mi.ttu.ee

TALVEAKADEEMIA 2014

Veiko Karu

TTÜ Mäeinstituut

veiko.karu@ttu.ee

1

mi.ttu.ee

Kaevandusvesi - moodustumine, kasutamine, tuleviku võimalused

PÕLEVKIVI KAEVANDAMINE JA KAEVANDUSVEE KASUTAMINE

2

mi.ttu.ee

Grupitöö tegevus

• Teooria/loeng/arutelu– Põlevkivi kaevandamine Eestis– Vesi töötavas ja suletud kaevanduses– Kaevandusvee soojuse kasutamine

• Praktiline tegevus– Pisimaketi meisterdamine

• Kokkuvõte

3

mi.ttu.ee

Põlevkivi• Eestis on kahte liiki

põlevkivi: kukersiiti ja diktüoneemaargilliiti.

• Kaevandatakse kukersiiti, mis ongi tuntud Eesti põlevkivi nime all.

4

mi.ttu.ee5

mi.ttu.ee6

Eesti põlevkivimaardla

mi.ttu.ee

Kaevandamiskohad

7

mi.ttu.ee

Avakaevandamine

mi.ttu.ee9

AvakaevandamineAidu põlevkivikarjäär

9

mi.ttu.ee

Allmaakaevandamine

mi.ttu.ee11

Allmaakaevandamine

Estonia kaevandus

11

mi.ttu.ee

Kaevandamise tehnoloogia valik

Joonis 5.1 Mäendustingimuste piirangud kaevandamistehnoloogiatele

mi.ttu.ee

Põlevkivikihind

13

Lithology Layer Layer thickness, m

Height from layer A, m

F2 0.30 3.03

F1 0.34 2.73

E 0.59 2.39

D/E 0.10 1.80 D 0.07 1.70

C/D 0.29 1.63

C 0.45 1.34

B/C 0.08 0.89

B 0.37 0.81

A/B 0.21 0.44 A 0.23 0.23

mi.ttu.ee

TEHNOLOOGILINE MODELLEERIMINE

14

mi.ttu.ee

Tehnoloogiline modelleerimine

15

mi.ttu.ee

Käsikambrid

16

mi.ttu.ee

Käsilaavad

17

mi.ttu.ee

Käsikambrid ja -laavad

18

mi.ttu.ee

Komabinilaavad

19

mi.ttu.ee

Kamberkaevandamine

20

mi.ttu.ee

Kamberkaevandamine

21

mi.ttu.ee

Maapinna kõrgus

22

mi.ttu.ee

Maa-amet

23

mi.ttu.ee

Maapinna mudel

24

mi.ttu.ee

Põlevkivi kihindi A-F1 paksus

25

mi.ttu.ee

Kihindi põhi

26

mi.ttu.ee

Kaardistamine

mi.ttu.ee

Vanad plaanid on digitaliseeritud

28

mi.ttu.ee

Laavadega kaevandatud ala.(punane viirutus – kombainilaava; roheline viirutus – käsikamber; must viirutus – käsilaavad)

mi.ttu.ee

Kamberkaevandamine

mi.ttu.ee

Options Kukruse Mine no 2 Käva Käva 2 Mine no 4 Tammiku Sompa Kohtla Ahtme Viru Estonia

Mine opening 1921 1949 1924 1924 1953 1951 1948 1937 1948 1964 1972

Mine closing 1967 1973 1972 1972 1975 1999 1999 2001 2001

Working time, year 46 24 48 48 22 48 51 64 53

Field area, km2 13.20 12.30 3.47 14.05 12.70 40.00 33.60 18.30 43.30 41.70 141.10

Mined field area, km2 15.13 8.57 1.84 11.72 10.43 19.26 18.14 12.14 26.36 25.49 62.77

