Insenerilahendused kaevandusalade planeeringueelsete uuringute staadiumis Veiko Karu Tallinna Tehnikaülikool, mäeinstituut veiko.karu@ttu.ee Kokkuvõte Maavarade (põlevkivi ja ehitusmaavarade) kaevandamise arengukavade koostamisel on tekkinud probleeme nii riigi kui kohalike omavalitsuste tasandil. Põhjuseid on mitmeid, näiteks: loodusvarade – maavarade, vee, maa ja metsa kasutamise kavandamisel ei ole kõiki osapooli rahuldavat metoodikat, kriteeriume, vahendeid ega ka oskusi. Majandus vajab maapõueressursse – mineraalseid ja settelisi maavarasid, põhjavett. Maavarade kaevandamine muudab keskkonda, maapõue, maastikku. Maavarade kaevandamisele kaasnevad omandimuutused. Kõik see kutsub esile üldsuse vastuseisu. Lisaks maavarade kaevandamise arengukavade probleemidele on Eesti põlevkivimaardla piirkonnas altkaevandatud aladel üha raskem ehitusplatse leida. Probleemi geotehnilist külge on piisavalt uuritud ning kirjanduses käsitletud [1, 2]. On koostatud metoodika ja arvutiprogramm altkaevandatud maa mõjualade kirjeldamiseks ja sobivate ehitusplatside leidmiseks kaevandatud maa-alal [3]. Paremate planeeringutulemuste saavutamiseks, mis arvestaksid kõiki osapooli, on otstarbekas kasutada geoloogilis-mäenduslikke arvutiprogramme, sest, nagu näitab kogemus, traditsiooniliste teooriate ja meetodite kasutamine ei anna piisavalt üksikasjalikke tulemusi. Ohtlike olukordade prognoosimine mudelite abil, võrreldes nende tagajärgede likvideerimisega on majanduslikult kasulikum. Kaevandusalade planeeringute teostamine mäendusliku tarkvara abil võimaldab hinnata juba projekteerimise käigus olevaid ohtlike olukordi ja kõrvaldada need puudused insenerlike võtetega. Lisaks saab informatsiooni keskkonnamõjudest ning võimaldab vastu võtta adekvaatseid poliitilisi ja strateegilisi otsuseid. 1. Metoodika On olemas mitmeid mäenduslikke tarkvarasid, mis on saadaval kas vabavarana (erinevad viewer´id), iseseisvana (Surpac-Minex, MapInfo, AutoCAD, ESRI jt), või abiprogrammina (Discover, Map X jt). Peale selle online tarkvarad (EduMine jt). Kuna tarkvaru on palju, siis projektide ühildumisega tekib probleeme, sest eri asutused kasutavad erinevaid tarkvarasüsteeme. Koostööd arendades tekib raskusi andmemassiivide ühendamisel ja siirdel. Selline olukord tõstatab majandusliku probleemi – projekteerijatel peab olema võimalikult palju erinevat tarkvara, et koostöö sujuks. Põlevkivimaardla altkaevandatud ala hindamiseks ja mäetööde mõjuala kirjeldamiseks on välja töötatud meetod ja arvutiprogramm [3], mis võimaldab hinnata maa olukorda ning neid riske arvestades kavandada maakasutust ja ehitustegevust. Geoloogilist andmestikku, mäetööde plaani ja mäetöödest mõjutatud ala hoidetsoonide arvutusjuhendit kasutades saab arvutada mäetööde mõjuala liigid: kvaasistabiilne maa, vajunud maa-ala [1]. Andmestiku sidumine võimaldab saada senisest täpsemat informatsiooni iga konkreetse kinnistu kohta vaadeldaval territooriumil.

2. Näiteid planeeringutest kaevandatud alal Edasi vaatleme mõnda näidet:

1) ehitusplatside otsing altkaevandatud alade või nende lähistel; 2) uute kaevandusalade hõlvamine.

