txt: IDA-VIRUMAA PÕLEVKIVI KAEVANDAMISALADE RUUMILISE PLANEERINGU HINNANG September 2014 KINNITAN Instituudi direktor Ingo Valgma IDA-VIRUMAA PÕLEVKIVI KAEVANDAMISALADE RUUMILISE PLANEERINGU HINNANG Lep14060 Vastutav täitja: Vivika Väizene Tallinn 2014 Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 2/17 SISUKORD SISUKORD............................................................................................................................................................ 2 1. SISSEJUHATUS.......................................................................................................................................... 4 1.1. HINNANGU EESMÄRK ............................................................................................................................. 4 1.2. MÕISTED ................................................................................................................................................ 4 2. PÕLEVKIVIMAARDLAS KASUTATUD KAEVANDAMISTEHNOLOOGIAD .............................. 5 2.1. ALLMAAKAEVANDAMINE....................................................................................................................... 5 2.1.1. Paarisstrekkidega (käsikambrid) kaevandamine .......................................................................... 5 2.1.2. Paarislaavadega (käsilaavad) kaevandamine .............................................................................. 6 2.1.3. Kombainkaevandamine................................................................................................................. 6 2.1.4. Kamberkaevandamine .................................................................................................................. 6 2.2. VERTIKAALSED JA HORISONTAALSED KAEVEÕÕNED.............................................................................. 8 2.3. MAAPINNA PÜSIVUS ............................................................................................................................... 8 2.4. ALTKAEVANDATUD MAA OLUKORRA HINDAMINE................................................................................ 10 2.5. AVAKAEVANDAMINE ........................................................................................................................... 12 2.5.1. Õhukese katendiga kaeveväli...................................................................................................... 12 2.5.2. Paksema katendiga kaeveväli ..................................................................................................... 12 2.5.3. Puistangute moodustamine ja tehniline rekultiveerimine ........................................................... 12 3. KAEVANDAMINE AASTATEL 2000-2014........................................................................................... 14 4. HINNANG PLANEERINGU LAHENDUSELE JA ETTEPANEKUTELE........................................ 15 5. KASUTATUD MATERJAL..................................................................................................................... 16 6. LISAD......................................................................................................................................................... 17 TABELID Tabel 1 Maapinna püsivuse klassifikatsioon [9, 8, 12, 11, 5, 10]............................................ 11 Tabel 2 Põlevkivi mäeeraldised aastatel 2000 - 2014 Ida-Virumaal ....................................... 14 Tabel 3 Põlevkivi kaevandamissügavused aastatel 2000 - 2014 Ida-Virumaal....................... 14 JOONISED Joonis 1. Põlevkivi kaevandamise kohad Ida-Virumaal aastatel 2000-2014 ........................... 17 Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 3/17 TELLIJA: Ida-Viru Maavalitus Keskväljaku 1, 41594 Jõhvi Registrikood: 70001449 Tel: +372 332 1201 E-mail: info@ida-viru.maavalitsus.ee TÄITJA: Tallinna Tehnikaülikooli Mäeinstituut Ehitajate tee 5, 19086 Tallinn Registrikood: 74000323 Tel. 6203 850 Arveldusarve nr. 10052037382001 SEB Vivika Väizene Vastutav täitja Jüri Pastarus Põhitäitja Ingo Valgma Põhitäitja Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 4/17 1. SISSEJUHATUS 1.1. Hinnangu eesmärk Käesoleva töö objekt on eksperthinnangu koostamine 2001. aastal kehtestatud Ida-Virumaa põlevkivikaevandamisalade ruumilise planeeringu lahendusele ja planeeringu ettepanekutele [16]. Hinnangus on välja toodud, millised planeeringus esitatud seisukohad on tänaseks aktuaalsuse kaotanud, millised on uued seisukohad ja millised teemad vajaksid täiendavat analüüsi. Analüüsitakse (kvaasistabiilsetele) kaevandusaladele ehitamistingimuste seadmist ja ammendatud karjäärialade taaskasutusvõimalusi. Koostatud on kaardimaterjal Ida-Virumaal asuvate põlevkivi kaevandamisalade kohta aastatel 2000-2014 koos kaevandamistehnoloogia ja geoloogilise infoga. 1.2. Mõisted Mäendusmõistete selgitusi on soovitav vaadata aadressilt: http://mi.ttu.ee/opik/ [14]. Kaevandamismoodus – kaevandamise koht maapinna suhtes. Pealmaakaevandamine/avakaevandamine, allmaakaevandamine, allveekaevandamine. Kaevandamistehnoloogia – mäetööde protsesside kogum. Kaevandamisviis – näitab kuidas kaevandatakse ja viitab põhikaeveõõnele või -protsessidele. Kamber-, laava-, kombainkaevandamine (lank-, umbkaevandamine) jne allmaakaevandamisel. Vaal-, aukkaevandamine jne avakaevandamisel. Kaevandus – allmaakaevandus, kaevandatakse maa all. Kamber – ruudu- või ristkülikukujuline kaeveõõs allmaakaevandamisel. Karjäär – maapealne kaevandamiskoht. Pinnakate – kobedad/purdsetted, kvaternaarisetted. Puurauk – väikese ristlõikepindalaga vertikaalne kaeveõõs (Ø<0,5 m). Raimamine – kivimi purustamine või eraldamine massiivist. Strekk – ristküliku- või trapetsikujuline horisontaalne kaeveõõs allmaakaevandamisel. Šaht – ringi- või ristkülikukujuline, suure ristlõikepindalaga vertikaalne kaeveõõs. Šurf – ringi- või ruudukujuline, väikese ristlõikepindalaga vertikaalne kaeveõõs. Tervik – maapõue jäetud kivimimassiivist koosnev all- või pealmaakonstruktsioon millegi hoidmiseks. Tootuskihind – kaevandamisväärne põlevkivikihind. Tranšee (kaevik) – trapetsikujulise ristlõikega horisontaalne kaeveõõs avakaevandamisel. Vajum – allmaatööde tulemusel maapinnal tekkinud nõgu. Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 5/17 2. Põlevkivimaardlas kasutatud kaevandamistehnoloogiad 2.1. Allmaakaevandamine Allmaakaevandamisel on Eesti põlevkivimaardlas kasutatud mitmeid kaevandamise tehnoloogiaid. See on seotud kaevanduste moderniseerimisega ja parimate kaevandamistehnoloogiate evitamisega, mis on aga erinevate parameetritega (väljatava kihindi (tootuskihindi) paksus ja sügavus, laekäitlus, mäerõhu juhtimine jne). Kasutatud ja kasutatavad kaevandamistehnoloogiad Eesti põlevkivimaardlas [9, 5]: 1. Paarisstrekkidega (ruum-tervikkaevandamine) kaevandamine. Lagi toetub täitemassiivile. 2. Paarislaavadega (käsilaavad) kaevandamine. Lagi toetub täiteribadele. 3. Kombainkaevandamine. Lagi varistatakse. 4. Kambritega kaevandamine. Lagi toetub tervikutele. Paarisstrekkidega ja paarislaavadega kaevandamise tehnoloogia oli kasutusel 30 aastat. Raske käsitöö suur maht, madal tööviljakus ja suured põlevkivikaod on põhjuseks, miks need kaevandamise tehnoloogiad vajasid alternatiivseid variante. 1960-nendatel aastatel evitati puur-lõhketöödega ja sammastervikutega kamberkaevandamise tehnoloogia, mis on kasutusel tänapäevani. Kasutatud tehnoloogia on küllaltki efektiivne, kuid iseloomustatakse suurte kadudega tervikutes, mäetööde organiseerimise keerukusega ja püsivuse probleemidega (stabiilne või kvaasistabiilne maa). 1970-nendatel aastatel töötati välja ja evitati kombainkaevandamise tehnoloogia mis kasutati kuni 2000. aastani. Seda tehnoloogiat iseloomustati küllaltki suurte põlevkivikadudega ja tekkisid probleemid raskesti varistatavate lagede juhtimisega. Kasutatud tehnika ei võimaldanud edukalt kasutada seda tehnoloogiat. Tänapäeval käivad uuringud kombainkaevandamise tehnoloogia evitamiseks uuel tasemel. 2.1.1. Paarisstrekkidega (käsikambrid) kaevandamine Kasutatud paarisstrekkidega kaevandamise tehnoloogia on sisuliselt kamberkaevandamine [3]. Kambrid rajati paneelstrekist kas ühele või mõlemale poole. Kambrite laiuseks oli 12 – 30 m, maksimaalseks pikkuseks kuni 300 m. Kaevise väljamiseks kambrites kasutati puur- lõhketöid (lausväljamine). Põlevkivi laaditi käsitsi vagonettidesse. Väljatava kihindi vahekihtidest saadav lubjakivi paigutati väljatud alasse täiteriidana, mis oli ette nähtud lae toestamiseks. Täiteriida mõlemale poole jäeti koristusstrekid laiusega 1,5 – 2 m, mida kasutati inimeste liikumiseks ja põlevkivi transpordiks. Kõiki töid ee-rinnas viidi läbi käsitsi, välja arvatud puurimine. Kambrite väljamiseks kasutati umb- ja lankkaevandamisviisi kombinatsiooni. Esimeses etapis väljati kambrid üle ühe, mille vahele jäi tervik laiusega 12 – 30 m. Väljatud kambrite lae toestamiseks kasutati täiteriitu. Järgnevalt väljati kambrite vahel olev tervik ja lage toestas täiteriit. Peale ploki väljamist kustutatakse paneelstrekk – väljati tervikud ja laoti täiteriidad. Kvaliteetsete täideriitade korral on tagatud küllaltki hea maapinna püsivus, kusjuures maa vajumise sügavus ei ületa 0,7 m [10]. Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 6/17 2.1.2. Paarislaavadega (käsilaavad) kaevandamine Selle kaevandamisviisi puhul lank jagatakse kogumisstrekiga kaheks osaks – paremaks ja vasakuks tiivaks [4]. Ee-rinna pikkuseks on 90 m. Langi pikkus on kuni 600 m. Lae ülalhoidmiseks kasutati metalltugesid ja põlevkivi transpordiks kraapkonveierit. Põlevkivikihind väljati puur-lõhketöödega, kihid A kuni E kogupaksusega 2,3 m. Üheaegselt põlevkivi laadimisega laavas asuvale kraapkonveierile, eraldati mäemassist lubjakivitükid ja laoti sellest täiteriidad kaevandatud alasse lae sujuvaks langetamiseks. Neid 4...6 m laiusi pidevalt pikenevaid riitu on ühe laava kohta kümmekond. Täiteriitade vahekaugus on orienteeruvalt 2 m. Kogumisstreki toestamiseks kasutatakse riittoestikku, mis seest täideti lubjakivi tükkidega. Lae langetamise esialgne samm on umbes 15 m ja järgnevad, perioodiliselt korduvad sammud ee-rinna edasiliikumisel 5...7 m, mis määravad põhilae järelvajumissammu (murduvate kattekivimite pikkus). Laava ee-rinna edasi liikudes lagi langetati sujuvalt laotud lubjakivi riitadele. Lae langetamisel kaasnes maapinna vajumine kuni 0,9 m (mõne kuu jooksul) ja järelvajumine 10...20 cm järgneva 2...4 aasta jooksul [10]. Hilisvajumised ei oma enam praktilist tähtsust. Pärast seda perioodi võib seda maapinda lugeda deformeerituks ja ka püsivaks. Hilisvajumised on üldjuhul võimalikud vaid siis, kui maapinnale lisandub suurem lisakoormus. Väga pika aja jooksul, vee olemasolul, võivad toimuda täiteribade füüsikalis-mehaaniliste parameetrite muutused. Selle protsessi tulemusena täiteribad tihenevad, mis põhjustavad maapinna täiendava vajumise. Laavade lõppudes on võimalikud jääkkonsoolide hilisemad murdumised [9]. Langetatud aladele on ehitatud hooned, mis on vajunud suhteliselt ühtlaselt 3...8 cm, kusjuures on vundamentide rajamisel kasutatud spetsiaalmeetmeid. 2.1.3. Kombainkaevandamine 1970-nendatel aastatel töötati välja kombainkaevandamise tehnoloogia lae täieliku varistamisega [4]. Kuigi põlevkivikaod kombainkaevandamisel moodustasid ligi 50%, osutus see kasutatavaks aladel, kus teiste kaevandamistehnoloogiate kasutamine halbade laetingimuste tõttu oli praktiliselt võimatu. Kombainkaevandamisel kasutati laavasid laiusega 150 – 170 m ja pikkusega 600 – 800 m. Kihindi väljamiseks kasutati kitsahaardelist kombaini haardelaiusega 0,63 m. Kombain liigub laavas kraapkonveieri raamil ja raimab põlevkivikihindit ning samal ajal laadib kaevise konveierile. 3 m laiuses ee-rinnas hoitakse lagi üleval hüdrauliliste tugede abil (ee-rinna ja murdetoestik). Pärast kombaini töötsükli lõppemist toimub konveieri, ee-rinna ja murdetoestiku edasinihutamine, mille tulemusena varisevad laekivimid murdetoestiku taga. Arvestades väljatud ala suurust, varingud ulatuvad maapinnani, kusjuures maa vajumise sügavus on 0,8...1,5 m [10]. 2.1.4. Kamberkaevandamine 60-nendatel aastatel evitati sammastervikutega ja puur-lõhketöödega kamberkaevandamise tehnoloogia [4]. See sarnaneb paarislaavadega kaevandamise tehnoloogiale, kuid kaevuri Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 7/17 tööviljakus on 4 – 5 korda suurem. Vaatamata selle efektiivsusele, iseloomustatakse seda tööde organiseerimise keerukusega ja küllaltki suurte kadudega tervikutes, mis on 25 – 40% sõltuvalt kaevandussügavusest. Kambriplokk laiusega 300 – 400 m ja pikkusega 600 – 800 m on jagatud kogumisstrekiga paremaks ja vasakuks tiivaks. Tervikute read kambriploki tiibades on risti kogumisstrekiga. Kamberkaevandamise tehnoloogia korral väljatakse kihid A-st kuni F-ni, mis tagab kambri kõrguse 2,8 m. Ristküliku-kujulised tervikud tagavad põhilae püsivuse. Vahetu lae toestamiseks kasutatakse ankurtoestikku. Põhilisteks tööoperatsioonideks kambrites on soonimine, lõhkeaukude puurimine, lõhketööd, kaevise laadimine konveierile ja toestamine. Lõhkeaukude pikkuseks (kambri edasinihe) on harilikult 2 m. Tööde organiseerimine kambriplokis on küllaltki keerukas, eriti just suure lõhketööde mahu ja laadimisprotsessi tõttu. Raskusi tekitab ristkambrite läbindamine ja kaevise laadimine. Seoses tööde mehhaniseerimisega ja uute mäemasinate kasutuselevõtmisega on Estonia kaevanduses moderniseeritud kaevandamise tehnoloogiat. Tervikute read kambriploki tiibades ei ole risti kogumisstrekiga, vaid nurga all (kuusekujuline), mis tagab tööde suurema efektiivsuse. Lõhkeaukude pikkust on suurendatud kuni 4 m ja lõhkelaengud on suuremad, mis tekitavad suuremaid seismilisi laineid ja vähendavad tervikute püsivust. Tervikute püsivuse tagamiseks on suurendatud arvutustes lõhketööde mõjul kambri seinte purunemise summaarset sügavust 0,6 meetrilt 1,0 meetrini. Kihindi väljamispaksuseks on harilikult 2,8 m, kuid ebapüsiva vahetu lae korral aga 3,8 m. Maapinna vajumine on 0,025 m ja varingu korral kuni 1,5 m [10]. Vastavalt arvutusmetoodikale, on tervikute püsivusarvutustes varutegur 1.1...1,4, mis arvestab geoloogilisi muutusi ja meile teadmata faktoreid [6]. Siinjuures on otstarbekas märkida, et põlevkivikihindi tugevusparameetrid suurenevad sügavuse suurenemisega. See on seotud sellega, et sügavuse suurenedes väheneb põlevkivikihtide kütteväärtus, mis põhjustab kivimi tugevuse suurenemise. Uuringud on näidanud, et terviku tugevus suureneb 1,06 korda iga kümne meetri sügavuse suurenemisel [7]. Tervikute tugevusarvutuste aluseks on nende pikaajaline tugevus (reoloogilised protsessid) [6]. Seega tervikud on arvutatud teatud aja peale, mille jooksul peavad need olema püsivad. Harilikult on tervikute tööeaks võetud 2 aastat, mis on võrdne kambriploki tööeaga. Praktika on näidanud, et enamik väljatöötatud kambreid püsivad varinguteta aastaid, mis sõltub antud koha geoloogilisest ehitusest ja terviku varutegurist. Estonia kaevanduses on tervikute iga arvutatud ajale „lõpmatus“, mis teoreetiliselt peaks garanteerima nende igavese püsivuse. Kamberkaevandamise tehnoloogia nõrgaks küljeks on maapinna oleku määramatus peale mäetööde lõpetamist (stabiilne või kvaasistabiilne). Tegelikud tervikute ja lagede mõõtmed erinevad projektilistest, mis on seotud teostatud tööde kvaliteediga, siis reaalne varutegur erineb projektilisest. Kuna ei ole teada terviku tegelik tugevusvaru ja sellest tulenevalt kambriplokkide varisemise aeg ja koht, siis on seda püütud analüüsida teoreetiliselt ja matemaatilise modelleerimisega [9]. Analüüs näitas, et 20 aasta jooksul tervikud purunevad 32...3,4% tõenäosusega, kui varutegur on 1,1...1,4. Suletud kaevandused on täitunud veega, moodustades allmaaveehoidlaid. See moodustub sademete ja taastuva põhjaveekihi veest. Uppunud kaevandustes on kivimid küllastunud veega ja tervikute kandevõime võib väheneda, mille tulemusena kambriploki varisemise tõenäosus suureneb. Täpsed uuringud selle kohta puuduvad. Vajumid erinevatel maastikel ja erinevate kaevandamistehnoloogiate korral ei ole alati märgatavad [9]. Altkaevandatud maakatte muutumine ei sõltu ainult varingu tüübist ja Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 8/17 kaevandamise sügavusest, vaid ka kvaternaarisetete tüübist ja paksusest, pinnavee tasemest. Analüüs näitas, et 42% vajumislohkudest ei ole üldse märgatavad (ei tekita olulisi muutusi maakattes) ja 20% kambriplokkide varingutest jääb tuvastamata. Täpne prognoos altkaevandatud alade kohta puudub, mis vajab täiendavaid uuringuid. 2.2. Vertikaalsed ja horisontaalsed kaeveõõned Kaevandamistööde käigus rajatakse rida eriotstarbelisi kaeveõõsi, mis on vajalikud mäetööde ettevalmistamise, kaevandamise ja abifunktsioonide (šurfid, šahtid, puuraugud jne) tarbeks. Põlevkivi kattekivimeid läbivad šurfid, šahtid ja puuraugud võivad ohustada põhjavett (Keila- Kukruse veekiht) [5]. Kaevanduse sulgemise käigus tuleb need korralikult sulgeda, tamponeerida. Kaeveõõne suudme kaitseks tuleb luua vettpidav kaitsekiht, et ennetada pinnasevee sattumist kaevandusse. Hiljem katta kaeveõõne suudme ümbrus kasvumullaga ja heakorrastada. On täheldatud suletud kaevanduste vertikaalsete tuulutuskaeveõõnte suudmete avanemist (Kukruse, Tammiku) [6]. Tõenäoliselt suleti nende kaeveõõnte suudmed palkidega ja peale kuhjati pinnast. Aja jooksul palgid mädanesid, purunesid, mille tulemusena langes kaevandusse avause täitematerjal. Avanenud šurfid on suur ohu allikas, sest nende sügavus on üle 10 m. Hiljem need kaevõõned täideti aherainega ja kaeti pinnasega. Käigud (strekid) võivad olla potentsiaalsed lokaalse varingu põhjustajad [2]. Madala lasumi korral võivad sisse kukkuda ka üksikud käigud. Põlevkivikihindi avamuse lähedal tuleb allmaakäikude varinguid ette Ubjast Viivikonnani. Käigu varingu tekkimine on võimalik lasumi kuni 12 m sügavuseni. Nad tekivad pika aja jooksul, mis on küllaltki ohtlikud. Uuringud näitasid, et maa jääb stabiilseks kui kattekivimid käikude peal on paksemad kui 10...12 m [1, 10]. Väiksema paksuse puhul on võimalikud hilisemad varingud. Seega kvaasistabiilne maa tekib käikude (strekkide) peal, kui kattekivimid on õhemad kui 10...12 m. Hilisemad uuringud on kinnitanud saadud tulemusi [2]. Lokaalsed aukvaringud tekivad strekkide (käikude) ja kaevandatud ploki äärte konsoolide piirkonnas. Varing võib ulatuda kuni maapinnani. Altkaevandatud alade problemaatilisteks kohtadeks on laavade ja kambrite kontaktid tervikutega (mäemassiiviga). Nendes piirkondades võivad tekkida tühimikud kaevandatud ja kaevandamata alade vahel. Laavade lõppudes on võimalikud jääkkonsoolide hilisemad murdumised [9]. 