Kuvatud on postitused sildiga Fosforiit. Kuva kõik postitused
Kuvatud on postitused sildiga Fosforiit. Kuva kõik postitused
Artikkel: Maardu vee dünaamika
Artikkel: Maardu vee dünaamika
Maardu vee dünaamika
Maardu piirkond on tuntud fosforiidi kaevandamise ja töötlemise kohana. Kaevandamise käigus jäetud kaeveõõned koguvad vett ja mõjutavad vee kvaliteeti. Vesi liigub mööda kraave ja läbi Maardu järve mere suunas, mõjutades nii järve kui merevee kvaliteeti. Samas on veetase reguleeritav mitmete läbivoolukohtade abil. See tekitab veetaseme ja vooluhulga ning seega ka kvaliteedi kiire muutumise. Süsteemse seire ja analüüsi abil saab sellesse olukorda selgust tuua ja kasutada saadavat infot ala edasise kasutamise plaanimisel [11, 1, 16]. Mäeinstituut teostab Maardu tehnogeense vee seiret ja analüüsi mille eesmärk on leida võimalusi Maardu järve piirkonnas puhkealade, supluskohtade ja õpperadade loomiseks [5, 18]. Uuringutele eelnesid pikaajalised välitööd, mis hõlmasid puistangute, tranšeede, rekultiveeritud ala ja taimestiku vaatlust, mõõtmist, analüüsimist ja projekteerimist. Ala kohta koostati geotehnilisi, geoloogilisi, hüdroloogilisi ja mäenduslikke skeeme [10, 17]. Uuritava ala demonstreerimiseks ja abivahendiks on valmistatud makett [Joonis 17-1 Maardu kaevandamispiirkonna makett, vaade ida suunas]. Makett on koostatud kõrgusandmete alusel. Kõrgusandmed on interpoleeritud triangulatsioonimeetodiga. Samuti on fosforiidilasundi põhja kõrgusmudel koostatud interpoleerimise teel triangulatsioonimeetodiga [9, 5, 4, 3]. Joonis 17-1 Maardu kaevandamispiirkonna makett, vaade ida suunas Kaevandamine ja keskkond. Mäeinstituut 2012 © Mäeinstituut http://mi.ttu.ee/kogumik/ 136 Joonis 17-2 Maardu maapinna kõrgusmudel Joonis 17-3 Google StreetView vaade Maardu uuest liiklussõlmest Kaevandamine ja keskkond. Mäeinstituut 2012 © Mäeinstituut http://mi.ttu.ee/kogumik/ 137 Joonis 17-4 Maa-ameti LIDAR mudel Joonis 17-5 Maardu fosforiidikihindi põhja kõrgusmudel Maapinna absoluutkõrgus põhjakarjääris on 40 m, mis väheneb loode ja põhja suunas (Tabel 17-1 Fosforiidikaevandamise alade iseloomulikud andmed). Fosforiidilasundi põhja absoluutkõrgus on põhjakarjääris 29 m, mis samuti väheneb lõuna suunas (Tabel 17-1 Fosforiidikaevandamise alade iseloomulikud andmed) [9]. Kaevandamine ja keskkond. Mäeinstituut 2012 © Mäeinstituut http://mi.ttu.ee/kogumik/ 138 Tabel 17-1 Fosforiidikaevandamise alade iseloomulikud andmed Ala Fosforiidilasundi põhi abs, m Maapinna abs, m Veetaseme abs, m Lõunakarjäär 21 40 33 Põhjakarjäär 29 40 31 Maardu kaevandus 24 40 28 Ülgase kaevandus 33 47 33 Maardu järve voolab vett sisse nii kraavidest kui allikatest, kraavide kaudu Maardu lõuna- ja põhjakarjääri vesi, mis võib mõjutada ka järve vee kvaliteeti. Maardu järve väljavool toimub Kroodi oja kaudu merre. Maardu järv oli algselt looduslik veekogu, kuid pärast Kroodi kraavi kaevamist 1894. aastal voolas järv tühjaks. Põhjakarjäärist, ja võimalik, et ka lõunakarjäärist läbi hoideterviku voolab vesi kaevandusse ning kaevanduse kaudu läbi tranšeede ja kraavide Kroodi ojja. Kaevandusvee uurimisel on abiks analoogilised meetodid teiste kaevandatud alade uuringutelt [14, 7, 12, 2, 15, 13, 6]. Vee kvaliteet mõjutab Kroodi ojast merre voolava vee omadusi. Vesi filtreerub läbi puistangute ja uhub kaevandusest fosforiidi ja diktüoneema kilda seest välja heljumit [8]. Kaevanduses toimub vee oksüdeerumine ja väljavoolav vesi on pruuni kuni tumepruuni värvusega. Välitööde käigus tutvuti olukorraga ja selgitati välja võimalike lävendite asukohad. Välja valiti iseloomulikud kohad, kus hakata jälgima vee liikumist ja taset ning mõõtma vee vooluhulki ja hindama kvaliteeti (Joonis 17-7 Vooluhulkade mõõtmine). Igasse mõõtepunkti paigutati reeper, et veetaset oleks lihtne määrata. Igale reeperile määrati kõrgus ja lähtuvalt sellest veetasemed (Joonis 17-6 Lävendite mõõdistamine reaalaja gps-ga). Kaevandamine ja keskkond. Mäeinstituut 2012 © Mäeinstituut http://mi.ttu.ee/kogumik/ 139 Joonis 17-6 Lävendite mõõdistamine reaalaja gps-ga Joonis 17-7 Vooluhulkade mõõtmine Kaevandamine ja keskkond. Mäeinstituut 2012 © Mäeinstituut http://mi.ttu.ee/kogumik/ 140 Kokkuvõte Töö käigus loodi seirevõrk ja paigaldati reeperid, mistõttu on seire läbiviimine tõhusam ja kiirem. Välitööde käigus kogutakse andmeid juurde, mille põhjal on võimalik koostada põhjalikum andmebaas ja mudel vee liikumise kohta Maardu fosforiidimaardla piirkonnas. Artikkel on seotud järgnevate uuringute ja projektidega: KIK11067 - Maardu fosforiidilevila tehnogeense põhjavee kvaliteedi uuring, Lep10038- Kunda piirkonna ja Toolse jõevee seire 2010-2012, AR12007 – Põlevkivi kadudeta ja keskkonnasäästlik kaevandamine ja projektiga VIR491 MIN-NOVATION: Kaevandamise ja kaevandamisjääkide/jäätmete uuringud Eestis ja Läänemere piirkonnas. Viited: 1. Bityukova, L., Shogenova., A., Birke, M. 2000. Urban geochemistry: a study of element distributions in the soils of tallinn (estonia). Environ1m1ental Geochemistry and Health 2. Karu, V.; Kolats, M.; Väizene, V.; Anepaio, A.; Valgma, I. (2008). Field work in the role of teaching and research of rock properties. In: 5th International Symposium "Topical problems in the field of electrical and power engineering". Doctoral school of energy and geotechnology: (Toim.) Lahtmets, R.. Tallinn: Tallinn University of Technology, 2008, 66 - 70. 3. Kolats, M. (2009). Spatial models in mining. Valgma, I. (Toim.). Resource Reproducing, Low-wasted and Environmentally Protecting Technologies of Development of the Earth Interior (2 pp.). Tallinn: Department of Mining TUT; Russian University of People Friendship 4. Kolats, M.; Anepaio, A. (2009). Kolmedimensiooniliste mudelite loomine. Valgma, I.; Õnnis, A.; Reinsalu, E.; Sõstra, Ü.; Uibopuu, L.; Västrik, A.; Robam, K.; Vesiloo, P.; T (Toim.). Mäenduse maine (60 - 63).Tallinna Tehnikaülikooli Kirjastus 5. Kolats, M.; Anepaio, A.; Valgma, I. (2008). Ruumimudelid mäenduses. Valgma, I. (Toim.). Maavarade kaevandamise ja kasutamise protsessid (-).Tallinna Tehnikaülikooli mäeinstituut 6. Kolats, M.; Valgma, I. (2011). Vesi allmaarajatistes. Valgma, I. (Toim.). Kaevandamine ja vesi (56 - 69). Tallinn: TTÜ mäeinstituut 7. Kolats, M.; Valgma, I. (2011). Vesi allmaarajatistes. Valgma, I. (Toim.). Kaevandamine ja vesi (56 - 69). Tallinn: TTÜ mäeinstituut Kaevandamine ja keskkond. Mäeinstituut 2012 © Mäeinstituut http://mi.ttu.ee/kogumik/ 141 8. L. Bityukova, R. Scholger and M. Birke. Magnetic Susceptibility as Indicator of Environmental Pollution of Soils in Tallinn. Phys. Chem. Earth (A), Vol. 24, No. 9, pp. 829-835, 1999 9. Maardu Põhjakarjääri sulgemise projekt. Mäekateeder. Tallinna Tehnikaülikool. 1991 10. Pastarus, JR.; Astapov, P. (2005). Killustiku ja plokkide kaevandamine Maardu graniidimaardlas. In: Ehitusmaterjalide kaevandamine ja varud: Eesti Mäekonverents 2005. 15.aprill 2005. (Toim.) I. Valgma. Tallinn: Tallinna Tehnikaülikool, 2005, 59 - 64. 11. Reinsalu, E., Toomik, A., Valgma, I. 2002. Kaevandatud maa, TTÜ Mäeinstituut 12. Robam, K.; Väizene, V.; Anepaio, A.; Kolats, M.; Valgma, I. (2008). Measuring mining influence in the form of students practice in opposition to the emotional environmental impact assessment . In: 5th International Symposium "Topical problems in the field of electrical and power engineering". Doctoral school of energy and geotechnology: (Toim.) Lahtmets, R.. Tallinna Tehnikaülikool, 2008, 62 - 65. 13. Valgma, I.; Robam, K.; Karu, V.; Kolats, M.; Väizene, V.; Otsmaa, M. (2010). Potential of underground minewater in Estonian oil shale mining region. Lahtmets, R (Toim.). 9th International Symposium Pärnu 2010 “Topical Problems in the Field of Electrical and Power Engineering” and “Doctoral School of Energy and Geotechnology II”, Pärnu, Estonia, June 14 - 19, 2010 (63 - 68). Tallinn: Estonian Society of Moritz Hermann Jacobi 14. Valgma, I.; Robam, K.; Kolats, M. (Toim.) (2010). Mäendusuuringud ja kaevandamine. 15. Valgma, I.jt (2008-2012). Mäendusõpik [Võrguteavik] : veebiõpik kaevandamisest, rakendusgeoloogiast ja geotehnoloogiast. [Tallinn: TTÜ mäeinstituut] 16. Veski, Siim (1989). Maardu järve geoloogiast ja nüüdisseisundist. TRÜ Geoloogiaosakonna diplomitöö. Tartu, 1989. 106 lk. (in Estonian). 17. Väizene, V. (2009). Maardu graniidikaevanduse rajamise ja kaeveõõnte teisese kasutamise võimalused. Kadri Runnel (Toim.). TalveAkadeemia 2009 : uute ideede kohtumispaik : üliõpilaste teadusartiklite konkursi kogumik (-). Harjumaa: Talveakadeemia 18. Västrik, A.; Anepaio, A.; Kolats, M. (2009). Innovaatiline teadus- ja õppekeskuse muuseum Tallinnas. Valgma, I.; Õnnis, A.; Reinsalu, E.; Sõstra, Ü.; Uibopuu, L.; Kaevandamine ja keskkond. Mäeinstituut 2012
*.pdf
Maardu vee dünaamika
Maardu piirkond on tuntud fosforiidi kaevandamise ja töötlemise kohana. Kaevandamise käigus jäetud kaeveõõned koguvad vett ja mõjutavad vee kvaliteeti. Vesi liigub mööda kraave ja läbi Maardu järve mere suunas, mõjutades nii järve kui merevee kvaliteeti. Samas on veetase reguleeritav mitmete läbivoolukohtade abil. See tekitab veetaseme ja vooluhulga ning seega ka kvaliteedi kiire muutumise. Süsteemse seire ja analüüsi abil saab sellesse olukorda selgust tuua ja kasutada saadavat infot ala edasise kasutamise plaanimisel [11, 1, 16]. Mäeinstituut teostab Maardu tehnogeense vee seiret ja analüüsi mille eesmärk on leida võimalusi Maardu järve piirkonnas puhkealade, supluskohtade ja õpperadade loomiseks [5, 18]. Uuringutele eelnesid pikaajalised välitööd, mis hõlmasid puistangute, tranšeede, rekultiveeritud ala ja taimestiku vaatlust, mõõtmist, analüüsimist ja projekteerimist. Ala kohta koostati geotehnilisi, geoloogilisi, hüdroloogilisi ja mäenduslikke skeeme [10, 17]. Uuritava ala demonstreerimiseks ja abivahendiks on valmistatud makett [Joonis 17-1 Maardu kaevandamispiirkonna makett, vaade ida suunas]. Makett on koostatud kõrgusandmete alusel. Kõrgusandmed on interpoleeritud triangulatsioonimeetodiga. Samuti on fosforiidilasundi põhja kõrgusmudel koostatud interpoleerimise teel triangulatsioonimeetodiga [9, 5, 4, 3]. Joonis 17-1 Maardu kaevandamispiirkonna makett, vaade ida suunas Kaevandamine ja keskkond. Mäeinstituut 2012 © Mäeinstituut http://mi.ttu.ee/kogumik/ 136 Joonis 17-2 Maardu maapinna kõrgusmudel Joonis 17-3 Google StreetView vaade Maardu uuest liiklussõlmest Kaevandamine ja keskkond. Mäeinstituut 2012 © Mäeinstituut http://mi.ttu.ee/kogumik/ 137 Joonis 17-4 Maa-ameti LIDAR mudel Joonis 17-5 Maardu fosforiidikihindi põhja kõrgusmudel Maapinna absoluutkõrgus põhjakarjääris on 40 m, mis väheneb loode ja põhja suunas (Tabel 17-1 Fosforiidikaevandamise alade iseloomulikud andmed). Fosforiidilasundi põhja absoluutkõrgus on põhjakarjääris 29 m, mis samuti väheneb lõuna suunas (Tabel 17-1 Fosforiidikaevandamise alade iseloomulikud andmed) [9]. Kaevandamine ja keskkond. Mäeinstituut 2012 © Mäeinstituut http://mi.ttu.ee/kogumik/ 138 Tabel 17-1 Fosforiidikaevandamise alade iseloomulikud andmed Ala Fosforiidilasundi põhi abs, m Maapinna abs, m Veetaseme abs, m Lõunakarjäär 21 40 33 Põhjakarjäär 29 40 31 Maardu kaevandus 24 40 28 Ülgase kaevandus 33 47 33 Maardu järve voolab vett sisse nii kraavidest kui allikatest, kraavide kaudu Maardu lõuna- ja põhjakarjääri vesi, mis võib mõjutada ka järve vee kvaliteeti. Maardu järve väljavool toimub Kroodi oja kaudu merre. Maardu järv oli algselt looduslik veekogu, kuid pärast Kroodi kraavi kaevamist 1894. aastal voolas järv tühjaks. Põhjakarjäärist, ja võimalik, et ka lõunakarjäärist läbi hoideterviku voolab vesi kaevandusse ning kaevanduse kaudu läbi tranšeede ja kraavide Kroodi ojja. Kaevandusvee uurimisel on abiks analoogilised meetodid teiste kaevandatud alade uuringutelt [14, 7, 12, 2, 15, 13, 6]. Vee kvaliteet mõjutab Kroodi ojast merre voolava vee omadusi. Vesi filtreerub läbi puistangute ja uhub kaevandusest fosforiidi ja diktüoneema kilda seest välja heljumit [8]. Kaevanduses toimub vee oksüdeerumine ja väljavoolav vesi on pruuni kuni tumepruuni värvusega. Välitööde käigus tutvuti olukorraga ja selgitati välja võimalike lävendite asukohad. Välja valiti iseloomulikud kohad, kus hakata jälgima vee liikumist ja taset ning mõõtma vee vooluhulki ja hindama kvaliteeti (Joonis 17-7 Vooluhulkade mõõtmine). Igasse mõõtepunkti paigutati reeper, et veetaset oleks lihtne määrata. Igale reeperile määrati kõrgus ja lähtuvalt sellest veetasemed (Joonis 17-6 Lävendite mõõdistamine reaalaja gps-ga). Kaevandamine ja keskkond. Mäeinstituut 2012 © Mäeinstituut http://mi.ttu.ee/kogumik/ 139 Joonis 17-6 Lävendite mõõdistamine reaalaja gps-ga Joonis 17-7 Vooluhulkade mõõtmine Kaevandamine ja keskkond. Mäeinstituut 2012 © Mäeinstituut http://mi.ttu.ee/kogumik/ 140 Kokkuvõte Töö käigus loodi seirevõrk ja paigaldati reeperid, mistõttu on seire läbiviimine tõhusam ja kiirem. Välitööde käigus kogutakse andmeid juurde, mille põhjal on võimalik koostada põhjalikum andmebaas ja mudel vee liikumise kohta Maardu fosforiidimaardla piirkonnas. Artikkel on seotud järgnevate uuringute ja projektidega: KIK11067 - Maardu fosforiidilevila tehnogeense põhjavee kvaliteedi uuring, Lep10038- Kunda piirkonna ja Toolse jõevee seire 2010-2012, AR12007 – Põlevkivi kadudeta ja keskkonnasäästlik kaevandamine ja projektiga VIR491 MIN-NOVATION: Kaevandamise ja kaevandamisjääkide/jäätmete uuringud Eestis ja Läänemere piirkonnas. Viited: 1. Bityukova, L., Shogenova., A., Birke, M. 2000. Urban geochemistry: a study of element distributions in the soils of tallinn (estonia). Environ1m1ental Geochemistry and Health 2. Karu, V.; Kolats, M.; Väizene, V.; Anepaio, A.; Valgma, I. (2008). Field work in the role of teaching and research of rock properties. In: 5th International Symposium "Topical problems in the field of electrical and power engineering". Doctoral school of energy and geotechnology: (Toim.) Lahtmets, R.. Tallinn: Tallinn University of Technology, 2008, 66 - 70. 3. Kolats, M. (2009). Spatial models in mining. Valgma, I. (Toim.). Resource Reproducing, Low-wasted and Environmentally Protecting Technologies of Development of the Earth Interior (2 pp.). Tallinn: Department of Mining TUT; Russian University of People Friendship 4. Kolats, M.; Anepaio, A. (2009). Kolmedimensiooniliste mudelite loomine. Valgma, I.; Õnnis, A.; Reinsalu, E.; Sõstra, Ü.; Uibopuu, L.; Västrik, A.; Robam, K.; Vesiloo, P.; T (Toim.). Mäenduse maine (60 - 63).Tallinna Tehnikaülikooli Kirjastus 5. Kolats, M.; Anepaio, A.; Valgma, I. (2008). Ruumimudelid mäenduses. Valgma, I. (Toim.). Maavarade kaevandamise ja kasutamise protsessid (-).Tallinna Tehnikaülikooli mäeinstituut 6. Kolats, M.; Valgma, I. (2011). Vesi allmaarajatistes. Valgma, I. (Toim.). Kaevandamine ja vesi (56 - 69). Tallinn: TTÜ mäeinstituut 7. Kolats, M.; Valgma, I. (2011). Vesi allmaarajatistes. Valgma, I. (Toim.). Kaevandamine ja vesi (56 - 69). Tallinn: TTÜ mäeinstituut Kaevandamine ja keskkond. Mäeinstituut 2012 © Mäeinstituut http://mi.ttu.ee/kogumik/ 141 8. L. Bityukova, R. Scholger and M. Birke. Magnetic Susceptibility as Indicator of Environmental Pollution of Soils in Tallinn. Phys. Chem. Earth (A), Vol. 24, No. 9, pp. 829-835, 1999 9. Maardu Põhjakarjääri sulgemise projekt. Mäekateeder. Tallinna Tehnikaülikool. 1991 10. Pastarus, JR.; Astapov, P. (2005). Killustiku ja plokkide kaevandamine Maardu graniidimaardlas. In: Ehitusmaterjalide kaevandamine ja varud: Eesti Mäekonverents 2005. 15.aprill 2005. (Toim.) I. Valgma. Tallinn: Tallinna Tehnikaülikool, 2005, 59 - 64. 11. Reinsalu, E., Toomik, A., Valgma, I. 2002. Kaevandatud maa, TTÜ Mäeinstituut 12. Robam, K.; Väizene, V.; Anepaio, A.; Kolats, M.; Valgma, I. (2008). Measuring mining influence in the form of students practice in opposition to the emotional environmental impact assessment . In: 5th International Symposium "Topical problems in the field of electrical and power engineering". Doctoral school of energy and geotechnology: (Toim.) Lahtmets, R.. Tallinna Tehnikaülikool, 2008, 62 - 65. 13. Valgma, I.; Robam, K.; Karu, V.; Kolats, M.; Väizene, V.; Otsmaa, M. (2010). Potential of underground minewater in Estonian oil shale mining region. Lahtmets, R (Toim.). 9th International Symposium Pärnu 2010 “Topical Problems in the Field of Electrical and Power Engineering” and “Doctoral School of Energy and Geotechnology II”, Pärnu, Estonia, June 14 - 19, 2010 (63 - 68). Tallinn: Estonian Society of Moritz Hermann Jacobi 14. Valgma, I.; Robam, K.; Kolats, M. (Toim.) (2010). Mäendusuuringud ja kaevandamine. 15. Valgma, I.jt (2008-2012). Mäendusõpik [Võrguteavik] : veebiõpik kaevandamisest, rakendusgeoloogiast ja geotehnoloogiast. [Tallinn: TTÜ mäeinstituut] 16. Veski, Siim (1989). Maardu järve geoloogiast ja nüüdisseisundist. TRÜ Geoloogiaosakonna diplomitöö. Tartu, 1989. 106 lk. (in Estonian). 17. Väizene, V. (2009). Maardu graniidikaevanduse rajamise ja kaeveõõnte teisese kasutamise võimalused. Kadri Runnel (Toim.). TalveAkadeemia 2009 : uute ideede kohtumispaik : üliõpilaste teadusartiklite konkursi kogumik (-). Harjumaa: Talveakadeemia 18. Västrik, A.; Anepaio, A.; Kolats, M. (2009). Innovaatiline teadus- ja õppekeskuse muuseum Tallinnas. Valgma, I.; Õnnis, A.; Reinsalu, E.; Sõstra, Ü.; Uibopuu, L.; Kaevandamine ja keskkond. Mäeinstituut 2012
Vesi allmaarajatistes
txt: VESI ALLMAARAJATISTES
Margit Kolats, Ingo Valgma
Sissejuhatus
Allmaarajatised on allmaaehitised või allmaakaeveõõned, mis on rajatud e. läbindatud maapõue
ning mida katab looduslik kattekivim [1, 8]. Allmaarajatisteks loetakse näiteks tunnelid, punkrid,
kaevud ja teised kaevanduste kaeveõõned nagu šaht, šurf, stoll, kamber jt [9]. Eestisse on rajatud
Võrumaal kaks Piusa liivakaevandust, Tartumaal Aruküla liivakaevandus, Harjumaal Maardu ja
Ülgase fosforiidikaevandused, Ida- ja Lääne Virumaal on 14 põlevkivikaevandust (Kukruse, Kohtla,
Käva, Käva 2, Sompa, Ahtme, Tammiku, Estonia, Viru, Ubja, Ojamaa, Kaevandus nr.2, Kaevandus
nr.4), Ida-Virumaal Sillamäel on kaks uraanikaevandust. Laskemoonaladusid, punkreid ja
tunneleid on rajatud üle Eesti, kuid rohkem asub neid mereäärsetel aladel seoses sõjategevusega
1900. aastate alguses (Joonis 7-1).
