Kuvatud on postitused sildiga Kaevandamine. Kuva kõik postitused
Kuvatud on postitused sildiga Kaevandamine. Kuva kõik postitused
Põlevkivi kasutamise jätkusuutlikkusest
txt: PÕLEVKIVI KASUTAMISE JÄTKUSUUTLIKKUSEST
Jüri-Rivaldo Pastarus, Ingo Valgma ja Alo Adamson
Põlevkivitehnoloogiate arendamisel on otstarbekas vaadelda põlevkivi kasutamist kui
tervikprotsessi (süsteemne lähenemine), alates geoloogilisest andmebaasist ja kaevandamisest
kuni lõpptoodangu saamiseni (elektrienergia, õli, soojus), sealjuures unustamata
loodusressursside säästlikku kasutamist ja keskkonna taluvust. Kaasaegne tehnika ja tehnoloogia
tase võimaldab kaasajastada nii ava- kui ka allmaakaevandusi, mis tagavad kaubapõlevkivi
kvaliteedi, mäetööde efektiivsuse ja ohutuse ning kaevandatud alade püsivuse.
Vastavalt Eesti Energiatehnoloogia Programmile (ETP), prioriteetsed arengusuunad põlevkivi
kaevandamisel on:
a) Põlevkivi kadudeta kaevandamine. Töötada välja tehnoloogia. mis võimaldaks
kaevandada kogu geoloogiline varu.
b) Põlevkivi keskkonnasäästlik kaevandamine. Töötada välja ja rakendada tehnoloogiad, mis
võimaldavad oluliselt vähendada kaevandamise mõju veerežiimile.
c) CO2-vaba põlevkivielektri tootmise arendamine. Leida tehniline lahendus CO2 vaba
põlevkivielektri tootmiseks. Töötada välja meetodid CO2 sidumiseks.
d) Põlevkivi kvaliteedi tagamine (rikastamine). Paekivi osaluse vähendamine
kaubapõlevkivis.
Kriteeriumideks ETP prioriteetsete arendussuundade arendamisel on energiasääst ja
keskkonnasõbralikkus.
Euroopa Parlamendi ja Nõukogu Direktiiv 2006/21/EÜ (Kaevandustööstuse jäätmete käitlemine)
sätestab artiklis 20 jäätmete suhtes teatavaid nõuded, mis paigaldatakse tagasi kaeveõõntesse ja
millele on osutatud kaeveõõsi käsitlevates erisätetes. Lähtudes ülaltoodud direktiivist tuleb
karjääride ja kaevanduste täitmisel kasutatavat täitematerjali (elektrijaama tuhk ja paekivi)
vaadelda kui tehnoloogilist materjali, mis ei kuulu direktiivi 1999/31/EÜ „Jäätmete käitlemise
või ladestamise nõuded” reguleerimisalasse. Seega on võimalik lahendada elektrijaama tuha ja
jäätmete ladestamise probleemi koos süsihappegaasi sidumisega elektrijaama tuhaga,
võimaldades samal ajal vähendada ka eralduvate kasvuhoonegaaside heitekoguseid.
Kaubapõlevkivi koosneb kolmest komponendist - põlevkivist, paekivist ja suletistest. Kui
vähendada paekivi ja suletiste osa kaubapõlevkivis, siis tõuseb ta kütteväärtus. Suurendades CFB
(keevkiht) katlasse suubuva kütuse kütteväärtust, mis käesoleval ajal on 8,4 MJ/kg kuni 11,6
MJ/kg, mis saavutatakse kaevandamise tehnoloogia ja rikastamisprotsessi moderniseerimisega,
väheneb põlevkivi põletamise tehnoloogiast põhjustatud (ei lagune kogu CaCO3) CO2 hulk 7% ja
katlasse mineva kaubapõlevkivi hulk 24%, mis vähendab omakorda CO2 ja tuha hulka 24%
võrra. Sellest tulenevalt vähenevad kaubapõlevkivi ja elektrijaama tuha transpordikulud ja
keskkonnatasud. Õli väljatulek TSK-st (tahke soojuskandja) suureneb 1,5 korda (50%), kui
kasutada rikastatus põlevkivi. Seda kõike on võimalik garanteerida parima võimaliku tehnika
(PVT) kasutamisega kaevandamisel. Põlevkivikihindi selektiivne väljamine ja kaubapõlevkivi
rikastamine tagavad tarbijale vastava, optimaalse parameetritega toorme.