Not mined area, km2 -1.93 3.73 1.63 2.33 2.27 20.74 15.46 6.16 16.94 16.21 78.33

Thickness of overburden, m 11 13 21 10 12 23 23 15 37 42 57

Thickness of oil shale seam, m

2.83 2.81 2.83 2.82 2.8 2.8 2.77 2.76 2.79 2.75 2.71

Geological space in oil

shale seam, mln m3

42.82 24.08 5.22 33.05 29.20 53.92 50.24 33.52 73.53 70.09 170.11

Hand-mined face 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2

Hand- mined rooms 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2

Room and pillar 2.83 2.81 2.83 2.82 2.8 2.8 2.77 2.76 2.79 2.75 2.71

Drifts 2.83 2.81 2.83 2.82 2.8 2.8 2.77 2.76 2.79 2.75 2.71

Longwall face 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

Hand-mined face 11.28 6.87 9.16 7.71 4.36 12.70 3.80 6.33 0 0

Hand- mined rooms 3.50 0.00 1.84 1.73 0 0 0.06 1.36 0.05 0 0

Room and pillar 0.29 1.70 0.79 1.08 11.81 1.86 0.55 19.22 25.38 61.49

Drifts 0.06 0.00 0.00 0.04 0.69 0.36 0.00 0.02 0.30 0.11 1.26

Longwall face 0 0 0 0.95 2.74 3.52 6.41 0.46 0 0.02

Total mined area 15.13 8.57 1.84 11.72 10.43 19.26 18.14 12.14 26.36 25.49 62.77

Mined oil shale seam thickness, m

Mined field area, km2

mi.ttu.ee

Kaevandamisviiside jagunemine

mi.ttu.ee

Stabiilsus altkaevandatud aladel

mi.ttu.ee

Andmete kogumine

• Välitöö• LIDAR pildistamine• 3D skaneerimine

mi.ttu.ee

LIDAR pildistamine

35

mi.ttu.ee

LIDAR kaart Maaameti serveris

mi.ttu.ee

3D skaneerimine

37

mi.ttu.ee38

mi.ttu.ee

Vajumid maapinnal, läänes kombainilaavad, idas kambriplokid

mi.ttu.ee

Kaevandus 2 varing

40

mi.ttu.ee

Kukruse kaevandus

41

mi.ttu.ee

Maksimaalsed vajumised

Kaevandamis- tehnoloogia

Max vajum, m

Käsikambrid ja -laavad 1.32

Kamberkaevandamine 1.84

Kombainkaevandamine 0.90

mi.ttu.ee

Tsoonide tekkimine

mi.ttu.ee

STABIILSUSE ARVUTUSED TARKVARAGA PLAXIS

44

mi.ttu.ee

Parameetrid PlaxisesJointed Rock 1

Katend

2

Lubjakivi

3

Põlevkivigunsat

[kN/m³] 2.20 2.20 1.50

gsat[kN/m³] 2.40 2.40 1.80

kx[m/day] 1.00 1.00 1.00

ky[m/day] 1.00 1.00 1.00

einit[-] 0.50 0.50 0.50

ck[-] 1E15 1E15 1E15

E1[kN/m²] 38000000

.0038000000.00 7000000.00

n1[-] 0.240 0.240 0.300

E2[kN/m²] 38000000

.0038000000.00 7000000.00

n2[-] 0.24 0.24 0.30

G2[kN/m²] 16000000

.0016000000.00 2800000.00

Planes [-] 1 1 1c1 [kN/m²] 20.00 30.00 10.00

j1 [°] 30.00 35.00 20.00y1 [°] 0.00 0.00 0.00a1

1 [°] 0.00 0.00 0.00

a21 [°] 90.00 90.00 90.00

mi.ttu.ee

Arvutusvõrk

mi.ttu.ee

Figure 1 Water level: water level 17m Figure 2 Initial stresses: water level 17m

mi.ttu.ee

Tulemus

mi.ttu.ee

Total displacements (shadings)

Vesi 17m Vesi 3m

mi.ttu.ee

HÜDROGEOLOOGIA

50

mi.ttu.ee

Läbilõiked

51

mi.ttu.ee

I-I’

52

mi.ttu.ee

II-II’

53

mi.ttu.ee

Põhjavee tase muutub ja taastub

• Milliseid põhjaveega probleeme oskate välja tuua?

• Kirjutage ülesse

• Müüt või tegelikkus!

