1. MÄENDUSE MAINE
12. EESTI ESIMENE DIGITAALPROJEKTEERITUD
KARJÄÄR - LOO LUBJAKIVIKARJÄÄR
Veiko Karu
TTÜ mäeinstituut
Sissejuhatus
Oleme jõudnud sellisesse perioodi Eesti Vabariigis, kus elanikud on muutunud eneseteadlikumaks,
uurivad ja pärivad asjade kohta, millest nad aru ei saa. Seda kohtab eriti nendes valdkondades, mis
mõjutavad otseselt nende eluolu (näiteks: maavara kaevandamine kodu läheduses). Tekkinud on
olukord, kus kaevandajad peavad igat väiksematki sammu põhjendama, demonstreerima selle ohutust
ja teostamise võimalikkust. Kogu kaevandamisprotsessi tsükkel alates maavara uuringust kuni maa-
ala korrastamiseni tuleb kavandada spetsiaalsete kaevandamistarkvaradega või isegi mitme tarkvara
kombinatsioonina.
Digitaalprojekteerimise käigus vaadeldakse ja analüüsitakse kaevandamise alternatiive ning
soovitatakse konkreetsele kohale parimat võimalikku tehnoloogilist lahendit, samas järgitakse
projekteerimisel õigusaktides sätestatud tingimusi.
Projekteeritav Loo lubjakivikarjäär
Seoses AS Talter kavaga hakata kaevandama ehituslubjakivi Väo lubjakivimaardla Loo
lubjakivikarjääris, andis EV Keskkonnaministeerium Ametlikes Teadaannetes (23.11.2007)
keskkonnamõju hindamise algatamise teatise. Väo maardla on üleriigilise tähtsusega maardla,
registrikaardi numbriga 0046. Loo karjääri puhul on tegemist lubjakivi aktiivse tarbevaruga.
Projekteeritav Loo lubjakivikarjäär asub Tallinn-Narva mnt ja Loo asula vahelisel alal. Ida poole jääb
Maardu järv ning läänest piirab ala Loo tee ja Pirita jõgi (Joonis 12-1)
Joonis 12-1 Kavandatava Loo lubjakivikarjääri asukoht
Geoloogilised ja hüdrogeoloogilised tingimused
Digitaalprojekteerimise esimeses etapis kogutakse kokku kõik olemasolevad andmed kavandatava
kaevandamiskoha kohta (geoloogiliste uuringute tulemused, teised juba tehtud uuringuandmed).
40
TTÜ Mäeinstituut

2. MÄENDUSE MAINE
Esimese välitööna teostatakse täpne topograafiline mõõdistamine (Joonis 12-2) mis on
digitaalprojekteerimise aluseks.
Joonis 12-2 Väljavõte maa-ala mõõdistamistulemustest (Kaevandamisloa taotlusest)
Kavandatava Loo lubjakivikarjääri mäeeraldis asub Põhja-Eesti platool, mille moodustavad vähese
kvaternaarse kattekihiga kaetud ordoviitsiumi ladestu karbonaatsed kivimid. Maapinna
absoluutkõrgused jäävad vahemikku 32,1…36,3 m. Alal avaneb Lasnamäe lademe (O2ls) lubjakivi,
kus on eraldatud 3 kivimite kompleksi:
alumine paljude vahekihtidega lubjakivi;
väikese paksusega (~0,5m) dolomiidi kiht;
ülemine, paksukihiline ja kõva, kohati vähe dolomiidistunud lubjakivi.
Kaevandatava kompleksi moodustavad Lasnamäe (O 2ls), Aseri (O2as) ja Kunda (O2kn) lademete
kivimid. Tootsa kihindi paksus on alal 5,4…7,8 m (keskmine 6,5 m).
Kogu kompleksi kivim on ebaühtlaselt dolomiidistunud, rohkem ülemistes kihtides. Lubjakivides
sisaldub püriiti hajutatult ja pesadena, leidub valget ja roosakasvalget kaltsiiti soonte ja pesadena.
Kasvukihi paksus on 0,1…0,3 m. Kohati kasvukiht puudub.
Põhjavee tase on kõrgem ala loodeosas, kus absoluutne taseme kõrgus ulatub 34,3m. Kõrge veetase
on ka ala keskosas puuraugu nr 55 ümbruses. Puuraugu nr 51 vahetus läheduses tungib vesi
maapinnale ja seal on tekkinud soostunud ala, mille keskel on veekogu äravooluga lõuna suunas.
