KAIVOSTEN VESITASE JA KAIVOSPATOJEN HYDROLOGINEN MITOITUS
KIRSI HAANPÄÄ
PÖYRY FINLAND OY
KAINUUN ELINKEINO-, LIIKENNE- JA YMPÄRISTÖKESKUS KOULUTUSPÄIVÄ KAIVOSPATOJEN OMISTAJILLE
23.11.2015
KIRSI-MARJA HAANPÄÄ
Regional Operations Northern Europe – Water Head of Department
EXPERIENCE AND EDUCATION SELECTED PROJECT REFERENCES
• University of Oulu, Environmental Engineering (graduated 2007)
• In Profession Since: 2007 | Joined Pöyry: 2008
• Before Pöyry: Häme Regional Environmental Centre - Assisting tasks for dam safety authority, Secretary for the working group preparing the dam safety guide (MMM)
KEY COMPETENCIES
• Water Resources Management – general mine water cycle engineering
• Water balance calculations including hydraulic evaluations
• Mine water treatment (general knowledge on
processes, equipment, costs and common practices in Finland)
• Tailings handling
• Tailings water management
• Kevitsa Ni-Cu-PGE Mine, Finland. Client: FQM Kevitsa Mining Oy (2010 - )
• 2015, Tailings transportation pipeline hydraulic review and booster station pre-engineering; Tailings dam uplift design review (project management); Water balance update (excel- model) and re-runs of the Goldsim –model
• Previous phases: Water balance creation and update (excel- model), smaller engineering tasks related to site water management
• Kittilä Gold Mine, Finland. Client: Agnico Eagle Finland Oy (2013 - )
• 2015: Leaking dam reparation engineering, project quality control
• Expansion project 2013: Hydraulic Engineering of long distance water and slurry transportation pipelines
• Hannukainen Mining Project, Finland
• Discipline manager of water management and tailings work packages at the DFS –phase (2011-2013), Northland Mines Oy
• Water balance update and water management system engineering at the environmental permitting phase (2015), Hannukainen Mining Oy
• Sokli Phosphate Mining Project, Finland. Client: YARA Suomi Oy (2013-2015)
• Water balances and genera water management system engineering at the environmental permitting phase
PÖYRY MINE REFERENCES IN FINLAND
Au
Lappland Goldminers Oy Sodankylä/Pahtavaara
P
Yara Suomi Oy
Savukoski/Sokli
Ni-Cu-PGE-Au
FQM Kevitsa Mining Oy
Sodankylä/Kevitsa
PGE-Au/Cu/Ni-Co Gold Fields AP Oy
Ranua/Suhanko
Ni-Co/Zn/Cu
Talvivaara Sotkamo Oy / Terrafame
Talvivaara/Sotkamo
Au
Endomines Oy
Ilomantsi/Pampalo
Cu/Au-Zn-Co/Ni Kylynlahti Copper Oy
Kylynlahti-Luikonlahti Cu/Zn/S
FQM Pyhäsalmi Mine Oy
Pyhäjärvi/Pyhäsalmi
Au
Dragon Mining Oy
Huittinen/Jokisivu Ni-Cu-Co
Belvedere Mining Oy
Nivala/Hitura Au
Nordic Mines AB
Raahe/Laivakangas Cr
Outokumpu Chrome Oy
Kemi
Ni/Cu/PGE/Au
AA Sakatti Mining Oy
Sodankylä/Sakatti Fe/Cu-Au
Northland Mines Oy / Hannukainen Mining Oy
Kolari/Hannukainen Au
Agnico Eagle Finland Oy
Kittilä/Suurikuusikko
Operating mine Significant mine plan
Geoscientific consulting:
Exploration services, drillings & claim management, geology, geophysics, rock
mechanics, hydrogeology etc.
Environmental consulting:
Base line studies, ESIAs, Permit applications, risk assessments, legal reviews, audits, hydrological studies, environmental monitoring
Talc
Sotkamo/Lahnaslampi
Engineering services (Infrastructure, auxiliary facilities): geotechnical, water & waste
management, closure plans etc.
Engineering services:
CM, civil, mechanical, piping, electrical, automation, HVAC, Process etc.
