Otse põhisisu juurde

Streki toestamine põlevkiviaherainebetooniga


txt: Streki toestamine põlevkiviaherainebetooniga Ingo Valgma Tallinna Tehnikaülikooli Mäeinstituut Sissejuhatus Strekid on põlevkivikaevanduste madalates osades peamised kaeveõõned, mille lagi variseb. See on seotud asjaoluga, et madalates osades on kaevandatud nn. osalise täitmise meetodiga, kus lagi on küll langetatud, kuid seisab osaliselt täidetud täitematerjalil, e. lubjakiviriitadel. Strekid on aga täitmata ja on toestatud puittoestikuga. Kui olukord maapinnal muutub, näiteks tee ehitamise või põllu kündmise tõttu, siis võib juba 50 aastat kvaasistabiilsena seisnud laetala puruneda. Lae purunemist saab kriitilises kohas vältida streki täitmise abil. Sellist meetodit kasutati Kukruse kaevanduse alal maantee ehitamise käigus 2009. aastal. Kukruse kaevandus Kukruse kaevandus asub Kukruse külas, Ida-Virumaal. Kukruse kaevandus on Eesti põlevkivimaardla vanim kaevandus, mis töötas aastatel 1916-1967. Algaastail käis töö käsitsi, kirka, kangi ja kiilu abil. Hiljem hakati kasutama lõhkeainet. Aja möödudes tulid kasutusele puurmasinad ja kaevandusse pandi maha raudtee, millel liikusid vagonetid. Strekke toestati puittoestikuga ja kambreid ning käsilaavasid lubjakiviga. Joonis 1 Kukruse kaevanduse käsikambrite ja käsilaavade plokid kaardil Enne maanteeehitust Mäeinstituudi poolt läbiviidud ekspertiisi käigus mõõtsime üle varingukohad, ja võimalikud varingukohad ning tulime järeldusele, et käisikambritega ja käsilaavadega kaevandutud alale on tee ehitamine riskantne. Mõttekam oleks see paigutada kanalisse või trassi muuta. Joonis 2 Kukruse kaevanduse kohal asub põld. Enne tee rajamist kontrollisime varingute võimalikke asukohti MGIS (Mäendusliku geoinfosüsteemi) abil Kaevanduse olukord Kaevanduse olukord oli varingukohas hea, vett oli kohati mõne sentimeetrise kihina, toestik oli enamuses säilinud, kuid oma tugevuse kaotanud. Joonis 3 Kukruse kaevanduse strekkide olukord Seisukorra uurimiseks tuli tee-ehitajatel varinguauku suurendada kaevandusse pääsemise võimaldamiseks. Varinguauk asus maantee ääres, kus oli näha ka tee püsivuse säilitamiseks pandud geovõrk. Suletud kaevanduses oli näha, et lae toestus on varingupiirkonnas lahti ja kaardunud. Kaevanduse lae paksus oli maapinnast 7-11 m. Kaevanduskäik oli kuiv kohtades, kuhu sisse pääses. Põhjavesi ei tunginud käikudesse, sest käigud asuvad põhjaveekihi peal, kuid kohati oli käigu põhjas veekihi paksus 5 kuni 10 cm. Lõunapoolsemas käigus, kus lae paksus oli 9-11 m, oli veosstreki põhjas veekihi paksus 1,5 m, laest tilkus vett, kuid mitte intensiivselt. Umbes saja meetri ulatuses oli käikudes näha toestuse varinguid, paralleelstrekis toimunud varing ei lubanudki kaugemale edasi minna. Varingu põhjuseks oli ilmselt lähedal asuv karstivöönd. Veostrekk oli toestatud puittoestikuga, kaugemal oli näha suuremaid toestamata kambreid (joonis 4). Varing Varing toimus teeehitusmasinate surve tõttu streki anomaalse lae piirkonnas. Lagi oli karstinähtuste tõttu purunenud. Nimetatud alal kaevandati 50 aasta tagasi. Teeehitajad teadsid, et ehitavad altkaevandatud alale, seega otsustati kasutada geovõrku. Geovõrk pidi tagama tee vastupidavuse, kui kaevanduses peaks toimuma varing. Pärast augu teket tekkis kahtlus, kas geovõrk suudab teed üleval hoida, sest veostrekk jooksis tee suhtes liiga väikese nurga all, peaaegu paralleelselt. Stabiilsus Käigu stabiilsus on laekivimitest moodustunud tala ja põlevkivist või kunstmaterjalist terviku vastupidavus ja püsivus. Kui surve või vibratsioon kohale kasvab, võib seni kvaasistabiilne maa muutuda ebastabiilseks ja toimuda varing. 