Põlevkivi (0)

Sissejuhatus

Põlevkivi on kiltne settekivim , mis tekkis kauges minevikus (ordoviitsiumi ajastul, ~400 - 450 milj. aastat tagasi). Põlevkivi lähtematerjaliks loetakse primitiivsete ainuraksete organismide, bakterite, järvede ja merede vetikate ning teiste füto- ja zooplanktoni esindajate biomassist moodustunud orgaanilist ainet. Põlevkivi võib olla süngeneetiliselt seotud karbonaatsete või terrigeensete settekompleksidega, moodustades kihilaadseid kehasid.
Põlevkivid on maailmas küllaltki laialt levinud. Teada on enam kui 600 leiukohta . Enamik leiukohti on koondunud suurematesse levilatesse nagu Balti, Volga , Karpaatia jne. Tööstuslik tähtsus on peamiselt platvormsetel leiukohtadel, kus suurel levialal on tootsate kihtide lasuvad rõhtsalt ja väikesel sügavusel ning nende paksus ja kvaliteet on püsiv. Käesoleval ajal kaevandatakse põlevkivi Eestis, Venemaal, Hiinas, Austraalias ja Saksamaal. Eesti maardlas on põlevkivi kaevandamise tingimused võrreldes teiste leiukohtadega lihtsad - väike sügavus, rõhtne lasuvus, kihindi püsiv paksus.
Põlevkivide tekkimine
Põlevkivi on settekivim, mis on tekkinud veekogu põhjas, kus olid olemas soodsad tingimused orgaanilise aine kogunemiseks. Põlevkivi on moodustunud kõigis geoloogilistes ajastutes kambriumist kvaternaarini.
Põlevkivi lähteaine kogunes peamiselt iidsete merede kaldalähedastes vetes.
Põlevkivide orgaanilise aine moodustumise lähteaineks sai olla plankton (vees hõljuvate pisikeste elusorganismide nagu bakterite, vetikate ja mitmesuguste pisikeste selgrootute kogum). Mitmete teadlaste arvates on Eesti põlevkivi ehk kukersiidi tekkimisel olnud lähteaineks sinivetikad (tsüanobakterid). Elutegevuse lõpetanud veekogus hõljuv plankton on enne põhja langemist vees lahustunud hapniku hapendava mõju all. Veekogu põhja hapnikuvaesesse keskkonda sattudes toimuvad ainese keerukad keemilised muutused. Mineraalainega segunenud orgaaniline aine tiheneb veesamba survel ja hakkab omandama kindlat kuju. Geoloogide arvates on põhiosa lubjakivist (CaCO3) tekkinud lubjabakterite tegevuse tulemusena. Lubjakivi sadestumine on võimalik peamiselt mere kaldalähedastes piirkondades soojas vees. Vee temperatuuri langemisel alla + 20oC lubjabakterite elutegevus nõrgeneb, vetikad seevastu arenevad hästi ka jahedamas vees.
Vee temperatuuri tõusmisel tarbisid lubjabakterid ära vees leiduvad lämmastikuühendid. Bakterite elutegevuse mõjul vetikad taandusid ja hakkasid settima kaltsiumisoolad , mis moodustasid veekogu põhjas lubjakivikihi.
Vee temperatuuri langemisel võtsid veekogus ülemvõimu vetikad ja teised veetaimed ning algas uuesti orgaanilise põhjasette kujunemine, millest moodustus orgaanilise aine poolest rikkam põlevkivikiht.
Vahelduvad põlevkivi- ja lubjakivikihid, mis praegu avanevad meile põlevkivikaevandustes on looduse poolt kirjutatud kroonika kunagisest lubjakivibakterite ja vetikate vahelisest olelusvõitlusest.
Põlevkivikihid sisaldavad rohkesti fossiilide detriiti ja ka terveid fossiile .Tuntuimad ja otsituimad fossiilid e. kivistised on triloobiitide kivistunud jäänused.
Põlevkivi ajaloost
Esimesed kirjalikud teated Eesti põlevkivist pärinevad 1725. aastast rännumehe J.A.Güldenstädti sulest, kes mainib, et Jewe (Jõhvi) läheduses leidub kivimeid, mida võib põlema süüdata. Rahva suus leviva legendi järgi olevat üks külamees ehitanud sauna ümbruses leiduvatest pruunikatest kividest. Suur olnud mehe kohkumine, kui nendest pruunidest kividest ehitatud saun maha põlenud.