P
Yara Suomi Oy
Siilinjärvi Limestone
Lappeenranta/Ihalainen
V/Fe/Ti
Mustavaaran Kaivos Oy
Taivalkoski/Mustavaara
ESITYKSEN SISÄLTÖ
1. KAIVOSTEN VESIENHALLINNAN KESKEISET PERIAATTEET 2. VESITASEEN MÄÄRITTÄMINEN
1. Mikä on vesitase?
2. Vesitaseeseen vaikuttavat muuttujat / tekijät 3. Vesitaseen laskenta ja herkkyysanalyysit
4. Vesitaseen huomioiminen kaivoksen vesienhallinnan suunnittelussa 10:30 – 10:40 TAUKO
3. KAIVOSPATOJEN HYDROLOGINEN MITOITUS
1. Lainsäädännön vaatimukset ja patoluokat
2. Kaivoksen vesitaseen huomioinen patojen mitoituksessa
3. Prosesseihin liittyvien riskien huomioinen patojen mitoituksessa
4. YHTEENVETO JA KESKUSTELU
11:50 LOUNAS
KAIVOSTEN VESIENHALLINNAN TAVOITTEET
·
Saada riittävästi ja riittävän laatuista vettä prosessin tarpeisiin– Rikastamon vesikierto ja käyttökohteet ratkaisevat raakaveden ottomäärän – Raakaveden ottomäärä pyritään AINA
minimoimaan mutta monista käytännön syistä etenkään uuden kaivoksen
ylösajovaiheessa ei välttämättä heti päästä tavoiteltuun vesien kiertoasteeseen
·
Minimoida ympäristövaikutukset ja täyttää vähintään ympäristöluvan vaatimukset– Ympäristölupien vaatimukset – Vesimääriin liittyen à vesien
varastoiminen ja varastojen purkaminen
– Vesijakeiden laatuun liittyen à vesienkäsittely (kootusti tai jaekohtaisesti)
Ympäristön vaatimukset Prosessin vaatimukset
Toimintojen kehittyminen
Vesitase
Vesienhallinnan suunnittelu Vesienhallinta
VESIENHALLINNAN KESKEISET PERIAATTEET, ESIMERKKI KAIVOKSEN VESIKIERROSTA
Lisäraakavesi
- reagenssien valmistus - pumppujen tiivistevedet - huuhteluvedet
- jäähdytysvedet
Läjitysalueet
PROSESSI Vesivarasto
Rikastushiekka-alueet Louhokset
Maanläjitysalueet
Kierrätysvesi Rikastushiekka
Suotovedet
Valuma + mahd. maapohjan vedet Louhoksen kuivanapito
Purkuvesi / Ylitevesi
Osa vedestä sitoutuu rikastushiekkaan
ESITYKSEN SISÄLTÖ
1. KAIVOSTEN VESIENHALLINNAN KESKEISET PERIAATTEET 2. VESITASEEN MÄÄRITTÄMINEN
1. Mikä on vesitase?
2. Vesitaseeseen vaikuttavat muuttujat / tekijät 3. Vesitaseen laskenta ja herkkyysanalyysit
4. Vesitaseen huomioiminen kaivoksen vesienhallinnan suunnittelussa 10:30 – 10:40 TAUKO
3. KAIVOSPATOJEN HYDROLOGINEN MITOITUS
1. Lainsäädännön vaatimukset ja patoluokat
2. Kaivoksen vesitaseen huomioinen patojen mitoituksessa
3. Prosesseihin liittyvien riskien huomioinen patojen mitoituksessa
4. YHTEENVETO JA KESKUSTELU
11:50 LOUNAS
MIKÄ ON VESITASE?
·
EIrikastusprosessin vesi- ja massatase·
EIole yksi numero·
Käsittää koko kaivoksen toiminta-alueen ja kaikki toiminnot·
Käsittää likaiset ja puhtaat vedet·
Käsittää vesimäärien osalta:– Prosessin;
– Louhinnan;
– Sivukiven läjityksen;
– Muiden maa-aineiden ja malmin läjityksen;
– Rikastushiekan läjityksen;
– Vesialtaat;
– Aluekuivatuksen (likaiset ja puhtaat vedet).
·
Tulee olla riittävän TÄSMÄLLINEN (accurate), LUOTETTAVA (reliable) ja MUKAUTUVA ERI SKENAARIOIDEN SUHTEEN·
Kaivokselle tärkeämpää saada ”oikea vesitase” kuin ”vesitase oikein”. On työkalu!”Site Wide Water Balance”
MIKÄ ON VESITASE?
·
Palvelee:– Kaivoksen vesienhallinnan suunnittelua ja operointia;
– Ympäristövaikutusten arviointia (YVA- ja lupaprosessit, kaivoksen toiminta).
