Ingo Valgma: Maardlate rajoneerimine
Maardlate rajoneerimine
Ingo Valgma
Mäenduses nimetatakse maardlaks ala, millel leiduv maavara on
kaevandamisväärne. Maavara “headust” mõõdetakse kasutatava aine
kontsentratsiooni hulgana pinnaühiku kohta, milleks nt. õlisaagise puhul on
barrelit/m2
, energiatootluses MJ/m2
või massitootluses t/m2
. Kaevealade
rajoonideks jaotamist nimetatakse rajoneerimiseks. Rajoneerimine on
vajalik selleks, et teada, kus ja mida hakatakse kaevandamisega seoses
tegema. Sellega tegelevad strateegilisi plaane tegevad asutused, kust asjast
huvitatud isikutel on võimalik saada vastavat informatsiooni.
Maardlaid võib rajoneerida nii tehnoloogilistest, keskkonnakaitselistest
kui sotsiaalsetest aspektidest lähtuvalt. Rajoneerimisel kasutatakse
erinevaid meetodeid: kaardistamist, modelleerimist ja optimeerimist.
Selleks, et rajoneerimist teostada, peavad olemas olema klassifitseeritud
algandmed, mis on vormindatud vastavalt kasutatavale arvutusmeetodile.
Sealjuures on vajalik kriteeriumite, arvutusskeemide ja korrektse esitusviisi
olemasolu. Rajoneerimise peamised tulemused on mudel ning kaart, mis
valmib meetodeid ning kriteeriume järgides optimeerimise teel.
Alates kaevandamise algusest 1916. aastal, on põlevkivi hakatud
üldjuhul kaevandama seal, kus on seda kõige parem teostada ja kust on
kaevandatavat materjali kõige lihtsam maa seest välja tuua. Kaevandamise
“lihtsust” mõõdetakse põlevkivikihindi ehituse lihtsuse, kattekivimite
paksuse ja kaevandamispiirangutega. Kohtlas, Pavandul ja Kukrusel olid
kõik need tingimused ühtviisi soodsad. Samas oli seal kaevandamise
alustamiseks teisigi soodustavaid faktoreid, nagu näiteks raudtee ja maantee
lähedus.
Kaevandamise levik ja areng Kirde-Eestis algusaastatest kuni
praeguseni on näidanud, et kaevanduste rajamine ja mahajätmine mõjutab
olulisel määral asustuse tekkimist ja hääbumist. Kaevanduste mõju
seaduspärasuste uurimine võimaldab ennustada kaevandamisest põhjustatud
sotsiaalmõju ning paremini mõista sotsiaal-majanduslikke protsesse pärast
mäetööde lõpetamist.
Põlevkivikaevanduse rajoneerimine – kaevandamise areng
Põlevkivi kaevandamise kogumaht kasvab põlevkiviressursi alusuuringu
prognoosi kohaselt aastaks 2025 poolteist korda (vt. Teema 574L).
Sellise nõudluse rahuldamiseks jätkatakse kaevandamist praegustes
kaevanduskohtades ja avatakse kolm uut kaevandust: Kose-Tammiku,
Ojamaa ja Uus-Kiviõli. Lisaks kaevandatakse Viru kaevanduse kaudu
32
Sompa, Estonia ja Ojamaa välja põlevkivi. Seli väli avatakse Estonia
kaevandusest.
Praeguse kaevandamistempo jätkudes ammenduvad aastaks 2025
Narva karjääri põhjapoolsed jaoskonnad ning Kohtla-Vanaküla ja KoseTammiku
karjäärid. Vedu ja infrastruktuur ühendatakse praeguste
kaevandustega; Uus-Kiviõli ja Ojamaa kaevandused kasutavad stollide
kaudu Aidu karjääri rikastusvabrikut ja laadimissõlme. Kaevandamistehnoloogia
uuendusteks on lühieekombainidega kaevandamine Ojamaa ja
Seli väljadel ning kaasaegsete laavakombainidega lankkaevandamine UusKiviõli
ja Usnova (Narva karjäärivälja kaguosa) väljadel.
Prognoosimise meetodid
Kaevandatavate alade valikukriteeriumid sõltuvad nii tehnoloogilistest
kui muudest (keskkonnakaitselistest, sotsiaalsetest ja kultuurilisest) piirangutest.
Kaevandamiskohtade ja -mahtude otsused sõltuvad majandusnäitajatest,
ülal loetletud piirangutest ja kauba e. müüdava põlevkivi
kvaliteedist.
