusega kattekivimite lõik kaevandatakse välja. Lõhkamisel
ringi sügavus on piiratud 1,5 m-ni ja lõhkeainekogus lühikese puuraugu peale tuleb hoida
minimaalne.
Tsementeerimisel sõltuvalt läbindatavatest kivimitest, veehulgast ja lõhede suurusjärgust
valitakse toestuse tüüp kas betoontoestus või terastüübingud. Betoontoestus on odavam ning
laialdasemalt kasutatav.
5.18. Injekteerimine Maardus
Tsemendiga injekteerimine Maardus on otstarbekas kasutada kvaternaarisetete ja puistangute
ning vett sisaldavate liivakihtide läbindamisel. Tsemendiga injekteerimise kiirus on toodud
Tabel 11 ning injekteerimispuuraukude puurmasina parameetrid Tabel 12. Vahetult enne
injekteerimist lisatakse pulbile plastifikaatoreid tugevuse kiiremaks saavutamiseks.
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
33/50
Tabel 11 Läbindamise kiirus eelneva injekteerimisega
Injekteerimispuuraukude puurimine 2.3 m/h
Injekteerimine 1.7 m/h
Injekteerimise surve 1000.0 psi
Injekteerimise surve 6.9 MPa
Tugevuse saavutamine 72 h
Läbindamine 82 m/kuus
Toestamine 300 m/kuus
10m paksuse liivakihi injeteerimine
koos läbindamsiega 1.0 kuud
Kihi paksus 10 m
Injekteerimise, toestamise ja
läbindamise kiirus liivakihis 10 m/kuus
Tabel 12 Injekteerimispuuraukude puurmasina parameetrid [23]
Aeg terve ringi puurukude
puurimiseks 1 m kohta 0.4 h/m
Puurimise kiirus kõikide puur 2.3 m/h
Puuraugu läbimõõt 40 mm
Puuraugu maksimaalne sügavus 120 m
Puurmasina mootori võimsus 116 kW
Surve 20 kN
Pöörete arv maksimaalne 2200 p/min
Pöördejõud maksimaalne 250 Nm
[Tehnoloogiad.xls Leht―Injekteerimine―]
5.19. Külmutusprotsess
See meetod on sobiv suure veehulgaga kihtide ja liiva läbindamise puhul. See toimib isegi
kõige keerukamate mäendustingimuste korral. Protsessi käigus külmutatakse silindrikujuline
osa kivimitest ning keskelt läbindatakse šaht tavaliselt LISA 5.
Puuritakse ringikujuliselt puuraugud väljapoole vajaliku šahti ringjoont. Nendes puuraukudes
lastakse terastorudesse külmutuslahus ringlema. Lahus imeb endasse soojuse puuraugust ning
seejärel kivimid külmubad ning jääsein saavutab piisava paksuse. See tehislik jääsein takistab
vee sissevoolu šahti. Neli väljakujunenud sammu:
Puuraukude puurimine ja toestamine
Jääsammaste moodustamine ja säilitamine
Läbindamistööd
Jääseina sulatamine [14].
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
34/50
5.19.1. Puuraukude puurimine ja vooderdamine
150 mm läbimõõduga puuraugud puuritakse ümber šahti ümbermõõdu. Kõik puuraugu seinad
toestatakse terastorudega külgvaringu ennetamiseks.
5.19.2. Jääsammaste moodustamine ja säilitamine
Puuraukudesse paigaldatakse kaks kontsentrilist (ühise keskpunktiga) jäätamise toru. 150 mm
puuraugu korral välimine toru 125 mm ja sisemine 50 mm läbimõõduga. -20oC kraadi juures
külmutuslahus pumbatakse läbi sisemise toru. Seejärel tõuseb lahus üles mööda sisemise ja
välimise toru vahelist ala ning imeb kivimi kihtide soojuse endasse ja see kogutakse
külmutuslahuse paaki, läbi spiraalikujulise mähise, kus ammoniaak jahutussegu ringleb.
Ammoniaakgaas pumbatakse läbi kompressori veepaaki, mis võimaldab selle taas muuta
vedelasse faasi. Nii jätkub tsükkel.
Selle protsessi teostamiseks on maapinnal tehnokompleks, mis sisaldab:
Ammoniaagi kompressor
Pumbad külmutuslahuse ja vee ringluseks
Torustik vee, külmutuslahuse ja ammoniaagi ringluseks
Külmutuslahuse ringlus puuraukudes võib toimuda üheaegselt; jääseinad moodustuvad
aeglaselt ümber iga külmutava toru ning lõpuks ühinevad üksteisega moodustades jäätunud
silindri. Jääseina moodustamiseks vajalik aeg sõltub kihindi suurusest, sügavusest ja tüübist
ning antud ala kliimast, kus töid läbi viiakse. See võib kesta 2-6 kuud. Jääsilindri paksuse
arvutamiseks valemit pole, kuid arvestatakse varasemaid töid.