140 aasta jooksul jätkus põlevkivi ja maardla uurimine , algul episoodiliselt, hiljem juba Venemaa võimude ülesandel süstemaatiliselt. Põlevkivi tööstuslik kaevandamine ja kütusena kaevandamine algas 1916 a. tingituna esimese maailmasõja aegsest kütusekriisist. Esimesed katsed põlevkivist õli toota tehti 1916. aastal, mil Järve küla lähedale rajati esimene katsekarjäär ja 22 vagunit põlevkivi saadeti Petrogradi tööstuslikuks katsetamiseks. Esimesena, 1919. aastal, alustas tegevust Riigi Põlevkivitööstus Kohtla-Järvel, 1922. aastal aktsiaselts "Kiviõli". Teise maailmasõjani tegelesid Eestis põlevkivi kaevandamise ja kasutamisega nii riiklikul kui ka erakapitalil põhinevad ettevõtted. 1940. aastaks oli neid kokku 6 ja kaevandamise maht ulatus 1,8 mln tonnini aastas.

Pärast teise maailmasõja lõppu asus NSVL forsseerima põlevkivitööstust Eestis. 1945. a. asutati ainult põlevkivi kaevandamisega tegelev suurettevõte Eesti Põlevkivi, mis ehitas järgnevatel aastakümnetel rea uusi, eelnevaist märksa suuremaid kaevandusi ja karjääre ning 1965.aastaks ühendas ka kõik vanemad kaevandused.

Põlevkivist sai põhiliselt energeetiline kütus elektrijaamadele. 1980.a. kaevandati üle 31 miljoni tonni põlevkivi. Aatomienergia areng 1980. aastatel ja Vene energiaturu äralangemine 1990. aastatel viisid järk-järgulisele kaevandamise mahu vähenemisele ligi 3 korda.

Kaevandamine

Pealmaakaevandamine
Kohtades, kus põlevivikihind lebab väiksemal sügavusel on otstarbekas kasutada karjääriviisilist kaevandamist:

• odavam ja kiirem tootmise ettevalmistamine võrreldes allmaakaevandamisega
  
• võimalus kasutada suurema jõudlusega masinaid, sellest tingitud kõrge tööviljakus
  
• minimaalsed põlevkivikaod
  
• ohutud ja tervislikumad töötingimused kui allmaakaevandustes.
  