Võimalike kaevandamiskohtade ja kaevejärkude prognoosimisel
lähtutakse kas konstantsest toodangust, reaalsest prognoositavast
tarbimisest või, analüüsides kõikide kaevandusjaoskondade reaalseid
mäendustingimusi, võimalikust tehnoloogiast ja optimaalsest
kaevandusmahtude jaotamisest (tabel 1).
Tabel 1. Kolme kaevandamismahu prognoosimise meetodi kirjeldus.
Konstantne maht Prognoositav maht Tegelikkusele lähedane maht
Prognoosi alus
praegune kaevandamismaht
(kasutatakse juhtudel, kui
tootmismahu tehnoloogilisi
piiranguid ei ole)
maksimaalne võimalik kaeandamismaht
tehnoloogilise
piirangu korral; vaadelduna
ühes jaoskonnas
kohalikud kogemused ja innovaatilised
lahendused (arvestatakse
kõiki piiranguid ja mäendustingimusi)
Ploki suurus kaevandamata kaeveväli või
uuringuväli
jaoskond (lähtudes tehnoloogilise
ploki optimaalsest
suurusest)
konkreetsed kaevandusjaoskonnad,
sõltuvalt piirangutest ja olemasolevatest
masinatest
Tootlikkus, t/a faktiline (nt. seis, mis oli
2005. aastal)
jaoskonna pikema perioodi
trend (arvestab katenditegurit
ja tootlikkuse langust
avakaevandamisel)
tootlikkus on jaoskonniti ja aastati
erinev, arvestades projektlahendustes
toodud piiranguid
Kihindi tootlus,
t/m2
saadakse maardla ruumilisest
mudelist
maardla ruumilisest mudelist
ja ametlikest aruannetest
maardla ruumilisest mudelist,
aruannetest ja jaoskondade analüüsi
tulemustest
Varu, Mt tootlus x pindala tootlus x pindala tootlus x pindala
Kaevandamise
kestus varu/tootlikkus/(1-kadu) varu/tootlikkus/(1-kadu) varu/tootlikkus/(1-kadu)
Tulemus maksimaalne võimalik saagis tehniline võimalik saagis tegelik saagis
33
Kaevandamiskohtade prognoosimisel on aluseks võetud praegused
kaevandamiskohad. Eeldusel, et varu olemasolul jätkatakse kaevandamist
praegustes kohtades, saame prognoosida kaevejärkude edasist arengut
kaevandamata ala suunas. Kaevandamisalade valikul on lähtutud
rajoneerimise aluseks olnud tehnoloogilistest piirangutest. Alade valikul on
arvestatud ka looduskaitselisi ja majanduslikke piiranguid.
Alljärgnevas prognoosis on näitena kirjeldatud üht Eesti riigi põlevkivi
kaevandamise arenguversiooni, lähtudes uute kaevandusalade paiknemise
ja veeärastuse seisukohtadest (tabel 2). Vastavalt prognoosile suureneb
põlevkivi vajadus vastavalt tarbijate lisandumisele. Prognoosist lähtudes
suureneb põlevkivi tootmismaht aastaks 2025 poolteist korda.
Tabel 2. Eesti riigi põlevkivivajaduse prognoos aastateks 2005–2025, Mt/a.
Aasta Mt/a
2005 14,1
2010 17,5
2015 18,8
2020 20,2
2025 21,8
Tehnoloogiline rajoneerimine
Maardla tehnoloogiline rajoneerimine seisneb võimalikele kaevandamismoodustele
ja -viisidele sobivate alade määramises. Kaevandamismoodusteks
on ava- ja allmaakaevandamine. Kaevandamisviisid on
avakaevandamisel määratud katendi eemaldamise meetodiga, milleks võib
olla kühveldamine (ekskaveerimine), vedu või nende kombinatsioon (sh.
puistangusildu kasutav viis). Allmaakaevandamisel on kaevandamisviisideks
kamberkaevandamine (valdavalt maa hoidmisega) ja lankkaevandamine
(maa langetamisega). Neist viimane võib toimuda näiteks
pikkade etega kaevandamise või laavakaevandamisena.
Väljamise e. maavara kaevandamise meetoditeks on lausväljamine
(läbi rikastamise, mille hulka kuulub ka näiteks õli utmine), selektiivne ja
kõrgselektiivne (läbi kihtide freesimise e. koorimise, mida kasutatakse
esmajoones pealmaa- e. avakaevandamisel) väljamine. Maavara väljamine
geoloogilisest keskkonnast e. raimamine (alates esimesest purustamisest
kuni maapeale toomiseni) võib toimuda puur- ja lõhketöödega või
mehhaniseeritult (kombainidega).