5.19.3. Läbindamine
Külmutatud kihi läbindamine toimub traditsiooniliselt, kuid kasutatakse madala
külmumistemperatuuriga lõhkeainet. Lõhkamine ei tohi kahjustada külmutuslahuse
terastorusid. Läbindamistsükli jooksul viiakse läbi ka šahti toestamine, paigaldatakse
terastüübingud üles ja allapoole veetaset. Betoonsein peatab lekke tüübingu taga.
5.19.4. Jääseina sulatamine
Kui külmutatud kivimid on lõplikult läbindatud, tuleb seinad üles sulatada. Selleks pannakse
terastorudesse jahutava külmutuslahuse asemel ringlema kuum lahus.
5.19.5. Šahti külmutamine
Kui šaht on täielikult veekihist isoleeritud, tuleb põhjas topistus külmutada, mis tähendab
torud koos südamikuga. Et vältida soovimatut südamiku külmutamise raiskamist, saab torud
isoleerida ülalpool topistustasandit. Erinevate/segamini kihtide korral saab torud isoleerida
tasandil, kus külmutamine pole vajalik.
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
35/50
Kaldšahte saab külmutada kallutatud tüübingute kasutamisel paralleelselt šahti teljega või
hoolikalt planeeritud vertikaaltüübingute võrguga. Kaldpuuraukude puurimine nõuab
erivarustust ning oskust vajaliku täpsuse saavutamiseks.
Kivimid tuleb hoida külmutatud seni kuni toestus, mis suudab nõutud koormusele vastu
pidada, on lõplikult paigaldatud. Igasugune avarii külmutuse tehnokompleksis põhjustab
sulamise alguse, üleujutuse ohtu ning varinguid.
Külmutatud kattekivimitest väljaspool olev veevool toimib kui soojendaja. Rusikreegel
külmutuslahuse ringlemiskiirus soolalahusel on vähem kui 2 m/päevas ja nitrogeenil 4..6
m/päevas [17].
5.20. Kattekivimite külmutamine Maardus
Külmutamise vajadus on mõlemas liivakivi kihis. Kuna enamus aega kulub külmutamisele,
siis on otstarbekas 55 m paksuses Kambrium-Vendi liivakihis kasutada vertikaalpuuraukude
kaudu külmutamist. Selleks laiendatakse šahti läbimõõt savikihi alumises osas nii, et
puurmasina tööorgan mahuks puurukude puurimiseks laiendatud osasse. Laiendus toestatakse
koheselt laiendamise ajal. Külmutamiseks kuluv aeg ning terve tsükli kiirus on toodud Tabel
13.
Tabel 13 Liivakihtide külmutamine
Seadme paigaldus ja
külmutuspuuraukude puurimine 7 päeva kuni Kihi paksusega, m 30
Seadme paigaldus ja
külmutuspuuraukude puurimine 14 päeva kuni Kihi paksusega, m 80
Külmutusprotsess 2 4 kuud Sügavusel kuni, m 250
Külmutusprotsess 9 10 kuud Sügavusel kuni, m 500
Külmutusjaama võimsus 330
kW
Külmutuslahuse temperatuur -35
C
Läbindamine külmunud
massiivis
50 m/kuus
Toestamine
300 m/kuus
Toestamine toimub
samaaegselt läbindamisega
Kogu tsükli aeg
2.4 kuud
Kihi paksus, m 10 Kiirus
4.1 m/kuus
Kogu tsükli aeg
5.6 kuud
Kihi paksus, m 55 Kiirus
9.9 m/kuus
[Tehnoloogiad.xls Leht―Külmutamisega―]
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
36/50
5.21. Šahti puurimine
Šahti puurimisel on kaks meetodit: suure ja väikse läbimõõduga puurimine, mida saab
kasutada ilma lõhkeaineteta šahti läbindamisel. Läbindamine on kaevandamise juures kõige
ohtlikum protsess läbides vett, õõnsusi või pehmeid kivimeid. Puurimise eeliseks šahti
läbindamisel on asjaolu, et meeskond ei pea sisenema ohtlikku tsooni. See meetod on ohutu ja
on majanduslikult tasuv tingimustes, kus traditsiooniline läbindamine ei ole rakendatav [14].