·
Vastaa kysymyksiin:– Miten paljon vettä muodostuu toiminnasta ja miten paljon vettä kuluu / varastoituu?
– Miten paljon ylimääräisiä vesiä joudutaan purkamaan kaivostoimintojen alueelta?
– Miten paljon lisävettä tarvitaan?
·
Voi olla:– Vuositasolla tuotettu;
– Kuukausitasolla tuotettu;
– Spesifisesti esim. kevätvaluntakaudelle tuotettu.
·
On päivitettävä toiminnan aikana havaintojen perusteella!”Site Wide Water Balance”
MIKÄ ON VESITASE?
Tuleva = Lähtevä ± Varastoituminen
Taselaskennan pääperiaate – ”Site Wide Water Balance”
OSA-ALUE E
B
∆S
E=A+B+C-D± ∆S
KAIVOKSEN VESIKIERTO Veden kierrätys,
vesien varastoiminen ja varastojen purkaminen
MIKÄ ON VESITASE?
”Site Wide Water Balance”
Lisäraakavesi
Toiminta-alueella ja toiminnoista muodostuvat vesijakeet
Ympäristöön johdettavat vesijakeet
Häviöt prosesseissa
VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT
· Ilmatieteen laitos, 2012. Tilastoja Suomen ilmastosta 1981-2010.
– Keskimääräiset kuukausi- ja vuositason lämpötilat ja lämpötilojen ääriarvot;
– Keskimääräiset kuukausi- ja vuositason sademäärät ja sademäärien ääriarvot;
– Lumen syvyydet 15.pv ja kuun viimeinen päivä.
· Suomen ympäristökeskus, 2012. Hydrologinen vuosikirja 2006-2010.
– Valuma (l/s/km²) tarkasteluvuoden osalta päivätasolla sekä pidemmän ajan keskiarvo;
– Sadanta kuukausitasolla ja lumen vesiarvo;
– Haihdunta kuukausitasolla (Class A);
– Järvien jäätyminen ja jäänpaksuus kuukausitasolla.
· Ympäristöhallinnon HERTTA -tietokanta ja vesistömallijärjestelmä – Vuorokausitason dataa mm.
qHaihdunta qSadanta
qValunta [mm/vrk]
qJäänpaksuus
· Ilmatieteenlaitoksen ilmastotietokannan data (maksullinen).
· Kaivosten omat mittausasemat.
Hydrologiset tekijät – Käytettävissä oleva data Suomessa
VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT TYYPILLISET HYDROLOGISET ARVOT
· Tyypillisiä vaihteluvälejä Pohjois-Suomessa
q Vuosisadanta 550-650 mm q Haihdunta 250-400 mm
q Valuma 9…13 l/s/km² (~280-410mm)
q Lumen sulaminen pääosin (huhti-) toukokuussa
q Toukokuun ”kevätpiikki” 100-170 mm/kk (~35…65 l/s/km²) q Vuoden keskilämpötila -1°C…+1°C
Lähde: Ilmatieteenlaitos, 2012.
Tilastoja Suomen ilmastosta 1981-2010.
VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT
·
Todennäköisyyksien määrittäminen toistuvuusanalyysien avulla – menetelmiä esim.:– Gumbel -jakauma (ääriarvojakauma) – Pearson III-tyypin jakauma
– Weibull -jakauma
·
1/20 (todennäköisyys 5%) – Erittäin todennäköinen·
1/100 (todennäköisyys 1%)– Vesienhallintajärjestelmän pitää vielä toimia tällaisessa tilanteessa tai pitää olla varautumissuunnitelmat
– Patoturvallisuus – vesistöpadon mitoitustulva 3-luokan padolle (1/100 – 1/500)
·
1/500 – 1/1000 (todennäköisyys 0.2 – 0.1%)– Patoturvallisuus – vesistöpadon mitoitustulva 2-luokan padolle
·
1/5000 – 1/10000 (todennäköisyys 0.02 – 0.01%)– Patoturvallisuus – vesistöpadon mitoitustulva 1-luokan padolle
Hydrologiset tekijät – sääilmiöiden esiintymistodennäköisyys
VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT
Hydrologiset tekijät – sääilmiöiden esiintymistodennäköisyys
- 51a data - Ka. 489 mm/a - 1/20a 640mm/a - 1/50a 700 mm/a - 1/100a 745 mm/a
Yleistys:
Kun keskimääräiset olosuhteet on arvioitu, tulee varautua
vielä noin 1.5 – 1.6 x olosuhteisiin
VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT
·
Maaperä- ja pohjavesiolosuhteet– Suomessa n. puolet sateesta (300 – 400 mm/v) imeytyy maaperään (poistuu vesitaseesta, ainakin väliaikaisesti);
– Paikalliset olosuhteet (maa- ja kallioperän vedenjohtavuus, sateen määrä ja kesto, maaston muoto ja kaltevuus, kasvillisuus, päällysteet) vaikuttavat veden imeytymiseen;
– Osa imeytyneestä vedestä suotautuu pohjavedeksi;
qMoreenimailla 10-30% sadannasta qKarkeilla moreenimailla jopa 50%
qTurvemailla 30-40%
·
Imeytymisen lisäksi maaperästä voi myös kertyä vesiä, esim. läjitysalueiden turvekerroksetkokoonpuristumisen ja huokosveden vapautumisen vuoksi. Määrät voivat olla väliaikaisesti varsin suuria!
