http://mi.ttu.ee/artiklid/

1. PÕLEVKIVI KASUTAMISE JÄTKUSUUTLIKKUSEST
Jüri-Rivaldo Pastarus, Ingo Valgma ja Alo Adamson
Tallinna Tehnikaülikool, mäeinstituut
Põlevkivitehnoloogiate arendamisel on otstarbekas vaadelda põlevkivi kasutamist kui
tervikprotsessi (süsteemne lähenemine), alates geoloogilisest andmebaasist ja kaevandamisest
kuni lõpptoodangu saamiseni (elektrienergia, õli, soojus), sealjuures unustamata
loodusressursside säästlikku kasutamist ja keskkonna taluvust. Kaasaegne tehnika ja tehnoloogia
tase võimaldab kaasajastada nii ava- kui ka allmaakaevandusi, mis tagavad kaubapõlevkivi
kvaliteedi, mäetööde efektiivsuse ja ohutuse ning kaevandatud alade püsivuse.
Vastavalt Eesti Energiatehnoloogia Programmile (ETP), prioriteetsed arengusuunad põlevkivi
kaevandamisel on:
a) Põlevkivi kadudeta kaevandamine. Töötada välja tehnoloogia. mis võimaldaks
kaevandada kogu geoloogiline varu.
b) Põlevkivi keskkonnasäästlik kaevandamine. Töötada välja ja rakendada tehnoloogiad, mis
võimaldavad oluliselt vähendada kaevandamise mõju veerežiimile.
c) CO2-vaba põlevkivielektri tootmise arendamine. Leida tehniline lahendus CO2 vaba
põlevkivielektri tootmiseks. Töötada välja meetodid CO2 sidumiseks.
d) Põlevkivi kvaliteedi tagamine (rikastamine). Paekivi osaluse vähendamine
kaubapõlevkivis.
Kriteeriumideks ETP prioriteetsete arendussuundade arendamisel on energiasääst ja
keskkonnasõbralikkus.
Euroopa Parlamendi ja Nõukogu Direktiiv 2006/21/EÜ (Kaevandustööstuse jäätmete käitlemine)
sätestab artiklis 20 jäätmete suhtes teatavaid nõuded, mis paigaldatakse tagasi kaeveõõntesse ja
millele on osutatud kaeveõõsi käsitlevates erisätetes. Lähtudes ülaltoodud direktiivist tuleb
karjääride ja kaevanduste täitmisel kasutatavat täitematerjali (elektrijaama tuhk ja paekivi)
vaadelda kui tehnoloogilist materjali, mis ei kuulu direktiivi 1999/31/EÜ „Jäätmete käitlemise
või ladestamise nõuded” reguleerimisalasse. Seega on võimalik lahendada elektrijaama tuha ja
jäätmete ladestamise probleemi koos süsihappegaasi sidumisega elektrijaama tuhaga,
võimaldades samal ajal vähendada ka eralduvate kasvuhoonegaaside heitekoguseid.
Kaubapõlevkivi koosneb kolmest komponendist - põlevkivist, paekivist ja suletistest. Kui
vähendada paekivi ja suletiste osa kaubapõlevkivis, siis tõuseb ta kütteväärtus. Suurendades CFB
(keevkiht) katlasse suubuva kütuse kütteväärtust, mis käesoleval ajal on 8,4 MJ/kg kuni 11,6
MJ/kg, mis saavutatakse kaevandamise tehnoloogia ja rikastamisprotsessi moderniseerimisega,
väheneb põlevkivi põletamise tehnoloogiast põhjustatud (ei lagune kogu CaCO3) CO2 hulk 7% ja
katlasse mineva kaubapõlevkivi hulk 24%, mis vähendab omakorda CO2 ja tuha hulka 24%
võrra. Sellest tulenevalt vähenevad kaubapõlevkivi ja elektrijaama tuha transpordikulud ja
keskkonnatasud. Õli väljatulek TSK-st (tahke soojuskandja) suureneb 1,5 korda (50%), kui
kasutada rikastatus põlevkivi. Seda kõike on võimalik garanteerida parima võimaliku tehnika
(PVT) kasutamisega kaevandamisel. Põlevkivikihindi selektiivne väljamine ja kaubapõlevkivi
rikastamine tagavad tarbijale vastava, optimaalse parameetritega toorme.