Nende planeeringutulemuste saavutamiseks kasutatakse mitut tarkvara ning eri tarkvarade koostööd (sisendid/väljundid). 2.1. Ehitusplatsid altkaevandatud aladel Altkaevandatud alal tuleb sobiva ehitusplatsi otsingul hoolikalt arvestada mitmete erinevate teguritega. Tuleb arvutada, kui kaugele võib ulatuda mäetööde erinev mõju, sest ehitamiseks sobiv altkaevandatud maa võib olla nii vajunud kui ka stabiilne (ei vaju kunagi). Üksiknäiteks on Jõhvis Pargi tn 52 elamu projekteerimine Tammiku kaevanduse kamberploki kohale [4]. Üldisemaks planeeringuks on TTÜ mäeinstituudis kaevanduse mõjuala kirjeldamiseks koostatud meetod ja arvutiprogramm, mis võimaldab hinnata altkaevandatud maa olukorda ning teatavaid riske arvestades kavandada maakasutust ja ehitustegevust. Nimetatud programm annab aluse edasiseks eksperthindamiseks, mille juurde kuulub kaevandamise aja, ete liikumissuuna, kasutusel olnud mäetehnika ja võimaluse korral ka kaevandamisaegsete subjektiivsete tegurite mõju täpsustamine. Ida-Virumaa kiire majanduslik areng on ajendanud mitmeid ettevõtteid sinna oma tööstushooneid rajama. Mõned on pöördunud TTÜ mäeinstituudi poole konsultatsioonide saamiseks. Hetkelgi on üks ekspertiisidest koostamisel, mille tulemusi saab kirjeldada vastavalt projektide edenemisele. Järgnevalt on kirjeldatud paari lõppenud projekti tulemusi. 2.1.1. Jõhvi linna maa-ala kasutamise kavad ja võimalused, mille läheduses on altkaevandatud maa-

ala Riigi omandisse kuuluvat maavara sisaldavale maatükile tohib ehitada hoonet kui on järgitud maavarade kaitse põhimõtteid ja välditud asukoha eripärasusest tingitud võimalikke ehitiste kahjustusi. Territooriumidel, kus esineb riigi maavarasid või altkaevandatud maa-ala, tuleb üld- ja detailplaneeringud kooskõlastada vastavalt Planeerimisseadusele (RT I 2002, 99, 579). Jõhvi kui areneva maakonnakeskuse imago nõuab linnalt detailplaneeringuid olemasolevate ärimaade korrastamiseks, uute elamumaade kasutusele võtuks ja transpordi küsimuste lahendamiseks. Esmajärjekorras tuleks lahendada üldplaneeringu järgi:

• Ärikvartal Narva maantee, Raudtee tänava, EAÕ kiriku ja koolimaja vahel • Viaduktilt Rakvere tänava poole mahasõit, Kooli tänava, Narva maantee ja Raudtee tänava

viaduktialune ristmik • Narva maantee ja raudtee vaheline ala kahel pool Kose teed • Perspektiivse Puru tee äärne ärikvartal Jõhvi mikrorajooni ja linna pargi vahel • Äri- ja ühiskondlik maa Tartu maantee kesklinna poolses osas Ahtmesse suunduva

raudteeharu alguses jt Eelpool loetletud objektide hulgast jääb kaevandatud ala vahetusse lähedusse Puru tee äärne ärikvartal (vt Joonis 1). Selle detailplaneeringu raames on vältimatu uurida, kui kaugele ulatuvad linna pargi all kamberkaevandamisest tingitud mõjud.