5.21.1. Šahti puurimine suure puurmasinaga
Keerdpuurimist kasutatakse laialdaselt gaasi ja õli puuraukudes. Seda tehnoloogiat
kasutatakse peamiselt veesoonte või õõnsustega profiilide läbindamiseks, mille korral
traditsiooniline läbindamine oleks majanduslikult ebapraktiline. Selle tehnoloogiaga
puuritakse 1,5 – 8m ja suurema läbimõõduga ja kuni 2000m sügavuseni puuraugud. Tavaliselt
saab nii ventilatsiooni ja avarii väljapääsu šahti läbindada, kuid erandkorras läbindatakse ka
peašahte sellisel viisil [14].
Joonis 10 Suure puuriga šahti puurimine [16]
Selle meetodiga kasutatakse raskes õlis puurseadet, millele on monteeritud puurvarras ja
puurotsik Joonis 10. Puurotsik on varustatud näritspuuridega, mille hambad lõikavad kivimi
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
37/50
laaste šahti põhjast. Puuride arv sõltub puuraugu suurusest. Stabilisaatoreid kasutatakse
kõrvalekallete kontrollimiseks. Suure läbimõõdu korral puuritakse aeglasemalt. Kobedates
kivimites on vajalik tuhandeid kilogramme kaaluks seadme peale, kuid rasketes tingimustes
rohkem kuni 15 tonni. Emulsioonpuurvedelik (veepõhine betoniitgeel) toestab šahti seinu,
jahutab puurseadet ning kõrvaldab puurpuru. Suure läbimõõduga šahti korral puurpuru ei ole
võimalik kõrvaldada tavaliselt, seepärast on kasutusel ümberpööratud ringlusega topeltseinaga
toru. Maapinnal eraldavad traatvõrksõelad puurpuru puurvedelikust, mida taastöödeldakse.
Tehnoloogia nõuab opereerimist maapinnalt, efektiivset toimetulekut pinnaveega, õõnestamist
ja pudedate tingimustega toimetulekut. Piiranguteks võivad olla kõrge kapitalikulu ning
raskused tugevamate kihtide läbindamisel [14].
Šahti puurimise tootlikkus sõltub:
Geoloogiast: kivimi tugevusest, kõvadusest, abrasiivsusest
Puurimisest: lõikepea tüüp, suurus, tihedus, pöördejõud
Eraldatud laastu eemaldamise süsteemist [16]
5.22. Suure läbimõõduga puurmasinaga puurimine Maardus
Suure läbimõõduga puuriga puurimise tootlikkused ning läbindamiskiirused kihtide kaupa on
toodud Tabel 14.
Suure läbimõõduga puuriga puurides oleks täidetud kogu eelnevalt läbindatud šahti osa veega.
Puurimisega samaaegselt ülalt lisatav toestus takistaks otsest segunemist Kambrium-Vendi
veehorisondi joogiveega, kuid kahtluse alla jääb piisav isoleeritus läbindusveest. Kiire
läbindusprotsess annab sellele tehnoloogiale eelise, kuid keskkonna seisukohalt vajaks
põhjalikumat tõestamist.
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
38/50
Tabel 14 Suure läbimõõduga puurmasinaga puurimise tootlikkus erinevates kihtides
Suure puurmasinaga läbindamine
erinevates kihtides
Liivakivis,
kvaternaarisetetes,
puistangus
Lubja-
kivis Savi
Graniidi
murenemis-
koorik
Puurimise teoreetiline kiirus,
jalga/tunnis 7.0 5.0
4.0
Puurimise teoreetiline kiirus,
m/tunnis 2.1 1.5 2.6 1.2
Puurimise teoreetiline kiirus, m/kuus 1536 1097 1872 878
Puuri ajami võimsus, hp 900 2400
2000
Puuri ajami võimsus, kW 671 1790
1491
Lõikepea pöörlemiskiirus, p/min 6.7 3.9
5.0
Ühe pöördega edasiminek, m/p 0.005 0.006 0.005 0.004
Ühe pöördega edasiminek, mm/p 5.3 6.4 5.0 4.0
Surve, lb 1274000 2570000
2565000
Surve, kg 577886 1165752
1163484
Lõikepäid, tk 55 55 55 55
Surve ühele lõikepeale, kg 10507 21195
21154
Puurimise teoreetiline kiirus, m/h 2.1 1.5 2.6 1.2
Puurimise teoreetiline kiirus,
m/päevas 51 37 62 29
Puurimise teoreetiline kiirus, m/kuus 1536 1097 1872 878
Puurimise tegelik kiirus, m/h 0.3 0.2 0.3 0.2
Puurimise tegelik kiirus, m/päevas 8.3 5.9 10.1 4.8
Puurimise tegelik kiirus, m/kuus 250 178 304 143
Keskmine kihi paksus kokku, m 80.0 15 80 6
Kihi läbindamiseks kuluv aeg, kuu 0.32 0.08 0.26 0.04
Seadme paigaldus, kuu 0.1
Toestamine, kuu 0.2
Hooldus, kuu 0.0
Kõikide kihtide puurimise aeg
kokku, kuu 0.71
Kokku läbindusaeg, kuu 0.97
Läbindamise kiirus, m/kuu 186
[Tehnoloogiad.xls Leht―Suure puurmasinaga―]
5.22.1. Šahti puurimine väikse puurmasinaga ja pilootpuurauguga
Šahti läbindamismasinad tulid kuuekümnendatel kasutusele, kuid pole laialdaselt levinud
kuna rasketes tingimustes läbindamisel tuleb kivimi kihti enne töödelda või tihendada.