34
Pealmaa- ja allmaakaevandamise alade määramine
Peamised kriteeriumid pealmaakaevandamise puhul on lasumi
(katendi) paksus ja allmaakaevandamise korral lasumi (põhilae) püsivus.
Viimane sõltub põlevkivi puhul nt. lubjakivi kihi paksusest. Töötavate ja
projekteeritavate kaevanduste tehnoloogiate valikukriteeriumid on erinevad.
Üldiselt loetakse kamberkaevandamisele sobivaks ala, kus kihindi
väljatav paksus on üle 2,5 m, kuid seda kriteeriumi saab edukalt kasutada
vaid iga konkreetse kaevandusvälja kohta eraldi. Seda tehes arvestatakse
kaevandusvälja maapealset situatsiooni, eriti kaitstavaid objekte ja alasid.
Kui töötavates põlevkivikarjäärides kasutatakse katendi teisaldamiseks
draglain’e, siis seisneb rajoneerimine järgnevate alade määramises: (1)
alad, kus saab draglain’idega katendit teisaldada; (2) alad, kus peab
kasutama ümberkühveldamist ja (3) alad, kus peab kasutama abimasinaid.
Projekteeritavate karjääride puhul ei piira valikut olemasolev
masinapark. Seetõttu võib katendi eemaldamist alustada näiteks hüdrauliliste
ekskavaatorite ja kalluritega (nt. Põhja-Kiviõli karjääris) või uute
süsteemidega (nagu puistangusildadega) või kombineeritud süsteemidega.
Olenemata kuludest, on igal süsteemil omad mõistlikud tehnoloogilised
kasutuspiirid (tabel 3).
Näide elust enesest
Rajoneerimiseks koostati põlevkivikihindi geomeetriline-, kvaliteedija
majandusmudel. Geomeetrilise mudeli moodustavad põlevkivi kihtide,
vahekihtide, kaljuse katendi, poolpehme katendi ja pehme katendi GIS
mudelid. Vastavalt tehnoloogiate kasutuspiiridele on valitud alad, mille
kohta saab GIS mudelist teha otsuste langetamiseks vajalikke päringuid.
Traditsiooniline ja põlevkivikarjääride projekteerimisel arvesse võetud
kriteerium oli 0–30 m paksune katend, mis määras avakaevanduste
kaeveväljade piirid. Ülejäänud ala oleks sobilik allmaakaevandamiseks, kui
püsiva kattekivimi paksus oleks piisav. Eeldusel, et kombainilaavades saab
kaevandada alates 5 m ja tulptervikutega kamberkaevandustes alates 10 m
püsiva kattekivimi (näiteks Ordoviitsiumi lubjakivi) olemasolu korral, siis
selgub, et idakarjääridest lõuna pool on ala, kus ei sobi ükski
kaevandamisviis. Lõunapoolne ala sobib vastavalt kattekivimi püsivusele
allmaakaevandamiseks. Idakarjääridest lõunas piirab pealmaakaevandamist
paks katend. Kohati on sellel alal kaljune (Ordoviitsiumi) lasum liiga
õhukene, et kasutada kambritega allkaevandamist.
35
Tabel 3. Tehnoloogilised piirangud (töötabeli näidis).
Vastavalt katendi paksustele, suureneb avakaevandamise ala kulukamate
katenditeisaldusmeetodite kasutamisel. Enamus aktiivsest põlevkivivarust
oleks võimalik kaevandada karjäärides, kui kasutataks näiteks
puistangusildasid.
Allmaakaevandustes määrab plokkide tootlikkuse kasutav tehnoloogia
või jaoskondade arv. Karjäärides määrab väljamismahu katendi teisaldustootlikkus,
mis on konstantne või langeb sügavates karjäärides. Tootlikkuse
languse põhjus võib olla draglaini tehnilise seisukorra halvenemine ehk
remondipäevade arvu suurenemine aastas, katendikivimite ebapüsivuse
Tehnoloogilised
kaevandamisviiside
piirangud
Katendi
teisaldus- või
kaevandamis
kulu
Pindala,
km2
Umbkaudne
kaevise
kogus, Mt
Tehnoloogia % Hmin, m Hmax,
m
Hord_min,
m
Hord_max,
m
Klassikaline avakaevandamiseks
sobiv ala
0 30 401 1362
Vaalkaevandamine
draglain’idega 100 10 27 310 1053
Vaalkaevandamine
draglain’ide ja ümberkühveldamisega
150 23 27 99 335
Vaalkaevandamine
draglain’ide,
ümberkühveldamis
e ja/või buldooseritega
200 25 33 215 732
Vaalkaevandamine
draglain’ide,
ümberkühveldamis
e ja/või buldooseritega
+ ekskavaator
+ kallur
300 25 35 278 945
Konveiersildadega
katendi
teisaldamine
500 30 60 886 3012
Ekskavaator +
kallur 200 0 30 401 1362
PLT tulpervikkamberkaevandamine
100 10 150 10 150 1997 6790
Lankkaevandamine
pikaee kombainiga 150 5 2307 7845
Kombainkaevandamine
lühieekombainiga
200 10 1997 6790
36
suurenemine või katendi paksuse suurenemine üle draglaini piirkatendi
väärtuse.