2.3. Maapinna püsivus Altkaevandatud alade püsivuse hinnang on raskesti prognoositav, eriti madalate kaevanduste korral. Probleem on aktuaalne nii Eestis kui ka kogu maailmas. Altkaevandatud alade püsivus sõltub paljudest faktoritest, millest osa on teadmata. Arvutus-, hindamis- ja teoreetilised meetodid põhinevad lihtsustatud mudelitel või varem läbiviidud eksperimentidel/vaatlustel, mis annavad küllaltki adekvaatseid tulemusi praktiliste ülesannete lahendamisel. Altkaevandatud alade püsivuse hindamise protsess Eesti tingimustes on küllaltki keeruline, sest maavara on väljatud erinevatel aegadel ja on kasutatud erinevaid kaevandamise tehnoloogiaid. Altkaevandatud alade püsivuse põhiprobleemid [6, 12, 10, 8, 9]: 1. Maapind vajub ühtlaselt. Vertikaalsed maapinna vajumised ei tekita objektidele märgatavaid kahjustusi. Tekivad sulglohud, mis võivad täituda veega. Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 9/17 2. Maapind vajub ebaühtlaselt. Tekib vajumi nõlva kalle, kus peale vertikaalsete deformatsioonide on ka horisontaalsed. Deformatsiooni horisontaalne komponent tekitab tõmbepingeid, mis võivad põhjustada objekti purunemise. 3. Lokaalsed aukvaringud strekkide (käikude) piirkonnas. Altkaevandatud alade problemaatilisteks kohtadeks on ka laavade ja kambrite kontaktid tervikutega (mäemassiiviga). Nendes piirkondades võivad tekkida tühimikud kaevandatud ja kaevandamata alade vahel. Laavade lõppudes on võimalikud jääkkonsoolide hilisemad murdumised [9]. Varing võib ulatuda kuni maapinnani. 4. Karstitsoonides võib ajutise vooluvee olemasolul tühimikest välja kanduda peenem materjal, mille arvel suurenevad karstikoopad ja vastavalt sellele väheneb katendi kandevõime. Karstist põhjustatud varinguid on teada Eesti põlevkivimaardla altkaevandatud aladel. 5. Kui kaevandus on osaliselt või täielikult täitunud jääkveega, siis on teadmata allmaakonstruktsioonide olukord ja tugevus. Selle tulemusena tekib lõhketöödega purustatud kivimite murenemine ja lagunemine, võivad toimuda täiendavad vajumised. Uuringutulemused sellel teemal Eesti põlevkivikaevanduste kohta puuduvad. 6. Maapinna deformatsioonide suurused sõltuvad täitematerjali hulgast ja töö kvaliteedist. Mida vähem täitematerjali kasutati, seda nähtavamad on kaevandamise ilmingud [9]. Alljärgnevalt on esitatud altkaevandatud alade klassifikatsioon [9, 5]. Püsiv maa paikneb kaevanduse mäeeraldisel, kui maavara selle all on jäänud väljamata ja see püsib tervikul. Hoidetervik on jäetud mõne rajatise või ehitise hoidmiseks. Jääktervik aga on jäetud sellel juhul, kui maavara osutus kaevandamiskõlbmatuks (geoloogilised rikked, mahakantud varu jne). Püsiva maa korral ei teki maa vajumist. Piirangud kasutamiseks puuduvad [9]. Langetatud maa tekib alal, kus kaevandamisel ei jäetud tervikuid (kombainkaevandamine), või kui jäeti, siis lühiajalisi, et nad puruneksid kaevandamise ajal, või kui tühimikud täideti täitematerjaliga. Langetatud maa vajub kaevandamise käigus. Selle püsivus sõltub katendi ja kihindi paksuse suhtest, katendi kooslusest, täitematerjali hulgast ja töö kvaliteedist. Eesti põlevkivimaardlas on nendeks aladeks, kus kasutati käsikambreid ja –laavasid, kombainlaavasid, laus- või kihtväljamise katselanke, kambriplokkide katselist varistamist. Langetatud maal võib esineda maa järel- või hilisvajumist. Kasutamisel tuleb silmas pidada maa vajumise võimalikkust ja niiskusrežiimi muutust [9]. Stabiilne maa tekib, kui maa alla on jäetud tervikud. Püsivuse kriteeriumiks on tervikute tugevusvaru ja kaeveõõnte mõõtmed. Kui kaeveõõned on ahtad, siis ei varise need maapinnani. Stabiilne maa vajub kaevandamise ajal kuni paarkümmend mm. Võib esineda ka väiksemat külgliikumist. Suure tõenäosusega stabiilne maa hiljem ei vaju. Võib rajade kergeid ehitisi, maaviljeluses piirangud puuduvad [9]. Maa jääb stabiilseks käikude kohal, kui nende hoidetervikud jäetakse alles ja katendi paksus on üle 10...12 m [1, 10]. Väiksema paksuse korral on võimalikud järel- ja hilisvaringud (kvaasistabiilne maa). Stabiilne maa on põlevkivimaardla osa, kus kamberkaevandamise sügavus on vähem kui 35...45 m [10]. Kvaasistabiilne maa tekib kui lae ülalhoidmiseks kasutatakse tervikuid, täiteriitu jne, mis ei purune kaevandamise ajal, kuid see võib toimuda hiljem. Seega kvaasistabiilne maa käitub Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 10/17 esialgu kui stabiilne, kuid hiljem võib seal esineda maa vajumist ja varinguid. Ehitamine keelatud (lubatud ainult geotehnilise ekspertiisi läbinud projekti alusel) ja maaviljeluses võimalik saagi hävimine [9]. Põlevkivimaardla maa on kvaasistabiilne kambritega kaevandatud alal, kui kaevandamissügavus on suurem kui 35...40 m, langetatud alal vajumismolli perve ja seda ümbritseva püsiva või stabiilse maa vahel (kaevelangi või –ploki alguses ja lõpus), käikude peal, kui katendi paksus on väiksem kui 10...12 m [9]. Kaevandatud maa kvaasistabiilsus on üks peamisi altkaevandatud alaga seotud probleemidest, mis on siiani lahendamata. 2.4. Altkaevandatud maa olukorra hindamine Lähtudes kaevandamise tehnoloogiatest ja maapinna püsivuse klassifikatsioonist on välja töötatud koondtabel, mille alusel on lihtne määrata maapinna olukorda. Tabelis (Tabel 1) on esitatud kõik põhiparameetrid maapinna püsivuse kohta, lähtudes kaevandamise tehnoloogiast. Selle alusel on võimalik hinnata altkaevandatud maa püsivust ja selle kasutamisvõimalusi hoonete, rajatiste ehitamiseks ja põllu- ning metsamajanduslikuks maaviljeluseks. Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 11/17 Tabel 1 Maapinna püsivuse klassifikatsioon [9, 8, 12, 11, 5, 10] Kaevandamise tehnoloogia ja konstruktsioonid Kaevandamis- sügavus (kattekivimite paksus), m Väljamis- paksus, m Maa vajumise sügavus, m Nõlva kaldenurk, ° Püsivuse klass Hoonete, rajatiste ehitamine Põllu- ja metsamajanduslik maaviljelus 1 Paarisstrekkidega 12...15 2,5 ≤0,7 2...3 Langetatud Arvestada maa hilise vajumise võimalikkust ja suurust Arvestada niiskuse- režiimi 2 Paarislaavadega 12...44 2,5 ≤0,9 2...4 Langetatud võimalikku muutust 3 Kombain 10...55 1,5 0,8...1,5 4...7 Langetatud 4 Kamber Kamber (Sundvaristamine) <35...40 >35...40 40...55 2,8 2,8 (3,8**) 2,8 ≤0,025 1,5...2,0 1,5...2,0 0 4...6 4...6 Stabiilne Kvaasistabiilne Kvaasistabiilne Kerged ehitised Keelatud* Keelatud* Piirangud puuduvad Kultuuride hävimise risk Kultuuride hävimise risk 5 Hoidetervikud, mahakantud varu 12...70 0 0 0 Püsiv Piirangud puuduvad Piirangud puuduvad 6 Strekid, käigud Strekid, käigud <10...12 >10...12 3...4 3...4 <10 0 85...90 0 Kvaasistabiilne Stabiilne Keelatud* Kerged ehitised Kultuuride hävimise risk Piirangud puuduvad 7 Konsoolne lagi 12...55 1,5...2,5 0,7...1,0 3...5 Kvaasistabiilne Keelatud* Kultuuride hävimise risk 8 Šurfid, šahtid 10...70 - >10 80...90 Kvaasistabiilne Keelatud* Kultuuride hävimise risk 9 Puuraugud 10...70 - 0 0 Püsiv Piirangud puuduvad Piirangud puuduvad *lubatud erandkorras geotehnilise ekspertiisi alusel; **ebapüsiva lae korral Estonia kaevanduses Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 12/17 2.5. Avakaevandamine Maavarade avakaevandamisega muudetakse oluliselt looduskeskkonda. Kaevandamisega kaasnevad keskkonnamõjud võivad häirida keskkonnakasutust või anda hoopis uued võimalused piirkonna arenguks. Kuni toimuvad mäetööd, on kaevandamisalal piiratud muu tegevus. Kaevandamise lõppemisel aga, alade korrastamise käigus kaevandamisega muudetud maale antakse uus kasutusotstarve – rajatakse metsa- või põllumaad, puhkealad, sõjaväe harjutusväljakud jne. Karjääriväljadel kasutatakse paljandustöödel vaalkaevandamisviisi [11, 12]. Selle kaevandamistehnoloogia korral paigaldatakse katendikivimid karjääri kaevandatud alale sisepuistangusse. Paljandustöödel on kasutusel ekskavaatorid ja buldooserid. Lähtudes tootsa kihindi katendi paksusest, jagatakse tinglikult karjääri kaeveväljad kaheks: 1. Õhukese katendiga, mille paksus on 3...14 m (Vanaküla, Põhja-Kiviõli, Ubja) 2. Paksema katendiga, mille paksus on 14...38 m (Aidu, Narva, Sirgala, Narva II) Katendi paksus määrab paljandustööde ja hilisema tehnilise korrastamise tehnoloogia. 2.5.1. Õhukese katendiga kaeveväli Õhukese katendi korral kivimeid ei kobestata puur-lõhketöödega [11]. Katendi eemaldamiseks või teisaldamiseks kasutatakse ekskavaatoreid, buldoosereid, kallureid ja kombaine. Põllumajandusliku suunitlusega rekultiveerimise korral eemaldatakse esimeses järjekorras kasvumullakiht, metsamajandusliku suunitluse korral aga kasvumullakihti ei eemaldata. 2.5.2. Paksema katendiga kaeveväli Katend teisaldaks kahe alaastanguga: kvaternaarisetted ja kaljused kivimid [11]. Kaljused kivimid on enne teisaldamist kobestatud puur-lõhketöödega. Paksude moreenilademete olemasolul teisaldaks kattekivimid täiendava ala-astanguga. Katenditöödel kasutatakse draglaine. Selle tehnoloogia aluseks on pehmete ja kõvade kivimite selektiivne teisaldamine. Esmalt ammutatakse alumise astme lõhatud kivimid, mis paigutatakse puistangu alumisse ossa. Seejärel aga ülemise astme settekivimid, mis paigutatakse puistangu ülaossa. Niisugune tehnoloogia tagab puistangute püsivuse ja loob soodsad tingimused hilisemaks korrastamiseks. 2.5.3. Puistangute moodustamine ja tehniline rekultiveerimine Puistangute rekultiveerimise kvaliteet sõltub suures osas nende õigest moodustamisest [11, 12]. Põhiline on see, et kivimite puistamise järjekord puistangu ristlõikes peab olema samasugune kui katendikivimite geoloogilisel lõikel ja tehnilise rekultiveerimise käigus neid tasandada vastavalt kasutusotstarbele. Tehniline rekultiveerimine seisneb puistangute tasandamises, nõlvade kujundamises jne sõltuvalt edasise korrastamise suunitlusest. Püstitatud eesmärgi saavutamist alustatakse juba katendi eemaldamise käigus kaevandamisel. Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 13/17 Suuretükilised aluspõhja materjalid peavad sattuma puistangu alumistesse kihtidesse, pealmisse osasse aga muldjad ja settelised materjalid. Esmaseks tasandamiseks kasutatakse draglaine. Teiseseks tasandamiseks kasutatakse aga põhiliselt buldoosereid, mille eesmärgiks on tasandatud puistangute silumine, et valmistada ette pinda bioloogiliseks rekultiveerimiseks. Puistangute tasandamiseks võidakse kasutada ka ekskavaatoreid. Kõik oleneb kohalikest tingimustest. Siinjuures on otstarbekas märkida, et kolme aasta jooksul toimub suurem ebaühtlane vajumine, mille tulemusena võivad tekkida sulglohud. On oht, et need täituvad veega. Põllumajandusliku suunitlusega (tasane ala) tehniline rekultiveerimine peab tagama nõlva kaldenurga <3°. Mullakihi paksuseks on 0,4...0,6 m. Aluskihi paksuseks aga 0,5 m, milles peenmaterjali >25% ja kive <40%. Ei lubata reljeefi kinniseid alasid, sulglohke. Vajadusel veetakse ka täiendavalt kasvumulda. Metsamajandusliku suunitlusega tehnilisel rekultiveerimisel ei toimu viljaka pinnase vedu. Peale esialgset tasandamist ja vajumist antakse maale lõplik väljanägemine. Lainelise maapinna nõlvade kaldenurk peab olema < 8°. Korrastamiskiht paksusega >0,5 m peab sisaldama peent materjali (<1 mm) >25% ja kive (>10 mm) <40%. Veotranšeede nõlvad kujutavad endast kergelt lainjat pinda, mis on moodustunud varikaldenurgaga 35° kvaternaarisetetel ja 40° kobestatud lubjakivil. Pikaajalised uuringud on näidanud, et nõlvade kivimid nihkuvad ainult 2 aasta jooksul pärast puistangu moodustamist (vajumise ajal). Pärast seda on nõlvad püsivad ja kasvavad mõne aasta jooksul loomulikul teel kinni, moodustades kordumatu metsamaastiku. Taimkate tõstab tunduvalt nõlvade püsivust. Vastavalt tehnilistele tingimustele, tuleb veotranšeede nõlvad tasandada kaldenurgani 30°. Selle tingimuse täitmine on kõigis tranšeedes tehnilistel põhjustel võimatu. Spetsialistide hinnangul puudub selleks ka otsene vajadus [11]. Korrastustöödel saadud kogemused on näidanud, et transporditranšeede küljed on kindlad ja erosiooni vastu püsivad ka loomuliku varikaldenurga all. Transporditranšeede nõlvade tasandamist on otstarbekas läbi viia ainult kohtades, kuhu tulevikus plaanitakse puhketsoonid või kaldaäärsed ehitised. Kui tehnilist rekultiveerimist viiakse läbi buldooseriga, siis saab tranšee nõlva tasandada ainult ülevalt alla. Selle tulemusena vajub materjal alla laiali, täites transporditranšee, likvideerides karjääri tehnoloogilise tee. Kui tehnilist rekultiveerimist tehakse draglainiga, siis nõlvade tasandamine kaldenurgani 30° on võimalik. Nõlva tasandatakse ainult ülevalt poolt prognoositavat veepiiri karjääri uppumisel. Äärmiste transporditranšeede nõlvad koosnevad kaljustest kivimitest, mis on püsivad (70°). Nad säilitatakse loomulikus olekus kunstliku geoloogilise paljandina [11]. Tranšee külje ülemisse ossa tehakse ohutuse tagamiseks tõkkevall. Rekultiveeritud maad peavad sulanduma ümbritsevasse maastikku [11, 12]. Eelistatavaks suunaks on metsastamine (tulundusmets). Rekultiveeritud maade täielikumaks kasutamiseks ja inimsõbraliku keskkonna saamiseks on otstarbekas neile anda vee- ja puhkemajanduslik väärtus. Lõplikku maastikukujundust saab teha ainult karjääri sulgemise käigus. Omavalitsused, kelle territooriumil paiknevad karjäärialad, peavad aegsasti määratlema karjääride sulgemise ajaks nende hilisema kasutamissuuna. Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 14/17 3. Kaevandamine aastatel 2000-2014 Ida-Virumaal on aastatel 2000 – 2014 kaevandatud põlevkivi 19 kaevandusest ja karjäärist (Tabel 2). Muutus võrreldes varasema perioodiga on kaevandamissügavuse kasvamine (Tabel 3). Tabel 2 Põlevkivi mäeeraldised aastatel 2000 - 2014 Ida-Virumaal Mäeeraldise nimetus Kaevandamisloa nr Ojamaa põlevkivikaevandus KMIN-055 Sompa kaevandus KMIN-066 Põhja-Kiviõli II põlevkivikarjäär KMIN-105 Põhja-Kiviõli põlevkivikarjäär KMIN-045 Ahtme II kaevandus KMIN-119 Sirgala II põlevkivikarjäär KMIN-087 Sirgala karjäär KMIN-074 Narva karjäär KMIN-073 Tammiku kaevandus KMIN-067 Viru kaevandus KMIN-053 Narva põlevkivikarjäär II KMIN-046 Estonia Kaevandus KMIN-054 Vanaküla karjääriväljad III KMIN-041 Vanaküla V karjääriväli KMIN-059 Vanaküla karjääriväljad KMIN-017 Vanaküla VI karjääriväli KMIN-062 Vanaküla karjääriväljad IV KMIN-052 Aidu karjäär KMIN-075 Uus-Kiviõli kaevandus KMIN-117 Tabel 3 Põlevkivi kaevandamissügavused aastatel 2000 - 2014 Ida-Virumaal Nimi Aastatel 2000-2014 kaevandatud aladel katendi paksus, m Min Keskm Max Aidu karjäär 15 25 22 Narva karjäär 6 33 19 Sirgala karjäär 11 26 20 Estonia kaevandus 48 67 59 Viru kaevandus 33 50 43 Ojamaa kaevandus 28 30 31 Sompa kaevandus 26 30 31 Vanaküla karjääriväljad 2 10 8 Põhja-Kiviõli karjäär 6 10 8 Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 15/17 4. Hinnang planeeringu lahendusele ja ettepanekutele Töö eesmärgiks oli eksperthinnangu koostamine 2001.a kehtestatud Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu esitatud seisukohtadele. Analüüs näitas, et aastatel 2001 – 2014 olulisi muudatusi ei ole toimunud. Allmaakaevandamisel kasutatakse puur- lõhketöödega kamberkaevandamise tehnoloogiat ja avakaevandamisel vaalkaevandamist. Allmaakaevandamisel kasutatakse Estonia kaevanduses alates aastast 2005 pikki lõhkeauke (4 m) ja ebapüsiva lae korral aga kõrgeid lagesid (~3,8 m). Need uued tehnoloogilised protsessid ei mõjuta märgatavalt maapinna püsivust ja püsivusklassi, sest allmaakonstruktsioonide arvutusmetoodikat on moderniseeritud ja tulemusi kontrollitud praktikas. Seega 2001.a kehtestatud lahendused ja planeeringud on kehtivad ega ole oma aktuaalsust kaotanud. Järgnevalt on esitatud uued seisukahad, mis lähtuvad uutest kaevandamise tehnoloogiatest. Tulevikus, üheks perspektiivseks kaevandamise tehnoloogiaks allamaakaevandamisel on kaeveõõnte täitmine täitesegudega. Võimalik on laus- ja osaline täitmine. Täitesegu komponentideks on elektrijaama tuhk ja aheraine killustik. Nende kasutamine võimaldab vähendada tootmisjääkide/jäätmete ladestamise/ladustamise mahtu maapinnal, vähendada keskkonnatasusid ja parandada keskkonna olukorda. Peale selle, täitmise kasutamisel altkaevandatud maa kuulub klassi „stabiilne“, mis võimaldab selle paremat kasutamist rahvamajanduses. Teiseks perspektiivseks kaevandamise tehnoloogiaks on kombainkaevandamine, kusjuures on võimalik kasutada pikaee- ja lühieekombaine. Pikaeekombaini kasutamisel on üheks võtmeküsimuseks lagede juhtimine varistamise või täitmisega. Varistamistehnoloogia kasutamisel deformeerub tunduvalt maapind ja kuulub altkaevandatud alade klassifikatsiooni „langetatud maa“, täitmise korral aga „stabiilne“. Lühieekombainiga allmaakaevandamisel ei muutu maapinna klass (kvaasistabiilne), mida võib võrrelda puur-lõhketöödega kamberkaevandamise tehnoloogiaga. Lisaks on perspektiivne tuhasegude abil karjääripuistangute stabiliseerimine e. karjääride täitmine. Käesoleva töö tulemusena saab öelda, et aastatel 2000-2014 kaevandatud alade kohta kehtivad 2001. aastal kehtestatud Ida-Virumaa põlevkivikaevandamisalade ruumilise planeeringu seisukohad. Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang 5. KASUTATUD MATERJAL 1. Allik, A. 1957. Eesti põlevkivikaevanduste ettevalmistuskaeveõõsi ümbritsevates kivimites mäerõhu nähtusi esile kutsuvad protsessid. Teaduslik-Tehnilise Mäeühingu infobülletään. Jõhvi, lk. 19-45 (vene keeles). 2. Allik, A. Eesti põlevkivi leiupaiga mäerõhu nähtuste mõningate uurimistulemuste kasutamisest praktikas. Mäeühingu Tehnika Bülletään, EVTT Mäeühing. Jõhvi, 1958, lk. 14...26. 3. Kaalman, L. Mäetööd. Tallinn, Tartu, 1950, 577 lk. 4. Lauringson, V., Reier, A. 1981. Eesti NSV maapõuevarad ja nende kasutamine. Perioodika, Tallinn, 94 lk. 5. Liblik, V., Toomik, A., Rätsep, A. 2005. Publikatsioonid: Suletud ja suletavate kaevanduste keskkonnamõju. Keskkond ja põlevkivi kaevandamine Kirde-Eestis. V. Liblik, J.-M. Punning (toimetajad). TLÜ Ökoloogia Instituut, 9, Tallinn, lk. 31 – 52. 6. Maapõueseadus ja selle rakendamise õigusaktid II. 1998. Keskkonna- ja Majandusministeerium. Tallinn, 244 lk. 7. Nikitin, O. Optimization of the room-and-pillar mining technology for oil-shale mines. 2003. Doctoral thesis, Tallinn, 94 pp. 8. Reinsalu, E. 2001. Altkaevandatud maa kasutamise tingimused ja piirangud. Keskkonnatehnika, nr 5, lk 40...43 9. Reinsalu, E., Toomik, A., Valgma, I. 2002. Kaevandatud maa. TTÜ mäeinstituut. Tallinn, 97 lk. 10. Toomik, A. 1999. Allmaakaevandamise mõjud maapinnale ja nende haldamine, kogumik Põlevkivi kaevandamise ja töötlemise keskkonnamõjud Kirde-Eestis, TPÜ Ökoloogia Instituudi publikatsioonid 6/1999, lk 109...129. 11. Maavarade kaevandamine ja puistangute rekultiveerimine Eestis. 2010. Kaar, E., Kiviste, K. (koostajad). Tartu, Eesti Maaülikool, 444 lk. 12. Põlevkivi kaevandamise tehnoloogiate keskkonnamõju prognoos 2016-2030. 2013. Lep. 13056. Tallinn, Tallinna Tehnikaülikool, 153 lk. 13. Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade piirkonna ruumiline planeering. 2001. Ida-Viru Maavalitsus, 27 lk.