·
Toimintojen keskinäinen sijainti vaikuttaa vesitaseeseenAluekohtaiset tiedot (ilmasto, maaperä, pohjavesiolosuhteet) sekä toimintojen sijoittuminen yleensä tunnettuja jo hankevaiheessa. Suurimmat epävarmuudet
liittyvätkin louhosten kuivatusvesimääriin ja rikastushiekka-alueiden vesitaseisiin + odottamattomiin tekijöihin!
Muut tekijät
VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT LOUHOSTEN KUIVATUS
·
Vaikuttaa– louhoksen syvyys ja muoto – maaperän ja kallioperän
vedenjohtavuusominaisuudet
·
Kallioperän rakojen jarikkonaisuusvyöhykkeiden tuntemus
·
Keinoja– Pumppaustestit ja virtausmittaukset kairanrei’istä
àAnalyyttiset mallilaskelmat
àNumeeriset pohjavesimallit (steady state/transient)
à
samalla voidaan arvioida kuivatuksen vaikutusta alueen pohjavesiinà
Erittäin merkittävä epävarmuustekijä johtuen hydrogeologisten olosuhteiden selvittämisen haasteista!Lähde: Marinelli, F. and Niccoli, W.L., 2000. Simple Analytical Equations for
Estimating Ground Water Inflow to a Mine Pit. GROUND WATER. Vol.38, No.2. 2000.
VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT RIKASTUSHIEKKA-ALUEIDEN VESITASEET
·
Rikastushiekka-alueiden vesitaseiden määrittäminen monimutkaista – Sadanta ja valuntakertoimet– Haihdunta (määrä, alue, kertoimet) – Suotautuminen pohjan kautta
·
Mihin kiintoainespitoisuuteen rikastushiekka jää läjityksen painosta aiheutuvan konsolidaation jälkeen?·
Missä vaiheessa rikastushiekasta eroava vesi erottuu?·
Rikastushiekkaan sitoutuvan vesimäärän merkitys voi olla erittäin merkittävä vesitaseen kannalta! (merkittävä epävarmuustekijä, etenkin jos toimintavaiheen kokemuksia ei käytössä)·
Erikoistapauksena sakeutettu rikastushiekka/pasta, joiden osalta veden erottuminen poikkeaa selvästi tavanomaisesta rikastushiekastaHaihdunta
Haihdunta Infiltraatio
Suotautuminen
Suotautuminen Salaojitus
VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT
ESIMERKKI: RIKASTUSHIEKAN KA-PITOISUUDEN MUUTOS LÄJITYKSESSÄ
Esimerkkitapaus 1
Mitoitusvirtaama (ka) 300 t/h
Ka-pit. 25 m-%
Vettä lietteessä 900 t/h [m³/h]
Lopullinen ka-pit. läjityksessä 70 m-%
Rikastushiekasta eroavan veden määrä 771 t/h [m³/h]
6,8 Mt/a Esimerkkitapaus 2
Mitoitusvirtaama (ka) 300 t/h
Ka-pit. 25 m-%
Vettä lietteessä 900 t/h [m³/h]
Lopullinen ka-pit. läjityksessä 80 m-%
Rikastushiekasta eroavan veden määrä 825 t/h [m³/h]
7,2 Mt/a
Erotus 0,4Mm³/a à ei suuri volyymi, mutta jos ei voida purkaa pois kaivosalueelta, esim. 10 vuoden ajan kumuloituneena 4Mm³!
VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT
ESIMERKKI: SAKEUTETUN RIKASTUSHIEKAN LÄJITYS VS.
TAVANOMAINEN SLURRY
Esimerkkitapaus 1 (läjitys slurryna)
Mitoitusvirtaama (ka) 300 t/h
Ka-pit. 25 m-%
Vettä lietteessä 900 t/h [m³/h]
Lopullinen ka-pit. läjityksessä 80 m-%
Rikastushiekasta eroavan veden määrä 825 t/h [m³/h]
Esimerkkitapaus 2 (läjitys sak. rikastushiekkana)
Mitoitusvirtaama (ka) 300 t/h
Ka-pit. 70 m-%
Vettä lietteessä 129 t/h [m³/h]
Lopullinen ka-pit. läjityksessä 80 m-%
Rikastushiekasta eroavan veden määrä 54 t/h [m³/h]
→ asettuminen jyrkempään kalvetuuskulmaan
→ pienempi pinta-alatarve
→ patojen tarve vähäisempi
→ aineen leviämisominaisuudet "heikommat"
ESIMERKKI KAIVOKSEN VESITASEESTA RIKASTUSHIEKAN ERI
KIINTOAINESPITOISUUKSILLA
ESIMERKKI KAIVOKSEN VESITASEESTA RIKASTUSHIEKAN ERI
KIINTOAINESPITOISUUKSILLA
VESITASEEN MÄÄRITTÄMINEN VESITASEMALLEISTA
· Yleiset vaiheet
– Tavoitteiden määrittäminen
– Konseptuaalisen mallin luominen – Soveltuvan ohjelmiston valitseminen
– Avainasemassa olevien rajoittavien tekijöiden määrittäminen (esim. maksimipurkuvesimäärä) – Yleisten rajoitusten määrittäminen
– Lähtödatan kokoaminen – Laadunvarmistus
– Kalibrointi ja validointi (jos mahdollista) – Herkkyyden määrittäminen
– Tulosten vertaaminen rajoittaviin tekijöihin – Uudelleenlaskennat
– Jälkiseuranta
·
Taulukkolaskentapohjaiset mallit q Nopeita tuottaa, voidaan tehdä hyvinkintarkoiksi
q Antavat hyvän yleiskäsityksen vesitaseesta q Eivät kovin joustavia erilaisten
skenaarioiden tarkastelulle
§ Excel
§ Ks. esimerkkitaulukko
·
Simulaattoritq Parempi käyttöliittymä mallin kehitykseen q Monimutkaisemmat mallit mahdollisia q Yleensä käytetään yksityiskohtaisempaan
suunnitteluun
q Joustavampia eri skenaarioiden tarkasteluille
§ GoldSim
§ MATLAB Simulink
§ Stella Iterointiprosessi, vesitase
tarkentuu eri hankevaiheissa
VESITASEEN MÄÄRITTÄMINEN
OSATEKIJÖIDEN VARMUUS / EPÄVARMUUS
•
HerkkyysanalyysitOsittaisherkkyysanalyysi (partial sensitivity analysis)
Parhaan ja huonoimman tapauksen analyysi (best and worst case analysis)
Monte Carlo -herkkyysanalyysi (Monte Carlo sensitivity analysis)
ü Esim. rikastushiekan ka-pit.
läjityksessä ü Esim. louhosten
kuivatusvesimäärä ü Esim. muutos
vuosisadannassa
VESITASEEN HUOMIOIMINEN KAIVOKSEN VESIENHALLINNAN SUUNNITTELUSSA – VEDEN VARASTOIMINEN
· Vesitaselaskennan tuloksista tiedetään määrät muodostuville vesille
· Ympäristön vaatimuksista saadaan rajoitukset / ehdot
yliteveden määrälle ja ylitevesien purkamisen jakautumiselle
àUsein tavoitteena, että vesiä puretaan silloin kuin vesistöjen virtaamat suurimmillaan
àRistiriita veden varastoimisen tavoitteiden kanssa!
· Varastoiminen on välttämätöntä, jotta pumppauskapasiteetit ja putkilinjojen dimensiot eivät muodostu kohtuuttomiksi à kevättulvavesiä ei voida purkaa sulamisen mukaan
· Vettä on varastoitava myös sen riittävyyden takaamiseksi
· Vesivarastoaltaille on laadittava säännöstelylaskelmat
ja suunnitelmat altaiden säännöstelylle.
