Potential Usage of Underground Mined Areas in Estonian Oil Shale Deposit (Juh. Valgma, I.)

Põlevkivi on Eestis kaevandatud enam kui 90 aastat. Selle aja jooksul on maa alt välja veetud enam kui üks miljard tonni põlevkivi, lisaks põlevkivile veel põlevkivikihindi lubjakivikihid – neist on moodustunud aheraine mäed, mis nüüd ilmestavad Ida-Virumaa loodust. Kui kaevanduses enam ei ole võimalik põlevkivi kaevandada (tehnoloogiliselt, varu ammendumisel või majanduslikult), siis see suletakse vastavalt kehtestatud korrale. Eesti põlevkivimaardlas on suletud tänaseks maardla keskosas kümme kaevandust, viimased neist suleti 1999…2002 (Sompa, Tammiku, Ahtme ja Kohtla
kaevandus).

Põlevkivi kihind asub enamasti põhjaveetasemest allpool. Põlevkivi kaevandamiseks tuleb alandada põhjaveetaset. Nii on tekkinud Ida-Virumaale põhjavee alanduslehter. Kaevandamise lõppedes kaevandusest ja karjäärist vee välja pumpamine lõpetatakse ja põhjaveetase hakkab taastuma kaevandamise eelsele tasemele. Nii täituvadki suletud kaevandused ja karjäärid veega. Eesti
põlevkivimaardlas on suletud kaevandustest veega täielikult täitunud Ahtme, Tammiku, Sompa ning osaliselt täitunud kaevandus nr 4, kaevandus nr 2, Käva, Käva 2, Kohtla, Kiviõli ning Kukruse.

Suletud põlevkivikaevanduste vee kasutamine soojusenergia või kineetilise energia allikana on üks võimalusi moodustunud tehnogeense veekogumi otstarbekaks kasutamiseks. Veekogumi kasutamise hindamiseks tuleb arvutada võimalik vee maht, vee vooluhulk ja analüüsida võimalikke kohti veevõtuks, vee pumpamiseks või soojuspumba paigutamiseks. Analüüsiks on otstarbekas koostada mäenduslik geoinfosüsteemi mudel, milles sisaldub kivimikihtide ja maapinna geomeetriline mudel, kaevanduse tehnoloogiline ruumiline mudel ja vee voolu hüdrogeoloogiline dünaamiline mudel. Mudeli abil simuleeritakse vee pumpamist soovitavatest kohtadest. Kaevandusvee kasutamise potentsiaal on just Ida-Virumaa valdades, seal asuvad suletud põlevkivi kaevandused. Samuti tuleb hoolikalt planeerida selles piirkonnas ehitustegevust altkaevandatud aladel.

Ida-Virumaad hõlmavates uuringutes on koostatud ühine uuringuala, kus asuvad töötavad ja suletud põlevkivikaevandused. kaevandusvee kasutamist hõlmava uuringu tulemusena koostati kaevandusvee kasutamise potentsiaali kaart, mis baseerub veesamba survel ehk mida kõrgem sammas, seda potentsiaalsem on sellesse kohta rajada soojuspump, mis kasutaks kaevandusvett soojusallikana. Analüüsides veel olemasolevat soojustrasside olemasolu võib öelda, et suurtarbijana on kõige potentsiaalsem rajada soojuspumpjaam Ahtme soojuselektrijaama juurde. Optimaalseimaks soojuspumba võimsuseks oleks 10MW. See tagaks aastaringse sooja kraanivee olemasolu ning talvel saab kasutada Ahtme soojuselektrijaama vee temperatuuri tõstmiseks soovitud temperatuurini kui soojuspump ise seda ei võimalda, sest soojustrassis ringleva veetemperatuur oleneb suuresti välistemperatuurist.