Teiseks puuduseks on suuremahulise aherkivimi kõrvaldamine, mis pilootpuuraugu ja
alumisele tasandile juhtimise puudumisel on tüütu tegevus. Meeskond peab liikuma koos
varustusega.
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
39/50
Süsteem koosneb puurpingile monteeritud lõikerattast ning greiferist Joonis 11. Puurpink on
monteeritud šahti vertikaaltelje ümber pöörlevale struktuurile. Selle fikseerimiseks
kasutatakse šahti greifereid. Aherkivim tõstetakse punkrisse, mis tühjendatakse
läbindustoobritesse, mis tühjendatakse maapinnal. Karboniajastu kivimid on kõige sobivamad
läbindamismasinale. Suure veehulgaga kihid tuleb enne läbindamismasinaga puurimist
sulgeda tsemendiga injekteerimisega või külmutamisega.
Läbindusmasin sisaldab šahti toestuse paigaldamise varustust, lasernoolt ja mehaanilisi
suunakontrolli vahendeid, vee käsitlemis- ja ventilatsiooni süsteeme, lihtsustatud ligipääs
lõikepeade vahetuseks ja hoolduseks.
Joonis 11 Šahti väike puurmasin [28]
Šahti laiendamisega puurimise tehnoloogia uudsus seisneb pilootpuuraugu puurimises 1,2m
tulevase šahti keskelt Joonis 12. See pilootpuurauk annab teavet ettetulevate kihtide kohta ja
lihtsustab järgnevat laiendamist. Šahti läbindamisel pole vaja puurvarrast ning šahti
vertikaaltäpsus säilib. Ebastabiilse pinna ülalpool masina paigaldust saab toestada kasutades
seinatoestamise platvormi. Aherkivim kukub läbi pilootpuuraugu. See süsteem on tuntud kui
V-kujuline šahti puurimine (V-mole). See süsteem on Saksa ettevõtte Wirth poolt arendatud
ning kasutusel Euroopas [14]. See tehnoloogia eeldab juba vähemalt ühe šahti olemasolu,
millega on rajatud ligipääs tulevase šahti põhja tasandile.
Joonis 12 V-kujuline šahti puurmasin
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
40/50
5.23. Ohutus šahti läbindamisel
Šahti läbindamine on ohtlikumaid töid erinevate operatsioonide poolt põhjustatud karmi
töökeskkonna, kõrge mürataseme, kontrollitud äkilisuse ja gravitatsioonijõu tõttu.
Enam pole see probleemiks. On väljakujunenud spetsialistide koolkond ohutuse alal.
Tänapäeval on šahte valminud ilma surmajuhtumiteta. Õnnetusjuhtumite arv on tänapäeval
üldiselt võrreldav allmaakaevandamise tööstusega. See on iga meeskonnaliikme isikliku
valvsuse, kujutlusvõime, pingutuste ja koostöö tulemus. Põhilised ohutuse ettevaatusabinõud
šahti läbindamisel on:
Karm distsipliin, koostöö ja inimeste vastastikune kaitsmine
Standard protseduuride kasutamine, aruandluse koostamine, töövahetuste vaheline
võistlus
Läbindusjuhtide omavaheline koostöö, valvsus ja tähelepanelik reageerimine ohule
Seadmete põhjalik hooldus ja kontroll
Kohene õnnetuse lahendamine ning ennetavate abinõude kasutuselevõtt [14].
5.23.1. Testimine ja mõõtmine
Šaht on allmaakaevanduse „elujoon―. Toestuse kahjustamise tulemusena võib tekkida
külgekivimite liikumist, tõsiseid tootmiskadusid, seab ohutuse ohtu ning nõuab suuremahulisi
parandustöid. Paljudes riikides viiakse läbi juba testmõõtmisi massiivi liikumise,
betoontoestuse tõmbe- ja survepinged, palkide, teraskomplektide ja polttoestike
telgkoormused. Andmed kogutakse ning analüüsitakse.
Mõõtmistel kasutatakse :
Puuraugu multipositsioneerimise ekstensomeeter (MPBX) – massiivi deformatsiooni
mõõtmiseks
Surveandureid (PC) ja deformatsiooni mõõtur (SG) – toestuse tangentsiaalpinge mõõtmiseks
Lame kokkusurumiskoormuse andur (FCLC) – šahti toestiku raami koormuse mõõtmiseks.