Käesoleval ajal toimub põlevkivi pealmaakaevandamine Narva ja Aidu karjääris. Olemasolev paljandusmasinate park võimaldab majanduslikult efektiivselt kaevandada põlevkivi kuni 30 m sügavuselt.
Katend teisaldatakse ekskavaatoriga kaevandatud alale 30-40 m laiuse ribana, sellega valmistatakse põlevkivi varud ette väljamiseks e koristustöödeks. Katendi ülemine osa, kvaternaarsetted, on lihtsalt ekskaveeritavad. Katendi alumine, tunduvalt paksem osa, mille moodustavad mergel ja lubjakivi, vajab eelnevat kobestamist lõhketöödega.
Lõhkamine toimub kaeveribade laiuste plokkidena. Selleks puuritakse sadakond puurauku, mis laetakse emulsioonlõhkeainega. Pumbatav lõhkeaine tuuakse spetsiaalsete autotega kohale otse tehasest komponentinena, nende segamine toimub auto peal ja lõhkeaine valmib lõplikult alles puuraugus. Selline käitlemine on täiesti ohutu ja võimaldab moodustada laengu ka veega täidetud puuraugus. Laengud pannakse lõhkema spetsiaalse initsieerimissüsteemiga nn lühiviitrežiimis, mis vähendab tunduvalt seismilist mõju ja tagab hea kobestumise.
Paljandusekskavaator asub lõhatud katendikivimite tasandatud pinnal. Tal on kaks tööett: alumisest eest ammutab ta kobestatud kaljust kivimit ja paigutab moodustuva puistangu alumiseks osaks, ülemisest eest ammutab ta pehmeid kvaternaarsetteid ja paigutab puistangu kaljuste kivimite peale.
Põlevkivi väljatakse osaliselt selektiivselt, e kihindite kaupa. Väljatavad kihindid kobestatakse võimsa buldooser-kobestiga, so kihindid küntakse üles buldooseri külge ühendatud lõiketera kujulise tööorganiga kuni 1,5 m sügavuseni.
Põlevkivi vahekihid ekskaveeritakse puistangusse. Põlevkivi laetakse kalluritesse, kas kopplaaduri või ekskavaatoriga, ning veetakse vahelattu.
Vee sissevool karjääri kui maapinnas olevasse süvendisse on paratamatu. Toiteallikaks on nii pinnase- kui ka sademeveed. Veekõrvalduse eesmärgiks ongi hoida kõik tranšeed kuivana , et vesi ei takistaks põlevkivikihindi väljamist. Tekkiv veelangatuslehter aitab kuivendada veel väljamata varusid, mis oluliselt mõjutab põlevkivi kvaliteeti.
Igal kaevesammul moodustatakse puurimis- ja lõhketöödega kuni 7 m sügav suletud veekraav. See on ühenduses veotranšee all ca 5 m sügavuses oleva kuivendusstrekiga. Mööda kuivendusstrekki voolab vesi pumbajaama, kus see pumbatakse maapealsesse magistraalkraavi ning juhitakse settetiiki.
Korrastamine on
· allmaakaevandamisel tekkinud vajumite viljelusväärtuste taastamine,
· maavara kaevandamise tarbeks ja käigus tehtud ehitiste, hoonete, teede, kraavide, tiikide ja puistangute lammutamine , tasandamine, täitmine, haljastamine ning nende kohandamine asupaiga keskkonnaga
· pealmaakaevandamisega rikutud maa muutmine niisuguseks, et maaviljelus või metsakasvatus seal on võimalik või rikutud maa kujundamine veekoguks, ehitusmaaks, mis tahes muuks tarbimisväärseks maaks või tunnustatud väärtusega maastikuks. Kaevandamisega rikutud maa korrastamine on kas tehniline või bioloogiline.
Tranšeedest saabuv põlevkivi suunatakse läbi vahelao purustus- ja laadimissõlme. Siin põlevkivi purustatakse, eraldatakse sinna sisse sattunud risustatavad esemed ning laetakse vagunitesse. Vaheladu tagadab põlevkivi rütmilise laadimise tarbijale ka puhkepäevadel.