Joonis 1 Puru tee äärne ärikvartal 2.1.2. Kanalisatsioonitrassi projektiga seonduvad geotehnilised probleemid [5] Üks probleemidest tekkis seose Jõhvi-Ahtme kanalisatsioonitorustiku trassi rajamisel altkaevandatud aladele. Sellega tegeles ka TTÜ mäeinstituut, kuna projekteeritava trassi asukohaks on altkaevandatud ala. Meie ülesandeks oli hinnata võimalikke variante sõltuvalt kasutatud kaevandamisviiside ja kaeveõõnte erinevast mõjust altkaevandatud maal. Trasside valikul jälgiti Tammiku kaevanduse mäetööde plaani, maapealset situatsiooni ja kinnistute piire. Rajatava kanalisatsioonitorustiku trassi piirkonda jäävad väga erineva geotehnilise mõjuga kaeveõõned, nagu strekid, käsilaavad, kombainilaavad, kamberkaevandamisega alad (kambrid ja tugitervikud) ning jääktervikud (väljamata kaevise alad) vt Joonis 2. Kaevandamine toimus aastatel 1963…1981. Omaette nüansi selle probleemi juures moodustas suletud kaevanduse muutlik veetase. AS Eesti Põlevkivi mäetööde arengukava kohaselt alustatakse lähiaastatel uuesti mäetöid avakaevandamisega Tammiku-Kose karjääriväljal. Kuna mäetööde käigus alandatakse kaevanduse veetase allapoole põlevkivikihindi põhja, siis kanalisatsioonitorustiku trasside alla jäävad kaevandatud alad kuivendatakse ja veetaseme muutumise tulemusel võib tervikute, täiteriitade ja lae tugevus väheneda. See oli üheks oluliseks põhjenduseks püüda vältida trassi paigutust kamberkaevandamisega kaevandatud aladele. Kuna alal on palju karstivööndeid, kus põlevkivi ei väljatud (jäeti tervikud), siis on neid tsoone kasutatud trasside paigutamiseks. Oluline oli veel see, et kõigil arutlusel olnud variantidel katendi paksus kaevandatud aladel väheneb 20. meetrilt 7…10 meetrini, mis oluliselt mõjutab kivimimassiivi käitumist. Ratsionaalseima trassivariandi leidmiseks käsitles projekti meeskond 6 erinevat marsruuti, mis on rajatud erinevate geotehniliste omadustega kaevandatud aladele.

Joonis 2Väljavõte kanalisatsiooni trassi planeeringust altkaevandatud alal 2.2. Uute kaevandusalade planeerimine geoloogilis-mäenduslike tarkvarade abil 2.2.1. Digitaalplaneerimine kaeveväljadel Digitaalplaneerimine kaeveväljadel võimaldab arvestada oluliselt rohkem tingimusi ja prognoosida maavarade kasutamise mõju täpsemalt kui praeguse, valdavalt liht-subjektiivse otsustusmehhanismi korral. Mitmete kriteeriumite ja metoodika süsteem võimaldab hoida kokku kulusid (aega, raha, tööd, maavara) nii otsustusprotsessis kui kaevandamisel. Eesti lavamaardlate kogemused antud valdkonnas on abiks maailmas tulevaste mittetraditsiooniliste lavamaardlate kasutuselevõtul. 2.2.2. Karjääri kujundamise visualiseerimine Karjääri kujundamise aluseks on tema digitaalmudel. Mudeli eesmärgiks on näidata, milliseks muutub maastik peale mäetööde lõppu. Mudel koosneb erinevatest (tingnimetustega) osadest nagu: veerežiim, maavara lasumistingimused, läheduses olevad objektid jt vajalikud elemendid, mida peetakse otstarbekaks mudelis näidata. Mudel võib olla koostatud ühe või mitme tarkvaraga. Viimasel juhul on osad jaotunud erinevate tarkvarade vahel ning nende väljundid annavad ühtse mudeli. Tööd saab planeerida nii, et ühe tarkvaraga projekteeritakse mäetöid ja nende tulemuste põhjal teise tarkvaraga projekteeritakse maastiku taaskasutamist. Kuid üsna sageli ei kasutata kõiki võimalusi ära ning projekteeritakse ikka kahemõõtmelises keskkonnas, mis ei anna tavainimesele selget pilti ja soodustab mittemõistmist.. Meie praktika kohaselt võetakse modelleerimise aluseks situatsioon enne mäetöid, mis on ka mudeli esimene etapp. Kui esialgne situatsioon on modelleeritud, siis saab järk-järgult mudelit kujundada vastavaks mäetööde planeeritud arengule. Nii näidatakse mudeli abil, kuidas maastik näeb välja enne mäetööde algust, mäetööde ajal ja mäetööde lõppedes. Seda kõike eel- ja detailprojekteerimise käigus,

igatahes enne kui „kopp maasse lüüakse”. Mudeli abil saab jälgida maastiku muutumist ka mäetööde ajal ja vajadusel planeerida töösse muudatusi kuni uue kujundatud maastikuni. Lisaks maapealse olukorra visualiseerimisele, aitab mudel lahendada mitmeid probleeme projekteerimisel ja maavara ammendamise käigus. Saab virtuaalselt katsetada erinevaid insenerilahendusi ja leida just sobiv antud olukorra lahendamiseks. Valmis mudelil (vt Joonis 3) saab muuta vaatlusnurki, parameetmeid jm seadeid. See on hea just projekti tutvustamise käigus, sest nii avaneb võimalus näha tulevast karjääri, kaevandust või uut kujundatud maastikku erinevate vaatenurkadega ning tingimustega, seejuures ka suurel ekraanil.