Termistore – temperatuuri mõõtmiseks vahemikus 60-160 C [14].
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
41/50
6. TULEMUSED
Tuginedes maailmas läbiviidud praktilistele šahti läbindamise kogemuste analoogiale ning
Maardu graniidikaevanduse asukoha geoloogilistele, hüdrogeoloogilistele ja mäenduslikele
tingimustele, on tulemused järgnevad:
Läbindamise tehnoloogiliste operatsioonide võrdluse tulemused:
Kuna kattekivimites on esindatud liiva-, savi kui ka lubjakivid, siis šahti seinad tuleb toestada
masinate ja meeskonna kaitseks aga ka šahti seinte sissevarisemise vältimiseks. Külmutamise
korral liiva kihtides toestada armatuuriga betoonrõngastega, seest katta asfalt- või polümeer-
veekindla kattega, tihendatakse betooni segu või saviga. Vajadusel terastüübingud. Savi kihis
toestatakse betoonrõngastega.
Otstarbekas oleks läbindada traditsioonilise läbindamise meetodiga, vajadusel kasutada
puurlõhketöid ning erimeetodeid. Vältida tuleb Kambrium-Vendi veekompleksi rikkumist
ning sellest tulenevalt on välistatud alanduslehtri moodustamine.
Antud probleemi geoloogilis-geofüüsikaliste töödega lõplikult lahendada ei ole võimalik.
Lõpiliku vastuse sellele probleemile saab anda katsekaevandus.
Vaiadega seina toestamine šahti läbindamise algfaasis on kasutatav kvaternaarisetetes ja
puistangutes läbindamiseks. Lisaks on võimalik kasutada lubjakivi ja savikihi vahele jääva
liivakihi läbindamisel, kus on võimalik vaiad lüüa hermeetilise savikihi sisse. Vettjuhtiva kihi
paksus 10 m ja sügavus vastab maksimaalsetele lubatud väärtustele. Läbindamise kiirus on
piiratud kuni 10 m/kuus.
Kessoonläbindamine oleks otstarbekas Maardu piirkonnas kasutada vettjuhtivates pudedates
liivakihtides suruõhukambriga. Ülemises kvaternaarisetete kihis on võimalik läbindada
kessoon meetodiga, kuid meetod on antud juhul vähe praktiline. Ordoviitsium-Kambriumi
vesises liivakihis suruõhu kambriga läbindamine tekitab vajaduse vähemalt 1 atm suuruse
rõhukambri kasutamise. Sügavamal Kambrium-Vendi liivakihis tuleks suruõhukambris
rakendada rõhku vähemalt 0,8 – 1,3 MPa (7,5 – 13 atm), kuid see ületab inimesele lubatud
0,4 MPa (3,5 atm) lubatud rõhu piiri.
Tsemendiga injekteerimine Maardus on otstarbekas kasutada kvaternaarisetete ja puistangute
ning vett sisaldavate liivakihtide läbindamisel. Vahetult enne injekteerimist lisatakse pulbile
plastifikaatoreid tugevuse kiiremaks saavutamiseks.
Kui tsemendiga injekteerimise erimeetod ei õnnestu, tuleb rakendada kattekivimite
külmutamist. Kuna tsüklis kulub enamus aega külmutamisele, siis on otstarbekas 55 m
paksuses Kambrium-Vendi liivakihis kasutada vertikaalpuuraukude kaudu külmutamist.
Selleks laiendatakse šahti läbimõõt eelneva kihi alumises osas nii, et puurmasina tööorgan
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
42/50
mahuks puurukude puurimiseks laiendatud osasse. Laiendus toestatakse koheselt laiendamise
ajal. Külmutatud kihis läbindatakse traditsiooniliselt.
Suure läbimõõduga puuriga puurides oleks täidetud kogu eelnevalt läbindatud šahti osa veega.
Puurimisega samaaegselt ülalt lisatav toestus takistaks otsest segunemist Kambrium-Vendi
veehorisondi joogiveega, kuid kahtluse alla jääb piisav isoleeritus läbindusveest. Kiire
läbindusprotsess annab sellele tehnoloogiale eelise, kuid keskkonna seisukohalt vajaks
põhjalikumat tõestamist.
Alt üles puurmasinaga teise šahti puurimine pilootpuuraugu olemasolul antud tingimustes
pole võimalik kuna puudub toestamise võimalus, mis antud tingimustes on vajalik. Mõeldav
on alt üles puurimine eelnevalt külmutatud kivimites.