Allmaakaevandamine

Allmaakaevandamine algab kaevanduse avamisest. Kaevandusväli on lõigustatud veo- ja tuulutusstrekkide läbindamise teel paneelideks, paneelid omakorda kamberplokkideks.
Strekkide süsteem on orienteeritud nii, et maardlale iseloomulik tektooniliste lõhede süsteem oleks sellega nurga all. Välditakse ohtlikku lõhede kokkulangevust eepindade ja kaeveõõnte külgseintega, tagatakse kaeveõõnte püsivus.
Kaevandamine toimub pärisuunaliselt šahtiõue poolt välja piiride suunas.
Kaevandatud alasse jäävate vajalike strekkide püsivus tagatakse kaitsetervikutega.
Läbindus- ehk ettevalmistustöödega rajatakse juurdepääs kaevandatavasse alasse töörinde loomiseks, tuulutamiseks, inimeste liikumiseks, veoseadmete ja vajalike kommunikatsioonide paigutamiseks.
Põlevkivikaevanduses seisnevad ettevalmistustööd peamiselt põlevkivikihindisse pea- ja paneelstrekkide (konveier-, rööbas-, tuulutusstrekk) ning kogumis- ja külgstrekkide läbindamises. Läbindamine toimub puur - ja lõhketöödega. Läbindamise ajal või järel soonitakse streki põhja küljele asetatud soonuriga drenaažisoon, tuulutusstrekki rajatakse aga veekõrvalduskraav. Strekkide eelneva läbindamisega tagatakse massiivi mitmeaastane kuivendamine enne koristustööde alustamist. Läbindustöödelt saadav põlevkivitoodang moodustab umbes 13% kaevanduse kogutoodangust, kuid on reeglina kallim koristusete toodangust.
Lõhkeaukude käsitsi puurimine on asendumas puurvankrite kasutamisega. Lõhkamiseks kasutatakse emulsioonlõhkeaine 38 mm läbimõõduga padruneid. Vahetuse kestel tehakse üks või mitu läbindustsüklit, edasinihe lõhkamisel on ligi 2 m. Niššide rajamine kaeveõõne külgedele on vajalik seadmete paigutamise seisukohalt ja ristuvate kaeveõõnte läbindamise alustamisel kasutatakse nišše suudmetena.
Ete tuulutamiseks kasutatakse kohaliku tuulutuse ventilaatoreid. Värske õhk juhitakse töökohtadele kummeeritud paindtorudega, heitõhk (lõhketööde gaasid, diiselajamiga masinate heitgaasid) väljub mööda strekki ja juhitakse krossingute, tuulutusstrekkide ning tuulutusšurfide kaudu maapinnale.
Kaevis laetakse laaduriga vagonettidesse. Vagonettide vahetus manööverdamine toimub vintsiga. Ee edasinihke järel pikendatakse rööbasteed ja tuulutustoru. Läbindusetes on võetud kasutusele elektriajamiga käpplaadurite asemele diiselajamiga mobiilsed kopplaadurid. Estonia kaevanduses katsetatakse ka kalluritega kaevise vedu läbindusetest. Kaeveõõne lae toestamiseks puuritakse lakke kindla paiknemistihedusega puuraugud, kuhu paigaldatakse ankurtoestik Mäetööde liikumisel ettevalmistuskaeveõõntest ankurtoestikku ei eemaldata.
Kaevanduse tegevkaeveõõntes peab olema tagatud pidev õhuvahetus, mis garanteerib töökohtadel nõuetele vastava õhu puhtuse ja koostise. Kaevandusõhu suuremateks reostusallikateks on lõhketööd ja diiselmootoriga masinad .
Õhu liikumine kaeveõõntes tekitatakse maapinnal paiknevate ventilaatorseadmete abil. Estonia kaevandus on rajatud survetuulutuse kasutamise põhimõtetele. 8 maapinnal erihoonetes paiknevat telgventilaatorit tiiviku läbimõõduga 2,4 meetrit puhuvad šurfide kaudu värske õhu kaeveõõntesse. Värske õhk liigub mööda kaevanduskäike töökohtadele ja heitõhke väljub tuulutusstrekke ja tuulutusšurfe mööda maapinnale.
Viru kaevanduses nagu ka kõikides eelnevalt suletud ja peatatud kaevandustes on kasutusel traditsiooniline imituulutussüsteem. Kaevandusest heitõhku välja imevad ventilaatorid on vähem võimsamad ja paiknevad reeglina töötavate kamberplokkide läheduses tuulutusšurfidel, värske õhk satub kaevandusse mööda tuulutusšurfe üldkaevandusliku depressiooni mõjul.
Õhuhulkade jaotamiseks kaeveõõnte vahel kasutatakse mitmesuguseid tuulutusrajatisi, nagu krossingud, uksed, tuulutustõkked. Vajalikud õhuhulgad määratakse arvutuslikult ning pidevalt kontrollitakse tegelikku olukorda töökohtadel – mõõdetakse kaeveõõne ristlõikeid ja õhu liikumise kiirust kaeveõõntes ning leitakse kaeveõõnt faktiliselt läbiv õhuhulk.
Sõltuvalt vajadusest betoneeritakse mäetööde edasiliikumisel mittevajalikud ühenduslõõrid ja hargnemised strekkidel kinni. Põlevkivi rikastamine

Põlevkivi rikastamine

Viru ja Estonia kaevanduses ning Aidu karjääris kasutataval põlevkivikihindi puur- ja lõhketöödega lausväljamisel saadakse kaevis, milles on liiga kõrge lubjakivi sisaldus ja seetõttu ei vasta kütteväärtus tarbijate poolt esitatud nõuetele.
Põlevkivi rikastamine seisneb lubjakivi eraldamises, see põhineb lubjakivi märksa suuremal tihedusel (2,5 g/cm3) võrreldes põlevkiviga ja toimub separaatorites raske suspensiooni keskkonnas. Suspensiooniks on peeneksjahvatatud magnetiidipulber vees. Suspensiooni tiheduseks on võetud 2,1 g/cm3. Separaatori vannis olevas suspensioonis ujuvad kõik kaevise tükid, mille keskmine tihedus on väiksem kui 2,1 g/cm3, pinnal, andes nii kontsentraadi. Raskemad tükid aga vajuvad põhja ja moodustavad rikastamisjäägi.
Kokkuvõtvalt on rikastusvabrik tsehh, milles toimub kaevise ettevalmistamine rikastamiseks purustamise ja sõelumise teel, rikastamisprotsess ise, põlevkivi jagamine klassidesse tükisuuruse järgi ja suspensioonimajanduse tööshoidmine.