Mäetaguse valla initsiatiivil rajati kaevandusveel baseeruv soojuspumpjaam Ida-Virumaale, Kiikla asulasse, mis paikneb Mäetaguse valla lääneosas. Asula ümbrusesse jäävad suletud Sompa kaevandus, hetkel veel töötav Viru kaevandus ning Ojamaa kaevandus. Rajatud soojuspumpjaam kasutab soojusallikana Sompa kaevanduses olevat kaevandusvett. Sompa kaevandus, mis jääb Kiikla
asula kirdeossa, suleti 12.02.2000. Kaevandus piirneb põhjas endise kaevanduse nr 4 kaevandatud alaga, idas Tammiku, lõunas Viru ja läänes Ojamaa kaevandusega. Peale kaevanduse sulgemist hakkas kaevandus täituma veega, mille tase tasakaalustus paari aasta jooksul kõrgusmärgil 42…48 m (abs) vahel. Soojuspumpjaama võimsus on 500 kW, mis kasutab maksimaalselt 74 m3/h
kaevandusvett.

Võttes arvesse võimalikke piiranguid näeb Kiiklas rakendatud tehnoloogia ette, et kaevandusvesi pumbatakse maa peale, mööda torustikku juhitakse see soojuspumbani (umbes 1000 m), soojuspumba soojusvahetis alandatakse vee temperatuuri võimalusel kuni nelja kraadi võrra ning seejärel suunatakse mööda torustikku jahenenud vesi uuesti Sompa kaevanduse veebasseini tagasi, umbes 300 m kaugemale väljapumpamiskohast, nii jõuab tagasi suunatud vesi kaevanduses uuesti ülesse soojeneda. Torustik on rajatud külmumispiirist allapoole, et minimaliseerida talvise ilma mõju välja pumbatavale ning tagasi suunatavale kaevandusveele.

Suletud kaevanduste veetaseme stabiliseerimiseks on rajatud mitu väljavoolu. Neist suurimas Ahtme väljavoolus voolab kaevandusvesi aastaringselt Sanniku ojja. Väljavoolu läheduses asub Kose asula. Potentsiaalne on rajada soojuspump Sanniku oja lähedusse, mis aitaks kütta Kose asulat.

Eesti Energia Kaevandused AS lähimate aastate plaanid näevad ette Viru kaevanduse ja Aidu karjääri sulgemise. Seni veel kui kaevanduse käigud ei ole täitunud veega saab rajada maa alla soojuspumba jaoks soojakogumisekontuur. Kontuuri kasutades, jääb ära kaevandusvee pumpamine läbi soojuspumba soojusvaheti.

Abstract

Underground oil shale mining has been applied for ninety years in Estonian deposit in the middle-north part of Baltic oil shale deposit. The underground mining method of oil shale creates underground free space and the mine workings fill with water after closing, which make the issues of land stability topical. It is not possible to give general recommendations and permissions for building, road construction or other land usage, as every specific case has to be solved separately, depending on the mining conditions and method.

Underground water pools or technogenic water bodies with all-year stable temperature emerge in the filled underground of oil shale mines. These water bodies have a potential use as a heat source for heat pumps and reduction of winter-time heating costs. The aim of this research is to calculate the amount of mine water in closed or abandoned oil shale mines in the central part of Estonian oil shale deposit and offer solutions for usage of undermined areas.

A 3D-model of the mined underground area has been created by applying geometric data from mine plans, acts of closed mines, borehole and land survey data. The main tools chosen for spatial modelling were spreadsheets and Microsoft Access databases for systemising and querying data, MapInfo Professional for georeferencing, Vertical Mapper for interpolating and grid calculations and MODFLOW for pumping simulation. Each step involved analysis and decision on what values to use to obtain the modelling results. Layer thicknesses and required properties were calculated with the help of interpolated grids and surface elevations.

Using mine water as a heat source for heat pump complexes is unique in the world. The first pilot pump in Estonia was launched in 2011 in Kiikla settlement. The best solution for such systems is a heat pump complex near the Ahtme power plant. The optimal size for the Ahtme heat pump is 10 MW heat production. Different methods of heat collection for heat pump plants can be applied when other mines are closed in future.