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