Võimalikud šahti läbindamise tehnoloogiad kihtide kaupa on toodud LISA 6
Erinevate meetoditega šahti läbindamise aeg on toodud LISA 7 [Tehnoloogiad.xls
Leht―KOOS―].
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
43/50
7. LÕPPSÕNA
Avaldan tänu juhendaja Ingo Valgmale tehnoloogiate ja tööprotsesside selgitamise ning
suunamise eest. Avaldan tänu ka konsultant Alo Adamsonile, kes juba pikemat aega ootab
šahti rajamise algust, infomaterjalide ning teadmiste jagamise eest. Samuti avaldan tänu
kõikidele kolleegidele, kes olid valmis vastama ootamatutele ja seoseta näivatele küsimustele.
Tunnustan ka kannatlikke tuttavaid, kes olid valmis oma ajagraafikuid ümber tegema ning ka
autojuhte.
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
44/50
8. KASUTATUD ALLIKAD
1. Eesti Geoloogiakeskus. 1992. Seletuskiri Maardu graniidimaardla varude
kinnitamiseks. Tallinn
2. Siitam, P. 2008 Maardu graniidikaevandus – unustatud vana uues kuues.
Mäekonverents 2. mai 2008, Tallinn
3. Maardu II graniidikaevanduse kaevandamise loa taotlus. OÜ J. Viru
Markšeideribüroo, 2007
4. Maardu II graniidikaevanduse mäetööde tehnilised lahendused. I köide. 2008 Töö nr
08/0339. OÜ Inseneribüroo Steiger. Tallinn
5. Pastarus J-R.,1996. Large Gavern Stability in the Maardu Granite Deposit. Theses of
Tallinn Technical University, Tallinn
6. Suuroja K. 1979. Graniidi uuringud Maardu uuringuväljas. Osa I Aruande tekst ja
tekstilisad. Geoloogia Ministeerium, Keila
7. Suuroja K. 1982. Graniidi eeluuring Maardu uuringuväljas
8. Väizene, V. 2009. Mäeettevõtte projekteerimise projekt. Graniidikaevanduse rajamine
Maardu graniidimaardlas (ID 908). Tallinn
9. Väizene, V. 2010. Mäendusanalüüsi ainetöö. Geoloogilise mudeli põhjal Maardu II
graniidikaevanduse sobivaima avamiskoha leidmine. ID 1040
10. Mäeinstituut. 2009. Maardu II graniidikaevanduse tehnilis-majandusliku eelhinnangu
koostamine
11. Kaisla, E. 1996. Soft rock tunneling alternatives for an Access tunnel to the Maardu
granite deposit. Tallinn
12. Maa-amet. 2009. Juhend Eesti geoloogiliseks digitaalkaardistamiseks mõõtkavas 1:
50 000 (versioon 2.1) Tartu
13. Maa-amet. Baaskaart nr 6343 Litsentsi nr: BK-86
14. Tatiya, R. R., 2005. Surface and Underground Excavations – Methods, Techniques
and Equipment.Balkema Publishers, London
15. Donald Louis Vieth, U.S. National Committee on Tunneling Technology, U.S.
National Committee for Rock Mechanics, National Research Council (U.S.).
Commission on Engineering and Technical Systems. 1987. Advances in Technology
for the Construction of Deep-Underground Facilities: report of a workshop, December
12-14, 1985.
16. Howard L. et al eds Hartman, Scott G. ed Britton, Jan M. ed Mutmansky. 1992.
Mining engineering-handbook.