PVT väljatöötamine ja evitamine kaevandustes ja karjäärides võimaldab tõsta tööde efektiivsust,
toodangu kvaliteeti ja lahendada või leevendada keskkonnaprobleeme. Üheks perspektiivseks

2. suunaks on kasutada väljatud kaeveõõnte täitmist. Põlevkivituhk ja aheraine (lubjakivi) kujutavad
endast väärtuslikku toorainet täitesegude valmistamiseks, mida saab kasutada tehnoloogilise
materjalina kaevandamisel.
Tänapäeval kasutatakse Eesti põlevkivikaevandustes kamberkaevandamise tehnoloogiat, kus
kattekivimite ülalhoidmise ja maapinna püsivuse tagavad sammastervikud. Sealjuures põlevkivi
kaod tervikutes ulatuvad kuni 30%. Arvutused on näidanud, et põlevkivikihindi
kaevandamissügavuse suurenemisel üle 60 m, kaod tervikutes suurenevad kuni 40%. Uuendades
põlevkivi kaevandamise tehnoloogiat, s.t. üle minnes tagasitäitmisega süsteemile, võimaldab
oluliselt vähendada põlevkivi kadusid kaevandamisel, suurendada kaevandatud alade maapinna
püsivust ja vähendada mõju veerežiimile.
Avakaevandamise korral kasutatakse vaalkaevandamist, kus katend paigaldatakse väljatud alale.
Kasutades täitesegusid või elektrijaama tuhka, on võimalik parendada kaevandamise tehnoloogiat
(suurendada vaalude püsivust). Veetõkete kasutamine võimaldab reguleerida karjääride
veerežiimi.
Viimase 100 aasta jooksul on tootmisjäätmeid ja -jääke maailmas kasutatud täitesegude
valmistamiseks. Näiteid võib tuua Poolast, Prantsusmaalt, Saksamaalt, Soomest, Belgiast,
Iirimaalt jne. Eestis alustati põlevkivi kaevandamist osalise täitmisega. Kaeveõõnte tardsegudega
täitmise tehnoloogia uuringuid alustati 1980-ndatel aastatel, milles osalesid TTÜ mäeinstituut,
Eesti Põlevkivi, Škotsinski nim. Mäendusinstituudi Filiaal Kohtla-Järvel, NIPI Silikaatbetooni
instituut jne. Praktiliseks väljundiks oli Kiviõli kaevanduse sulgemine, kus täideti 30000 m3
kaeveõõsi maapealsete objektide kaitseks. Seega Eestil on olemas kogemused ja kompetents
selles valdkonnas. Tööd seiskusid 1995. aastal.
Töötadamaks välja kompleksset tehnoloogiat, alustades raimamisest kuni lõpptoodanguni, tuleb
optimeerida väljatöötatud tehnoloogiat nii allmaa- ja avakaevandamisel.
Eesmärk on kulude kokkuhoid, kaubapõlevkivi kvaliteedi tõstmine, põlevkivi kaevandamisel
saadava kauba ja jääkide bilanss ja nende omavahelised seosed, maapinna püsivuse
suurendamine, kadude vähendamine, keskkonnaprobleemide lahendamine; Narva karjääris võib
tekkida filtratsioonitõkete vajadusi veel; n. mergli voolamiseks tehtavad tõkked; Narva maa alla
minek.
Varem teostatud uurimistööde kogemus, pikaajalised katsetööde ja teadustöö kogemused
põlevkivimaardlas ja fosforiidimaardlas:
1. Läbiviidud katsed Kiviõli kaevanduse täitmisel
2. Fosforiidi täitmisega kaevandamise katsed Viru kaevanduses, 1,5 aastat.
3. Täitesegude koostise ja tugevuse ning viskoossuse ja reostusohu katsed.
4. Täitematerjali tugevusomaduste laborikatsed
Tulemuseks on uus täitmisega kavandamise süsteem, kvaliteedi reostuse ja kahjulike mõjude
vähenemine, tööde ohutuse tagamine; varu efektiivsem kasutamine; veerežiimi prognoos..
Protsess sisaldab:

3. 1. Maavara väljamine. PLT, kombain. Lähtudes kaubapõlevkivi kvaliteedi nõuetest valida
optimaalne väljamise viis. Selektiivne ja lausväljamine.