Veetaseme absoluutne kõrgus Pirita jões on 19…21 m. Kasuliku kompleksi veekandvus on väike,
peamiselt koguneks vett tulevasse karjääri sademetest.
Tehnoloogiliste protsesside kirjeldused digitaalprojekteerimises
Topograafiliste ning puuraugu andmetel kolmemõõtmelise mudeli koostamisele järgneb sobivaima
raimamisviisi valik. Selleks arvestatakse tootsa kihindi mäendustingimusi ning hinnatakse võimalikud
kaevandamisviisid. Sobiva raimamisviisi valik Loo lubjakivikarjäärile toimus järgnevalt.
Üldiselt on teada, et lubjakivikarjäärides kasutatakse tänapäeval killustiku tootmise eesmärgil järgmisi
raimamisviise:
1. puur-lõhketööd
2. mäekombain
3. ripper (traktoriga veetav kobestuskonks)
4. kobestuskonksuga ekskavaator
5. hüdrovasar
Lubjakivi raimamistehnoloogia kirjeldamisel otsitakse digitaalprojekteerimise puhul sarnaseid näiteid,
kus vastavat tehnoloogiat kasutatakse. Seejuures kirjeldatakse toimivat süsteemi ning projekteeritakse
raimamisviis vastavalt valitud kohale.
41
TTÜ Mäeinstituut

3. MÄENDUSE MAINE
Puur-lõhketööd on Eesti paekarjäärides valdav paekivimite raimamisviis. Alltoodud pildil on näha
lõhkamist Harku lubjakivikarjääris (Joonis 12-3).
Joonis 12-3 Puur-lõhketööd Harku karjääris
Mäekombaini katsetati Väo lubjakivikarjääris Uhaku kihi raimamiseks. Kombainiga Wirtgen SM 2100
kaevandati dolokivi Kurevere karjääris. Eesti karjäärides on katsetatud veel teisigi freeskombaine ja
tüüpe:
2004 aasta sügisel katsetati freeskombaini Wirtgen SM2200 Põhja-Kiviõli põlevkivikarjääris
2004 aasta sügisel katsetati Man Takrafi freeskombaini Põhja-Kiviõli põlevkivikarjääris
2007 aasta suvel katsetati Vermeeri freeskombaini Väo paekivikarjääris (Joonis 12-4)
Joonis 12-4 Vermeeri freeskombaini katsetööd Väo karjääris 2007 aastal
Kombain Wirtgen 2500 SM (Joonis 12-5) raimab Narva põlevkivikarjääris põlevkivi ja selle sees
olevaid paekivi kihte (kahekordne- ja roosa paas). Sama kombain töötab Põhja-Kiviõli
põlevkivikarjääris, kus raimab nii põlevkivi kui paekivi kihte.
42
TTÜ Mäeinstituut

4. MÄENDUSE MAINE
Joonis 12-5 Wirtgeni freeskombain töötamas ja tehnoloogiline mudel
Rippereid on katsetatud Harku paekarjääris, Narva põlevkivikarjääris paekivi raimamiseks. Paekivi
katendit raimatakse ripperitega Põhja-Kiviõli karjääris (Joonis 12-6).
Joonis 12-6 Ripper töötamas. Tehnoloogiline mudel
Kobestuskonksuga ekskavaatorit katsetati esimest korda Tondi-Väo lubjakivikarjääris. See kivimi
raimamise tehnoloogia töötab väga edukalt Ubja põlevkivikarjääris (Joonis 12-7).
Joonis 12-7 Kobestuskonksuga ekskavaator töötamas. Tehnoloogiline mudel
Hüdrovasaraga (Joonis 12-8) raimati paekivi suuremates kogustes Karinu ja raimatakse Maardu
paekarjääris. Nimetatud karjäärides kasutati (kasutatakse) 30…45 tonniseid ekskavaatoreid.
43
TTÜ Mäeinstituut

5. MÄENDUSE MAINE
Joonis 12-8 Hüdrovasaraga purustamine. Tehnoloogiline mudel
Maavara kaevandamine
Raimamisviiside analüüsile järgneb maavara kaevandamise analüüs. Loo puhul osutusid
eelistatumateks raimamisviisi variantideks puur-lõhketööd ja freeskombain. Juhul, kui lubjakivi
raimatakse puur-lõhketöödega, on lubjakivi kaevandamiseks kaks varianti: kaevandamine
ekskavaatoriga või kopplaaduriga.
