TMMOB MADEN MÜHENDİSLERİ ODASI
V. DELME PATLATMA SEMPOZYUMU BİLDİRİLER KİTABI 7-9 KASIM 2007 Ankara
Editörler H. Aydın BİLGİN - Hakkı ELBİR
Bu kitabın basım giderlerine katkıda bulunan YAVAŞÇALAR AV SPOR MALZ. SAN. ve TİC. AŞ.’ne teşekkür ederiz.
Tüm hakları saklıdır. TMMOB Maden Mühendisleri Odası’nın yazılı izni olmaksızın bu kitap ya da kitabın bir kısmı herhangi bir biçimde yayınlanamaz.
ISBN Oda Yayın No Baskı İsteme Adresi Tel İnternet Adresi E-Posta
: : : : : : : :
978-9944-89-402-9 137 Gurup Matbaacılık, 0312 384 73 44 TMMOB Maden Mühendisleri Odası Selanik Cad. No: 19/4 Kızılay-ANKARA 0312 425 10 80 Faks: 0312 417 52 90 www. maden.org.tr
[email protected]
SUNUŞ TMMOB Maden Mühendisleri Odası olarak başta Madencilik ve İnşaat olmak üzere birçok alanda yaygın uygulamaları bulunan delme ve patlatma konusunun tüm yönleriyle ayrıntılı olarak uygulayıcıları ve uzmanları tarafından tartışılması amacıyla Delme-Patlatma Sempozyumunun beşincisini gerçekleştirmekteyiz. Sektörün gelişimi açısından büyük önem taşıdığını düşündüğümüz bu Sempozyumda bilgi birikimini arttırtmak, yeni yaklaşım ve teknolojileri tanıtmak ve tartışarak çözüm önerileri getirmek hedeflenmiştir. “Patlayıcı Maddeler ve Ateşleme Gereçleri”, “Yerüstü, Yeraltı ve Özel Patlatma Uygulamaları”, “Delme Teknolojisi ve Gelişmeler”, “Delme-Patlatmada Verimlilik ve Ekonomi”,“Alternatif Kazı ve Kaya Parçalama Yöntemleri”,“Mevzuat ve İş Güvenliği Sorunları” ve “Patlatma Kaynaklı Çevresel Etkiler” konularında uzmanları tarafından sunulacak bildirilerin ilgili sektör sorunlarının çözümüne büyük katkıları olacağı görüşündeyiz. Bu çerçevede, Sempozyumu destekleyen tüm kuruluşlara, bildiri sunarak katkı koyanlara ve bu Sempozyumun gerçekleşmesi için emeği geçenlere teşekkür ederiz.
TMMOB Maden Mühendisleri Odası Yönetim Kurulu
TMMOB MADEN MÜHENDİSLERİ ODASI YÖNETİM KURULU Başkan : II. Başkan : Yazman : Sayman : Üyeler :
Mehmet TORUN Berna Fatma VATAN Nahit ARI Ahmet SARDAR Mehmet Ali HİNDİSTAN Cemalettin SAĞTEKİN Hüseyin Can DOĞAN
DÜZENLEME VE YÜRÜTME KURULU H.AYDIN BİLGİN
BAŞKAN
HAKKI ELBİR
ÜYE
M.ALİ HİNDİSTAN
ÜYE
B.BARIŞ ÇAKMAK
ÜYE
TUGAY İPEK
ÜYE
METEHAN DERYA
ÜYE
ÜMİT KILIÇ
ÜYE
EKREM ELMACI
ÜYE
ERGUN ALPAYDIN
ÜYE
OĞUZ SERTYEL
ÜYE
CANBERK MERETUK
ÜYE
NAMIK KEMAL SAĞLAM
ÜYE
GAMZE DEMİRBÜKEN
ÜYE
ÖNSÖZ Patlatma iúlemi, ülke kalknmasnda gerekli olan hammaddelerin güvenli ve ekonomik olarak temini için madencilikte kullanld÷ kadar ayn zamanda yol, tünel, baraj ve benzeri inúaat iúleri gibi ülkemiz bayndrlk hizmetlerinde de kullanlmaktadr. Madencilik ve inúaat iú kollarnda yaygn uygulamas bulunan delme ve patlatma konusunun önemi iyi bilinmektedir. Bu önem hem iú ekonomisi ve verimi hem de patlatma iúlemleri srasnda oluúabilen olumsuz çevresel etkilerden kaynaklanmaktadr. Delme ve patlatma iúlerini teknik, bilimsel ve yasal kurallara uygun yapmak, iú ekonomisinin de ötesinde, günümüzde artan hakl ve do÷ru çevre bilinci taleplerini karúlamak için oldu÷u kadar, çevreci geçinip bu gibi faaliyetlere de÷iúik nedenlerle karú çkanlara karú durabilmek için de gerekli ve zorunludur. Ayrca tehlikeli maddeler snfnda olan patlayc maddelerin ve ateúleme gereçlerinin bilinçli kullanmnn önemi bilinmektedir. Bu önem iú güvenli÷i ve iúçi sa÷l÷n sa÷lamaktan kaynaklanmaktadr. TMMOB Maden Mühendisleri Odas, konuyu tüm yönleri ile tartúmak, deneyimlerimizi ve sorunlarmz birbirimize aktarabilmek, teknik ve bilimsel geliúmeleri, arge ve teknoloji geliútirme konularndaki yenilikleri sunmak ve ço÷unlu÷u birbirini tanyan patlatma mühendisleri toplulu÷u üyelerinin birbirleriyle buluúmas amaçlar ile 7-9 Kasm 2007 tarihlerinde Ankara’da 5. Delme Patlatma Sempozyumunu düzenlemiú bulunmaktadr. Bu sempozyumda toplam 22 bildiri sunulup tartúlacaktr. Sunulacak bildirilerin baúlca konular arasnda patlayc maddelerin AB mevzuatna uyumu, madencilikte patlatma uygulamalar, tasarm ve maliyet hesaplama, arge ve teknoloji geliútirme, bilimsel çalúmalar ve titreúim ve gürültü gibi çevre sorunlarnn çözümü bulunmaktadr. 5. Delme ve Patlatma Sempozyumu’nun düzenlenmesine de÷iúik biçimlerde önemli destek veren kuruluúlar øLCø Patlayc A.ù., NøTROMAK A.ù., ORøCA NøTRO A.ù., ùENBAY Patlayc A.ù. ve YAVAùÇALAR A.ù.’ye Odamz adna içten teúekkürlerimi sunarm. Sempozyum ve bildiriler kitab, yazarlarn, Sempozyum Yürütme Kurulunun ve Maden Mühendisleri Odasnn yo÷un emek ve çabalar sonunda gerçekleútirilmiútir. Bildiri yazarlarna de÷erleri eserleri için Sempozyum Yürütme Kurulu adna úükranlarm sunar, sempozyumun amacna ulaúmasn, kitabn genç mühendislerimize, bilim ve teknoloji geliútiren ve üreten araútrmaclarmz ve mühendislerimize, patlayc madde üreten, pazarlayan ve mühendislik hizmeti sunan kuruluúlarmza ve konuyla ilgili çevrelere yararl olmasn dilerim. Sayglarmla. Doç. Dr. H. Aydn Bilgin Sempozyum Yürütme Kurulu adna Baúkan
İÇİNDEKİLER Sivil Kullanım Amaçlı Patlayıcı Maddeler İle İlgili AB Uyum Süreci
11
Eu Harmonization Process On Explosives For Civil Use N.Güzin ŞAHİN Kimya Y.Mühendisi, Sanayi ve Ticaret Bakanlığı, Sanayi Genel Müd.
Divriği Maden İşletmesi’nde Katlararası Patlatma
(Yelpaze Çekme Metodu ile Katlararası Serbest Yüzey Oluşturulması) Blasting Between Sublevels In Divriği Mine Operations (Developing Free Face Between Sublevels by Fan – Cut Technique) Metehan Derya, Ümit Kılıç Orica-Nitro Patlayıcı Mad. San. Ve Tic. A.Ş., G.O.P./Ankara Murat Mete Çayeli Bakır İşletmeleri, Çayeli/Rize
15
Batı Anadolu Çimento Fabrikası Hammadde Ocağında Ön Kesme (Presplıttıng) Uygulaması
21
Bir Yer altı Madeninde Uygulanan İki Farklı Patlatma Düzeninin Deformasyona Olan Etkisi
27
Çayeli Bakır Madeni Yeraltı Patlatmalarının İyileştirilmesi Çalışması
37
Küre Bakır İşletmesi’nde Katlararası Patlatma
49
Presplitting Applications At Batı Anadolu Cement Factory Raw Material Quarry Ergün Alpaydın, Nitromak A.Ş., Ankara Hayer Yalnız, R. Alper Askan Batıçım, İzmir
The Effect Of Two Different Exploding Arrangement Applied In An Underground Mining On Deformation Güzide KALYONCU ERGÜLER MTA Maden Analizleri ve Tek. Dairesi, Çevre Koordinatörlüğü, ANKARA Improvement Studies For The Underground Blasting Operations in Çayeli Copper Mine H. Sinan İNAL NİTROMAK A.Ş., ANKARA Kemal KARAOĞLU ÇBİ A.Ş., RİZE
(Paralel Delik Metodu ile Katlararası Serbest Yüzey Oluşturma) Bench Stoping Blasting In Küre Mine Operations (Free Face Developing Between the Silled Drive and the Extraction Drive by Burn – Cut Technique) Metehan Derya, Ümit Kılıç Orica-Nitro Patlayıcı Mad. San. Ve Tic. A.Ş., G.O.P./Ankara Süleyman Taşatan STFA Tünel İnşaat A.Ş., Lakhadaria – Bouria/Algeria
Güney Ege Linyitleri İşletmesi Eskihisar Ocağı Delme ve Patlatma Çalışmalarının Maliyet Analizi
57
Kademeli Kaya Delme-Patlatma Çalışmalarında Maliyet Tahminlerinin DelPat v6.0 Bilgisayar Yazılımı ile Hesaplanması
71
Parçalanma Tahmin Modelleri ve Dijital Görüntü İşleme Yöntemi
81
Basamak Patlatmalarında Gecikmenin Önemi
93
Cost Analysis Of Drilling And Blasting Operations in Eskihisar Mine Of South Egean Lignite Corporation (GELİ) Ozan Bayram İstanbul Teknik Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü, İstanbul
Estimation of Bench Drilling and Blasting Costs with a computer software, DelPat v6.0. M.Can Çeliksırt, Maden Mühendisi Doğuş İnşaat ve TİC. A.Ş., Yusufeli Barajı ve HES İnşaatı, Artvin Vural Erkan, İnşaat Mühendisi Doğuş İnşaat ve TİC. A.Ş., Yusufeli Barajı ve HES İnşaatı, Artvin Fragmentation Estimation Models and Digital Image Processing Technique Kağan Özdemir, Ali Kahriman, Ümit Özer İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümü, Importance of The Timing In Bench Blasting Ümit Kılıç & Metehan Derya Orica-Nitro Patlayıcı Mad. San. Ve Tic. A.Ş.
Sülfürlü Cevherlerin Patlayıcılarla Reaksiyonu ve Patlatma Sorunları
101
Yemleyicilerin Çalışma Mekanizması ve Önemi
105
Patlatma Deliği İçerisinde Su Kolonu Uygulanabilirliğinin Araştırılması
113
The Reaction of Sulphide Ores with Explosives and Blasting Problems Müfit Erdil Maden Mühendisi, HM Patlayıcı Mad. Ltd.Şti Working Stages of Primers and Importance Ümit Kılıç & Metehan Derya Orica-Nitro Patlayıcı Mad. San. Ve Tic. A.Ş.
An Investigation of Water-Column Applicability Inside of Blast Hole A. Hakan Onur, Gürcan Konak, Doğan Karakuş, Derya (Ünal) Akgün, Deniz Akgün Dokuz Eylül Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü, İzmir
Basamak Patlatmalarında Hava Kapanımı Kullanımıyla Kayaç Parçalama Tekniği
123
Patlatmaların Doğrusal Olmayan Davranışlarının Sismik Sinyaller Üzerine Etkisi
133
Kadıköy-Kartal Metrosu Tünel Güzergahındaki Farklı Kaya Birimleri İçin Patlatma Kaynaklı Titreşimlerin Analizi
141
Kadıköy-Kartal Raylı Toplu Taşıma Sistemi Projesi’nde Yapılan Kontrollü Tünel Patlatmalarının Yapısal Hasar Riski Açısından Değerlendirilmesi
151
The Technique of Rock Breaking by Using Air-Deck in Bench Blasting Oktay Erten, Gürcan Konak, A. Hakan Onur, Doğan Karakuş Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümü, İzmir
Effects of Non-Linear Behavior of Blasting on Seismic Signals Gülsev Uyar Aldaş, Berkan Ecevitoğlu Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Jeofizik Mühendisliği Bölümü, Ankara
The Blasting Vibrations Analysis for Different Rock Units on Istanbul KadıköyKartal Subway Tunnel Route Deniz Adıgüzel, Ümit Özer, Ali Kahriman, Abdulkadir Karadoğan, Mehmet Aksoy İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümü, Avcılar, İstanbul
Evaluation of Controlled Tunnel Blasting in Terms of Structural Damage Risk in “Kadıköy-Kartal Rail Mass Transportation System Project” Enver Alan, İbrahim Sefer Yapı Merkezi-Doguş-Yüksel-Yenigün-Belen İnsaat Anadoluray Ortak Girişimi, Üsküdar-İstanbul
Uşak Kışladağ Altın Madeninde Üretim Patlatmasından Kaynaklanan Yer Titreşimlerinin Analizi
165
Patlatma Kaynaklı Titreşimlerin Analizine Dayalı Basamak Patlatma Tasarımı
177
Investigation of Ground Vibrations Induced By Production Blasting At Uşak Kışladağ Gold Mine Bezmi Barış Çakmak, Hasan Aydın Bilgin Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü, Ankara
Bench Blasting Design Based on Vibrations Analysis of Blast-Induced Abdulkadir Karadoğan, Ümit Özer, Ali Kahriman, Mehmet Aksoy, Deniz Adıgüzel, U. Gökhan Akkaya İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümü, Avcılar, İstanbul
Uşak Kışladağ Altın Madeninde Önkesme Patlatmasından Kaynaklanan Hava Şoku Basıncı Analizi
189
BLİ Orhaneli İşletmesi Gümüşpınar Köyü Patlatma Risk Etüdü
197
Çan Açık Ocağında Patlatma Kaynaklı Titreşimlerin İncelenmesi
205
Preslipt Blast Induced Air Overpressure Investigation At Uşak Kışladağ Gold Mine Onur Bigikoçin, Hasan Aydın Bilgin Ortadoğu Teknik Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü, Ankara BLİ Orhaneli Management Gümüşpınar Village Blasting Risk Assessment H.Aydın BİLGİN ODTÜ Maden Mühendisliği Bölümü, Ankara H. Sinan İNAL NİTROMAK A.Ş., Ankara
The Analysis of Ground Vibrations Induced by Blasting at Çan Open Pit Mine Mehmet Aksoy, Ali Kahriman, Ümit Özer, Abdulkadir Karadoğan, Kağan Özdemir İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümü, Avcılar, İstanbul
Sivil Kullanm Amaçl Patlayc Maddeler øle ølgili AB Uyum Süreci Eu Harmonization Process On Explosives For Civil Use N.Güzin ùAHøN
Kimya Yüksek Mühendisi, Sanayi ve Ticaret Bakanl÷, Sanayi Genel Müdürlü÷ü ÖZET AB uyum mevzuatlar kapsamnda sivil amaçl kullanlan patlayc maddeler ile ilgili yeni düzenlemeler yaplmútr. AB Sivil Patlayclar Direktifi ele alnarak bu kapsamda “Sivil Kullanm Amaçl Patlayc Maddelerin Belgelendirilmesi Piyasaya Arz ve Denetlenmesi Hakknda Yönetmelik” Ekim 2002 tarihinde yaymlanmútr. Bu yönetmelik ile kapsam dahilinde olan ve olmayan ürünler tanmlanarak, yönetmelik kapsamnda bulunan ürünlerde uyulmas zorunlu olan kriterler belirlenmiútir. Yönetmelik kapsamnda piyasa gözetim ve denetimi yaplmas zorunlu hale getirilerek piyasada güvensiz ürünlerin bulunmasnn önlenmesi hedeflenmiútir. Anahtar kelimeler: Yeni Yaklaúm Direktifleri, Sivil Amaçl Patlayc Maddeler, Piyasa Gözetim ve Denetimi ABSTRACT Within EU legislation harmonisation related to the explosives for civil use, new regulations were made. By taking into account EU Civil Explosives Directive, in this scope ”The Regulation on Certification, Placing on the Market and Supervision of Explosives for Civil Use” (93/15/EEC) was published in the Official Gazette, numbered 24907 and dated 15.10.2002. By defining the products that are in the scope of this Regulation or not, the criteria which are compulsive are determined for the products. With this Regulation, by making compulsive executing market surveillance, prevention of unsafe products’ existing in the market is aimed at. Key words: New Approach Directives, Exclosives For Civil Use, Market Surveillance
1 Sivil Kullanm Amaçl Patlayc Maddeler øle ølgili AB Uyum Süreci Bilindi÷i gibi AB uyum çalúmalar kapsamnda mevcut AB direktiflerinin uyumlaútrma çalúmalarna baúlanlmútr. 05.04.1993 tarih, 93/15/EEC sayl Sivil Patlayclar Avrupa Parlamentosu ve Konsey Direktifi) ele alnarak bu konuda gerekli yasal düzenlemeler yaplmútr. AB Sivil Patlayclar Direktifi (93/15) kapsamnda “Sivil Kullanm Amaçl Patlayc Maddelerin Belgelendirilmesi
Piyasaya Arz ve Denetlenmesi Hakknda Yönetmelik” 15 Ekim 2002 tarih ve 24907 sayl Resmi Gazetede yaynlanmú ve 15.10.2002-01.07.2003 aras geçiú döneminden sonra, yönetmelik 01.07.2003 tarihinde zorunlu olarak yürürlülü÷e girmiútir. Bu yönetmeli÷in yasal dayana÷, 1/95 sayl konsey kararna uygun olarak 11.7.2001 tarih ve 24459 sayl resmi gazete’de yaymlanan 4703 sayl ürünlere iliúkin teknik mevzuatn hazrlanmas ve uygulanmasna dair kanundur. 11
ùüphe oluúturacak cezai durumlar 87/12028 numaral tüzük ve 4926 sayl kanun çerçevesinde de÷erlendirilmekte, suç teúkil etti÷i belirlenirse dava adli makamlara intikal ettirilmektedir. Uyumlaútrlan yönetmelik úubat 2006’da komisyona gönderilmiútir. Bu yönetmelik kapsamndaki Avrupa Birli÷i harmonize standartlar 58 tanedir. Bu standartlar Türk Standartlar Enstitüsü(TSE) tarafndan uyumlaútrlarak ulusal standart olarak yaynlanmútr. Bu yönetmelik sivil kullanm amaçl patlayc maddelerin belgelendirilmesi, iúaretlenmesi ve gerekli emniyet úartlarnn belirlenmesi, piyasaya arz edilmesi, piyasa gözetimi ve denetlenmesine iliúkin usul ve esaslar düzenlemektir. Söz konusu yönetmelik karabarutlar, tek bazl veya çift bazl barutlar(yaktlar), kompozit barutlar (yaktlar), dinamitler, patlayc nitratlar, amonyum nitrat–fuel oil karúm (ANFO) ve güçlendirilmiú ANFO (Gübre amacyla kullanlan amonyum nitrat hariç), emülsiyon, jel, bulamaç (slurry) tip patlayclar, kloratl patlayclar, sv patlayclar, yemleme (booster) patlayclar, patlatma röleleri, tahrip kalplar, çukur imla úarjlar, emniyetli (asfalt veya PVC kapl) fitiller, infilakl fitiller, elektrikli (gecikmeli – gecikmesiz)kapsüller, adi (düz – plain) kapsüller, di÷er kapsüller (úok tüplernonelectric), herhangi bir ad altnda sunulan di÷er patlayclar kapsamakta olup, 3763 Sayl Türkiye’de Harp Silah ve Mühimmat Yapan Hususi Sanayi Müesseselerinin Kontrolü Hakknda Kanun kapsamnda bulunan askeri amaçl barut ve patlayc maddeler, kolluk kuvvetlerinin kullanmna tahsis edilmiú patlayc maddeler ve piroteknik maddeler kapsam dúnda braklmútr. Bu Yönetmelik kapsamna giren ve bu Yönetmelik úartlarna uygun olan patlayc maddelerin piyasaya arz yasaklanamaz, kstlanamaz veya engellenemez.
CE uygunluk iúareti iliútirilmiú, belgeleri hazrlanmú ve bu Yönetmelik hükümlerinin tamamn yerine getiren, Yönetmelik kapsamndaki patlayclarn pazarlanabilmesi için Bakanlk ve øçiúleri Bakanl÷ koordineli olarak gerekli tüm tedbirleri alr. Bu Yönetmelikte belirtilen uygunluk beyann ve CE iúaretini taúmayan bu Yönetmelik kapsamndaki patlayc maddeler, piyasaya arz edilemez, nakledilemez ve muhafaza edilemez. Bu direktif kapsamnda üreticiler ürünlerine CE iúareti iliútirebilmek için Onaylanmú Kuruluúa ihtiyaç duymaktadrlar. Sanayi ve Ticaret Bakanl÷ tarafndan atanacak onaylanmú kuruluúlarn úeffafl÷n ve ba÷mszl÷n sa÷lamak için, aday kuruluúlara baúvuru, de÷erlendirme ve atama prosedürlerinin ve her direktif için onaylanmú kuruluú ve uygunluk de÷erlendirme kuruluúlar ile ilgili kriterlerin duyurulmasna ihtiyaç oluúmuútur. Bu kapsamda, onaylanmú kuruluú atanma kriterleri tebli÷i, Sanayi ve Ticaret Bakanl÷ tarafndan 09.05.2003 tarih ve 25103 nolu resmi gazetede yaynlanmútr. Sanayi ve Ticaret Bakanl÷ tarafndan onaylanmú kuruluú olarak atanacak kuruluúlar 17.01.2002 tarih ve 24643 nolu resmi gazetede yayinlanan Onaylanmiú Kuruluú Uygunluk De÷erlen-dirmesi Hakkndaki Yönetmelik’te belirtilen gereklilikleri ve 15.10.2002 tarih ve 24907 nolu Resmi Gazetede yayinlanan sivil kullanim amaçli patlayici maddelerin belgelendirilmesi piyasaya arzi ve denetlenmesi hakkinda yönetmelik onaylanmú kuruluú ekindeki minimum kriterleri karúlamak zorundadr. Sanayi ve Ticaret Bakanl÷ yeni kanunla uyumlu olarak yeniden yaplan-mútr: Bu ba÷lamda piyasa gözetim ve denetimi; 11.7.2001 tarih ve 24459 sayl resmi gazetede yaynlanan 4703 sayl ürünler ve uygulamalar konusundaki kanun, 12
17.01.2002 tarih ve 24643 sayili resmi gazetede yayinlanan 2001/3529 numarali ürünlerin piyasa gözetim ve denetimi hakkindaki yönetmelik, “Sanayi ve Ticaret Bakanli÷i tarafindan gerçekleútirilecek piyasa gözetimi ve denetimine iliúkin usul ve esaslar hakkinda yönetmelik (Resmi Gazete’de 9 mays 2003 tarihinde yaymlanarak, yaymlanma tarihinden itibaren yürürlü÷e girmiútir) kapsamnda yaplmaktadr. Sanayi ve Ticaret Bakanl÷ piyasa gözetim ve denetimini 2003 ylndan bu yana gerçekleútirmektedir. 2003-2005 yllar arasndaki geçiú sürecinde Sanayi ve Ticaret Bakanl÷’nca yaplan piyasa gözetimi ve denetimlerinde üreticiler yeni sistem hakknda bilgilendirilmiútir. Avrupa Birli÷i temel kanunu’nun 2005 ylnda uyumlaútrlmasndan sonra Sanayi ve Ticaret Bakanl÷’nca cezalandrma süreci baúlamútr. Piyasa gözetim ve denetimleri resen ve úikayet üzerine gerçekleútirilmektedir. Ayrca, üretici ve tüketici úikayetleri 4703 sayl kanun hükümlerine göre de÷erlendirilmektedir. Uygunsuzluk tespit edilmesi halinde, ürünlere iliúkin teknik mevzuatn hazrlanmas ve uygulanmasna dair 4703 sayl yasa uyarnca idari para cezalar ve yaptrmlar uygulanmaktadr. Yaptrmlar ürünün piyasadan toplatlmas ve bertaraf, piyasaya arzn yasaklanmas, üretimin askya alnmas, uygunsuzlu÷un giderilmesi için süre verilmesini kapsar, söz konusu yaptrm-larn bazlarnn yan sra idari para cezas da uygulanr. Sanayi ve Ticaret Bakanl÷ tarafindan alnan tedbirler uygunsuzlu÷un seviyesine göre de÷iúmektedir ve bu tedbirler oransallik ilkesine göre uygulanmaktadr. Piyasa gözetim ve denetimi giriú öncesi mali yardm kapsamnda gerçekleútirilen ve devam eden projeler mevcuttur. Bu projelerle, denetçileri teknik açdan e÷it-mek
amacyla, iç e÷itimlere ilave olarak AB kapsamnda Bakanl÷mz tarafndan e÷itim programlar düzenlenmiútir. 93/15/AT yönetmeli÷i piyasa gözetim ve denetim ve CE iúaretlemesi kapsamnda Alman Araútrma ve Test uruluúu BAM tarafndan, TAøEX mali deste÷iyle denetçiler ve sektör temsilcileri için bir e÷itim çalúmas düzenlenmiútir. øthalat ve ihracat izni, 29.09.1987 tarih ve 87/12028 nolu “Tekel Dú Braklan Patlayc Maddelerle Av Malzemesi ve Benzerlerinin Üretimi, øthali, Taúnmas, Saklanmas, Depolanmas, Satú, Kullanlmas, Yok Edilmesi, Denetlenmesi Usul ve Esaslarna øliúkin Tüzük” ve 31.12.2005 tarihli Resmi Gazetede yaynlanan 2006/11 nolu “øthalat Tebli÷ine göre øçiúleri Bakanl÷ tarafndan verilmektedir. Bu yönetmelik kapsamna giren ürünlerin CE iúareti ve CE iúaretinin kurallara uygun olarak iliútirilmesinden Sanayi ve Ticaret Bakanl÷ sorumludur. Sivil patlayclarn üretimi Valiliklerin iznine tabidir. Sivil Amaçl Patlayc maddeler yönetmeli÷i kapsamnda bulunan ürünler üzerinde CE iúaretlemesinin usulüne uygun olarak yaplmas zorunludur. CE iúareti "Conformite Europe" adnn baú harflerinin ksaltmasdr. CE iúareti, Avrupa Birli÷i`nin, teknik mevzuat uyumu çerçevesinde 1985 ylnda benimsedi÷i Yeni Yaklaúm Politikas kapsamnda hazrlanan 21 adet Yeni Yaklaúm Direktifleri kapsamna giren ürünlerin bu direktiflere uygun oldu÷unu ve gerekli bütün uygunluk de÷erlendirme faaliyetlerinden geçti÷ini gösteren bir Birlik iúaretidir. CE iúareti, ürünlerin, amacna uygun kullanlmas halinde insan can ve mal güvenli÷i, bitki ve hayvan varl÷ ile çevreye zarar vermeyece÷ini, di÷er bir ifadeyle ürünün güvenli bir ürün oldu÷unu gösteren bir iúarettir. "CE" iúareti bir kalite markas yada iúareti de÷ildir. Ancak tüketicinin korunmas ve memnuniyeti bakmndan gözden geçirildi÷i için bu iúareti taúyan bir 13
ürünün kaliteli oldu÷u kabul edilmektedir. CE iúareti aúa÷daki úekilde sembolize edilmektedir: øúaret küçültülür veya büyütülürse, aúa÷da verilen çizimdeki oranlara itibar edilmelidir.
Yaymlanan yeni yönetmelikler kapsamnda yaplan piyasa gözetim ve denetimi ile piyasada güvenli ürünlerin bulunmas hedeflenmekte olup çevre ve insan sa÷l÷ açsndan risk taúyan ürünlerin piyasada bulunmasn önlemek hedeflenmektedir. Bu ba÷lamda e÷itim programlar yaplarak denetçi ve üreticilerin bilinçlendirilmesine çalúlmaktadr.