txt: IDA-VIRUMAA PÕLEVKIVI KAEVANDAMISALADE RUUMILISE PLANEERINGU HINNANG September 2014 KINNITAN Instituudi direktor Ingo Valgma IDA-VIRUMAA PÕLEVKIVI KAEVANDAMISALADE RUUMILISE PLANEERINGU HINNANG Lep14060 Vastutav täitja: Vivika Väizene Tallinn 2014 Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 2/17 SISUKORD SISUKORD............................................................................................................................................................ 2 1. SISSEJUHATUS.......................................................................................................................................... 4 1.1. HINNANGU EESMÄRK ............................................................................................................................. 4 1.2. MÕISTED ................................................................................................................................................ 4 2. PÕLEVKIVIMAARDLAS KASUTATUD KAEVANDAMISTEHNOLOOGIAD .............................. 5 2.1. ALLMAAKAEVANDAMINE....................................................................................................................... 5 2.1.1. Paarisstrekkidega (käsikambrid) kaevandamine .......................................................................... 5 2.1.2. Paarislaavadega (käsilaavad) kaevandamine .............................................................................. 6 2.1.3. Kombainkaevandamine................................................................................................................. 6 2.1.4. Kamberkaevandamine .................................................................................................................. 6 2.2. VERTIKAALSED JA HORISONTAALSED KAEVEÕÕNED.............................................................................. 8 2.3. MAAPINNA PÜSIVUS ............................................................................................................................... 8 2.4. ALTKAEVANDATUD MAA OLUKORRA HINDAMINE................................................................................ 10 2.5. AVAKAEVANDAMINE ........................................................................................................................... 12 2.5.1. Õhukese katendiga kaeveväli...................................................................................................... 12 2.5.2. Paksema katendiga kaeveväli ..................................................................................................... 12 2.5.3. Puistangute moodustamine ja tehniline rekultiveerimine ........................................................... 12 3. KAEVANDAMINE AASTATEL 2000-2014........................................................................................... 14 4. HINNANG PLANEERINGU LAHENDUSELE JA ETTEPANEKUTELE........................................ 15 5. KASUTATUD MATERJAL..................................................................................................................... 16 6. LISAD......................................................................................................................................................... 17 TABELID Tabel 1 Maapinna püsivuse klassifikatsioon [9, 8, 12, 11, 5, 10]............................................ 11 Tabel 2 Põlevkivi mäeeraldised aastatel 2000 - 2014 Ida-Virumaal ....................................... 14 Tabel 3 Põlevkivi kaevandamissügavused aastatel 2000 - 2014 Ida-Virumaal....................... 14 JOONISED Joonis 1. Põlevkivi kaevandamise kohad Ida-Virumaal aastatel 2000-2014 ........................... 17 Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 3/17 TELLIJA: Ida-Viru Maavalitus Keskväljaku 1, 41594 Jõhvi Registrikood: 70001449 Tel: +372 332 1201 E-mail: info@ida-viru.maavalitsus.ee TÄITJA: Tallinna Tehnikaülikooli Mäeinstituut Ehitajate tee 5, 19086 Tallinn Registrikood: 74000323 Tel. 6203 850 Arveldusarve nr. 10052037382001 SEB Vivika Väizene Vastutav täitja Jüri Pastarus Põhitäitja Ingo Valgma Põhitäitja Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 4/17 1. SISSEJUHATUS 1.1. Hinnangu eesmärk Käesoleva töö objekt on eksperthinnangu koostamine 2001. aastal kehtestatud Ida-Virumaa põlevkivikaevandamisalade ruumilise planeeringu lahendusele ja planeeringu ettepanekutele [16]. Hinnangus on välja toodud, millised planeeringus esitatud seisukohad on tänaseks aktuaalsuse kaotanud, millised on uued seisukohad ja millised teemad vajaksid täiendavat analüüsi. Analüüsitakse (kvaasistabiilsetele) kaevandusaladele ehitamistingimuste seadmist ja ammendatud karjäärialade taaskasutusvõimalusi. Koostatud on kaardimaterjal Ida-Virumaal asuvate põlevkivi kaevandamisalade kohta aastatel 2000-2014 koos kaevandamistehnoloogia ja geoloogilise infoga. 1.2. Mõisted Mäendusmõistete selgitusi on soovitav vaadata aadressilt: http://mi.ttu.ee/opik/ [14]. Kaevandamismoodus – kaevandamise koht maapinna suhtes. Pealmaakaevandamine/avakaevandamine, allmaakaevandamine, allveekaevandamine. Kaevandamistehnoloogia – mäetööde protsesside kogum. Kaevandamisviis – näitab kuidas kaevandatakse ja viitab põhikaeveõõnele või -protsessidele. Kamber-, laava-, kombainkaevandamine (lank-, umbkaevandamine) jne allmaakaevandamisel. Vaal-, aukkaevandamine jne avakaevandamisel. Kaevandus – allmaakaevandus, kaevandatakse maa all. Kamber – ruudu- või ristkülikukujuline kaeveõõs allmaakaevandamisel. Karjäär – maapealne kaevandamiskoht. Pinnakate – kobedad/purdsetted, kvaternaarisetted. Puurauk – väikese ristlõikepindalaga vertikaalne kaeveõõs (Ø<0,5 m). Raimamine – kivimi purustamine või eraldamine massiivist. Strekk – ristküliku- või trapetsikujuline horisontaalne kaeveõõs allmaakaevandamisel. Šaht – ringi- või ristkülikukujuline, suure ristlõikepindalaga vertikaalne kaeveõõs. Šurf – ringi- või ruudukujuline, väikese ristlõikepindalaga vertikaalne kaeveõõs. Tervik – maapõue jäetud kivimimassiivist koosnev all- või pealmaakonstruktsioon millegi hoidmiseks. Tootuskihind – kaevandamisväärne põlevkivikihind. Tranšee (kaevik) – trapetsikujulise ristlõikega horisontaalne kaeveõõs avakaevandamisel. Vajum – allmaatööde tulemusel maapinnal tekkinud nõgu. Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 5/17 2. Põlevkivimaardlas kasutatud kaevandamistehnoloogiad 2.1. Allmaakaevandamine Allmaakaevandamisel on Eesti põlevkivimaardlas kasutatud mitmeid kaevandamise tehnoloogiaid. See on seotud kaevanduste moderniseerimisega ja parimate kaevandamistehnoloogiate evitamisega, mis on aga erinevate parameetritega (väljatava kihindi (tootuskihindi) paksus ja sügavus, laekäitlus, mäerõhu juhtimine jne). Kasutatud ja kasutatavad kaevandamistehnoloogiad Eesti põlevkivimaardlas [9, 5]: 1. Paarisstrekkidega (ruum-tervikkaevandamine) kaevandamine. Lagi toetub täitemassiivile. 2. Paarislaavadega (käsilaavad) kaevandamine. Lagi toetub täiteribadele. 3. Kombainkaevandamine. Lagi varistatakse. 4. Kambritega kaevandamine. Lagi toetub tervikutele. Paarisstrekkidega ja paarislaavadega kaevandamise tehnoloogia oli kasutusel 30 aastat. Raske käsitöö suur maht, madal tööviljakus ja suured põlevkivikaod on põhjuseks, miks need kaevandamise tehnoloogiad vajasid alternatiivseid variante. 1960-nendatel aastatel evitati puur-lõhketöödega ja sammastervikutega kamberkaevandamise tehnoloogia, mis on kasutusel tänapäevani. Kasutatud tehnoloogia on küllaltki efektiivne, kuid iseloomustatakse suurte kadudega tervikutes, mäetööde organiseerimise keerukusega ja püsivuse probleemidega (stabiilne või kvaasistabiilne maa). 1970-nendatel aastatel töötati välja ja evitati kombainkaevandamise tehnoloogia mis kasutati kuni 2000. aastani. Seda tehnoloogiat iseloomustati küllaltki suurte põlevkivikadudega ja tekkisid probleemid raskesti varistatavate lagede juhtimisega. Kasutatud tehnika ei võimaldanud edukalt kasutada seda tehnoloogiat. Tänapäeval käivad uuringud kombainkaevandamise tehnoloogia evitamiseks uuel tasemel. 2.1.1. Paarisstrekkidega (käsikambrid) kaevandamine Kasutatud paarisstrekkidega kaevandamise tehnoloogia on sisuliselt kamberkaevandamine [3]. Kambrid rajati paneelstrekist kas ühele või mõlemale poole. Kambrite laiuseks oli 12 – 30 m, maksimaalseks pikkuseks kuni 300 m. Kaevise väljamiseks kambrites kasutati puur- lõhketöid (lausväljamine). Põlevkivi laaditi käsitsi vagonettidesse. Väljatava kihindi vahekihtidest saadav lubjakivi paigutati väljatud alasse täiteriidana, mis oli ette nähtud lae toestamiseks. Täiteriida mõlemale poole jäeti koristusstrekid laiusega 1,5 – 2 m, mida kasutati inimeste liikumiseks ja põlevkivi transpordiks. Kõiki töid ee-rinnas viidi läbi käsitsi, välja arvatud puurimine. Kambrite väljamiseks kasutati umb- ja lankkaevandamisviisi kombinatsiooni. Esimeses etapis väljati kambrid üle ühe, mille vahele jäi tervik laiusega 12 – 30 m. Väljatud kambrite lae toestamiseks kasutati täiteriitu. Järgnevalt väljati kambrite vahel olev tervik ja lage toestas täiteriit. Peale ploki väljamist kustutatakse paneelstrekk – väljati tervikud ja laoti täiteriidad. Kvaliteetsete täideriitade korral on tagatud küllaltki hea maapinna püsivus, kusjuures maa vajumise sügavus ei ületa 0,7 m [10]. Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 6/17 2.1.2. Paarislaavadega (käsilaavad) kaevandamine Selle kaevandamisviisi puhul lank jagatakse kogumisstrekiga kaheks osaks – paremaks ja vasakuks tiivaks [4]. Ee-rinna pikkuseks on 90 m. Langi pikkus on kuni 600 m. Lae ülalhoidmiseks kasutati metalltugesid ja põlevkivi transpordiks kraapkonveierit. Põlevkivikihind väljati puur-lõhketöödega, kihid A kuni E kogupaksusega 2,3 m. Üheaegselt põlevkivi laadimisega laavas asuvale kraapkonveierile, eraldati mäemassist lubjakivitükid ja laoti sellest täiteriidad kaevandatud alasse lae sujuvaks langetamiseks. Neid 4...6 m laiusi pidevalt pikenevaid riitu on ühe laava kohta kümmekond. Täiteriitade vahekaugus on orienteeruvalt 2 m. Kogumisstreki toestamiseks kasutatakse riittoestikku, mis seest täideti lubjakivi tükkidega. Lae langetamise esialgne samm on umbes 15 m ja järgnevad, perioodiliselt korduvad sammud ee-rinna edasiliikumisel 5...7 m, mis määravad põhilae järelvajumissammu (murduvate kattekivimite pikkus). Laava ee-rinna edasi liikudes lagi langetati sujuvalt laotud lubjakivi riitadele. Lae langetamisel kaasnes maapinna vajumine kuni 0,9 m (mõne kuu jooksul) ja järelvajumine 10...20 cm järgneva 2...4 aasta jooksul [10]. Hilisvajumised ei oma enam praktilist tähtsust. Pärast seda perioodi võib seda maapinda lugeda deformeerituks ja ka püsivaks. Hilisvajumised on üldjuhul võimalikud vaid siis, kui maapinnale lisandub suurem lisakoormus. Väga pika aja jooksul, vee olemasolul, võivad toimuda täiteribade füüsikalis-mehaaniliste parameetrite muutused. Selle protsessi tulemusena täiteribad tihenevad, mis põhjustavad maapinna täiendava vajumise. Laavade lõppudes on võimalikud jääkkonsoolide hilisemad murdumised [9]. Langetatud aladele on ehitatud hooned, mis on vajunud suhteliselt ühtlaselt 3...8 cm, kusjuures on vundamentide rajamisel kasutatud spetsiaalmeetmeid. 2.1.3. Kombainkaevandamine 1970-nendatel aastatel töötati välja kombainkaevandamise tehnoloogia lae täieliku varistamisega [4]. Kuigi põlevkivikaod kombainkaevandamisel moodustasid ligi 50%, osutus see kasutatavaks aladel, kus teiste kaevandamistehnoloogiate kasutamine halbade laetingimuste tõttu oli praktiliselt võimatu. Kombainkaevandamisel kasutati laavasid laiusega 150 – 170 m ja pikkusega 600 – 800 m. Kihindi väljamiseks kasutati kitsahaardelist kombaini haardelaiusega 0,63 m. Kombain liigub laavas kraapkonveieri raamil ja raimab põlevkivikihindit ning samal ajal laadib kaevise konveierile. 3 m laiuses ee-rinnas hoitakse lagi üleval hüdrauliliste tugede abil (ee-rinna ja murdetoestik). Pärast kombaini töötsükli lõppemist toimub konveieri, ee-rinna ja murdetoestiku edasinihutamine, mille tulemusena varisevad laekivimid murdetoestiku taga. Arvestades väljatud ala suurust, varingud ulatuvad maapinnani, kusjuures maa vajumise sügavus on 0,8...1,5 m [10]. 2.1.4. Kamberkaevandamine 60-nendatel aastatel evitati sammastervikutega ja puur-lõhketöödega kamberkaevandamise tehnoloogia [4]. See sarnaneb paarislaavadega kaevandamise tehnoloogiale, kuid kaevuri Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 7/17 tööviljakus on 4 – 5 korda suurem. Vaatamata selle efektiivsusele, iseloomustatakse seda tööde organiseerimise keerukusega ja küllaltki suurte kadudega tervikutes, mis on 25 – 40% sõltuvalt kaevandussügavusest. Kambriplokk laiusega 300 – 400 m ja pikkusega 600 – 800 m on jagatud kogumisstrekiga paremaks ja vasakuks tiivaks. Tervikute read kambriploki tiibades on risti kogumisstrekiga. Kamberkaevandamise tehnoloogia korral väljatakse kihid A-st kuni F-ni, mis tagab kambri kõrguse 2,8 m. Ristküliku-kujulised tervikud tagavad põhilae püsivuse. Vahetu lae toestamiseks kasutatakse ankurtoestikku. Põhilisteks tööoperatsioonideks kambrites on soonimine, lõhkeaukude puurimine, lõhketööd, kaevise laadimine konveierile ja toestamine. Lõhkeaukude pikkuseks (kambri edasinihe) on harilikult 2 m. Tööde organiseerimine kambriplokis on küllaltki keerukas, eriti just suure lõhketööde mahu ja laadimisprotsessi tõttu. Raskusi tekitab ristkambrite läbindamine ja kaevise laadimine. Seoses tööde mehhaniseerimisega ja uute mäemasinate kasutuselevõtmisega on Estonia kaevanduses moderniseeritud kaevandamise tehnoloogiat. Tervikute read kambriploki tiibades ei ole risti kogumisstrekiga, vaid nurga all (kuusekujuline), mis tagab tööde suurema efektiivsuse. Lõhkeaukude pikkust on suurendatud kuni 4 m ja lõhkelaengud on suuremad, mis tekitavad suuremaid seismilisi laineid ja vähendavad tervikute püsivust. Tervikute püsivuse tagamiseks on suurendatud arvutustes lõhketööde mõjul kambri seinte purunemise summaarset sügavust 0,6 meetrilt 1,0 meetrini. Kihindi väljamispaksuseks on harilikult 2,8 m, kuid ebapüsiva vahetu lae korral aga 3,8 m. Maapinna vajumine on 0,025 m ja varingu korral kuni 1,5 m [10]. Vastavalt arvutusmetoodikale, on tervikute püsivusarvutustes varutegur 1.1...1,4, mis arvestab geoloogilisi muutusi ja meile teadmata faktoreid [6]. Siinjuures on otstarbekas märkida, et põlevkivikihindi tugevusparameetrid suurenevad sügavuse suurenemisega. See on seotud sellega, et sügavuse suurenedes väheneb põlevkivikihtide kütteväärtus, mis põhjustab kivimi tugevuse suurenemise. Uuringud on näidanud, et terviku tugevus suureneb 1,06 korda iga kümne meetri sügavuse suurenemisel [7]. Tervikute tugevusarvutuste aluseks on nende pikaajaline tugevus (reoloogilised protsessid) [6]. Seega tervikud on arvutatud teatud aja peale, mille jooksul peavad need olema püsivad. Harilikult on tervikute tööeaks võetud 2 aastat, mis on võrdne kambriploki tööeaga. Praktika on näidanud, et enamik väljatöötatud kambreid püsivad varinguteta aastaid, mis sõltub antud koha geoloogilisest ehitusest ja terviku varutegurist. Estonia kaevanduses on tervikute iga arvutatud ajale „lõpmatus“, mis teoreetiliselt peaks garanteerima nende igavese püsivuse. Kamberkaevandamise tehnoloogia nõrgaks küljeks on maapinna oleku määramatus peale mäetööde lõpetamist (stabiilne või kvaasistabiilne). Tegelikud tervikute ja lagede mõõtmed erinevad projektilistest, mis on seotud teostatud tööde kvaliteediga, siis reaalne varutegur erineb projektilisest. Kuna ei ole teada terviku tegelik tugevusvaru ja sellest tulenevalt kambriplokkide varisemise aeg ja koht, siis on seda püütud analüüsida teoreetiliselt ja matemaatilise modelleerimisega [9]. Analüüs näitas, et 20 aasta jooksul tervikud purunevad 32...3,4% tõenäosusega, kui varutegur on 1,1...1,4. Suletud kaevandused on täitunud veega, moodustades allmaaveehoidlaid. See moodustub sademete ja taastuva põhjaveekihi veest. Uppunud kaevandustes on kivimid küllastunud veega ja tervikute kandevõime võib väheneda, mille tulemusena kambriploki varisemise tõenäosus suureneb. Täpsed uuringud selle kohta puuduvad. Vajumid erinevatel maastikel ja erinevate kaevandamistehnoloogiate korral ei ole alati märgatavad [9]. Altkaevandatud maakatte muutumine ei sõltu ainult varingu tüübist ja Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 8/17 kaevandamise sügavusest, vaid ka kvaternaarisetete tüübist ja paksusest, pinnavee tasemest. Analüüs näitas, et 42% vajumislohkudest ei ole üldse märgatavad (ei tekita olulisi muutusi maakattes) ja 20% kambriplokkide varingutest jääb tuvastamata. Täpne prognoos altkaevandatud alade kohta puudub, mis vajab täiendavaid uuringuid. 2.2. Vertikaalsed ja horisontaalsed kaeveõõned Kaevandamistööde käigus rajatakse rida eriotstarbelisi kaeveõõsi, mis on vajalikud mäetööde ettevalmistamise, kaevandamise ja abifunktsioonide (šurfid, šahtid, puuraugud jne) tarbeks. Põlevkivi kattekivimeid läbivad šurfid, šahtid ja puuraugud võivad ohustada põhjavett (Keila- Kukruse veekiht) [5]. Kaevanduse sulgemise käigus tuleb need korralikult sulgeda, tamponeerida. Kaeveõõne suudme kaitseks tuleb luua vettpidav kaitsekiht, et ennetada pinnasevee sattumist kaevandusse. Hiljem katta kaeveõõne suudme ümbrus kasvumullaga ja heakorrastada. On täheldatud suletud kaevanduste vertikaalsete tuulutuskaeveõõnte suudmete avanemist (Kukruse, Tammiku) [6]. Tõenäoliselt suleti nende kaeveõõnte suudmed palkidega ja peale kuhjati pinnast. Aja jooksul palgid mädanesid, purunesid, mille tulemusena langes kaevandusse avause täitematerjal. Avanenud šurfid on suur ohu allikas, sest nende sügavus on üle 10 m. Hiljem need kaevõõned täideti aherainega ja kaeti pinnasega. Käigud (strekid) võivad olla potentsiaalsed lokaalse varingu põhjustajad [2]. Madala lasumi korral võivad sisse kukkuda ka üksikud käigud. Põlevkivikihindi avamuse lähedal tuleb allmaakäikude varinguid ette Ubjast Viivikonnani. Käigu varingu tekkimine on võimalik lasumi kuni 12 m sügavuseni. Nad tekivad pika aja jooksul, mis on küllaltki ohtlikud. Uuringud näitasid, et maa jääb stabiilseks kui kattekivimid käikude peal on paksemad kui 10...12 m [1, 10]. Väiksema paksuse puhul on võimalikud hilisemad varingud. Seega kvaasistabiilne maa tekib käikude (strekkide) peal, kui kattekivimid on õhemad kui 10...12 m. Hilisemad uuringud on kinnitanud saadud tulemusi [2]. Lokaalsed aukvaringud tekivad strekkide (käikude) ja kaevandatud ploki äärte konsoolide piirkonnas. Varing võib ulatuda kuni maapinnani. Altkaevandatud alade problemaatilisteks kohtadeks on laavade ja kambrite kontaktid tervikutega (mäemassiiviga). Nendes piirkondades võivad tekkida tühimikud kaevandatud ja kaevandamata alade vahel. Laavade lõppudes on võimalikud jääkkonsoolide hilisemad murdumised [9]. 