Ekskavaator liigub lõhatud lubjakivi peale ning hakkab sealt laadima lubjakivi kallurite kasti (Joonis
12-9). Kallurite jaoks on vaja eelnevalt karjääripõhi tasandada. Digitaalprojekteerimise tulemusel saab
väita, et üldjuhul tuleks kobestatud lubajakivi kaevandamisel kasutada ekskavaatorit, mille kopa maht
3
on vähemalt 2 m . Väiksema kopamahuga ekskavaatori kasutamine põhjustab paekivi purustamise,
millega kaasneb üleliigse ehituskillustiku tootmiseks sobimatu peenfraktsiooni teke. Soovitav on
kasutada pöördkoppa, mille kopa tegevusulatus on suurem kui pärikopal.
Joonis 12-9 Lubjakivi laadimine ekskavaatoriga ning transport kalluriga. Selle protsessi tehnoloogiline
mudel
Kopplaaduriga lõhatud lubjakivi laadimisel kalluri kasti asetsevad nii kallur kui kopplaadur astangu
põhjas. Eelnevalt on tarvis karjääripõhi tasandada (Joonis 12-10). Kopplaaduriga kaevandamise
puuduseks on asjaolu, et kopplaaduriga ei saa praktiliselt alustada kaevadamist enne kui
ekskavaatoriga on rajatud kaevetranšee.
44
TTÜ Mäeinstituut

6. MÄENDUSE MAINE
Joonis 12-10 Kopplaaduriga kaevandamise tehnoloogiline mudel
Freeskombainiga kaevandamise puhul on tegemist kivimi (ka asfaldi ja betooni) raimamiseks mõeldud
masinaga horisontaalsel tasapinnal. Lõiketeradega varustatud ja ümber horisontaalse telje pöörleva
trumliga toimub üheaegselt nii kivimi raimamine kui ka purustamine. Purustatud kivim juhitakse
konveieri abil kas veokisse või karjääri põhja (astangule) vaalu (Joonis 12-11). Kaevise tükisuurus,
väljatava kihi paksus oleneb masina valikust, lõikesügavuse täpsus jääb ± 2 cm piiresse. Peale
raimamist ei vaja karjääri põhi täiendavat tasandamist (lõhketöödega raimamise puhul on seda tarvis
teha) ja toodangu transportimiseks on võimalik kasutada tavalisi kallureid. Raimatud kivimi
transportimiseks purustus-sõelumiskompleksi on kaks võimalust: esimesel juhul juhitakse kaevis
mäekombaini konveieri abil all liikuva kalluri kasti. Teine võimalus on kaevise laskmine maha vaalu ja
laetakse hiljem kopplaaduriga kalluritesse või ei paigaldata konveierit mäekombainile üldse. Sellisel
juhul jääb kaevis karjääripõhja ning raimaprotsess ei sõltu transpordist.
Joonis 12-11 Kaevise laadimine vaalust kallurile. Selle protsessi tehnoloogiline mudel
Kui kaevis jääb peale raimamist mäekombaini alla, saab toota kvaliteetsemat killustikku, kuna
paetükkide täiendavat purunemist trumli ja trumlikatte vahel ei toimu. Kopplaaduriga kalluri kasti
laadimisel toimub omavaheline murenemine väiksemal määral.
Killustiku tootmine, sorteerimine, ladustamine ja transport
Kaevisest valmistatakse killustikku. Killustiku valmistamine toimub purustus-sorteerimissõlmedes.
Purustite valik oleneb lubjakivi raimamisviisist: puur-lõhketööd või freeskombainiga kaevandamine.
Üldjuhul on kasutusel kaheastmelised purustussõlmed. Esimese astme purusti on lõugpurusti, teise
astme purusti peaks olema löök-koonuspurusti, et tagada hea killustiku terastikuline koostis.
Purustatud lubjakivi sõelutakse tüki suuruse järgi killustiku fraktsioonideks.