KAYNAKLAR 1. 3143 sayl Sanayi ve Ticaret Bakanl÷ Kuruluú ve görevleri hakknda kanun 2. 93/15/AT Sivil Kullanm amaçl Sivil Kullanm Amaçl Patlayc Maddelerin Belgelendirilmesi Piyasaya Arz ve Denetlenmesi Hakknda Yönetmelik 3. 4703 Sayl Ürünlere øliúkin Teknik Mevzuatn Hazrlanmas ve Uygulanmasna Dair Kanun. 4. 4822 Sayl Kanun ile de÷iúik 4077 sayl Tüketicinin Korunmas hakknda Kanun 5. Ürünlerin Piyasa Gözetimi ve Denetimine Dair Yönetmelik. 6. “CE” Uygunluk øúaretinin Ürüne øliútirilmesine ve Kullanlmasna Dair Yönetmelik. 7. Uygunluk De÷erlendirme Kuruluúlar ile Onaylanmú Kuruluúlara Dair Yönetmelik. 8. Sanayi ve Ticaret Bakanl÷ Tarafndan Gerçekleútirilecek Piyasa Gözetimi ve Denetimine øliúkin Usul ve Esaslara Dair Yönetmelik. (9 Mays 2003, OG No. 25103)
14
Divri÷i Maden øúletmesi’nde Katlararas Patlatma (Yelpaze Çekme Metodu ile Katlararas Serbest Yüzey Oluúturulmas) Blasting Between Sublevels In Divri÷i Mine Operations (Developing Free Face Between Sublevels by Fan – Cut Technique) Metehan Derya
(Orica-Nitro Patlayc Mad. San. Ve Tic. A.ù., G.O.P./Ankara)
Ümit Klç
(Orica-Nitro Patlayc Mad. San. Ve Tic. A.ù., G.O.P./Ankara)
Murat Mete
(Çayeli Bakr øúletmeleri, Çayeli/Rize)
ÖZET Bu bildiri, Erdemir'e ait Divri÷i A – Kafa maden iúletmesinde Park Demir Maden tarafndan yeraltnda ara katl göçertme yöntemiyle demir cevheri üretmek üzere ilk kez katlar aras delme patlatma tasarmnn yaplmas, uygun patlayc seçimi ve yelpaze çelme metodu ile serbest yüzey oluúturulmas uygulamalarn anlatmaktadr. ABSTRACT This paper explains the sublevel caving blasting design, explosives selection and free face developing applications between sublevels by fan – cut technique to produce run of mine of iron in Divri÷i A – Kafa Mine Operations which is operated by Park Demir Maden. 1 GøRøù 1.1 Divri÷i Yeralt Demir øúletmesi Türkiye'nin ilk yer alt demir cevheri madeni, Sivas øli, Divri÷i ilçesi snrlar içerisinde bulunan Erdemir'e ait Divri÷i A-Kafa yer alt maden iúletmesi, Park Demir Maden tarafndan yeraltnda ara katl göçertme metodu ile iúletmeye alnmútr. Uzun yllardr yüzeydeki cevheri iúlenen Divri÷i'de yüzlerce metre derinlikteki demir rezervlerinin bu yöntem ile çkartlmas planlanmaktadr. 2 A – KAFA YER ALTI OCAöI HAZIRLIK ÇALIùMALARI Park Demir Maden Firmas tarafndan ara katl göçertme metodu ile üretim 15
yaplabilmesi için 1236 ve 1224 ad verilen yer alt katlarnda cevher içerisinde galeriler sürülmüútür. Ulaúm ana rampa ile sa÷lanan bu katlardan özellikle 1236 katnn Do÷u 1 diye adlandrlan bölümünde cevher içerisinde 9 farkl galeri (galeri 2, galeri 3, galeri 4, galeri 5, galeri 6, galeri 7, galeri 8, galeri 9) sürülmüútür. Bu galerilerin her biri ortalama 40 – 45 metre uzunlukta olup toplam uzunluklar yaklaúk 360 – 400 metredir. 2.1 Hazrlk Galerilerinde Delme – Patlatma øúi Hazrlk amaçl sürülen galerilerde patlatma yöntemi olarak paralel delik metodu seçilmiú olup, tasarm ve uygulamalar bu yöntemde oldukça tecrübeli olan Park Demir Maden
firmas mühendisleri, delici operatörleri ve ateúleyicileri tarafndan yaplmaktadr. Hazrlk galerilerinde uygulanan patlatma tasarmna ait de÷iúkenler aúa÷da verilmiútir (ùekil 1., ùekil 2., Çizelge 1.): 18
18
5m
18 17
16
17
14
17
15
20
18
19
16
16
16
18
16 14
15
15
Kesme [paralel delik]
19
19
6m
19
16
17
14
17
15
17
19
20
19
1236 kat diye adlandrlan ve cevher içerisinde bulunan katta sürülen 9 farkl galeri de aúa÷dan yukarya delinecek deliklerle (fan) patlatmalar yaplarak ara katl göçertme yönteminin uygulanmas planlanmútr. 1236 kat, Do÷u 1 galerisi ve 4 no.lu drift’in görünümü ve tasarlanan patlatma tasarm ùekil 2. de verilmiútir.
13
10 6
2
11
8
4
9
13
1
3
5
11
7
10
Exel LP 4 m. ønfilakl fitil (5g./m) 2.82 Kg./m³ 1.97 m/m³
2.2 Hazrlk Galerileri Genel Durum ve Üretim Planlar
ùekil 1. Hazrlk galeri kesiti ve gecikmeler 12
: : : :
Hazrlk galerilerinde kuru deliklerde ana úarj olarak ANFO kullanlmakta ve ANFO’nun patlatma deliklerine doldurulmas iúi özel ANFO úarj makineleri ile yaplmaktadr. Deliklerde su bulunan galeri aynalarnda ise ana patlayc olarak ANFO’nun yerine kapsüle duyarl emülsiyon patlayc olan Powergel Magnum 365 (Ø 38x400 mm) kullanlmaktadr.
18
18
Ateúleme sistemi Yüzey ba÷lant sistemi Özgül úarj Özgül delik
Siyenit B lt
12
Demir Cevheri
ùekil 2. Hazrlk galerisi kesme bölgesi detay Çizelge 1. Hazrlk galerileri delme – patlatma parametreleri Formasyon Patlatma yöntemi Kesit alan Galeri taban geniúli÷i Galeri yüksekli÷i Ortalama delik says Patlayc delik çap Boú delik çap Delik boyu ølerleme (%90) Patlatlan hacim (% 90 ilerleme) Ana patlayc Toplam ana patlayc Yemleme
: : : : : : : : : : : : : :
Demir cevheri Paralel delik 31.09 m² 6.00 m 5.50 m 50 – 55 ad. 45 mm 89 mm x 4 ad. 3.80 m 3.42 m 106.33 m³ ANFO 300 Kg. P. Magnum 365 Ø 38x225 mm
1236 Kat, 4 no.lu drift
Serpantin 1224 Kat, 4 no.lu drift
ùekil 3. 1236 Kat genel görünümü
16
3 ARA KATLI GÖÇERTME ÖÇERTME PATLATMA TASARIMI (SERBEST YÜZEY OLUùTURULMASI) Ara katl göçertme yöntemi ile üretim patlatmalar yaplabilmesi için öncelikle uygun hacimde serbest yüzey oluúturulmas gerekmektedir. Delme – patlatma ile oluúturulmas planlanan bu serbest yüzey, paralel delik veya yelpaze çekme patlatma yöntemleri ile açlabilir (Orica, Engineer Training Program – Package No. 17). Bu aúamada serbest yüzeyin yelpaze çekme metodu ile oluúturulmas kararlaútrlmú, patlatma dizayn ve planlar bu do÷rultuda oluúturulmuútur (ùekil 4., ùekil 5., ùekil 6.). Patlatma Delikleri
10°
5 5° 10°
4 ve 5 no.lu deliklerin açlar
4 no.lu drift
ùekil 6. Planlanan patlatma tasarm; gecikmeler ve delik düzeni (kesit)
11 m.
Siyenit
5
Tasarlanan geçikme no.lar 1 2 2 3 3 4 4
Patlatma tasarmn uygulama aúamasnda pek çok zorlukla karúlaúlmútr. Bunlardan en önemlisi bu patlatmalar için özel olarak alnmú olan delici makinenin (Simba) yelpaze çekme metodunun gerektirdi÷i açlarda öne e÷imli delikleri delmeye uygun olmayúdr (ùekil 4.). Delici makine paralel delik metodunun uygulanmasna yönelik tasarlanmú olup öne do÷ru verebilece÷i en büyük aç 30°’dir (ùekil 7.).
Özel delici ile delinemeyen açdaki delikler.
Demir Cevheri Delici makine patlatma tasarmnn gerektirdi÷i açlarda delememektedir.
Serpantin 30°
ùekil 4. Planlanan patlatma tasarm Siyenit
Cevher
Pasa
1236 Kat Yüklenmeye
Cevher
hazr cevher
yükleme
1224
12-15 m
(pasa)
Delici Makine
ùekil 5. Üretim plan (1236 kat en üst kat olup di÷er katlar daha alt kotlardadr.)
Simba H1254
iúi
ùekil 7. Delici makine ile öne do÷ru en fazla 30° ile delik delinebilmektedir.
Kat
17
için daha önceden yurt dúndan sipariú edilen sert anti-statik úarj hortumlarnn kullanlmas kararlaútrlmútr.
Bu durumda delici makinenin (simba) delemedi÷i öne geniú açl patlatma deliklerinin, galeri aynalarnn delinmesinde kullanlan elektro hidrolik delici (jumbo) ile delinmeleri kararlaútrlmútr. Tasarm üzerinde gerekli de÷iúiklikler yapldktan sonra, uygun patlayc ve ateúleme sistemi seçim aúamasna gelinmiútir.
3.1.1.3 Ateúleme Sistemi Planlanan deneme patlatmasnda ateúleme sistemi olarak elektriksiz kapsüllerin kullanlmas uygun bulunmuútur (ùekil 9.).
3.1 Uygulamaya Öncesi
4 UYGULAMA
øúletmenin elinde bulunan delme ve úarjlama ekipmanlar göz önüne alnarak yaplan patlatma tasarmnn uygulanabilece÷i yer olarak yer alt maden oca÷nn 1236 kat, do÷u 1 galerisi ve drift 4 seçilmiútir.
4.1 Deliklerin Doldurulmas ve Ba÷lantlar Ara katl göçertme yöntemi ile üretim ve serbest yüzey oluúturulmasna iliúkin patlatma tasarm de÷iúkenleri aúa÷da verilmiútir (Çizelge 2.):
3.1.1 Patlayıcı ve Ekipman Seçimi 3.1.1.1 Patlayc Maddeler
Çizelge 2. Patlatma tasarm de÷iúkenleri
Ana patlayc olarak yatay galerilerde oldu÷u gibi ANFO seçimi üzerinde durulmuútur. Ancak seçilecek patlaycnn galeri tavanna delinen dik deliklerden (normal ile 10º) aúa÷ dökülmemesi ve mevcut ANFO úarj makinesi ile zorlanmadan úarjlanabilmesi gerekmektedir. Bu nedenle emülsiyon patlayc ile belli yüzdelerde karútrlmú ANFO ile çalúlmas planlanmútr. Belli oranda karútrlp Divri÷i’ne getirilen bu özel patlayc karúm 1236 kat, Do÷u 1 galerisi ve 6 no.lu drift’ te denenmiú ancak baúar sa÷lanamamútr. Emülsiyon karúm oran yeterli olmad÷ndan dik deliklere úarjlanan patlayc delikte tutunamayp aúa÷ dökülmüútür. Bu aúamada patlayc tedarikçisinden daha yüksek yüzde oranlarnda emülsiyon karútrlmú yeni patlayc numuneleri istenmiútir. Denemeler sonucunda ANFO úarj makinesinin rahatça úarj edebilece÷i, dik deliklerde tutunabilen emülsiyon – ANFO karúm oran tespit edilmiútir.
Formasyon Patlatma yöntemi Delik durumu Galeri taban geniúli÷i Galeri yüksekli÷i Delik says Bir sradaki delik says Patlayc delik çap (jumbo) 1. sra; (15º yatay) 2. sra; (25º yatay) 3. sra; (35º yatay) 4. sra; (45º yatay)
Jumbo deliklerinde úarj (ANFO –M) konsantrasyonu Patlayc delik çap (simba) 5. sra; (63º yatay) 6. sra; (68º yatay) 7. sra; (73º yatay) 8. sra; (78º yatay)
3.1.1.2 ANFO ùarj Makinesi ve Anti-statik Hortumlar Deneme patlatmasnn iúletmede halen galeri patlatmalarnda da kullanlan 100 kg. kapasiteli ANFO úarj ünitesi ile gerçekleútirilmesi kararlaútrlmútr. Bunun yan sra dik deliklere úarjlama yaplabilmesi
18
: : : : : : :
Demir cevheri Yelpaze çekme Kuru 6.00 m 5.50 m 72 ad. 9 ad.
: : : : :
45 mm x 36 ad. 9 delik (3.80 m) 9 delik (3.80 m) 9 delik (3.80 m) 9 delik (3.80 m)
: 1.50 kg/m 76 mm x 36 ad. : : : :
Simba deliklerinde úarj (ANFO –M) konsantrasyonu Ana Patlayc
:
Yemleme
:
Ateúleme sistemi Yüzey ba÷lant sistemi
: :
9 delik (5.40 m) 9 delik (7.20 m) 9 delik (9.00 m) 9 delik (10.80 m)
6.20 kg/m (~ %10 zayiat) ANFO – M P. Magnum 365 Ø 38x225 mm (306 g./ad.) Exel LP 18 m. ønfilakl fitil (5g./m)
Çizelge 2.’ de belirtilen ilk dört sra patlatma deli÷inin (jumbo delikleri) önce, geri kalan 4 sra deli÷in (simba delikleri) daha sonra patlatlmasna karar verilmiútir. Böylelikle ilk patlatma sonras ortaya çkan sonuçlar do÷rultusunda ikinci patlatmada gerekli tedbir ve revizyonlara gidilmesi planlanmútr. (ùekil 8).
makinelerin verimli çalútklar gözlenmiútir. Ayrca planlanan üretim deliklerinin verimli patlatlabilmesi için hedeflenen serbest yüzey güvenle açlmútr (ùekil 11.). Türkiye'de daha önceleri snrl sayda benzer patlatmalar paralel delik metodu ile yaplmú olup ilk kez yelpaze çekme yöntemi bu iú için kullanlmútr.
I. patlatma
1
1
4
3
2
1
1
1
2
3
4
6
5
4
3
3
3
4
5
6
8
7
6
5
5
5
6
7
8
10 9
8
7
7
7
8
9 10
4
2
1
1
1
2
3
4
4
3
Yemleme
1 2
2
3
4
ANFO – M
Jumbo delikleri Ø 45 mm
Elektriksiz
3
Kapsüller
Simba delikleri Ø 76 mm 6
5
4
3
3
3
4
5
6
6
5
5
5
6
7
8
II. patlatma 8
7
ønfilakl fitil 5g./m Elk. kapsül
9
8
7
7
7
8
9 10
ùekil 8. øki bölümde planlanan patlatmalar ve ateúleme sralar ølk patlatma için planland÷ gibi jumbo delikleri patlayc ile doldurulmuú ve ba÷lantlar yaplmútr (ùekil 8., ùekil 9.). Patlatma sonucunda hedeflenen pilot açklk sa÷lanmú ve simba deliklerinin daha rahat patlayabilece÷i serbest yüzeyde elde edilmiútir (ùekil 10.). økinci patlatma için daha önceden delinmiú olan 76 mm çapndaki patlatma delikleri (ùekil 8.) ANFO úarj makinesi ile doldurulmuú ve elektriksiz kapsüllerin ba÷lantlar yaplmútr (ùekil 9). Patlatma sonras elde edilen parça boyutunun ve da÷lmnn iyi oldu÷u, yükleyici
19
ùekil 9. Ateúleme sisteminin ba÷lantlar Patlatma sonras çkan malzemenin uzaktan kumandal yer alt kepçeleri vastasyla yüklenecek boyutlarda oldu÷u görülmüútür (ùekil 11.). Üretim deliklerinin ayn yöntemle açlan serbest yüzeye do÷ru patlatlmas ve boúlu÷un geniúletilmesi hedeflenmiútir. 10°
11 m.
10
Açlan pilot serbest yüzey
Patlatma sonras çkan malzeme
ùekil 10. ølk Patlatma sonras elde edilen serbest yüzey
KAYNAKLAR 11 m.
10°
Açlan serbest yüzey
Yer alt kepçesi
Patlatma sonras çkan malzeme
1236 Kat
1224 Kat
ùekil 11. patlatma sonras çkan malzemenin uzaktan kumandal yer alt kepçesi ile yüklenmesi 5 SONUÇLAR Divri÷i A-Kafa Yer Alt Maden øúletmesi 1236 kat galerilerinde aúa÷dan yukarya delinecek deliklerle (fan) patlatmalar yaplarak üretim hazrlklarnn yaplmas planlanmútr. øki kademede gerçekleútirilen patlatmalarda üretim deliklerinin verimli patlatlabilmesi için serbest yüzey oluúturulmas hedeflenmiútir. Bu do÷rultuda yelpaze çekme metodunun temel prensipleri kullanlarak delme patlatma tasarm yaplmútr. Tasarmn uygulanmas srasnda delici makine ile tasarm uyumsuzlu÷unun farkna varlmú bu durum baúka bir delici makinenin yardmyla geçici olarak aúlmútr. Ancak ileride bu uyumsuzlu÷u ortadan kaldrmak adna delici makinenin daha rahat delebilece÷i paralel delik yönteminin uygulanmas üzerine çalúlmas gereklidir. Uygun patlayc, ANFO ile emülsiyonun belli oranlarda karúmndan elde edilmiú numunelerin sahada denenmesi ile tespit edilmiútir. Bulunan patlayc bundan sonraki benzer patlatma uygulamalarnda da kullanlabilecektir.
20
Orica Technical Service Team, Safe and Efficient Blasting in Underground Metal Mines, (139 - 171 s.). International Society of Explosives Engineers, (17th ed.), 1998. Blasters’ Handbook, Cleveland, Ohio, (351 - 408 s.). Olofsson, Stig O., 1988. Applied Explosives Technology for Construction and Mining, Arla, Sweden, (160 - 173 s.). Orica, Engineer Training Program – Package No. 17 (Ring Drilling), Australia, (90 - 111 s.). Introductory Mining Engineering, Howard L. Hartman, The University of Alabama (441 - 450 s.).
Bat Anadolu Çimento Fabrikas Hammadde Oca÷nda Ön Kesme (Presplttng) Uygulamas Presplitting Applications At Batı Anadolu Cement Factory Raw Material Quarry Ergün Alpaydn,
Nitromak A.ù., Ankara
Hayer Yalnz, R. Alper Askan Batçm, øzmir
ÖZET: Özellikle çevre bilincinin daha da geliúti÷i günümüzde madencilik ve inúaat sektöründe çalúanlarn gerek do÷a ve gerekse çevre ile daha barúk çalúmalar yapmalar gereklili÷i ortaya çkmútr. Kaya hareketinin yo÷un oldu÷u açk ocak patlatmalar ve bunun sonucunda do÷ada oluúan tahribat proje sonunda, baúlangç durumundaki gibi olmasa da, úev yaps, bitki örtüsü ve insanlar için oluúturdu÷u güvensiz ortamlardan daha kabul edilebilir bir duruma getirebilmek için hepimizin üstüne düúen görevler vardr. øúte bu bildiride úevin yapsn korumak ve çevre açsndan güvensiz ortamlar oluúturmamak için, Bat Anadolu Çimento Fabrkas hammadde oca÷nda nihai úevlerinde yaplan ön kesme (presplitting) uygulamalar anlatlmútr. ABSTRACT: Because of the increasing awareness of people on environmental affairs recently, the works in mining and construction is carried out in a more conscious way. Where the blasting activities are conducted in large scale, the greater volumes of rock removal occur and the nature is destructed. To decrease the various hazards resulting from blasting activities, such as bench slope failure, flora destruction and people discomfort, much greater care must be spent on the blasting activites. In this paper, the presplitting applications carried out at Bat Anadolu Cement Factory’s raw material quarry to keep the final benches undestroyed and safe and to provide a reliable environment are explained.
1-GøRøù øzmir-Ankara devlet karayolu üzerinde bulunan Bat Anadolu Çimento Fabrikas ülkemizde faaliyet gösteren krkn üzerindeki çimento fabrikasndan bir tanesi olup, hammaddeden nihai ürüne kadar geçen aúamalarda en son teknolojiyi kullanarak çevre ile uyumlu bir úekilde çalúmalarn sürdürmektedir. Yine bu øúletmede gerek
21
patlayc madde ve gerekse ateúleme sistemlerinin seçimi, en son teknolojiler ve bu teknolojilerle üretilen ürünler olarak tercih edilmiútir. Emülsiyon patlayclarn yemleme ve kolon úarjnda kullanlmas, ateúleme sistemi olarak elektriksiz ateúleme sistemlerinin tercih edilmesi ve patlatma konularnda teknik deste÷e baúvurulmas bunlara en iyi örnektir.
2-ÖN KESME (PRESPLITTING) UYGULAMASI NEDøR ? Ön kesme (presplitting), ön çatlatma olarak da ifade edilir. Son kesme hattnda, düúük úarj yo÷unlu÷unda doldurulmuú olan ve ayn hat üzerinde bulunan birbirine yakn deliklerin üretim deliklerinden önce patlatlmasna ön kesme denir (ùekil 1). Ön kesme veya ön çatlatmadaki amaç, nihai úevde düzgün yap elde etmek ve atm sonucunda aç÷a çkan enerji ile nihai úevin bozulmasn önlemektir.
Resim.1. Hatal Delme Uygulamas (SivasYldzeli Yol Çalúmas.) Kaynak. Mehmet Güler, øzmir Jeolojik yapdaki bozukluk ve kayaç yaps da ön kesme uygulamas sonucunu do÷rudan ve olumsuz etkiler.
ùekil.1. Ön kesme (presplitting) delikleri patlatma prensibi. Kaynak, Olofsson.S. Bir ön kesme uygulamasnn baúarl olmas için etken baz parametreler vardr. Bu parametreler; 1-Do÷ru delik uygulamas 2-Kayacn jeolojik yaps 3-Delik çap ve delikler arasndaki mesafe 4-Deliklerin úarj edilmesi 5-Delik taban yükü 6-Zamanlama
Ön kesme uygulamalar genel olarak açk ocak çalúmalarnda 2.5-3.0 inch (64-76 mm) delik çaplarnda yaplr. Ancak 3.5 inch (89 mm) delik çap uygulamalarnda da baúarl sonuçlar alnabilmektedir. Bunun üzerindeki delik çap uygulamalarndan genellikle istenilen sonuç elde edilemez. Üretim delikleri ile ön kesmenin ayn uygulama grubu içerisinde yaplmas durumunda, ön kesme deliklerinin üretim deliklerinden önce patlatlmas gerekti÷ine dikkat edilmesi gerekir. 3-YAPILAN ÇALIùMALAR UYGULAMALAR
VE
3.1.Uygulama Öncesi Yaplanlar
Ön kesme uygulamalarnda do÷ru delik uygulamas çok önemlidir. Delikler arasndaki mesafenin çok yakn olmas ve delme iúlemindeki yanlúlklar ve hatalar, iúin sonucunda amacna uygun olmayan sonuçlar ortaya çkarr (Resim 1).
22
Uygulamalara baúlamadan önce, öncelikle hammadde oca÷nda incelemeler yaplarak, kayacn her yönden yaps belirlenmiútir. Bu incelemede en çok tabakalanma, kireçtaúndaki boúluklarn varl÷ ile kil bantlar üzerinde durulmuútur. Yukarda da belirtildi÷i gibi ön kesme uygulamalarnda kayaç yapsnn etkinli÷i çok fazladr. Bu nedenle bu konularda titiz çalúmalar yaplmútr. Ön kesme öncesi úevin durumu Resim 2’de sunulmuútur.
Ön kesme çalúmalarnn tamamlanmas ile basamaklarn terk edilmesinden sonra nihai úevlerde düzgün oluúturulmuú bir úev yaps braklmak istenmiútir. Bu durum, görüntü kirlili÷ini biraz olsun ortadan kaldracaktr. Ayrca úevdeki akmalarn önlenmesi ve iúletmenin istedi÷i esaslar da göz önüne alnarak, incelenen úev yapsna da uygun oldu÷u düúünüldü÷ü için 75 derecelik bir úev e÷imi uygulamasna karar verilmiútir.
Resim.3.Delme uygulamas Burada 5 tane uygulama yaplmútr. Yaplan delme uygulamalar Tablo.1.de verilmiútir. Tablodan da anlaúlaca÷ gibi toplam 3.086 m delme uygulamas yaplmútr. Hammadde oca÷nn en üst kotunda çalúmalar yaplmaya baúland÷ için topo÷rafyaya ba÷l olarak delik boylar 9 ile 17 metre arasnda de÷iúiklik göstermektedir.
Resim.2.Ön kesme öncesi nihai úevin durumu 3.2.Delme ve Uygulamalar
Delik
Geometrisi
Delme uygulamas için eldeki mevcut delik makinas kullanlmútr. Mevcut makina ile en düúük delebilece÷imiz delik 89 mm oldu÷u için bu çap kullanmak durumunda olduk. 2.5-3.0 inch’in üzerinde ön kesme uygulamas pek önerilmese de 89 mm ile de baúarl sonuçlar alnabilece÷ini yukarda belirtmiútik. Uygulamada 89 mm delik çap ile birlikte delikler aras mesafe 0.8 m olarak alnd. Resim 3’de delme uygulamas görülmektedir.
23
Tablo.1.Yaplan uygulamalar Ayna Top.D Uygula Deli Uzunlu el. ma k Boyu ÷u No Says (m) (ad) (m) 1 36 30 9 2 42 34 12 3
45
36
14
4
38
31
16
5
60
48
17
3.3.Deliklerin Doldurulmas Uygulamada ana patlayc olarak emulsiyon (Emulite-TG 32 x 400, 400 gr’lk) patlayc maddesi kullanld. Ateúleme sistemi olarak 10 gr/m ‘lik infilakl fitiller kullanlarak ateúleme yapld. Delik boyunca indirilen infilakl fitile, delik tabannda 2 adet kartuú patlayc irtibatlandrlmútr. Kolon boyunca 1.5 m de bir adet yine yukarda sözü edilen patlayc madde fitil ile irtibatlandrlarak delik doldurma iúlemine devam edilmiútir.
Patlayc ile infilakl fitilin irtibatlanmasna örnek Resim 4’de verilmiútir. Bu iúleme delik yüzeyine 1.5 m kalana kadar devam edilmiútir. Delik doldurma iúlemine örnek ùekil 1’de verilmiútir. Bilindi÷i gibi ön kesme iúleminde genel olarak deliklere sklama yaplmamaktadr. Delik içerisindeki iúlem tamamlandktan sonra yüzeyde delikler arasnda infilakl fitil dolaútrlarak ba÷lant iúlemi tamamlanmútr (Resim 5).
Tablo.2.Kullanlan toplam patlayc ve fitil miktarlar. Uygulama Patlayc Fitil No Miktar Miktar kg/delik (m) 2.8 x 36 1 =100.8 342 3.2 x 42 2 =134.4 525 4.0 x 45 3 =180.0 652 4.8 x 38 4 =182.4 627 5.2 x 60 5 =312.0 1.050 Toplam 909.60 3.196
madde ùarj kg/m 0.32 0.27 0.29 0.30 0.30
ùekil.1.Örnek bir delik uygulamas (12 m’lik) Bu úekilde Emulite-TG 32 x 400 patlayc maddesinden 9 m.’lik deliklerde 7 tane, 12 m.’lik deliklerde 8 tane, 14 m.’lik deliklerde 10 tane, 16 m.’lik deliklerde 12 tane ve 17 m.’lik deliklerde 13 tane kartuú kullanlmútr. Kullanlan patlayc madde ve ateúleme sistemlerinin miktarlar ile birlikte di÷er teknik ayrntlar Tablo.2. de verilmiútir.
Resim.5.Yüzeyde fitillerin ba÷lanmas 3.4.Yaplan Uygulamalarn Sonuçlar Ön kesme uygulamalarnda kullanlan patlayc maddelerin ölçümlendirilmesinde baz esaslar vardr. Kullanlan delik çapna da ba÷l olarak sarf edilen patlayc madde miktarlar 0.11 ile 0.45 kg/m arasnda de÷iúmektedir. Burada sarf edilen miktarlar 0.30 kg/m civarnda olmuútur. Baz durumda metrekare hesabda yaplabilir. Yine bu uygulamada 0.27-0.44 kg/m2 arasnda de÷iúen de÷erlerde sarfiyat olmuútur. Yaplan uygulamalarda konunun ekonomik yönü de de÷erlendirilmiútir. 12 m - 14 m dolayndaki uygulamalar en ekonomik
Resim.4.Kapsüle duyarl ile infilakl fitilin iritibatlandrlmas
24
uygulamalar olmaktadr. øúletmenin alt kotlarndaki basamak yükseklikleri zaten 12 m. dir. Yaplan ön çalúmalar ve uygulamalar srasndaki bir takm müdahaleler sonucunda en uygun uygulama úekli tespit edilmiútir. 1. uygulama sonuçlandrlp aynann durumu görünmeden 2. uygulama yaplmamútr. Bu devamndaki di÷er uygulamalar için de geçerli olmuútur. Ön kesme uygulamalarna bir örnek Resim 6’da sunulmuútur.
Resim.6.Patlatma sonras, bir uygulamasnn görünümü
gerekmektedir. Buradan oluúacak sonuca göre yeni bir çalúma program yaplacaktr. Çünkü burada kullanlan patlayc madde çap ve dolum úekli de de÷iútirilmiútir. Yaplan uygulamalardan 1., 2. ve 4. uygulamalarda sadece ön kesme delikleri doldurulup patlatlmútr. 3. ve 5. uygulamada, üetim delikleri ile ön kesme delikleri ayn uygulama içerisinde patlatlmútr. Ön kesme deliklerinin, üretim deliklerinden önce patlatlmasna dikkat edilmiútir. Üretim delikleri ile ön kesme deliklerinin birlikte ve birbiri ardsra patlatld÷ durumda, ön kesme deliklerinin özgül úarjlar daha düúük tutulmuútur. Bundaki amaç, arka tarafta oluúacak örselenmeyi azaltmaktr. Bunun için ara kesme uygulanarak patlayclarn kolona yaylmas sa÷lanmútr. Ön kesme uygulamalar sonucunda ulaúlan sonuca bir örnek Resim 7’de verilmiútir.