PVT väljatöötamine ja evitamine kaevandustes ja karjäärides võimaldab tõsta tööde efektiivsust,
toodangu kvaliteeti ja lahendada või leevendada keskkonnaprobleeme. Üheks perspektiivseks
suunaks on kasutada väljatud kaeveõõnte täitmist. Põlevkivituhk ja aheraine (lubjakivi) kujutavad
endast väärtuslikku toorainet täitesegude valmistamiseks, mida saab kasutada tehnoloogilise
materjalina kaevandamisel.
Tänapäeval kasutatakse Eesti põlevkivikaevandustes kamberkaevandamise tehnoloogiat, kus
kattekivimite ülalhoidmise ja maapinna püsivuse tagavad sammastervikud. Sealjuures põlevkivi
kaod tervikutes ulatuvad kuni 30%. Arvutused on näidanud, et põlevkivikihindi
kaevandamissügavuse suurenemisel üle 60 m, kaod tervikutes suurenevad kuni 40%. Uuendades
põlevkivi kaevandamise tehnoloogiat, s.t. üle minnes tagasitäitmisega süsteemile, võimaldab
oluliselt vähendada põlevkivi kadusid kaevandamisel, suurendada kaevandatud alade maapinna
püsivust ja vähendada mõju veerežiimile.
Avakaevandamise korral kasutatakse vaalkaevandamist, kus katend paigaldatakse väljatud alale.
Kasutades täitesegusid või elektrijaama tuhka, on võimalik parendada kaevandamise tehnoloogiat
(suurendada vaalude püsivust). Veetõkete kasutamine võimaldab reguleerida karjääride
veerežiimi.
Viimase 100 aasta jooksul on tootmisjäätmeid ja -jääke maailmas kasutatud täitesegude
valmistamiseks. Näiteid võib tuua Poolast, Prantsusmaalt, Saksamaalt, Soomest, Belgiast,
Iirimaalt jne. Eestis alustati põlevkivi kaevandamist osalise täitmisega. Kaeveõõnte tardsegudega
täitmise tehnoloogia uuringuid alustati 1980-ndatel aastatel, milles osalesid TTÜ mäeinstituut,
Eesti Põlevkivi, Škotsinski nim. Mäendusinstituudi Filiaal Kohtla-Järvel, NIPI Silikaatbetooni
instituut jne. Praktiliseks väljundiks oli Kiviõli kaevanduse sulgemine, kus täideti 30000 m
Artikkel: Maakatte kujundamine avakaevandamisel
txt:
2000
Ekskaveerimise ja rekultiveerimise dünaamika Sirgala karjääris (v.a. jsk. 4) Näide mäendusliku geoinfosüsteemi kasutamisest rekultiveerimise mahtude hindamisel (vt I. Valgma artikkel järgmisel leheküljel). MAAKATTE KUJUNDAMINE AVAKAEVANDAMISEL Ingo Valgma Eestis kaevandatavad maavarad võib rekultiveerimissuundade järgi jaotada viide kategooriasse. Esiteks on olemas selline kaevandamisviis nagu muda allveeammutamine, mille võtukohti ei rekultiveerita, teiseks – saviaugud millest tavaliselt moodustatakse veekogud või prügiladustuskohad, kolmandaks on liiva- ja kruusaaugud mis silutakse või millest moodustatakse veekogud. Neljandaks on lubja- ja dolokivi karjäärid, millest moodustatakse suhteliselt sügavad veekogud või jäätmete ladustuskohad. Väikekarjääride seast on viimaste rekultiveerimine kulukaim. Viiendaks on suhteliselt õhukese kihina lasuvad või väljatavad maavarad, mille kaevandamisel mõjutatakse suurt pindala. Nendeks on põlevkivi, fosforiit ja turvas, mis nõuavad omast rekultiveerimistehnoloogiat. Üks kolmandik Eestis praegu kaevandatavatest