Tarbijad kasutavad järgmisi killustiku fraktsioone:
4…12; 4…16; 8…16; 4…32; 16…32; 32…63; 0…12; 0…16; 0…32. Lubjakivi purustamisel ja
sõelumisel tekib fraktsioon 0…4mm (seda siis kui ei ole vajadus toota killustikku klasse 0…12; 0…32).
45
TTÜ Mäeinstituut

7. MÄENDUSE MAINE
Killustiku tootmiseks on tänapäeval ilmunud kasutusele väikesed, kompaktsed ja efektiivsed
purustussõlmed (Wirtgen-Kleemann, Terex-Pegson). Fotol (Joonis 12-13) on näha töötavat
purustussõlme Kleemann Lubja dolomiidikarjääris ja purustussõlme tehnoloogilist mudelit. Nende töö
ajal eraldub suhteliselt vähe tolmu. Ka müra pole suur, töö ajal oli purustaja juures müra 96dB (5m
kaugusel, vtJoonis 12-12).
Joonis 12-12 Purusti müra sumbumine
Nr Kaugus purustist, m Müra tugevus, dB
1 5 96
2 10 86
3 33 76
4 (ülevalt, astangu pealt) 36 78
Joonis 12-13 Purustus-sorteerimissõlm ja tehnoloogiline mudel
Nimetatud purustussõlmedes on üheastmeline purustamine. Lubjakivi purustamiseks on üks
rootorpurusti. Seepärast on müra väiksem kui kaheastmelises purustussõlmes. Killustiku tootmisel,
sorteerimisel, ladustamisel ning transpordil tehnoloogilisi alternatiive ei ole. Erinevate
kaevandamisskeemide rakendumisel võib erineda purustus-sorteerimisplatsi paiknemine vertikaalses
läbilõikes st. kasutamisel astangul või karjääri põhjas.
Kasutatavate masinate iseloomustus, nende vastavus kasutuskeskkonnale
digitaalprojekteerimises
Näide, kuidas toimus Loo lubjakivikarjäärile sobivate masinate analüüs ja põhjendus
digitaalprojekteerimise raamistikus.
3
Buldooseri valik. Loo karjääriväljal on kokku 125 tuh m katendit. Kaevandamine on planeeritud 5
3
aasta peale, seega tuleb aastas katendit eemaldad kokku 25 tuh m (vtJoonis 12-14). Buldooseri jaoks
ei ole taolised mahud suured ja töö saab tehtud ka väiksema buldooseriga kui on vaadeldud allpool
toodud tabelis (vtJoonis 12-15).
Joonis 12-14 Buldooseri poolt lükatavad mahud
Ühik Aasta 1 Aasta 2 Aasta 3 Aasta 4 Aasta 5 Kokku
Katendi maht tuh m3 16.6 16.6 16.6 16.6 16.6 83
Mulla maht tuh m3 8.3 8.3 8.3 8.3 8.3 41.5
Maa kasutus ha 8.3 8.3 8.3 8.3 8.3 41.5
46
TTÜ Mäeinstituut

8. MÄENDUSE MAINE
Joonis 12-15 Buldooserite võrdlus
Näide 1 Caterpillar 7SU Näide 2 Caterpillar D8R
3.69 m saha laius 4.26 m saha laius
533 Lm3/h ideaalne 750 Lm3/h ideaalne
319 Lm3/h tegelik 448 Lm3/h tegelik
24628 Bm3 24628 Bm3
1.20 kobestustegur 1.20 kobestustegur
29553 Lm3 29553 Lm3
93 h 66 h
7.0 päeva 5.0 päeva
Faktorid 0.60 Faktorid 0.60
Materjali iseärasus 1.2 Materjali iseärasus 1.2
Lükkamis nurk 1 Lükkamis nurk 1
Operaator 0.75 Operaator 0.75
Slot dozing 1.2 Slot dozing 1.2
Efektiivsus 0.83 Efektiivsus 0.83
Kobestus 0.67 Kobestus 0.67
Tegelik tootlikus 319 Lm3/h Tegelik tootlikus 448 Lm3/h
Freeskombaini valik. Arvestades seda, et lubjakivivaru plaanitakse väljata viie aasta jooksul, peab
freeskombaini tootlikus vastama järgnevatele tingimustele (vtJoonis 12-16).