ön kesme
ølk uygulama da delikler aras mesafe 0.70 m olarak alnmútr. Ancak uygulama sonucunda yüzeyde aúr örselenmenin belirlenmesinden dolay úevde de olumsuz durumlarla karúlaúlabilece÷i kans, öndeki malzemenin alnmasndan sonra bu düúüncemizi do÷rulamútr. Bundan sonraki uygulamalarda delikler aras mesafe 0.80 m ye çkartlmútr ve oldukça baúarl sonuçlar alnmútr. øúletme, úev e÷imini biraz daha düúürüp, bunun sonucunu görmek istemiútir. Bu amaçla úev açs düúürülerek bir uygulama daha yaplmútr. Daha önce 75 derece olan ön kesme deliklerinin e÷imi 65 dereceye düúürülüp delme iúlemi gerçekleútirilmiú ve buna göre dolum iúlemi yaplmútr. Ancak uygulama sonucuna henüz ulaúlamamútr. Çünkü ön kesme uygulamasnn yapld÷ bölgede nihai úeve ulaúlmas için bir süre daha üretim çalúmas yaplmas
25
Resim.7.Nihai úevden genel bir görüntü 4. SONUÇ Günümüzde ön kesme (presplitting) uygulamasna bir çok yerde ihtiyaç duyulmakta ve inúaat projelerinde özellikle istenmektedir. Karayollar ve demir yollarndaki yol yarmalarnda, baraj inúaatlarnda yaygn olarak uygulanmaktadr. Artk günümüzde madencilik faaliyetlerinin sonland÷ nihai úevlerde de yaygn kullanm alan bulan ön kesme uygulamas, üretim
deliklerinden daha yüksek maliyet içermektedir. Ancak do÷aya ve yaúad÷mz çevredeki insanlara karú olan sorumluluklarmz ön kesme uygulamasnn gereklili÷ini ve önemini ortaya koymaktadr. Çevresel etkiler sadece titreúim, hava úoku vb. olumsuzluklar de÷ildir. Görsel kirlilik ve úev akmalarnn oluúmas da önemli çevre sorunlardr. Her sektörde oldu÷u gibi bu sektörde de faaliyet gösterenlerin buna gereken önemi göstermeleri gerekmektedir.
26
5-KAYNAKLAR Olofsson,S.O., 1991, Applied Explosives Technology for Construction and Mining, Applex, Arla, Sweden Güler. Mehmet, øzmir, Kiúisel Görüúme
Bir Yer alt Madeninde Uygulanan øki Farkl Patlatma Düzeninin Deformasyona Olan Etkisi The Effect Of Two Different Exploding Arrangement Applied In An Underground Mining On Deformation Güzide KALYONCU ERGÜLER
MTA Maden Analizleri ve Teknolojisi Dairesi, Çevre Koordinatörlü÷ü, ANKARA
ÖZET Bu çalúmada, bir yeralt madencili÷inde galeri aynalarnda ve katlar arasnda patlatmalar gerçekleútirilmiú olup, bu patlatmalar sonucunda galerilerde meydana gelen deformasyonlar ölçülmüú ve alnan bu ölçümlerden yararlanlarak deformasyon de÷iúimleri incelenmiútir. Patlatma delikleri için katlar arasnda 76 mm, aynalarda ise 45 mm çapndaki karotiyerler kullanlmútr. Delikler aras mesafenin galerilerde oluúan deformasyon üzerindeki etkisini araútrmak amacyla, sondaj çalúmalar katlar arasnda ve aynalarda farkl delik geometrilerinde gerçekleútirilmiútir. Delik geometrisi ile deformasyon arasndaki iliúki, kapanma ölçümleri göz önünde bulundurularak de÷erlendirilmiútir. Elde edilen de÷erlendirmeler sonucunda, ayn patlayc miktaryla en etken ve daha az deformasyonun sa÷lanmas için delikler aras mesafenin katlar aras için bakr cevherde 3 m çinko cevherde 2.5 m ve aynalar için ise bakr cevherde 1m çinko cevherde 0.9 m olmas gerekti÷i sonucuna varlmútr. Bu delik geometrisi ile gerçekleútirilen patlatmalar sonucunda, bakr cevherde 4.56 mm çinko cevherde ise 9.92 mm’lik deformasyon miktarlar ölçülmüútür. ABSTRACT In this study, blastings were realized within the galleries’ layers and on the faces in a underground mining, deformations occurred as a result of these blastings were measured and then the deformation variations were evaluated by considering these measurements. For blastholes, the core bits having 76 mm diameter for layers and 45 mm diameter for galleries’ faces were used. In order to investigate the effect of interval between holes on the deformation occurred in the galleries, the drilling works were realized in different drill pattern within layers and on galleries’ faces. The relationship between drill pattern and deformation was evaluated by considering convergence measurements. As a result of obtaining evaluations, in order to get less deformation and the most effective exploding arrangement with the same amount of explosive, it was concluded that the distance between drill holes might be 3 m in copper ore, 2.5 m in zinc ore for galleries’ layers and 1 m in copper ore, 0.9 m in zinc ore for galleries’ faces. After the blasting realized with this drill pattern, the deformations quantities which is 4.56 in copper ore and 9.92 mm in zinc ore were measured. 1 GøRøù Madencilik faaliyetlerinde delme patlatma çalúmalarndan istenilen verimin alnmas; kayann jeolojik özelliklerine ba÷l oldu÷u gibi uygun delik geometrisi, patlayc miktar gibi mühendislik tasarmna da ba÷ldr. Üretim maliyetlerinin düúürülmesi ve iúletme
27
verimlili÷inin artrlmas için iúletmelerde kullanlan delik geometrisinin, istenilen üretim miktarnn sa÷lanmasnn yan sra destek sistemine zarar vermemesi de gerekmektedir. Bu da ancak yaplacak olan deneme yanlma yöntemleriyle uygun delik geometrisinin bulunmas ile sa÷lanabilir.
Bu çalúmada ise, Türkiye’de ki bir metal madeninde yeraltnda uygulanan delik geometrisi patlatma verimlili÷i kapanma ölçümleriyle de÷erlendirilmeye çalúlmútr. Böylece elde edilen sonuçlara ba÷l olarak delme patlatma ile üretim yapan veya yapmay düúünen yeralt ocak iúletmelerine bu yönüyle úk tutmas amaçlanmútr. Bu amaçla çalúmada uygulanan yöntem aúa÷da açklanmútr. 2 ÇALIùMADA YÖNTEM
UYGULANAN
delme makinesi), Jumbo ( ayna delikleri delme makinesi) ile yaplmútr. Bu makinelerin teknik özellikleri aúa÷da açklanmútr. 2.1.1 Solomatic delik delme makinesi Katlar aras patlatma delikleri, solomatic delik delme makinesi ile delinmektedir. 51 ile 102 mm çaplar arasndaki delikleri 40 m uzunlu÷a kadar delebilen bu makine ile yukardan aúa÷ya veya aúa÷dan yukarya do÷ru delik delinebilmektedir (ùekil 2).
Öncelikle delik delme iúlemini yapan makineler tantlarak delik uzunluklar ve çaplar hakknda bilgi verilerek, ateúleme düzeneklerine geçilmiútir. Ateúlemeler sonrasnda oluúan deformasyon miktarlar de÷erlendirilmiútir. Bu çalúma srasnda yaplan tüm iúlem admlar ùekil 1’de çalúma yöntemi olarak verilmiútir. DELME øùLEMøNDE KULLANILAN MAKøNALAR
DELøKLERøN DOLDURULMASI VE ATEùLEME DÜZENEöø
CUBEX SOLOMATø
ùekil 2. Solomatic delik delme makinesinin delik açm (Ergüler, 2007a).
JUMBO
2.1.2 Cubex delik delme makinesi
AYNA
102 mm ile 203 mm çapndaki delikleri de delebilen, cubex delik delme makinesi solomatic makinesinin alternatifi olarak nadiren patlatma deliklerinin delinmesinde kullanlmaktadr. Esas amac, serbest yüzey oluúturulmas için açlan baúyukar bacalarnn kesiminden önce 203 mm çapndaki pilot deli÷in delinmesi ve daha sonra baca kesicinin buna montaj ile baúyukarnn sürülmesini sa÷lamaktr. Cubex, ufak delik (39 mm), pilot delik (203 mm) ve V30 deli÷inin delinmesi için kullanlmaktadr (ùek.3). Rot uzunlu÷u 1.5m’dir. 10–12 rot kullanlarak delik delinebilmektedir. Machine Roger ad verilen geniúletme kafas göbek delik açmnda kullanlr ve cubex makinesine ba÷lanr. 3 m/saat hzla 762 mm çapnda, bir baca açabilen bu makine serbest
KATLAR
KAPANMA ÖLÇÜMLERø SONUÇLARIN DEöERLENDøRøLMESø
ùekil 1. Çalúma yöntemi aúamalarnn úematik gösterimi. 2.1 Delme øúleminde Kullanlan Makine Bilgileri Bu çalúma kapsamnda delik delme iúlemleri yeraltnda kullanlan; Cubex ( delik delme makinesi), Solomatic ( katlar aras delik
28
yüzey oluúturulmasnda kullanlmaktadr. Cubex makinesinin çalútrlmasndan önce, delik delinecek yüzey düzleme makinesi (tak tak) ile gerekli görülüyorsa düzenlenir. Delik sralarn belirlemek için yan duvarlara numaralar boya ile iúaretlenir. Makine ba÷lantlar yaplarak çalúmaya hazr hale getirilir. Delinecek delik için deli÷in aç ayar yaplmaktadr (Ergüler, 2007a).
ùekil 3. Cubex delik delme makinesi. 2.1.3 Jumbo delik delme makinesi Ayna deliklerinin açlmasnda lastik tekerlekli iki kollu jumbo kullanlmaktadr. 12-90 m2 lik bir alanda çalúma imkanna sahip olan jumbo kolu 360o dönebilen yapda ve 4 m uzunlu÷unda delik delebilmektedir. Yaplan bütün iúlemler jumbo üzerinde bulunan elektronik gösterge ile kontrol edilebilmektedir. Aynann göbek ksmnda bulunan iki adet 89 mm lik boú braklan deliklerin delinmesinde de jumbo makinesi kullanlr (ùek. 4). Hava ihtiyac 3 m3/sn ve su sarfiyat 66 lt/dak dr (Ergüler, 2007a).
(a)
(b) ùekil 4. (a) Jumbo delik delme makinesi ve (b) delik delme iúlemi. 29
2.2 Deliklerin Doldurulmas ve Ateúleme Düzene÷i Bu çalúmada, 3.80 m lik atm sa÷lanabilmesi için etkin delik geometrisi belirlenmeye çalúlmútr. Bu amaçla, bakr cevher, yüksek krlganl÷a sahip oldu÷u için 3*3 m, çinko cevher ise daha düúük krlganl÷a sahip oldu÷u için 2.5*2.5 m veya 2.5*3 m delik düzeni uygulanmútr. Galeri geniúli÷i 6.5-7 m arasnda de÷iúti÷inden bir srada genellikle 3 delik bulunmaktadr. Delikler açldktan sonra delik içerisinde kalmú olan /olabilecek toz ve kaya krntlar basnçl hava yardmyla temizlenir. Böylece deli÷e yaplacak patlayc úarj esnasnda, karúlaúlabilecek güçlükler engellenmiú ve istenilen miktarda patlayc úarjna olanak sa÷lanmú olur. Deliklerin doldurulmas esnasnda ara sklama maddesi olarak silindirik a÷aç kullanlmaktadr. Dinamitlerin arasna silindirik a÷aç yerleútirilmesinin sebebi; delik boylarnn 4 metre olmasdr. Oysa deli÷e úarj edilen patlayclar, kendi baúna, deli÷in ancak yarsn doldurabilmektedir. Oysa verimli bir patlama sa÷lanabilmesi, deli÷e kolon úarj uzunlu÷u boyunca yeterli patlayc maddenin doldurulmas ile olur. Sklama olarak kullanlan a÷aç boyutlar 40*400 mm ‘dir. Söz konusu deliklerin gecikmeli olarak ateúlenmesini sa÷layan NONEL kapsülüdür. Deli÷e ilk úarj edilen ilk dinamitin ucunda, infilakli fitil (detonating Cord) ve NONEL kapsül birlikte mevcuttur. ønfilakl fitil; bir patlayc ile di÷erinin temasn sa÷layarak tüm patlayclarn (dinamitlerin) patlatlmasn sa÷lar. Bir dinamit 10 cm yaknndaki di÷er dinamiti patlatmas mümkündür. Oysa burada patlayclar arasna (iki dinamit arasna) 40 cm uzunlu÷unda a÷aç yerleútirilmektedir. Bu sebeple delik içinde düzgün ve sürekli bir patlatmann sa÷lanmas infilakl fitil kullanmn zorunlu klmútr.
ùekil 5 üzerinden de takip edilecek olunursa önce sra numaras ‘’0’’ olan delik, ardndan da ’’1’’ olan delik patlayacaktr. Bu patlatma srasyla 2,3,4,5... nolu deliklerle devam edecektir. Sra numaras ‘’1 ‘’ olan NONEL ‘in gecikmesi 100 ms ‘dir. Peryot numaras ‘’2’’ olan NONEL ‘in gecikmesi 200 ms ‘dir. Görülece÷i üzere önce göbek delikleri, sonra duvar delikleri daha sonra tavan delikleri ve en son olarak ta taban delikleri patlatlmaktadr.
patlatlr ve böylece istenilen galeri kesiti elde edilir. Bu tür galeri atmlarnda kullanlan NONEL türü, NONEL GT/T dir. Deliklere yeterli miktarda patlayc úarj yapldktan sonra delik dúnda kalan yaklaúk 2 m uzunlu÷undaki NONEL tüpleri belirli bölgelerde bir araya toplanr. Her bölgede bir araya toplanan NONEL tüpü saysnn 20’den fazla olmamas istenir. Bu NONEL tüpleri plastik bir bantla birbirine ba÷landktan sonra UB 0 denilen bir demet ba÷layc (bunch connector) ile sarlarak ba÷lanr. Bir aynada genellikle 4 bölge bulunur. Her bölgede bir UB 0 mevcuttur. Bu dört UB 0 çkúndaki NONEL tüpler bir baúka UB 0 ile sarlr. Bu en son UB 0’n ucuna elektrikli kapsül ba÷lanr ve en yakn elektrik panosu ile iliúkilendirilir. Böylece sistem ateúlemeye hazr duruma getirilmiú olur. Ateúleme, tüm galeri boúaltldktan sonra, yetkili kiúilerce, yeryüzünden yaplr. Yeryüzünden elektrik devresi yardmyla verilen 220V’luk cereyan elektrikli kapsülü ateúler, oluúan úok NONEL ‘i patlatmak için yeterli olmaktadr.
ùekil 5. Deliklere göre patlayc úarj
2.2.1 Ayna ve Katlararas Deliklerinin Doldurulmas
Bu úekilde bir patlatma srasnn uygulanmasnn önemini, göbe÷in öncelikli olarak çkarlmasdr. Bunun için göbekteki 89 mm‘lik iki delikten (úarj yaplmayan) yararlanlr. Bu iki delik patlatma esnasnda serbest yüzey oluúturarak göbe÷in sökülmesine yardmc olur. Göbek söküldükten sonra daha büyük bir serbest yüzey meydana gelmekte ve mevcut patlayc úarjndan dolay da duvar deliklerinin patlatlmas gerekmektedir. Bu amaçla, duvar deliklerini patlatarak tavan askda brakmak, yerçekimi kuvvetinden yararlanp daha düúük úiddetteki patlayc ile (ELBAR-1) tavan düúürmektedir. Yüksek úiddetli patlayclar (dinamit) tavann aúr sökülmesine sebep olurlar. Bu ise istenmeyen bir durumdur. En son olarak ise en fazla patlayc úarj yaplan taban delikleri
Ayna taban delikleri 3o, göbe÷e ait ilk 8 delik 5o aúa÷ e÷imle delinmesi, bütün ELBAR delikleri ve tavana yakn sra 3o yukar e÷imle delinmesi ve üretim ve yardmc delikler 1o e÷imle yukar yönde delinmiútir (ùek. 6). Özgül úarj 1.1 kg/m3 olacak úekilde ve 45 kg dinamit, 100 kg emulite ve 10 kg ELBAR 1 kullanlarak bütün delik tabanlarna 32*400 mm dinamit kapsül ile yerleútirmiútir. ELBAR deliklerinin altnda 1.20 m lik boúluk braklmútr (ùek. 7). Katlararas delikler ise, alt taraftan skútrlarak konik bir takozla iyice tkandktan sonra, yukardan NONEL Unidet U475 kapsülü ile 40*400 mm Jelatinit dinamit kullanlarak hazrlanmú yemleme, takozun üzerine oturtulduktan veya yerleútirildikten sonra deli÷in yars
30
ELBAR5 ile doldurulmakta ve daha sonra ölçekler kullanlarak yaklaúk 1 m kum doldurulup ara sklama yaplmaktadr.
ùekil 6. Galeri aynalarnda açlmú olan tipik bir delik geometrisinin úematik görünümü.
ùekil 7. Delik úarj ve zamanlama geometrisi (parantez içinde verilen saylar dinamit saysn, E: elbar patlaycsn göstermektedir).
31
Kumun üzerine yine ayn tür dinamit ile NONEL Unidet U500 kapsülü kullanlarak hazrlanmú ikinci bir yemleme sarktlmakta ve bunun üzerine yine ELBAR5 ile deli÷in a÷zndan 1 m boúluk kalana kadar doldurulmaktadr. Kalan son 1 m boúlu÷a yine kum ile sklama yaplmaktadr. Yüzey ba÷lantlar ve ateúleme yer üstünden ocak tamamyla boúaltldktan sonra yaplmaktadr. 64 mm çapndaki deliklerle baúlayan katlar aras patlatma 89 mm, hatta zaman zaman 102 mm çapndaki deliklerin kullanlmas ile baúta delme zamann azaltma yönünde olmak üzere bir takm yararlar sa÷lanmútr. Bu yararlar karúlaútrlmal olarak Çizelge 1’de verilmiútir. Bu çizelgede ortalama galeri uzunluklar 32 m arasnn patlatlmas varsaymndan yola çklarak hazrlanmútr.
Daha sonra UB 17, 25 ve 42 ms’ lik gecikme kapsülleri ile delikler birbirine ba÷lanr. Dikkat edilecek nokta ayn zamanda iki deli÷in patlamasn sa÷lamaktr (ùek. 9).
Çizelge 1. Karúlaútrmal delik özellikleri
Delik Çap Delik Düzeni Delik Says Toplam Delinen Metre Özgül ùarj Karúlaútrmal Maliyet (%ton)
64 2*2 70 980
76 2*2 70 980
89 3*3 38 532
102 2.5*3 44 616
0.93 87
1.28 100
0.86 60
1.04 72
Patlatma srasnda önce 475 ms’lik kapsül ba÷lanan alt ksm sonra 500 ms’lik kapsül ba÷lanan üst ksm patlamaktadr. Bir seferde genellikle iki srann atm yaplmaktadr (ùek. 8).
ùekil 8. Katlar aras delik geometrisi (Kalyoncu, 2000). ølk önce bir açlú deli÷i seçilerek bu deli÷e UB 0 kapsülü ba÷lanr. Seçilen bu delik serbest yüzeye en yakn delik olmaldr. 32
ùekil 9. Çalúmalarda kullanlan delik úarjnn iki boyutlu görünümü (Kalyoncu, 2000). 2.3 Kaya Birimlerinin Özellikleri ve Uygulanan Tahkimat Sistemi Ölçümlerin yapld÷ galerilere ait kaya birimlerinin tek eksenli skúma dayanm de÷erleri; bakr cevherde 58.2 MPa, çinko cevherde ise 42 MPa oldu÷u saptanmútr. Dolayl çekme dayanm de÷erleri ise; bakr cevherde 4.35 MPa, çinko cevherde 2.98 MPa olarak belirlenmiútir. Bakr ve çinko cevherlerinin birim hacim a÷rlk de÷eri ise srasyla 26 ve 31 kN/m3’dir (Kalyoncu, 2004).
Kapanma istasyonlarnn bulundu÷u galerilerde destek sistemi olarak, çelik hasr ile püskürtme betonun yan sra, 1.10 ile 1.26 m mesafe aralklarla dizayn edilmiú 2.4 m uzunlu÷unda, 25 mm çapnda ve 22.2 mm yiv boyutunda çimentolu ve reçineli kaya saplamalar kullanlmútr. Çelik hasrlar 5x5 m boyutunda kare veya 3.5x1.5 m boyutlarnda dikdörtgen úeklinde olup, oluúan küçük kaya parçalarnn tutulmasnda kullanlmútr. Püskürtme beton çalúmalarnda çekme dayanmn arttrmak için çelik tel içeren karúm kullanlmú ve bunun sonucunda yaklaúk 30 MPa’a varan çekme dayanm de÷erleri elde edilmiútir. Cevher üretimi yaplmú galerilerde ise, destek amaçl ve dayanm 0.79 ile 1.27 MPa arasnda de÷iúen macun dolgu da kullanlmútr.
istasyonun sol ve sa÷ yan duvarlarnda ve tavannda yer alan iúaret noktalarnn, ayn do÷rultuda ve her üç noktann da izafi bir üçgen oluúturulabilmesi için ip kullanlarak do÷rultu kestirimleri yaplmútr (ùek.12). Hilti Tabancası
Çivi Tableti
Çivi
ùekil 11. Darbeli tabanca
2.4 Kapanma Ölçümleri Konverjans, tavan ve taban arasnda göreceli olarak oluúan düúey kapanma veya galeri duvarlar arasnda oluúan yatay kapanma olarak tanmlanmaktadr (Ergüler, 2007b). Bu çalúmada konverjans ölçümleri, duyarll÷ 0.1 mm olan úerit ekstansometre kullanlarak yaplmútr (ùek. 10).
ùekil 10. Arazi çalúmasnda kullanlan kapanma ölçer. Ekstansometre kancasnn sabit bir noktaya taklabilmesi için; hilti tabancas, çivi tableti ve 6 cm uzunlu÷unda demir çivi kullanlmútr (ùek.11). Herhangi bir
33
ùekil 12. Kapanma (konverjans) istasyonu. ùekil 12’de bir kapanma ölçüm (konverjans) istasyonunda, sol yan duvar CS 1 (galeri giriúi, sol), sa÷ yan duvar CS 2 (galeri giriúi, sa÷) ve tavan noktas ise CS 3 olarak numaralandrlmútr. Bu sistem, tüm ölçüm istasyonlarnda ayn úekilde uygulanmútr. Oluúan deformasyon hareketlerinin izlenmesi amacyla, kapanma ölçümleri, yeraltnda bulunan tüm ölçüm noktalarnda 3.5 ay boyunca sürdürülmüútür. Araziden alnan kapanma ölçümleri, atm sonucunda deformasyonun zamana ba÷l de÷iúimini incelemek için bir haftalk aralklarla alnmú olup, elde edilen sonuçlar ùekil 13, ùekil 14, ùekil 15, ùekil 16 ve ùekil 17’deki grafiklerde sunulmuútur. ùekillerde; CS1-CS2 aras ‘’1//2’’, CS1-CS3 aras ‘’1//3’’ ve CS2-CS3 aras ‘’2//3’’
Kapanma (m)
Kapanma (m)
0.004 0.003
1--3 1--2 2--3
0.002 0.001 0 1
2
3
4
5
6
7
8
Ölçüm says
ùekil 15. Bakr cevheri 1 nolu galerideki deformasyon de÷iúimi. Bakr Cevheri 2.Galeri 0.005 0.004 0.003
1--3 1--2
0.002
2--3
0.001
Çinko Cevheri 1Nolu Galeri
0
0.012 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0
1
1--3 1--2 2--3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
ùekil 13. Çinko cevheri 1 nolu galerideki deformasyon de÷iúimi. Çinko Cevheri 2 Nolu Galeri 0.006 0.004
1--3 1--2 2--3
0.002 0 1
2
3
4
5
6
7
2
3 4 Ölçüm says
5
6
ùekil 16. Bakr cevheri 2 nolu galerideki deformasyon de÷iúimi.
Ölçüm says
Kapanma (m)
Bakr Cevheri 1.Galeri
Kapanma (m)
olarak gösterilmiútir. 1 nolu galeriler ayna atm, 2 nolu galerilerde katlar aras patlatmalardan sonra oluúan kapanma miktarlarnn belirlenmesi amacyla oluúturulmuútur. øki farkl cevher türünde yaplan ayn delik geometrisindeki patlatmann kapanma miktarndaki de÷iúim izlenmiútir. Katlar aras 76 mm ve aynada ise 45 mm delik çap uygulanmútr. Çinko cevherinde yaplan ayna atmlarnda en yüksek tavan ile sa÷ duvar aral÷ olan 2//3 aras 9.92 mm, katlar aras patlatmada en yüksek tavan ile sol yan duvar aral÷ olan 1//3 aras 4.96 mm kapanma miktarlar belirlenmiútir (ùekiller 13 ve 14).
8
Ölçüm says
ùekil 14. Çinko cevheri 2 nolu galerideki deformasyon de÷iúimi. Bakr cevherinde yaplan ayna atmlarnda en yüksek iki yan duvar aral÷ olan 1//2 aras 3.69 mm, katlar aras patlatmada en yüksek yan duvar tavan aral÷ olan 2//3 aras 4.56 mm kapanma miktarlar belirlenmiútir (ùekil 15 ve 16).
34
ølk patlatma noktasna en fazla 3m yakn olacak úekilde kurulmuú kapanma istasyonlarndaki ölçülen deformasyon miktarlar, patlatma noktalarnn bu istasyonlara olan mesafesi arttkça azalm göstermektedir. Söz konusu bu deformasyon miktarlar sadece patlatmadan kaynaklanmamakla beraber, patlatmann yapld÷ günün ertesi günü ölçüm alnd÷nda deformasyon büyüklü÷ündeki ani artúlarn önemli bir ksmnn patlatmadan kaynakland÷ düúünülmektedir. Patlatmalardan kaynaklanan deformasyonlar, bir sonraki patlatma yerinin kapanma ölçüm istasyonundan uzaklaúlmas nedeniyle azalmas, iki ölçüm arasndaki en büyük deformasyon fark ilk patlatmaya ait oldu÷unu göstermektedir. ølk oluúan bu en büyük deformasyon miktarnn patlatmadan kaynakland÷ gerçe÷inin yan sra, meydana gelen bu deformasyonlarn üzerinde oluúan ikincil gerilimlerin, ortamdaki kaya malzemesinin mekanik, fiziksel ve mineralojik özelliklerinin de önemli bir etkisi bulunmaktadr.
3
SONUÇLAR VE ÖNERøLER
Delme patlatma ile üretim yapan maden iúletmesinin di÷er iúletmeler gibi amac günlük üretim miktarnn ekonomik ve emniyetli bir úekilde sa÷lanmasdr. Üretim verimlili÷inin artrlmas için uygun delik geometrisinin belirlenmesi gerekmektedir. Araútrmann amacna uygun olarak yaplan çalúmalardan elde edilen veriler ú÷nda aúa÷daki sonuçlara ve önerilere ulaúlmútr. a) Katlar arasnda 76 mm delik çapnda bakr cevherde 3 m, çinko cevherde 2.5 m aynada ise 45 mm delik çapnda bakr cevherde 1 m, çinko cevherde 0.9 m’lik delikler aras mesafe kullanlarak, etken ve daha az deformasyona neden olan patlatma düzeni tespit edilmiútir. b) Çinko cevherinde yaplan ayna atmlarnda en yüksek tavan ile sa÷ duvar aral÷ olan 2//3 aras 9.92 mm, katlar aras patlatmada en yüksek tavan ile sol yan duvar aral÷ olan 1//3 aras 4.96 mm kapanma miktarlar belirlenmiútir. Buna karún, bakr cevherinde yaplan ayna atmlarnda en yüksek iki yan duvar aral÷ olan 1//2 aras 3.69 mm, katlar aras patlatmada en yüksek yan duvar tavan aral÷ olan 2//3 aras 4.56 mm kapanma miktarlar belirlenmiútir c) Kapanma ölçümleri de÷erlendirildi÷inde, üretim modellemeleri yaparken mümkün oldu÷u kadar yan yana alanlarda çalúmak yerine, nispeten uzak alanlarn seçilmesi, destek sistemlerinin daha uzun sürede durayl kalabilece÷i düúünülmektedir. Bu amaçla, topuk mesafelerinin etkin belirlenmesi gerekmektedir. d) øleride atm mesafesinin artrlmas söz konusu olursa uygun delik geometrisi deneme yanlma yaplarak yeniden belirlenmelidir. 35
Uygun delik geometrisi çalúmalar, jeolojik veriler temel alnarak ve patlayc özelliklerinin do÷ru seçilmesi ile ksa sürede tamamlanabilir. KAYNAKLAR Kalyoncu, G., 2000. Mekanize øúlem Sistemlerinde Temel øúlem Modelleri, Bitirme Ödevi, Karadeniz Teknik Üniversitesi. 37 s. Kalyoncu, G., 2004. Çimento ve Reçine Dolgulu Kaya Saplamalar Performansnn De÷erlendirilmesi, Hacettepe Üniversitesi, 100 s. Ergüler, G.,K., 2007a. Metal Madencili÷inde Kullanlan Baz Makinelerin Performans Analizi, 1.Maden Makineleri Sempozyumu s.105-115, Kütahya. Ergüler, G.,K., 2007b, Farkl Kaya Birimlerinde Açlmú Bir Yer alt Maden øúletmesinde Kapanma Ölçümlerinin De÷erlendirilmesi, 60. Jeoloji Kurultay, s 311-313, Ankara.
