Kaevandustehnilise analüüsi tutvustus - emeriitprofessor Enno Reinsalu (Mäeinstituut)
-
Upload
maeeinstituut-ttue -
Category
Technology
-
view
406 -
download
4
description
Transcript of Kaevandustehnilise analüüsi tutvustus - emeriitprofessor Enno Reinsalu (Mäeinstituut)
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 1
FOSFORIIDI KAEVANDAMISE TEHNIKA
Ida-Kabala näitel
Enno Reinsalu, Vivika Väizene jt TTÜ mäeinstituudist
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 2
1. Probleem, avamine
1.
Tehnoplatsi valik –
asumitest eemal, ühendusteede lähedal
2.
Avamise mäetehniline kriteerium – maardla parimas kohas
3.
Mäetööde liikumise suund –
maavara kvaliteedi vähima muutuse suunas
4.
Allmaatarindite orientatsioon –
sõltuvalt geoloogiliste häirevööndite suunast
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 3
Asukoha valik -
maastik avamise kohas
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 4
Asukoht -
maastik mäetööde hilises staadiumis
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 5
Asukoha valikut mõjutavad kaitsealad ja kaitstavad objektid
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 6
Avamine (üks variantidest)
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 7
Võimalik lahend -
topeltkaevandus
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 8
2. Probleem, allmaatarindid
1.
Allmaa-keskkond on uus2.
Kaks esimest küsimust:
–
Kaeveõõnte laius –
vahetu lae püsivus?
–
Tervikute mõõtmed –
koristus- kaeveõõnte mõõtmed ning paigutus?
Vastused sõltuvad kivimite omadustest
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 9
2.1. AllmaakeskkondPõlevkivi kuvand:
•
Ühtlane kihind kilomeetrite ulatuses•
Plaatjas vahetu põhilagi ja vahetu lagi
•
Tugev plaatjas põrand… tuleb kõrvale jätte
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 10
Fosforiit ei ole nii ühtlane kui põlevkivi
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 11
Oletame sellist kihti
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 12
Kuid ilmselt näeme sellist lasundit
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 13
2.2. Käikude laius
Klassikaline arvutus lähtub tala (plaadi) kuvandist –
puruneb
tõmbele Käikude laius ehk piir-ava arvutatakse
laekihtide paksuse ja tõmbetugevuse alusel
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 14
Klassikaline arvutusmudel
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 15
Arvutatud käikude laius Lääne-Kabalas
LadeMahumass,
t/m3Tõmbetugevus, MPa Lademete paksus, m Piir-ava, m
Piirid Keskmine Piirid Keskmine
O2rk 2,65 4,2...6,5 5,6 2,3...20,0 12,5 53,0...104,2
O2op 2,60 0,5...4,9 2,3 2,1...4,4 3,8 4,2...18,3
O2kl 2,60 2,0...6,1 4,0 9,2...13,0 12,2 36,4...86,4
O2jh 2,60 1,8...10,8 3,6 7,1...10,7 8,8 21,9...68,4
O2id 2,56 0,9...6,8 3,7 3,4...6,5 4,8 3,7...22,6
O2kk 2,41 0,2...4,9 2,5 9,5...14,8 10,0 16,2...22,1
O2uh 2,45 0,3...6,7 2,9 10,8...14,5 13,5 11,1...39,9
O2ls 2,63 1,8...8,1 5,1 7,0...9,6 8,0 12,1...23,5
O2as 2,63 1,9...7,3 5,1 2,8...3,8 3,3 4,5...7,7
O1kn 2,65 0,7...8,5 4,3 6,1...8,9 7,4 13,0...22,8
O1vl 2,72 1,0...8,2 4,7 1,4...2,8 2,1 3,1...5,3O1lt 2,33 0,1...7,9 0,74 0,9...1,9 1,3 1,6...3,4O1pk 2,61 0,04...4,4 1,8 6,4...12,1 7,6 -
€1ts 2,10 0,05...5,8 0,9 10,0...20,0 12,0 -
€1lk 2,34 1,8...2,8 2,4 8,0...16,0 13,0 -
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 16
Käikude laius
Klassikaline arvutus, mis lähtub tala kuvandist ei saa olla piisav, sest
1)
vahetu lae paksus on ebaühtlane
2)
lagi pole plaat
3)
tõmbetugevus on mitmeti trakteeritav, ei jaotu normaalselt jne
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 17
Kivimite tõmbetugevus on muutlik
Lähteandmed:
Данилов, Н., 1985. Исследование
масштабных
эффектов
при
лабораторных
испытаниях
Раквереского
месторождения
фосфоритов. Дипломная
работа
АК-
107.1.80.0228, 83 с.
0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0
0 1 2 3 4 5 6
Tõmbetugevus, Mpa
Tõen
äosu
s, e
t on
väik
sem
Glaukoniitliivakivi kihindi peal Fosforiidikihindi kivimid
Aleuroliit kihindi all
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 18
Insener, kui arvutad, siis mõtle, kas
… tõmbetugevus on:1.