Joonis 7-1 Allmaarajatised Eestis
See, et vesi allmaarajatistesse ja looduslikesse koobastesse koguneb, on loomulik ja erinevalt
allmaarajatistest ongi enamus koopaid vee voolamise tagajärjel tekkinud. Samas on enamuse
allmaarajatiste puhul siiski oluline, et need oleksid kuivad. Vaid mõnel juhul (näiteks
allmaahüdroelektrijaama, kanalisatsioonikollektorite jms) on vaja, et allmaarajatises oleks vesi, kuid
sedagi ajutiselt, hooldustöödeks tuleb vesi eemaldada. Enamus Eesti allmaarajatisi ei ole enam
kasutuses ja uusi ei ole veel rajatud. Seega saab rääkida enamuses hüljatud või suletud rajatiste
olukorrast. Samuti on kaevandustega3
.
Tuleb toonitada, et maa-alune rajatis ja kaeveõõs ei ole sama mis allmaarajatis. Maa- ja tee-alusel
kaeveõõnel on tehislagi ja tihti ka tehisseinad ja põrand. Nii kujuneb maa-alustes kaeveõõntes tihti
erinev olukord ja seda käesolev artikkel ei kirjelda (Joonis 7-2).
3
Kaevandus on tehnilises mäenduskeeles allmaakaevandus. Tehnilises mõttes on maa peal
paiknev kaevandamiskoht karjäär.
KAEVANDAMINE JA VESI
Joonis 7-2 Maardu maa-alune (tee-alune) tunnel, mis on vett poolenisti täis olnud selle
ehitamise alustamisest alates
Ühest küljest on vee paiknemine allmaakaeveõõntes hea, kuna see takistab sinna sisenemist ja
hoiab ära inimeste minemise ohtlikku, varisevasse ruumi. Kuna Eestis on tegemist lauskmaa ja
kihtmaardlatega, siis ei ole meil korrustega, e. sügavustesse suunduvaid allmaakäike ja Sanctumi
filmiga analoogseid olukordi ei teki (Joonis 7-3).
Joonis 7-3 Vesi koobastes [11]
Kaitserajatised
Suur osa Eestisse rajatud kaitserajatisi jäi lõpuni tegemata ning need jäeti maha või hävitati. 20.
sajandi alguses haaras poliitilisest pingetest vaevatud Euroopat enneolematu võidurelvastumise
laine. Kõikjal ehitati sõjatehaseid, sadamaid, teid ja kindlusehitisi. Esimese Maailmasõja eel ja ajal
rajati Vene tsaariimpeeriumi poolt hiiglaslik mere- ja rannakaitsesüsteem, mis paiknes Soome lahe
mõlemal kaldal. Esialgne projekt nägi ette kaevata tunnellaod, kas Lasnamäe paekaldasse
Kadrioru ja Varsaallika vahele, Nõmmele Mustamäe järsakusse või Viimsi pealava alla. Esimesed
neli proovitunnelit pikkusega 30 m raiuti Lasnamäe paekaldasse praeguse Purde tee tõusu ja
Maarjamäe vahel. Mingil põhjusel seal tööd ei jätkunud ja seiskusid. Pärast prooviladude rajamist
alustati kesklaotunneleid rajama paekaldasse Kadaka küla ja Tabasalu vahele. Umbes 10-meetrise
paekihi alla lõhati U-kujulised tunnelid kõrgusega 7 m, põrandalaiusega 9 m ja pikkusega 200 m
(Joonis 7-4). Tunneli väljapääsud on teineteisest 50 m kaugusel. Igas tunnelis pidi olema kaks
kõrvuti vagonetiteed. Lamedat gooti võlvi meenutavate lagede-seinte 0,9 m. paksust kivivooderdist
pidi niisketest kihtidest eraldama plekkisolatsioon. Kivivooderdis pidi kaetama betoonkihiga.
Transpordiks rajati eraldi raudteeharu, mis Rahumäe kalmistu lähistel ühines sõjasadama suunas
kulgeva kindlusraudteeliiniga. Tunneliehituse projektis oli ette nähtud 33-39 U-tunnelit, aga rajati
ainult 6 tunnelit. 1916. a. alustati klindiesise puhastamist eemaldades puud-põõsad ja varisenud
paas. Põhilised ehitustööd algasid 1917. a. varakevadel. Tunnelid tähistati numbritega loetuna
Kadaka tee poolt. 1917 aasta keskel jäeti töö objektil pooleli raha puuduse tõttu. Tunnelitel 1-3 oli
vooderdis seintel-lagedel enam-vähem olemas, ent põrandad olid viimistlemata. Tunnelis 4 oli
tehtud ainult toortööd, vooderdamiseni polnud jõutud. Tunnelid 5 ja 6 seisid algjärgus ehk polnud
lõhatud kogu sügavuses. Pärast teist maailmasõda ehitati kahele tunnelile 1 ja 2 ette betoonist
kaarjate külgkoridoridega tuumavarjendi sissepääsehitised [3, 6].
KAEVANDAMINE JA VESI
Joonis 7-4 Maailmasõja-aegse Peeter Suure Merekindluste maapoolsete kindlustuste
joonised (Arhivaal ERA.642.1.336)
Tänapäeval on tunnelite ümbrus tugevalt võsastunud ja prahti täis. Tunnelite sissepääsude ees on
varemetes paekivist laotud abi- ja laohooned. Hoonete ümber on nendega samakõrgused vallid.
Tunnelite sissepääsude ees on tiikide rida, milles on rohekas reostunud vesi (Joonis 7-10). Tunnel
1 mõlemal suudmel on hästi säilinud betoonist kaarjate külgkoridoridega varjendid. Tunneli
põrandas on näha keskel raudteerööpa süvendeid. Tunnelis pole vett. Tunneli suudmete ümber on
astang varisenud. Tunnel 2 esimene suue on viimistlemata ja on näha laotud võlvi, millest on juba
mõned kiviplokid välja poole surutud. Põrand, seinad ja lagi on viimistlemata. Tunneli põrandat
katab enamus aega vesi (Joonis 7-9). Umbes 100 m suudmest on toimunud varing ning
edasiminek on takistatud. Tunnel 2 teine suue on kinni varisenud. Tunnel 3 mõlemal suudmel on
hästi säilinud betoonist kaarjate külgkoridoridega varjendid. Tunnelis pole vett. Tunnel 4 mõlema
suudme esised on varisenud ja tunnelisse on tekkinud neli maa peale ulatuvat varinguauku.
Tunnelis pole vett. Kui eelnevate tunnelite kattekivimite paksus oli 10-15 m, siis selle tunneli
suudmete juures on see ainult 3-5 m. Tunneli 5 mõlemad suudmed on varisenud. Kattekivimite
paksus on 6-10 m paksune. Tunnelis pole vett. Tunnelit 6 kumbagi suuet pole enam näha, need on
arvatavasti kinni varisenud. Tunnelite uurimiseks mõõdistati Mäeinstituudi uuringute raames,
digitaliseeriti ja modelleeriti tunneleid ja varinguid nii makettide kui digitaalmudelitena (Joonis 7-5).
KAEVANDAMINE JA VESI
Joonis 7-5 Astangu U-tunneli makett
Vesi
Allmaarajatistes kogunev vesi on kas pinna-, pinnase- või põhjavesi. Põhjavesi tungib nendesse
allmaarajatistesse, mis ulatuvad allapoole põhjavee taset. Pinnasevesi liigub allmaarajatistesse
kas avade, lõhede või vettjuhtiva kivimi kaudu. Enamuses ligipääsetavatest kaeveõõntest on
olmejäätmed või ka rajatise sisemusest, toestusest või konstruktsioonist pärinev materjal. Kuna
paljuski vesi seisab, siis on see seetõttu reostunud. Vesi on veidi happeline ja roiskunud. Samas
on vee temperatuur allmaakaeveõõnele ja maapõuele kohaselt vaid 5-8 C° ja seega ei ole
hapendumise protsess aktiivne. On ka mitmeid kohti, kus vesi on läbipaistev, puhas ja lubjakivi
sees kas neutraalne või nõrgalt aluseline.
Kohtades, kus põhjavee või pinnavee tase paikneb allpool rajatise põhja, sõltub vee kogunemine
õõnde ka drenaažist e. vee ärajuhtimisvõimalusest. Nii on näha, et 1930. aastal oli Astangu
betoontunnelis vesi. (Joonis 7-6) Praegu, pärast Nõukogude armee tegutsemist selles rajatises ja
vee ärajuhtimissüsteemi rajamist ei ole seal vett. Kaeveõõs on olnud viimased aastakümned
praktiliselt kuiv ja püsiv (Joonis 7-7, Joonis 7-8).
KAEVANDAMINE JA VESI
Joonis 7-6 1930. aastatel oli Astangu betoontunnelis vesi [63]
Joonis 7-7 Kuiv betoontunnel 2011. aastal
KAEVANDAMINE JA VESI
Joonis 7-8 Kuiv betoontunnel 2011. aastal
Joonis 7-9 Astangu lubjakivivõlviga vesine tunnel
KAEVANDAMINE JA VESI
Joonis 7-10 Klindiesiste kanalite vesi
Humala allmaarajatiste süsteem rajati 20. sajandi algul ning neid oli ilmselt kaks ehk süsteemid 1 ja
3 olid siis ühendatud ja süsteem 2 oli eraldi. Käikude kinniajamise tõttu on hiljemalt 1960ndate
algusest peale olnud Humalas kolm süsteemi ehk 1 ja 3 pole ühenduses seega on teada Humalas
kolm suurt allmaakäikude süsteemi. Süsteemid on tähistatud numbritega 1, 2 ja 3, iga süsteem
koosneb pikast tunnelist. 1 tunnel on pikkusega 340m, 2 tunnelit on pikkusega 660m ja kolmas
tunnel on pikkusega 340m ning iga tunneli alguses on betoonist varjendid mille pikkuseks on 80m.
Varjendis on ruumide laius ja kõrgus vahemikus 3-4m. Lisaks kolmele süsteemile on Humalas üks
väiksem eraldi asuv betoonvarjend pikkusega 12 m. Maa-aluste käikude kogupikkus Humalas on
ca 1340 m, millest 630m käike on läbitavad. Käikudes on vesi ja veetud prügi [4]. Kolmanda tunneli
juures oleva varjendi ümbrusesse on toodud prügi. Tunnelis on näha paaris kohas vees vedelevat
prügi kuigi vesi on selge ja puhas (Joonis 7-11, Joonis 7-12).
KAEVANDAMINE JA VESI
Joonis 7-11 Humala kolmanda tunneli varjendi ümbrus
Joonis 7-12 Vesi Humala kolmandas tunnelis
KAEVANDAMINE JA VESI
Joonis 7-13 Vesi Vääna-Posti käigus
Kaevandused
Käesoleva artikli kontekstis on kaevanduste kaeveõõned samasugused allmaarajatised nagu
kirjeldatud kaitserajatisedki. Vesi siseneb, voolab ja väljub samuti ja samasugused on ka
probleemid. Peamine erinevus on siiski see, et allmaarajatis on rajatud mingiks pikemaajaliseks
otstarbeks ja/või inimeste viibimiseks seal. Seetõttu on allmaarajatis püütud rajada kuivale
kõrgusele ilma vajaduseta sundveekõrvalduseks. Kaevanduse kaevõõs on rajatud siiski maavara
sisse, maavara väljamiseks ja vaid ajutiseks kasutamiseks. Nii on see koristuskaeveõõntega.
Magistraal-, teenindus-, tuulutus-, veekõrvaldus-, pääste- jm kaeveõõned on rajatud siiski ka
väljapoole maavara lasukohta ja on suure tõenäosusega alles siiani ja ligipääsetavad inimestele.
Näitena võib tuua mitmeid artikli alguses loetletud kaevandusi. Nii näiteks voolab Maardu
fosforiidikaevanduse strekist mudavett tranšeesse ja madala veetaseme korral on sinna
kaeveõõnde võimalik siseneda, mis on äärmiselt varisemis- ja uppumisohtlik (Joonis 7-14, Joonis
7-15).
Joonis 7-14 Maardu fosforiidikarjääri tranšeed kuhu vesi siseneb kaevanduse strekist
KAEVANDAMINE JA VESI
Joonis 7-15 Maardu fosforiidikaevanduse streki suue
Piusa kaevanduste käigustik on veelgi parem näide varisemisohu tõttu, kuigi sealgi, kuivas
kohas pääseb vihma ja pinnavesi kambriteni ja õõnestab tervikuid. Vesi on olulisim Piusa
kaevanduste käikude ohtlikkuse põhjustaja, kuigi käigud on sisuliselt kuivad (Joonis 7-16, Joonis
7-17).
KAEVANDAMINE JA VESI
Joonis 7-16 Muuseumikoopana kasutatavas Piusa klaasiliivakaevanduses voolav vihmavesi
Joonis 7-17 Piusa liivakaevanduse vee, jää, tuule ja mäerõhu koosmõjul õgvendatud
tervikud
Põlevkivikaevanduste olukord sarnaneb osaliselt eelnimetatutega, osaliselt on aga erinev, kuna
käigud paiknevad allpool põhjavee taset ja on mittetöötavates kaevandustes täidetud veega.
Põhjapoolsed, e. kõrgemal lasuvat põlevkivi kaevandanud kaevandused on kuivad, e. sinna ei
ulatu põhjavesi, vaid kohati pinna- ja pinnasevesi. Kuna sel juhul on käigud maapinna lähedal, siis
jõuab mõnda kohta ka külmumis- ja sulamistsükkel, mis lõhub nii lae-, kui tervikute kivimit. Kukruse
kaevanduse strekkide põhjas on veekihi paksus 0 kuni 10 cm, mis on pärit sademetest (Joonis
7-18). Vesi on põlevkivimudane ja kaeveõõne laest tilgub vett [10].
Joonis 7-18 Kukruse põlevkivikaevanduse põhjapoolne kaeveõõs
Kaevanduste veekõrvaldusstollid töötavad kogu maailmas dreenidena. Nii ka meil Ubja
kaevanduses, kogudes läbi õhukese kattekivimi sademevett, põhjavett ja reovett, juhtides selle
väljavoolustolli kaudu vooluveekogusse. Sellise vee sulfaatsus on suhteliselt kõrge (Joonis 7-19).
KAEVANDAMINE JA VESI
Joonis 7-19 Vee väljavool Ubja põlevkivikaevanduse veekõrvaldusstollist
Kiviõli põlevkivikaevanduse püstšahti ja kaevanduse hoovi kaeveõõntes on üks tüüpilistest
juhtumitest, kus vesi koguneb betoneeritud kaeveõõne põhja (Joonis 7-20). Selle taga aga jätkub
sügavuse suunas kuiv šaht. Selline olukord on mitmetes korruselistes kaevandustes ja rajatistes.
Joonis 7-20 Kiviõli põlevkivikaevanduse šahtiõu
Vesi mõjub kahjustavalt nii looduslikule kivile, tehiskivile kui ka ehitiste sideainetele muutes neid
nõrgemaks. Vees sisalduvad lisaaineid nagu süsinikdioksiid, vääveldioksiid, väävelhapped ja
KAEVANDAMINE JA VESI
lahustunud soolad, võivad aeglaselt lahustada sideainet, mis annab võimaluse ka teistel
kahjustustetekitajatel pinda mõjutada. Lisaks veele mõjutab ehitiste olukorda temperatuuri
muutumine. Kivimid koosnevad erinevatest mineraalsetest ainetest, mis temperatuurimuutuste tõttu
paisuvad ja tõmbuvad kokku erinevalt. Paisumine ja kokkutõmbumine tekitab materjalis pingeid,
mille tagajärjel tekivad mikropraod. Mikropragudesse koguneb vesi, mis jäätudes suurendab oma
mahtu [2].
Üle Eesti on rajatud allmaarajatisi, milles on vesi sees, kuna need on rajatud allapoole põhjavee
taset või maapinna lähedale, kus jookseb kaeveõõntesse sisse pinnavesi. Enamus
allmaarajatistest on ohtlikud ja reostunud.
Viited
1. Maapõuetühjuse arukas kasutamine. In XIX aprillikonverentsi „Eesti
mere- ja maapõu ning nende arukas kasutamine. (Toim) Suuroja, K. Tallinn: Eesti
Geoloogiakeskus, 2011
2. TT Tarmatrade - http://www.tarmatrade.ee/tooted.php?cat=24 – 20.03.2011
3. Valgma, I. (2010).
Peeter Suure Merekindluse laskemoonalaod teadus- ja õppekeskuse muuseumi projekti
ettevalmistamine. Mäeinstituut.