17. Smoltczyk, U. 2003. Geotechnical Engineering Handbook: Procedures, Vol 2
18. Kipko, E.Ja.1984 International Journal of Mine Water. Vol 3(4) Experience in sealing
water bearing strata during deep shaft sinking, Spain. 55-62
19. Polozov, Ju. A. 1985. International Journal of Mine Water.Vol 4. Grouting of porous
aquifers during shaft sinking. Spain. 25-31
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
45/50
20. Schultz, M. 2008. Tunnels and Tunneling International.Ground freezing – Principes,
applications and practices
21. Donovan Jacobs, J. 1968. Rapid Excavation—Problems and Progress, Tunnel and
Shaft Conference Proceedings. Tunnel and Shaft Systems: Today and Tomorrow
22. White, P. Grouting and shaft sinking through water-bearing ground. Multiurethanes
23. AtlasCopco. 2008. Mining Methods in Underground Mining. 3rd Edition.
24. Layne GeoConstruction
http://www.laynegeo.com/limitedmobilitygrouting_technical.html [28.03.2010]
25. Shaft Sinkers Ltd http://www.shaftsinkers.co.za/ [02.05.2010]
26. Deilmann-Haniel Shaft Sinking http://www.dh-shaftsinking.com/ [01.04.2010]
27. Deilmann-Haniel Mining Systems http://www.dh-ms.com [01.04.2010]
28. Herrenknecht http://www.herrenknecht.com/meta-navigation/home.html [01.04.2010]
29. Terex Corporation http://www.terex-cmt.com/ [29.05.2010]
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
46/50
9. LISAD
9.1. Lisa 7 Tudengitöö ülesanne ID 900
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
47/50
9.2. Lisa 8 OÜ Maardu Graniidikaevanduse ettepanek magistritöö teema kohta
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
48/50
Tabel 15 Pinnakatte ja murenemiskooriku geoloogiline kirjeldus [12]
Mudelik
ihi tähis
Maa-ameti
kihi tähis
Nähtusklass Definitsioon
Q Q Pinnakate aluspõhja
läbilõikel
Quaternary deposits on the
bedrock crosssection
Pinnakatte levik (e Kvaternaari setted)
läbilõikel.
Q2
(Ca1ts)
O2tl-kn Toila, Sillaoru, Pakri,
Loobu, Rokiškise ja Kandle
kihistu
Toila, Sillaoru, Pakri,
Loobu, Rokiškis and Kandle
formations
Alam- ja Kesk-Ordoviitsiumi ladestiku
Toila, Sillaoru, Pakri, Loobu, Rokiškise ja
Kandle kihistu glaukoniitlubjakivi,
ooidlubjakivi, lubjakivi, liivakas lubjakivi
ja lubiliivakivi.
O1tr-lt Türisalu, Varangu ja Leetse
kihistu
Türisalu, Varangu and
Leetse formations
Alam-Ordoviitsiumi ladestiku Türisalu,
Varangu ja Leetse kihistu
glaukoniitlubjakivi ja glaukoniitliivakivi,
diktüoneemakilt, aleuroliit ning savi.
E1(ts-
lk)
Ca3ül-O1kl Ülgase, Tsitre,
Kallavere kihistu
Ülgase, Tsitre,
Kallavere formations
Kambriumi ladestu Furongi ladestiku
Ülgase ja Tsitre kihistute ning Furongi ja
Alam-Ordoviitsiumi ladestike Kallavere
kihistu biodetriitne liivakivi, liivakivi,
aleuroliit, esinevad õhukesed savi- ja
argilliidi vahekihid.
Ca1ts Tiskre kihistu
Tiskre formation
Alam-Kambriumi ladestiku Tiskre kihistu
hele väga peene ja peeneteraline
polümineraalne liivakivi, rohekashallide
savikate vahekihtidega (Põhja-Eesti
struktuur-fatsiaalses vööndis);
polümineraalne väga peenteraline liivakivi
(Lääne-Eesti struktuur-fatsiaalses vööndis)
E1(ln-S) Ca1lk Lükati kihistu
Lükati formation
Alam-Kambriumi ladestiku Lükati kihistu
rohekashall aleuriitne savi ja aleuriitne
liivakivi (Põhja-Eesti struktuur-fatsiaalses
vööndis); rohekashall savi ja hall aleuroliit
(Lääne-Eesti struktuurfatsiaalses vööndis).
Ca1ln Lontova kihistu
Lontova formation
Alam-Kambriumi Lontova kihistu
rohekashall, violetne või kirju savi
aleuroliidi ja liivakivi vahekihtidega;
Kagu-Eesti vööndis esineb lasumis
murenemiskoorik.
PR2 V2kt-vr Kotlini ja Voronka kihistu
Kotlin and Voronka
formations
Ediacara ladestu (Vendi kompleksi) Kotlini
ja Voronka kihistu liivakivi, aleuroliit,
aleuriitne savi, savi.
V2gd Gdovi kihistu Gdov
formation
Ediacara ladestu (Vendi kompleksi) Gdovi
kihistu segateraline polü-mineraalne
liivakivi, kirju aleuroliit, savi.
murene
mis-
koorik
MP Mesoproterosoiliste
kivimite avamus
merepõhjas Meso-
proterozoic outcrop on sea
bottom
Mesoproterosoiliste tardkivimite avamus
akvatooriumis.