36
Çayeli Bakr Madeni Yeralt Patlatmalarnn øyileútirilmesi Çalúmas Improvement Studies For The Underground Blasting Operations in Çayeli Copper Mine H. Sinan øNAL
NøTROMAK A.ù., ANKARA
Kemal KARAOöLU ÇBø A.ù., RøZE
ÖZET Çayeli Bakr øúletmeleri A.ù. (ÇBø) kurumunda bakr cevheri çkarmak amacyla yeralt madencili÷i faaliyetleri sürdürülmektedir. Madencilik faaliyetinin sürdürülebilmesi amacyla yürütülen operasyonlardan birisi de patlatma iúlemleridir. Bir süreden beri yürütülen yeralt patlatma operasyonlarnda bir takm sorunlar ve verim düúüklükleri yaúanan ÇBø’de, mevcut problemlerin çözümü ve patlatmalarn iyileútirilmesi amacyla, Çayeli Bakr øúletmeleri A.ù. ve Nitromak A.ù. iúbirli÷i ile bir dizi araútrma ve iyileútirme çalúmalar yürütülmüútür. Çalúmalar, mevcut durumun irdelenmesi, tespit edilen hususlar do÷rultusunda çeúitli çözüm önerilerinin sunulmas ve uygulama ile do÷rulanmas aúamalarn kapsamaktadr. Gerçekleútirilen çalúmalarn sonuçlar, görüúler, kanaatler, tespit edilen aksaklklar ve çözüm önerileri bu bildiride sunulmuútur. ABSTRACT Çayeli Copper Mine (ÇBø) is conducting underground mining activities in order to recover copper and zinc ores from underground. One of the main steps of mining activity is the blasting operations held underground. A series of improvement and research studies are performed with the collaboration of Çayeli Copper Mine (ÇBø) and Nitromak, in order to overcome the efficiency loss, which is observed in underground blasting operations. Conducted studies covers the observation of existing conditions, determination, recommendation and application of determined solutions. The results, observations and recommendations of these studies together with the solution methods are given in detail throughout this paper. 1 GøRøù Çayeli Bakr øúletmeleri A.ù. (ÇBø) kurumunda bakr cevheri çkarmak amacyla yeralt madencili÷i faaliyetleri sürdürülmektedir. Madencilik faaliyetinin sürdürülebilmesi amacyla yürütülen operasyonlardan birisi de patlatma iúlemleridir. 371
Bir süreden beri yürütülen patlatma operasyonlarnda kamara (soket) kalmas ve ilerleme orannda düúüklükler yaúanan ÇBø’de, mevcut problemlerin çözümü ve patlatmalarn iyileútirilmesi amacyla, Çayeli Bakr øúletmeleri A.ù. ve Nitromak A.ù. iúbirli÷i ile bir dizi araútrma ve iyileútirme çalúmalar yürütülmüútür. Gerçekleútirilen çalúmalarn sonuçlar, görüúler, kanaatler,
Üçüncü aúamada sorunlu oldu÷u ifade edilen mevcut Emulite-TG (38 mm) kullanlmútr. Dördüncü aúamada yeni Emulite-TG (38 mm) ile üzerinde de÷iúiklikler yaplmú olan delik úemas kullanlmútr. Son olarak, uygulanmas gereken delik úemasna son úekli verilerek yeni EmuliteTG (38 mm) kullanlarak patlatmalar yaplmútr. Gerçekleútirilen bu deneme patlatmalar sonucunda tespit edilen hususlar ú÷nda, sonuçlar karúlaútrlmú, kullanlmakta olan tasarmda orta kesme, üretim ve kontur deliklerinde yenilikler yaplmú ve çeúitli önerilerde bulunulmuútur (ønal, H.S., Alpsar, M.A., 2006).
tespit edilen aksaklklar ve çözüm önerileri bu bildiride sunulmuútur. 2 ÇALIùMA PLANI Patlatmalarn iyileútirilmesi amacyla yürütülen çalúmalara 09 A÷ustos 2006 tarihinde baúlanmú ve 18 A÷ustos 2006 tarihine kadar devam edilmiútir. ÇBø yetkilileri, yaplan görüúmeler sonucunda, patlatmalarda yaúanan problemin ço÷unlukla 685 ve daha alttaki seviyelerde ve ço÷unlukla riyolit ve siyah cevher (black ore) olarak tanmlanan sfalerit ana kayaçta dissemine olarak bulunan cevher (kalkopirit) aynalarnda yaúand÷n ifade etmiúlerdir. 4.0-4.5 civarnda sertlik derecesine sahip riyolitin patlatlmasnda zorluk yaúanmas ola÷an karúlanabilir. Ancak daha yumuúak oldu÷u bilinen sfalarit-kalkopirit’de (black ore) sorun yaúanmas, delik geometrisi, delme iúlemi, patlatma zamanlamas, úarj úekli ve úarj yo÷unlu÷u gibi parametrelere dikkat etmemiz gerekti÷inin ipuçlarn vermektedir. Çalúma dönemi içerisinde öncelikli olarak söz konusu aynalarda halihazrda gerçekleútirilmekte olan patlatmalar incelenmiútir. Ek olarak delme ve patlatma aúamalar ile ilgili sorunlar tespit edilmiú, uygulanan patlatma dizayn ve yaúanan olumsuzluklarn bunlarla olan ba÷lantlar tespitine çalúlmútr. Çalúma süresi boyunca yaplan deneme patlatmalarnda kullanlan parametreler ve sonuçlar irdelenmiútir. Gerçekleútirilen deneme patlatmalarnda ilk olarak, halen uygulanmakta olan delik úemasna göre delgisi yaplmú aynada Emulite-TG (31,5 mm) kullanlarak patlatma yaplmú ve sonuç incelenmiútir. økinci aúamada halen kullanlmakta olan delik úemasnda de÷iúiklikler yaplarak geliútirilmiú Emulite-TG (31,5 mm) ile denemeler yaplmútr.
3 GERÇEKLEùTøRøLEN PATLATMALARI
DENEME
3.1 685 Malzeme Cebi Patlatmas 09 A÷ustos 2006 tarihinde 16:00-24:00 vardiyasnda, ÇBø ‘de kullanlmakta olan mevcut delik úemas (ùekil 1) kullanlarak 685 malzeme cebi aynas úarj edilmiú ve patlatlmútr. Gerçekleútirilen deneme patlatmas ile ilgili detayl bilgi aúa÷daki gibidir.
2
38
Tarih – Vardiya : 09.08.2006 – 16:00/24:00 Patlatma Aynas : 685 Malzeme Cebi Zemin Cinsi : Riyolit (asidik taban taú) Kayaç Sertli÷i : 4.5 – 5.0 Kesit Alan : ~25 m2 (w=5m x h=~5m) Delik Çaplar :ùarj delikleri ø=45 mm Boú delikler ø=102 mm Delik Boyu : 4.0 m Delik says : 61 adet Delik Aral÷ (yük m.) : 0.8 m Kapsül Cinsi ve says : NONEL LP (61 adet) NONEL SL : 5 adet Elektrikli Kapsül : 1 adet
Kullanlan Patlayc : 140 kg Emulite-TG (31.5 mm, 400 gr) 90 m infilakl fitil (80 gr/m)(7.2 kg) Verim : ~% 65 Deliklerin úarj için kullanlan patlayc madde miktarlar aúa÷daki gibidir. (ùekil 1) x Göbek çekme delikleri : 9 adet Emulite-TG 31.5 mm (400 g) kartuú x Taban delikleri : 9 adet Emulite-TG 31.5 mm (400 g) kartuú x Üretim delikleri : 8 adet Emulite-TG 31.5 mm (400 g) kartuú x Tavan / duvar delikleri : 1 adet Emulite-TG 31.5 mm(400 g) kartuú + 3 m 80 gr/m infilakl fitil
ùekil1. ÇBø’de kullanlan mevcut delik úemas Deneme patlatmas sonucunda kesme delikleri ve üretim delikleri tam olarak çalúmú ve bu patlatmadan beklenenin üstünde verim alnarak yaplan kesme tasarm de÷iúikli÷i öncesindeki patlatmalardan daha iyi bir sonuca ulaúlmútr. Duvar deliklerinin üst kesimlerinde (tavan delikleriyle birleúti÷i kesimde) ve birkaç tavan deli÷i etrafnda hidrolik krc çalúmadan önce kalnl÷ 0.10 metreyi aúmayan 1.0–1.5 m arasnda de÷iúen kamara kald÷ gözlenmiú olup aúa÷daki sonuçlara ulaúlmútr (ønal, H.S., Alpsar, M.A., 2006). 1) Geliútirilmiú Emulite-TG, riyolit gibi sert formasyonlarda ilerleyen aynalarda iú yapabilme gücüne sahiptir. 2) Daha önce 20 Temmuz–05 A÷ustos 2006 tarihleri arasnda gerçekleútirilen deneme patlatmalar sonuçlarnda, patlatma sonrasnda orta çekme bölgesinde konik görünümlü krlmú bir bölge elde edildi÷i, ancak bu bölge haricinde kayann krlamad÷ ifade edilmiútir. Bu durum orta çekme deliklerinin yeterli iú göremedi÷i ve dolaysyla sonraki deliklerin de parçalanmay sa÷layamad÷ úeklinde yorumlanmútr.
øúletmede yürütülmekte olan patlatma iúlemlerinin do÷ru de÷erlendirilebilmesi amacyla yaplan ilk deneme patlatmasnda yalnzca iki de÷iúiklik yaplmútr. 1. Uygulanmakta olan Paralel Kesme (Paralell Cut) delik úemasna eksik kald÷ tespit edilen dört adet daha delik eklenerek çekme geometrisi tamamlanmú, 2. Geliútirilmiú Emulite-TG 31.5 mm patlayc kullanlmútr. Mevcut paralel kesme tasarmnda, kesme bölgesindeki son delikler ile hemen takip eden üretim delikleri arasnda oldukça fazla bir yük mesafesi kald÷ gözlenmiútir. Bu nedenle orta çekme tasarmnda bir de÷iúiklik yaplmú ve 4 adet ek delik delinerek kesme alan bir kademe daha geniúletilmiútir. Böylece fazla yük mesafesi durumu ortadan kaldrlmútr. Delme iúlemi tamamlandktan sonra aynann ve patlatmadan sonra pasann durumu sras ile Resim 1 ve Resim 2’de görülmektedir. 39 3
Gerçekleútirilen deneme patlatmasnda bu durumla karúlaúlmamú, orta çekme delikleri ve takip eden üretim delikleri kayay etkin úekilde krabilmiútir. Buna göre orta çekme tasarmna yaplan eklemeler sayesinde tasarmn etkin úekilde iúlevini yerine getirmesi sa÷lanmútr. 3) Duvar delikleri omuz kesimlerinde ve bir ksm tavan deliklerinde, aynada hidrolik krc çalúmasndan önce 1.0–1.5 m arasnda soket gözlenmiútir. Ancak, soketlerin önünde kalan kaya kalnl÷nn oldukça ince oldu÷u ve 0.10 metreyi aúmad÷ görülmüútür. Bu durum infilakl fitille úarj edilen tavan ve duvar deliklerinde kullanlan infilakl fitil ve yemlemenin gücünün düzgün úekilde kesme yapmaya yetmedi÷i úeklinde yorumlanmútr. Buna göre úarj miktar, delikler aras mesafe ve yük mesafesi parametrelerini kullanarak duvar ve tavan kesme deliklerinde iyileútirme yaplmas gerekti÷i kanaatine ulaúlmútr. 4) Patlatma delikleri ø=45 mm uç ile delinmektedir. Ancak, delgi takmnn delme iúlemi srasnda kayann yan duvarlarn da aúndrmas sonucu fiili delik çap ø=48.00 - ø =49.00 mm’ye kadar çkabilmektedir. 5) Patlatma bölgesinde, patlamayan Emulite-TG veya infilakl fitil bulunmamútr.
Resim 2. 9 A÷ustos 2006 tarihinde patlatlan 685 Malzeme cebi aynas Patlatma sonras pasann ve aynann görünümü 3.2685 FWC Patlatmas 10 A÷ustos 2006 tarihinde 24:00-08:00 vardiyasnda, 685 FWC aynas ÇBø‘de kullanlmakta olan mevcut delik úemasna göre, ancak bir önceki patlatmada gerçekleútirilen patern de÷iúiklikleride uygulanarak delinmiú, úarj edilmiú ve patlatlmútr. Delme ve ùarj iúlemlerine sürekli nezaret edilmiú, delme srasnda delik paterninin do÷ru uygulanmas, úarj srasnda gecikmelerin do÷ru verilmesi ve deliklerin öngörülen miktarda úarj edilmesine azami gayret gösterilmiútir. Gerçekleútirilen deneme patlatmas ile ilgili detayl bilgi aúa÷daki gibidir. Tarih – Vardiya : 10.08.2006 – 24:00/08:00 Patlatma Aynas : 685 FWC Aynas Zemin Cinsi : Riyolit (asidik taban taú) Kayaç Sertli÷i : 4.5 – 5.0 Kesit Alan : ~25 m2 (w=5m x h=~5m) Delik Çap : ùarj delikleri ø=45 Boú delikler ø=127 mm Delik Boyu : 4.0 m Delik says : 60 adet Delik Aral÷ (yük m.) : 0.8 m Kapsül Cinsi ve says :
Resim 1. 9 A÷ustos 2006 tarihinde patlatlan 685 Malzeme cebi aynas 4 40
NONEL LP : 60 adet NONEL SL : 5 adet Elektrikli Kapsül : 1 adet Kullanlan Patlayc : 180 kg Emulite-TG (31.5 mm, 400 gr) 30 m infilakl fitil (80 gr/m) Verim : ~% 95 Gerçekleútirilen deneme patlatmasnda, 31.5 mm çapnda yeni Emulite-TG kullanlmú, bu kez yan duvarlar infilakl fitil kullanlmadan Emulite-TG 31.5 mm ile úarj edilmiútir. Deliklerin úarj için kullanlan patlayc madde miktarlar aúa÷daki gibidir (ùekil 2.) x Göbek çekme delikleri : 10 adet EmuliteTG 31.5 mm (400 g) kartuú x Taban delikleri : 10 adet Emulite-TG 31.5 mm (400 g) kartuú x Yatay Üretim delikleri : 9 adet Emulite-TG 31.5 mm (400 g) kartuú x Düúey Üretim delikleri : 8 adet EmuliteTG 31.5 mm (400 g) kartuú x Duvar delikleri : 6 adet Emulite-TG 31.5 mm (400 g) kartuú x Tavan delikleri : 3 adet Emulite-TG 31.5 mm (400 g) kartuú + 3 m 80 gr/m infilakl fitil 09.08.2006 tarihinde yaplan deneme patlatmasnda yaplan tasarm de÷iúiklikleri bu patlatmada da aynen uygulanmútr (Resim 3). Buna ek olarak bir önceki patlatmada duvar deliklerinin üst ksmlarnda ve baz tavan deliklerinde gözlenen soket probleminin yaplan yorumlar do÷rultusunda ortadan kaldrlabilmesi için tavan delikleri 3.0 m infilakl fitil + 3 adet Emulite-TG 31.5 mm kartuú ve duvar delikleri infilakl fitil kullanlmadan sadece 6 kartuú Emulite-TG 31.5 mm patlayc ile úarj edilmiútir. Dolaysyla duvarlarda 8 delikte, tavanda 9 delikte fazladan Emulite-TG 31.5 mm kullanlmas toplam kullanlan patlayc miktarn arttrmútr. 415
Deneme patlatmas sonucunda göbek çekme delikleri ve üretim delikleri tam olarak çalúmú ve ayna tam olarak alnmútr. Patlatma sonucunda ayna yüzeyinde baz kesimlerde, hidrolik krc çalúmasndan önce yaklaúk 20 cm örselenmiú soket kald÷ gözlenmiú ve aúa÷daki sonuçlara ulaúlmútr: 1) Aynada, örselenmiú ve asl duran, hidrolik krc tarafndan ayna düzeltilmesi srasnda rahatlkla dökülecek bir ksm oldu÷u göz önünde bulunduruldu÷unda, 20 cm soketin gerçekte sa÷lam kaya kütlesi olmad÷ ve aynann tam alnd÷ sonucuna varlmútr. 2) Yan duvarlar ve tavanlarda uygulanan yeni úarj biçimi, duvar üst kesimlerinde ve tavanda yaúanan soket probleminin ortadan kaldrlmasn sa÷lamútr. Di÷er bir deyiúle, duvar ve tavan deliklerinde úarjn artrlmasyla, deliklerin baúarl biçimde çalúmas sa÷lanmútr. 3) Duvar deliklerinde fazla kaz gözlenmemiú, patlatma sonras rod(tij) izleri ve delik hatlar net bir úekilde ortaya çkmútr. 4) Patlatma bölgesinde patlamayan EmuliteTG ve infilakl fitil bulunmamútr.
Resim 3. 10.08.2006 685 FWC aynas deliklerin durumu
Daha önceki deneme patlatmasnda uygulanan patern ve úarj sistemi de÷iúiklikleri bu patlatmada da aynen uygulanmútr. Deliklerin úarj için kullanlan patlayc madde miktarlar aúa÷daki gibidir:
ùekil 2. 10.08.2006 685 FWC deneme patlatmas úarj plan 3.4 685 Main (12.08.2006)
Access
Patlatmas
12 A÷ustos 2006 tarihinde 16:00-24:00 vardiyasnda, 685 FWC aynasnda kullanlan patern ve ÇBø’ye daha önce gönderilmiú olan Emulite-TG 38 mm ürün kullanlarak úarj yaplmú ve patlatma gerçekleútirilmiútir. Gerçekleútirilen deneme patlatmas ile ilgili detayl bilgi aúa÷daki gibidir. Tarih – Vardiya : 12.08.2006 – 16:00/24:00 Patlatma Aynas : 685 Main Acc. Aynas Zemin Cinsi : Riyolit Kayaç Sertli÷i : 4.0 – 4.5 Kesit Alan : ~25 m2 (w=5m x h=~5m) Delik Çap : ùarj delikleri ø=45 mm Boú delikler ø=127 mm Delik Boyu : 4.0 m Delik says : 65 adet Delik Aral÷ (yük m.) : 0.8 m Kapsül Cinsi ve says : NONEL LP : 65 adet NONEL SL : 5 adet Elektrikli Kapsül : 1 adet Kullanlan Patlayc : 200 kg Emulite-TG (38 mm, 500 gr) 30 m infilakl fitil (80 gr/m) Verim : ~% 85 426
x Göbek çekme delikleri : 9 adet EmuliteTG 38 mm (500 g) kartuú x Taban delikleri : 9 adet Emulite-TG 38 mm (500 g) kartuú x Yatay Üretim delikleri : 8 adet Emulite-TG 38 mm (500 g) kartuú x Düúey Üretim delikleri : 7 adet EmuliteTG 38 mm (500 g) kartuú x Duvar delikleri : 5 adet Emulite-TG 38 mm (500 g) kartuú x Tavan delikleri : 2 adet Emulite-TG 31.5 mm (400 g) kartuú + 3 m 80 gr/m infilakl fitil Deneme patlatmas sonrasnda aúa÷daki sonuçlar elde edilmiútir: 1) Krlan malzeme büyük bloklar içermektedir ve fazla savrulmuútur. 2) Tavan ve duvar delikleri tam olarak kesmiútir. 3) Ayna üzerinde baz bölümlerde 30-70 cm arasnda de÷iúen soketler kalmútr. 4) Aynada yaplan incelemede, yük mesafesinin 0.8 m ve altnda oldu÷u kesimlerde aynann tam olarak krld÷, küçük delgi hatalar sonucu yük mesafesinin 1.0 m -1.15 m ve daha fazla oldu÷u kesimlerde artan yük mesafesine ba÷l olarak 30 cm-70 cm soket kald÷ tespit edilmiútir. Bu nedenle, delik úemasna bir sra daha delik eklenerek yük mesafelerinin 0.8 m ve daha düúük kalmasnn güvence altna alnmasna, ayrca duvarlarda infilakl fitil kullanm için 0.8 m yük mesafesinin fazla gelmesi sorununa çözüm üretilmesine karar verilmiútir.
Buna göre, sonraki deneme patlatmalarnda kullanlmak üzere yeni bir delik düzeni oluúturulmuútur (ønal, H.S., Alpsar, M.A., 2006) (ùekil 3). Yürütülen çalúma sert formasyonlardaki patlatma operasyonlarnn iyileútirilmesini amaçlamaktadr. 12 A÷ustos–16 A÷ustos tarihleri arasnda, iúletmenin çalúma planlar do÷rultusunda amaca yönelik sert bir aynada delme ve patlatma iúlemi gerçekleútirilmemiú yada delinen sert formasyon aynalarnda delgide uygunsuzluk görülmüútür. Bu nedenle bu tarihler arasnda herhangi bir deneme patlatmas gerçekleútirilememiútir. 3.5 685 FWC Patlatmas (16.08.2006) Önceki deneme patlatmalarnda elde edilen veriler ve yaplan tespitler sonucunda yeni bir patlatma úemas oluúturulmuú ve ùekil 3’de sunulmuútur. Tarih – Vardiya 24:00/08:00 Patlatma Aynas Zemin Cinsi Kayaç Sertli÷i Kesit Alan h=~5m) Delik Çap
:
16.08.2006
ùekil 3’de belirtildi÷i üzere, duvar delikleri ile takip eden ilk sra üretim delikleri arasndaki yük mesafesi 0.5 m olarak ayarlanmú ve böylece toplam olarak daha az patlayc úarj edilen duvar deliklerinin (3 m 80 gr/m infilakl fitil+2 adet Emulite-TG 31.5 mm) amaca uygun olarak kesme iúlevini yerine getirmesi amaçlanmútr. Oluúturulan delik úemasnn ilk uygulamalarnda, deliklerin aynaya iúaretlenmesi ve delinmesi aúamalar da çalúmann baúnda bulunularak kontrol edilmiú, deliklerin tam olarak plana uygun úekilde delinmesi ve úarj edilmesi sa÷lanmútr. Ek olarak, 16.08.2006 tarihinde yaplan 685 FWC ve 685 Main Acc. patlatmalarnda, 15.08.2006 tarihinde ÇBø depolarna getirilen yeni Emulite-TG 38 mm kullanlmútr.
–
: 685 FWC Aynas : Riyolit : 4.0 – 4.5 : ~25 m2 (w=5m x
: ùarj delikleri ø=45 mm Boú delikler ø=102 mm Delik Boyu : 4.0 m Delik says : 60 adet Delik Aral÷ : Üretim delikleri 0.8 m, kontur delikleri 0.5 m Kapsül Cinsi ve says : NONEL LP : 60 adet NONEL SL : 5 adet Elektrikli Kapsül : 1 adet Kullanlan Patlayc : 157 kg yeni Emulite-TG (38 mm, 500 gr) 16.4 kg yeni Emulite-TG (31.5 mm, 400 gr) 45 m infilakl fitil (80 gr/m) Verim : ~% 95 437
ùekil 3. 16.08.2006 günü 685 FWC ve 685 Main Acc. Patlatmalarnda kullanlan delik úemas ùemada belirtilen plana göre delinen aynada deliklerin úarj için aúa÷daki patlayclar kullanlmútr. x Göbek çekme delikleri : 8 adet EmuliteTG 38 mm (500 g) kartuú
úeklinde sürüldü÷ü ve bu nedenle spesifik patlayc úarjnn aslnda 5.0 m x 5.0 m kesit alanna göre hesaplanan de÷erden daha düúük oldu÷u sonucu çkmaktadr. Di÷er bir deyiúle, Galeri kesitleri planlanan 5.0 m x 5.0 m yerine yaklaúk 6.0 m x 6.0 m sürülmekte, dolays ile her bir patlatmadan daha fazla kaya elde edilmektedir.
x Taban delikleri : 8 adet Emulite-TG 38 mm (500 g) kartuú x Yatay Üretim delikleri : 7 adet Emulite-TG 38 mm (500 g) kartuú x Düúey Üretim delikleri: 6 adet EmuliteTG 38 mm (500 g) kartuú x Duvar delikleri : 5 adet Emulite-TG 38 mm (500 g) kartuú x Tavan delikleri : 2 adet Emulite-TG 31.5 mm (400 g) kartuú + 3 m 80 gr/m infilakl fitil
Sonuç olarak birim kaya hacminin kazlmas için harcanan patlayc miktar daha da düúük gerçekleúmektedir.
16.08.2006 tarihinde gerçekleútirilen ilk patlatma olan 685 FWC patlatmasndan sonra aúa÷daki durumlar gözlenmiú ve sonuçlara varlmútr:
3.6 685 Main Acc. Patlatmas (16.08.2006) Ayn gün, 685 FWC patlatmasnda izlenen delme, úarj ve patlatma sistemi aynen bu patlatmada da uygulanmútr (ùekil 3). Ek olarak bu aynada uygulanan úarj hakknda detayl bilgi aúa÷daki gibidir.
1) Patlatma sonrasnda ayna tam olarak almú ve istenilen ilerleme elde edilmiútir. 2) Oluúan y÷nda çok iri olmayan parçalar görülmüú ancak aúr ufalanma gözlenmemiútir. 3) Aynada birkaç sol duvar deli÷inde hidrolik krc çalúmasndan önce, örselenmiú, düúük et kalnl÷na sahip ve kolaylkla dökülebilecek 0.20 m soket görülmüútür. 4) Ayna önündeki y÷nda 70-80 cm boyunda 1 parça patlama srasnda darbe alarak kesildi÷i belirlenen infilakl fitil bulunmuú ancak patlamayan EmliteTG’ye rastlanmamútr. 5) Aynada, delinecek delikler jumbocu tarafndan 5 m x 5 m kesit alanna göre iúaretlenmektedir. Patlama öncesi yapt÷mz incelemede, iúaretlenmiú 5 m x 5 m boyutlarndaki kesit alan dúnda, galeri duvar hatt ile iúaretlenen son sra duvar delikleri arasnda her iki taraftan da 0.5 m mesafe kald÷ gözlenmiútir. Ayn úekilde tavan delikleriyle tavan hatt arasnda da 0.5 m açklk kalmaktadr. Bu durumda, galerilerin 5.0 m x 5.0 m yerine yaklaúk olarak 6.0 m x 6.0 m
Tarih – Vardiya : 16.08.2006 – 08:00/16:00 Patlatma Aynas : 685 Main Acc. Aynas Zemin Cinsi : Riyolit Kayaç Sertli÷i : 4.0 – 4.5 Kesit Alan : ~25 m2 (w=5m x h=~5m) Delik Çap : ùarj delikleri ø=45 mm Boú delikler ø=127 mm Delik Boyu : 4 m Delik says : 60 adet Delik Aral÷ (yük m.) : Üretim delikleri 0.8 m,kontur delikleri 0.5 m Kapsül Cinsi ve says : NONEL LP : 60 adet NONEL SL : 5 adet Elektrikli Kapsül : 1 adet Kullanlan Patlayc : 160 kg yeni Emulite-TG (38 mm, 500 gr) 17.6 kg yeni Emulite-TG (31.5 mm, 400 gr) 66 m infilakl fitil (80 gr/m) Verim : -
8
44
Riyolit aynada gerçekleútirilen bu son deneme patlatmasnda son kademe orta çekme deliklerinden birisinin patlamamas sonucu di÷er üretim delikleri ve kontur
delikleri iú yapamamútr. Resim 4’de görüldü÷ü üzere patlamayan delikte patlayclar hala görülebilmektedir. Patlamamann sebebinin atm kesmesi sonucu kapsülün infilak etmemesi ve dolaysyla patlayclar ateúleyememesi oldu÷u düúünülmüútür (ønal, H.S., Alpsar, M.A., 2006). Bu durum göstermektedir ki; delik geometrisi bütünlü÷ü içindeki herhangi bir aksama yada eksiklik-hele göbek kesme deliklerinden kaynaklanyorsadi÷er delikleri olumsuz yönde etkilemekte ve baúarsz patlatmalar gerçekleúmektedir. Bunun için zemine uygun ve do÷ru bir patern seçilirse ve bu paternin denetlenerek do÷ru delinmesi ve do÷ru gecikmelerle uygun úarjn yaplmas sa÷lanrsa sonuç baúarl olmaktadr (ønal, H.S., Alpsar, M.A., 2006).
yeniden hazrlanmú ve bir adet deneme patlatmasnn da 5.0 m x 7.0 m ayna üzerinde gerçekleútirilmesi uygun görülmüútür. Bu nedenle 17.08.2006 tarihinde 775S13 cevher aynasnda aúa÷da ayrntlar verilen deneme patlatmas gerçekleútirilmiútir. Tarih – Vardiya : 17.08.2006 – 08:00/16:00 Patlatma Aynas : 775S13 Aynas Zemin Cinsi : Black ore (Siyah cevher) Kayaç Sertli÷i : 2.5-3.0 Kesit Alan : ~35 m2 (w=7m x h=~5m) Delik Çap : ùarj delikleri ø=45 mm Boú delikler ø=127 mm Delik Boyu : 4.0 m Delik says : 80 adet Delik Aral÷ (yük m.) : Üretim delikleri 0.8 m,kontur delikleri 0.5 m Kapsül Cinsi ve says : NONEL LP : 80 adet NONEL SL : 5 adet Elektrikli Kapsül : 1 adet Kullanlan Patlayc : 224.5 kg yeni Emulite-TG (38 mm, 500 gr) 70 m infilakl fitil (80 gr/m) Gerçekleútirilen deneme patlatmas sonrasnda aúa÷daki sonuçlara ulaúlmútr.