4. Masing, M.; Lutsar, L. 2008. Nahkhiirte talvituspaikade inventuur Humalas veebruaris
2008. Sicista Arenduskeskus. Tartu. 1. osa (tekst ja joonised 1-14): 21 lk. (Masing-
Lutsar2008-0320-Humala1.pdf)
6. Gustavson. H. 1993. Merekindlused Eestis 1913-1940. Tallinn „Olion“
7. Heinsalu. Ü. 1987. Eesti NSV koopad. Tallinna „Valgus“
8. Mäeõpik - http://mi.ttu.ee/opik/ - 20.03.2011. Mäeinstituut
9. Maa-aluse maailma saladused - http://mi.ttu.ee/all - 20.03.2011. Mäeinstituut
10. Kolats, M., Valgma, I. 2010. Täitmatu kaevandus. Aprillikonverentsi teesid. (Toim) Suuroja,
K. Tallinn: Eesti Geoloogiakeskus, 2010
11. Sanctum. Mängufilm. (2011). Austraalia
Water Quality in Maardu Phosphate Rock Mining Area in Estonia
Paper: Water Quality in Maardu Phosphate Rock Mining Area in Estonia
Artikkel. Fosforiidi kaevandamise tehnoloogiad. 2014
txt: Fosforiidi kaevandamise tehnoloogiad
Fosforiit on kaevandamise seisukohalt kihtmaavara, mis lasub Eestis suurel pindalal, kuid on muutliku paksusega. Maailmas on enamus fosforiidimaardlaid Eesti maardlale sarnased, kuid on ka kontsentreerunud, maagikehale sarnasemaid maardlaid. Fosforiiti kaevandatakse nii nagu teisigi kihtmaavarasid – nii avakaevandamismooduse kui allmaakaevandamismoodusega (Valgma 2014c). Avakaevandamisviis võib olla vaalkaevandamine või aukkaevandamine. Allmaakaevandamisviis võib olla kamberkaevandamine, laavakaevandamine või kamberkaevandamine, kas varistamisega või ilma, või kaeveõõnte täitmisega. Kaevandamistehnoloogia võib olla draglainidega lihtkaevandamine, katendi teisaldamisega vaalkaevandamine või katendi eemaldamisega aukkaevandamine ehk transportkaevandamine (Valgma 2012). Allmaakaevandamisel võib rakendada puurlõhketöödega kamberkaevandamist, nii tulptervikutega kui linttervikutega, nii ketasteradega laavakombainidega lankkaevandamist, puurlõhketöödega lankkaevandamist kui ketasteradega frontaalkombainidega kamberkaevandamist. Kõigi tehnoloogiate korral võib kasutada alakorrustega kaevandamist ja täitmist. Raimamiseks kasutatakse ka hüdromonitore (Darling 2011). Eestis saab fosforiidi kohal lasuvat diktüoneemakilta (graptoliitargiliiti, konnatahvlit, ehk endist uraanimaaki) kaevandada sarnaselt. Raimamise seisukohast on peamine argilliidi erinevus fosforiidist selle pehmus ja vähene abrasiivsus, seega saab kasutada hõlpsamalt mehhaanilist raimamist ka lõiketeradega ja pöördteradega lõiketrumleid kasutavaid masinaid (Valgma 2009). Mida Eestis tehti? Eestis on tinglikult viis fosforiidi väljamise kohta. Kaks neist on algusaastate kaevandused, Ülgase ja Maardu, kaks Maardu karjääri (põhjaja lõunakarjäär) ja üks märkimisväärselt suuremõõduline Tigapõllu uuringušurf. Ülgas(t)el – Eesti esimeses fosforiidikaevanduses – kaevandati fosforiiti käsitsi, vahetu lae varistamisega kamberkaevandamise tehnoloogiaga (Valgma 2014b). Kaevandus avati klindist stollidega, mis võimaldasid lihtsat loomulikku veekõrvaldust (LISA foto 1). Samas ei ole põhilagi kaevanduse kohal varisenud. Maardu kaevanduses kaevandati puur-lõhketöödega laavakaevandamise tehnoloogiaga. Nii laavade põhilagi kui strekkide laed on mitmetes kohtades varisenud ning varingud jätkuvad ka edaspidi. Samuti on avanenud või avatud tuulutusšurfe (LISA foto 2). 61 Maardu põhjakarjääris kaevandati algusaastatel, 1960ndatel, mehaanilise pärikoppekskavaatoriga paljandamisega ja katendi selektiivse paigutamisega, ning kasutati mitmeastmelise puur-lõhketöödega raimamise tehnoloogiat. Maardu põhja- ja lõunakarjääris kaevandati draglainidega lihtkaevandamise tehnoloogiaga, kusjuures katsetati arvukalt erinevaid rekultiveerimise ja diktüoneemakilda matmise tehnoloogiaid. Fosforiidi kaevandamine oli ja on küll sarnane põlevkivi ja kivisöe kaevandamisele, kuid „tagurpidi“ asetseva katendi või kattekivimite tõttu oluliselt keerulisem, kallim ja tülikam kui põlevkivi kaevandamine. Maardu põhjakarjääris ehk Tallinna-Narva maanteest põhja pool asuvas fosforiidikarjääris oli kaevandamissügavus keskmiselt 11 meetrit (7-17 m). See on veidi rohkem kui suudavad edukalt paljandada keskmiste parameetritega ekskavaatorid. Seega ei olnud tegu väikekarjääriga, kus oleks hakkama saanud tollase kaevandamise ajal tüüpiline mehaaniline pärikopp-karjääriekskavaator, mille tühjenduskõrgus ulatub viie meetrini. Vaja läks spetsiaalset pika noolega paljandusekskavaatorit, et tõsta kaljust, lubjakivist ja liivakivist koosnevat katendit sisepuistangusse. Alguses võeti kasutusele ekskavaator EVG-6, mis on võimeline moodustama 20 m kõrguseid puistanguid, mille silumiseks tuleb kasutada kas buldoosereid või draglaine. Draglainide EŠ 10/60 ja EŠ 10/70 kasutuselevõtmine võimaldas hakata puistanguid siluma, kuid ammutama katendikivimeid ka ekskavaatori seisutasapinnast altpoolt. Draglainid said põhilisteks paljandusekskavaatoriteks, tagades tasase puistangu moodustamise võimaluse. Fosforiidi töötlemine Maardu flotovabrikus eraldati flotatsiooni abil kuulveskis peenendatud fosforiidi karbitükikesed liivast (LISA foto 3). Edasi töödeldi saadud kontsentraati väävelhappega (LISA foto 4). Algul reklaamiti flotoliiva ehk flotatsioonijääki – jahvatatud ja flotoreagendiga kokkupuutunud peent liiva – kui head ehitus- ja betooniliiva, hiljem hirmutati selle mürgisusega, nüüd aga müüakse täiteliivaks (LISA foto 5). Millega ja kuidas kaevandada või kaevandataks Toolse, Rakvere, Aseri või teistel võimalikel fosforiidialadel? Fosforiidikihindi paksus ja sügavus varieerub kõigil kasutusele võtmata aladel. Allmaakaevandamiseks oleks kaks põhimõttelist võimalust. Esimene oleks lähtumine analoogiameetodist. Kui kaevandati kamberkaevandamise tehnoloogiaga ja tervikud püsisid, nii nagu Ülgasel, siis saaks edaspidi samuti kaevandada, nii nagu põlevkivigi kaevandatakse. Kui kihindi paksus on suurem, tehakse kõrgemad kambrid ja suuremad 62 tervikud. Kui selgub, et lagi hakkab varisema, hakatakse kaevandust täitma liiva ja tuha seguga ehk aherainebetooniga. Raimamiseks kasutataks puurlõhketöid, kuna nii on enne tehtud ja tehakse ka mujal. Teine variant oleks kombainide kasutamine mehaanilise raimamise eesmärgil. Väheneks kivimi nõrgenemine võrreldes lõhketöödega raimamisega, saaks kasutada pidevvedu, linttervikuid ja tervikutevahelist täitmist. Fosforiidi abrasiivsus on andnud endistel katsetöödel hoiatavaid märke, et väikese võimsusega kombainiga kaevandada ei saa. Kas aga suurem võimsus lahendaks abrasiivsusest tuleneva kuluprobleemi, seda me veel ei tea. Seda saame teada vaid katsetööde tulemusel. 1997. aastal lõpetatud uuringute tulemusel leiti, et majanduslikult parim kaevandamistehnoloogia oleks avakaevandamise puhul mobiilsete masinate ehk kopplaadurite abil paljandamine. Oluliseks elemendiks oli diktüoneemakilda matmine savivannidesse. Allmaakaevandamise puhul leiti, et parim meetod on diagonaalasetusega linttervikutega kamberkaevandamine täitmisega, teostades vedu konteinerkalluritega (Valgma 1994). Peamine tehnoloogiast tulenev järeldus oli, et fosforiiti on majanduslikult kasulik kaevandada, kui kontsentraadi hind ületab 300 USD/t. Praegu maksab see 110 USD/t, olles 2008. aastal tõusnud kuni 430 USD/t (Adamson jt 1997). Kaasaegsete kaevandamisuuringute peamine järeldus on see, et kaevandamisel tuleb kaaluda lõhketöödeta täitmisega linttervikutega kaevandamise tehnoloogiat. Näiteks Sonda uuringuväljal asub fosforiit ligikaudu 40 km2 suurusel alal (LISA joonis 1) põlevkivikihindist sügavamal. Tootsa kihindi paksus on muutlik, 0 kuni 7 meetrini. Tootsa kihindi paksus on määratud kaevise toimaine väärtuse (piirsisalduse) P2O5 >14% puhul. Ebalaeks on fosforiidikihindi lakke jääv madala toimainesisaldusega fosforiidi ülemine kiht või kihtide pakk. Vahetult fosforiidikihindi peal asuv laekiht on valelagi, mis koosneb glaukoniitliivakivist argilliidi vahekihtidega. Valelae peal asuv lubjakividest moodustunud kandev laekiht on põhilagi (Reinsalu 2011; Väizene 2012). Nii valelae kui põhilae ülalhoidmiseks on otstarbekas kasutada ankurdamist ja täitmist (LISA joonis 2). 23 ja enam aastat hiljem Maardu fosforiidikarjääris lõppes tegevus seoses NSVL-i lagunemisega 1991. aastal. Lõpetati korraga nii fosforiidi paljandamine, väljamine kui ka töötlemine. Tegemist ei olnud plaanitud protsessiga ja seetõttu ei järgnenud kaevandamiskohtades ka korrastamist või konserveerimist. Enamus masinatest ja seadmetest on hilisemate aastate jooksul kõrvaldatud, kuid karjääri tranšeed, puistangud ja astangud on alles. Kaevandatud ehk kaevandamise ajal kuivana hoitud alasse on imbunud, voolanud ja sadanud 63 vesi (LISA joonis 6) (Valgma 2014a). Esialgu valmistas see vesi tuska nii kõrge taseme kui reguleerimata vooluhulga tõttu, kandes edasi olmejäätmete reostust, hõljumit ja sulfaati (Kolats ja Valgma 2011). Viimase dekaadi jooksul on korrastatud peamised läbivoolud ja veetasemed ning vooluhulgad on stabiilsed (Kolats jt 2012). Lõunakarjääri veest on saanud puhta vee allikas Maardu järvele. Ülgase ja Maardu kaevandustes toimuvad kaevandustele omased posttehnoloogilised protsessid, varingud, kaeveõõnte täitumine, vee läbivool ja allmaaelu (LISA foto 7). Põhjakarjääri rajati Jõelähtme prügila ja aiamaad, lõunakarjääris kaevandab killustikku lubjakivikarjäär, paigutades lubjakivisõelmeid fosforiidikarjääri sisepuistangutele analoogiliselt Aidu põlevkivikarjääri ja Ojamaa põlevkivikaevanduse olukorrale, kus kaevanduse aheraine paigutatakse karjääri tranšeesse ja sisepuistangule. Lõunakarjääris on eelnevatel aastatel tegutsenud kaks lubjakivikarjääri. Fosforiiditehase alale on kolinud palju ettevõtteid, mis tegelevad peamiselt transiidi, veonduse ja materjalide käitlemisega. Suur osa endistest fosforiidirajatistest on veel räämas. Flotoliivapuistangutel tegutseb Muuga sadam, üritades liivast lahti saada ja maad kasulikult kasutusele võtta. Seni pole see veel täielikult õnnestunud. Hiljuti rajati läbi endise fosforiiditööstuse ka maanteesõlme viaduktid. Maardu järvest on aga saanud aktiivne puhkekoht. Kasutatud kirjandus Adamson A., Reinsalu E., Juuse L. ja Valgma I. 1997. Sustainable phosphate rock mining. Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, Engineering 3(1), lk 1322. Darling P. (toim.) 2011. SME Mining Engineering Handbook. SME. Kolats M. ja Valgma I. 2011. Vesi allmaarajatistes. Kogumikus: Valgma I. (toim.) Kaevandamine ja vesi. Tallinn: Mäeinstituut, lk 5669. Kolats M., Valgma I., Väizene V., Reinsalu E., Otsmaa M. ja Orru M. 2012. Maardu vee dünaamika. kogumikus Valgma I., Väizene V., Kolats M. ja Karu V. (toim.) Kaevandamine ja keskkond. Tallinn: Tallinna Tehnikaülikooli Mäeinstituut, lk 135142. Reinsalu E. J. 2011. Fosforiidi ja põlevkivi allmaa-kaevandamise võimalus Rakvere fosforiidilevila ja Eesti põlevkivimaardla kattumusalal. Mäeinstituut. Tallinn: Mäeinstituut. Reinsalu E. V. 2014. Fosforiidi kaevandamise tehnika. Fosforiidi spetsialistide seminar, Tallinn, lk 35. Valgma I. 1994. Toolse fosforiidimaardla komplekshõlvamine. [diplomitöö] Tallinn: Mäeinstituut. Valgma I. 2009. Miks me praegu fosforiidist ei unista? Tallinn: XVII Aprillikonverents. Valgma I. 2012. Mäemasinate kasutusareaal. Kaevandamine ja keskkond. Tallinn: Mäeinstituut. 64 Valgma I. 2014a. Fosforiit - mi.ttu.ee/fosforiit. Tallinn: Mäeinstituut. Valgma I. 2014b. Kaevandused - mi.ttu.ee/kaevandus. Tallinn: Mäeinstituut. Valgma I. 2014c. Mäendusõpik: veebiõpik kaevandamisest, rakendusgeoloogiast ja geotehnoloogiast. Tallinn: Mäeinstituut. Väizene, V. 2012. Sonda uuringuvälja fosforiidi kaevandamiskulu eelhinnang. Tallinn: Mäeinstituut. Ingo Valgma
Fosforiit on kaevandamise seisukohalt kihtmaavara, mis lasub Eestis suurel pindalal, kuid on muutliku paksusega. Maailmas on enamus fosforiidimaardlaid Eesti maardlale sarnased, kuid on ka kontsentreerunud, maagikehale sarnasemaid maardlaid. Fosforiiti kaevandatakse nii nagu teisigi kihtmaavarasid – nii avakaevandamismooduse kui allmaakaevandamismoodusega (Valgma 2014c). Avakaevandamisviis võib olla vaalkaevandamine või aukkaevandamine. Allmaakaevandamisviis võib olla kamberkaevandamine, laavakaevandamine või kamberkaevandamine, kas varistamisega või ilma, või kaeveõõnte täitmisega. Kaevandamistehnoloogia võib olla draglainidega lihtkaevandamine, katendi teisaldamisega vaalkaevandamine või katendi eemaldamisega aukkaevandamine ehk transportkaevandamine (Valgma 2012). Allmaakaevandamisel võib rakendada puurlõhketöödega kamberkaevandamist, nii tulptervikutega kui linttervikutega, nii ketasteradega laavakombainidega lankkaevandamist, puurlõhketöödega lankkaevandamist kui ketasteradega frontaalkombainidega kamberkaevandamist. Kõigi tehnoloogiate korral võib kasutada alakorrustega kaevandamist ja täitmist. Raimamiseks kasutatakse ka hüdromonitore (Darling 2011). Eestis saab fosforiidi kohal lasuvat diktüoneemakilta (graptoliitargiliiti, konnatahvlit, ehk endist uraanimaaki) kaevandada sarnaselt. Raimamise seisukohast on peamine argilliidi erinevus fosforiidist selle pehmus ja vähene abrasiivsus, seega saab kasutada hõlpsamalt mehhaanilist raimamist ka lõiketeradega ja pöördteradega lõiketrumleid kasutavaid masinaid (Valgma 2009). Mida Eestis tehti? Eestis on tinglikult viis fosforiidi väljamise kohta. Kaks neist on algusaastate kaevandused, Ülgase ja Maardu, kaks Maardu karjääri (põhjaja lõunakarjäär) ja üks märkimisväärselt suuremõõduline Tigapõllu uuringušurf. Ülgas(t)el – Eesti esimeses fosforiidikaevanduses – kaevandati fosforiiti käsitsi, vahetu lae varistamisega kamberkaevandamise tehnoloogiaga (Valgma 2014b). Kaevandus avati klindist stollidega, mis võimaldasid lihtsat loomulikku veekõrvaldust (LISA foto 1). Samas ei ole põhilagi kaevanduse kohal varisenud. Maardu kaevanduses kaevandati puur-lõhketöödega laavakaevandamise tehnoloogiaga. Nii laavade põhilagi kui strekkide laed on mitmetes kohtades varisenud ning varingud jätkuvad ka edaspidi. Samuti on avanenud või avatud tuulutusšurfe (LISA foto 2). 61 Maardu põhjakarjääris kaevandati algusaastatel, 1960ndatel, mehaanilise pärikoppekskavaatoriga paljandamisega ja katendi selektiivse paigutamisega, ning kasutati mitmeastmelise puur-lõhketöödega raimamise tehnoloogiat. Maardu põhja- ja lõunakarjääris kaevandati draglainidega lihtkaevandamise tehnoloogiaga, kusjuures katsetati arvukalt erinevaid rekultiveerimise ja diktüoneemakilda matmise tehnoloogiaid. Fosforiidi kaevandamine oli ja on küll sarnane põlevkivi ja kivisöe kaevandamisele, kuid „tagurpidi“ asetseva katendi või kattekivimite tõttu oluliselt keerulisem, kallim ja tülikam kui põlevkivi kaevandamine. Maardu põhjakarjääris ehk Tallinna-Narva maanteest põhja pool asuvas fosforiidikarjääris oli kaevandamissügavus keskmiselt 11 meetrit (7-17 m). See on veidi rohkem kui suudavad edukalt paljandada keskmiste parameetritega ekskavaatorid. Seega ei olnud tegu väikekarjääriga, kus oleks hakkama saanud tollase kaevandamise ajal tüüpiline mehaaniline pärikopp-karjääriekskavaator, mille tühjenduskõrgus ulatub viie meetrini. Vaja läks spetsiaalset pika noolega paljandusekskavaatorit, et tõsta kaljust, lubjakivist ja liivakivist koosnevat katendit sisepuistangusse. Alguses võeti kasutusele ekskavaator EVG-6, mis on võimeline moodustama 20 m kõrguseid puistanguid, mille silumiseks tuleb kasutada kas buldoosereid või draglaine. Draglainide EŠ 10/60 ja EŠ 10/70 kasutuselevõtmine võimaldas hakata puistanguid siluma, kuid ammutama katendikivimeid ka ekskavaatori seisutasapinnast altpoolt. Draglainid said põhilisteks paljandusekskavaatoriteks, tagades tasase puistangu moodustamise võimaluse. Fosforiidi töötlemine Maardu flotovabrikus eraldati flotatsiooni abil kuulveskis peenendatud fosforiidi karbitükikesed liivast (LISA foto 3). Edasi töödeldi saadud kontsentraati väävelhappega (LISA foto 4). Algul reklaamiti flotoliiva ehk flotatsioonijääki – jahvatatud ja flotoreagendiga kokkupuutunud peent liiva – kui head ehitus- ja betooniliiva, hiljem hirmutati selle mürgisusega, nüüd aga müüakse täiteliivaks (LISA foto 5). Millega ja kuidas kaevandada või kaevandataks Toolse, Rakvere, Aseri või teistel võimalikel fosforiidialadel? Fosforiidikihindi paksus ja sügavus varieerub kõigil kasutusele võtmata aladel. Allmaakaevandamiseks oleks kaks põhimõttelist võimalust. Esimene oleks lähtumine analoogiameetodist. Kui kaevandati kamberkaevandamise tehnoloogiaga ja tervikud püsisid, nii nagu Ülgasel, siis saaks edaspidi samuti kaevandada, nii nagu põlevkivigi kaevandatakse. Kui kihindi paksus on suurem, tehakse kõrgemad kambrid ja suuremad 62 tervikud. Kui selgub, et lagi hakkab varisema, hakatakse kaevandust täitma liiva ja tuha seguga ehk aherainebetooniga. Raimamiseks kasutataks puurlõhketöid, kuna nii on enne tehtud ja tehakse ka mujal. Teine variant oleks kombainide kasutamine mehaanilise raimamise eesmärgil. Väheneks kivimi nõrgenemine võrreldes lõhketöödega raimamisega, saaks kasutada pidevvedu, linttervikuid ja tervikutevahelist täitmist. Fosforiidi abrasiivsus on andnud endistel katsetöödel hoiatavaid märke, et väikese võimsusega kombainiga kaevandada ei saa. Kas aga suurem võimsus lahendaks abrasiivsusest tuleneva kuluprobleemi, seda me veel ei tea. Seda saame teada vaid katsetööde tulemusel. 1997. aastal lõpetatud uuringute tulemusel leiti, et majanduslikult parim kaevandamistehnoloogia oleks avakaevandamise puhul mobiilsete masinate ehk kopplaadurite abil paljandamine. Oluliseks elemendiks oli diktüoneemakilda matmine savivannidesse. Allmaakaevandamise puhul leiti, et parim meetod on diagonaalasetusega linttervikutega kamberkaevandamine täitmisega, teostades vedu konteinerkalluritega (Valgma 1994). Peamine tehnoloogiast tulenev järeldus oli, et fosforiiti on majanduslikult kasulik kaevandada, kui kontsentraadi hind ületab 300 USD/t. Praegu maksab see 110 USD/t, olles 2008. aastal tõusnud kuni 430 USD/t (Adamson jt 1997). Kaasaegsete kaevandamisuuringute peamine järeldus on see, et kaevandamisel tuleb kaaluda lõhketöödeta täitmisega linttervikutega kaevandamise tehnoloogiat. Näiteks Sonda uuringuväljal asub fosforiit ligikaudu 40 km2 suurusel alal (LISA joonis 1) põlevkivikihindist sügavamal. Tootsa kihindi paksus on muutlik, 0 kuni 7 meetrini. Tootsa kihindi paksus on määratud kaevise toimaine väärtuse (piirsisalduse) P2O5 >14% puhul. Ebalaeks on fosforiidikihindi lakke jääv madala toimainesisaldusega fosforiidi ülemine kiht või kihtide pakk. Vahetult fosforiidikihindi peal asuv laekiht on valelagi, mis koosneb glaukoniitliivakivist argilliidi vahekihtidega. Valelae peal asuv lubjakividest moodustunud kandev laekiht on põhilagi (Reinsalu 2011; Väizene 2012). Nii valelae kui põhilae ülalhoidmiseks on otstarbekas kasutada ankurdamist ja täitmist (LISA joonis 2). 23 ja enam aastat hiljem Maardu fosforiidikarjääris lõppes tegevus seoses NSVL-i lagunemisega 1991. aastal. Lõpetati korraga nii fosforiidi paljandamine, väljamine kui ka töötlemine. Tegemist ei olnud plaanitud protsessiga ja seetõttu ei järgnenud kaevandamiskohtades ka korrastamist või konserveerimist. Enamus masinatest ja seadmetest on hilisemate aastate jooksul kõrvaldatud, kuid karjääri tranšeed, puistangud ja astangud on alles. Kaevandatud ehk kaevandamise ajal kuivana hoitud alasse on imbunud, voolanud ja sadanud 63 vesi (LISA joonis 6) (Valgma 2014a). Esialgu valmistas see vesi tuska nii kõrge taseme kui reguleerimata vooluhulga tõttu, kandes edasi olmejäätmete reostust, hõljumit ja sulfaati (Kolats ja Valgma 2011). Viimase dekaadi jooksul on korrastatud peamised läbivoolud ja veetasemed ning vooluhulgad on stabiilsed (Kolats jt 2012). Lõunakarjääri veest on saanud puhta vee allikas Maardu järvele. Ülgase ja Maardu kaevandustes toimuvad kaevandustele omased posttehnoloogilised protsessid, varingud, kaeveõõnte täitumine, vee läbivool ja allmaaelu (LISA foto 7). Põhjakarjääri rajati Jõelähtme prügila ja aiamaad, lõunakarjääris kaevandab killustikku lubjakivikarjäär, paigutades lubjakivisõelmeid fosforiidikarjääri sisepuistangutele analoogiliselt Aidu põlevkivikarjääri ja Ojamaa põlevkivikaevanduse olukorrale, kus kaevanduse aheraine paigutatakse karjääri tranšeesse ja sisepuistangule. Lõunakarjääris on eelnevatel aastatel tegutsenud kaks lubjakivikarjääri. Fosforiiditehase alale on kolinud palju ettevõtteid, mis tegelevad peamiselt transiidi, veonduse ja materjalide käitlemisega. Suur osa endistest fosforiidirajatistest on veel räämas. Flotoliivapuistangutel tegutseb Muuga sadam, üritades liivast lahti saada ja maad kasulikult kasutusele võtta. Seni pole see veel täielikult õnnestunud. Hiljuti rajati läbi endise fosforiiditööstuse ka maanteesõlme viaduktid. Maardu järvest on aga saanud aktiivne puhkekoht. Kasutatud kirjandus Adamson A., Reinsalu E., Juuse L. ja Valgma I. 1997. Sustainable phosphate rock mining. Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, Engineering 3(1), lk 1322. Darling P. (toim.) 2011. SME Mining Engineering Handbook. SME. Kolats M. ja Valgma I. 2011. Vesi allmaarajatistes. Kogumikus: Valgma I. (toim.) Kaevandamine ja vesi. Tallinn: Mäeinstituut, lk 5669. Kolats M., Valgma I., Väizene V., Reinsalu E., Otsmaa M. ja Orru M. 2012. Maardu vee dünaamika. kogumikus Valgma I., Väizene V., Kolats M. ja Karu V. (toim.) Kaevandamine ja keskkond. Tallinn: Tallinna Tehnikaülikooli Mäeinstituut, lk 135142. Reinsalu E. J. 2011. Fosforiidi ja põlevkivi allmaa-kaevandamise võimalus Rakvere fosforiidilevila ja Eesti põlevkivimaardla kattumusalal. Mäeinstituut. Tallinn: Mäeinstituut. Reinsalu E. V. 2014. Fosforiidi kaevandamise tehnika. Fosforiidi spetsialistide seminar, Tallinn, lk 35. Valgma I. 1994. Toolse fosforiidimaardla komplekshõlvamine. [diplomitöö] Tallinn: Mäeinstituut. Valgma I. 2009. Miks me praegu fosforiidist ei unista? Tallinn: XVII Aprillikonverents. Valgma I. 2012. Mäemasinate kasutusareaal. Kaevandamine ja keskkond. Tallinn: Mäeinstituut. 64 Valgma I. 2014a. Fosforiit - mi.ttu.ee/fosforiit. Tallinn: Mäeinstituut. Valgma I. 2014b. Kaevandused - mi.ttu.ee/kaevandus. Tallinn: Mäeinstituut. Valgma I. 2014c. Mäendusõpik: veebiõpik kaevandamisest, rakendusgeoloogiast ja geotehnoloogiast. Tallinn: Mäeinstituut. Väizene, V. 2012. Sonda uuringuvälja fosforiidi kaevandamiskulu eelhinnang. Tallinn: Mäeinstituut. Ingo Valgma
Artiklid / Mäendus / Kaevandatud alade kasutamine
Artiklid: Ingo Valgma: Mäendus
..