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene 49/50
Tabel 16 Šahti läbindamise erimeetodite võrdlus
Meetod Kivimi tüüp
Vettjuhtiva
kihi paksus, m Vee sissevool Sügavus, m
Ligikaudne
edasiminek,
m/kuus Märkused
1 Vai sein Vesiliivad, veega küllastunud
kivideta pinnased 2..6 Limiteeritud 6…15 2…5 Nõuab hermeetilise savikihi olemasolu,
kuhu vaiad lüüakse, et lukustada vesi
ülalpool veega küllastunud kihte.
a) puidust
b) terasvaiadest 6…10
Kuni 30 6…10
2 Puuritud või vai betoonsein Vesiliivad, pude materjal (liiv,
kruus), veega (ka kividega)
küllastunud savi
10…20 Igasugune 25…30 8…10 Betoonist vaiseina kasutatakse šahti
tõstetorni vundamendis
3
Kessoonmeetod
Ühtsetes liikuvates kivimites
või pudedates kivimites
(liivkruusas), savid ilma kaljuse
kivimi või rahnude
intrusioonideta
10…15 Limiteerimata
Kuni 30,
erijuhtudel 10…20
Vajab lauget kihti või väikest kallet. 2-3m
paksune savikiht allpool veega
küllastunud ala a) vee pumpamiseta
liikuvates kivimites
Kuni 0,3
m3/min
rohkem kui
kasutatakse
vibraatoreid ja
surveõhku b) pideva pumpamisega
nõrkades ja pudedates veega
küllastunud kivimites
4 Kessoonmeetod suruõhuga Pude või mittesidus vettkandev
kiht
8…30 Mõõdukas Kuni 40 20…30 Maksimaalne õhurõhk ee kambris 3…3,5
atm
5 Depressioon pinnavee
tasemes
Kesk- ja jämedateraline pinnas
ja kruus filtratsiooni-
koefitsiendiga 10-100m/päevas.
20…30 Suur 100…150 15…20 Mitte kasutada savikivimis, vesiliivades ja
vahelduvates läbilaskvates ja
mitteläbilaskvates kivimites
6 Keemiline injekteerimine Liivad savi sisaldusega vähem
kui 10-15%. Filtratsiooni
koefitsient 2-80m/päevas.
Vähene Mõõdukas Limiteerimata Tavaliselt kasutatakse kui
lisasekkumisega meetodit
7 Tsemendiga injekteerimine Püsivad kivimid veega,
lõhedega (liivakivimid, muda,
lubjakivi) ja jämedateraline liiv
ja kruus
Limiteerimata Keskmine ja
suur, kuni
10m3/min
Igasugune 10-15, heades
tingimustes
20-30
Mitte soovitatav liikuvates kivimites või
vesiliivades, vee kiirus suurem kui 80
m/päevas,või õõnsuste ja suurte tühimike
olemasolul
8 Saviga injekteerimine Veega küllastunud kivimid
suurte lõhede ja tühimikega
Limiteerimata Limiteerimata Limiteerimata 10...15 Kasutatakse agressiivse vee olemasolul.
Tavaliselt kasutatakse koos tsemendiga
krohvimisel.
9 Bituumeniga katmine Püsivad kivimid suurte lõhede
ja tühimikega, ka kruusad
20...30 Keskmine ja
suur
Kuni 40 Kasutatakse abimeetodina kohal
tihendamiseks kõrge voolukiirustega
kivimites ja agressiivses vees.
10 Massiivi külmutamine Kõigis veega küllastunud
kivimitüüpides
10...1000 Limiteerimata Kuni 1000 Erinevused
sõltuvalt
sügavusest,
läbindamine
külmutatud
kivimis kuni
50m
Kõige usaldusväärsem meetod, kuigi
kulukas ja aega nõudev kuna kallid ja
aeganõudvad ettevalmistustööd
(külmutuspuuraukude puurimine).
11 Šahti puurimine Nõrkades, veega küllastunud
kihtides
Mõned
tuhanded
Limiteerimata Kuni 600 Püsivate kivimite paksus ei tohi ületada
10% veega küllastunud kihi
kogupaksusest
Magistritöö Maardu graniidikaevanduse püstšahti läbindamise tehnoloogia ID 900
Mäeintituut Vivika Väizene
50/50
9.3. Lisa 1 – Maardu graniidikaevanduse mäeeraldise plaan ja puuraukude asukohad
[Asukohaskeem.wor]
9.4. Lisa 2 – Traditsioonilise läbindamise tsükkel puurlõhketööde, laadimise ja
toestamisega
[Traditsioonline läbindamine.dwg]
9.5. Lisa 3 - Ee pass. Vertikaalsete tsementeerimispuuraukude asetus Leht1 Leht2
[Vertikaalsed tsementeerimispuuraugus.dwg]
9.6. Lisa 4 - Ee pass. Šahti põhjast puuritud tsementeerimispuuraukude asetus Leht1
Leht2
[Šahti põhjast puuritud tsementeerimispuuraugud.dwg]
9.7. Lisa 5 - Ee pass. Pinnase külmutamine šahti läbindamisel Leht1 Leht2
[Külmutamine.dwg]
9.8. Lisa 6 – Võimalikud püstšahti läbindamise erimeetodid kattekivimite lõikes
[Tehnoloogiad.dwg]
9.9. Lisa 7 – Erinevate meetoditega šahti läbindamise aeg
[Aeg.dwg]