maavaradest moodustab karjäärides kaevandatav põlevkivi. Põlevkivi lasub suhteliselt õhukese kihindina ja selle kaevandamine mõjutab Eesti maastikku ulatuslikult. Suurimate karjäärid, nii pindalalt kui ka toodangu mahult on Aidu, Sirgala ja Narva karjäärid. Tänaseks on põlevkivikarjäärides kaevandatud 120 km2 suurusel alal. Uurimismeetodid Avakaevandamise kirjeldamiseks ja analüüsiks kasutasime mäenduslikku geoinfoüsteeemi. Süsteemi peamiseks väljundiks on põlevkivi avakaevandamise tehnoloogiline kaart. Uuring kujutab endast TTÜ mäeinstituudis teostatava põlevkivimaardla kaardistamise teist etappi. Esimeseks etapiks oli põlevkivi allmaakaevanduste tehnoloogiline digitaalkaart. [Valgma, 1999 a, b] Andmed pärinevad karjääride tehnokaartidelt, geoloogistest uuringutest, ortofotodelt ja Eesti baaskaardilt. Uuringu käigus koguti karjääride tehnokaarte ja kirjandust. Andmete digitaliseerimiseks kasutati skaneerimist, digitaliseerimist ja vektoriseerimist. Ruumiline aegrida moodustati kaevandmisalade aastastest pindaladest, sisaldades infot kasutatud tehnoloogia, masinate ja katendi paksuse kohta. Lisaks võrreldi koostatud digitaalkaarte vastavate ortofotodega. Väljundiks on katenditeisaldusdünaamika, pindala, materjali maht ja maastiku olukord kõigis kaevejaoskondades. Probleemi arutelu Mäendusliku geoinfoüsteemi (MGIS) arvutused teostati põhjalikult Sirgala karjääri kohta. Enamus karjääri 6532 ha kaevandatud alast on kaetud ortofotodega aastast 1996. Karjääri idapoolseim jaoskond nr 4 on fotodega katmata[13], seetõttu on selle jaokonna andmed detailarvutustest välja jäetud. Võttes karjääride keskmiseks aastaseks edasinihkeks 80 m saame kogu kaevefrondi pikkuseks 20 km, millest igale karjäärile jääb 6,5 km. Igas karjääris oleks sel juhul 4 kaevejaoskonda pikkusega 1,6 km ja 4 veotranšeed. Veo ja kaevetranšeede põhja laius varieerub 25 kuni 55 meetrini. Puistangute e. kaevandamisjärgse maapinna kõrgus formeerub pärast ekskaveerimist ja rekultiveerimist. Sõltuvalt väljatava põlevkivi paksusest ja katendikivimite kobestusastmetest moodustub Aidu ja Sirgala karjäärides algsest kuni 4 m ja Narvas kuni 6 m kõrgem maapind. Lisaks on tänu lisandunud materjali mahule sisepuistang veotranšeede naabruses ja kaevetranšeede sisekurvides kuni 3 m kõrgem puistangu üldkõrgusest. Teistes põlevkivikarjäärides on maapinna kõrguse muutus kuni 1 m. Nendeks on Kohtla, Kohtla-Vanaküla ja Narva karjääri jaoskond nr 4. Samad parameetrid on ka uutel võimalikel kaeveväljadel nagu Tammiku-Kose, Sonda, Ubja ja osaliselt Aidu karjääri jaoskond 2. Kaeve ja veotranšeede moodustamine on illustreeritud kolmemõõtmelisel mudeli pildiga käesoleva kogumiku tagakaane siseküljel. Tranšeede põhja sügavus võrdub üldjuhul kihindi sügavusega ja neid läbindatakse keskmiselt kaks iga jaoskonna kohta. Pärast kaevandamist lõigustab ala jaoskondade arvuga võrdne arv tranšeesid. Esialgne mudel aitab illustreerida suhteliselt vähekirjeldatud