Joonis 12-16 Freeskombaini tingimused
Ühik Aasta 1
Varu kasutus massiivis tuh m3 533,6
Maa kasutus ha 8,21
Varu kobestunult tuh m3 800
Miinimum tööpäevade arv päev 222
Päevas toodang m3 2400
Lasnamäe lademe mahumass t/m3 2,5
Päevas toodang t 6000
Toodang tunnis t 400
Töötunde (min) h 3335
Transportmasinate valik. Raimatud kaevise transpordiks sobivad väga hästi tavalised või
järelhaagisega maanteekallurid. Kalluri valikul tuleb lähtuda tema kandevõimest ning kasti mahust.
Lisaks on tarvis teada kui kaugele on tarvis kaevist vedada (kaevis tuleb transportida purustus-
sorteerimissõlme). Teekonna pikkusest tulenevalt arvutatakse freeskombaini teenindamiseks vajalik
kallurite arv (vt Joonis 12-17).
Joonis 12-17 Võimalikud variandid kaevise vedamiseks purustussõlme, sõltuvalt veotee pikkusest
JRK Veotee pikkus, Tsükliaeg, Vajalike kallurite arv,
m min tk
1 400 14.1 3.2
2 920 17 3.9
3 1260 18.8 4.3
4 1600 20.7 4.8
5 1860 22.2 5.1
6 2800 27.4 6.3
Kopplaaduri valik. Ühe raimamisvariandi puhul jääb freeskombaini poolt raimatud lubjakivi tema alla.
Siis on tarvis kaevise transportimise juures kopplaadurit, mis tõstaks kaevise kalluri kasti. Kopplaaduri
valiku juures on tähtis, et materjali mass kopas ei ületaks 0,5 korda kopa staatilist kandevõimet. Loo
lubjakivikarjääri sobiks näiteks Caterpillari kopplaadur 990H (vt Joonis 12-18)
47
TTÜ Mäeinstituut

9. MÄENDUSE MAINE
Joonis 12-18 Kopplaaduri valik
Arvutus
Parandatud tsükli aeg min 0.61 min min 0.615 min
Tsükleid tunnis 60 min / tsükliaeg 98 ts/h 60 min / tsükliaeg 98 ts/h
Töö effektiivsustegur 50 min 0.83 50 min 0.83
Tegelik tsüklite arv 82 ts/h 81 ts/h
Vajalik kivimi maht tsüklis
Tihedus 1.67 t/Lm3 1.67 t/Lm3
Vajalik tunnitootlikkus 400 t/h 400 t/h
Vajalik tsükli tootlikkus 4.88 m3/ts 4.92 m3/ts
Kopa mahu määramine
Täitetegur lk 12-34 0.95 lk 12-34 0.95
Tsükli kivimi maht / täitetegur 5.1 m3 5.2 m3
Kopplaaduri valik
Materjali mass kopas ei tohi ületada 0,5 kopa staatilist kandevõimat
valitud kopa maht * tihedus 8561 kg 8632 kg
Kopplaaduri 988H staatiline kandvõime on 16300 8150 23100 11550
Vastus
988H Ei jäksa 990H Valitud kopplaadur sobib
Purustite valik. Lubjakivi täiendavaks purustamiseks ning killustiku tootmiseks vajaliku
purustuskompleksi valik oleneb lubjakivi raimamisviisist. Puur-lõhketöödega ja hüdrovasaraga
raimamisel jäävad suurimad tükid 1000 mm piiresse, freeskombainiga raimates on suurimad tükid 200
mm. Vastavalt peamisele raimamisviisile tulebki teostada purustite valik.
Lubjakivi kaevandamisega ja töötlemisega kaasnevad keskkonnamõjud
Mäeeraldis asub suhteliselt tiheda asustusega piirkonnas. Lähimad elumajad asuvad 200 m kaugusel
mäeeraldise piirist ja seepärast on oluline pöörata tähelepanu mäetöödega kaasnevatele
keskkonnamõjudele. Mäetööde kõige tuntavamad mõjud on müra, tolm, seismilised võnked,
veerežiimi muutused. Kõikide nende mõjudega saab digitaalprojekteerimise juures arvestada ning
planeerida nende mõjude vähendamise abinõusid.
Kooskõlastus
Käesolev artikkel on valminud TTÜ mäeinstituudi lepinguliste tööde põhjal AS Talteriga ning teostatud
uuringud on seotud ETF grandiga 7499 „Säästliku kaevandamise tingimused“.
48
TTÜ Mäeinstituut