2. Maavara transport. Valida optimaalne transpordi süsteem, lähtudes transpordi
kaugusest.
3. Rikastamine. - sõelumine, rikastamine, valikpurustamine (kombain), esmasõelumine maa
all.
4. Jäägid ja jäätmed. Põlevkivi tuhk (CO2 seotud tuhaga ja mitte), aheraine -
madalakvaliteediline lubjakivi. Määrata nende hulk ja kvaliteet. Täitesegude parameetrid.
Kivistuva täitmise korral peaks minimaalne täitemassiivi tugevus olema 1...2 MPa.
Täitemassiivi tugevus sõltub kaevandamise süsteemist. Kasutada ka täitmiseks
mittekivistuvaid segusid, mis tagavad tervikute kandevõime suurenemise ja lae püsivuse
5. Kaevanduste täitmine. Täitematerjalideks on elektrijaama tuhk ja lubjakivi. Kasutatav
sammastervikutega kamberkaevandamise viis ei ole sobiv täitmiseks - garanteeritakse
ainult maapinna püsivus. Töötada välja uued täitmisega kaevandamise süsteemid, mis
tagavad: a) maapinna püsivuse, b) kadude vähendamise kuni 30%, c) CO2 vähenemise, d)
keskkonnatasude vähenemise (tuha ja aheraine ladustamine), e) maavara
kaevandamisõiguse tasu optimaalse kasutamise. Määrata täitmisviis - hüdrauliline,
pneumaatiline, mehaaniline jne. Täitemassiiv - kivistuv (elektrijaama tuhk + lubjakivi +
vesi), mitte kivistuv (lubjakivi, elektrijaama SO2-ga seotud tuhk). Vastavalt
täitematerjalile valida ta transpordi süsteem: hüdro-, konveiertransport jne. Viia läbi
kulude ja tulude arvestus.
6. Mudel. Hindab süsteemis erinevate protsesside mõju lõpptoodangule. Saab valida
parameetreid ja selle alusel teha esialgseid otsuseid.
7. Eksperiment kaevanduses. Viia läbi optimaalse kaevandamissüsteemi katsetused
piiratud tingimustes. Tervikute püsivus, täitematerjali parameetrid (tugevus,
kompressiooni parameetrid, kahjulike ainete leostuvus, maapinna vajumine; kuidas
käituvad lae ebatasasusest jäävad tühikud; ei tea täitematerjali paisumist ja temperatuure
jne.
8. KMH – vajalik enne katsetööde tegemist
9. Mida saab teha mäeinstituut.
a. Töötada välja variandid (linttervik, tulptervik, pikaeekombain; PLT, frontaalmaakombain)
täitmisega kaevandamise süsteemi varianti (lagi, tulp- ja linttervikud, parameetrid).
Määrata kaevandamise süsteemi ja täitematerjali vajalikud parameetrid.
b. Pumpamise parameetrite määramine.
c. Töötada välja massiivi raimamise meetodid - variandid ja hinnata neid.
d. Tehtud tööde alusel määrata täitesegude komponentide hulgad, mis garanteerivad vajaliku
tugevuse ja deformatsiooni parameetrid.
e. Hinnata maapinna deformatsioone ja ulatust- eelhinnang. Töötada välja maapinna lubatud
deformatsioonid.
f. Arvutada tekkivate jäätmete bilanss (kaubapõlevkvivi, tuhk, aheraine, kaubakillustik,
kasutatavad ja mittekasutatavad jäägid), kus kõik on omavahel seotud, lähteandmetena
geoloogia, kaubapõlevkivi kütteväärtus ja kogused; täitmise maht.
g. Hinnata kaevanduse logistika jm muutumist.
h. Hinnata ligikaudselt täitmisega kaevandamise süsteemi efektiivsust - maavara toodang,
täitematerjalide vajadus, täitematerjali transpordi võimalused, majandusnäitajad.
i. Projekteerida eksperiment kaevanduses, et siis koos EP katsetada – andurite,
laborivarustuse vajadus.

4. Põlevkivienergeetika jätkusuutlikkuse ja konkurentsivõime tagamiseks on vajalik jätkata töid
selles valdkonnas.
Artikkel on seotud uuringutega ETF Grant ETF7499 „Säästliku kaevandamise
tingimused” ja SF0140093s08 „Maavarade säästva ja talutava kaevandamiskeskkonna
loomine“.