Mäendus
Ingo Valgma
Esikaas: Maardu fosforiidikarjääri lõputranšee
Annotatsioon
Mäeinstituudi kogumik koondnimetusega „Mäendus“ koondab aktuaalsete
mäendusuuringute põhjal koostatud artikleid. Riikliku energiatehnoloogiate programmi
raames on tehtud nii põlevkivi kui põlevkivi jääkide ja jäätmete kasutamise
laiaulatuslikke uuringuid. Nii põlevkivi kui teiste maavarade ja geotehnoloogia on seotud
mitmed Eesti Teadusfondi grandiuuringud, kus uuritakse varinguid, tektoonikat ja
kaevanduste täitmist. Mitmed seired ja projekteerimistööd käsitlevad keskkonnamõju ja
tehnoloogilisi lahendusi. Käivitunud on maavarade raimamise ja kaeviste rikastamise
uuringud ning katsetööd.
Kogumik on seotud järgnevate Mäeinstituudi uuringute ja projektidega: Põlevkivi
kadudeta ja keskkonnasäästlik kaevandamine (3.2.0501.11-0025) -
mi.ttu.ee/etp; MIN - NOVATION - Kaevandamise ja kaevandamisjääkide/jäätmete
uuringud Eestis ja Läänemere piirkonnas (VIR491) – mi.ttu.ee/min-novation; Kivimi
raimamine ja rikastamine valikmeetoditega (B36) – mi.ttu.ee/rikastamine. Täpne
Mäeinstituudi projektide loetelu asub projektide veebilehel: mi.ttu.ee/projektid.
Viitamine kogumikule:
Valgma, I.; Väizene, V.; Kolats, M.; Grossfeldt, G.; Karu, V. (2014). Mäendus. Tallinn:
TTÜ Mäeinstituut
Viitamine artiklile:
Valgma, I., Kolats, M., Grossfeldt, G. (2014). Mäenduslikud õpiobjektid. Valgma, I.;
Väizene, V.; Kolats, M.; Karu, V.; Grossfeldt, G. (Toim.). Mäendus (7-26). Tallinn: TTÜ
Mäeinstituut
ISBN 978-9949-430-81-9 (CD)
ISBN 978-9949-430-80-2 (pdf aadressil mi.ttu.ee/kogumik)
ETISe kategooria 3.2 – eelretsenseeritud kogumik, vt. www.etis.ee
Sisukord
1. Eessõna ...................................................................................................................... 11
2. Mäenduse ajalugu enne seda kui Eestist sai mäetööstusmaa .................................... 12
3. Põlevkivi kvaliteedi ja kaevandamistehnoloogia uuringud ....................................... 31
4. Mäenduslikud õpiobjektid ......................................................................................... 40
5. Kaasaegsed ehitus- ja mäemasinad............................................................................ 49
6. Eesti põlevkivi kaevandamisviisid ............................................................................ 56
7. Eesti maavarad, nende kaevised ja kasutusalad......................................................... 69
8. Mäeinstituudi põlevkiviuuringutest........................................................................... 75
9. Põlevkivi kaevandamise tehnoloogiate keskkonnamõjust aastatel 2016-2030 ......... 83
10. Põlevkivi kaod ......................................................................................................... 100
11. Keskkonnaprobleemid põlevkivi, lubjakivi, liiva, kruusa ja turba mäeeraldiste
kasutuselevõtul................................................................................................................ 109
12. Kaardistamine ja mäetööde plaanid......................................................................... 113
13. Põlevkivivaru ümberhindamine alaplokkides ......................................................... 119
14. Põlevkivi kaevandamisest ning ühest võimalikust tulevikutehnoloogiast .............. 123
15. Pilootseade kaevandamisel tekkinud jääkide ja jäätmete töötlemiseks ning uute
kasutusalade leidmiseks.................................................................................................. 133
16. Inertsed täiematerjalid ............................................................................................. 144
17. Linttervikutega kamberkaevandamise tehnoloogia ................................................. 148
18. Lõhketööde mõjust kaubapõlevkivi klassi 0...30 mm väljatulekule....................... 153
19. Ojamaa kaevandus – Eesti kõige uuema kaevanduse toodang õlitehasele.............. 164
20. Pinnasepuur - hõlbus abimees geoloogilisel praktikumil........................................ 170
21. Maardu kaevandamisala vee kvaliteet..................................................................... 175
22. Mäendusmakett- õppetöö lahutamatu osa ............................................................... 186
23. Mäeinseneride elukestev õpe................................................................................... 190
24. Põlevkivi rikastamisjääkide ladustamine ja alternatiivne kasutamine .................... 199
25. Võllpurustuskopa eelised lõugpurustuskopa ees..................................................... 204
26. Modelleeritud müramudeli kehtivus Eesti õigusruumis.......................................... 210
27. Põlevkivituha taaskasutamisega seotud õigusaktid ................................................. 214
28. Lühieekombaini kasutamise mõjud varingute tekkele kirde-eesti
põlevkivikaevandustes.................................................................................................... 223
29. Määruse „Lõhketöö projektile esitatavad nõuded“ vastavus praeguste
kaevandamistingimustega põlevkivikaevanduses........................................................... 235
30. Ülekaevandamine, seadusandlusest tulenevad nõuded ja karistused Oorema IV
kruusakarjääri näitel........................................................................................................ 246
31. Kutseomistamine mäenduses................................................................................... 251
Research projects in Mining Department (http://mi.ttu.ee/projects) .............................. 263
Mäeinstituudi projektid, uuringud ja osalemine uuringutes (http://mi.ttu.ee/projektid/) 263
Mäeinstituudi personal.................................................................................................... 297
Tagasi ülikooli ................................................................................................................ 301
Tabelid
Tabel 2-1 Varajase mäenduse aegrida [2,4,5]................................................................... 12
Tabel 3-1 Ojamaa kaevanduse laiendamise võimaluste analüüs...................................... 33
Tabel 3-2 Mäeinstituudi poolt viimastel aastatel teostatud põlevkiviuuringud. Vt. lisa
aadressilt: mi.ttu.ee/projektid [9]...................................................................................... 34
Tabel 5-1 Mäemasinate infoportaal .................................................................................. 53
Tabel 6-1Avakaevandamise perioodid Eesti põlevkivi karjäärides [2]............................ 66
Tabel 6-2 Kaevandamisviiside perioodid Eesti põlevkivi kaevandustes [2] .................... 66
Tabel 7-1 Eesti põhiliste maavarade kasutusala ja varu jääk seisuga 2013 lõpp [8]........ 70
Tabel 8-1 Aktiivsed põlevkivi kaevandamisload seisuga 2014 (Maa-amet, 05.10.2014) 75
Tabel 10-1 Mitmesugused kaevandamise kaod aastal 1982 [17] ................................... 105
Tabel 11-1. Müra sumbuvus metsas ............................................................................... 110
Tabel 12-1 Markšeideri täiendused aja, nime ja allkirjaga planšeti kirjanurgas............. 113
Tabel 13-1 Põlevkivikihtide paksuse statistiline analüüs ............................................... 120
Tabel 14-1 Suuremamahulisemad katsetööd purustuskoppadega Eestis Mäeinsituudi
osalusel............................................................................................................................ 129
Tabel 15-1 MIN-NOVATION projekti pilootseadmed .................................................. 134
Tabel 16-1 Killustiku kui täiematerjali mõõdetud (reaalsed) ja soovituslikud parameetrid
......................................................................................................................................... 145
Tabel 17-1. Sammas- ja linttervikute kadude võrdlus.................................................... 148
Tabel 18-1 Katselõhkamised........................................................................................... 158
Tabel 19-1Põlevkivi ja lubjakivi purunemise võrdlus simuleerimis tarkvaral ............... 167
Tabel 20-1 Tudengite poolt mõõdetud punktid turbaväljal ............................................ 173
Tabel 21-1 Fosforiidikaevandamise alade iseloomulikud andmed, koos veemahtudega178
Tabel 21-2 Maardu järve ja kaevandatud alade tehnoloogiliste veekogude (kraavide) vee
ökoloogiline seisund füüsikaliste ja keemiliste näitajate järgi (aritmeetilised keskmised
kõigist vaatlusandmetest aastatel 2011-2013). [10, 27].................................................. 180
Tabel 21-3 Maardu piirkonna vooluvee pinnaveekogumite ökoloogilise seisundi
määramine füüsikalis-keemiliste klasside kvaliteedinäitajate ja üldtingimuste järgi
vastavalt lisale 4 keskkonnaministri määrusele nr 44 (jõustunud 28.11.2010.a). [11, 27]
......................................................................................................................................... 181
Tabel 22-1 Geodisaini kursustel valminud mäendusmaketid ......................................... 187
Tabel 23-1 Täienduskoolituse punktide väärtuse arvestamine [13] ............................... 194
Tabel 24-1. Jäätmehoidla parameetrid. [8]: .................................................................... 201
Tabel 25-1 Allu tööorganite parameetrid [4].................................................................. 206
Tabel 25-2 MB tööorganite parameetrid [4]................................................................... 206
Tabel 26-1 Programmis CadnaA kasutatavad standardid [6] ......................................... 211
Tabel 28-1 Põlevkivi kaod tervikutes [16]...................................................................... 233
Tabel 29-1 Ehitise suurim lubatav võnkekiirus sõltuvalt kaugusest ja aluspinnast [3]. 238
Tabel 29-2 Ehitise liigist sõltuv parandustegur [3]........................................................ 239
Tabel 29-3 Ehitise suurim lubatav võnkekiiruse määramine Saksa standardi järgi [2]. 239
Tabel 29-4 Ehitise suurim lubatav võnkekiiruse määramine Prantsusmaa standardi järgi
[2].................................................................................................................................... 240
Tabel 29-5 Ehitise suurim lubatav võnkekiiruse määramine Rootsi standardi järgi [2]. 240
Tabel 30-1 Erinevad õhusaaste väärtused erinevatel protsessidel Ooremaa IV karjääri
näitel................................................................................................................................ 248
Tabel 30-2 Ooremaa IV karjääri potentsiaalsete tulude ja kulude võrdlus..................... 249
Tabel 31-1 Väljastatud pädevus- ja kutsetunnistused vastutusulatuste kaupa ajavahemikul
2007-2014 ....................................................................................................................... 253
Tabel 31-2 Mäeinseneride kutsestandardi kaheksa kohustuslikku kompetentsi ja volituste
ulatus, Versioon 2 [10].................................................................................................... 254
Tabel 31-3 Formaalhariduse ja kutsetaseme vastavus [11, 9, 1, 33] .............................. 255
Tabel 31-4 Ligikaudne geotehnoloogia erialal lõpetamise ja katkestamise statistika
ajavahemikus 2009-2014, kus AAGB tähistab bakalaureuseõpet ning AAGM
magistriõpet. Lõpetamise tulemuslikkus – kogu lõpetajate arv sisseastujatest, lõpetajate
efektiivsus – normaalajal lõpetajate hulk........................................................................ 258
Joonised
Joonis 2-1 Esimese ekskavaatori eskiisi tegi Giovanni Fontana 1420. aastal. Tänapäeval
on sellest arenenud teleskoopnoolega pärikoppekskavaatorid [4].................................... 14
Joonis 2-2 Visand ujuvdraglainist aastast 1500 [4] .......................................................... 15
Joonis 2-3 Roobastee [4]................................................................................................... 15
Joonis 2-4 Regi kaevise vedamiseks [4]........................................................................... 16
Joonis 2-5 Vintsiga tõsteseade [4] .................................................................................... 17
Joonis 2-6 Elevaatorkonveier [4]...................................................................................... 17
Joonis 2-7 Greiferkoppekskavaator [4]............................................................................. 18
Joonis 2-8 Adrast arendatud skreeper [4] ......................................................................... 19
Joonis 2-9 Inimjõul töötav pärikoppekskavaator [4] ........................................................ 19
Joonis 2-10 Dubois põhjaluugiga pärikoppekskavaator [4].............................................. 20
Joonis 2-11 Hobuvintsiga paljukopaline ekskavaator [4]................................................. 20
Joonis 2-12 Tuulejõul käitatav ja praamile paigutatud rootorekskavaator [4] ................. 21
Joonis 2-13 Esimene pöördkoppekskavaatori projekt [4]................................................. 21
Joonis 2-14 Inimjõul töötav pärikoppekskavaator [4] ...................................................... 22
Joonis 2-15 Hobuvagonetid [4]......................................................................................... 22
Joonis 2-16 Marmorimurd [4]........................................................................................... 23
Joonis 2-17 Pendel-rootorekskavaator [4] ........................................................................ 23
Joonis 2-18 Esimene aurumootoriga masin [4] ................................................................ 24
Joonis 2-19 Pärikoppekskavaator praamil [4]................................................................... 25
Joonis 2-20 Elevaatorkonveieriga skreeper [4]................................................................. 25
Joonis 2-21 Hobuvintsid ja käsikärud [4]......................................................................... 26
Joonis 2-22 Esimene kuivamaa paljukopaline kettekskavaator [4].................................. 26
Joonis 2-23 Hobuskreeper [4]........................................................................................... 27
Joonis 2-24 Esimene auru-roomiktraktor [4].................................................................... 27
Joonis 2-25 Käsivintsiga paljukopaline ekskavaator [4] .................................................. 28
Joonis 2-26 Mootorgreider Good Roads Machine [4]...................................................... 28
Joonis 2-27 Mootorgreider [4].......................................................................................... 29
Joonis 3-1 Ojamaa kaevandusega külgnevad plokid varu kategooriaga aastal 2012 ....... 32
Joonis 4-1 Klassifikatsiooni jaotuse kirjeldus................................................................... 41
Joonis 4-2 Kaevandamisviisid (vaalkaevandamine, aukkaevandamine, veealune
kaevandamine, kamberkaevandamine)............................................................................. 42
Joonis 4-3 Allmaakopplaadur kaevanduses põlevkivi kraapkonveierile laadimas........... 44
Joonis 4-4 Pealmaakopplaadur karjääris kivisütt kallurile laadimas................................ 44
Joonis 4-5 Käpplaadur ...................................................................................................... 45
Joonis 4-6 Mäeinstituudi õpiobjekt - Maavarade majandus............................................. 46
Joonis 4-7 Õpiobjekti Maavarade majandus sisu.............................................................. 47
Joonis 5-1 Sany masinad- Hiina masinatootja väljapanek kui ajamärk............................ 50
Joonis 6-1 Tulptervikutega kamberkaevandamisviis [13]................................................ 59
Joonis 6-2 30o
– 60o
kambrite asetusega kamberkavandmisviis [13]............................... 60
Joonis 6-3 Logistuskambritega kamberkaevandmisviis [13]............................................ 61
Joonis 6-4 Mitme kambriline kamberkaevandamisviis [13]............................................. 62
Joonis 6-5 Ristlõhkeaukudega kamberkaevandamisviis [13]........................................... 63
Joonis 6-6 Kombainlaavakaevandmisviis [13]................................................................. 65
Joonis 7-1Buldooseriga raimatud põlevkivi ..................................................................... 71
Joonis 7-2 Katlatuhk ......................................................................................................... 71
Joonis 7-3 Täitematerjalina kasutatav lubjakivikillustik .................................................. 72
Joonis 8-1 Välitööd Selisoos............................................................................................. 78
Joonis 9-1Põlevkivi kaevandamise maht ning all- ja pealmaakaevandamise jagunemine,
mln t/a ............................................................................................................................... 84
Joonis 9-2 Aheraine mõju hinnang hinnangupallides....................................................... 85
Joonis 9-3 Põlevkivi olemasolevate aherainemägede asukohaskeem .............................. 86
Joonis 9-4 Aheraine tekkimise dünaamika Eesti põlevkivimaardlas (1945 kuni 2023)... 87
Joonis 9-5 Kaevandamissügavuse 0-12 ja 13-40m andmetel rajoneeritud kaevandamisala.