54

mi.ttu.ee

Vaatluskohad

55

mi.ttu.ee

Veetase 2000

56

mi.ttu.ee

Veetase 2004

57

mi.ttu.ee

Põhjavee tase 2008

58

mi.ttu.ee

Kohtla jõgi

59

mi.ttu.ee

Kaevanduse kraav Sompa lõunas

60

mi.ttu.ee

Vee väljapumpamiskoht Ahtme lõunas

61

mi.ttu.ee

Kohtla ja Aidu piir

62

mi.ttu.ee63

mi.ttu.ee

Olid Aidu kosed

64

mi.ttu.ee

Aidu karjääri sulgemine

65

mi.ttu.ee

Aidu uus maastik

66Eesti Energia pildid

mi.ttu.ee

Teise kaevanduse väljavool

67

mi.ttu.ee

Tammiku-Kose

68

mi.ttu.ee69

Ahtme väljavool

mi.ttu.ee

Suletud kaevanduste väljavoolud (kevad 2010)

•Ahtme väljavool Sanniku ojja

•Tammiku väljavool Rausvere ojja

mi.ttu.ee

Võrreldes kevadega oli olukord muutunud (talv 2011)

mi.ttu.ee

Kaevandusvee kasutamine

TTÜ mäeinstituut

Veiko Karu, veiko.karu@ttu.ee

mi.ttu.ee

Kaevandusvete kasutusele võtmise potentsiaal soojusvarustuses ja tehnilised lahendused Jõhvi ja

Mäetaguse vallas

mi.ttu.ee

Uuringu ala

74

mi.ttu.ee

Ruumiline mudel

75

mi.ttu.ee

Hüdrogeoloogiline mudel

• Loodi ruumiline mudel uuringupiirkonnast• Loodi hüdrogeoloogiline mudel• Hinnati veemahtusid suletud

kaevandustes• Hinnati stabiilsusolukorda ning vajumeid

kaevandatud alal• Hinnati kaevandusvee kasutuselevõtu

potentsiaal76mi.ttu.ee/kaevandusvesi

mi.ttu.ee

Hüdrogeoloogiline mudel

77mi.ttu.ee/kaevandusvesi

mi.ttu.ee

Hüdrogeoloogiline mudel

78mi.ttu.ee/kaevandusvesi

mi.ttu.ee

Videosukeldumine allmaabasseinis

mi.ttu.ee80

Vaba ruum kaevandustes

mi.ttu.ee

Allmaabasseinid

81mi.ttu.ee/kaevandusvesi

mi.ttu.ee

Vesi põlevkivi kaevandustes ja karjäärides

82

mi.ttu.ee

Kaevandusvee mahud kaevanduste lõikes, mln m3

mi.ttu.ee

Veemahud kaevandustes

84

Veemahud, mln m3 Kukruse Kaevandus nr 2 (Jõhvi kaevandus)

Käva Käva 2 Kaevandus nr 4

Veemaht Q4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0Veemaht lubjakivis 0.0 0.0 3.1 0.0 0.0Veemaht põlevkivikihindis 17.1 9.5 1.7 13.3 16.9Veemaht kokku 17.1 9.5 4.9 13.3 16.9

Veemahud, mln m3 Tammiku Sompa Kohtla Ahtme Viru Estonia Kokku

Veemaht Q4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0Veemaht lubjakivis 0.0 0.0 11.0 73.6 0.0 0.0 3.1Veemaht põlevkivikihindis 23.5 21.9 16.1 28.7 2.9 7.1 58.5Veemaht kokku 23.5 21.9 27.1 102.4 2.9 7.1 61.7

mi.ttu.ee/kaevandusvesi

mi.ttu.ee

Kaevandusvee jagunemine kihtide vahel, %.

mi.ttu.ee

Väljavoolud

86

mi.ttu.ee

Kaevandusvete ära juhtimise võimalused

• Maapinnale juhitavate kaevandusvee kokkujuhtimise analüüs

87mi.ttu.ee/kaevandusvesi

mi.ttu.ee

• Ahtme SEJ soojuspumba, Tammiku ja Ahtme kaevandusest kokkujuhitud veel puudub arvestatav hüdro-ja maasoojusenergeetiline potentsiaal.

