Põlevkivi kaevandatud ala täitmisega lankkaevandamise tehnoloogiliste võimaluste uuringud Narva karjääri tingimustes [Magistritöö. Juhendaja: T. Tomberg]

Antud töös pakutakse välja tehnoloogiline lahendus Narva karjääri lõunaosas kaevandatud ala täieliku täitmisega lankkaevandamise tehnoloogia kasutuselevõtmiseks. Lisaks uuriti ka täitmisega lankkaevandamise võimalikku keskkonnamõju ning esitati täitmisega lankkaevandamise tehnoloogia kasutuselevõtuga seotud investeeringute ja tegevuskulude prognoos.

Peamised järeldused:

• Täieliku täitmisega lankkaevandamisel on otstarbekas rajada ala geoloogiliste ja tehnoloogiliste piirangute juures võimalikult pikad laavad. Antud töös on laavade pikkuseks kuni 400 m.
• Narva karjääri allmaakaevandatavas osas on lähislae paksuseks põlevkivi tootuskihindi kohal keskmiselt 2,03 m. Lähislae piiravaks on arvutuste tulemusel 15,0 m.
• Kaevandatud alasse rajatakse tehistervikud kahes osas. Tehistervikud peavad 7 päeva jooksul saavutama survetugevuse vähemalt 1,32 MPa.
• Praeguse parima teadmise kohaselt koosneb sobivaim täitesegu 75% põlevkivituhast (80% CFB ja 20% PF tuhk) ning 25% aherainekillustikust. Täitesegu transportimiseks ja tardumiseks lisatakse sellele vett.
• Laavade edasinihkekiirust vähendab lähislae piirava ja täitesegu omadused ning kogus. Töö autor leidis, et optimaalne on lankkaevandamine organiseerida korraga 4 laavas. Ühe laava edasinihe on sel juhul 11,3 m nädalas ning laavade summaarne edasinihe 45,2 m nädalas.
• Lankkaevandamisel kasutatavas kombainikompleksis peab kombaini võimsus olema vähemalt 538 kW ning teoreetiline tootlikkus 5,03 t/min. Hüdraulilise toestiku valikul peab arvestama, et see peab töötama kõrgusvahemikus 2,28…2,95 m.
• Kaevandatud ala täitmisega kaevandamistehnoloogia kasutamisel saab maapinna klassifitseerida kui stabiilsena.
• Töö autori poolt koostatud prognoosi kohaselt on Narva karjääris kaevandatud ala täitmisega seotud investeeringud 85 mln € ning täitmisega seotud tegevuskulud kasvavad iga aasta.

Töö autori seisukoht on, et kaevandatud ala täitmine EE kontsernis tekkivate tootmisjääkidega on tulevikus perspektiivne, kuid majanduslikku tasuvust on kamberkaevandamisel kadude vähendamise tõttu lihtsam saavutada kui lankkaevandamisel.

Abstract

Due to the southwards inclining formation of the oil shale bed the overburden thickness in the Narva open cast working fronts is approaching the technological limit for surface mining operations. To avoid the increase of costs for mining operations and to maintain the rate of mining then underground mining has to be carried out in the southern part of Narva open cast. Currently there are plans to extract the oil shale reserves in the southern part of Narva open cast using the longwall mining method. One negative aspect of longwall mining is ground subsidence. When extracting the whole thickness of the commercial oil shale bed with longwall mining the ground would subside by 1,5…2,0 m.

One method to prevent ground subsidence with longwall mining is to use backfilling of the mined out area. The use of industrial residue material for backfilling operations has been a standard practice for a long time. In Estonia oil shale ash and the waste rock produced by oil shale mining have shown suitable qualities to be used as backfilling materials. The aim of this Thesis is to come up with a technological solution to use the oil shale ash and waste rock produced in the Eesti Energia concern as backfilling material for longwall mining method with backfilling of the mined out area. The environmental and economic effects of longwall mining with backfilling were also evaluated.

The main results of this Thesis were:

• It is advised that the longwalls used in longwall mining with backfilling should be as wide as possible given the specific technological and geological situation. The longwall width for longwall mining with backfilling in this thesis was 400 m.
• The average thickness of the immediate roof above the oil shale seam in the area to be mined using longwall mining with backfill is 2,03 m.
• On the basis of the laboratory experiments conducted with the oil shale ash and waste rock, the best backfilling mixture consists of 75% oil shale ash (80% circulating fluidized bed ash and 20% pulverized firing ash) and 25% waste rock aggregate. Water is used to transport the backfilling mixture and to set off the chemical reactions in the backfill.
• The main factors limiting the advance of the longwall face in longwall mining with backfilling are the first weighing distance, the amount and the properties of the backfilling materials. It is optimal for the mining operations to take place in 4 longwalls simultaneously, in that case the advance of one longwall face is 11,3 m per week.
• The power of the shearer used for longwall mining with backfilling must be at least 538 kW and productivity of the shearer must be at least 5,03 t/min. The hydraulic supports must be able to work in the mining height of 2,28…2,95 m.
• The ground surface above the area mined by longwall mining with backfilling is classified as stable
• The investments needed for the implementation of backfilling technology are at least 85 million € and the operating costs related to backfilling rise each year.