2.3. Maapinna püsivus Altkaevandatud alade püsivuse hinnang on raskesti prognoositav, eriti madalate kaevanduste korral. Probleem on aktuaalne nii Eestis kui ka kogu maailmas. Altkaevandatud alade püsivus sõltub paljudest faktoritest, millest osa on teadmata. Arvutus-, hindamis- ja teoreetilised meetodid põhinevad lihtsustatud mudelitel või varem läbiviidud eksperimentidel/vaatlustel, mis annavad küllaltki adekvaatseid tulemusi praktiliste ülesannete lahendamisel. Altkaevandatud alade püsivuse hindamise protsess Eesti tingimustes on küllaltki keeruline, sest maavara on väljatud erinevatel aegadel ja on kasutatud erinevaid kaevandamise tehnoloogiaid. Altkaevandatud alade püsivuse põhiprobleemid [6, 12, 10, 8, 9]: 1. Maapind vajub ühtlaselt. Vertikaalsed maapinna vajumised ei tekita objektidele märgatavaid kahjustusi. Tekivad sulglohud, mis võivad täituda veega. Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 9/17 2. Maapind vajub ebaühtlaselt. Tekib vajumi nõlva kalle, kus peale vertikaalsete deformatsioonide on ka horisontaalsed. Deformatsiooni horisontaalne komponent tekitab tõmbepingeid, mis võivad põhjustada objekti purunemise. 3. Lokaalsed aukvaringud strekkide (käikude) piirkonnas. Altkaevandatud alade problemaatilisteks kohtadeks on ka laavade ja kambrite kontaktid tervikutega (mäemassiiviga). Nendes piirkondades võivad tekkida tühimikud kaevandatud ja kaevandamata alade vahel. Laavade lõppudes on võimalikud jääkkonsoolide hilisemad murdumised [9]. Varing võib ulatuda kuni maapinnani. 4. Karstitsoonides võib ajutise vooluvee olemasolul tühimikest välja kanduda peenem materjal, mille arvel suurenevad karstikoopad ja vastavalt sellele väheneb katendi kandevõime. Karstist põhjustatud varinguid on teada Eesti põlevkivimaardla altkaevandatud aladel. 5. Kui kaevandus on osaliselt või täielikult täitunud jääkveega, siis on teadmata allmaakonstruktsioonide olukord ja tugevus. Selle tulemusena tekib lõhketöödega purustatud kivimite murenemine ja lagunemine, võivad toimuda täiendavad vajumised. Uuringutulemused sellel teemal Eesti põlevkivikaevanduste kohta puuduvad. 6. Maapinna deformatsioonide suurused sõltuvad täitematerjali hulgast ja töö kvaliteedist. Mida vähem täitematerjali kasutati, seda nähtavamad on kaevandamise ilmingud [9]. Alljärgnevalt on esitatud altkaevandatud alade klassifikatsioon [9, 5]. Püsiv maa paikneb kaevanduse mäeeraldisel, kui maavara selle all on jäänud väljamata ja see püsib tervikul. Hoidetervik on jäetud mõne rajatise või ehitise hoidmiseks. Jääktervik aga on jäetud sellel juhul, kui maavara osutus kaevandamiskõlbmatuks (geoloogilised rikked, mahakantud varu jne). Püsiva maa korral ei teki maa vajumist. Piirangud kasutamiseks puuduvad [9]. Langetatud maa tekib alal, kus kaevandamisel ei jäetud tervikuid (kombainkaevandamine), või kui jäeti, siis lühiajalisi, et nad puruneksid kaevandamise ajal, või kui tühimikud täideti täitematerjaliga. Langetatud maa vajub kaevandamise käigus. Selle püsivus sõltub katendi ja kihindi paksuse suhtest, katendi kooslusest, täitematerjali hulgast ja töö kvaliteedist. Eesti põlevkivimaardlas on nendeks aladeks, kus kasutati käsikambreid ja –laavasid, kombainlaavasid, laus- või kihtväljamise katselanke, kambriplokkide katselist varistamist. Langetatud maal võib esineda maa järel- või hilisvajumist. Kasutamisel tuleb silmas pidada maa vajumise võimalikkust ja niiskusrežiimi muutust [9]. Stabiilne maa tekib, kui maa alla on jäetud tervikud. Püsivuse kriteeriumiks on tervikute tugevusvaru ja kaeveõõnte mõõtmed. Kui kaeveõõned on ahtad, siis ei varise need maapinnani. Stabiilne maa vajub kaevandamise ajal kuni paarkümmend mm. Võib esineda ka väiksemat külgliikumist. Suure tõenäosusega stabiilne maa hiljem ei vaju. Võib rajade kergeid ehitisi, maaviljeluses piirangud puuduvad [9]. Maa jääb stabiilseks käikude kohal, kui nende hoidetervikud jäetakse alles ja katendi paksus on üle 10...12 m [1, 10]. Väiksema paksuse korral on võimalikud järel- ja hilisvaringud (kvaasistabiilne maa). Stabiilne maa on põlevkivimaardla osa, kus kamberkaevandamise sügavus on vähem kui 35...45 m [10]. Kvaasistabiilne maa tekib kui lae ülalhoidmiseks kasutatakse tervikuid, täiteriitu jne, mis ei purune kaevandamise ajal, kuid see võib toimuda hiljem. Seega kvaasistabiilne maa käitub Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 10/17 esialgu kui stabiilne, kuid hiljem võib seal esineda maa vajumist ja varinguid. Ehitamine keelatud (lubatud ainult geotehnilise ekspertiisi läbinud projekti alusel) ja maaviljeluses võimalik saagi hävimine [9]. Põlevkivimaardla maa on kvaasistabiilne kambritega kaevandatud alal, kui kaevandamissügavus on suurem kui 35...40 m, langetatud alal vajumismolli perve ja seda ümbritseva püsiva või stabiilse maa vahel (kaevelangi või –ploki alguses ja lõpus), käikude peal, kui katendi paksus on väiksem kui 10...12 m [9]. Kaevandatud maa kvaasistabiilsus on üks peamisi altkaevandatud alaga seotud probleemidest, mis on siiani lahendamata. 2.4. Altkaevandatud maa olukorra hindamine Lähtudes kaevandamise tehnoloogiatest ja maapinna püsivuse klassifikatsioonist on välja töötatud koondtabel, mille alusel on lihtne määrata maapinna olukorda. Tabelis (Tabel 1) on esitatud kõik põhiparameetrid maapinna püsivuse kohta, lähtudes kaevandamise tehnoloogiast. Selle alusel on võimalik hinnata altkaevandatud maa püsivust ja selle kasutamisvõimalusi hoonete, rajatiste ehitamiseks ja põllu- ning metsamajanduslikuks maaviljeluseks. Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 11/17 Tabel 1 Maapinna püsivuse klassifikatsioon [9, 8, 12, 11, 5, 10] Kaevandamise tehnoloogia ja konstruktsioonid Kaevandamis- sügavus (kattekivimite paksus), m Väljamis- paksus, m Maa vajumise sügavus, m Nõlva kaldenurk, ° Püsivuse klass Hoonete, rajatiste ehitamine Põllu- ja metsamajanduslik maaviljelus 1 Paarisstrekkidega 12...15 2,5 ≤0,7 2...3 Langetatud Arvestada maa hilise vajumise võimalikkust ja suurust Arvestada niiskuse- režiimi 2 Paarislaavadega 12...44 2,5 ≤0,9 2...4 Langetatud võimalikku muutust 3 Kombain 10...55 1,5 0,8...1,5 4...7 Langetatud 4 Kamber Kamber (Sundvaristamine) <35...40 >35...40 40...55 2,8 2,8 (3,8**) 2,8 ≤0,025 1,5...2,0 1,5...2,0 0 4...6 4...6 Stabiilne Kvaasistabiilne Kvaasistabiilne Kerged ehitised Keelatud* Keelatud* Piirangud puuduvad Kultuuride hävimise risk Kultuuride hävimise risk 5 Hoidetervikud, mahakantud varu 12...70 0 0 0 Püsiv Piirangud puuduvad Piirangud puuduvad 6 Strekid, käigud Strekid, käigud <10...12 >10...12 3...4 3...4 <10 0 85...90 0 Kvaasistabiilne Stabiilne Keelatud* Kerged ehitised Kultuuride hävimise risk Piirangud puuduvad 7 Konsoolne lagi 12...55 1,5...2,5 0,7...1,0 3...5 Kvaasistabiilne Keelatud* Kultuuride hävimise risk 8 Šurfid, šahtid 10...70 - >10 80...90 Kvaasistabiilne Keelatud* Kultuuride hävimise risk 9 Puuraugud 10...70 - 0 0 Püsiv Piirangud puuduvad Piirangud puuduvad *lubatud erandkorras geotehnilise ekspertiisi alusel; **ebapüsiva lae korral Estonia kaevanduses Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 12/17 2.5. Avakaevandamine Maavarade avakaevandamisega muudetakse oluliselt looduskeskkonda. Kaevandamisega kaasnevad keskkonnamõjud võivad häirida keskkonnakasutust või anda hoopis uued võimalused piirkonna arenguks. Kuni toimuvad mäetööd, on kaevandamisalal piiratud muu tegevus. Kaevandamise lõppemisel aga, alade korrastamise käigus kaevandamisega muudetud maale antakse uus kasutusotstarve – rajatakse metsa- või põllumaad, puhkealad, sõjaväe harjutusväljakud jne. Karjääriväljadel kasutatakse paljandustöödel vaalkaevandamisviisi [11, 12]. Selle kaevandamistehnoloogia korral paigaldatakse katendikivimid karjääri kaevandatud alale sisepuistangusse. Paljandustöödel on kasutusel ekskavaatorid ja buldooserid. Lähtudes tootsa kihindi katendi paksusest, jagatakse tinglikult karjääri kaeveväljad kaheks: 1. Õhukese katendiga, mille paksus on 3...14 m (Vanaküla, Põhja-Kiviõli, Ubja) 2. Paksema katendiga, mille paksus on 14...38 m (Aidu, Narva, Sirgala, Narva II) Katendi paksus määrab paljandustööde ja hilisema tehnilise korrastamise tehnoloogia. 2.5.1. Õhukese katendiga kaeveväli Õhukese katendi korral kivimeid ei kobestata puur-lõhketöödega [11]. Katendi eemaldamiseks või teisaldamiseks kasutatakse ekskavaatoreid, buldoosereid, kallureid ja kombaine. Põllumajandusliku suunitlusega rekultiveerimise korral eemaldatakse esimeses järjekorras kasvumullakiht, metsamajandusliku suunitluse korral aga kasvumullakihti ei eemaldata. 2.5.2. Paksema katendiga kaeveväli Katend teisaldaks kahe alaastanguga: kvaternaarisetted ja kaljused kivimid [11]. Kaljused kivimid on enne teisaldamist kobestatud puur-lõhketöödega. Paksude moreenilademete olemasolul teisaldaks kattekivimid täiendava ala-astanguga. Katenditöödel kasutatakse draglaine. Selle tehnoloogia aluseks on pehmete ja kõvade kivimite selektiivne teisaldamine. Esmalt ammutatakse alumise astme lõhatud kivimid, mis paigutatakse puistangu alumisse ossa. Seejärel aga ülemise astme settekivimid, mis paigutatakse puistangu ülaossa. Niisugune tehnoloogia tagab puistangute püsivuse ja loob soodsad tingimused hilisemaks korrastamiseks. 2.5.3. Puistangute moodustamine ja tehniline rekultiveerimine Puistangute rekultiveerimise kvaliteet sõltub suures osas nende õigest moodustamisest [11, 12]. Põhiline on see, et kivimite puistamise järjekord puistangu ristlõikes peab olema samasugune kui katendikivimite geoloogilisel lõikel ja tehnilise rekultiveerimise käigus neid tasandada vastavalt kasutusotstarbele. Tehniline rekultiveerimine seisneb puistangute tasandamises, nõlvade kujundamises jne sõltuvalt edasise korrastamise suunitlusest. Püstitatud eesmärgi saavutamist alustatakse juba katendi eemaldamise käigus kaevandamisel. Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 13/17 Suuretükilised aluspõhja materjalid peavad sattuma puistangu alumistesse kihtidesse, pealmisse osasse aga muldjad ja settelised materjalid. Esmaseks tasandamiseks kasutatakse draglaine. Teiseseks tasandamiseks kasutatakse aga põhiliselt buldoosereid, mille eesmärgiks on tasandatud puistangute silumine, et valmistada ette pinda bioloogiliseks rekultiveerimiseks. Puistangute tasandamiseks võidakse kasutada ka ekskavaatoreid. Kõik oleneb kohalikest tingimustest. Siinjuures on otstarbekas märkida, et kolme aasta jooksul toimub suurem ebaühtlane vajumine, mille tulemusena võivad tekkida sulglohud. On oht, et need täituvad veega. Põllumajandusliku suunitlusega (tasane ala) tehniline rekultiveerimine peab tagama nõlva kaldenurga <3°. Mullakihi paksuseks on 0,4...0,6 m. Aluskihi paksuseks aga 0,5 m, milles peenmaterjali >25% ja kive <40%. Ei lubata reljeefi kinniseid alasid, sulglohke. Vajadusel veetakse ka täiendavalt kasvumulda. Metsamajandusliku suunitlusega tehnilisel rekultiveerimisel ei toimu viljaka pinnase vedu. Peale esialgset tasandamist ja vajumist antakse maale lõplik väljanägemine. Lainelise maapinna nõlvade kaldenurk peab olema < 8°. Korrastamiskiht paksusega >0,5 m peab sisaldama peent materjali (<1 mm) >25% ja kive (>10 mm) <40%. Veotranšeede nõlvad kujutavad endast kergelt lainjat pinda, mis on moodustunud varikaldenurgaga 35° kvaternaarisetetel ja 40° kobestatud lubjakivil. Pikaajalised uuringud on näidanud, et nõlvade kivimid nihkuvad ainult 2 aasta jooksul pärast puistangu moodustamist (vajumise ajal). Pärast seda on nõlvad püsivad ja kasvavad mõne aasta jooksul loomulikul teel kinni, moodustades kordumatu metsamaastiku. Taimkate tõstab tunduvalt nõlvade püsivust. Vastavalt tehnilistele tingimustele, tuleb veotranšeede nõlvad tasandada kaldenurgani 30°. Selle tingimuse täitmine on kõigis tranšeedes tehnilistel põhjustel võimatu. Spetsialistide hinnangul puudub selleks ka otsene vajadus [11]. Korrastustöödel saadud kogemused on näidanud, et transporditranšeede küljed on kindlad ja erosiooni vastu püsivad ka loomuliku varikaldenurga all. Transporditranšeede nõlvade tasandamist on otstarbekas läbi viia ainult kohtades, kuhu tulevikus plaanitakse puhketsoonid või kaldaäärsed ehitised. Kui tehnilist rekultiveerimist viiakse läbi buldooseriga, siis saab tranšee nõlva tasandada ainult ülevalt alla. Selle tulemusena vajub materjal alla laiali, täites transporditranšee, likvideerides karjääri tehnoloogilise tee. Kui tehnilist rekultiveerimist tehakse draglainiga, siis nõlvade tasandamine kaldenurgani 30° on võimalik. Nõlva tasandatakse ainult ülevalt poolt prognoositavat veepiiri karjääri uppumisel. Äärmiste transporditranšeede nõlvad koosnevad kaljustest kivimitest, mis on püsivad (70°). Nad säilitatakse loomulikus olekus kunstliku geoloogilise paljandina [11]. Tranšee külje ülemisse ossa tehakse ohutuse tagamiseks tõkkevall. Rekultiveeritud maad peavad sulanduma ümbritsevasse maastikku [11, 12]. Eelistatavaks suunaks on metsastamine (tulundusmets). Rekultiveeritud maade täielikumaks kasutamiseks ja inimsõbraliku keskkonna saamiseks on otstarbekas neile anda vee- ja puhkemajanduslik väärtus. Lõplikku maastikukujundust saab teha ainult karjääri sulgemise käigus. Omavalitsused, kelle territooriumil paiknevad karjäärialad, peavad aegsasti määratlema karjääride sulgemise ajaks nende hilisema kasutamissuuna. Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 14/17 3. Kaevandamine aastatel 2000-2014 Ida-Virumaal on aastatel 2000 – 2014 kaevandatud põlevkivi 19 kaevandusest ja karjäärist (Tabel 2). Muutus võrreldes varasema perioodiga on kaevandamissügavuse kasvamine (Tabel 3). Tabel 2 Põlevkivi mäeeraldised aastatel 2000 - 2014 Ida-Virumaal Mäeeraldise nimetus Kaevandamisloa nr Ojamaa põlevkivikaevandus KMIN-055 Sompa kaevandus KMIN-066 Põhja-Kiviõli II põlevkivikarjäär KMIN-105 Põhja-Kiviõli põlevkivikarjäär KMIN-045 Ahtme II kaevandus KMIN-119 Sirgala II põlevkivikarjäär KMIN-087 Sirgala karjäär KMIN-074 Narva karjäär KMIN-073 Tammiku kaevandus KMIN-067 Viru kaevandus KMIN-053 Narva põlevkivikarjäär II KMIN-046 Estonia Kaevandus KMIN-054 Vanaküla karjääriväljad III KMIN-041 Vanaküla V karjääriväli KMIN-059 Vanaküla karjääriväljad KMIN-017 Vanaküla VI karjääriväli KMIN-062 Vanaküla karjääriväljad IV KMIN-052 Aidu karjäär KMIN-075 Uus-Kiviõli kaevandus KMIN-117 Tabel 3 Põlevkivi kaevandamissügavused aastatel 2000 - 2014 Ida-Virumaal Nimi Aastatel 2000-2014 kaevandatud aladel katendi paksus, m Min Keskm Max Aidu karjäär 15 25 22 Narva karjäär 6 33 19 Sirgala karjäär 11 26 20 Estonia kaevandus 48 67 59 Viru kaevandus 33 50 43 Ojamaa kaevandus 28 30 31 Sompa kaevandus 26 30 31 Vanaküla karjääriväljad 2 10 8 Põhja-Kiviõli karjäär 6 10 8 Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang © TTÜ Mäeinstituut 15/17 4. Hinnang planeeringu lahendusele ja ettepanekutele Töö eesmärgiks oli eksperthinnangu koostamine 2001.a kehtestatud Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu esitatud seisukohtadele. Analüüs näitas, et aastatel 2001 – 2014 olulisi muudatusi ei ole toimunud. Allmaakaevandamisel kasutatakse puur- lõhketöödega kamberkaevandamise tehnoloogiat ja avakaevandamisel vaalkaevandamist. Allmaakaevandamisel kasutatakse Estonia kaevanduses alates aastast 2005 pikki lõhkeauke (4 m) ja ebapüsiva lae korral aga kõrgeid lagesid (~3,8 m). Need uued tehnoloogilised protsessid ei mõjuta märgatavalt maapinna püsivust ja püsivusklassi, sest allmaakonstruktsioonide arvutusmetoodikat on moderniseeritud ja tulemusi kontrollitud praktikas. Seega 2001.a kehtestatud lahendused ja planeeringud on kehtivad ega ole oma aktuaalsust kaotanud. Järgnevalt on esitatud uued seisukahad, mis lähtuvad uutest kaevandamise tehnoloogiatest. Tulevikus, üheks perspektiivseks kaevandamise tehnoloogiaks allamaakaevandamisel on kaeveõõnte täitmine täitesegudega. Võimalik on laus- ja osaline täitmine. Täitesegu komponentideks on elektrijaama tuhk ja aheraine killustik. Nende kasutamine võimaldab vähendada tootmisjääkide/jäätmete ladestamise/ladustamise mahtu maapinnal, vähendada keskkonnatasusid ja parandada keskkonna olukorda. Peale selle, täitmise kasutamisel altkaevandatud maa kuulub klassi „stabiilne“, mis võimaldab selle paremat kasutamist rahvamajanduses. Teiseks perspektiivseks kaevandamise tehnoloogiaks on kombainkaevandamine, kusjuures on võimalik kasutada pikaee- ja lühieekombaine. Pikaeekombaini kasutamisel on üheks võtmeküsimuseks lagede juhtimine varistamise või täitmisega. Varistamistehnoloogia kasutamisel deformeerub tunduvalt maapind ja kuulub altkaevandatud alade klassifikatsiooni „langetatud maa“, täitmise korral aga „stabiilne“. Lühieekombainiga allmaakaevandamisel ei muutu maapinna klass (kvaasistabiilne), mida võib võrrelda puur-lõhketöödega kamberkaevandamise tehnoloogiaga. Lisaks on perspektiivne tuhasegude abil karjääripuistangute stabiliseerimine e. karjääride täitmine. Käesoleva töö tulemusena saab öelda, et aastatel 2000-2014 kaevandatud alade kohta kehtivad 2001. aastal kehtestatud Ida-Virumaa põlevkivikaevandamisalade ruumilise planeeringu seisukohad. Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade ruumilise planeeringu hinnang 5. KASUTATUD MATERJAL 1. Allik, A. 1957. Eesti põlevkivikaevanduste ettevalmistuskaeveõõsi ümbritsevates kivimites mäerõhu nähtusi esile kutsuvad protsessid. Teaduslik-Tehnilise Mäeühingu infobülletään. Jõhvi, lk. 19-45 (vene keeles). 2. Allik, A. Eesti põlevkivi leiupaiga mäerõhu nähtuste mõningate uurimistulemuste kasutamisest praktikas. Mäeühingu Tehnika Bülletään, EVTT Mäeühing. Jõhvi, 1958, lk. 14...26. 3. Kaalman, L. Mäetööd. Tallinn, Tartu, 1950, 577 lk. 4. Lauringson, V., Reier, A. 1981. Eesti NSV maapõuevarad ja nende kasutamine. Perioodika, Tallinn, 94 lk. 5. Liblik, V., Toomik, A., Rätsep, A. 2005. Publikatsioonid: Suletud ja suletavate kaevanduste keskkonnamõju. Keskkond ja põlevkivi kaevandamine Kirde-Eestis. V. Liblik, J.-M. Punning (toimetajad). TLÜ Ökoloogia Instituut, 9, Tallinn, lk. 31 – 52. 6. Maapõueseadus ja selle rakendamise õigusaktid II. 1998. Keskkonna- ja Majandusministeerium. Tallinn, 244 lk. 7. Nikitin, O. Optimization of the room-and-pillar mining technology for oil-shale mines. 2003. Doctoral thesis, Tallinn, 94 pp. 8. Reinsalu, E. 2001. Altkaevandatud maa kasutamise tingimused ja piirangud. Keskkonnatehnika, nr 5, lk 40...43 9. Reinsalu, E., Toomik, A., Valgma, I. 2002. Kaevandatud maa. TTÜ mäeinstituut. Tallinn, 97 lk. 10. Toomik, A. 1999. Allmaakaevandamise mõjud maapinnale ja nende haldamine, kogumik Põlevkivi kaevandamise ja töötlemise keskkonnamõjud Kirde-Eestis, TPÜ Ökoloogia Instituudi publikatsioonid 6/1999, lk 109...129. 11. Maavarade kaevandamine ja puistangute rekultiveerimine Eestis. 2010. Kaar, E., Kiviste, K. (koostajad). Tartu, Eesti Maaülikool, 444 lk. 12. Põlevkivi kaevandamise tehnoloogiate keskkonnamõju prognoos 2016-2030. 2013. Lep. 13056. Tallinn, Tallinna Tehnikaülikool, 153 lk. 13. Ida-Virumaa põlevkivi kaevandamisalade piirkonna ruumiline planeering. 2001. Ida-Viru Maavalitsus, 27 lk.