10x10km võrgustik ........................................................................................................... 89
Joonis 9-6 Maastikumõju kaalutud keskmised hindepallid .............................................. 90
Joonis 9-7 Kaevandatud alade suurused, km2 .................................................................. 91
Joonis 9-8 Maakatte jaotus aladel, km2
............................................................................. 92
Joonis 9-9 Kaevandatud alad kaeveväljade kaupa............................................................ 92
Joonis 9-10 Põlevkivi kaevandamise mõju põhja- ja pinnaveele hinnangupallides......... 93
Joonis 9-11 Erinevate variantide mõjupallid valdkondade kaupa .................................... 96
Joonis 9-12 Mõjupallid valdkondade kaupa ..................................................................... 96
Joonis 9-13 Erinevate variantide mõjupallide summa ...................................................... 97
Joonis 10-1 Eesti põlevkivi kihindi läbilõige [2]............................................................ 100
Joonis 10-2 Paarisstrekkidega kaevandamisviis [4] ....................................................... 102
Joonis 10-3 Linttervikutega kamberkaevandamisviis [18]............................................. 103
Joonis 10-4 Paarislaavadega pikkesi kaevandamisviis [18] ........................................... 104
Joonis 10-5 Tulptervikutega kamber-kaevandamisviis [18]........................................... 104
Joonis 11-1. Tolmu ja müra mõõtmine ........................................................................... 110
Joonis 11-2. Tolmu kumulatiivse mõju mudel koos Mõnumäe veekogu rajamisega..... 111
Joonis 12-1 Sompa kaevanduse põlevkivi kaevandamise paberplanšett mõõtkavaga
1 : 1000 aastast 1964....................................................................................................... 114
Joonis 12-2 Tänapäevane digitaalne mäetööde plaan..................................................... 115
Joonis 13-1 Alaplokid 1-1, 1-2 ja 1-6 plokis 1 ............................................................... 119
Joonis 13-2 Põlevkivikihtide kogupaksus puursüdamikes alaplokkides 1-1, 1-2, 1-6 ja
plokis 1............................................................................................................................ 120
Joonis 14-1 Kamberjaevandamise tehnoloogia skeem. .................................................. 125
Joonis 14-2 Purustuskopa kasutusvõimalused erinevate masinate küljes....................... 127
Joonis 14-3 Purustatud materjal väljub kopa alt............................................................. 128
Joonis 14-4 Purustuskopa separeerimisprotsess ............................................................. 129
Joonis 15-1 MIN-NOVATION projekti partnerid.......................................................... 133
Joonis 15-2 Kopplaadur ja purustuskopp........................................................................ 135
Joonis 15-3 Märgsepareerimise pilootseade ................................................................... 135
Joonis 15-4 Pilootseadmegrupi seadmete mobiilne konteiner........................................ 136
Joonis 15-5 Statsionaarne purustus ja sõelumissõlm...................................................... 137
Joonis 15-6 Metallide leostumisseade metalli sisalduse määramiseks........................... 137
Joonis 15-7 Nordkalk - klinkri purustamine ................................................................... 138
Joonis 15-8 Kiviõli Keemiatööstuse aheraine purustamise katsed................................. 138
Joonis 15-9 Estonia põlevkivikaevanduse põlevkivi märgsepareerimine ...................... 139
Joonis 15-10 Paekivitoodete Tehase kaevise separeerimiskatsed .................................. 140
Joonis 15-11 Kivisöe kaevandamisjäägi testimine ......................................................... 140
Joonis 16-1 Killustiku 16/32 lõimis................................................................................ 145
Joonis 17-1. Linttervikutega kombain-kaevandamise tehnoloogiline skeem................. 150
Joonis 18-1. Lõhkeaugu ümber toimuv protsess [13]..................................................... 153
Joonis 18-2 Purustused survetsoonis massiivis. Mõõtelati jaotus (paremal servas) 5 cm.
[11].................................................................................................................................. 154
Joonis 18-3 Radiaallõhede tekkimine [2] ....................................................................... 154
Joonis 18-4 Pragude süsteem lõhkeaugu ümbruses. ....................................................... 155
Joonis 18-5 Pingelained praod piirkonnas...................................................................... 155
Joonis 18-6 Pingelaine levimine ühest keskkonnast teise............................................... 156
Joonis 18-7 Põlevkivi peenese tekkimine kihtide kokkupuutepinnal............................. 157
Joonis 18-8 Klassi 0...30 mm saagis (Ojamaal)............................................................. 160
Joonis 18-9 Klassi 0...25 mm saagis (Ahtmes).............................................................. 161
Joonis 19-1 Punase joonega on tähistatud Ojamaa kaevandusest Kohtla - Järvele
suunduva lintkonveieri teekond ...................................................................................... 164
Joonis 19-2 Sõelanalüüside töötlemisel MS Excelis saadud üks astmejaotustest .......... 166
Joonis 19-3 Katseskeem vahetult enne valtspurustit [22], purustamise ja sõelumise
simuleerimise tarkvaral Bruno........................................................................................ 167
Joonis 20-1 Erinevad turbapuurid [4] ............................................................................. 171
Joonis 20-2 Pinnasepuuriga katsetatud erinevad materjalid ........................................... 172
Joonis 20-3 Tudengid välitööl turbamaardlas................................................................. 172
Joonis 21-1 Maardu fosforiidimaardla............................................................................ 175
Joonis 21-2 Maardu kaevandamisala .............................................................................. 176
Joonis 21-3 Mõõtmiskohad (1- Maardu järve väljavool Kroodi ojja; 2- Lõunakarjääri
väljavool Maardu järve; 3- Lõuna poolt Maardu järve sissevool; 4- Maardu kaevanduse
väljavool strekist; 5- Maardu põhjakarjääri ja kaevanduse väljavool; 6- Kroodi oja enne
suubumist merre; 7- Ülgase kaevanduse väljavool veekõrvaldusstollist; 8- Põhjakarjääri
tranšee; 9- Põhjakarjääri tranšee; 10- Lõunakarjääri tranšee; 21- Põhjakarjääri tranšee;
22- Ülgase savikarjäär) ................................................................................................... 177
Joonis 21-4 Maardu veega täitunud lõunakarjääri tranšee.............................................. 178
Joonis 21-5 Maardu veega täitunud põhjakarjääri tranšee.............................................. 179
Joonis 21-6 Püld ja Nüld mõõdetud väärtused välitööde ja aastaaegade kaupa
mõõtmispunktides........................................................................................................... 182
Joonis 22-1 Mäendusmaketid Mäemuuseumis............................................................... 187
Joonis 22-2 Maardu fosforiidimaardla makett koos Geodisain õpilastega..................... 188
Joonis 23-1 Täienduskoolituste pildigalerii [15] ............................................................ 190
Joonis 23-2 Mäendusalane täienduskoolitus geograafia õpetajatele 21.03.2014 ........... 191
Joonis 23-3 Kivimite ja mineraalide määramine. ........................................................... 191
Joonis 23-4 Mäeinseneride täienduskoolitus Kivimite töötlemine ja käitlemine, 08.-
12.03.2013....................................................................................................................... 192
Joonis 23-5 Mäetehniku täienduskoolitus 2012. a.......................................................... 192
Joonis 23-6 Täienduskoolituse kodulehe info jaotus [14] .............................................. 193
Joonis 24-1. Jäätmehoidla planeerimise skeem. [11]...................................................... 201
Joonis 25-1. MB tööorganite tootlikus [3]...................................................................... 207
Joonis 25-2. Allu purustuskopp [5]................................................................................. 207
Joonis 25-3. MB purustuskopp [3] ................................................................................. 207
Joonis 26-1 Müramudel, andmepunkti suurus on 10x10m [9] ....................................... 212
Joonis 27-1 Põlevkivituha tekke ja taaskasutamise määrad aastatel 2008-2011 [17]. .. 215
Joonis 27-2 Põlevkivikaevanduse hüdrauliline täitmine [28]......................................... 216
Joonis 28-1. Lühieekombain [3] ..................................................................................... 224
Joonis 28-2. Lühieekombaini skeem............................................................................... 225
Joonis 28-3. Seismoloogilised sündmused Eesti põlevkivimaardlas aastal 2008. Tärnid -
varingud, täpid - lõhkamised [13]................................................................................... 227
Joonis 28-4 2008. aasta varingu tagajärjel vajunud puud maapinnal [13]...................... 228
Joonis 28-5 2008 aasta varingu tagajärjel tekkinud lõhe maapinnal [13]....................... 229
Joonis 28-6 Varisenud ala Estonia kaevanduse mäetööde plaanil. Koordinaadid: 59,234N
& 27,441E. [15] .............................................................................................................. 230
Joonis 28-7 Tervikute varisemistsooni skemaatiline näide ............................................ 231
Joonis 28-8 Kambriploki tervikute mõõtmete skeem. Katkendlik punane joon - ohtlik ala,
kus võib tekkida varinguid. Lilla pidev joon - ala, mis sarnaneks lühieekombainiga
kaevandamisel tervikute mõõtmete poolest. [15] ........................................................... 232
Joonis 29-1 Võnkumise põhiparameetrid [5]................................................................. 236
Joonis 29-2 Võnkekiiruse prognoosimise graafik........................................................... 242
Joonis 29-3 Seismiliselt ohutu laengusuurus [6] ............................................................ 243
Joonis 29-4 Maksimaalne seismiliselt ohutu laengukogus* [6] ..................................... 244
Joonis 30-1 Ooremaa IV kruusakarjääri plaan................................................................ 247
Joonis 31-1 Kompetentsuste ring [8].............................................................................. 252
Joonis 31-2 Väljastatud pädevus- ja kutsetunnistused 2007-2014 aastatel, **seisuga
15.10.2014....................................................................................................................... 256
1. Eessõna
Kogumik koondnimetusega Mäendus ilmub mäendusele keerulisel ajal. Äsja on vastu
võetud spetsialiseerumisega mäeinseneride kutsestandardid. Samuti on kätte jõudnud
ammuräägitud inseneride põlvkondade vahetus, mis on kaasa toonud terava olukorra
tööjõuturul. Samal ajal käivitus kõrgharidusreform ja teadusrahastamise reform. Kõik see
avaldab mäenduse edasisele käekäigule mõju veel aastakümneid. Pärast pikka ooteaega
on hakatud mõtlema uute tehnoloogiate või tehnoloogia arendamise peale. Esilagu on
selle protsessi motivaatoreid veel vähe. Suur osa motivaatoritena mõeldud meetmeid
toimivad esialgu demotivaatoritena. Siiski on hakatud suunama tööstust ja uuringuid
füüsikaseaduste järgimise suunas – kadude vähendamise, protsesside optimeerimise ja
läbipaistvuse suunas. Seni, kuni haridus-, kutse- ja teadussüsteem eelkirjeldatu
vundamendiks ei ole saanud, toimib poliitika, valimistest valimisteni ja ülemustest
ülemusteni.
Mäendus.pdf
Artiklid: Kaevandatud alade kasutamine
..Mäendus
Ingo Valgma
Esikaas: Maardu fosforiidikarjääri lõputranšee
Annotatsioon
Mäeinstituudi kogumik koondnimetusega „Mäendus“ koondab aktuaalsete
mäendusuuringute põhjal koostatud artikleid. Riikliku energiatehnoloogiate programmi
raames on tehtud nii põlevkivi kui põlevkivi jääkide ja jäätmete kasutamise
laiaulatuslikke uuringuid. Nii põlevkivi kui teiste maavarade ja geotehnoloogia on seotud
mitmed Eesti Teadusfondi grandiuuringud, kus uuritakse varinguid, tektoonikat ja
kaevanduste täitmist. Mitmed seired ja projekteerimistööd käsitlevad keskkonnamõju ja
tehnoloogilisi lahendusi. Käivitunud on maavarade raimamise ja kaeviste rikastamise
uuringud ning katsetööd.
Kogumik on seotud järgnevate Mäeinstituudi uuringute ja projektidega: Põlevkivi
kadudeta ja keskkonnasäästlik kaevandamine (3.2.0501.11-0025) -
mi.ttu.ee/etp; MIN - NOVATION - Kaevandamise ja kaevandamisjääkide/jäätmete
uuringud Eestis ja Läänemere piirkonnas (VIR491) – mi.ttu.ee/min-novation; Kivimi
raimamine ja rikastamine valikmeetoditega (B36) – mi.ttu.ee/rikastamine. Täpne
Mäeinstituudi projektide loetelu asub projektide veebilehel: mi.ttu.ee/projektid.
Viitamine kogumikule:
Valgma, I.; Väizene, V.; Kolats, M.; Grossfeldt, G.; Karu, V. (2014). Mäendus. Tallinn:
TTÜ Mäeinstituut
Viitamine artiklile:
Valgma, I., Kolats, M., Grossfeldt, G. (2014). Mäenduslikud õpiobjektid. Valgma, I.;
Väizene, V.; Kolats, M.; Karu, V.; Grossfeldt, G. (Toim.). Mäendus (7-26). Tallinn: TTÜ
Mäeinstituut
ISBN 978-9949-430-81-9 (CD)
ISBN 978-9949-430-80-2 (pdf aadressil mi.ttu.ee/kogumik)
ETISe kategooria 3.2 – eelretsenseeritud kogumik, vt. www.etis.ee
Sisukord
1. Eessõna ...................................................................................................................... 11
2. Mäenduse ajalugu enne seda kui Eestist sai mäetööstusmaa .................................... 12
3. Põlevkivi kvaliteedi ja kaevandamistehnoloogia uuringud ....................................... 31
4. Mäenduslikud õpiobjektid ......................................................................................... 40
5. Kaasaegsed ehitus- ja mäemasinad............................................................................ 49
6. Eesti põlevkivi kaevandamisviisid ............................................................................ 56
7. Eesti maavarad, nende kaevised ja kasutusalad......................................................... 69
8. Mäeinstituudi põlevkiviuuringutest........................................................................... 75
9. Põlevkivi kaevandamise tehnoloogiate keskkonnamõjust aastatel 2016-2030 ......... 83
10. Põlevkivi kaod ......................................................................................................... 100
11. Keskkonnaprobleemid põlevkivi, lubjakivi, liiva, kruusa ja turba mäeeraldiste
kasutuselevõtul................................................................................................................ 109
12. Kaardistamine ja mäetööde plaanid......................................................................... 113
13. Põlevkivivaru ümberhindamine alaplokkides ......................................................... 119
14. Põlevkivi kaevandamisest ning ühest võimalikust tulevikutehnoloogiast .............. 123
15. Pilootseade kaevandamisel tekkinud jääkide ja jäätmete töötlemiseks ning uute
kasutusalade leidmiseks.................................................................................................. 133
16. Inertsed täiematerjalid ............................................................................................. 144
17. Linttervikutega kamberkaevandamise tehnoloogia ................................................. 148
18. Lõhketööde mõjust kaubapõlevkivi klassi 0...30 mm väljatulekule....................... 153
19. Ojamaa kaevandus – Eesti kõige uuema kaevanduse toodang õlitehasele.............. 164
20. Pinnasepuur - hõlbus abimees geoloogilisel praktikumil........................................ 170
21. Maardu kaevandamisala vee kvaliteet..................................................................... 175
22. Mäendusmakett- õppetöö lahutamatu osa ............................................................... 186
23. Mäeinseneride elukestev õpe................................................................................... 190
24. Põlevkivi rikastamisjääkide ladustamine ja alternatiivne kasutamine .................... 199
25. Võllpurustuskopa eelised lõugpurustuskopa ees..................................................... 204
26. Modelleeritud müramudeli kehtivus Eesti õigusruumis.......................................... 210
27. Põlevkivituha taaskasutamisega seotud õigusaktid ................................................. 214
28. Lühieekombaini kasutamise mõjud varingute tekkele kirde-eesti
põlevkivikaevandustes.................................................................................................... 223
29. Määruse „Lõhketöö projektile esitatavad nõuded“ vastavus praeguste
kaevandamistingimustega põlevkivikaevanduses........................................................... 235
30. Ülekaevandamine, seadusandlusest tulenevad nõuded ja karistused Oorema IV
kruusakarjääri näitel........................................................................................................ 246
31. Kutseomistamine mäenduses................................................................................... 251
Research projects in Mining Department (http://mi.ttu.ee/projects) .............................. 263
Mäeinstituudi projektid, uuringud ja osalemine uuringutes (http://mi.ttu.ee/projektid/) 263
Mäeinstituudi personal.................................................................................................... 297
Tagasi ülikooli ................................................................................................................ 301
Tabelid
Tabel 2-1 Varajase mäenduse aegrida [2,4,5]................................................................... 12
Tabel 3-1 Ojamaa kaevanduse laiendamise võimaluste analüüs...................................... 33
Tabel 3-2 Mäeinstituudi poolt viimastel aastatel teostatud põlevkiviuuringud. Vt. lisa
aadressilt: mi.ttu.ee/projektid [9]...................................................................................... 34
Tabel 5-1 Mäemasinate infoportaal .................................................................................. 53
Tabel 6-1Avakaevandamise perioodid Eesti põlevkivi karjäärides [2]............................ 66
Tabel 6-2 Kaevandamisviiside perioodid Eesti põlevkivi kaevandustes [2] .................... 66
Tabel 7-1 Eesti põhiliste maavarade kasutusala ja varu jääk seisuga 2013 lõpp [8]........ 70
Tabel 8-1 Aktiivsed põlevkivi kaevandamisload seisuga 2014 (Maa-amet, 05.10.2014) 75
Tabel 10-1 Mitmesugused kaevandamise kaod aastal 1982 [17] ................................... 105
Tabel 11-1. Müra sumbuvus metsas ............................................................................... 110
Tabel 12-1 Markšeideri täiendused aja, nime ja allkirjaga planšeti kirjanurgas............. 113
Tabel 13-1 Põlevkivikihtide paksuse statistiline analüüs ............................................... 120
Tabel 14-1 Suuremamahulisemad katsetööd purustuskoppadega Eestis Mäeinsituudi
osalusel............................................................................................................................ 129
Tabel 15-1 MIN-NOVATION projekti pilootseadmed .................................................. 134
Tabel 16-1 Killustiku kui täiematerjali mõõdetud (reaalsed) ja soovituslikud parameetrid
......................................................................................................................................... 145
Tabel 17-1. Sammas- ja linttervikute kadude võrdlus.................................................... 148
Tabel 18-1 Katselõhkamised........................................................................................... 158
Tabel 19-1Põlevkivi ja lubjakivi purunemise võrdlus simuleerimis tarkvaral ............... 167
Tabel 20-1 Tudengite poolt mõõdetud punktid turbaväljal ............................................ 173
Tabel 21-1 Fosforiidikaevandamise alade iseloomulikud andmed, koos veemahtudega178
Tabel 21-2 Maardu järve ja kaevandatud alade tehnoloogiliste veekogude (kraavide) vee
ökoloogiline seisund füüsikaliste ja keemiliste näitajate järgi (aritmeetilised keskmised
kõigist vaatlusandmetest aastatel 2011-2013). [10, 27].................................................. 180
Tabel 21-3 Maardu piirkonna vooluvee pinnaveekogumite ökoloogilise seisundi
määramine füüsikalis-keemiliste klasside kvaliteedinäitajate ja üldtingimuste järgi
vastavalt lisale 4 keskkonnaministri määrusele nr 44 (jõustunud 28.11.2010.a). [11, 27]
......................................................................................................................................... 181
Tabel 22-1 Geodisaini kursustel valminud mäendusmaketid ......................................... 187
Tabel 23-1 Täienduskoolituse punktide väärtuse arvestamine [13] ............................... 194
Tabel 24-1. Jäätmehoidla parameetrid. [8]: .................................................................... 201
Tabel 25-1 Allu tööorganite parameetrid [4].................................................................. 206
Tabel 25-2 MB tööorganite parameetrid [4]................................................................... 206
Tabel 26-1 Programmis CadnaA kasutatavad standardid [6] ......................................... 211
Tabel 28-1 Põlevkivi kaod tervikutes [16]...................................................................... 233
Tabel 29-1 Ehitise suurim lubatav võnkekiirus sõltuvalt kaugusest ja aluspinnast [3]. 238
Tabel 29-2 Ehitise liigist sõltuv parandustegur [3]........................................................ 239
Tabel 29-3 Ehitise suurim lubatav võnkekiiruse määramine Saksa standardi järgi [2]. 239
Tabel 29-4 Ehitise suurim lubatav võnkekiiruse määramine Prantsusmaa standardi järgi
[2].................................................................................................................................... 240
Tabel 29-5 Ehitise suurim lubatav võnkekiiruse määramine Rootsi standardi järgi [2]. 240
Tabel 30-1 Erinevad õhusaaste väärtused erinevatel protsessidel Ooremaa IV karjääri
näitel................................................................................................................................ 248
Tabel 30-2 Ooremaa IV karjääri potentsiaalsete tulude ja kulude võrdlus..................... 249
Tabel 31-1 Väljastatud pädevus- ja kutsetunnistused vastutusulatuste kaupa ajavahemikul
2007-2014 ....................................................................................................................... 253
Tabel 31-2 Mäeinseneride kutsestandardi kaheksa kohustuslikku kompetentsi ja volituste
ulatus, Versioon 2 [10].................................................................................................... 254
Tabel 31-3 Formaalhariduse ja kutsetaseme vastavus [11, 9, 1, 33] .............................. 255
Tabel 31-4 Ligikaudne geotehnoloogia erialal lõpetamise ja katkestamise statistika
ajavahemikus 2009-2014, kus AAGB tähistab bakalaureuseõpet ning AAGM
magistriõpet. Lõpetamise tulemuslikkus – kogu lõpetajate arv sisseastujatest, lõpetajate
efektiivsus – normaalajal lõpetajate hulk........................................................................ 258
Joonised
Joonis 2-1 Esimese ekskavaatori eskiisi tegi Giovanni Fontana 1420. aastal. Tänapäeval
on sellest arenenud teleskoopnoolega pärikoppekskavaatorid [4].................................... 14
Joonis 2-2 Visand ujuvdraglainist aastast 1500 [4] .......................................................... 15
Joonis 2-3 Roobastee [4]................................................................................................... 15
Joonis 2-4 Regi kaevise vedamiseks [4]........................................................................... 16
Joonis 2-5 Vintsiga tõsteseade [4] .................................................................................... 17
Joonis 2-6 Elevaatorkonveier [4]...................................................................................... 17
Joonis 2-7 Greiferkoppekskavaator [4]............................................................................. 18
Joonis 2-8 Adrast arendatud skreeper [4] ......................................................................... 19
Joonis 2-9 Inimjõul töötav pärikoppekskavaator [4] ........................................................ 19
Joonis 2-10 Dubois põhjaluugiga pärikoppekskavaator [4].............................................. 20
Joonis 2-11 Hobuvintsiga paljukopaline ekskavaator [4]................................................. 20
Joonis 2-12 Tuulejõul käitatav ja praamile paigutatud rootorekskavaator [4] ................. 21
Joonis 2-13 Esimene pöördkoppekskavaatori projekt [4]................................................. 21
Joonis 2-14 Inimjõul töötav pärikoppekskavaator [4] ...................................................... 22
Joonis 2-15 Hobuvagonetid [4]......................................................................................... 22
Joonis 2-16 Marmorimurd [4]........................................................................................... 23
Joonis 2-17 Pendel-rootorekskavaator [4] ........................................................................ 23
Joonis 2-18 Esimene aurumootoriga masin [4] ................................................................ 24
Joonis 2-19 Pärikoppekskavaator praamil [4]................................................................... 25
Joonis 2-20 Elevaatorkonveieriga skreeper [4]................................................................. 25
Joonis 2-21 Hobuvintsid ja käsikärud [4]......................................................................... 26
Joonis 2-22 Esimene kuivamaa paljukopaline kettekskavaator [4].................................. 26
Joonis 2-23 Hobuskreeper [4]........................................................................................... 27
Joonis 2-24 Esimene auru-roomiktraktor [4].................................................................... 27
Joonis 2-25 Käsivintsiga paljukopaline ekskavaator [4] .................................................. 28
Joonis 2-26 Mootorgreider Good Roads Machine [4]...................................................... 28
Joonis 2-27 Mootorgreider [4].......................................................................................... 29
Joonis 3-1 Ojamaa kaevandusega külgnevad plokid varu kategooriaga aastal 2012 ....... 32
Joonis 4-1 Klassifikatsiooni jaotuse kirjeldus................................................................... 41
Joonis 4-2 Kaevandamisviisid (vaalkaevandamine, aukkaevandamine, veealune
kaevandamine, kamberkaevandamine)............................................................................. 42
Joonis 4-3 Allmaakopplaadur kaevanduses põlevkivi kraapkonveierile laadimas........... 44
Joonis 4-4 Pealmaakopplaadur karjääris kivisütt kallurile laadimas................................ 44
Joonis 4-5 Käpplaadur ...................................................................................................... 45
Joonis 4-6 Mäeinstituudi õpiobjekt - Maavarade majandus............................................. 46
Joonis 4-7 Õpiobjekti Maavarade majandus sisu.............................................................. 47
Joonis 5-1 Sany masinad- Hiina masinatootja väljapanek kui ajamärk............................ 50
Joonis 6-1 Tulptervikutega kamberkaevandamisviis [13]................................................ 59
Joonis 6-2 30o
– 60o
kambrite asetusega kamberkavandmisviis [13]............................... 60
Joonis 6-3 Logistuskambritega kamberkaevandmisviis [13]............................................ 61
Joonis 6-4 Mitme kambriline kamberkaevandamisviis [13]............................................. 62
Joonis 6-5 Ristlõhkeaukudega kamberkaevandamisviis [13]........................................... 63
Joonis 6-6 Kombainlaavakaevandmisviis [13]................................................................. 65
Joonis 7-1Buldooseriga raimatud põlevkivi ..................................................................... 71
Joonis 7-2 Katlatuhk ......................................................................................................... 71
Joonis 7-3 Täitematerjalina kasutatav lubjakivikillustik .................................................. 72
Joonis 8-1 Välitööd Selisoos............................................................................................. 78
Joonis 9-1Põlevkivi kaevandamise maht ning all- ja pealmaakaevandamise jagunemine,
mln t/a ............................................................................................................................... 84
Joonis 9-2 Aheraine mõju hinnang hinnangupallides....................................................... 85
Joonis 9-3 Põlevkivi olemasolevate aherainemägede asukohaskeem .............................. 86
Joonis 9-4 Aheraine tekkimise dünaamika Eesti põlevkivimaardlas (1945 kuni 2023)... 87
Joonis 9-5 Kaevandamissügavuse 0-12 ja 13-40m andmetel rajoneeritud kaevandamisala.