Resim 4. Patlamayan delik sebebiyle baúarsz olan riyolit aynas 3.7 775S13 Patlatmas (17.08.2006) Çalúma dönemi içerisinde yaplan deneme patlatmalar genel olarak 5.0 m x 5.0 m aynalar üzerine gerçekleútirilmiútir. Ancak sürülen bu galeriler cevhere ulaút÷nda, 5.0 m x 7.0 m ölçülerine çkarlmaktadr. Yaplan çalúmalar sonucu oluúturulan yeni delik úemas, úarj ve ateúleme sisteminin ayn zamanda 5.0 m x 7.0 m aynalar üzerinde de uygulanabilmesi için tasarm bu aynalara uyum sa÷layacak úekilde de÷iútirilerek 459
1) Emulite-TG, patlatlan cevher aynasn tam olarak almútr. 2) Patlatmada özgül úarj 5mx7m ayna ölçülerine göre yaklaúk olarak 1.28 kg/m3 olarak gerçekleúmiútir. 3) Delik úemasnn 7.0 m ayna geniúli÷ine göre iúaretlenmesinden sonra yanlarda 0.5 m geniúlik kalmas, aynalarn filli olarak yaklaúk 8.0 m x 5.5 m olarak ilerledi÷ini göstermektedir. Bu durum, bir atmda daha fazla cevher alnd÷ ve dolaysyla úarj yo÷unlu÷unun gerçekte daha da düúük oldu÷udur. 4) Cevher tam olarak krlmú ve uygun biçimde serilmiútir. 5) Tavan ve duvar delikleri düzgün biçimde kesmiú ve fazla kaz oluúmamútr.
bütün delme, úarj ve patlatma aúamalar incelenmiú ve patlatma sonuçlar bir bütün olarak de÷erlendirilmiútir. Delme ve úarj operasyonlaryla ilgili olarak gözlemledi÷imiz giderilebilir olumsuzluklarn tarafnza bildirilmesinin; bu hususlarda iyileútirme yaplmas ve çalúmalardan daha fazla verim alnmas açsndan; yararl olaca÷ düúünülmüútür: ùöyle ki;
6) Aynada, baz kesimlerde hidrolik krc çalúmasndan önce örselenmiú ve kolayca dökülebilecek yapda 0.20 m soket kalmútr. 7) Aynada patlamayan Emulite-TG veya infilakl fitil bulunmamútr. 8) 16 ve 17 A÷ustos tarihlerinde yaplan deneme patlamalar da göz önüne alnarak duvarda ve tavanda uygulanmakta olan 0.75 m’lik delikler arasndaki mesafenin 0.60-0.65 m’ye düúürülmesinin infilakl fitillarn asli görevleri olan kesme iúlevini daha iyi bir biçimde yerine getirmesini sa÷layaca÷ tespit edilmiútir. 9) Gerçekleútirilen deneme patlatmalar ve BLASTEC programnn sonuçlarna göre göbek çekme tasarm de÷iútirilerek tasarm modifiye edilmiútir. Gerek ilk kademe (1. aúama kesme) deliklerinin daha geniú bir etkin serbest alan yaratmasn, gerekse patlamayan delik olmas durumunda patlatmann risk almadan, sa÷lkl olarak sürmesine imkan vermesi açsndan bu uygulama yararl olacaktr. 10) Yaplan çalúmalar ve tespitler sonucunda, ÇBø’de kullanlmakta olan patlatma delik tasarm üzerinde, yukarda “Gerçekleútirilen Deneme Patlatmalar” baúl÷ altnda adm adm belirtilen de÷iúiklikler yaplmú ve yeni bir patlatma, úarj ve kapsül numaralamas úemas oluúturulmuútur. Bu úekilde, 5.0 m x 5.0 m ve 5.0 m x 7.0 m aynalarn her birisi için ANFO ve kapsüle duyarl Emulite-TG kullanmna göre 2’úer farkl tasarm oluúturulmuútur (Olofsson,S.O., 1991). 4 GÖZLEMLER VE ÖNERøLER Madencilik faaliyetinin önemli bir bölümünü oluúturan patlatma operasyonlar, delme, úarj ve patlatmadan oluúan bir bütün olarak ele alnmal ve gerçekleútirilen patlatmalar buna göre de÷erlendirilmelidir. Bu nedenle iyileútirme çalúmalar dönemi içerisinde
10
46
1) Yukarda belirtildi÷i üzere, patlatmann ilk aúamas aynada deliklerin do÷ru bir paterne göre iúaretlenmesi ve delinmesi ile baúlamaktadr. Oluúturulan patlatma úemas aynaya ne kadar itinal iúaretlenir ve delgi safhasnda ne kadar dikkatli çalúlrsa, patlatma sonuçlar da o denli iyi olacaktr. Kald ki, yeraltnda kstl bir serbest yüzey ile çalúlan ortamda deliklerin do÷ru delinmiú olmasnn önemi bir kat daha artmaktadr. Baz delme iúlemleri srasnda deliklerin açlarnda küçük sapmalar sonucu delik dibinde yük mesafesinin 1.15 m’ye kadar çkt÷ gözlenmiútir (örnek: 12.08.2006 685 FWC patlatmas). Yaplan deneme patlatmalarnda tespit edilen 0.8 m kritik yük mesafesinin aúlmasna neden olan bu durumun aynada soket kalmasna neden oldu÷u tespit edilmiútir. 2) Boú deliklerin ve göbek çekme deliklerinin delinmesi srasnda, deliklerin konumlar birbirlerine oldukça yakn oldu÷undan ek bir itina gösterilmesi gerekmektedir. Ancak, göbek çekme deliklerinin delinmesi srasnda üç olumsuzluk gözlenebilmektedir. ùöyle ki; a) Özellikle 127 mm çapta boú deliklerin delinmesi srasnda delgi takmna aúr yük verilmesi ve/veya jumbo bomunun klavuz deliklerle tam hizalanmamas sonucu rod(tij) krlmalar olabilmektedir. Bu durum gerek delgi süresinin uzamasna ve gerekse bitlerin heba olmasna sebep olmaktadr. Sonuçta,
hatal delinen bu boú delikler yerine yakn alanda yeni delikler delinmekte, bu durum amaçlanan delik úemasnn bozulmasna ve tasarm dúnda patlatma yaplmasna sebep olmaktadr (Resim 5). Rod(tij) krlmas olaynn ayn aynada 2 sefer bile yaúand÷ gözlenmiútir. b) Orta kesmede yer alan boú delikler ve úarj delikleri arasnda tam bir paralellik sa÷lanamamas sonucu boú delikler ileri kesimde úarj delikleriyle birleúebilmektedir. Sonuç olarak, bu durum da hatal delinen deliklerin yerine yenilerinin delinmesini gerektirmektedir. Bu durum, hem delgi süresinin uzamasna hem de oluúturulan úemann yanlú uygulanmasna sebep olmaktadr. Resim 5’de görüldü üzere verilen delgide boú deliklerin ikisi rod krlmas ve delik dibinde bit kalmas nedeniyle, birisi de bahsedildi÷i üzere deliklerin birleúmesi sebebiyle iptal edilmiútir. c) Delinen boú deliklerin, delgi sonunda dikkatli ykanmamas ve delik içinde delgi pasas braklmas sonucu, boú deliklerin etkin hacminin düútü÷ü gözlenmiútir (Resim 6). Paralel delik yönteminde zaten çok snrl bir serbest yüzey ve alan ile baúlanan patlatma operasyonu bu durumdan olumsuz olarak etkilenebilmektedir. Boú deliklerin ve tüm di÷er deliklerin delgi sonunda basnçl su ile temizlenerek delginin tamamlanmas, hem úarjn daha rahat ve çabuk yaplabilmesini hem de boú deliklerin serbest yüzey oluúturma iúini daha etkin biçimde gerçekleútirmesini sa÷layacaktr. 3) ANFO ile patlatma yaplan aynalarda, kontur deliklerine úarj yaplmas srasnda kapsül ve 80 gr/m infilakl fitil, ANFO úarj hortumunun ucuna taklarak delik dibine yerleútirilmekte ve daha sonra deli÷e bir miktar ANFO úarj edilmektedir. Bu uygulama srasnda, kapsül ve infilakl fitilin birbirine bant ile monte edilmedi÷i gözlenmiútir. Teknik olarak kapsüle duyarsz bir patlayc olan ANFO’nun
kapsül tarafndan ateúlenmesi mümkün de÷ildir. ønfilakl fitil için yemleme amacyla deli÷e konulan ANFO aslnda kapsülün infilakl fitil’i ateúlemesiyle infilak etmektedir. Yani kapsül aslnda infilakl fitil’i patlatmakta, infilak eden infilakl fitil ise ANFO’yu ateúlemektedir. Bu nedenle kapsülün infilakl fitil’e infilak yönünde bant ile mutlaka monte edilmesi gerekmektedir. 4) Yaplan çalúmalar sonucunda, BLASTEC programndan da yararlanlarak yeni paternler ve úarj tablolar oluúturulmuú ve ayrca ÇBø’ye sunulmuútur. ÇBø yetkililerinin standart bir patern oluúturulmas ve oluúturulan bu paternin bütün aynalarda kullanlabilmesi yönündeki talepleri do÷rultusunda, 5.0 m x 5.0 m aynalarda ANFO ve Emulite-TG kullanmna uygun 1 adet ve 5.0 m x 7.0 m aynalarda ANFO ve Emulite-TG kullanmna uygun 1 adet olmak üzere toplam 2 adet delik paterni oluúturulmuútur. 5) Çalúmalar srasnda görüntülenen baz foto÷raflar EK-2’de sunulmuútur.
Resim 5. Rod krlmas ve deliklerin birleúmesi sonucu göbek deliklerinin bozulmas 11
47
5 KAYNAKLAR ønal, H.S., Alpsar, M.A., 2006, Çayeli Bakr Madeni Yeralt Patlatmalarnn øyileútirilmesi Çalúmas, Nitromak, Ankara, 26 s. Olofsson,S.O., 1991, Applied Explosives Technology for Construction and Mining, Applex, Arla, Sweden Resim 6. Delgi pasasnn iyi ykanmamas sonucu etkin delik alannn düúmesi
12
48
Küre Bakr øúletmesi’nde Katlararas Patlatma (Paralel Delik Metodu ile Katlararas Serbest Yüzey Oluúturma) Bench Stoping Blasting In Küre Mine Operations (Free Face Developing Between the Silled Drive and the Extraction Drive by Burn – Cut Technique) Metehan Derya (Orica-Nitro Patlayc Mad. San. Ve Tic. A.ù., G.O.P./Ankara )
Ümit Klç (Orica-Nitro Patlayc Mad. San. Ve Tic. A.ù., G.O.P./Ankara)
Süleyman Taúatan (STFA Tünel ønúaat A.ù., Lakhadaria – Bouria/Algeria ) ÖZET Bu bildiri, Kastamonu’nun Küre ølçesi’nde iúletilmekte olan Aúköy Yer Alt Bakr Maden Oca÷nda yeraltnda ilk kez katlar aras delme patlatma tasarmnn oluúturulmas ve paralel delik metodu ile katlar aras serbest yüzeyin (kuyu) oluúturulmasn anlatmaktadr. ABSTRACT This paper explains the first application of bench stope blasting design between the silled drives and the extraction drives and free face developing (cutoff slot) between the drives by Burn – Cut Technique in Aúiköy Underground Copper Mine Operations which is operated by STFA Tünel ønúaat A.ù. 1 GøRøù 1.1 Küre Bakr øúletmesi Eti Bakr A.ù. Genel Müdürlü÷ü Bat Karadeniz Bölgesi içinde yer alan Kastamonu ili Küre ilçesinde faaliyetini sürdürmektedir. Cevher yataklarnn bulundu÷u Bakibaba, Aúköy, Kzlsu ve Toykondu bölgeleri Anadolu’yu kuzeyden çevreleyen Küre da÷larnn bir bölümünü oluúturmaktadr. 1.2 Aúköy Kapal øúletme Aúköy Açk øsletme taban snr olan +960 kotundan 30 m aúa÷dan baúlayan ve +792 m kotuna kadar olan ksmda kapal iúletme üretim yöntemleri ile üretim çalúmalar yaplmakta ve çkarlan cevher bantlarla kaba krcnn önündeki stok sahasna nakledilmektedir. Halen Aúköy kapal 49
iúletmesinde % 2,00 Cu tenörlü 1.200.000 ton tüvenan cevher için üretim çalúmalar devam etmektedir. Üretim yüzeyden yaklaúk 150 metre derinde yaplmaktadr. Bakr üretimi yaplan yerlere ana rampa ve buna ba÷l kat galerileri, e÷ik ve dik kuyular ile ulaúlmakta, cevher bu yollar boyunca tahsis edilen bantlar (e÷ik ve dikey) vastasyla yüzeye çkarlmaktadr. Oca÷n yllk cevher üretim kapasitesi 300.000 ton.un üzerindedir. 2 AùIKÖY YER ALTI OCAöI HAZIRLIK ÇALIùMALARI STFA Tünel ønúaat Firmas tarafndan ara katl geri dönümlü dolgulu iúletme metodu ile üretim yaplmas amacyla cevher içerisine farkl kotlarda ulaúm ana rampa ile sa÷lanan galeriler sürülmüútür.
2.1 Hazrlk Galerilerinde Delme – Patlatma øúi
Çizelge 1. Hazrlk galerileri delme – patlatma parametreleri
Hazrlk amaçl sürülen galerilerde patlatma yöntemi olarak paralel delik metodu seçilmiú olup, tasarm ve uygulamalar srasnda patlayc maddeleri tedarik eden firmann delme patlatma uzmanlar da hazr bulunmuútur. Bu denemeler aracl÷yla ksa sürede optimum delme – patlatma uygulama parametrelerine ulaúlmú ve STFA Tünel ønúaat A.ù. firmas mühendisleri bu yöntemle çok uzun metrajlarda galeriler sürerek uygulamalar günden güne geliútirmiúlerdir. Hazrlk galerilerinde uygulanan patlatma tasarmna ait de÷iúkenler aúa÷da verilmiútir (ùekil 1., ùekil 2., Çizelge 1.):
Formasyon Patlatma yöntemi Kesit alan Galeri taban geniúli÷i Galeri yüksekli÷i Ortalama delik says Patlayc delik çap Boú delik çap Delik boyu ølerleme (%95) Patlatlan hacim (% 95 ilerleme) Ana patlayc Toplam ana patlayc Ateúleme sistemi Yüzey ba÷lant sistemi Özgül úarj Özgül delik
16
16
16
16
5.00
16
14
16
13
15
13
15
13
18
16 14 12
14 12
12
13
Kesme [paralel delik]
17
17
17
17
5 00 m
16
14
17
15
13
15
17
: : : : : :
Bakr cevheri Paralel delik 23.41 m² 5.00 m 5.00 m 53 ad. 45 mm 89 mm x 2 ad. 4.00 m 3.80 m 88.96 m³ P. Magnum 365 Ø 34x225 mm 172.80 Kg. Exel LP 5 m. ønfilakl fitil (5g./m) 1.94 Kg./m³ 2.38 m/m³
2.2 Denemeler Öncesi Genel Durum
16
13
: : : : : : : : : : :
Katlar aras delme patlatma tasarmnn oluúturulmas ve paralel delik metodu ile katlar aras serbest yüzeyin (kuyu) oluúturulmas denemeleri için 804 ve 792 katlar seçilmiútir (ùekil. 3).
18
ùekil 1. Hazrlk galeri kesiti Bakr Cevheri
7
3
8
9
5
Patlatma ile
1
0
9
804 kat galerisi
6
2
açlacak kuyu
4
11
11
8
12 metre
10
Bakr Cevheri
10
ùekil 2. Hazrlk galerisi kesme bölgesi
792 kat galerisi
Hazrlk galerilerinde slak ve/veya kuru deliklerde ana úarj olarak kapsüle duyarl emülsiyon patlayclar elektriksiz ateúleme sistemleri kullanlmaktadr.
Bakr Cevheri
ùekil 3. 804 ve 792 Katlar genel görünümü 50
3.2 Uygulama
Ara katl geri dönümlü dolgulu iúletme yöntemi ile üretim patlatmalar yaplabilmesi için öncelikle uygun hacimde serbest yüzey oluúturulmas gerekmektedir. Delme – patlatma ile iki kat arasnda oluúturulmas planlanan serbest yüzeyin, paralel delik metodu ile açlmas kararlaútrlmú ve patlatma dizayn ve planlar bu do÷rultuda tasarlanmútr (ùekil 4., ùekil 5., ùekil 6.).
Delici makine ile patlatma tasarmna uygun olarak 802 katndan aúa÷ya do÷ru (792 kat) delikler delinmiútir (ùekil 6).
#4
#6
#7
250
250
#1
#2
#3
1500
3.1 Genel Durum
250
3 PATLATMA TASARIMI (SERBEST YÜZEY OLUùTURULMASI)
350
Bakr Cevheri Özel delici
#7
#6
#5 Ø 89 mm boú delik
804 kat galerisi
patlatma
7.5 metre
Ø 76 mm patlatma deli÷i Ölçüler mm cinsinden verilmiútir
Bakr Cevheri
ùekil 6. Paralel delik patlatma tasarm ve gecikme sralar 802 katndan görünüm 792 kat galerisi
Ancak 792 katndan bakld÷nda deliklerin oldukça sapt÷ görülmüútür (ùekil 7.).
Bakr Cevheri
ùekil 4. Planlanan patlatma tasarm #6
#5 #4
802 kat
400
#7
300 1100
7.50 metre
76 mm çapl patlatma delikleri
#2 #3 #1 #6
1700
#7
Ø 89 mm boú delik 792 kat 4 no.lu drift
Ø 76 mm patlatma deli÷i
ùekil 5. Planlanan patlatma tasarm; delik düzeni (kesit)
51
ùekil 7. Paralel delik patlatma tasarm 792 katndan görünüm (ölçüler mm cinsinden verilmiútir.)
50 cm
300 cm
Ortadan Yemleme
Sklama [kil]
#14
#13
#14
#11 #9
50 cm
Üst sklamalar
300 cm
Ortadan Yemleme
50 cm
Sklama [kil]
#8
Sklama [kum]
#10
#12
750 cm
Delici operatörlerinin bu özel delici makineyi (Simba) ilk kez kullanyor olmalar delik sapmalarna yol açmútr. Bu durumda tasarlanan gecikme numaralarnn yerleri fiili duruma uygun hale getirmek amacyla de÷iútirilmiútir (ùekil 7.). Boú deli÷e en yakn patlatma deli÷ine en küçük gecikme numaral kapsül ve boú delikten uzaklaútkça daha büyük gecikme numaral kapsüller yerleútirilmiútir (Orica Technical Service Team, Safe and Efficient Blasting in Underground Metal Mines).
#13
#7
#6 50 cm
Ara sklamalar
Takoz
#4
#1 #3
ùekil 9. Patlayc deliklerinin dolumu
#7
#2 #5 #6
takoz
ùekil 8. Patlayc deliklerinin izometrik görünüúü ve kapsül gecikme numaralar. Patlatma deliklerinin dipleri 792 kat galerisinden tahta takozlar çaklarak kapatlmú ve 7.50 metre olan delikler çift sklama ve farkl gecikmelerde iki kademede patlatlacak úekilde tasarlanmútr. Deliklere ana patlayc olarak ANFO, yemleme olarak Powergel Magnum 365 (Ø 34x225 mm) ve ateúleme sistemi olarak Exel LP Elektriksiz kapsül sitemi yerleútirilmiútir (Çizelge 2., ùekil 9.).
52
Çizelge 2. Kuyu patlatmas delme-patlatma parametreleri Formasyon : Bakr cevheri Patlatma yöntemi : Paralel delik Delik durumu : Kuru x 1.5 x 7.5 Patlatlan alann : 1.5 = 16.90 m³ hacmi Galeri taban geniúli÷i : 5.00 m Galeri yüksekli÷i : 5.00 m Patlayc delik says : 9 ad. Patlayc delik çap : 76 mm Boú delik says : 4 ad. Boú delik çap : 89 mm Ana Patlayc : ANFO Ana Patlayc Miktar : 190 kg. 2 ad. / delik Magnum 365 Yemleme : P. Ø 34x225 mm (245 g./ad.) Yemleme Miktar : 4.41 kg. Ateúleme sistemi : Exel LP 12 m. Yüzey ba÷lant : ønfilakl fitil (5g./m) sistemi Özgül ùarj : 11.50 kg./m³
4 UYGULAMA
3.2.1 Uygulama Srasnda Dikkat Edilen Önemli Noktalar a. Yemleyici deli÷in ortasna konularak patladktan sonra sklamay bozmas engellenmiútir. b. Gecikme aralklar en az 200ms olacak úekilde yerleútirilmiútir. c. Ara sklama malzemesi olarak killi toprak kullanlmútr. d. Bu tip bir kuyu (baú yukar) patlatmasnn özgül úarj, paralel delik yöntemiyle yaplan bir tünel patlatmasnn özgül úarjndan çok daha fazla olmaldr. Çünkü bu tip bir atmda patlayc delikleri her iki taraftan hapsedilmiú durumda de÷ildir (Stig O. Olofsson, 1988). e. Kesme deliklerinin oldu÷u bölgede úarj, üretim deliklerinin oldu÷u bölgelere oranla çok fazla oldu÷undan yan duvarlar örselememek için kesme bölgesinin galeri tabannn ortasna yerleútirilmiútir. f. Ara sklamalarn üst seviyeleri ayn hizada tutularak di÷er deliklerdeki patlayc kolonlarnn bozulmas engellenmiútir. 3.2.2 Ba÷lantlar 802 katnda deliklerden gelen elektriksiz kapsüllerin úok tüpleri ùekil 10.’daki gibi ba÷lanmútr.
4.1 Birinci Patlatma Çizelge 2.’de verilen parametreler do÷rultusunda yaplan 1. patlatma sonucu ùekil 11.’de gösterilmiútir. Bu patlatma sonucunda 802 ve 792 katlar arasnda di÷er üretim deliklerinin rahatça patlatlaca÷ serbest yüzey büyük oranda açlmútr. Ara sklamalarn bulundu÷u bölümde parça boyutu da÷lm daha büyük oldu÷u için bu bölüm ksmen tkal kalmú ancak 802 katndan krc vastasyla kolayca açlmútr. Bu ikinci iúlemi ortadan kaldrabilmek için iki alternatif çözüm yolu düúünülmüútür: Bunlardan birincisi boú delik çaplarnn 89 mm.den 152 mm.ye çkarlarak ara sklama yapmadan tek seferde paralel delik yöntemi ile kuyunun (serbest yüzey) açlmas di÷eri ise kuyunun iki seferde patlatlmasdr. Uygulamalarn yapld÷ tarihlerde úantiyede delici makinenin 152 mm.lik delik delebilmesine olanak tanyacak büyük çapl delici uçlar bulunmad÷ için ikinci alternatif çözüm yolunun denenmesine karar verilmiútir. Bakr Cevheri
804 kat galerisi
ùok Tüpler
ønfilakl Fitil [5g PETN/m]
7.5 metre
Patlatma sonras
Dik Ba÷lant
ara sklamann bulundu÷u
Bakr Cevheri
bölümde ksmi tkanklk
300 mm
792 kat galerisi
Elk. Kapsül
Bakr Cevheri
ùekil 10. Ba÷lantlar
ùekil 11. ilk deneme patlatmas sonucu ve patlatma sonras çkan malzemenin uzaktan kumandal yer alt kepçesi ile yüklenmesi 53
5 SONUÇLAR
4.2 økinci Patlatma
Küre Bakr øúletmesi Aúköy Yer Alt Maden øúletmesi’nde katlar aras delme patlatma tasarmnn oluúturulmas ve paralel delik metodu ile 804 ve 792 katlar aras serbest yüzeyin (kuyu) oluúturulmas için denemeler yaplmútr. øki ayr noktada yaplan patlatmalarda, katlar arasnda açlmas planlanan kuyunun tek seferde ve kademeli olarak iki seferde patlatma ile açlarak üretim için gerekli olan Halat Çivi ve ip serbest yüzeyin oluúturulmas hedeflenmiútir. ile yere sabitlenen Bu do÷rultuda paralel delik patlatma takoz metodunun temel prensipleri kullanlarak ùekil 12. delme patlatma tasarm yaplmútr. Üst kattan deli÷in Tasarmn uygulanmas srasnda yaplan patlayc ile ilk patlatmada ksmen baúar sa÷lanmú doldurulabilmesi (ùekil 11.) ancak krc makine kullanarak için tkanmas ikinci bir iúlemle istenen boúluk Kaya parçalar oluúturulmuútur. Bu ikinci iúlemi ortadan ile delik taban kaldrmak için tasarmda bulunan boú tkanr deliklerin çaplarnn boyutlarn arttrmak mümkün olamad÷ndan iki kademede tasarlanan baúka bir patlatma uygulamas Takoz yaplarak baúar sa÷lanmú ve hedeflenen serbest yüzey oluúturulmuútur (ùekil 14.). Bu iki kademeli patlatma yaplrken Çizelge 2. de verilen delme patlatma tasarmna ve patlayc miktarlarna uygun úarjlama yaplmútr. Bakr Cevheri
øki kademede planlanan patlatmada ilk önce deliklerin alt bölümü doldurularak patlatlmútr (ùekil 13). Deliklerin üst bölümlerinin doldurulabilmesi için önceden yapld÷ gibi takozlar çaklmas güvenli olmad÷ için tercih edilmemiú bunun yerine yukardan iple sabitlenen takozlar kullanlmútr (ùekil 12.).
Bakr Cevheri 804 kat galerisi
7.5 metre
804 kat galerisi
7.5
Önce deliklerin alt bölümü
Bakr Cevheri
økinci patlatma sonras kuyu (serbest yüzey) tamamen
Bakr Cevheri
açlmútr.
patlatlmútr
792 kat galerisi
792 kat galerisi Bakr Cevheri
Bakr Cevheri
ùekil 13. Kademeli patlatma ile kuyu açlmas, ilk patlatma 54
ùekil 14. Kademeli patlatma ile kuyu açlmas, ikinci patlatma sonucu
øleride yaplacak çalúmalarda ikincil iúleri (krc kullanm veya ikincil patlatma) ortadan kaldrmak için mutlaka daha büyük çapta boú delikler kullanlarak tek seferde kuyu açlmasn hedefleyen deneme patlatmalar yaplmaldr. KAYNAKLAR Orica Technical Service Team, Safe and Efficient Blasting in Underground Metal Mines, (139 - 171 s.). International Society of Explosives Engineers, (17th ed.), 1998. Blasters’ Handbook, Cleveland, Ohio, (351 - 408 s.). Olofsson, Stig O., 1988. Applied Explosives Technology for Construction and Mining, Arla, Sweden, (160 - 173 s.). Orica, Engineer Training Program – Package No. 17 (Slot Blasting), Australia, (112 - 144 s.).