VESITASEEN HUOMIOIMINEN KAIVOKSEN VESIENHALLINNAN SUUNNITTELUSSA - VARAJÄRJESTELMÄT
· Vesitaseen mukaisiin vesimääriin liittyy aina vesien laatu
· Vesienhallintajärjestelmän on oltava riittävän joustava, mikäli
– Vesimäärät ovat poikkeavia – Vesien laatu on poikkeavaa
· Varajärjestelmän kunnollinen käyttö edellyttää vesimäärien ja vesien laadun riittävää tarkkailua ja varautumissuunnitelmaa poikkeuksellisten tilanteiden varalle
· Varajärjestelmä voi olla esim.
– Valmiiksi rakennettu lisäpumppauskapasiteetti kriittisillä pumppaamoilla (esim. normaali pumppukonfiguraatio 2+1 ja poikkeustilanteessa 3+0)
– Valmiiksi järjestetyt pumppauslinjat toissijaisiin kohteisiin (esim. avolouhokset tai patoaltaat) – Siirrettävien pumppaamojen varustaminen
– Varautuminen lisäpumppaukseen rakentamalla riittävän suuret putkilinjat tai varalinjat tai huomioimalla maksimitilanne paineluokissa
VESITASEEN HUOMIOIMINEN KAIVOKSEN VESIENHALLINNAN SUUNNITTELUSSA – MITTAUS JA SÄÄTÖ
· Vesienhallintajärjestelmä tulisi varustaa riittävillä säädöillä ja automatiikalla
à Pitää ymmärtää miten logiikka ja ohjaus toimii ja mitä mahdollisuuksia ja rajoituksia on
àESIMERKKI: louhosten kuivatusvedet voidaan pumpata kuivana kautena vesivarastoon ja märkänä kautena
vesivaraston ohi muuhun vesialtaaseen (tai esim. ylivuotona) àJokainen pumppausvaihtoehto on kuvattava erikseen
ohjauslogiikkaan ja vietävä sinne (”if”, ”if and”, ”then”).
à Virtaamia ja varastoitumista tarkkailtava jatkuvasti
àOhjauslogiikka perustuu veden syöttöön, varastoimiseen ja vettä käyttävän yksikön vaatimuksiin. Rajoittavia tekijöitä ovat pumppujen ja putkistojen kapasiteettien lisäksi
varastotilanteet.
àVettä käyttävässä yksikössä voi olla esim. tarve vedelle ja pumppujen ja putkistojen kapasiteetit ovat riittävät, mutta varasto vähäinen.
àVoi olla myös, että varastoa on, mutta veden siirron välineistön kapasiteetit eivät riitä.
à Kalibrointi vaaditaan, jotta voidaan varmistua siitä, että logiikka toimii oikein
àSysteemin kalibroinnin kannalta tarvitaan enemmän virtaamanmittauspisteitä kuin vesitaseen kannalta.
ESITYKSEN SISÄLTÖ
1. KAIVOSTEN VESIENHALLINNAN KESKEISET PERIAATTEET 2. VESITASEEN MÄÄRITTÄMINEN
1. Mikä on vesitase?
2. Vesitaseeseen vaikuttavat muuttujat / tekijät 3. Vesitaseen laskenta ja herkkyysanalyysit
4. Vesitaseen huomioiminen kaivoksen vesienhallinnan suunnittelussa 10:30 – 10:40 TAUKO
3. KAIVOSPATOJEN HYDROLOGINEN MITOITUS
1. Lainsäädännön vaatimukset ja patoluokat
2. Kaivoksen vesitaseen huomioinen patojen mitoituksessa
3. Prosesseihin liittyvien riskien huomioinen patojen mitoituksessa
4. YHTEENVETO JA KESKUSTELU
11:50 LOUNAS
ESITYKSEN SISÄLTÖ
1. KAIVOSTEN VESIENHALLINNAN KESKEISET PERIAATTEET 2. VESITASEEN MÄÄRITTÄMINEN
1. Mikä on vesitase?
2. Vesitaseeseen vaikuttavat muuttujat / tekijät 3. Vesitaseen laskenta ja herkkyysanalyysit
4. Vesitaseen huomioiminen kaivoksen vesienhallinnan suunnittelussa 10:30 – 10:40 TAUKO
3. KAIVOSPATOJEN HYDROLOGINEN MITOITUS
1. Lainsäädännön vaatimukset ja patoluokat
2. Kaivoksen vesitaseen huomioinen patojen mitoituksessa
3. Prosesseihin liittyvien riskien huomioinen patojen mitoituksessa
4. YHTEENVETO JA KESKUSTELU
11:50 LOUNAS
LAINSÄÄDÄNNÖN VAATIMUKSET JA PATOLUOKAT
· Patoturvallisuuslaki (494/2009) tuli voimaan 1.10.2009 ja valtioneuvoston asetus patoturvallisuudesta (319/2010) 5.5.2010.