10x10km võrgustik ........................................................................................................... 89
Joonis 9-6 Maastikumõju kaalutud keskmised hindepallid .............................................. 90
Joonis 9-7 Kaevandatud alade suurused, km2 .................................................................. 91
Joonis 9-8 Maakatte jaotus aladel, km2
............................................................................. 92
Joonis 9-9 Kaevandatud alad kaeveväljade kaupa............................................................ 92
Joonis 9-10 Põlevkivi kaevandamise mõju põhja- ja pinnaveele hinnangupallides......... 93
Joonis 9-11 Erinevate variantide mõjupallid valdkondade kaupa .................................... 96
Joonis 9-12 Mõjupallid valdkondade kaupa ..................................................................... 96
Joonis 9-13 Erinevate variantide mõjupallide summa ...................................................... 97
Joonis 10-1 Eesti põlevkivi kihindi läbilõige [2]............................................................ 100
Joonis 10-2 Paarisstrekkidega kaevandamisviis [4] ....................................................... 102
Joonis 10-3 Linttervikutega kamberkaevandamisviis [18]............................................. 103
Joonis 10-4 Paarislaavadega pikkesi kaevandamisviis [18] ........................................... 104
Joonis 10-5 Tulptervikutega kamber-kaevandamisviis [18]........................................... 104
Joonis 11-1. Tolmu ja müra mõõtmine ........................................................................... 110
Joonis 11-2. Tolmu kumulatiivse mõju mudel koos Mõnumäe veekogu rajamisega..... 111
Joonis 12-1 Sompa kaevanduse põlevkivi kaevandamise paberplanšett mõõtkavaga
1 : 1000 aastast 1964....................................................................................................... 114
Joonis 12-2 Tänapäevane digitaalne mäetööde plaan..................................................... 115
Joonis 13-1 Alaplokid 1-1, 1-2 ja 1-6 plokis 1 ............................................................... 119
Joonis 13-2 Põlevkivikihtide kogupaksus puursüdamikes alaplokkides 1-1, 1-2, 1-6 ja
plokis 1............................................................................................................................ 120
Joonis 14-1 Kamberjaevandamise tehnoloogia skeem. .................................................. 125
Joonis 14-2 Purustuskopa kasutusvõimalused erinevate masinate küljes....................... 127
Joonis 14-3 Purustatud materjal väljub kopa alt............................................................. 128
Joonis 14-4 Purustuskopa separeerimisprotsess ............................................................. 129
Joonis 15-1 MIN-NOVATION projekti partnerid.......................................................... 133
Joonis 15-2 Kopplaadur ja purustuskopp........................................................................ 135
Joonis 15-3 Märgsepareerimise pilootseade ................................................................... 135
Joonis 15-4 Pilootseadmegrupi seadmete mobiilne konteiner........................................ 136
Joonis 15-5 Statsionaarne purustus ja sõelumissõlm...................................................... 137
Joonis 15-6 Metallide leostumisseade metalli sisalduse määramiseks........................... 137
Joonis 15-7 Nordkalk - klinkri purustamine ................................................................... 138
Joonis 15-8 Kiviõli Keemiatööstuse aheraine purustamise katsed................................. 138
Joonis 15-9 Estonia põlevkivikaevanduse põlevkivi märgsepareerimine ...................... 139
Joonis 15-10 Paekivitoodete Tehase kaevise separeerimiskatsed .................................. 140
Joonis 15-11 Kivisöe kaevandamisjäägi testimine ......................................................... 140
Joonis 16-1 Killustiku 16/32 lõimis................................................................................ 145
Joonis 17-1. Linttervikutega kombain-kaevandamise tehnoloogiline skeem................. 150
Joonis 18-1. Lõhkeaugu ümber toimuv protsess [13]..................................................... 153
Joonis 18-2 Purustused survetsoonis massiivis. Mõõtelati jaotus (paremal servas) 5 cm.
[11].................................................................................................................................. 154
Joonis 18-3 Radiaallõhede tekkimine [2] ....................................................................... 154
Joonis 18-4 Pragude süsteem lõhkeaugu ümbruses. ....................................................... 155
Joonis 18-5 Pingelained praod piirkonnas...................................................................... 155
Joonis 18-6 Pingelaine levimine ühest keskkonnast teise............................................... 156
Joonis 18-7 Põlevkivi peenese tekkimine kihtide kokkupuutepinnal............................. 157
Joonis 18-8 Klassi 0...30 mm saagis (Ojamaal)............................................................. 160
Joonis 18-9 Klassi 0...25 mm saagis (Ahtmes).............................................................. 161
Joonis 19-1 Punase joonega on tähistatud Ojamaa kaevandusest Kohtla - Järvele
suunduva lintkonveieri teekond ...................................................................................... 164
Joonis 19-2 Sõelanalüüside töötlemisel MS Excelis saadud üks astmejaotustest .......... 166
Joonis 19-3 Katseskeem vahetult enne valtspurustit [22], purustamise ja sõelumise
simuleerimise tarkvaral Bruno........................................................................................ 167
Joonis 20-1 Erinevad turbapuurid [4] ............................................................................. 171
Joonis 20-2 Pinnasepuuriga katsetatud erinevad materjalid ........................................... 172
Joonis 20-3 Tudengid välitööl turbamaardlas................................................................. 172
Joonis 21-1 Maardu fosforiidimaardla............................................................................ 175
Joonis 21-2 Maardu kaevandamisala .............................................................................. 176
Joonis 21-3 Mõõtmiskohad (1- Maardu järve väljavool Kroodi ojja; 2- Lõunakarjääri
väljavool Maardu järve; 3- Lõuna poolt Maardu järve sissevool; 4- Maardu kaevanduse
väljavool strekist; 5- Maardu põhjakarjääri ja kaevanduse väljavool; 6- Kroodi oja enne
suubumist merre; 7- Ülgase kaevanduse väljavool veekõrvaldusstollist; 8- Põhjakarjääri
tranšee; 9- Põhjakarjääri tranšee; 10- Lõunakarjääri tranšee; 21- Põhjakarjääri tranšee;
22- Ülgase savikarjäär) ................................................................................................... 177
Joonis 21-4 Maardu veega täitunud lõunakarjääri tranšee.............................................. 178
Joonis 21-5 Maardu veega täitunud põhjakarjääri tranšee.............................................. 179
Joonis 21-6 Püld ja Nüld mõõdetud väärtused välitööde ja aastaaegade kaupa
mõõtmispunktides........................................................................................................... 182
Joonis 22-1 Mäendusmaketid Mäemuuseumis............................................................... 187
Joonis 22-2 Maardu fosforiidimaardla makett koos Geodisain õpilastega..................... 188
Joonis 23-1 Täienduskoolituste pildigalerii [15] ............................................................ 190
Joonis 23-2 Mäendusalane täienduskoolitus geograafia õpetajatele 21.03.2014 ........... 191
Joonis 23-3 Kivimite ja mineraalide määramine. ........................................................... 191
Joonis 23-4 Mäeinseneride täienduskoolitus Kivimite töötlemine ja käitlemine, 08.-
12.03.2013....................................................................................................................... 192
Joonis 23-5 Mäetehniku täienduskoolitus 2012. a.......................................................... 192
Joonis 23-6 Täienduskoolituse kodulehe info jaotus [14] .............................................. 193
Joonis 24-1. Jäätmehoidla planeerimise skeem. [11]...................................................... 201
Joonis 25-1. MB tööorganite tootlikus [3]...................................................................... 207
Joonis 25-2. Allu purustuskopp [5]................................................................................. 207
Joonis 25-3. MB purustuskopp [3] ................................................................................. 207
Joonis 26-1 Müramudel, andmepunkti suurus on 10x10m [9] ....................................... 212
Joonis 27-1 Põlevkivituha tekke ja taaskasutamise määrad aastatel 2008-2011 [17]. .. 215
Joonis 27-2 Põlevkivikaevanduse hüdrauliline täitmine [28]......................................... 216
Joonis 28-1. Lühieekombain [3] ..................................................................................... 224
Joonis 28-2. Lühieekombaini skeem............................................................................... 225
Joonis 28-3. Seismoloogilised sündmused Eesti põlevkivimaardlas aastal 2008. Tärnid -
varingud, täpid - lõhkamised [13]................................................................................... 227
Joonis 28-4 2008. aasta varingu tagajärjel vajunud puud maapinnal [13]...................... 228
Joonis 28-5 2008 aasta varingu tagajärjel tekkinud lõhe maapinnal [13]....................... 229
Joonis 28-6 Varisenud ala Estonia kaevanduse mäetööde plaanil. Koordinaadid: 59,234N
& 27,441E. [15] .............................................................................................................. 230
Joonis 28-7 Tervikute varisemistsooni skemaatiline näide ............................................ 231
Joonis 28-8 Kambriploki tervikute mõõtmete skeem. Katkendlik punane joon - ohtlik ala,
kus võib tekkida varinguid. Lilla pidev joon - ala, mis sarnaneks lühieekombainiga
kaevandamisel tervikute mõõtmete poolest. [15] ........................................................... 232
Joonis 29-1 Võnkumise põhiparameetrid [5]................................................................. 236
Joonis 29-2 Võnkekiiruse prognoosimise graafik........................................................... 242
Joonis 29-3 Seismiliselt ohutu laengusuurus [6] ............................................................ 243
Joonis 29-4 Maksimaalne seismiliselt ohutu laengukogus* [6] ..................................... 244
Joonis 30-1 Ooremaa IV kruusakarjääri plaan................................................................ 247
Joonis 31-1 Kompetentsuste ring [8].............................................................................. 252
Joonis 31-2 Väljastatud pädevus- ja kutsetunnistused 2007-2014 aastatel, **seisuga
15.10.2014....................................................................................................................... 256
1. Eessõna
Kogumik koondnimetusega Mäendus ilmub mäendusele keerulisel ajal. Äsja on vastu
võetud spetsialiseerumisega mäeinseneride kutsestandardid. Samuti on kätte jõudnud
ammuräägitud inseneride põlvkondade vahetus, mis on kaasa toonud terava olukorra
tööjõuturul. Samal ajal käivitus kõrgharidusreform ja teadusrahastamise reform. Kõik see
avaldab mäenduse edasisele käekäigule mõju veel aastakümneid. Pärast pikka ooteaega
on hakatud mõtlema uute tehnoloogiate või tehnoloogia arendamise peale. Esilagu on
selle protsessi motivaatoreid veel vähe. Suur osa motivaatoritena mõeldud meetmeid
toimivad esialgu demotivaatoritena. Siiski on hakatud suunama tööstust ja uuringuid
füüsikaseaduste järgimise suunas – kadude vähendamise, protsesside optimeerimise ja
läbipaistvuse suunas. Seni, kuni haridus-, kutse- ja teadussüsteem eelkirjeldatu
vundamendiks ei ole saanud, toimib poliitika, valimistest valimisteni ja ülemustest
ülemusteni.
Mäendus.pdf
Paper: Technogenic water in closed mines
Paper: Technogenic water in closed mines 
Oil Shale, 2006, Vol. 23, No. 1 ISSN 0208-189X pp. 15–28 © 2006 Estonian Academy Publishers The present paper is based on the results of the research conducted in 2004 by the Department of Mining of the Tallinn University of Technology and Estonian Oil Shale Company. The state of the technogenic water body that has formed in the central part of the oil shale deposit is analysed: the water level in the area of the stopped and closed mines, water amount and move- ment direction, water quality and its changes. The state of the water is assessed and predicted using modelling of the water tables, statistical analysis of the water quality parameters and the pilot model for describing the migration of water. The results show that the technogenic water body studied is in a relatively stable state, and the quality of the groundwater in that area is fast improving approaching the drinking water standards. Introduction The Estonia oil shale deposit comprises about ten closed and stopped deep mines that are fully or partly filled with water (Table 1). Eight mines in the central part of the deposit: Ahtme, Kohtla, Kukruse, Käva, Sompa, Tammiku and mines Nos. 2 and 4 form one water body. After Ahtme mine was filled with water in December 2004 (Fig. 1), the water body turned relatively stable. Ubja mine and joint Kiviõli and Küttejõu mine are located in the western part of the deposit, farther away from the other mines. In addi- tion to oil shale mines, Sillamäe uranium mine (1949–1952) [1], and Ülgase (1922–1938) and Maardu phosphorite mines (1942–1965) have been closed in Estonia. The water regime in these mines has not been studied yet and is not discussed in the present paper. * Table 1. Closed and flooded underground oil shale mines Mine Closed – (pumps were stopped) Mined area, km2 * Water table a.s.l., m Outflow regulating the water table Approximate water volume, 106 m3 Central part of the deposit: Kukruse 1967 13 51–54 Mostly into Käva and Jõhvi mines 3.5–6** Käva and Käva-2 1973 18 51–52 From an old adit into Vahtsepa ditch 9–11** Mine No. 2 (Jõhvi mine) 1974 13 51–56 Mostly into Tammiku mine, during flood to Jõhvi city 10–11** Mine No. 4 1975 13 41–42 Mostly into neigh bouring mines 3–8** Tammiku December 1999 40 44–48 Into the Kose River and Viru mine 34 Sompa February 2000 27 40–45 Into neighbouring mines 23 Kohtla June 2001 17 39–42 Into Aidu opencast 13 Ahtme December 2001 – December 2002 35 ≈ 47 From drill holes and springs into Sanniku brook 36 Separate mines in the western part of the deposit Kiviõli & Küttejõu 1989 29 41 ± 0.5 From a ditch into the Purtse River Up to 29 Ubja 1960 2 ≈ 55 From an adit into the Toolse River Not determined Total ≈ 170 * [5] ** Depending on the water level [6] As a rule, the mine workings and groundwater cone of depression formed during mining fill with water after the cease of mine pumping. The degree of filling depends on the mining depth and the height of outflow. The tunnels of Ahtme, Sompa and Tammiku mines are completely, those of mines Nos. 2 and 4 almost completely water-filled. The rest of the mines (Kiviõli, Kukruse and Käva) contain areas with dry floor. The museum founded in Kohtla mine is dry because of to the draining effect of Aidu opencast and the water barriers surrounding the exposition area. The water level changes depending Technogenic Water in Closed Oil Shale Mines 17 10 15 20 25 30 35 40 45 50 2002 2003 2004 2005 Water level, m Tarakuse well Pagari well Fig. 1. Increase in the water table in closed Ahtme mine on the amount of precipitation and water exchange with neighbouring mines. The rate and amplitude of the changes differ from mine to mine. Several problems have arisen from the flooding of the closed mines. First, the technogenic water body started to affect the amount of the water pumped out of the working mines and its seasonal variation [2]. Clearly, the water of the closed mines will influence also the new mines, planned to be constructed in the Ojamaa and Uus-Kiviõli mine fields. Second, the environ- ment is affected by the water that in several places has risen to the pre- mining level (of the year 1945) and by the new springs formed. Several projects have been undertaken to fight the flooding, and it has turned out that no sufficient source data for mine planning are available. Third, the water of the closed mines is an easily accessible water resource, thus it is important to know and predict its quality [3]. Prediction of the mine water quality is essential also because of the fact that groundwater elevation in the mine field has started to affect the water supply of the region – the water richer in sulphates runs into the outdated and leaky common wells. It has also been prognosticated that if the groundwater table rises higher than 45–47 m, the water in the Ahtme mine field will affect the water level and quality of the Vasavere intake [4]. Fourth, the land above old mines has subsided and the rocks are fractured, therefore the technogenic groundwater is weakly protected and the contribution of precipitation to groundwater formation is very high. Water level The present study is based on the water level measurement data (incl. archive data) provided by the Estonian Oil Shale Company, Geological Fig. 2. Map of the technogenic water body Technogenic Water in Closed Oil Shale Mines 19 Survey of Estonia and Municipality of the town of Jõhvi. The water levels of the Keila–Kukruse, Lasnamäe–Kunda and Nabala–Rakvere aquifers, closed mines and main outlets were measured on an average period of 20 years. New data were obtained in the years 2003 and 2004. Field works and monitoring started in the spring of 2004 and are still going on. An essential part of the research was the modelling of the level of the Keila–Kukruse aquifer in the stationary regime. The modelling area included the central part of the deposit – underground mines and Aidu opencast. Data from about 50 observation wells were used. The water level of working mines was described at the level of the oil shale bed floor. Closed mines were treated as independent water sub-bodies, where the water level is constant at a certain moment of time (Table 1). The MapInfo Professional software was used, combined with the modelling package Vertical Mapper. The comparison and calibration of the intermediate results obtained and discussions held showed that the best interpolation method was triangulation with smoothing, because in that case interpolation takes place only between data points or observation wells, without modelling the situation outside the study area. During the first stage of the research the state of the water body in August 2004 was assessed. According to the measurements and calculations performed, precipitation accounts for up to 70% of the water pumped out of mines [2]. The autumn–winter season of 2004 was rich in precipitation, with little snow and relatively warm. Therefore it could be expected that Ahtme mine would fill with water sooner than predicted [4]. To check that hypothesis, the model was calibrated at the second stage of the research in December 2004. The contour map of the modelled water table is shown in Fig. 2. By continuous improvement of the existing and addition of new data more than ten two- and three-dimensional map versions were completed. The model enabled us to assess the water levels in different mines and their border areas and to make assumptions and predictions about the water move- ment directions. Water quality In the years 2000–2004 the department of environmental services of the Estonian Oil Shale Company had the waters of all closed mines analysed. The samples were taken at six sites in four mines in different seasons. Analyses were made at the central laboratory of the Estonian Oil Shale Company (3 analyses), in Tartu Environmental Research Ltd. (2 analyses) and in the Geological Survey of Estonia (12 analyses). Up to 16 quality parameters were determined. The results of the analyses are presented in Table 2. The quality parameters are arranged in Table 2 in the decreasing order of the variation in measurement results. At first glance only the average contents of iron, sulphates and phenols obtained for the observation period do not meet the drinking water standards. This cannot be a final conclusion. The average Table 2. Water quality parameters in closed Ahtme, Kohtla, Sompa and Tammiku mines Quality parameter Unit Number of measurement results Numerical data for the entire period (2000–2004) Leachates Total Certain numerical values Arithmetical mean Standard deviation Variation coefficient Max. levels permitted in drinking water Total Fe mg/l 14 10* 0.69 1.16 1.67 <0.2 NO3 - mg/l 15 11* 11.7 18.55 1.58 <50 NO2 - mg/l 12 7* 0.015 0.0166 1.10 <0.5 SO4 2- mg/l 15 15 342.4 240.2 0.70 <250 Dry residue mg/l 14 14 845.5 569.6 0.67 – Mg2+ mg/l 15 15 51.6 32.58 0.63 – K+ mg/l 13 13 12.9 8.11 0.63 – Ca2+ mg/l 15 15 174.5 107.6 0.62 – Na+ mg/l 14 14 10.4 6.33 0.61 <200 Cl mg/l 15 15 16.4 9.74 0.59 <250 Total hardness mge/l 13 13 13.72 7.04 0.51 – Oil products mg/l 15 4* 0.15 0.073 0.49 <0.05 Conductivity μS/cm 14 14 1095 477.6 0.44 <2500 NH4 + mg/l 12 2* 0.017 0.0064 0.39 <0.5 Total phenols mg/l 15 4** 0.0017 0.00049 0.28 <0.0005 pH 15 15 7.1 0.33 0.05 6.5–9.5 * due to the lack of a certain numerical value the result was smaller than the preciseness of the laboratory tests, but not exceeding the limits permitted in drinking water ** due to the lack of a certain numerical value the result was smaller than the preciseness of the laboratory tests, in two cases not exceeding the limits permitted in drinking water; rest of the samples gave no unique result Notes: Quality parameters are ordered according to the variation coefficient. The shaded lines contain the measurement results the average of which does not meet the Estonian drinking water standard. The content of benzo(a)pyrene was measured in 11 samples. The results are not included in the table because no certain numerical values were obtained. In all samples the benzo(a) pyrene content was lower than the permitted maximum value. and standard deviations given in the table have been calculated for all closed mines and for the entire observation period, thus they characterize only the data set and not the quality of