55
56
Güney Ege Linyitleri letmesi Eskihisar Ocaı Delme Ve Patlatma Çalımalarının Maliyet Analizi Cost Analysis Of Drilling And Blasting Operations in Eskihisar Mine Of South Egean Lignite Corporation (GEL) Ozan Bayram stanbul Teknik Üniversitesi, Maden Mühendislii Bölümü, stanbul ÖZET Açık ocak iletmelerinde ve ta ocaklarında delme-patlatma yöntemi yaygın olarak kullanılmaktadır. Türkiye Kömür letmelerine (TK) balı Güney Ege Linyit letmeleri (GEL) müessesesine ait Eskihisar Ocaı’nda yapılan bu çalımada, Eskihisar letmesi’nde dekapajda yapılan delme ve patlatma faaliyetleri incelenmi ve maliyet analizi yapılmıtır. Çalımada, formasyon ve delici makine tasarım özellikleri birlikte deerlendirilerek; delme performansı ile arj ve ateleme maliyet analizi yapılmıtır. letmede uygulanmakta olan delik çapı, dilim kalınlıı, delikler arası mesafe, sıkılama boyu, basamak altı delik boyu gibi parametrelerin literatürde yer alan çeitli yaklaımlara göre durumu incelenmi ve iletmede uygulanan bu parametrelerin optimum olup olmadıı ve mevcut durum ortaya konulmutur. Her bir formasyon için ayrı ayrı delme ve patlatma maliyetleri incelenmi, delme ve patlatma maliyetlerinin, iletmenin toplam dekapaj maliyetleri içerisindeki payı ortaya konmu ve maliyet analizi ile ilgili sonuçlar ayrıntılı olarak sunulmutur. ABSTRACT Drilling and blasting operations are widely used in open pit mines and stone quarries. In this study, cost analysis and activities of drilling and blasting operations in Eskihisar Mine of South Egean Lignite Undertaking (GEL), which is an establishment of Turkish Coal Enterprises (TK), was investigated. In this study, by evaluating formation properties and design properties of drilling machines together; cost analysis of charge and blasting were done with drilling performance. The parameters like as diameter of hole, burden, distance between holes, stemming length, sub bench hole length are compared with some approaches in literature, and parameters are determined if they are optimum or not. Costs of drilling and blasting operations are analysed for each formation, and the ratio of total strip costs of establishment in drilling and blasting operations was displayed. Moreover, the results of cost analysis were presented.
yakın olduu sahalarda açık iletme yöntemi uygulanmaktadır. Güney Ege Linyitleri letmesi (GEL) Müessesesine ait Eskihisar ocaında da açık iletme yöntemi ile kömür üretimi gerçekletirilmektedir. GEL müessesesine ait Eskihisar Ocaı’nda bütün dünyada olduu gibi açık iletme yöntemi ile kömür üretiminde “draglayn, damperli kamyon, ekskavatör ve bant konveyör” gibi
1 GR Kömür madenciliinin dünyada yaklaık bin yıldan beri yapıldıı bilinmektedir. Büyük üretim kapasitesine sahip kömür madencilii ise 18. yüzyıldan bu yana yapılmaktadır. Kömür üretimi açık ocak ve yeraltı ocak iletmecilii olmak üzere iki ekilde sürdürülmektedir. Kömür damarının yüzeye 57
çeitli büyük kapasiteli makinalar kullanılmaktadır. GEL, Mula ili sınırları içerisinde bulunan düük kalorili (2200 kcal/kg) linyit rezervlerini üretmektedir. Amaç, üretilen linyit kömürünün Yataan’da kurulu bulunan termik santralde yakılarak enerji elde edilmesi ve yörenin ısınma amaçlı yakacak kömür ihtiyacını karılamaktır. Bu amaca yönelik olarak Eskihisar, TınazBayaka, Sekköy, kizköy, ve Hüsamlar açık iletmelerinde kömür üretim faaliyetleri faaliyetlerini sürdürülmektedir. Üretilen kömür, Yataan Termik Santrali’ne satılmaktadır. Büyük kapasiteli makinaların çalımasını kolaylatırmak için delme ve patlatma ilemi de gerekmektedir (GEL faaliyet raporları 2004). Delme ve patlatma, açık iletme ile üretim yapan ocaklarda dekapaj ve üretim faaliyetleri açısından önemli bir yere sahiptir. Bildiride, GEL Eskihisar Açık Ocaı’nda yapılan 15 ayrı atım için delme ve patlatma maliyetleri ortaya çıkartılmı ve sonuçlar deerlendirilmitir. 2 LETMENN TANITIMI letme havzalarındaki linyit bir çöküntü havzasında olumutur. Çöküntü havzasının yüksek kısmını oluturan ve genelde linyitli sahayı sınırlayan kayaçlar, Paleozoyik yalı istler ve Mesozoyik yalı mermerlerdir. Çöküntü havzasını dolduran ve linyit horizonununda yer aldıı Neojen çökelleri (Orta Üst Miyosen). letme sahasının jeolojisi “neojen öncesi formasyonlar”, “neojen formasyonlar” ve “neojen sonrası formasyonlar” olmak üzere üç tip formasyona ayrılır. letme sahasında, Genel olarak, delme ve patlatma çalımalarının incelendii kısımlarda marn ve kireçtaının yaygın olarak bulunmaktadır. letmede “Halatlı Ekskavatör + Draglayn + Kamyon” açık iletme üretim yöntemi (ekil 1) ile çalıılmaktadır. Ancak bu çalımanın yapıldıı dönemde draglaynnın revizyonda olması nedeniyle “halatlı 58
ekskavatör + kamyon” açık iletme üretim yönteminin uygulaması incelenmitir. letme genelinde uygulanan yöntem; Draglaynın çalıacaı dilimi hazırlamak üzere ekskavatörler ile inceltme kazısı yapılmaktadır. Ocaın nispeten sert kumlu kireçtaları ve kömür damarının hemen üzerinde yer alan kompakt marnlarda kazı ileminin kolaylatırılması amacıyla 229 mm (9”) çaplı 30 metre delik kapasiteli Ingersoll Rand ve Reed Rill marka deliciler ile hazırlanan deliklerde gevetme atımları yapılmaktadır. Ekskavatörlerce kazılan malzeme kamyonlarla döküm sahasına nakledilmektedir. Kömür damarının hemen üzerindeki örtükazısı ise, 65 yd3’lük draglayn ile yapılmaktadır. Draglayn kaldırdıı örtüyü bir önceki kömürü alınmı dilimdeki bolua dökmekte ve ocak içi pasa yıınlarını oluturmaktadır. Üzerindeki örtü tabakası kazısı draglayn ile yapılan ve üzeri açılan kömür damarı ise, yani kömür üretimi, elektrikli ekskavatörler ile kazılarak, alttan boaltmalı kamyonlar ve bant konveyörler ile TK ve 3 × 210 MW gücündeki termik santral silosuna nakledilmektedir. Ayrıca küçük kepçeli yükleyiciler ile de piyasa kamyonlarına kömür verilmektedir.
ekil 1. Halatlı Ekskavatör + Kamyon yöntemi (Köse, H., ve di., 1996) Eskihisar Ocaı’nda, 2004 yılında “ekskavatör + kamyon” ile yapılan toplam inceltme dekapajı 7.687.000 m3 (TK tarafından), draglayn dekapajı ise 2.046.000
m3 olmak üzere toplam 9.733.000 m3 örtü dekapajı yapılmıtır. Bu çalımanın yapıldıı sırada draglayn çalımadıı için draglayn basamakları oluturulmamaktadır. Bunun yerine basamaklarda (12-13 m) patlatmalar yapılmakta ve gevetilen örtü tabakası halatlı ekskavatör yardımıyla kazılmaktadır. Halatlı ekskavatör tarafından kazılan örtü tabakası kamyonlara yüklenerek dekapaj sahasına gönderilmektedir. Benzer ekilde, halatlı ekskavatörler tarafından kazılan kömür yine kamyonlarla stok sahasına nakledilmektedir. letmede kullanılan makina-ekipman Çizelge 1’de verilmektedir. GEL Eskihisar Ocaı’na ait 2004 yılı dekapaj miktarları ve maliyetleri Çizelge 2’de verilmitir. Toplam delme ve patlatma maliyetlerinin dekapaj maliyetleri içerisindeki yeri incelenirken bu çizelgedeki veriler kullanılacaktır.
3 DELK DELME GEL Müessesesi Eskihisar letmesinde, Reed Rill (3 adet) ve Ingersoll-Rand (6 adet) marka, paletli ve lastik tekerlekli (1 adet) delici kullanılmaktadır (ekil 4). Bu makinaların görünümü, boyutları ve özellikleri sırasıyla ekil 2, Çizelge 3 ve Çizelge 4 ‘de verilmitir. Deliciler “döner delici” (rotary) tiptedir. letmede kullanılan döner deliciler, 229 mm (9”) delik çapında (ekil 3) ve 30 m. derinlie kadar delik delme kapasitesine sahiptirler.
Çizelge 1. letmede kullanılan makinaekipman (GEL faaliyet raporları). Makina ve Ekipman Draglayn (65 yd3 kapasiteli) Elektrikli Ekskavatör (15 yd33) Elektrikli Ekskavatör (10 yd ) Toprak Kamyonu (77 ton kapasiteli) Kömür Kamyonu (135 ton kapasiteli) Buldozer Yardımcı makinası
ekil 2. Delicinin ematik görünümü.
Adet 1 8 2 62
Çizelge 3. Delicilerin boyutları.
10 27 27
Çizelge 2. GEL Eskihisar Ocaı’na ait 2004 yılı dekapaj miktarları ve maliyetleri (GEL faaliyet raporları). 2004 Yılı 12 Aylık
GEL ESKHSAR OCAI DEKAPAJ MALYETLER m3 YTL YTL/m3 3 (×10 ) nceltme 7 687 32806340,30 4,27 Dekapajı Draglayn 2 046 1849125,69 0,91 Dekapajı Toplam 9 733 34655466,00 3,57
ekil 3. Deliin görünüü ve delik çapı.
59
delme ilemi yapılmaktadır. letmede üretim artlarına göre basamakta genelde iki adet delici çalımaktadır. Ancak bazı durumlarda delici sayısı bir adet olabilmektedir. 15 m. lik delikler açıldıı için her biri 7,5 m. uzunlua sahip olan iki adet tij delik delme ileminde kullanılmaktadır.
Deliciler için yapılan i-zaman etüdleri, iletmede karılaılan marn ve kireçtaı formasyonlarının ikisi içinde hemen hemen aynıdır ve bu yüzden delicilerin i-zaman etüdü çizelgeleri hem marn hem de kireçtaı için ortak verilmitir. Ingersoll-Rand marka paletli delici ile yapılan delik delme izaman etüdü Çizelge 5’de, Reed Rill marka paletli ve lastik tekerlekli delici (paletli) ile yapılan delik delme i-zaman etüdü Çizelge 6 ve Reed Rill marka delici (lastik tekerlekli) ile yapılan delik delme de i-zaman etüdü de Çizelge 7’de verilmitir (Bayram, O., 2005)
Çizelge 4. Delicilerin özellikleri.
ekil 4. (a) Ingersoll-Rand marka delicinin (paletli) görünümü (b) Reed Rill marka delicinin (paletli) görünümü (c) Reed Rill marka delicinin (lastik tekerlekli) yandan ve önden görünümü. Normalde delik delme ilemi basamaklarda inceltme dekapajı amaçlı ve az da olsa kömürde yapılmakta iken bu çalıma esnasında draglayn revizyonu nedeniyle tüm örtü kazı, delme ve patlatma ile yapılmaktadır. Dolayısıyla tüm dekapajda
ki marka delici için ayrı ayrı oluturulan izaman etüdü çizelgeleri incelendiinde, delicilerin saatlik delik delme performanslarının benzer olduu görülmektedir. 60
Çizelge 5. Ingersoll-Rand marka delici (paletli) ile yapılan delik delmede i-zaman etüdü
Çizelge 7. Reed Rill marka delici (lastik tekerlekli) ile yapılan delik delme de i-zaman etüdü
Çizelge 6. Reed Rill marka delici (paletli) ile yapılan delik delmede i-zaman etüdü
Bundan dolayı da delik delme maliyet hesaplarında bütün makinalar için ortak bir delme maliyeti çıkarılmıtır. 3.1 Delik Delme Maliyeti Delik delme maliyeti delicilerin iletme maliyeti ve içilik maliyeti olmak üzere iki alt balık altında incelenmitir. 3.1.1 Delicilerin letme Maliyeti letmede kullanılan 9 adet delicinin tamamı amortisman ömrünü tamamlamıtır. Bu nedenle delik delme maliyet hesaplamasında amortisman dikkate alınmamıtır. Delicilerin iletme maliyet hesabında yer alan parametreler Çizelge 8 de ayrıntılı olarak verilmitir. 61
Çizelge 8. Delicilerin iletme maliyeti. Parametreler
Yılllık Masraf (YTL/Yıl) Döner Üç Konili 22 766,332 Matkap Onarım, bakım ve 131 650 yedek parça Yakıt 118 565,316 Ya 4 166,216 Dier 4 388,900
3.1.2 Delicilerin çilik Maliyeti Delme çilii; delik makinalarında, 8 operatör çalımaktadır. Tüm deliciler için delme içilii yıllık maliyeti, 240.000 YTL olarak hesaplanmıtır.
Ancak basamak patlatmalarında ve draglayn basamaı için gevetme atımlarında genel delik düzeni ebe’tir (ekil 5). Marn olan yerde uygulanan ebe delik düzeninde dilim kalınlıı (DK) 7-10 m arasında deiirken, delikler arası mesafe (DAM) ise 8-10 m. arasında deimektedir. Kare düzeninde ise dilim kalınlıı ile delikler arası mesafe eittir (10 m). ebe delik düzeninde DAM nin DK nın 1,15-1,25 katı arasında deiebilmektedir (Bilgin, H.A., 1986). Buna göre; DAM = (1,15-1,25) × DK = 8,05-8,75 m. arasında deiir. Hesaplanan bu deer ile iletmede uygulanan delikler arası mesafenin (8-10 m.) birbirine yakın olduu görülmektedir.
3.1.3 Delicilerin Toplam ve Birim Delik Delme Maliyeti Toplam maliyet delicinin iletme maliyeti ve içilik maliyetinin toplamasıyla bulunmutur. Birim delik delme maliyeti ise toplam maliyetin yıllık toplam delme metrajına bölünmesi ile elde edilmi ve sonuçlar Çizelge 9’da verilmitir. Çizelge 9. Delicilerin Toplam ve Birim Delik Delme Maliyeti Toplam maliyet 521.536,756 YTL/Yıl Toplam delik 35.754 m / Yıl uzunluu Birim Delik 14,60 YTL / m. Delme Maliyeti
ekil 5. Marn formasyonunda (a) ebe düzeni (çou zaman) (b) Kare düzeni (nadiren uygulanır, zayıf-çatlaklı)
4 DELKLERN ARJI 4.1 Eskihisar Açık Ocaı’nda Uygulanan Delik Geometrisi letmede, ebe delik düzeni ve nadiren de kare delik düzeni uygulanmaktadır. Çok yumuak kolay kırılabilen çok çatlaklı kısımlarda kare düzeni tercih edilmektedir. 62
letmede dier bir formasyonda kireçtaı olan kısımlardır. Bu kısımlarda da ebe delik düzeni uygulanmaktadır. DK 4-6 m. arasında deiirken, DAM ise 5-7 m. arasında deimektedir. Kireçtaında dilim kalınlıı biraz azalabilmektedir. Kireçtaında delikler arası mesafenin ve dilim kalınlıının marn da uygulanan sisteme göre daha az olmasının en önemli nedeni kireçtaının marna göre daha salam olması ve daha zor
ekil 6. Kireçtaında uygulanan delik düzeni parçalanmasıdır. Kömürde uygulanan delik geometrisinde ise dilim kalınlıı 6 m. iken, delikler arası mesafe de 6 m.’dir (ekil 7). Delik düzeni kare düzendir.
ekil 8. letmede uygulanan genel delik geometrisi kesit görünüü (Özer, Ü. ve Anıl, M., 1996). Çizelge 10. 229 mm delik çapı için çeitli yaklaımlara göre delme ve patlatma dizaynı (Patlayıcı madde ANFO).
ekil 7. Kömürde delik düzeni. 4.2 Uygulanan Patlatma Paterninin ncelenmesi Delme ve patlatma çok iyi bir planlama gerektirmektedir. letmede uygulanmakta olan delik çapı, dilim kalınlıı, delikler arası mesafe, sıkılama boyu, basamak altı delik boyu gibi parametrelerin literatürde yer alan çeitli yaklaımlara göre durumu ele alınmıtır. letmede uygulanan bu parametrelerin optimum olup olmadıı incelenerek ve mevcut durum açıklanmaya çalıılmıtır. Kullanılan yaklaımlar Arıolu (1983), Hagan (Bilgin, 1986), Olafsson (1990), Gustafsson (Bilgin, 1986) ve Tamrock (1986) yaklaımlarıdır. Bu yaklaımlara göre iredeleme yapılırken iletmenin kullandıı delik çapları aynen muhafaza edilmi olup marn, kireçtaı ve kömür için bulunan sonuçlar Çizelge 10 da özetlenmitir. Bu sonuçlara göre, Marn formasyonu için 63
Arıolu yaklaımının optimum sonuçlar verdii gözlenmitir. Ancak kireçtaı ve kömürde uygulanan delik geometrisi ile yaklaımlar arasında bir iliki bulunamamıtır.
4.3 letmede Kullanılan Patlayıcı Maddeler ve Ateleme Elemanları letmede kullanılan patlayıcılar, Orica-Nitro A..’nin ürünleridir. letmede kullanılan patlayıcılar Çizelge 11 de verilmitir.
kapsüllerinde kullanıldıı delik arjları vardır. Ancak elektriksiz (exel) kapsül kullanımı oldukça azdır. Kömür olan kısımlarda da delme ve patlatma ilemine nadiren de olsa gerek duyulmaktadır.
Çizelge 11. Kullanılan Patlayıcı Maddeler ve Ateleme Elemanları Anfo Emülsiyon Patlayıcı Patlayıcı (Kapsüle Duyarlı) Maddeler Emülsiyon Patlayıcı (Yemlemeye Duyarlı Emülsiyon Powergel S-600) nfilaklı Fitil Gecikme Rölesi Ateleme Elemanları Elektrikli Kapsül Elektriksiz Kapsül (Exel) 4.4 Deliklerin arjı ve Maliyetleri Deliklerin arjı zemin özelliklerine göre deimektedir. Bu çalımada ekskavatör basamaklarında ve kömürde uygulanan delik arjları ele alınmıtır. Önceden belirtildii gibi her formasyon için yapılan delik arjları da farklı olmaktadır. Zemin formasyonunun marn olduu yerlerde kuru ve sulu deliklerde olmak üzere iki tip arj vardır. Aynı ekilde zemin formasyonun kireçtaı olduu yerlerde de kuru ve sulu deliklerde olmak üzere iki tip arj vardır. Kuru ve sulu deliklerdeki arj miktarları ve sıkılama boyları ekil 9 ve 10’da ayrıntılı olarak verilmitir. Marn formasyonunda kuru delik arjında her bir delik için 150 kg Anfo, 15 m uzunluunda infilaklı fitil ve delik baına iki yemleme kullanılmaktadır. Marn formasyonunda ateleme elemanı olarak infilaklı fitil ve elektriksiz (exel) kapsül uygulamaları mevcuttur. Ancak elektriksiz (exel) kapsül kullanımı azdır. Ayrıca, nadiren de olsa çok sulu olan deliklere rastlanabilmektedir. Bu tip arj çok az uygulanmakta olduundan maliyet hesaplarında dikkate alınmamıtır. nfilaklı fitilin yanısıra, elektriksiz (exel) 64
ekil 9. Marn formasyonunda uygulanan (a) Kuru delik, (b) Sulu delik (Bayram, O., 2005). Kömürde delikler kuru ve sulu olmak üzere iki çeittir. Bu yüzden powergel S-600 (emülsiyon) ve Anfo kullanılmaktadır. Sadece Anfo kullanımı söz konusu olmaktadır. Kömürde uygulanan delik arjları ekil 11’de ayrıntılı olarak
görülmektedir. Kömürde yapılan atelemelerde infilaklı fitil kullanılmaktadır. Kömürlü kısımlarda sadece bir yemleme yapılmaktadır. Çünkü delik boyları 7,5 m.’dir.
formasyonları için ayrı ayrı hesaplanmıtır. Marn kireçtaı ve kömür formasyonları için arj ve ateleme maliyetleri kuru ve sulu delik için ayrı ayrı Çizelge 12, 13 ve 14’de ayrıntılı olarak verilmitir.
ekil 11. Kömürde kuru ve sulu delik arjı kesit görünümü. 5 TOPLAM DELME VE PATLATMA MALYET Toplam delme ve patlatma maliyeti hesaplanırken marn ve kireçtaı formasyonları için ayrı ayrı maliyet hesabı yapılmıtır. GEL Eskihisar Ocaı’nın dekapaj maliyeti 3,56 YTL/m3‘tür (Çizelge 2). Marn formasyonunda ortalama delme ve patlatma maliyeti 0,39 YTL/m3’tür. Marn formasyonunda toplam delme ve patlatma maliyetinin, iletmenin toplam dekapaj maliyeti içerisindeki oranı %11 olarak bulunur. Kireçtaı formasyonunda ortalama delme ve patlatma maliyeti 0,46 YTL/m3’tür. Kireçtaı formasyonunda toplam delme ve patlatma maliyetinin, iletmenin toplam dekapaj maliyeti içerisindeki oranı %13 olarak bulunur.
ekil 10. Kireçtaı formasyonunda (b) kuru delik ve (c) sulu delik arjının kesit görünümü. Ayrıca çok nadiren de olsa 10 m.’lik deliklerde de arj olabilmektedir. Delik arj ve ateleme maliyetleri hesaplanırken kullanılan çeitli maliyet unsurları marn, kireçtaı ve kömür 65
6 SONUÇLAR VE ÖNERLER Marn ve kireçtaı formasyonları için ayrı ayrı yapılan toplam delme ve patlatma maliyeti sonuçları iletmenin toplam dekapaj
maliyetleri ile oranlandıında sonuçların optimum olduu ortaya çıkarılmıtır. Tecrübeler, delme ve patlatma maliyetinin, açık ocak iletme maliyeti içerisindeki payının %10-20 arasında ise uygun olduunu ortaya koymaktadır (Yıldız, R. ve Köse, H., 2003). Buna göre, yapılan hesaplamalar sonucu elde edilen Eskihisar ocaına ait 1 m3 dekapajın toplam delme ve patlatma maliyetinin, iletmedeki 1 m3 dekapajın toplam maliyetine oranının ortalama yüzde %12 olduu ortaya konulmutur. Bu da iletmedeki delme ve patlatma maliyetlerinin makul seviyelerde olduunu göstermektedir. Kömür üretim maliyetleri ile ilgili bilgilere ulaılamaması nedeniyle kömür için elde edilen delme ve patlatma maliyetlerinin uygun seviyede olup olmadıı ne yazık ki mümkün olmamıtır. letmede yapılan delme ve patlatma faaliyetlerinin, marn ve kireçtaı maliyet analizlerinin sonuçlarına göre, marn için delme ve patlatma maliyetinin en düük olduu ortaya çıkmıtır. Kireçtaı için hesaplanan delme ve patlatma maliyeti sonuçlarına göre kireçtaının marn’a kıyasla daha sert olması ve dolayısıyla daha fazla arj gerektirmesi nedeniyle maliyetinin daha yüksek olduu sonucuna varılmıtır. Her bir formasyon için delme ve patlatma maliyetleri incelendiinde iletmenin toplam dekapaj maliyetleri içerisindeki payının uygun olduu ortaya çıkarılmıtı. Ancak, yine de içilik maliyetleri ve yakıt giderlerinin fazlalıı dikkat çekmektedir. çilik maliyetleri oldukça yüksektir ve daha düük seviyelere çekilmesi gerekmektedir. Ayrıca yakıt giderleri de aaı çekilmelidir. Çünkü yakıt giderlerinin fazla oluunun ve delik delme kapasitelerinin düük oluunun en önemli nedeni delicilerin ömrünü tamamlamasıdır. Bunun için de yapılması gereken, delicilerin yenilenmesidir. letmede gözlemlenen patlatmaların sonucunda, uygulanan patlatma sistemlerinin ise baarılı olduu gözlemlenmitir. 66
Ulaılan sonuçlar ııında delikler arası mesafe ve dilim kalınlıının yalnızca marn formasyonunda uygulanan patlatma sistemi için literatürdeki teorilerle uyutuu, ancak kireçtaı ve kömürde uygulanan patlatma sistemleri ile uyumadıı gözlemlenmitir. Bu yüzden de özellikle kireçtaında uygulanan delik geometrisinin yeniden gözden geçirilmesi gerektii sonucuna varılmıtır. 7 TEEKKÜR Bu çalımanın hazırlanmasında her türlü destei salayan GEL Eskihisar letmesi yetkililerine teekkürü bir borç biliriz. KAYNAKLAR Bayram, O., 2005. GEL Eskihisar Ocaı Delme Patlatma Çalımalarını Maliyet Analizi. TÜ Maden Mühendislii Bölümü, s. 66-86. Bilgin, H.A., 1986. Açık letmelerde patlatma sorunları ve tasarımı, ODTÜ Maden Mühendislii Bölümü Maden letme Anabilim Dalı Seminerleri, Seminer No: 2, Ankara, Austos, s. 56-84. Güney Ege Linyitleri letmesi (GEL) Müessesesi, 2004 Yılı Faaliyet Raporları. Köse, H., Yalçın, E., imir, F., Konak, G., Onargan, T., ve Kızıl, M.S., 1996. Açık letme Teknii, zmir, s. 105-174. Özer, Ü. ve Anıl, M., 1996. Delme-Patlatma tasarımı için kullanılan bazı yaklaımların ampirik olarak incelenmesi, 2. Delme ve Patlatma Sempozyumu Bildiriler Kitabı, Ankara, Ocak 16-18, s. 107-112. Yıldız, R. ve Köse, H., 2003. Açık letmelerde Delik Delme Metodları ve Delici Makinalar. (Delik Delme (Delici) Makinaları), Kütahya, s. 54-146.
Çizelge 12. Marn Formasyonu çin arj ve Ateleme Maliyeti Maliyet Parametreleri Delik Durumu Kullanılan Patlayıcı Madde
Marn Formasyonu Kuru delik Sulu delik ANFO ve ANFO, yemleme Emülsiyon ve yemleme Kullanılan Ateleme Elemanları nfilaklı fitil, gecikme rölesi ve kapsül Delik Boyu 15 m Bir Delikteki Emülsiyon Miktarı 100 kg Emülsiyon Fiyatı 1,26 YTL / kg + %18 KDV Bir Delikteki Emülsiyon Maliyeti 149,74 YTL / delik Bir Delikteki ANFO Miktarı 150 kg 50 kg ANFO Fiyatı 0,583 YTL / kg + %18 KDV Bir Delikteki ANFO Maliyeti 103,191 YTL / 34,397 YTL/ delik delik Bir Delikteki Yemleme Miktarı 2 Adet Yemleme Fiyatı (1kg) 2,089 YTL / kg + %18 KDV Bir Delikteki Yemleme Maliyeti 2 × 2,089 = 4,93 YTL / delik Bir Delik çin Kullanılan nfilaklı 15 m Fitil nfilaklı Fitil Fiyatı 0,235 YTL / m. + %18 KDV Bir Delikteki nfilaklı Fitil Maliyeti 15 × 0,2773 = 4,16 YTL / delik Ortalama Kapsül Tüketimi Her 9 delik için 1 kapsül Elektrikli kapsül Birim Fiyatı 0,99 YTL Bir Delik çin Elektrikli Kapsül 0,99 / 9 = 0,11 YTL / delik Maliyeti Ortalama Gecikme Rölesi Tüketimi Her 6 delik için 1 Gecikme Rölesi Gecikme Rölesi Birim Fiyatı 4,00 YTL / adet Bir Delik çin Gecikme Rölesi 4,00 / 6 = 0,67 YTL / delik Maliyeti Ateleme Teli Birden fazla kez kullanıldıı için ihmal edilmektedir Aylık çilik Maliyeti 2500 YTL çi Sayısı (barutçu) 8 Yıllık Delik Metrajı 35.754 m Bir Delik çin çilik Maliyeti 8 × 2.500 × 12 × 15 / 35.754 = 100,68 YTL /delik Bir Deliin arj ve Ateleme 213,74 YTL / 363,48 YTL / sulu Maliyeti kuru delik delik
67
Çizelge 13. Marn Formasyonu çin arj ve Ateleme Maliyeti Maliyet Parametreleri Delik Durumu Kullanılan Patlayıcı Madde
Kireçtaı Formasyonu Kuru delik Sulu delik ANFO ve ANFO, yemleme Emülsiyon ve yemleme Kullanılan Ateleme Elemanları nfilaklı fitil, gecikme rölesi ve kapsül Delik Boyu 15 m Bir Delikteki Emülsiyon Miktarı 150 kg Emülsiyon Fiyatı 1,26 YTL / kg + %18 KDV Bir Delikteki Emülsiyon Maliyeti 224,61 YTL / delik Bir Delikteki ANFO Miktarı 300 kg 75 kg ANFO Fiyatı 0,58 YTL / kg + %18 KDV Bir Delikteki ANFO Maliyeti 206,38 YTL/ delik 34,39 YTL / delik Bir Delikteki Yemleme Miktarı 2 Adet Yemleme Fiyatı (1kg) 2,089 YTL / kg + %18 KDV Bir Delikteki Yemleme Maliyeti 2 × 2,089 = 4,93 YTL / delik Bir Delik çin Kullanılan nfilaklı 15 m Fitil nfilaklı Fitil Fiyatı 0,23 TL / m. + %18 KDV Bir Delikteki nfilaklı Fitil Maliyeti 15 × 0,2773 = 4,16 YTL / delik Ortalama Kapsül Tüketimi Her 9 delik için 1 kapsül Elektrikli kapsül Birim Fiyatı 0,99 YTL Bir Delik çin Elektrikli Kapsül 0,99 / 9 = 0,11 YTL / delik Maliyeti Ortalama Gecikme Rölesi Tüketimi Her 6 delik için 1 Gecikme Rölesi Gecikme Rölesi Birim Fiyatı 4,00 YTL / adet Bir Delik çin Gecikme Rölesi 4,00 / 6 = 0,67 YTL/delik Maliyeti Ateleme Teli Birden fazla kez kullanıldıı için ihmal edilmektedir Aylık çilik Maliyeti 2500 YTL çi Sayısı (barutçu) 8 Yıllık Delik Metrajı 35.754 m Bir Delik çin çilik Maliyeti 8 × 2500 × 12 × 15 / 35.754 = 100,68 YTL /delik Bir Deliin arj ve Ateleme 316,93 YTL / 455,55 YTL / sulu Maliyeti kuru delik delik
68
Çizelge 14. Kömür formasyonu çin arj ve Ateleme Maliyeti Maliyet Parametreleri Delik Durumu Kullanılan Patlayıcı Madde
Kömür Kuru delik Sulu delik ANFO ve Emülsiyon ve yemleme yemleme Kullanılan Ateleme Elemanları nfilaklı fitil, gecikme rölesi ve kapsül Delik Boyu 7,5 m Bir Delikteki Emülsiyon Miktarı 40 kg Emülsiyon Fiyatı 1,269 YTL / kg + %18 KDV Bir Delikteki Emülsiyon Maliyeti 59,89 YTL / delik Bir Delikteki ANFO Miktarı 50 kg ANFO Fiyatı 0,583 YTL / kg + %18 KDV Bir Delikteki ANFO Maliyeti 34,39 YTL / delik Bir Delikteki Yemleme Miktarı 1 Adet Yemleme Fiyatı (1kg) 2,089 YTL / kg + %18 KDV Bir Delikteki Yemleme Maliyeti 1 × 2,089 = 2,089 YTL / delik Bir Delik çin Kullanılan nfilaklı 7,5 m Fitil nfilaklı Fitil Fiyatı 0,235 YTL / m. + %18 KDV Bir Delikteki nfilaklı Fitil Maliyeti 7,5 × 0,2773 = 2,079 YTL / delik Ortalama Kapsül Tüketimi Her 17 delik için 1 kapsül Elektrikli kapsül Birim Fiyatı 0,99 YTL Bir Delik çin Elektrikli Kapsül 0,99 / 17 = 0,058 YTL / delik Maliyeti Ortalama Gecikme Rölesi Tüketimi Her 6 delik için 1 Gecikme Rölesi Ateleme Teli Birden fazla kez kullanıldıı için ihmal edilmektedir Aylık çilik Maliyeti 2500 YTL çi Sayısı (barutçu) 8 Yıllık Delik Metrajı 35.754 m Bir Delik çin çilik Maliyeti 8 × 2500 × 12 × 15 / 35.754 = 100,68 YTL /delik Bir Deliin arj ve Ateleme 139,31 YTL / 164,81 YTL /sulu Maliyeti kuru delik delik
69
70
Kademeli Kaya Delme-Patlatma Çalúmalarnda Maliyet Tahminlerinin DelPat v6.0 Bilgisayar Yazlm ile Hesaplanmas Estimation of Bench Drilling and Blasting Costs with a computer software, DelPat v6.0. M.Can Çeliksrt, Maden Mühendisi
Do÷uú ønúaat ve TøC. A.ù., Yusufeli Baraj ve HES ønúaat, Artvin
Vural Erkan, ønúaat Mühendisi
Do÷uú ønúaat ve TøC. A.ù., Yusufeli Baraj ve HES ønúaat, Artvin ÖZET: Kademeli yöntemle yaplan açk yüzey kaya delme-patlatma çalúmalarnda, delme ve patlatma maliyetleri, iúletme açsndan önemlidir. Maliyet de÷erlerinin tespitinde, iúyerine ve iúletmeye ait birçok parametre etkindir ve bunlarn bir arada kullanlarak maliyet de÷erlerine ulaúmak her zaman kolay olmamaktadr. Bu bildiride, Yusufeli Baraj ve HES Projesi için iúletilen Kaya oca÷nda, DelPat v6.0 adl, açk iúletmelerde kaya delme-patlatma çalúmalarnn organizasyon ve analizini yapan bilgisayar yazlmnn, maliyet analiz bölümü, örnekler ile anlatlmaktadr. ABSTRACT: During operating of a quarry using bench blasting method, estimating drilling and blasting costs is important for the company. There are many effective parameters must be taken into account for determining and business which must be used cost of operation. It is not an easy task to estimate the real cost.. In this paper the quarrying at the Yusufeli Dam and HEPP is investigated by using the cost calculation module of DelPat v6.0 - A software for Organization & Analysis of Rock Drilling and Blasting Systems.