nähtust vaalkarjäärides. Selleks on suhteliselt suurte mõõtmetega ja sügavustega kanalite võrgustik karjääride aladel pärast nende sulgemist. Iga veega täitunud tranšee kujutab endast 12 kuni 36 ha suuruse vee pinnaga kanalit mille suhteline sügavus (kaldakõrgendikult) ulatub kuni 38 meetrini ja vee sügavus kuni 25 meetrini. Need on suuremad kui enamusel Eesti looduslike järvedest. Veetase idakarjäärides sõltub Narva jõe veetasemest mis kõigub sesoonselt kuni 5 m. Mudelis on tema veetaseme absoluutkõrguseks võetud 24 m (joonis). Sirgala karjääris on kuni 18 tranšeed kus vee sügavus võib guaguleerumise korral ulatuda kuni 25 meetrini. Joonis. Lõige läbi uputatud idakarjääride kauges tulevikus. Suletud vaalkarjääri hea näide on 1991 aastal suletud Maardu fosforiidikarjäär. Kuigi katendikivimid on neis karjäärides erinevad, on tranšeede ja puistangute olukord põhijoontes sama. Karjäär on ümbritsetud ning lõigustatud 50 kuni 120 laiuste, veega täitunud tranšeedega. Sise- ja külgpuistangute kaldenurgad on sarnaselt põlevkivikarjääridele 35 kuni 40 kraadi. Sellest järelduvalt on tulevane vee pindala põlevkivikarjäärides 1,5 kuni 3 korda suurem praegustest teede pindaladest. Tulevased kanalid ümbritsevad karjääri ning tõkestavad sinna ligipääsu, moodustades nii omamoodi posttehnoloogilise loodusreservaadi. Teine sarnasus käesoleva töö ja Maardu karjääri vahel on seotud andmete säilitamisega. Seoses omanike vahetumisega on praegu raske leida piisavalt andmeid Maardu karjääri kohta, ning praktiliselt võimatu fosforiidi allmaakaevanduse kohta. Sarnane situatsioon võib juhtuda ka põlevkivi kaevandamisega. Kokkuvõte Mäendusliku geoinfoüsteemi kasutamine võimaldab luua põlevkivikarjääride digitaalkaarte ja reaalsust hästi kirjeldavaid mudeleid ning hinnata kaevandamise mõju maapinnale ja kaevandamiskeskkonnale. Digitaalkaardi analüüs näitab pidevat katendi paksuse kasvu põlevkivikarjääride jaoskondades. Katendi tüsedus mõjutab otseselt tulevast maastikku kuid seab piirangud ka kasutatavale katenditeisaldustehnoloogiale ja -masinatele. Praegune karjäärimaastik jaotati nelja kategooriasse – metsastatud ala, vähese taimestikuga ala, silutud puistangute ala ja silumata puistangute ala. Töö teiseks eesmärgiks on põlevkivi pealmaakaevandamise mäendusliku informatsiooni talletamine korrastatud ja hõlpsalt kasutatavas süsteemis. Parim moodus selleks on mäenduslik geoinfosüsteem. Uurimus on teostatud Eesti Teadusfondi granti G3403, Tallinna Tehnikaülikooli Arengufondi ja doktorandi too rahastamise 0141321s99 toel. Viitematerjal 1. Ingo Valgma. Eesti põlevkivimaardla potentsiaalsete vajumisalade kaardistamine // Konverentsi Mäeõigus ja mäeohutus ettekannete teesid ja artiklid. – Tallinn, 1999 a. 2. Ingo Valgma. Mapping potential areas of ground subsidence in Estonian underground oil shale mining district // Proc. of the 2-nd International Conference - Environment. Technology. Resources. - Rezekne, Latvia,1999 b.