49,66 124 225,9 Püsiv maa Langetatud maa Stabiilne ja kvaasistabiilne maa Joonis 4 kaevandud ala jaguneb laias laastus stabiilseks, langetatud, ja püsivaks maaks (a), püsivuse modelleerimine kivimi omaduste alusel (b). Joonis 5 varingud on avamusjoone lähistel tavalised (a), sellisele alale maanteed ehitades võivad tekkida varingud (b) Joonis 6 Modelleerimise ja ruumilise arvutamise abil rajoneeritakse alad ja tavaliselt suunatakse teeehitus ümber, või võetakse kasutusele lisatoestus Täitmine Tee püsivuse kindlustamiseks otsustati veostrekk täita. Täitesegu tegemisel tuli arvestada mitmete asjaoludega, sealjuures ka sellega, et tekkival koonusel oleks nõutav tugevus, et oleks tagatud keskkonnaohutus ja et betoonsegu peab olema pumbatav kaasaegsete pumpadega. Segu koosneb killustikust, liivast, põlevkivi tuhast ja veest. Täitmiseks puuriti kokku 27 puurauku, läbimõõduga 60 cm. Puuraugud rajati kolmes reas, puuraukude vahekaugus reas oli 7-8m. Puuraugud täideti betoonseguga kuni geovõrguni. Maa alla tekkisid betoonist koonused, mille tipp toetas pärast kivistumist ja paisumist lage. Moodustunud koonuse kaldenurgaks piki veostrekki oli 22-30o, läbimõõt alumises osas umbes 11 m, seega koonuse alumised otsad katavad üksteist ja suurendavad sellega lae püsivust. Igasse puurauku pumbati esialgsete andmete järgi 40 m3 kuni 60 m3 betoonisegu, kokku oli eesmärgiks maa alla pumbata 1500 m3 segu. Segu veeti kohale betoonitehasest eriautodega ehk mikseritega. Ühe mikseri 9 m3 segu maa-alla pumpamine võttis aega umbes 10-15 minutit, kokku kulus täitmisele ja varingu augu sulgemisele 6 päeva. Pumpamine toimus Putzmeister pumbaga, mille masti pikkus oli 36 m. Masti külge kinnitati 2 voolikut ja 2 põlve kogupikkusega 9 m. Põlved ja voolikud olid selleks, et vähendada betoonisegu kukkumise kiirust ja kõrgust, sest liiga kõrgelt kukkuva segu koostis laguneb maapinnale jõudmisel. Kohapeal tehti allapumbatavast segust koonusteste, et määrata vajumise parameetrid. Katsetati erinevaid segusid. Kaevanduskäigud mõõdistati maa all 100 m ulatuses. Peaveostreki keskmiseks laiuseks oli 4,3 m ja kõrguseks 3 m. Paralleelstreki keskmiseks laiuseks oli 3,3 m ja kõrguseks 2,5 m. Toestamata suuremate kambrite keskmiseks laiuseks oli 5 m ja kõrguseks 4,3 m. Peaveostrekist 25o all minev kõrvalkäik oli keskmise laiusega 4 m ja kõrgusega 2,5 m, selles käigus oli näha ka maanteesilla sammast, mis oli 39 m kaugusel peaveostrekist. Täitmise ja puuraukude puurimise ajal oli osa toestust strekki sisse kukkunud ning suudme juures oli laest suuremaid paekivilahmakaid alla langenud, mis võis olla põhjustatud teel sõitvate masinate poolt tekitatud vibratsioonist ja puurimisest. Joonis 7 Varingu asetus ristuvate teede ja täitmiskohtade suhtes Joonis 8 Täitmise protseduur, pumpamine, täitematerjali tõus laeni, ja kivistumine Survekatsete alusel määrasime segust valmistatud katsekeha survetugevuse. Survetugevuseks saime 6,2 MPa Kokkuvõte Katsetööd Kukruse-Jõhvi maanteelõigul kinnitasid, et põlevkivituhka ja aheraine täitmisesegu on võimalik edukalt kasutada. Kasutatava täitmistehnoloogia korral täitmissegu kivistub ja tekkiv koonus on kaldenurgaga 20-30°. Täitmine tagab kaeveõõne ja lae stabiilsuse. Artikkel on seotud TTÜ mäeinstituudi teadus- ja arendustööga ning uurimustööga “Säästliku kaevandamise tingimused”, GRANT7499 Seonduv kirjandus 1. Margit Kolats, Ingo valgma. Täitmatu kaevandus. Eesti maapõu ja selle arukas kasutamine. XVII aprillikonverentsi kogumik. 