· Patoturvallisuusopas julkaistiin 9.11.2012. Päivitetty versio julkaistiin 2014
(http://www.ymparisto.fi/download/noname/%7B9F52CD1B-9BC4-47CF-B883-E8C2A35AA4FB%7D/108552).
LAINSÄÄDÄNNÖN VAATIMUKSET JA PATOLUOKAT
LAINSÄÄDÄNNÖN VAATIMUKSET JA PATOLUOKAT
· ”Jäte- ja kaivospadoilla mitoitustulva muodostuu yleensä suorasta sadannasta ja
sulamisaikaisesta valumasta padotusaltaaseen sekä altaan käyttöön liittyvästä täytöstä ottaen huomioon altaan tarvittavan varastokapasiteetin myös häiriötilanteiden varalta.
Patoaltaan mitoitustilanteessa veden täytyy mahtua altaaseen ilman, että padotettavaa ainetta joudutaan juoksuttamaan altaasta. Säännöstelytilavuuden ja altaan
vesijärjestelmän mitoitukseen vaikuttaa merkittävästi mahdollisuus juoksuttaa
padotettavaa ainetta tulvatilanteessa. Juoksutusten mahdollisuutta voi rajoittaa
ympäristömääräykset. Muutoin jäte- ja kaivospadoille sovelletaan vesistöpadoille
esitettyjä mitoitustulvan toistuvuuksia.”
LAINSÄÄDÄNNÖN VAATIMUKSET JA PATOLUOKAT
KAIVOSPADOT, VEDEN PURKUJÄRJESTELYT
· Yleensä järjestetty pumppaamalla
– Rikastushiekan läjitys altaan reunalta, pumppaus altaan keskeltä – Rikastushiekan läjitys altaan reunalta, pumppaus toiselta reunalta
– Rikastushiekan läjitys altaan keskeltä, veden keräys ja pumppaus altaan reunoilta
à Rikastushiekka voidaan purkaa yhdestä tai useammasta pisteestä samanaikaisesti
à Pumppaamolle ja rikastushiekan purkupaikoille pitää olla kulkuyhteydet
· Lisäksi padoissa on oltava hätäylivuotorakenteet siten, että vesipinta ei ylitä hätäylivedenkorkeutta (hätä-HW)
– Ylivuotokynnykset – Putkijärjestelyt
VESITASEEN HUOMIOIMINEN KAIVOKSEN VESIENHALLINNAN SUUNNITTELUSSA – PUMPPAUKSEN MITOITUS
· Riippuu myös vastaanottavasta päästä (prosessi / joku muu vesiallas / vedenkäsittely)
· Pumppaustarve todennäköisesti muuttuu kaivoksen elinkaaren myötä
· Pumppaamojen toimintapiste
– Pumput käyvät parhaalla hyötysuhteella
– Mitoitus virtaaman ja nostokorkeuden suhteen
– Nostokorkeuteen vaikuttaa painelinjan dimensio, materiaali, pituus ja topografia – Keskimääräisen virtaaman mukaan
· Pumppaamon maksimitoimintapiste
– Hetkellinen maksimivirtaama
– Pumput voivat toimia huonommalla hyötysuhteella
· Pumput taajuusmuuttajaohjattuina
– Pumppaus joustavampaa (moottori pyörii prosessin tarpeen mukaisella nopeudella) – Taajuusmuuttajat nykyään verrattain halpoja
– Säästöjä energiakustannuksissa
– Pumppujen käyttö ”pumppuystävällisempää” (käyttölaitteiston rasitusten pieneneminen)
KAIVOKSEN VESITASEEN HUOMIOIMINEN PATOJEN MITOITUKSESSA
· Mikäli vettä joudutaan edes hetkellisesti varastoimaan kaivospatojen sisäpuolella, sen tulee olla suunniteltua toimintaa
· Suomen kaivoksilla joudutaan todennäköisesti varastoimaan kevättulvavesiä
– Louhoksiin?
– Rikastushiekka-alueille?
– Muihin vesialtaisiin / padottujen alueiden sisäpuolelle?
· Varastojen kumuloitumisen seuranta!