88mi.ttu.ee/kaevandusvesi

mi.ttu.ee

Vee temperatuur

Kaevandusvee temperatuuri muutumine

0123456789

10

Jaan

uar

Veebr

uar

Mär

tsApr

illM

ai

Juun

iJu

uli

Augus

t

Septe

mbe

r

Oktoo

ber

Novem

ber

Detse

mbe

r

Kuu

Te

mp

era

tuu

r, C

mi.ttu.ee

Soojuspumba tööpõhimõte

mi.ttu.ee

Jõhvi valla võimalused

• Näidisobjektide analüüs Jõhvi vallas• Tehniliste tingimuste kirjeldus

91

Tammiku

Kose

Jõhvi

Aiandi

Ahtme

mi.ttu.ee

• Soojuspumba kompleks on otstarbekas rajada Ahtme SEJ juurde.

• Tasuvusanalüüs näitas, et otstarbekas on rajada 10MW võimsusega kaevandusvett kasutav soojuspumba kompleks.

• Sellisel juhul on keskmine soojuse tootmise erikulu aastani 2020 (11 a keskmine) 0,63 kr/kWh

92mi.ttu.ee/kaevandusvesi

mi.ttu.ee

Perspektiivne asukoht

93

mi.ttu.ee

Ahtme soojuspumba võimalikud asukohad

94mi.ttu.ee/kaevandusvesi

mi.ttu.ee

Ahtme soojuspump

95

mi.ttu.ee

Ahtme väljavoolu mõte

96mi.ttu.ee/kaevandusvesi

mi.ttu.ee

Kose teine võimalus

97

mi.ttu.ee

KIIKLA NÄIDISOBJEKT

mi.ttu.ee/kaevandusvesi 98

mi.ttu.ee

Kiikla soojuspump

mi.ttu.ee/kaevandusvesi 99

mi.ttu.ee

Tehniline lahendus: variant 1

• Kaevandusvee pumpamine maa peale• Mööda torustikku soojuspumbani

(pikkus oleneb soojuspumba asukohast)• Soojuspumbas alandatakse vee

temperatuur kuni 4oC• Jahenenud vesi suunatakse mööda

torustikku kaevanduse veebasseini tagasi, kaugemale veevõtukohast

100mi.ttu.ee/kaevandusvesi

mi.ttu.ee

Tehniline lahendus: variant 2

• Kaevandusvee pumpamine maa peale• Mööda torustikku soojuspumbani

(pikkus oleneb soojuspumba asukohast)• Soojuspumbas alandatakse vee

temperatuur kuni 4oC• Jahenenud vesi suunatakse mööda

kraavi loodusesse (nii nagu läheb loodusesse Tammiku ja Ahtme kaevanduse vesi)

101mi.ttu.ee/kaevandusvesi

mi.ttu.ee

Blanšett: käigud

mi.ttu.ee/kaevandusvesi 102

mi.ttu.ee

Teostamise võimalused

• Olenevad– Vaja minevatest veekogustest

• Ahtme näide: 67m3/h ühe ööpäeva jooksul, alanes veetase 6 cm

– Saadavatest lubadest• Tohib kraavi suunata• Tuleb suunata otse kaevandusse

103mi.ttu.ee/kaevandusvesi

mi.ttu.ee

Kiikla soojuspump

104

mi.ttu.ee

Pilootprojekt: Kiiklas

mi.ttu.ee

Sisevaade

106

mi.ttu.ee

Kiikla 500kW soojuspump

mi.ttu.ee

Praktiline tegevus

108

mi.ttu.ee

mi.ttu.ee110

Pumpamise test

mi.ttu.ee

Praktiline tegevus

111

mi.ttu.ee

Erinevad kihid

112

mi.ttu.ee

mi.ttu.ee

FÜÜSILISE VEEMUDELI KOOSTAMINE NING SELLE MODELLEERIMINE

mi.ttu.ee

Makett 209

mi.ttu.ee

Kõrgusmudel

mi.ttu.ee

Stabiilsusmudel

mi.ttu.ee

mi.ttu.ee

Tänan kuulamast

Veiko Karu, veiko.karu@ttu.ee

Mäeinstituut mi.ttu.ee

Mäendusõpik mi.ttu.ee/maeopik

Täienduskoolitused mi.ttu.ee/koolitus

Projekteerimine mi.ttu.ee/projekteerimine

Mäenduslinkide kogu mi.ttu.ee/lingid