1 YUSUFELø BARAJI VE HES 1.1 øúin Tanm øúin yeri: Artvin øli Yusufeli ilçesinin 10 km mansabnda Çoruh Nehri üzerinde øúveren: Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanl÷, Devlet Su øúleri Genel Müdürlü÷ü Konsorsiyum: Do÷uú-Alstom-Coyne & Bellier-Dolsar 1.2 Teknik Özellikler Kurulu Güç : 3 x 180 = 540 MW Yllk Üretim : 1,705 GWh Baraj Tipi : Kaya Dolgu Baraj Merkezi kil çekirdekli
71
Baraj Yüksekli÷i Santral Tipi Rez. Uzunlu÷u Rez. Alan Top. Depolama
: : : : :
270 m Yeralt 60 km 33 km2 2130u106 m3
1.3 ønúaat øúleri Özellikleri Ana baraj gövdesi temelden 270 m yüksekli÷i ile dünyann 2. en yüksek kaya dolgu barajdr. 2.400.000 m3 kil çekirdek dolgusu, 1.000.000 m3 filtre dolgusu, 16.600.000 m3
kaya dolgusu olmak üzere, toplam dolgu hacmi 20.000.000 m3 dür. Gövde kaya dolgusu, üç farkl zon olarak inúa edilecektir: øç kaya zonu: Dolgu yerinde skútrldktan sonra 1 m den daha büyük tane boyu içermeyecektir. Dú kaya zonu: Dolgu yerinde skútrldktan sonra 2 m den daha büyük tane boyu içermeyecektir. Rip-rap: Kullanlacak kaya parçacklar iyi derecelendirilmiú malzemeler olacak ve 0.7 m3 den büyük malzeme içermeyecektir. 1.4 Kaya Oca÷ Kaya oca÷ mevcut Artvin-Erzurum yolu kenarnda olup, ocak iúletme yerine, 545.00 m kotu noktasndan itibaren yaplacak olan yaklaúk 1 km uzunlu÷undaki ikincil servis yolu ile ulaúlacaktr. Gövde kaya dolgu malzeme miktarnn yaklaúk 6.600.000 m3 lük ksmnn dolusavak kazsndan ve barajn farkl yerlerinde yaplacak kazlardan elde edilebilece÷i düúünülmektedir. Bu durumda, geriye kalan 10.000.000 m3 lük kaya malzeme, kaya oca÷ndan temin edilecektir. Malzemenin gövdedeki bölgelere göre da÷lm aúa÷daki gibidir: x øç kaya zonu (4) : 5.000.000 m33 x Dú kaya zonu (5) : 4.500.000 m3 x Rip-Rap : 500.000 m 2 BøLGøSAYAR YAZILIMI Günümüzde açk iúletme faaliyetleri süreçlerinde birçok ardúk iúlemin saysal benzetim modelleri ile tasarlanmas, mühendislerin uzun ve yorucu olabilen tasarm çalúmalarn ksaltarak, seçenekli sonuçlar üretebilmelerine, bunlar karúlaútrabilmelerine ve tasarmda etkili 72
olan parametreler üzerinde duyarllk analizleri yapabilmelerine olanak sa÷lamaktadr. DelPat v6.0 yazlm da, ayn yaklaúm çerçevesinde; bir kaya oca÷nn, kaya kazs yaplmas gereken farkl projelerin ya da açk maden iúletmelerinin delme-patlatma iúlerinin organizasyonu veya analizlerinde kullanlmak üzere tasarlanmútr. 2.1 Yazlmn (DelPat) Yapabildikleri x østenilen tane boyu da÷lmna göre, delme düzeni ile patlayc maddelerin delik baúna dolum miktarlarnn hesaplanmas. x Delme ve patlatmadaki gecikme sistemlerinin planlanmas. x Delme ve patlatma maliyet de÷erlerinin hesaplanmas. x Patlatma kayna÷ndan farkl mesafelerdeki sarsnt, hava úoku ve taú frlatma tahminlerinde bulunma. x Projenin delme-patlatma organizasyon bilgilerinin sunumu. x Giriú ve sonuç verilerinin karúlaútrlmas x Günlük veri kaytlarnn düzenlenmesi ve saklanmas. 2.2 Yazlmn Algoritma Özeti Yazlmn akm úemas (ùekil-1) ile anlatlmasnda kullanlan de÷iúken isimleri ve úema aúa÷daki gibidir: B
: Sralar aras mesafe, m
S
: Delikler aras mesafe, m
S51 : Patlatma sonras istenilen tane boyu da÷lmn ifade eden de÷er. S50 : Yazlmn verilen giriú bilgilerini kullanarak hesaplamú oldu÷u tane boyu da÷lm karúl÷ de÷er.
FUELC : úarj makinesi akaryakt maliyeti CHBLASTC : úarj makinesi iúçilik maliyeti 3 DEöøùøK ÜRETøM UYGULAMALARINDA ELDE EDøLEN MALøYETLER 3.1 Alternatif Koúullar
ùekil 1: DelPat yazlmnn ilerleyiúine ait akm úemas
çalúma
2.3 Maliyetlerin Hesaplanmas Yazlm, yukarda ana hatlar verilmiú olan algoritmas içerisinde çalúrken, maliyet hesaplamalarn her adm için yapar, ve sonuçlanan farkl B, S de÷erleri için, delmepatlatma maliyet bilgilerini sunar. TDC = DMIC + DMCC + DSC + FC + DLC TDC : DMIC : DMCC : DSC : FC : DLC :
toplam delme maliyeti, $/m3 delici makine yatrm maliyeti delici makine bakm maliyeti delici makine ekipmanlar maliyeti yakt maliyeti iúçilik maliyeti
TBLAST = MATC + BLASTL CHMCOST + FUELC + CHBLASTC
+
TBLAST : toplam patlatma maliyeti, $/m3 MATC : patlayc madde maliyeti BLASTL : patlatma iúçilik maliyeti CHMCOST : úarj makinesi yatrm maliyeti
73
ølk planlanan kaya oca÷ iúletme úekli, ocak en üst snrndan itibaren, alt kotlara do÷ru 12 m dik yükseklikte kademeler ile bunlar arasndaki 2 m geniúli÷indeki palyelerden oluúmaktadr. Kademe e÷imleri 81 derece ve her 5(beú) palyede bir olmak üzere de güvenlik amaçl, 15 m geniúli÷inde palyeler yaplacaktr (ùekil-2). Kaya oca÷ yerine ait formasyon granitik kayaçlarn bir karmaú÷ndan (granit, granadiyorit, granofir ve diyabaz) meydana gelmiú olup, iúletme sahasnda önemli bir de÷iúikli÷e sahip de÷ildirler. Seçilecek delici makine ve patlayc madde tipleri de, çalúmalar srasnda önemli de÷iúikliklere u÷ramayaca÷ndan, bu alandaki bilgiler, uygulamada bir alternatif de÷iúime konu olamazlar. Bu durumda, ocak iúletmesinin planlanmas içerisinde, farkl kademe yükseklikleri ve buna ba÷l delik çaplar ile bunlarn delme ve patlatma maliyetlerine etkileri birer alternatif olabilir. Karúlaútrmas yaplacak kademe yükseklik de÷iúimleri 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 ve 14 m dir. 3.2 DelPat’n Çalútrlmas Kaya oca÷ndaki “iç kaya zonu (zon4)”, “Dú kaya zonu (zon5)” dolgularna yönelik giriú bilgileri sras ile tablo-1, tablo-2 de verilmiútir. ølk planlama de÷erleri olarak, kademe yüksekli÷i 12 m dir. Seçilmiú olan delici makine delik çap aral÷ 76, 89, 102, 115 mm dir. DelPat, kademe yüksekli÷i olarak en az 6 m den baúlayarak çalútrld÷nda; yüksekli÷e ba÷l olarak uygun delik çaplarn kendisi seçer ve tüm di÷er sonuç bilgilerine ulaúr. Bu bilgilerin toplu sunumu, tablo-3
dedir. Bu tablodaki hesaplanmú olan B (sralar aras mesafe) ve S (delikler aras mesafe) de÷erleri, yazlm tarafndan matematiksel baz eúitlikler kullanarak elde edildi÷i için, küsuratlar her zaman uygulamaya uygun de÷ildir. Dolays ile, örne÷in 3,03 m lik bir mesafeyi, 3,00 m yada 2,44 m yi 2,50 m kabul etmek çok yanlú olmaz. 3.3 Alternatif Sonuçlarn De÷erlendirilmesi 3.3.1 Gövde iç kaya zonu(4) için maliyet sonuçlar Bu zon için üretilecek kaya malzemenin tane boyu da÷lm snrlar yazlma %80’i 50 cm den küçük olarak verilmiútir. Grafik-1: 6 m ~ 14 m arasndaki kademe yüksekliklerinde, DelPat tarafndan seçilmiú olan delik çaplarna göre delme maliyetinin da÷lm verilmektedir. Grafik-2: 6 m ~ 14 m arasndaki kademe yüksekliklerinde, DelPat tarafndan seçilmiú olan delik çaplarna göre patlatma maliyetinin da÷lm verilmektedir. Grafik-3: 6 m ~ 14 m arasndaki kademe yüksekliklerinde, DelPat tarafndan seçilmiú olan delik çaplarna göre delme + patlatma maliyetinin da÷lm verilmektedir. Bu da÷lmlarda dikkat çeken konu; farkl çaplardaki en düúük delme-patlatma maliyet de÷erlerinin yer ald÷ kademe yükseklikleridir: Delik çap 76 mm 89 mm 102 mm 115 mm
Maliyet Kademe yüksekli÷i 0,88 $/m3 10 m 0,88 $/m3 8, 9, 10 m 0,87 $/m3 9 m 0,87 $/m3 10 m
3.3.2 Gövde dú kaya zonu(5) için maliyet sonuçlar Bu zon için üretilecek kaya malzemenin tane boyu da÷lm snrlar yazlma %80’i 65 cm den küçük olarak verilmiútir. Grafik-4: 6 m ~ 14 m arasndaki kademe yüksekliklerinde, DelPat tarafndan seçilmiú olan delik çaplarna göre delme maliyetinin da÷lm verilmektedir. 74
Grafik-5: 6 m ~ 14 m m arasndaki kademe yüksekliklerinde, DelPat tarafndan seçilmiú olan delik çaplarna göre patlatma maliyetinin da÷lm verilmektedir. Grafik-6: 6 m ~ 14 m arasndaki kademe yüksekliklerinde, DelPat tarafndan seçilmiú olan delik çaplarna göre delme + patlatma maliyetinin da÷lm verilmektedir. Bu da÷lmda dikkat çeken konu; farkl çaplardaki en düúük maliyet de÷erlerinin yer ald÷ kademe yükseklikleri ile buralardaki delme-patlatma maliyet de÷erleridir. Delik çap Maliyet Kademe yüksekli÷i 76mm 0,37 $/m3 7, 8, 9, 10, 12, 13 m 89mm 0,88 $/m3 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 m 102mm 0,87 $/m3 9,10, 11, 12, 13, 14 m 115mm 0,87 $/m3 10, 11, 12, 13, 14 m 4 SONUÇ Büyük hacimli bir kaya oca÷nn, her açdan planlanmas, küçük birimlerde olabilecek bir hatann parasal karúl÷nn yüksek olaca÷ açsndan çok önemlidir. Delme-patlatma parametrelerinin sa÷lkl tespit edilebilmesi de yine bu açdan önem taúmaktadr. Çalúlan kaya oca÷ projesinde, sadece 0,01 $/m3 gibi küçük bir farkn toplam kaya üretimindeki etkisi: 0,01 $ x 10.000.000 m3 = 100.000 $ olacaktr. Maliyetlerin duyarl hesaplanmas, yani sadece kullanlan malzeme ve iúçili÷in birim fiyat de÷il, tüm iúyeri koúullarnn de÷erlendirmeye alnabilmesi, ancak bir bilgisayar yazlm ile çok ksa bir sürede ortaya konulabilir. DelPat, kaya delmepatlatma çalúmalar için bunu yaparak, iúletme maliyetlerinin, önceden alternatifli olarak hesaplanabilmesi imkann vermektedir. Bu sayede, deneme yanlma gibi bilimsel bir tabana oturmayan, maliyetli ve zaman kayb olan bir konuda ortadan kalkmaktadr.
KAYNAKLAR 1. Blasting Report for Excavation of Karakütük, 1991, ICI Explosives, England, p 50 2. Explosives and Rock Blasting, 1987, Atlas Powder, Dallas, Texas USA, p 385 3. Erkoç Ö.Y., 1990, Kaya Patlatma Teknigi, Istanbul, p 164 4. Olofsson S., 1990, Applied Explosives Technology for Construction and Mining
75
5. Proceeding of the Fifth International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting - Fragblast-5, 1996, ISEE , Montreal / Quebec / CANADA, p.458 6. Soferti, Effective Detonation Rate and Explosive Performans of ANFO / Summary, 1990. 7. Surface Drilling and Blasting,1988, Tamrock, Finland, p 474 8. Stan Lippincot, 1997, The Journal of Explosives Engineering, Cleveland, Ohio, USA, p.28-30
Tablo-2
Tablo-1
ùekil-2 76
Yusufeli Baraj ve HES iç kaya zonu (YEzon4) kademe yüksekli÷i 6-14 m aras da÷lm Hole Bench Subdril. Hole Bur- Spadiam. heig. depth den cing mm m m m m m 76 6 1,02 7,11 2,99 3,03 89 6 1,01 7,10 2,97 3,65 76 7 0,94 8,04 2,75 3,26 89 7 1,00 8,11 2,95 3,68 102 7 1,05 8,16 3,10 4,19 76 8 0,92 9,04 2,71 3,27 89 8 0,99 9,10 2,90 3,74 102 8 1,04 9,16 3,06 4,25 115 8 1,11 9,23 3,27 4,65 76 9 0,94 10,07 2,77 3,16 89 9 0,98 10,11 2,89 3,72 102 9 1,02 10,15 3,00 4,33 115 9 1,09 10,23 3,22 4,74 76 10 0,96 11,10 2,82 3,06 89 10 0,97 11,11 2,84 3,76 102 10 1,03 11,17 3,03 4,28 115 10 1,08 11,23 3,19 4,79 76 11 0,99 12,15 2,91 2,94 89 11 0,99 12,15 2,91 3,65 102 11 1,02 12,18 3,00 4,29 115 11 1,08 12,24 3,18 4,79 76 12 0,81 12,97 2,37 3,56 89 12 1,00 13,17 2,93 3,59 102 12 1,02 13,19 3,01 4,25 115 12 1,07 13,24 3,15 4,81 76 13 0,82 14,00 2,41 3,46 89 13 1,02 14,20 2,99 3,49 102 13 1,03 14,22 3,04 4,19 115 13 1,08 14,27 3,19 4,72 76 14 0,84 15,03 2,46 3,36 89 14 1,03 15,22 3,02 3,42 102 14 1,05 15,25 3,10 4,08 115 14 1,10 15,29 3,23 4,65
BxS SpeDril. Yield Yield m2 m/m3 m3/m m3/hole 9,06 0,13 7,64 54,27 10,84 0,11 9,16 65,04 8,97 0,13 7,81 62,80 10,86 0,11 9,36 75,89 12,99 0,09 11,14 90,87 8,86 0,13 7,86 71,00 10,85 0,11 9,53 86,71 13,01 0,09 11,36 104,04 15,21 0,08 13,18 121,64 8,75 0,13 7,83 78,84 10,75 0,10 9,58 96,89 12,99 0,09 11,50 116,78 15,26 0,07 13,43 137,29 8,63 0,13 7,78 86,36 10,68 0,10 9,62 106,86 12,97 0,09 11,59 129,53 15,28 0,07 13,60 152,72 8,56 0,13 7,74 94,03 10,62 0,10 9,62 116,84 12,87 0,09 11,62 141,49 15,23 0,07 13,68 167,47 8,44 0,13 7,81 101,32 10,52 0,10 9,58 126,14 12,79 0,09 11,64 153,51 15,15 0,07 13,74 181,91 8,34 0,13 7,75 108,48 10,44 0,11 9,55 135,56 12,74 0,09 11,64 165,49 15,06 0,07 13,73 195,95 8,27 0,13 7,71 115,80 10,33 0,11 9,51 144,81 12,65 0,09 11,60 176,85 15,02 0,07 13,75 210,27
Tablo-3 77
Drilling Blasting TotCost cost cost USD/m3 USD/m3 USD/m3 0,38 0,45 0,83 0,38 0,44 0,82 0,37 0,45 0,82 0,37 0,44 0,81 0,36 0,43 0,79 0,37 0,45 0,82 0,36 0,44 0,80 0,36 0,44 0,80 0,35 0,44 0,79 0,37 0,45 0,82 0,36 0,44 0,80 0,35 0,44 0,79 0,35 0,45 0,80 0,37 0,45 0,82 0,36 0,45 0,81 0,35 0,45 0,80 0,34 0,45 0,79 0,38 0,45 0,83 0,36 0,45 0,81 0,35 0,46 0,81 0,34 0,46 0,80 0,37 0,66 1,03 0,36 0,67 1,03 0,35 0,68 1,03 0,34 0,69 1,03 0,37 0,66 1,03 0,36 0,67 1,03 0,35 0,68 1,03 0,34 0,70 1,04 0,38 0,67 1,05 0,36 0,68 1,04 0,35 0,69 1,04 0,34 0,71 1,05
Grafik-1
Grafik-2
78
Grafik-3
Grafik-4 79
Grafik-5
Grafik-6
80
Parçalanma Tahmin Modelleri ve Dijital Görüntü øúleme Yöntemi Fragmentation Estimation Models and Digital Image Processing Technique Ka÷an Özdemir, Ali Kahriman, Ümit Özer
østanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisli÷i Bölümü, Avclar, østanbul
ÖZET Bu çalúma kapsamnda Kuz-Ram ve JKMRC parçalanma tahmin modelleri patlatma tasarmlarna uygulanmú ve sonuçlar, dijital görüntü iúleme yöntemi ile elde edilen gerçek parça boyut da÷lm ile karúlaútrlarak modellerin olumlu ve olumsuz yönleri ortaya koyulmuútur. Ayrca, parça boyut da÷lm tahmin ve tespitinin ne úekilde yapld÷ açklanarak, arzu edilen patlatma sonuçlarnn bu yaklaúmlar ú÷nda nasl sa÷lanaca÷ konusunda bilgiler verilmiútir. ABSTRACT Within the scope of this study, Kuz-Ram and JKMRC fragmentation estimation models were applied to bench blasting operations and pros and cons of models were determined by comparing estimation results with the real fragmentation results obtained from digital image processing technique. On the otherside, the ways of estimation and assessment of fragmentation were explained and important informations were described in order to get desired results from a bench blast by means of models and digital image processing technique. 1 GøRøù Günümüzde gerek madencilik, taú ocakçl÷ ve inúaat sektörlerinde, gerekse kaz gerektiren di÷er altyap çalúmalarnda, delme ve patlatma faaliyetleri, kaçnlmaz olarak geniú bir uygulama alanna sahiptir. Bu kapsamn giderek da artmas söz konusudur. Öte yandan delme ve patlatmann üretim maliyeti içindeki pay da küçümsenmeyecek düzeydedir. Kald ki patlatma sonras kaz iúini takip eden ardúk faaliyetlerin baúarsn etkilemesi dolaysyla önemi daha da artmaktadr. Bu nedenle patlatma sonuçlarnn arzu edilen düzeyde gerçekleútirilebilmesi için, duyarl bir kestirimin patlatma tasarmlarna yansmas 81
gerekmektedir. Bu da ancak kaya özelliklerini, patlayc madde özelliklerini ve patlatma geometrisi konfigürasyonlarn uygun bir modelde de÷erlendiren tasarmlarla gerçekleúebilir. Özellikle patlatma sonras oluúan y÷nn parça boyut da÷lmn tahmin etmek ya da tespit etmek, patlatma iúlemini takip eden ardúk iúlem faaliyetlerine olan etkisini saptamak ve bu veriler ú÷nda patlatma tasarmlarnn optimize edilmesi maliyetler açsndan çok büyük kazanmlar sa÷layacaktr (Kahriman vd. 2005). Büyük ölçekli çalúmalarda, parçalanmann, saysal olarak tahmini oldukça zor bir iúlemdir. Tam ve gerçekçi bir parça boyutu tahmin yöntemi; tüm y÷nn
elek analizine tabi tutulmasdr. Üretim ölçe÷inde, bu iúlem hiç de pratik ve ekonomik olarak uygulanamayacak bir yöntemdir. Parça boyut tespitinin elemeye yakn sonuç verebilecek baúka bir kanitatif analiz yöntemi de henüz bilinmemektedir. Herhangi bir saysal tahminle, malzemenin parça boyut da÷lmn tespit etmek patlatma optimizasyonu ve de÷erlendirilmesi açsndan bir ileri aúama saylmaktadr (Özdemir ve arkd. 2003, 2005, 2007).
Ram modelinden daha sonra geliútirilmiú modellerdir. 2.1 Kuz-Ram Modeli Parçalanma modellerinin en yaygn úekilde kullanlanlarndan biri ampirik Kuz-Ram modelidir. Kuz-Ram modeli, Cunningham (1983) ve (1987), Kuznetsov (1973) eúitli÷i ve Rosin-Rammler da÷lmndan türetilmiú olan ortalama parça boyutu, X50’ye dayanr. 0.8
X 50
2 PATLATMAYLA PARÇALANMA TAHMøN MODELLERø Yllar boyunca çok sayda patlatma modelleri geliútirilmiútir. Birçok patlatma modelinde ortalama parça boyutu X50 hesaplanmú ve baz modellerde de tüm parça boyut da÷lmn veren yaklaúmlar ortaya konulmuútur. Bu modellerin tümünde girdi parametreleri, kaya özellikleri, patlayc madde özellikleri ve patlatmann geometrik tasarm parametreleridir. Patlatma tasarm parametreleri bilinen girdilerdir, patlayc madde özellikleri de basit testlerle bulunabilir, ayrca artk ürün kataloglarnda da bu bilgiler yer almaktadr, fakat kayann madde ve kütle özelliklerini belirlemek çok daha zordur. Kaya özelliklerini elde etmekte karúlaúlan zorluklar modellerin do÷ruluklarnn oldukça zayf olmasna sebep olurlar; ancak yine de bu modeller, patlatma tasarmndaki de÷iúikli÷in parça boyut da÷lmna olan etkisi hakknda ipucu verebilmektedir. Modeller sadece belirli elek alt yüzdelerini tahmin eder ve oluúan parçalarn úekillerini ve yüksek úarj konsantrasyonuna ba÷l olarak oluúan mikro çatlaklarn yaratt÷ malzemenin zayfl÷ hakknda bir bilgi içermezler (Ouchterlony 2003). Aúa÷da Cunningham tarafndan (1983 ve 1987) oluúturulan Kuz-Ram modeli ve JKMRC modelleri olan TCM ve CZM açklanmútr. TCM ve CZM modelleri Kuz-
82
1
§ Vo · § E · A u ¨¨ ¸¸ u Q 6 u ¨ ¸ Q © 115 ¹ © ¹
19 30
(1)
V0= Patlatlmú kayann hacmi (m3), Q = ùarj miktar (kg), E = Patlayc maddenin gücü (% ANFO) A = Kaya faktörü Kaya faktörü, A, kaya tipine ve patlatma yönüne ba÷l olarak ortalama parçalanmay modifiye etmek için kullanlr. Bu faktör Lilly tarafndan geliútirilmiú olan (2) ba÷ntsyla hesaplanabilir. A 0.06 u RMD JF RDI HF
(2)
RMD=Kaya kütlesinin cinsi=10 (ufalanabilir ve tozlu ise), 50 (masif ise) JF= Eklem Faktörü = JPS+JPA = Eklem düzlem aralklar+ Eklem düzlem açs JPS= 10 (düúey eklem aral÷,SJ <0.1m ise), 20 ( e÷er 0.1m < SJ < 1m) veya 50 (e÷er SJ> 1m) JPA = 20 (eklem do÷rultu açs yüzeyin dúna do÷ru ise), 30 (yüzeye dikse), veya 40 (yüzeyin içine do÷ru ise) RDI= Kaya yo÷unlu÷u etkisi=0.025x özgül úarj (kg\m3) – 50 HF= Sertlik Faktörü = Young Modülü/3 (e÷er Young Modülü <50(GPa)) veya Vc(MPa)/5 ( e÷er Young Mödülü > 50 (GPa)) Parçalanmú kayann parça boyut da÷lm eúitlik (3) kullanlarak hesaplanr.
n § § § X · ·¸ ·¸ ¸¸ P( x) 100¨1 exp¨ ln 2¨¨ ¨ ¸ ¨ © X 50 ¹ ¸¹ ¹ © ©
P(x)= X büyüklü÷ünden daha düúük boyutlu malzeme yüzdesi (%) n= üniformite indeksi X= Malzeme boyutu (m) X50= ortalama parça boyutu(m)
(3)
Üniformite indeksi olan n, (4) ba÷nts kullanlarak hesaplanr;
§ S· 0.1 ¨1 ¸ § § B ·· § § W ·· ¨ B ¸ § § BCL CCL · · §L· n ¨¨ 2.2 14 u ¨ ¸ ¸¸ u ¨¨1 ¨ ¸ ¸¸ u u ¨¨ 0.1 abs¨ ¸ ¸¸ u ¨ ¸ 2 D B L ¨ ¸ © ¹¹ © © ¹¹ © ¹¹ ©H ¹ © ¨ ¸ © © ¹
E÷er úeú beú düzenli bir tasarmsa eúitli÷in 1.1 kat alnr. B=dilim kalnl÷(m) S= delikler aras mesafe(m) D=delik çap(mm) W=delme hassasiyetindeki standart sapma (m) BCL=taban úarj boyu(m) CCL=kolon úarj boyu(m) H=basamak yüksekli÷i(m) L=toplam úarj uzunlu÷u(m) Üniformite indeksi n, parçalanma e÷risinin úeklini tayin eder. Yüksek de÷erde olan n üniform bir boyutlanma verir, yani çok az miktarda ince taneler ve aúr büyük parçalar. Genelde n 0,8 ile 2,2 arasnda bir de÷erdir, (Cunningham 1983). Patlatma parametrelerinin üniformite indeksine olan etkileri Çizelge 1’de verilmiútir.
(4)
Kanchibotla vd. (1999) ve Grundstorm vd. (2001), Kuz-Ram modelinin parça boyut da÷lmnda ince parçalar tahmin edemedi÷ini göstermiútir. Patlatlan kayann parçalanmas birden daha fazla mekanizma ile gerçekleúti÷inden dolay, parça boyut da÷lm tek bir da÷lm ile modellenemez (Djordevic 1999). JKMRC 2 tane parçalanma modeli oluúturmuútur, birincisi Ezilmiú Bölge modeli (CZM) ve di÷eri øki elemanl (TCM) modeldir. Bu modeller iki da÷lm birleútirir, bir tanesi ince malzeme da÷lm için, di÷eri iri malzeme da÷lm içindir. Her iki model de baz de÷iúikliklerle beraber Kuz-Ram modeli temeline dayanr.