Ekskaveerimise ja rekultiveerimise dünaamika Sirgala karjääris (v.a. jsk. 4) Näide mäendusliku geoinfosüsteemi kasutamisest rekultiveerimise mahtude hindamisel (vt I. Valgma artikkel järgmisel leheküljel). MAAKATTE KUJUNDAMINE AVAKAEVANDAMISEL Ingo Valgma Eestis kaevandatavad maavarad võib rekultiveerimissuundade järgi jaotada viide kategooriasse. Esiteks on olemas selline kaevandamisviis nagu muda allveeammutamine, mille võtukohti ei rekultiveerita, teiseks – saviaugud millest tavaliselt moodustatakse veekogud või prügiladustuskohad, kolmandaks on liiva- ja kruusaaugud mis silutakse või millest moodustatakse veekogud. Neljandaks on lubja- ja dolokivi karjäärid, millest moodustatakse suhteliselt sügavad veekogud või jäätmete ladustuskohad. Väikekarjääride seast on viimaste rekultiveerimine kulukaim. Viiendaks on suhteliselt õhukese kihina lasuvad või väljatavad maavarad, mille kaevandamisel mõjutatakse suurt pindala. Nendeks on põlevkivi, fosforiit ja turvas, mis nõuavad omast rekultiveerimistehnoloogiat. Üks kolmandik Eestis praegu kaevandatavatest maavaradest moodustab karjäärides kaevandatav põlevkivi. Põlevkivi lasub suhteliselt õhukese kihindina ja selle kaevandamine mõjutab Eesti maastikku ulatuslikult. Suurimate karjäärid, nii pindalalt kui ka toodangu mahult on Aidu, Sirgala ja Narva karjäärid. Tänaseks on põlevkivikarjäärides kaevandatud 120 km2 suurusel alal. Uurimismeetodid Avakaevandamise kirjeldamiseks ja analüüsiks kasutasime mäenduslikku geoinfoüsteeemi. Süsteemi peamiseks väljundiks on põlevkivi avakaevandamise tehnoloogiline kaart. Uuring kujutab endast TTÜ mäeinstituudis teostatava põlevkivimaardla kaardistamise teist etappi. Esimeseks etapiks oli põlevkivi allmaakaevanduste tehnoloogiline digitaalkaart. [Valgma, 1999 a, b] Andmed pärinevad karjääride tehnokaartidelt, geoloogistest uuringutest, ortofotodelt ja Eesti baaskaardilt. Uuringu käigus koguti karjääride tehnokaarte ja kirjandust. Andmete digitaliseerimiseks kasutati skaneerimist, digitaliseerimist ja vektoriseerimist. Ruumiline aegrida moodustati kaevandmisalade aastastest pindaladest, sisaldades infot kasutatud tehnoloogia, masinate ja katendi paksuse kohta. Lisaks võrreldi koostatud digitaalkaarte vastavate ortofotodega. Väljundiks on katenditeisaldusdünaamika, pindala, materjali maht ja maastiku olukord kõigis kaevejaoskondades. Probleemi arutelu Mäendusliku geoinfoüsteemi (MGIS) arvutused teostati põhjalikult Sirgala karjääri kohta. Enamus karjääri 6532 ha kaevandatud alast on kaetud ortofotodega aastast 1996. Karjääri idapoolseim jaoskond nr 4 on fotodega katmata[13], seetõttu on selle jaokonna andmed detailarvutustest välja jäetud. Võttes karjääride keskmiseks aastaseks edasinihkeks 80 m saame kogu kaevefrondi pikkuseks 20 km, millest igale karjäärile jääb 6,5 km. Igas karjääris oleks sel juhul 4 kaevejaoskonda pikkusega 1,6 km ja 4 veotranšeed. Veo ja kaevetranšeede põhja laius varieerub 25 kuni 55 meetrini. Puistangute e. kaevandamisjärgse maapinna kõrgus formeerub pärast ekskaveerimist ja rekultiveerimist. Sõltuvalt väljatava põlevkivi paksusest ja katendikivimite kobestusastmetest moodustub Aidu ja Sirgala karjäärides algsest kuni 4 m ja Narvas kuni 6 m kõrgem maapind. Lisaks on tänu lisandunud materjali mahule sisepuistang veotranšeede naabruses ja kaevetranšeede sisekurvides kuni 3 m kõrgem puistangu üldkõrgusest. Teistes põlevkivikarjäärides on maapinna kõrguse muutus kuni 1 m. Nendeks on Kohtla, Kohtla-Vanaküla ja Narva karjääri jaoskond