· Varastojen purkaminen!!
· Varastojen purkamisen voi estää:
– Ympäristöluvan vaatimukset
– Teknisten järjestelmien riittämättömyys
KAIVOKSEN VESITASEEN HUOMIOIMINEN PATOJEN MITOITUKSESSA
· Minimi- ja maksimitavoiterajat vesipinnalle eri vuodenajoille
· Esimerkki:
· Kevättulvaa odotetaan huhti-toukokuulle à Maaliskuussa tavoite vesipinta 1, vastaa
vesitilavuutta 1 à Toimijalla tiedossa kevättulvan odotettu rankkuus à Jos tiedossa, että
kevättulvasta tulossa ”helppo”, vesipinta voidaan jättää ylemmälle tasolle
VESITASEESEEN VAIKUTTAVAT MUUTTUJAT / TEKIJÄT
ESIMERKKI: MUUTOS LÄJITETTÄVÄN RIKASTUSHIEKAN KA- PITOISUUDESSA
Erotus 1,4Mm³/a à Myös prosessin lisäveden tarve kasvaa samassa suhteessa.
Voi kuitenkin hetkellisesti vaikuttaa patoaltaiden sisällä olevaan vesimäärään.
Esimerkkitapaus 1
Mitoitusvirtaama (ka) 300 t/h
Ka-pit. 25 m-%
Vettä lietteessä 900 t/h [m³/h]
Lopullinen ka-pit. läjityksessä 70 m-%
Rikastushiekasta eroavan veden määrä 771 t/h [m³/h]
6,8 Mt/a Esimerkkitapaus 2
Mitoitusvirtaama (ka) 300 t/h
Ka-pit. 22 m-%
Vettä lietteessä 1064 t/h [m³/h]
Lopullinen ka-pit. läjityksessä 70 m-%
Rikastushiekasta eroavan veden määrä 935 t/h [m³/h]
8,2 Mt/a
PROSESSEIHIN LIITTYVIEN RISKIEN HUOMIOIMINEN
· Muutokset rikastushiekan määrässä
· Rikastushiekkaan pidättyvän veden määrän muutokset (vrt. esimerkki aiemmin)
· Muutokset läjitettävän rikastushiekan kiintoainespitoisuudessa
· Haasteet
– Hankevaiheessa usein vähän tietoa rikastushiekan geoteknisistä ominaisuuksista ja siitä, miten rikastushiekka läjittyy
– Tuotantovaiheessakin rikastushiekka-alueet ovat pinta-alaltaan suuria alueita, joissa on
rikastushiekkaa erilaisissa läjitysvaiheissa à teoreettisesti keskiarvon määrittäminen pidättyneelle ja pidättyvälle vedelle on erittäin hankalaa
ESITYKSEN SISÄLTÖ
1. KAIVOSTEN VESIENHALLINNAN KESKEISET PERIAATTEET 2. VESITASEEN MÄÄRITTÄMINEN
1. Mikä on vesitase?
2. Vesitaseeseen vaikuttavat muuttujat / tekijät 3. Vesitaseen laskenta ja herkkyysanalyysit
4. Vesitaseen huomioiminen kaivoksen vesienhallinnan suunnittelussa 10:30 – 10:40 TAUKO
3. KAIVOSPATOJEN HYDROLOGINEN MITOITUS
1. Lainsäädännön vaatimukset ja patoluokat
2. Kaivoksen vesitaseen huomioinen patojen mitoituksessa
3. Prosesseihin liittyvien riskien huomioinen patojen mitoituksessa
4. YHTEENVETO JA KESKUSTELU
11:50 LOUNAS
YHTEENVETO JA KESKUSTELU
· Vesitase on työkalu vesienhallintaan
· VESITASEEN LAADINTA AIKAISESSA HANKEVAIHEESSA
qMahdollisia ongelmia
§ Vesikierto epäselvä – tekninen suunnittelu ja ympäristösuunnittelu eivät kulje aina aikataulullisesti käsi kädessä
§ Ympäristön vaatimukset eivät vielä tarkoin tiedossa
§ Osaprosessien vesitaseet eivät tarkoin selvillä (esim. puutteelliset tiedot rikastushiekan ominaisuuksista tai louhosalueiden kallioperän ruhjeisuudesta)
qMahdollisuudet
§ Vesitaseen oltava mukautuva eri skenaarioille
§ Vesitaseen varmuus ja epävarmuus arvioitava (apuna herkkyysanalyysit)