Joonis 3 Karjääri 3D vaade, mille aluseks oli 2D joonis. Näide vaalkaevandamisest, mida kasutatakse põlevkivi kaevandamisel. 3. Digitaalplaneerimise tulevik Enamik geoloogilisi ja mäenduslikke tarkvaraprogramme on universaalsed, sobivad geoloogiliste tingimuste laia diapasooni jaoks. Osa on spetsiaalsed, näiteks nafta- ja gaasi maardlatele. Need on tavaliselt kas piiratud kasutusõigusega, ülimalt kallid. Senine praktika näitab, et Eesti lavamaardlate jaoks polegi neid vaja. Lähtudes sellest, et mäendusliku digitaalplaneerimisega soovitakse tagada: 1) Info efektiivne kasutamine 2) Andmebaaside funktsionaalsus 3) Informatsiooni hankimine, säilitamise ja kasutamise metoodika lähtuvalt eritasandilistest

vajadustest 4) Otsustamiseks vajalike statistiliste andmete (indikaatorite) tootmine 5) Uued väljundid (projektlahendusel, teemakaardid, päringud, rajoneeringud) 6) Põlevkivi allmaakaevandamise tulevikustsenaariumid ja tehnoloogilised lahendused põlevkivi

kaevandamiseks arvestades võimalikke keskkonnamõjusid

Oleme alustanud otsingulise uuringu, mille arendusteks saavad olla lahendused õppe, teadus- ja arendusprojektides:

• TTÜ mäeinstituudi mäendustarkvara rakendamine tudengite harjutusülesannete lahendamiseks põhimõttel - iga ülesande sooritamine lahendab teatud probleemi

• Tarkvarade kompleksne kasutamine - ühesed sisendid ja vaheväljundid erinevate tarkvarade jaoks

• Lihtne ja korrektne andmevahetus tarkvarade vahel • Konkreetse, Eesti lavamaardlale iseloomuliku reaalse probleemide lahendamise algoritmid • GIS andmete kompleksne kogumine ja arhiveerimine

Eeldame, et kasu arendatavast uuringust saab olema kõigile eesti mäeettevõtetele ja –büroodele:

• Soovitades kõigile Eestis teostatavatele kaevandusprojektidele kindla tarkvaralise lahenduskäigu ja suuna

• Luues mäendusõppe ja maapõueuuringuks kasutatava tarkvara valikukriteeriumid 4. Kooskõlastus Käesolev artikkel on osa autori doktoriõppe uuringutest ning osaliselt kirjutatud autori bakalaureusetöö „Suletud Tammiku põlevkivikaevanduse idatiiva maa-ala kasutamise rakendusgeoloogilised eeldused” põhjal. Artikkel on seotud uurimustööga „Mäendusriskide haldamise kontseptsioon ja meetodid” – ETF grant 6558. 5. Kasutatud kirjandus 1. Reinsalu, E., Toomik, A., Valgma, I. (2002) Kaevandatud maa. TTÜ mäeinstituut, 97 lk. 2. Reinsalu, E. (2001) Altkaevandatud maa kasutamise tingimused ja piirangud. – Keskkonnatehnika,

nr 5, lk 40-43 3. Karu, V. (2005). Altkaevandatud alade püsivusarvutused üld- ja detailplaneeringu staadiumis.

Keskkonnatehnika nr 4, lk 34-35 4. Undusk V. (2007) Korrusmajad altkaevandatud alal Jõhvis. – Kaevandamine parandab maad.

Tallinn; Eesti Mäeselts, TTÜ mäeinstituut, lk 39-40. 5. Adamson, A., Mets, M. (2005) Ahtme-Jõhvi kanalisatsioonitorustiku trassivalik.

TTÜ mäeinstituut, teadusteema 559L, 38 lk., Internetiviited 6. Jõhvi linna üldplaneering. Jõhvi linnavalitsus.

http://www.johvilv.ee/index.php?js=&valdkond=yldplaneering&link=yldp (13.05.2006) 7. Planeerimisseadus, RT I 2002, 99, 579

https://www.riigiteataja.ee/ert/act.jsp?id=1011722 (13.05.2006)