Kui olemasolevad kaevandused ei suuda nõutavat kogust põlevkivi
kaevandada, siis tuleb avada uusi jaoskondi või kaevandusi potentsiaalsetel
väljadel. Potentsiaalsed väljad on hetkel kõik põlevkivi uuringuväljad.
Piirangute tõttu tuleb käesolevas uuringus piirduda kaeveväljadega, kuhu
on esitatud kaevandamisloa taotlused, kuna need on reaalseimad
kaevandamiskohad aastani 2025.
Aastatel 2006 kuni 2025 kaevandatavad alad asuvad praeguste
kaevandamiskohtade läheduses. Aastaks 2025 on kaevandamine lõpetatud
Narva karjääri põhja-jaoskondades, Tammiku-Kose ja Kohtla-Vanaküla
karjäärides. Kaevandamine jätkub kaeveväljade lõuna- ja läänealadel.
Töö on seotud ETF grandi G5913 uuringuga “Kaevandatud alade
kasutamine”.
Kasutatud kirjandus
Teema 574L. Eesti põlevkiviressursi kasutamissuundade riikliku strateegia
aastani 2020 alusuuringud. Etapp 574l.3.1. Eesti põlevkivimaardla
tehnoloogiline, majanduslik ja keskkonnakaitseline rajoneerimine. TTÜ
mäeinstituut 2005
Teema 574L. Eesti põlevkiviressursi kasutamissuundade riikliku strateegia
aastani 2020 alusuuringud. Etapp 574l.2.1. Kasutamissuundadele
vastava põlevkivi varu hindamise kriteeriumite loomine ja koguse
hindamine vastavalt arenevale kütuse ja energiamajandusele, ressursi
pikaajaline planeerimine. TTÜ mäeinstituut 2005
Lisalugemist
Erg K., Reinsalu E. & Valgma I. 2003. Põlevkivi kaevandamise
võimalikkusest looduskaitsealadel. Keskkonnatehnika 3/03: 27–29.
Kattai V., Saadre T. & Savitski L. 2000. Eesti Põlevkivi, geoloogia
ressurss, kaevandamistingimused. Eesti Geoloogiakeskus, Tallinn, 226
lk.
Lind H. 2005. Hüdrogeoloogiliste tingimuste modelleerimine. Veekõrvaldus
Tammiku-Kose karjäärivälja näitel. Bakalaureusetöö, TTÜ
mäeinstituut, Tallinn.
Põlevkivi geoloogiliste uuringulubade ja kaevandamislubade taotlused.
Keskkonnaministeerium. 29.09.2005
Reinsalu E. 1998, Mäemajandus, TTÜ mäeinstituut, 159.lk
37
Reinsalu E., Toomik A. & Valgma I. 2002. Kaevandatud maa. TTÜ
mäeinstituut, 98 lk.
TTÜ mäeinstituut. 2003. 294L. Eesti põlevkivimaardla tehnoloogiline,
majanduslik ja keskkonnakaitseline rajoneerimine, uuringuaruanne.
TTÜ mäeinstituut. 2004. Freeskombaini katsetööd Põhja Kiviõli karjääris.
TTÜ mäeinstituut. 2004. Põlevkivi Kaevandamise AS ettevõtete tööst
tulenevate hüdrogeoloogiliste muutuste prognoosi koostamine.
Valgma I. 2002. Põlevkivi kaevandamise mäenduslik geoinfosüsteem -
MGIS.
Valgma I. 1996. Põlevkivikarjääri katendi tehnoloogilise piirpaksuse
hindamine draglainide kasutamisel. Magistritöö, TTÜ mäeinstituut,
Tallinn.
Västrik A. 2006. Avakaevandatud alade geoinfosüsteem. Aineprojekt, TTÜ