Teimitugevuste
keskväärtus (aritmeetiline
keskmine, mediaan)2.
… või mingi tõenäosusega seotud minimaalväärtus
3.
…teimitud
piki või risti kihisust?Metoodika: Reinsalu, E. 2012. Kui tugevad on nõrgad kivimid, Keskkonnatehnika nr 3, 40…42.
http://www.keskkonnatehnika.ee/client/common-docs/2012_pdf/KKT_2012_03.pdf
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 19
2.3. Tervikute mõõtmed
Klassikaline arvutus lähtub kivimite survetugevusest
Põlevkivitervikute puhul on välja töötatud oma arvutusmeetod
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 20
Tervikute arvutamisel
lähtutakse survetugevusest
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 21
Tegelikult
… pudenevad tervikud tõmbe-
ja nihkejõudude
mõjul
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 22
Põlevkivitervikute arvutus
•
Koormus tervikutele kasvab aja jooksul•
Tervikutes ilmnevad nähtused mis sarnanevad kivimi roomamisele
•
Tervikutest (sammastest) ja põhilaest (plaadist) koosnev süsteem kas tasakaalustub või puruneb (kollapseerub)
•
Tervikute kandevõime (bearing
capasity) iseloomustamiseks on kolm tugevustunnust
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 23
Mõiste, selgitus Tähis Väärtus, valem Väärtus, valem
Algtugevus, kandevõime moodustamise hetkel, MPa
Ro
= 16 10,4
Hetktugevus, kandevõime ajahetkel t
(kuudes), MPaRt
= Ro
(0,44
+
0,56
(1/(1+t)0,6) 81,3
/ ln
2500
t
Kestustugevus, kandevõime lõpmatult pika
ja aja jooksulR
= 7 6,2
Andmeallikas Allmaakaevandamisel …, 1998
Lüütre, Talve, 1980
Alus-
varisenud kambriplokkide arv 66 22
Tugevustunnused
Kõik tugevustunnused on 2…4 korda väiksemad kui kihindi kõige nõrgema kivimi C-kihi teimitugevus
(UCS)
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 24
Fosforiiditervikute …
… kestustugevuse kaudne hinnang Maardu allmaakaevanduse tervikute alusel, teades, et:
•
1,5 m kõrguse koristuskaeveõõne lage hoidsid 2x2 m tervikud 6 m sammuga
•
töö
toimus 15 m sügavusel •
varutegur võis olla 2
… siis põlevkivimetoodika alusel “tagurpidi arvutades”
võis kivimi kestustugevus olla 7,7 MPa
ehk ligikaudu sama
mis põlevkivil
Kaudne hinnang ei ole omaette kasutatav. Tuleb üle kontrollida
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 25
Lae ja põranda püsivus
Mäerõhk pressib pealt, külgedelt ja alt
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 26
Skeeme Lääne-Kabalas
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 27
Skeeme Lääne-Kabalas
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 28
Skeeme on joonistatud veel
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 29
Täitmise tehnikat uuritakse
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 30
Vahekokkuvõte –
fosforiidi …
… püsivusarvutustes ei saa lähtuda põlevkivi kuvandist; põlevkivi on lamamist ja lasumi nõrgem, selle tervikud purunevad kahe tugevast lubjakivist koosneva plaadi vahel;
… vahetu lagi ja põrand koosnevad poolkaljustest liivakividest ja aleuroliidist
mis purunevad koos; fosforiidi tervikud
surutakse põrandasse ja lasumi aleuroliit
kerkib alt üles;… kaeveõõned tuleb kaeveõõned projekteerida ruumilise
modelleerimise abil… projekteerimiseks on vajalikud mitte ainult fosforiidi vaid ka
kõigi kaas-
ja lähiskivimite tugevustunnused.