01.04.2010 2. Margit Kolats, Täitmine suurendab maapinna stabiilsust altkaevandatud alal. Talveakadeemia 2010 kogumik 3. Sokman, K.; Viil, A. (2007). Altkaevandatud maa hoidmine. Reinsalu, E.; Õnnis, A.; Sokman, K.; Valgma, I.; Viilup, H. (Toim.). Kaevandamine parandab maad (12 - 13). Tallinn: Tallinna Tehnikaülikooli mäeinstituut 4. Reinsalu, E. (2009). Altkaevandatud maa tehnogeoloogilised erisused. Keskkonnatehnika, 3, 10 - 11. 5. Reinsalu, Enno; Valgma, Ingo; Sepp, Mait; Toomik, Arvi (2001). Altkaevandatud maa kasutamisvõimalused Kohtla kaevanduse näitel. Reinsalu, E. (Toim.). Mida tähendab kaevanduste sulgemine keskkonnale? (15 - 20). Tallinn: Tallinna Tehnikaülikool 6. Pastarus, J.-R. (2006). Altkaevandatud alade püsivuse prognoos ja keskkonnamõju. Sihtasutuse Eesti Teadusfondi grandiprojekt nr. 5164 lõpparuanne: teadussuund: tehnikateadused. Tallinn: Tallinna Tehnikaülikool 7. Nikitin, O.; Pastarus, JR. (2001). Altkaevandatud kvaasistabiilsete alade stabiilsuse prognoosi võimalused. In: Eesti maapõuekasutuse päevaprobleemid. Konverentsi ettekannete artiklid: Eesti maapõuekasutuse päevaprobleemid, Jäneda, 9. November 2001. 8. Karu, V. (2009). Altkaevandatud alale ehitamisel tuleb arvestada võimalike stabiilsusprobleemidega. Verš, E.; Amon, L.; Laumets, L. (Toim.). Piirideta geoloogia : 4. geoloogia sügiskooli artiklid ja ettekanded (109 - 113). Tartu: Eesti Looduseuurijate Selts 9. Reinsalu, Enno (2001). Altkaevandatud maa kasutamise tingimused ja piirangud. Keskkonnatehnika, 5, 40 - 43. 10. Karu, Veiko. (2005). Altkaevandatud alade püsivusarvutused üld- ja detailplaneeringu staadiumis. Keskkonnatehnika, 4, 34 - 35. 11. Reinsalu, E., Toomik, A., Valgma, I. 2002. Kaevandatud maa. TTÜ mäeinstituut. 12. 90 aastat põlevkivi kaevandamist Eestis. 2008. OÜ GeoTrail KS 13. Lipnik, V., Toomik, A., Rätsep, A. Suletud ja suletavate kaevanduste keskkonnamõju. 14. Reinsalu, E., Valgma, I. 2003. Geotechnical protsesses in closed oil shale mines. Oil Shale 2003, Vol. 20, No. 3 SPECIAL, pp. 398-403 15. Karu, V. 2009. Varinguoht Kukruse-Jõhvi maanteelõigul. Verš, E.; Amon, L.; Laumets, L. (Toim.). Piirideta geoloogia : 4. geoloogia sügiskooli artiklid ja ettekanded (104 - 108). Tartu: Eesti Looduseuurijate Selts 16. Karu, V., Västrik, A., Anepaio, A., Väizene, V., Adamson, A., Valgma, I. 2008. Future of oil shale mining technology in Estonia. Oil Shale 2008, Vol. 25, No. 2 SPECIAL, pp. 125-134 17. Pastarus, J.-R.; Valgma, I.; Adamson, A. (2008). Põlevkivi kaevandamise jätkusuutlikkusest. Valgma, I. (Toim.). Maavarade kaevandamise ja kasutamise protsessid (4 lk.).TTÜ mäeinstituut 18. Valgma, I.o; Tammeoja, T.; Anepaio, A.; Karu, V.; Västrik, A. (2008). Underground mining challenges for Estonian oil shale deposit. Buhrow, Chr.; Zuchowski, J.; Haack, A. (Toim.). Schacht, Strecke und Tunnel (161 - 172). Freiberg : TU Bergakademie 19. Väizene, V. (2009). Backfilling technologies for oil shale mines. Valgma, I. (Toim.). Resource Reproducing, Low-wasted and Environmentally Protecting Technologies of Development of the Earth Interior (1 pp.). Tallinn: Department of Mining TUT; Russian University of People Friendship 20. Sabanov, S., Nikitin, O., Pastarus, J.-R. . Risk assessment of feasibility of roadheaders in Estonia underground mining. Oil Shale 2008, Vol. 25, No. 2 SPECIAL, pp. 153-162 21. Valgma, I. (2009). Dependence of the mining advance rate on the mining technologies and their usage criteria. Valgma, I. (Toim.). Resource Reproducing, Low-wasted and Environmentally Protecting Technologies of Development of the Earth Interior (2 pp.). Tallinn: Department of Mining TUT; Russian University of People Friendship
  • MinestRetked
  • Populaarsed postitused sellest blogist

    Astangublogi

    Loodusgiidid said lisaks kutsetunnistusele ka koolilõputunnistuse