water or a particular mine. Variation in the measurement results is caused by influential as well as random factors. Influential factors are the sampling site (mine) and the time span that has passed since the closure of the mine. Let us treat this assumption as a working hypothesis. A random factor is the season when sampling was performed. For example, in the years 2000 and 2001 samples were taken in summer, in 2002– 2004 in autumn. Surely the water quality parameters depend also on the Technogenic Water in Closed Oil Shale Mines 21 location of the sampling site in the mine field. Some part of variations result from the methodology of sampling and laboratory tests. The reliability of iron content analyses carried out in different laboratories could be questioned. The phenol content of mine water, measured repeatedly during mining, has been 0.003 ± 0.001 mg/l, except for Kiviõli mine, which has been strongly affected by chemical industry. Here the phenol content of mine water was 0.38 mg/l [7]. For preliminary checking of the working hypothesis we conducted a two- factor (place and time) variation analysis of the sulphate and iron contents of Tammiku and Sompa mine waters. The results of sulphate analysis are given in Table 3. We can see that the hypothesis of the influence of place and time on the sulphate content of water is relatively strong (probability of a counter- hypothesis 18.0 and 18.8% respectively). The residual standard deviation (187 mg/l), however, is too large for making definite conclusions. Obviously the result is influenced by taking samples in different seasons. An analogous result was obtained by the variation analysis of the iron content, whereas the impact of time turned out to be small. Possibly this could result from the treatment of samples in different laboratories. In spite of great uncertainty of measurement, the sulphate and iron contents decrease with time. This trend is depicted by graphs in Fig. 3. As could be expected, the purification of water is best described by the exponential function. The constants in the formulae (801 and 0.77 mg/l, respectively) characterize the average concentrations at the initial moment of the dilution process (at the closure of mines) and the time factors (–0.386 and –0.507, respectively) show the rate of water purification. The half-life of the concentration calculated on the basis of time factors, i.e. the time period during which the content of a component decrease twice, is about 1.8 years for sulphates and 1.4 years for iron. From the half-life and graphs we may presume that in about five years after the closure of a mine the content of sulphates and iron decreases below the maximum permitted level in drinking water. The highest permitted content of iron in first-class drinking water is 0.2 m/l and that of sulphates 250 m/l. The data on all mines are included in the graphs of Fig. 3. The measure- ments revealed varying initial concentrations of sulphates for different mines. The highest concentration was recorded in the first sample from Ahtme mine, the lowest in Kohtla mine. Actually, this is not the initial level, since the first samples were taken 4–11 months after the pumps had been stopped. Approximating the results obtained from the samples of each mine separately, we get theoretical dilution of the initial concentration level at the zero moment, about 2200 mg/l for Ahtme and 300 mg/l for Sompa. These values refer to a relation between the depth of the mine and the initial concentration of sulphates. The hydrogeological background of this pheno- menon is discussed by Erg [3]. Table 3. Results of the variation analysis of the content of sulphates Source of Variation df MS F P-value Mines (Tammiku, Sompa) 1 91681 2.63 0.180 Years (2002–2004) 4 92788 2.66 0.183 Error 4 34924 Residual Standard Deviation 187 mg/l Total 9 SO4 2- = 801 e-0.386 t, mg/l R2 = 0.46 10 100 1000 10000 01234567 t - closed, years SO42- - sulphate content, mg/l 250 mg/l Fe = 0.77 e -0.509 t , mg/l R2 = 0.39 0.01 0.1 1 10 01234567 t - closed, years Fe content, mg/l 0.2 mg/l Fig. 3. Decrease in the content of SO4 2- and Fe in closed mines. 250 mg/l and 0.2 mg/l – maximum permitted levels in drinking water. The water quality parameters for which we had at least 14 reliable measurement results (pH, electric conductivity, total hardness, Cl- , dry Technogenic Water in Closed Oil Shale Mines 23 residue, Na+ , Ca2+, Mg2+, K+ and SO4 2- ) were subjected to correlation analysis. From the analysis we could conclude the following: • The content of sulphates can be considered a good indicator of mine water quality, because it correlates well with most of the other water quality parameters, except for K+ . • Electric conductivity can be successfully used for rapid assessment of water quality, because it correlates well with sulphates as well as with other main parameters (except for K+ ). • pH is not informative enough, because it does not correlate with any other water quality parameter. Pilot model of water exchange Continuous water exchange is going on between the closed mines. The water penetrating into mines is derived mostly from precipitation, less from groundwater. The part of the water not flowing out of the mine (Table 1) infiltrates into the neighbouring mines or feeds aquifers. The water pumped out of the working mines is formed of precipitation, groundwater and the water coming from closed mines. Intensity of water exchange depends on the length (L, km) and thickness (l, m) of the barrier left between the mines, difference between the water levels of neighbouring mines (dh, m) and permeability of the barrier and overburden (km, m2 /d). The longer and thinner is the barrier, the greater is the water level difference in neighbouring water bodies, and the higher is the permeability of rocks in the areas separating the mines, the more intensive is the exchange of water. The water levels of the closed mines are precisely known. The measure- ments of barriers can be obtained from the plan of mining works, but the length and thickness of the barriers are highly variable. Little data are available on the permeability of pillars and bedrock. As seen in Table 4, the permeability of the Keila–Kukruse aquifer differs up to 10 times within the limits of the deposit. Water permeability is largely affected by the geological disturbance of the Earth crust (mostly karst zones), which makes the aquifer highly aniso- tropic [8, 9]. In the Estonia mine field twofold difference in the permeability in the northeastern and southeastern directions has been recorded. According to the data by Domanova, anisotropy is especially great in the area of tectonic dislocations, where permeability in various directions may differ several times. Water exchange between the mines is inhibited by extensive karst zones running along the mine field boundaries between Sompa and Viru, and Ahtme and Tammiku mines. At the same time, karst zones running transversely to the mine boundary increase the water exchange between Sompa and Kohtla mines. Additionally, the water exchange is affected by the properties of the mined area, which depend on the roof handling methods used. In the area Table 4. Permeability of the Keila–Kukruse groundwater aquifer in the mining district Filtration module Publication District Permeability, m2 /d Estimated difference in water tables, m m/h m/d Kohtla – Aidu, northern part 1200 5 10 240 Kohtla – Aidu, central part 780 10 3.25 78 [8] Kohtla 6–60 Viru 10–40 [7] Aidu, generalized 393 10 1.6 39 Ahtme, generalized 335 10 1.4 34 [4] Tammiku 4–20 Ahtme 1–15 [7] Ahtme – Estonia 90 10 0.38 9 [4] No. 2 – Tammiku 0.24 6 [10] mined using roof caving the water-bearing horizon is thicker and of higher permeability than in the area of room-and-pillar mining. Because of high uncertainty the calculation of the water amounts moving between the closed mines is complicated, not only due to the variability in L, l, k, but also due to the lack of the relation uniquely describing all the situations. Therefore the present study makes use of the balance method, which unites the amounts of the water pumped out of the working mines, and of precipitation and groundwater infiltrating into the mine. The relation between these amounts is expressed by the approximate formula qij = 365.25 × Lij × kij × (dhij/2) / (1000 × lij), where qij – the amount of the water migrating from one mine (i) to the other (j), million m3 /y, Lij – length of the barrier between these mines, km, lij – average thickness of the barrier, m, dhji – difference between the water levels of two closed mines at the moment of modelling, m, kij – factor characterizing the permeability of the area between the mines (barriers and overlying rock), which, with some reservation, can be considered as generalized permeability, m2 /d. As model input we use the measurements of the barriers between the mines, volume of the water pumped out of the working mines (especially changes in it due to the closure of neighbouring mines), amount of precipita- tion and its relation to mine pumping [2]. The variable parameter of the Technogenic Water in Closed Oil Shale Mines 25 model is generalized permeability, which is used to balance the model. Permeability was fitted into the model taking into consideration the informa- tion available (Table 4), location of mines with respect to tectonic fault zones and the orientation of the karst zones lying between the mines. The balanced model can be used for calculating the migrating water amounts by fluctuations in water level, for example during floods and heavy rains, but also for planning water level regulations. The model output is the matrix of water exchange (Table 5), where • “North” denotes the northern closed mines No. 2, Kukruse, and Käva and its satellite mines • “West” denotes the western closed mines Kohtla, Sompa and No. 4 • “Vasavere” is the area east of Ahtme and Estonia mines • The water amounts in the matrix of water exchange are given in million m3 /y, whereas (+) shows the amounts infiltrating into the mine (i) from the mine (j) and (–) shows the amounts migrating from the mine (i) to the other mine. Explanations to the matrix of water exchange are given in Table 6. Water movement inside the water body and the amounts of mine pumping are shown in Fig. 1. The values presented characterize the state of the water body in the year 2004, but as we have to do with a pilot model, these are all approximate. Table 5. Matrix of water exchange, year 2004, 106 m3 /y ↓Elements of the water body → Aidu Estonia Viru Ahtme Tammiku North West Vasavere Jõhvi city Sum Working mines: Aidu 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 14.46 0.00 0.00 14.46 Estonia 0.00 0.00 1.64 6.48 0.00 0.00 0.00 0.48 0.00 8.60 0.00 0.00 –1.64 0.00 0.18 7.23 0.00 3.07 0.00 0.00 8.83 Technogenic water body; closed mines (sub-bodies): Ahtme 0.00 –6.48 –0.18 0.00 0.07 0.00 0.00 –1.07 0.00 –7.65 Tammiku 0.00 0.00 –7.23 –0.07 0.00 2.28 –1.69 –0.50 0.00 –7.22 North 0.00 0.00 0.00 0.00 –2.28 0.00 –4.60 0.00 –0.15 –7.03 West – 14.46 0.00 –3.07 0.00 1.69 4.60 0.00 0.00 0.00 –11.24 Geographical sites: Vasavere 0.00 –0.48 0.00 1.07 0.50 0.00 0.00 0.00 0.00 1.09 Town of Jõhvi 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.15 0.00 0.00 0.00 0.15 Table 6. Water exchange between mines Mines, techno- genic water sub-bodies and geographical sites Water exchange, 106 m3 /y Comments Working mines: Aidu 14.46 Inflow from closed Kohtla mine Estonia 8.60 Main inflow from closed Ahtme mine, less from the direction of working Viru mine, partly also from the east Viru 8.83 Inflow from closed Tammiku and Sompa mines, slight outflow into Estonia mine Technogenic water body; closed mines (sub-bodies): Ahtme –7.65 Outflow mainly into Estonia mine and into the catchment area of the Pühajõgi River through springs and outflow wells Tammiku –7.22 Intensive water exchange with other parts of the water body, out flow into the catchment area of the Pühajõgi River through a caving at Kose Northern closed mines Käva, Kukruse and No. 2 –7.03 Feeds other closed mines, outflow via Vahtsepa ditch into the Kohtla River Western closed mines Kohtla, Sompa and Mine No 4. –11.24 Intensive water exchange with other parts of the water body, feeds mostly Aidu opencast Geographical sites: Vasavere 1.09 Water inflow mostly from Ahtme mine, to some extent also from closed Tammiku mine Town of Jõhvi 0.15 Water infiltrates from closed mine No. 2 Conclusions and recommendations No great changes in the water level of closed mines and its seasonal variation are expected if no measures are taken. The situation should not change after the closure of presently working mines either. In future the water level of flooded Aidu opencast will be regulated by an outlet into the Ojamaa River at 40–42 m level, which will be also the common water level in Kohtla and Sompa mines. In the area of Viru and Estonia mines the groundwater will rise to the pre-mining level, which will result in an increase in groundwater flow into the Pühajõgi River at the eastern margin of Tammiku and Ahtme mines. It may turn necessary to regulate water level in the mining district. In order to reduce the flow of groundwater from mine No. 2 to the lower, area of the town of Jõhvi, the following options could be considered: • outlet of water at 51 m level at the northern boundary of the mine, near the adit of unbuilt mine No. 1 Technogenic Water in Closed Oil Shale Mines 27 • blasting of the barrier between mine No. 2 and Käva and Tammiku mines to enable water outflow towards the Kohtla River (at a level of 51 m) or into the Pühajõgi River (at 45–47 m level) • building of a pumping station regulating the water level and operating seasonally, but this is evidently not efficient due to great expenses. In order to reduce the water amounts penetrating into working mines and towards Vasavere intake, it would be purposeful to lower the water level in several closed mines: • to 45 m level in Tammiku mine, by dredging the present outlet • to 42–43 m level in Ahtme mine, by drilling artesian wells The quality of the water of closed mines is improving. The content of sulphates and iron in mine water decreases and in about five years after the closure of the mine is below the maximum level permitted in drinking water. Monitoring the water quality in closed mines should be aimed mostly at protecting the water body from surface-derived pollution. The sampling methods should be improved, with indicating justified times and places for taking water samples. In some cases the number of parameters measured could be reduced. As no reliable data are available about the formation and distribution of phenols in the water of closed mines, corresponding investigations are needed before the use of the water. Although phenols are generally believed to originate from the waste of shale oil plants or from burning spoil dumps, the possibility of their formation during decomposition of kerogen in water- filled mines cannot be excluded either. This hypothesis deserves further special study. Acknowledgements This paper was written within the framework of Grant 5913 of the Estonian Science Foundation “Usage of mined-out areas”, using the database of research No. 416L “Forecast of hydrogeological changes resulting from the activities of the Estonian Oil Shale Mining Company” carried out by Tallinn University of Technology. REFERENCES 1. Reinsalu, E. Sillamäe uranium mine // Environment Technics. 2001. No. 2. P. 40–45 [in Estonian]. 2. Reinsalu, E. Changes in mine dewatering after the closure of exhausted oil shale mines // Oil Shale. 2005. Vol. 22, No. 3. P. 261–273. 3. Erg, K. Changes in groundwater sulphate content in Estonian oil shale mining area // Oil Shale. 2005. Vol. 22, No. 3. P. 275–289. 28 E. Reinsalu, I. Valgma, H. Lind, K. Sokman 4. Savitski, L., Savva, V. Prognosis of hydrogeological changes in the mining district of the Estonian oil shale deposit, stages 1–3, 2001 [in Estonian] 5. Reinsalu, E., Toomik, A., Valgma, I. Mined out land, Tallinn, 2002 [in Estonian]. 6. Butakova, A., Jürgenfeldt, G., Reinsalu, E. Assessment of the mine water volume of water-filled oil shale mines // Gorjutšie slancy. 1980. No. 1. P. 6 [in Russian]. 7. Parahonski, E. Formation of mine water in oil shale mines and opencasts and mine drainage. Tallinn, Valgus, 1983 [in Russian]. 8. Domanova, N., Reinsalu, E. Analysis of hydrogeological conditions in Oktoobri opencast, Topic 0107, Stage HD No. 1, Estonian Branch of A. Skotchinski Institute of Mining Engineering, 1979 [in Russian]. 9. Domanova, N. Formation and forecast of water flowing into the mine workings driven into carbonate rocks with uneven infiltration properties. Candidate’s thesis, A. Skotchinski Institute of Mining Engineering, 1986 [in Russian]. 10. Domanova, N. Predicted increase in the water inflow into Viru mine due to the flooding of Tammiku mine. Estonian Oil Shale Company, Jõhvi, 1999. Manu- script [in Russian]. Recieved June 20, 2005
Oil Shale, 2006, Vol. 23, No. 1 ISSN 0208-189X pp. 15–28 © 2006 Estonian Academy Publishers The present paper is based on the results of the research conducted in 2004 by the Department of Mining of the Tallinn University of Technology and Estonian Oil Shale Company. The state of the technogenic water body that has formed in the central part of the oil shale deposit is analysed: the water level in the area of the stopped and closed mines, water amount and move- ment direction, water quality and its changes. The state of the water is assessed and predicted using modelling of the water tables, statistical analysis of the water quality parameters and the pilot model for describing the migration of water. The results show that the technogenic water body studied is in a relatively stable state, and the quality of the groundwater in that area is fast improving approaching the drinking water standards. Introduction The Estonia oil shale deposit comprises about ten closed and stopped deep mines that are fully or partly filled with water (Table 1). Eight mines in the central part of the deposit: Ahtme, Kohtla, Kukruse, Käva, Sompa, Tammiku and mines Nos. 2 and 4 form one water body. After Ahtme mine was filled with water in December 2004 (Fig. 1), the water body turned relatively stable. Ubja mine and joint Kiviõli and Küttejõu mine are located in the western part of the deposit, farther away from the other mines. In addi- tion to oil shale mines, Sillamäe uranium mine (1949–1952) [1], and Ülgase (1922–1938) and Maardu phosphorite mines (1942–1965) have been closed in Estonia. The water regime in these mines has not been studied yet and is not discussed in the present paper. * Table 1. Closed and flooded underground oil shale mines Mine Closed – (pumps were stopped) Mined area, km2 * Water table a.s.l., m Outflow regulating the water table Approximate water volume, 106 m3 Central part of the deposit: Kukruse 1967 13 51–54 Mostly into Käva and Jõhvi mines 3.5–6** Käva and Käva-2 1973 18 51–52 From an old adit into Vahtsepa ditch 9–11** Mine No. 2 (Jõhvi mine) 1974 13 51–56 Mostly into Tammiku mine, during flood to Jõhvi city 10–11** Mine No. 4 1975 13 41–42 Mostly into neigh bouring mines 3–8** Tammiku December 1999 40 44–48 Into the Kose River and Viru mine 34 Sompa February 2000 27 40–45 Into neighbouring mines 23 Kohtla June 2001 17 39–42 Into Aidu opencast 13 Ahtme December 2001 – December 2002 35 ≈ 47 From drill holes and springs into Sanniku brook 36 Separate mines in the western part of the deposit Kiviõli & Küttejõu 1989 29 41 ± 0.5 From a ditch into the Purtse River Up to 29 Ubja 1960 2 ≈ 55 From an adit into the Toolse River Not determined Total ≈ 170 * [5] ** Depending on the water level [6] As a rule, the mine workings and groundwater cone of depression formed during mining fill with water after the cease of mine pumping. The degree of filling depends on the mining depth and the height of outflow. The tunnels of Ahtme, Sompa and Tammiku mines are completely, those of mines Nos. 2 and 4 almost completely water-filled. The rest of the mines (Kiviõli, Kukruse and Käva) contain areas with dry floor. The museum founded in Kohtla mine is dry because of to the draining effect of Aidu opencast and the water barriers surrounding the exposition area. The water level changes depending Technogenic Water in Closed Oil Shale Mines 17 10 15 20 25 30 35 40 45 50 2002 2003 2004 2005 Water level, m Tarakuse well Pagari well Fig. 1. Increase in the water table in closed Ahtme mine on the amount of precipitation and water exchange with neighbouring mines. The rate and amplitude of the changes differ from mine to mine. Several problems have arisen from the flooding of the closed mines. First, the technogenic water body started to affect the amount of the water pumped out of the working mines and its seasonal variation [2]. Clearly, the water of the closed mines will influence also the new mines, planned to be constructed in the Ojamaa and Uus-Kiviõli mine fields. Second, the environ- ment is affected by the water that in several places has risen to the pre- mining level (of the year 1945) and by the new springs formed. Several projects have been undertaken to fight the flooding, and it has turned out that no sufficient source data for mine planning are available. Third, the water of the closed mines is an easily accessible water resource, thus it is important to know and predict its quality [3]. Prediction of the mine water quality is essential also because of the fact that groundwater elevation in the mine field has started to affect the water supply of the region – the water richer in sulphates runs into the outdated and leaky common wells. It has also been prognosticated that if the groundwater table rises higher than 45–47 m, the water in the Ahtme mine field will affect the water level and quality of the Vasavere intake [4]. Fourth, the land above old mines has subsided and the rocks are fractured, therefore the technogenic groundwater is weakly protected and the contribution of precipitation to groundwater formation is very high. Water level The present study is based on the water level measurement data (incl. archive data) provided by the Estonian Oil Shale Company, Geological Fig. 2. Map of the technogenic water body Technogenic Water in Closed Oil Shale Mines 19 Survey of Estonia and Municipality of the town of Jõhvi. The water levels of the