nr 4. Samad parameetrid on ka uutel võimalikel kaeveväljadel nagu Tammiku-Kose, Sonda, Ubja ja osaliselt Aidu karjääri jaoskond 2. Kaeve ja veotranšeede moodustamine on illustreeritud kolmemõõtmelisel mudeli pildiga käesoleva kogumiku tagakaane siseküljel. Tranšeede põhja sügavus võrdub üldjuhul kihindi sügavusega ja neid läbindatakse keskmiselt kaks iga jaoskonna kohta. Pärast kaevandamist lõigustab ala jaoskondade arvuga võrdne arv tranšeesid. Esialgne mudel aitab illustreerida suhteliselt vähekirjeldatud nähtust vaalkarjäärides. Selleks on suhteliselt suurte mõõtmetega ja sügavustega kanalite võrgustik karjääride aladel pärast nende sulgemist. Iga veega täitunud tranšee kujutab endast 12 kuni 36 ha suuruse vee pinnaga kanalit mille suhteline sügavus (kaldakõrgendikult) ulatub kuni 38 meetrini ja vee sügavus kuni 25 meetrini. Need on suuremad kui enamusel Eesti looduslike järvedest. Veetase idakarjäärides sõltub Narva jõe veetasemest mis kõigub sesoonselt kuni 5 m. Mudelis on tema veetaseme absoluutkõrguseks võetud 24 m (joonis). Sirgala karjääris on kuni 18 tranšeed kus vee sügavus võib guaguleerumise korral ulatuda kuni 25 meetrini. Joonis. Lõige läbi uputatud idakarjääride kauges tulevikus. Suletud vaalkarjääri hea näide on 1991 aastal suletud Maardu fosforiidikarjäär. Kuigi katendikivimid on neis karjäärides erinevad, on tranšeede ja puistangute olukord põhijoontes sama. Karjäär on ümbritsetud ning lõigustatud 50 kuni 120 laiuste, veega täitunud tranšeedega. Sise- ja külgpuistangute kaldenurgad on sarnaselt põlevkivikarjääridele 35 kuni 40 kraadi. Sellest järelduvalt on tulevane vee pindala põlevkivikarjäärides 1,5 kuni 3 korda suurem praegustest teede pindaladest. Tulevased kanalid ümbritsevad karjääri ning tõkestavad sinna ligipääsu, moodustades nii omamoodi posttehnoloogilise loodusreservaadi. Teine sarnasus käesoleva töö ja Maardu karjääri vahel on seotud andmete säilitamisega. Seoses omanike vahetumisega on praegu raske leida piisavalt andmeid Maardu karjääri kohta, ning praktiliselt võimatu fosforiidi allmaakaevanduse kohta. Sarnane situatsioon võib juhtuda ka põlevkivi kaevandamisega. Kokkuvõte Mäendusliku geoinfoüsteemi kasutamine võimaldab luua põlevkivikarjääride digitaalkaarte ja reaalsust hästi kirjeldavaid mudeleid ning hinnata kaevandamise mõju maapinnale ja kaevandamiskeskkonnale. Digitaalkaardi analüüs näitab pidevat katendi paksuse kasvu põlevkivikarjääride jaoskondades. Katendi tüsedus mõjutab otseselt tulevast maastikku kuid seab piirangud ka kasutatavale katenditeisaldustehnoloogiale ja -masinatele. Praegune karjäärimaastik jaotati nelja kategooriasse – metsastatud ala, vähese taimestikuga ala, silutud puistangute ala ja silumata puistangute ala. Töö teiseks eesmärgiks on põlevkivi pealmaakaevandamise mäendusliku informatsiooni talletamine korrastatud ja hõlpsalt kasutatavas süsteemis. Parim moodus selleks on mäenduslik geoinfosüsteem. Uurimus on teostatud Eesti Teadusfondi granti G3403, Tallinna Tehnikaülikooli Arengufondi ja doktorandi too rahastamise 0141321s99 toel. Viitematerjal 1. Ingo Valgma. Eesti põlevkivimaardla potentsiaalsete vajumisalade kaardistamine // Konverentsi Mäeõigus ja mäeohutus ettekannete teesid ja artiklid. – Tallinn, 1999 a. 2. Ingo Valgma. Mapping potential areas of ground subsidence in Estonian underground oil shale mining district // Proc. of the 2-nd International Conference - Environment. Technology. Resources. - Rezekne, Latvia,1999 b.
Tellimine:
Postitused (Atom)