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 31
3. Kivimite omadustest
… seonduvalt allmaa-taristu
projekteerimisega:•
Teimitulemusi
on, kuid üsna kaootiliselt;
valdavalt on teimitud
survetugevust (UCS)
ja tõmbetugevust (UTS)
•
Puudulikult on hinnatud settekivimitele eriomast heterogeensust ja anisotroopsust –
tugevustunnuseid piki ja risti kihisust•
Vähe on andmeid elastsusmoodulist
•
Puudub teave tangentsiaalmoodulist, rääkimata seosest selle väärtuse ja deformatsiooni vahel
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 32
PKT indeks, Is(50)
MPa
Survetugevus,
S, MPa
Tõmbetugevus,
T, MPa
Suhe
S/TAbrasiivsus,
mg Allikas või teostaja
Ülgase fosforiit 0,3 (mediaan) Vivika Väizene
Piusa klaasiliivakivi 0,17 (keskväärtus) Ain Anepaio
Lääne-Kabala fosforiidiväli
Lubjakivi laes 40...60 2,5...3,5 17 10...15
[Kuusemets, 1986]Vahetu lagi –
glaukoniitliivakivi 0,8...16 0,16...1,3 5...12 3...5
Mediaan 0,81 [Данилов, 1985]
Kihind – detriit ja oobolusliivakivi 0,67...65 0,04...8 8...17
[Kuusemets, 1986]
Keskmised 18 1,8 10
Mediaan 1,63 [Данилов, 1985]
Põhi – aleuroliit 4,4...100 0,16...4,5 40…60[Kuusemets, 1986]
Keskmised 40 1,3 30
Mediaan 0,69 [Данилов, 1985]
E e s t i l i i v a k i v i d e t u g e v u s t u n n u s e d
Mehhaanilised teimid
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 33
4. Fosforiidi vastupanu väljamisele
Lõhutavus (PLT indeks)
y = 0.95x0.51
R2 = 0.96
0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
Indeks
Tõen
äosu
s, e
t on
PLT
inde
ks v
äiks
em k
ui:
Ülgase, idastoll PiusaAstendaja (Ülgase, idastoll) Astendaja (Piusa)
Puuritavuse energiamahukus
0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Energiamahukus, kWs/cm
Sag
edus
ehk
tõen
äosu
s, e
t on
väik
sem
Põlevkivikihindi kivimid Fosforiidi kihind ja valelagiEhituslubjakivid Põlevkivi kihidOoboluskonglomeraat
Fosforiit on põlevkivist 2 korda ja ehituslubjakivist 4 korda hõlpsamini väljatav,
Kui seda abrasiivsust ei oleks …
Tegime mõned teimid
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 34
5. Fosforiidi rikastatavus
Senised hinnangud ei anna alust erilisteks ootamatusteks
0.7
0.8
0.9
1.0
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
Kaevise toimainesisaldus
Kas
uteg
ur /
Ahe
rdus
tegu
r
Kasutegur ehk eraldusaste
mi.ttu.ee7. jaanuar 2014 Fosforiidi spetsialistide seminar 35
6. Uuringu projekteerimine
Trendi analüüsFaktor - toimaine tootlus
SUMMARY OUTPUTRegression Statistics
Multiple R 0.600R Square 0.359Adjusted R Square 0.312Standard Error 0.485Observations 30
ANOVAdf SS MS F ignificance F
Regression 2 3.557583 1.77879142 7.575832 0.002446Residual 27 6.339551 0.23479817Total 29 9.897134
Coefficientstandard Erro t Stat P-value Lower 95% Upper 95%Lower 95.0%Upper 95.0%Intercept 2.031253 0.36 5.71709869 4.47E-06 1.302249 2.7602574 1.302249 2.760257
x - ida X Variable 1 -0.115893 0.034888 -3.3218745 0.002574 -0.187477 -0.044309 -0.187477 -0.044309y -põhi X Variable 2 -0.068437 0.028849 -2.3722017 0.025068 -0.127631 -0.009243 -0.127631 -0.009243
Selgitused trendi analüüsi juurde Uuringupunktide (puuraukude) arvu määramine
Tootlus väheneb x-suunas -0.12 t/km Vajalik uuringupunktide arv n = (t v / )^2Tootlus väheneb y-suunas -0.07 t/km Trendi arvestav variatsioonitegur v 0.44Tootlus kasvab lõuna-edela suunas: Ette antud suhteline viga 0.1Gradient F = 0.13 t/km Vajalik uuringupunktide arv n 32Direktsiooninurk φ = 211 kraadi Uuringuvälja pindala, km2 S 50Juhusliku ja süstemaatilise suhe 2.6 Punktitihedus 1/km2 0.6Optimaalne varuploki külje pikkus 8 kmVaruploki pindala võiks olla 59 km2 Studenti teguri sõltuvus mõõtmiskohtade arvustMaršruutide ja puuraukude vahe suhe 2.6
Eelnev Lõplik4 1.48 5 419 1.37 10 36
19 1.32 20 3329 1.31 30 3239 1.30 40 32
Tulemus 59 1.30 60 32Kui võtame aluseks kihindi tootluse, kui kõige suurema variatsiooniga tunnuse ja nõuda, etsee määrav kvaliteeditunnus ei tohi olla ette antud piirist väiksem kui 10%ja seda tõenäosusega 90%, siis proovikohti (puurauke) peaks olema 32Kui sobiv puurimistihedus (punktitihedus) on 0.6 1/km2
siis esialne uuringuala võiks olla kuni 50 km2
Kui puuriks ridadena (käikudena), aukude vahe käigus 0.2 km, siis käikude vahe oleks 0.5 km Kusjuures käigud oleksid orienteeritud kirde-loode suunas direktsiooninurgaga 211 kraadi
Proovimise teel leitud sobiv arv
Aukude arvf t 85%
Reinsalu, E. 2013. Eesti mäendus II, lk 83 http://digi.lib.ttu.ee/i/?163