Keila–Kukruse, Lasnamäe–Kunda and Nabala–Rakvere aquifers, closed mines and main outlets were measured on an average period of 20 years. New data were obtained in the years 2003 and 2004. Field works and monitoring started in the spring of 2004 and are still going on. An essential part of the research was the modelling of the level of the Keila–Kukruse aquifer in the stationary regime. The modelling area included the central part of the deposit – underground mines and Aidu opencast. Data from about 50 observation wells were used. The water level of working mines was described at the level of the oil shale bed floor. Closed mines were treated as independent water sub-bodies, where the water level is constant at a certain moment of time (Table 1). The MapInfo Professional software was used, combined with the modelling package Vertical Mapper. The comparison and calibration of the intermediate results obtained and discussions held showed that the best interpolation method was triangulation with smoothing, because in that case interpolation takes place only between data points or observation wells, without modelling the situation outside the study area. During the first stage of the research the state of the water body in August 2004 was assessed. According to the measurements and calculations performed, precipitation accounts for up to 70% of the water pumped out of mines [2]. The autumn–winter season of 2004 was rich in precipitation, with little snow and relatively warm. Therefore it could be expected that Ahtme mine would fill with water sooner than predicted [4]. To check that hypothesis, the model was calibrated at the second stage of the research in December 2004. The contour map of the modelled water table is shown in Fig. 2. By continuous improvement of the existing and addition of new data more than ten two- and three-dimensional map versions were completed. The model enabled us to assess the water levels in different mines and their border areas and to make assumptions and predictions about the water move- ment directions. Water quality In the years 2000–2004 the department of environmental services of the Estonian Oil Shale Company had the waters of all closed mines analysed. The samples were taken at six sites in four mines in different seasons. Analyses were made at the central laboratory of the Estonian Oil Shale Company (3 analyses), in Tartu Environmental Research Ltd. (2 analyses) and in the Geological Survey of Estonia (12 analyses). Up to 16 quality parameters were determined. The results of the analyses are presented in Table 2. The quality parameters are arranged in Table 2 in the decreasing order of the variation in measurement results. At first glance only the average contents of iron, sulphates and phenols obtained for the observation period do not meet the drinking water standards. This cannot be a final conclusion. The average Table 2. Water quality parameters in closed Ahtme, Kohtla, Sompa and Tammiku mines Quality parameter Unit Number of measurement results Numerical data for the entire period (2000–2004) Leachates Total Certain numerical values Arithmetical mean Standard deviation Variation coefficient Max. levels permitted in drinking water Total Fe mg/l 14 10* 0.69 1.16 1.67 <0.2 NO3 - mg/l 15 11* 11.7 18.55 1.58 <50 NO2 - mg/l 12 7* 0.015 0.0166 1.10 <0.5 SO4 2- mg/l 15 15 342.4 240.2 0.70 <250 Dry residue mg/l 14 14 845.5 569.6 0.67 – Mg2+ mg/l 15 15 51.6 32.58 0.63 – K+ mg/l 13 13 12.9 8.11 0.63 – Ca2+ mg/l 15 15 174.5 107.6 0.62 – Na+ mg/l 14 14 10.4 6.33 0.61 <200 Cl mg/l 15 15 16.4 9.74 0.59 <250 Total hardness mge/l 13 13 13.72 7.04 0.51 – Oil products mg/l 15 4* 0.15 0.073 0.49 <0.05 Conductivity μS/cm 14 14 1095 477.6 0.44 <2500 NH4 + mg/l 12 2* 0.017 0.0064 0.39 <0.5 Total phenols mg/l 15 4** 0.0017 0.00049 0.28 <0.0005 pH 15 15 7.1 0.33 0.05 6.5–9.5 * due to the lack of a certain numerical value the result was smaller than the preciseness of the laboratory tests, but not exceeding the limits permitted in drinking water ** due to the lack of a certain numerical value the result was smaller than the preciseness of the laboratory tests, in two cases not exceeding the limits permitted in drinking water; rest of the samples gave no unique result Notes: Quality parameters are ordered according to the variation coefficient. The shaded lines contain the measurement results the average of which does not meet the Estonian drinking water standard. The content of benzo(a)pyrene was measured in 11 samples. The results are not included in the table because no certain numerical values were obtained. In all samples the benzo(a) pyrene content was lower than the permitted maximum value. and standard deviations given in the table have been calculated for all closed mines and for the entire observation period, thus they characterize only the data set and not the quality of water or a particular mine. Variation in the measurement results is caused by influential as well as random factors. Influential factors are the sampling site (mine) and the time span that has passed since the closure of the mine. Let us treat this assumption as a working hypothesis. A random factor is the season when sampling was performed. For example, in the years 2000 and 2001 samples were taken in summer, in 2002– 2004 in autumn. Surely the water quality parameters depend also on the Technogenic Water in Closed Oil Shale Mines 21 location of the sampling site in the mine field. Some part of variations result from the methodology of sampling and laboratory tests. The reliability of iron content analyses carried out in different laboratories could be questioned. The phenol content of mine water, measured repeatedly during mining, has been 0.003 ± 0.001 mg/l, except for Kiviõli mine, which has been strongly affected by chemical industry. Here the phenol content of mine water was 0.38 mg/l [7]. For preliminary checking of the working hypothesis we conducted a two- factor (place and time) variation analysis of the sulphate and iron contents of Tammiku and Sompa mine waters. The results of sulphate analysis are given in Table 3. We can see that the hypothesis of the influence of place and time on the sulphate content of water is relatively strong (probability of a counter- hypothesis 18.0 and 18.8% respectively). The residual standard deviation (187 mg/l), however, is too large for making definite conclusions. Obviously the result is influenced by taking samples in different seasons. An analogous result was obtained by the variation analysis of the iron content, whereas the impact of time turned out to be small. Possibly this could result from the treatment of samples in different laboratories. In spite of great uncertainty of measurement, the sulphate and iron contents decrease with time. This trend is depicted by graphs in Fig. 3. As could be expected, the purification of water is best described by the exponential function. The constants in the formulae (801 and 0.77 mg/l, respectively) characterize the average concentrations at the initial moment of the dilution process (at the closure of mines) and the time factors (–0.386 and –0.507, respectively) show the rate of water purification. The half-life of the concentration calculated on the basis of time factors, i.e. the time period during which the content of a component decrease twice, is about 1.8 years for sulphates and 1.4 years for iron. From the half-life and graphs we may presume that in about five years after the closure of a mine the content of sulphates and iron decreases below the maximum permitted level in drinking water. The highest permitted content of iron in first-class drinking water is 0.2 m/l and that of sulphates 250 m/l. The data on all mines are included in the graphs of Fig. 3. The measure- ments revealed varying initial concentrations of sulphates for different mines. The highest concentration was recorded in the first sample from Ahtme mine, the lowest in Kohtla mine. Actually, this is not the initial level, since the first samples were taken 4–11 months after the pumps had been stopped. Approximating the results obtained from the samples of each mine separately, we get theoretical dilution of the initial concentration level at the zero moment, about 2200 mg/l for Ahtme and 300 mg/l for Sompa. These values refer to a relation between the depth of the mine and the initial concentration of sulphates. The hydrogeological background of this pheno- menon is discussed by Erg [3]. Table 3. Results of the variation analysis of the content of sulphates Source of Variation df MS F P-value Mines (Tammiku, Sompa) 1 91681 2.63 0.180 Years (2002–2004) 4 92788 2.66 0.183 Error 4 34924 Residual Standard Deviation 187 mg/l Total 9 SO4 2- = 801 e-0.386 t, mg/l R2 = 0.46 10 100 1000 10000 01234567 t - closed, years SO42- - sulphate content, mg/l 250 mg/l Fe = 0.77 e -0.509 t , mg/l R2 = 0.39 0.01 0.1 1 10 01234567 t - closed, years Fe content, mg/l 0.2 mg/l Fig. 3. Decrease in the content of SO4 2- and Fe in closed mines. 250 mg/l and 0.2 mg/l – maximum permitted levels in drinking water. The water quality parameters for which we had at least 14 reliable measurement results (pH, electric conductivity, total hardness, Cl- , dry Technogenic Water in Closed Oil Shale Mines 23 residue, Na+ , Ca2+, Mg2+, K+ and SO4 2- ) were subjected to correlation analysis. From the analysis we could conclude the following: • The content of sulphates can be considered a good indicator of mine water quality, because it correlates well with most of the other water quality parameters, except for K+ . • Electric conductivity can be successfully used for rapid assessment of water quality, because it correlates well with sulphates as well as with other main parameters (except for K+ ). • pH is not informative enough, because it does not correlate with any other water quality parameter. Pilot model of water exchange Continuous water exchange is going on between the closed mines. The water penetrating into mines is derived mostly from precipitation, less from groundwater. The part of the water not flowing out of the mine (Table 1) infiltrates into the neighbouring mines or feeds aquifers. The water pumped out of the working mines is formed of precipitation, groundwater and the water coming from closed mines. Intensity of water exchange depends on the length (L, km) and thickness (l, m) of the barrier left between the mines, difference between the water levels of neighbouring mines (dh, m) and permeability of the barrier and overburden (km, m2 /d). The longer and thinner is the barrier, the greater is the water level difference in neighbouring water bodies, and the higher is the permeability of rocks in the areas separating the mines, the more intensive is the exchange of water. The water levels of the closed mines are precisely known. The measure- ments of barriers can be obtained from the plan of mining works, but the length and thickness of the barriers are highly variable. Little data are available on the permeability of pillars and bedrock. As seen in Table 4, the permeability of the Keila–Kukruse aquifer differs up to 10 times within the limits of the deposit. Water permeability is largely affected by the geological disturbance of the Earth crust (mostly karst zones), which makes the aquifer highly aniso- tropic [8, 9]. In the Estonia mine field twofold difference in the permeability in the northeastern and southeastern directions has been recorded. According to the data by Domanova, anisotropy is especially great in the area of tectonic dislocations, where permeability in various directions may differ several times. Water exchange between the mines is inhibited by extensive karst zones running along the mine field boundaries between Sompa and Viru, and Ahtme and Tammiku mines. At the same time, karst zones running transversely to the mine boundary increase the water exchange between Sompa and Kohtla mines. Additionally, the water exchange is affected by the properties of the mined area, which depend on the roof handling methods used. In the area Table 4. Permeability of the Keila–Kukruse groundwater aquifer in the mining district Filtration module Publication District Permeability, m2 /d Estimated difference in water tables, m m/h m/d Kohtla – Aidu, northern part 1200 5 10 240 Kohtla – Aidu, central part 780 10 3.25 78 [8] Kohtla 6–60 Viru 10–40 [7] Aidu, generalized 393 10 1.6 39 Ahtme, generalized 335 10 1.4 34 [4] Tammiku 4–20 Ahtme 1–15 [7] Ahtme – Estonia 90 10 0.38 9 [4] No. 2 – Tammiku 0.24 6 [10] mined using roof caving the water-bearing horizon is thicker and of higher permeability than in the area of room-and-pillar mining. Because of high uncertainty the calculation of the water amounts moving between the closed mines is complicated, not only due to the variability in L, l, k, but also due to the lack of the relation uniquely describing all the situations. Therefore the present study makes use of the balance method, which unites the amounts of the water pumped out of the working mines, and of precipitation and groundwater infiltrating into the mine. The relation between these amounts is expressed by the approximate formula qij = 365.25 × Lij × kij × (dhij/2) / (1000 × lij), where qij – the amount of the water migrating from one mine (i) to the other (j), million m3 /y, Lij – length of the barrier between these mines, km, lij – average thickness of the barrier, m, dhji – difference between the water levels of two closed mines at the moment of modelling, m, kij – factor characterizing the permeability of the area between the mines (barriers and overlying rock), which, with some reservation, can be considered as generalized permeability, m2 /d. As model input we use the measurements of the barriers between the mines, volume of the water pumped out of the working mines (especially changes in it due to the closure of neighbouring mines), amount of precipita- tion and its relation to mine pumping [2]. The variable parameter of the Technogenic Water in Closed Oil Shale Mines 25 model is generalized permeability, which is used to balance the model. Permeability was fitted into the model taking into consideration the informa- tion available (Table 4), location of mines with respect to tectonic fault zones and the orientation of the karst zones lying between the mines. The balanced model can be used for calculating the migrating water amounts by fluctuations in water level, for example during floods and heavy rains, but also for planning water level regulations. The model output is the matrix of water exchange (Table 5), where • “North” denotes the northern closed mines No. 2, Kukruse, and Käva and its satellite mines • “West” denotes the western closed mines Kohtla, Sompa and No. 4 • “Vasavere” is the area east of Ahtme and Estonia mines • The water amounts in the matrix of water exchange are given in million m3 /y, whereas (+) shows the amounts infiltrating into the mine (i) from the mine (j) and (–) shows the amounts migrating from the mine (i) to the other mine. Explanations to the matrix of water exchange are given in Table 6. Water movement inside the water body and the amounts of mine pumping are shown in Fig. 1. The values presented characterize the state of the water body in the year 2004, but as we have to do with a pilot model, these are all approximate. Table 5. Matrix of water exchange, year 2004, 106 m3 /y ↓Elements of the water body → Aidu Estonia Viru Ahtme Tammiku North West Vasavere Jõhvi city Sum Working mines: Aidu 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 14.46 0.00 0.00 14.46 Estonia 0.00 0.00 1.64 6.48 0.00 0.00 0.00 0.48 0.00 8.60 0.00 0.00 –1.64 0.00 0.18 7.23 0.00 3.07 0.00 0.00 8.83 Technogenic water body; closed mines (sub-bodies): Ahtme 0.00 –6.48 –0.18 0.00 0.07 0.00 0.00 –1.07 0.00 –7.65 Tammiku 0.00 0.00 –7.23 –0.07 0.00 2.28 –1.69 –0.50 0.00 –7.22 North 0.00 0.00 0.00 0.00 –2.28 0.00 –4.60 0.00 –0.15 –7.03 West – 14.46 0.00 –3.07 0.00 1.69 4.60 0.00 0.00 0.00 –11.24 Geographical sites: Vasavere 0.00 –0.48 0.00 1.07 0.50 0.00 0.00 0.00 0.00 1.09 Town of Jõhvi 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.15 0.00 0.00 0.00 0.15 Table 6. Water exchange between mines Mines, techno- genic water sub-bodies and geographical sites Water exchange, 106 m3 /y Comments Working mines: Aidu 14.46 Inflow from closed Kohtla mine Estonia 8.60 Main inflow from closed Ahtme mine, less from the direction of working Viru mine, partly also from the east Viru 8.83 Inflow from closed Tammiku and Sompa mines, slight outflow into Estonia mine Technogenic water body; closed mines (sub-bodies): Ahtme –7.65 Outflow mainly into Estonia mine and into the catchment area of the Pühajõgi River through springs and outflow wells Tammiku –7.22 Intensive water exchange with other parts of the water body, out flow into the catchment area of the Pühajõgi River through a caving at Kose Northern closed mines Käva, Kukruse and No. 2 –7.03 Feeds other closed mines, outflow via Vahtsepa ditch into the Kohtla River Western closed mines Kohtla, Sompa and Mine No 4. –11.24 Intensive water exchange with other parts of the water body, feeds mostly Aidu opencast Geographical sites: Vasavere 1.09 Water inflow mostly from Ahtme mine, to some extent also from closed Tammiku mine Town of Jõhvi 0.15 Water infiltrates from closed mine No. 2 Conclusions and recommendations No great changes in the water level of closed mines and its seasonal variation are expected if no measures are taken. The situation should not change after the closure of presently working mines either. In future the water level of flooded Aidu opencast will be regulated by an outlet into the Ojamaa River at 40–42 m level, which will be also the common water level in Kohtla and Sompa mines. In the area of Viru and Estonia mines the groundwater will rise to the pre-mining level, which will result in an increase in groundwater flow into the Pühajõgi River at the eastern margin of Tammiku and Ahtme mines. It may turn necessary to regulate water level in the mining district. In order to reduce the flow of groundwater from mine No. 2 to the lower, area of the town of Jõhvi, the following options could be considered: • outlet of water at 51 m level at the northern boundary of the mine, near the adit of unbuilt mine No. 1 Technogenic Water in Closed Oil Shale Mines 27 • blasting of the barrier between mine No. 2 and Käva and Tammiku mines to enable water outflow towards the Kohtla River (at a level of 51 m) or into the Pühajõgi River (at 45–47 m level) • building of a pumping station regulating the water level and operating seasonally, but this is evidently not efficient due to great expenses. In order to reduce the water amounts penetrating into working mines and towards Vasavere intake, it would be purposeful to lower the water level in several closed mines: • to 45 m level in Tammiku mine, by dredging the present outlet • to 42–43 m level in Ahtme mine, by drilling artesian wells The quality of the water of closed mines is improving. The content of sulphates and iron in mine water decreases and in about five years after the closure of the mine is below the maximum level permitted in drinking water. Monitoring the water quality in closed mines should be aimed mostly at protecting the water body from surface-derived pollution. The sampling methods should be improved, with indicating justified times and places for taking water samples. In some cases the number of parameters measured could be reduced. As no reliable data are available about the formation and distribution of phenols in the water of closed mines, corresponding investigations are needed before the use of the water. Although phenols are generally believed to originate from the waste of shale oil plants or from burning spoil dumps, the possibility of their formation during decomposition of kerogen in water- filled mines cannot be excluded either. This hypothesis deserves further special study. Acknowledgements This paper was written within the framework of Grant 5913 of the Estonian Science Foundation “Usage of mined-out areas”, using the database of research No. 416L “Forecast of hydrogeological changes resulting from the activities of the Estonian Oil Shale Mining Company” carried out by Tallinn University of Technology. REFERENCES 1. Reinsalu, E. Sillamäe uranium mine // Environment Technics. 2001. No. 2. P. 40–45 [in Estonian]. 2. Reinsalu, E. Changes in mine dewatering after the closure of exhausted oil shale mines // Oil Shale. 2005. Vol. 22, No. 3. P. 261–273. 3. Erg, K. Changes in groundwater sulphate content in Estonian oil shale mining area // Oil Shale. 2005. Vol. 22, No. 3. P. 275–289. 28 E. Reinsalu, I. Valgma, H. Lind, K. Sokman 4. Savitski, L., Savva, V. Prognosis of hydrogeological changes in the mining district of the Estonian oil shale deposit, stages 1–3, 2001 [in Estonian] 5. Reinsalu, E., Toomik, A., Valgma, I. Mined out land, Tallinn, 2002 [in Estonian]. 6. Butakova, A., Jürgenfeldt, G., Reinsalu, E. Assessment of the mine water volume of water-filled oil shale mines // Gorjutšie slancy. 1980. No. 1. P. 6 [in Russian]. 7. Parahonski, E. Formation of mine water in oil shale mines and opencasts and mine drainage. Tallinn, Valgus, 1983 [in Russian]. 8. Domanova, N., Reinsalu, E. Analysis of hydrogeological conditions in Oktoobri opencast, Topic 0107, Stage HD No. 1, Estonian Branch of A. Skotchinski Institute of Mining Engineering, 1979 [in Russian]. 9. Domanova, N. Formation and forecast of water flowing into the mine workings driven into carbonate rocks with uneven infiltration properties. Candidate’s thesis, A. Skotchinski Institute of Mining Engineering, 1986 [in Russian]. 10. Domanova, N. Predicted increase in the water inflow into Viru mine due to the flooding of Tammiku mine. Estonian Oil Shale Company, Jõhvi, 1999. Manu- script [in Russian]. Recieved June 20, 2005
Tellimine:
Kommentaarid (Atom)
-
-
-
-
-
Märtsikaamera - Rajakaamera. Ingo Valgma
-
Mud - Ingo-Valgma has added a photo to the pool: [image: Mud] ingo-valgma.blogspot.com/search?q=muda
-
Siisike? - Rajakaamera, linnukaamera, looduskaamera Avalik group · 31 liiget Liitu grupiga Kes või mis jäi rajakaamera, linnukaamera, looduskaamera või mõne teise k...
-
Matkale 01.02; 15.02 ja 07.03.2020 - Lähme maapõue matkale 01.02; 15.02 ja 07.03.2020 [image: Diktüoneema on kivim mis katab fosforiiti ja takistab isesüttimise tõttu selle kaevandamist. Diktü...