Çizelge 1. Patlatma parametrelerinin n üzerindeki etkisi (Cuningham 1983). Parametre D.kalnl÷/delik çap Delme do÷rulu÷u ùarjboyu/basamakyüksekli÷i Deliklerarasmesafe/D.kalnl÷ ùeúbeú patern
n artar, e÷er parametre, Azalrsa Artarsa Artarsa Artarsa
ùekil 1. CZM ve TCM için parça boyut da÷lm. 2.2.1 Çift elemanlı model-TCM
%10 artar
Patlama sonras parçalanmú olan malzemenin iki ayr kaya parçalarndan oluútu÷u söylenebilir. Deli÷in hemen
2.2 JKMRC Modeli 83
etrafnda cereyan eden parçalanmada basma ve makaslama dayanm yenilerek parçalanma meydana gelir ve bu bölgede ince parçalar oluúur. Delikten uzaklaútkça büyük kütlede kaya parçalanmasnda çekme gerilmesi rol alr ve kayaç içi zayflklara, çatlak ve eklemlere de ba÷l olarak iri parçalar oluúur. Çift eleman modeli iki adet Rosin-Rammler fonksiyonu ile oluúturulmuútur. Fonksiyonlardan bir tanesi ince ve düzgün taneli parçalar di÷eri ise iri parçalar hesaplamada kullanlr (Djordjevic 1999). b § § ·· ¨1 1 F exp¨ ln 2§¨ x ·¸ ¸ ¸ c ¨ ¨ © a ¹ ¸¹ ¸ © ¸ P ( x) 100¨ d ¨ ¸ § · x § · ¨ Fc exp¨ ln 2¨ ¸ ¸ ¸ ¨ ¸ ¨ ¸ ©c¹ ¹ © © ¹
baz modifikasyonlarla birlikte) ayndr. Makaslama basnc ile parçalanan bölüm, Fc, patlatma deli÷i etrafnda oluúan ezilme bölgesi alannn patlatmann toplam alanna bölümü ile bulunur. Fc
Ezilme zonunun çap olan rc aúa÷daki eúitlikten bulunur;
rc
ønce malzemeyle ilgili giriú parametrelerini TCM modeline temin edebilmek için, patlatma daire testleri kullanlmútr. Patlatma yaplan sahay temsil eden kaya numuneleri patlatma dairesinde patlatlmú ve elde edilen malzeme elek analizine tabi tutulmuútur. Crum vd. ince parçalarn oluúum mekanizmasnn ölçekten ba÷msz oldu÷unu göstermiútir, bu da c ve d patlatma parametrelerinin elenen malzemenin RosinRammler da÷lmna oturtulmasyla bulunabilenece÷i anlamna gelmektedir. a ve b parametreleri 3. eúitlikteki, Kuz-Ram parametreleri X50 ve n ile (JPS ve RDI’daki 84
(6)
rc= ezilme zonunun çap(m) B= dilim kalnl÷(m) S= delikler aras mesafe(m)
(5)
P(x)=X boyutundan daha küçük malzeme yüzdesi (%) x=malzeme boyutu (m) Fc=makaslama gerilmesi ile yenilmeye u÷rayan kaya bölümü, a=çekme gerilmesi altndaki bölgede ortalama parça boyutu, b=çekme gerilmesi altndaki bölgede üniformite katsays, c=basma yenilmesi altndaki bölgede ortalama parça boyutu, d=basma yenilmesi altndaki bölgede üniformite katsays.
rc2 u S BuS
§ ¨ rb ¨ ¨ 24 u TS insitu ¨ ¨ Pb ©
· ¸ ¸ ¸ rb ¸ ¸ ¹
(7)
rb=delik çap(m) TSinsitu=Yerinde gerilme direnci (Mpa)= · § 0.05 ¸¸ Çekme bas.u ¨¨ ( ) ortalama blok boyutu m ¹ ©
0.18
(8)
Pb= delik basnc (Pa), detonasyon basncnn yars olarak kabul edilir. Ue u
Cd2 8
Burada, 3 U e =patlayc madde yo÷unlu÷u (kg/m ) Cd=detonasyon hz (m/s). 2.2.2 Ezilme bölgesi modeli-CZM Krlma Bölgesi modeli (CZM), çift elemanl modele benzer olarak, toplam boyut da÷lmn ifade etmek için 2 tane RosinRammler fonksiyonu kullanr. Bu model iki da÷lm da ayn anda kullanan TCM’in aksine, da÷lmlardan birini iri malzeme için, di÷erini de ince malzeme için kullanr. Bu iki ayr da÷lm, kaya madde özelliklerine ba÷l olan karakteristik boyut, Xc noktasnda birleúir (Kanchibotla vd. 1999).
kaynakldr. Ezilme zonunun çap, delikten itibaren únsal gerilmenin kayann basnç dayanmn Vc, aút÷ noktaya kadar olan mesafe olarak hesaplanr. Delik etrafndaki bir x noktasndaki gerilme Vx Jaeger ve Cook (1979) tarafndan aúa÷daki gibi ifade edilmiútir: Vx
ùekil 2. CZM için ince ve iri malzeme boyut da÷lm (Kanchibotla vd.1999). Parçalanmann iri malzeme ksm, kaya faktörü,A, ve üniformite indeksi niri ‘deki küçük de÷iúikliklerle beraber Kuz-Ram eúitli÷ine benzer. Da÷lm 9 no’lu eúitlikte verilmiútir niri § § § x · ·· P( x) 100¨1 exp¨ 1 P x c u ¨¨ ¸¸ ¸ ¸ ¨ ¸ ¨ © xc ¹ ¸¹ ¹ © ©
(9)
Thornton ve arkadaúlarna göre, iri parçalar için üniformite indeksi Cunningham (1987)’a göre saptanmútr ve aúa÷daki eúitlikle ifade edilmiútir. niri
§ § B ·· ¨¨ 2.2 1.4¨ ¸ ¸¸ u © D ¹¹ ©
§ S· ¨1 ¸ L ¨ B ¸ u §¨ ·¸ ¨ 2 ¸ ©H¹ ¸ ¨ ¹ ©
(10)
Parça boyut da÷lmndaki ince parçalar, deli÷in içerisindeki patlayc madde etrafndaki silindirle tarif edilen ezilme zonu
85
2
(11)
Burada Pd, detonasyon basnc, r delik çap ve x deli÷e olan mesafe olarak tanmlanr. 11. eúitli÷i tekrar düzenlersek ve Vx de÷erini Vc’ye eúitlersek, ezilme zonu çap rc, aúa÷daki úekilde bulunur. rc
ru
Pd Vc
(12)
Detonasyon basnc 13 numaral denklem ile bulunur: Pd
P(x)= x boyutlu elekten geçen malzeme miktar (%) P(xc)=karakteristik boyuttan geçen malzeme miktar(%) x= elek aral÷ (m) xc=karakteristik boyut (m) niri= iri parçalar için kullanlan üniformite indeksi
§r· Pd u ¨ ¸ © x¹
Ue u
C d2 4
(13)
Burada; U e =patlayc maddenin yo÷unlu÷u (kg/m3) Cd=detonasyon hz hz(m/s) Her iki da÷lmn birleúme noktas ezilme bölgesinden kaynakl ince malzemenin oranna göre elde edilir. Örne÷in, ince malzeme yüzdesi arttkça, birleúme noktas da yükselir, Thornton vd. (2001a). Tek eksenli basma dayanm 50’den büyük olan sa÷lam kayalarda, karakteristik boyut X50 iyi sonuçlar verir, Xc ve X90 ise tek dayanm de÷eri 10’dan küçük daha zayf kayalar için daha iyi sonuçlar verir. Orta dayanml kayalarda ise birleúme noktas X50 ile X90 arasnda de÷iúir (Kanchibotla vd. 1999). Ezilmiú malzemenin oran, Fc, 14. denklemden bulunur ve ampirik olarak en büyük boyut olarak 1 mm verilir. Fc
Ezilen hacim Patlayan hacim
(14)
Parça boyut da÷lmnn ince malzeme bölümü aúa÷daki denklemde verilmiútir.
nince § § § x · ·· P( x) 100¨1 exp¨ ln 1 P xc ¨¨ ¸¸ ¸ ¸ ¨ ¸ ¨ © xc ¹ ¸¹ ¹ © ©
Modellenen parçalanma sonucunda, parça boyut da÷lmnda ince malzeme oluúumunu etkileyen ilk beú girdi parametresini tespit etmek amacyla Thornton vd. (2001b) tarafndan farkl boyut aralklar için duyarllk analizi yaplmútr. Bu analiz sonucunda tek eksenli basma dayanm, patlayc úarj miktar ve detonasyon hznn ince malzeme oluúumunda en etkili parametreler oldu÷u anlaúlmútr. øri malzeme oluúumunda ise kritik parametrelerin yerinde blok boyutu, patlayc úarj miktar ve basamak yüksekli÷i oldu÷u anlaúlmútr (Çizelge 2).
(15)
Burada nince da÷lmn ince malzeme için üniformite indeksidir. ønce malzeme için üniformite indeksi Rosin-Rammler denklemi tekrar düzenlenerek (15. denklem) ve ezilen malzemenin bilinen bölümleri denkleme uygulanarak bulunur (16. denklem).
nince
§ ln 1 Fc · ¸¸ ln¨¨ © ln 1 P xc ¹ §1· ln¨¨ ¸¸ © xc ¹
(16)
Çizelge 2. CZM modelinde giriú parametrelerine göre parçalanma sonuçlarnn hassasiyeti. Parça boyutu (mm)
Parçalanma sonucunu en fazla etkileyen 5 girdi parametresi
500
1 TBD TBD TBD TBD Blok boyutu Blok boyutu ùarj miktar
1000
ùarj miktar
1 5 10 50 100 250
2 ùarj miktar ùarj miktar ùarj miktar ùarj miktar TBD
3 VOD VOD Delikleraras mesafe Blok boyutu ùarj miktar
4 Delikleraras mesafe Delikleraras mesafe VOD Delikleraras mesafe Basamak yüksekli÷i
ùarj miktar
Basamak yüksekli÷i
Dilim kalnl÷
Blok boyutu
Basamak yüksekli÷i
Dilim kalnl÷
Basamak yüksekli÷i
Blok boyutu
Dilim kalnl÷
laboratuvar testleriyle elde edilebilir anlamna gelmektedir. Kuz-Ram modeline ve CZM modeli için giriú parametrelerini elde etmenin zorlu÷u hemen hemen eúittir. TCM için ise fazlaca miktarda laboratuvar testine ihtiyaç duyuldu÷undan dolay daha zordur.
3. TAHMøN MODELLERøNøN KARùILAùTIRILMASI Yukarda bahsedilen parçalanma modellerinin kullanlabilirlik ve parçalanma sonuçlarnn tahminindeki do÷ruluk konusunda birbirinden farkl avantajlar ve dezavantajlar vardr. Modeller için gerekli giriú parametreleri Çizelge 3’te verilmiútir, Hall ve Brunton (2001). øyi mevcudiyet, parametre genellikle sahadan elde edilebilir; orta mevcudiyet, parametre saha gözlem ve ölçümleriyle mevcudiyet
elde edilebilir; ise, parametreler
5 Dilim kalnl÷ Dilim kalnl÷ Dilim kalnl÷ Dilim kalnl÷ Delikleraras mesafe Delikleraras mesafe Delikleraras mesafe Delikleraras mesafe
Çizelge 3. Parçalanma modelleri için girdi parametrelerinin mevcudiyet durumu. Parametre Yo÷unluk TBD Çekme dayanm Young modülü Ortalama blok boyutu Basamak e÷imi
zayf ancak
86
KuzRam Var Var Var Var Yok
TCM
CZM
Mevcudiyet
Var Var Var Var Var
Var Var Yok Var Var
øyi Orta Zayf Zayf øyi
Yok
Var
Yok
Orta
E÷im yönü ønce malzeme miktar VOD daire de÷eri Daire testinde delik çap Daire testinde özgül úarj miktar Daire testinde krlan bölge
Yok Yok
Var Yok
Yok Var
Orta Orta
Yok Yok
Var Var
Yok Yok
Zayf Zayf
Yok
Var
Yok
Zayf
Yok
Var
Yok
Zayf
4. DøJøTAL GÖRÜNTÜ YÖNTEMø øLE PARÇA ANALøZø
di÷er üçünün her biri ise görüntülenmiú ve Split-Desktop dijital görüntü iúleme program ile analiz edilmiútir. Split ve Eleme karúlaútrmal sonuçlar ùekil 3’te verilmiútir.
øùLEME BOYUT
Yukarda bahsedilen parçalanma tahmin modelleri her ne kadar patlatma sonras oluúacak y÷nn parçalanma sonuçlaryla ilgili yaklaúk bilgiler verse de, gerçek parça boyut da÷lmn tespit etmek için tüm y÷nn elenmesi gerekmektedir. Fakat, böyle bir uygulama madencilik çalúmalarnn ölçe÷ine ba÷l olarak fazla zaman ve masraf gerektirdi÷i için mümkün de÷ildir. Parçalanmay ölçmenin tek uygun yolu son zamanlarda skça kullanlmakta olan dijital görüntü iúleme yöntemi ile parça boyut analizidir (Özdemir, 2004). Dijital görüntü iúleme yöntemi ile parça boyut da÷lmnn tayininde temel ilke, patlatma sonrasnda y÷n üzerinden ölçekli dijital görüntülerin (resimlerin) alnmas ve bu görüntülerin uygun yazlmla analiz edilmesidir. GoldSize, Split-Desktop, Wipfrag gibi yazlmlar parça boyut analizi için yazlmú özel görüntü iúleme programlardr. Bu çalúma kapsamnda Split-Desktop dijital görüntü iúleme program kullanlmútr (Özdemir vd. 2003, 2004). Son zamanlarda, Split-Desktop ve di÷er görüntü iúleme sistemlerinin do÷rulu÷unu ve geçerlili÷ini test etmek için karúlaútrma çalúmalar yaplmútr. Bunlara Liu ve Tran’n (1996) çalúmas örnek olarak verilebilir. Bu çalúmada, y÷n dört bölüme ayrlmútr. Bölümlerden birisi konvansiyonel úekilde eleklerle elenmiú,
87
ùekil 3. Split ve elek analizi sonuçlarnn karúlaútrlmas (Liu ve Tran, 1996). Soldaki grafik da÷lmlarn lineer-lineer, sa÷daki ise log-lineer gösterimidir. ùekildeki her iki grafikten de anlaúld÷ gibi eleme sonuçlaryla karúlaútrld÷nda, SplitDesktop sistemi hem ince boyutlu, hem de iri boyutlu malzeme için çok do÷ru bir sonuç vermektedir. 5 UYGULAMA ÇALIùMALARI Bu çalúma kapsamnda Akyol Mermercilik ve Madencilik A.ù.’ne ait Çatalca kireçtaú taú oca÷nda uygulanmakta olan basamak patlatma çalúmalar yerinde incelenmiú ve parçalanma sonuçlarnn analiz edildi÷i 2 adet atm gerçekleútirilmiútir. Yaplan 2 atm sonrasnda, Split-Desktop dijital görüntü iúleme yöntemi ile parça boyut da÷lm tespit edilmiútir (SplitDesktop). Ayrca her iki atm için de girdi parametreleri Kuz-Ram ve JKMRC’nin CZM parçalanma tahmin modellerine girilerek modellerin tahminlerindeki art ve eksi yönler tartúlmútr. Çalúma kapsamnda JKSimBlast patlatma tasarm ve analiz program her iki modelinin de uygulanmasnda kullanlmútr (JKSimBlast, 2007). Patlatma daire testlerini gerçekleútirecek uygun bir patlatma laboratuvar olmad÷ndan TCM modeli bu çalúma kapsamnda uygulanamamútr. Sahada yaplan ilk patlatma çalúmasna ait
basamak parametreleri ve kaya ve jeolojik özellikler Çizelge 4’te verilmiútir. Çizelge 4. Birinci parametreleri. Delik çap ùarj uzunlu÷u Dilim kalnl÷ Delikler aras mesafe Delik hata pay Basamak yüksekli÷i ùev açs Kaya özgül a÷rl÷ Elastik modül Tek eksenli basma dayanm Eklemler aras mesafe Dalm açs Dalm Yönü Yerinde blok boyutu Patlayc madde yo÷unlu÷u Patlayc VOD
atma 89 8 2.5 2.5 0.1 10 90q 2.65 30 182 0.5 80q 0q 1 0.8 4800
ait
girdi
mm m m m m m
GPa MPa m
m gr/cm3 m/sn
Yaplan birinci atmda 10m yüksekli÷indeki basamakta tek sra halinde 89 mm çapnda, 11 m uzunlu÷unda 11 adet delik ANFO úarj edilerek, Excel marka elektriksiz kapsüllerle patlatlmútr. Her delik için sklama miktar 3 m, delik e÷imi ise 84q’dir. Bu atmda kullanlan özgül úarj miktar ise 0.64 kg/m3’tür. Atm geometresi ve patlayc enerji da÷lm ùekil 4’te gösterilmiútir.
Yaplan ilk atm sonras y÷n üzerinden dijital görüntüler alnmútr ve Split-Desktop yazlm ile iúlenerek bu atma ait parça boyut da÷lm elde edilmiútir. Aúa÷daki úekillerde iúleme tabi olan görüntülerden bazlar ve iúleme süreci gösterilmiútir. Y÷n üzerinden görüntüler alnrken ölçek olarak 2 adet 200 mm çapnda futbol topu kullanlmútr. Programda toplarn ölçe÷i girilerek resim ölçeklendirilmiú ve görüntüdeki kaya parçalarnn boyutlar program tarafndan hesaplanmútr. Patlatmaya ait tüm görüntüler analiz edildikten sonra toplu halde parça boyutlar hesaplanmú ve bu y÷na ait parça boyut da÷lm hesaplanmútr. Ayn zamanda patlatma giriú parametreleri Kuz-Ram ve JKMRC modellerine girilmiú ve ayn atma ait parçalanma tahmin sonuçlar elde edilmiútir. Aúa÷daki grafikte 1. atma ait Split parça boyut da÷lm, Kuz-Ram ve JKMRC tahmin sonuçlar lineer-lineer ve log-lineer olarak gösterilmiútir.
ùekil 5. Analize tabi tutulan görüntü örnekleri ve iúlenmiú halleri.
ùekiil 4. Birinci atma ait delik geometrisi ve patlayc enerji da÷lm (JKSimBlast, 2007). 88
1. patlatma parçalanma sonuçları
2. patlatma parçalanma sonuçları
100 90 80
% geçen
% geçen
70 60 50 40 30 20 10
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
0 0
200
400
600
800
1000
200
400
SPLIT
JKMRC
SPLIT
Kuz-Ram
ùekil 6. Birinci atma ait parçalanma sonuçlar (lineer-lineer).
90 80
%geçen
% geçen
70 60 50 40 30 20 10 100
0
1
1000
JKMRC
Kuz-Ram
10
100
1000
boyut(mm)
boyut (mm) SPLIT
JKMRC
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
0 10
1000
2. patlatma parçalanma sonuçları
1. patlatma parçalanma sonuçları
1
800
ùekil 8. økinci atma ait parçalanma sonuçlar (lineer-lineer).
100
0
600
boyut (mm)
boyut (mm)
SPLIT
Kuz-Ram
ùekil 7. Birinci atma ait parçalanma sonuçlar (log-lineer). Birinci atma ait parçalanma tahmin ve gerçek sonuçlar elde edildikten sonra modellerin tutarll÷n ve giriú parametrelerinden en önemlisi olan patlayc madde miktarnn parçalanma sonuçlarna olan etkisini test etmek amacyla ayn basamakta ayn úekilde, sadece kolon úarj uzunlu÷u de÷iútirilerek bir ikinci deneysel atm gerçekleútirilmiútir. 2. patlatmada kolon úarj uzunlu÷u 1 m arttrlarak 9 m’ye çkarlmútr. Böylece özgül úarj miktar da 0,64 kg/m3’ten 0,81 kg/m3’e arttrlmútr. 1. atm sonras yaplan tüm parça boyut da÷lm tespit çalúmalar ve analizleri 2. atm için de gerçekleútirilmiú ve aúa÷daki parçalanma sonuçlar elde edilmiútir. 89
JKMRC
Kuz-Ram
ùekil 9. økinci atma ait parçalanma sonuçlar (log-lineer). 6 TARTIùMA VE SONUÇLAR Bu çalúma kapsamnda yaplan birinci atm sonras elde edilen parçalanmaya ait saptamalar úu úekildedir. Split-Desktop program ile elde edilen sonuçlarla karúlaútrld÷nda JKMRC ve Kuz-Ram modellerinin daha iri boyutta bir parçalanma tahmininde bulundu÷u görülmektedir. JKMRC modeli, Kuz-Ram modeline göre gerçek parçalanma sonuçlarna daha yakn bir tahminde bulunabildi÷i, iki model arasnda fark edilen ilk fark olarak göze çarpmaktadr. Özellikle parça boyut da÷lmnn ince malzeme oluúumu ksmnda JKMRC modelinin, Kuz-Ram modeline oranla daha yakn bir tahmin yapt÷
anlaúlmaktadr. Bununla beraber genel olarak her iki tahmin modelinin de gerçek parçalanma sonucuna çok yakn tahminlerde bulundu÷u görülebilmektedir. Kolon úarj uzunlu÷unun ve böylece özgül úarj miktarnn artrlmasyla beraber gerçekleútirilen ikinci atmda JKMRC modelinin gerçek parça boyut da÷lm sonucuna göre daha ince bir parçalanmay tahmin etti÷ini görmekteyiz. Kuz-Ram modeli ise bu atm sonrasnda da birinci atm da oldu÷u gibi daha iri bir parçalanmay iúaret etti÷i anlaúlmaktadr. JKMRC modelinin ince malzeme oluúumu tahmininde ilk atmda oldu÷u gibi KuzRam’dan daha yakn tahminde bulundu÷u fark edilmiútir. Bununla beraber, ikinci atm sonrasnda da her iki tahmin modelinin de gerçek parça boyut da÷lmna çok yakn sonuçlar verdi÷i görülebilmektedir. Genel olarak modeller tartúld÷nda, parça boyut da÷lm tahmin modellerinin kullanlabilmesi için oldukça fazla saha verisine ihtiyaç duyuldu÷u anlaúlmaktadr. Fakat bu çalúma kapsamnda gerçekleútirilmiú olan bu uygulama gibi çalúmalar sonucunda patlatma sonuçlarnn tahmininde ve buna ba÷l olarak arzu edilen sonuçlar sa÷layacak basamak patlatma parametrelerinin tayininde çok kullanúl bir argüman olduklar çok açk bir úekilde anlaúlmútr. Parçalanma tahmininde kullanlan her iki model de parçalanmann iri malzeme oluúum ksmnda gerçek sonuçlara daha yakn tahminde bulundu÷u, ama ince malzeme oluúum ksmnda ise JKMRC modelinin daha avantajl oldu÷u görülmüútür. Bu da özellikle cevherin ö÷ütülebilirli÷i açsndan önemli bir faktördür. TEùEKKÜR Bu çalúma, østanbul Üniversitesi Bilimsel Araútrma Projeleri Yürütücü Sekreterli÷i (Proje No: 429/13092005, T-73/15122006), Devlet Planlama Teúkilat (Proje No:
90
2005K120990) ve Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araútrma Kurumu (Proje No: MøSAG-283) tarafndan desteklenmiútir. Yazarlar, østanbul Üniversitesi Bilimsel Araútrma Projeleri Yürütücü Sekreterli÷i, Devlet Planlama Teúkilat ve Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araútrma Kurumu’na finansal destekleri için teúekkür ederler. KAYNAKLAR x Cunningham, C. 1983, The Kuz -Ram model for prediction of fragmentation from blasting, Trans. 1st Int. Symp. Rock Fragmentation by Blasting, Luleå. Sweden x Cunningham, C. 1987, Fragmentation Estimations and the Kuz-Ram Model – Four Years On, in 2nd International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting, Keystone, Colorado, pp 475487. x Djordjevic, N. 1999, Two-component model of blast fragmentation. In Proc 6th Symp. on Rock Fragmentation by Blasting, pp 213-219. Symposium series S21. SAIMM, Johannesburg. x Grundstrom, C. Kanchibotla, S.S., Jankovich, J. Thornton, D. 2001, Blast Fragmentation for Maximising the SAG Mill Throughput at Porgera Gold Mine, Proc. In Proc ISEE 27th Ann Conf Expl & Blasting Techn, vol I. pp 383-399. ISEE, Cleveland OH. x Hall, J., and Brunton, I. 2001, Critical comparison of Julius Kruttschnitt Mineral Research Centre (JKMRC) blast fragmentation models. Explo 2001, AusIMM, Hunter Valley, NSW, pp207212. x Jaeger, J.C. and Cook, N.G.W. 1979, Fundamentals of Rock Mechanics, 3rd edition, Chapman and Hall, London. x JKSimblast, Blast Management System2D Bench Surface Blast Design and
x
x
x
x
x
x
x
Analysis, Version 2.2.8, March 2007, Soft-Blast Pty Ltd. Kahriman, A., Tuncer, G., Karado÷an, A., Ozdemir, K., “Kuz – Ram and Digital Image Processing System Combination to Determine Spesific Blasting Parameters”, Proceedings of The Thirty – First Annual Conference on Explosives and Blasting Technique, 6 – 9 February, Orlando, Florida, USA., 2005, Volume I, pp. 399 – 407. Kanchibotla, S. S., Valery Jnr., W. and Morrell, S. 1999, Modelling fines in blast fragmentation and its impact on crushing and grinding. Explo'99 Conference, Kalgoorlie, WA. Kuznetsov, V.M. 1973, The mean diameter of fragments formed by blasting rock, Soviet Mining Science, Vol. 9 No. 2 Lilly, P.A. 1986, An Empirical Method of Assessing Rock Mass Blastability. In Proc Large Open Pit Mining Conference, pp. 89-92, AusIMM & Instr Engrs, Newman Combined Group, Melbourne. Liu, Q. and Tran, H. 1996. Comparing Systems-Validation of FRAGSCAN, WipFrag and Split. ISRM/Fragblast 5 Workshop and Short Course on Fragmentation Measurement, Montreal, A.A. Balkema Ouchterlony, F. 2003, Influence of blasting on the size distribution and properties of muckpile fragments, a stateof-the art review, MinFo P2000-10: Energioptimering vid nedbrytning / Energy optimization in comminution, Swebrec, Luleå University of Technology, Sweden. Ozer, U., Ozdemir, K, Kahriman, A., Karadogan, A., Tuncer, G., 2006 “The Importance of Particle Size Distribution After Blasting and Arrangement Studies on this Basis”, ”, 6th International Conference: Modern Management of Mine Producing Geology and
x
x
x
x
x
x
91
Environment Protection, 12-16 June, Albena Resort, Varna, Bulgaria, 2006, Volume I pp:: 43-52. Özdemir, K., Kahriman A., Tuncer G., Karadogan A., "A Practical Approach For Blasters to Determine The Optimal Bench Blasting Conditions", Proceedings of The Thirtieth Annual Conference on Explosives and Blasting Technique, 1-4 February, New Orleans, Louisiana, USA, 2004, Volume I, pp. 51-60 Özdemir, K., Kahriman, A., Karado÷an, A., Tuncer, G., "Blast Fragmentation Assessment and Control Using The Split Digital Image Analysis System", International Conference on Earth Sciences and Electronics (ICESE-2003), 23-24 October, Istanbul University, Avclar, Istanbul, Turkey, 2003. Özdemir, K., Kahriman, A., Karado÷an, A., Tuncer, G., "Blast Fragmentation Assessment and Control Using The Split Digital Image Analysis System", International Conference on Earth Sciences and Electronics (ICESE-2003), 23-24 October, Istanbul University, Avclar, Istanbul, Turkey, 2003. Özdemir K., Kahriman A., Do÷an T., 2005 “Patlatma Sonras Parça-Boyut Da÷lmnn Ekskavatör Kaz Süresine Olan Etkisinin Araútrlmas” II. øú makineleri Sempozyumu ve Sergisi 2930 Eylül/2 Ekim 2005, østanbul pp:273282. Ozdemir, K., Tuncer, G., Kahriman, A., Ozer, U., Karadogan, A., “The Relation between Excavator Bucket Loading Time and Particle Size Distribution of Shot Rock”, Proceedings of The 33rd Annual Conference on Explosives and Blasting Technique, 28 January – 1 February, Nashville, Tennesse, USA., 2007, Volume I, pp. 303-313 Ozdemir, K., 2004, Dijital Görüntü øúleme Tekni÷i ile Patlatma Verimlilik Analizi, Yüksek Lisans Tezi, østanbul
Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, østanbul, Türkiye. x x
x
x x
x
Split-Desktop Digital Fragmentation Analysis System, Split Engineering, LLC. Thornton, D. Kanchibotla, S. and Esterle, J. 2001a, A fragmentation model to estimate ROM size distribution of soft rock types. Proceedings of the 27th Annual Conference on Explosives and Blasting Technique, International Society of Explosives Engineers, Orlando, Florida, pp41-53. Thornton, D. Kanchibotla, S. and Brunton, I. 2001b, Modelling the impact of rock mass and blast design variation on blast fragmentation. Explo 2001, AusIMM, Hunter Valley, NSW, pp197205.
Split-Desktop Digital Fragmentation Analysis System, Split Engineering, LLC. Thornton, D. Kanchibotla, S. and Esterle, J. 2001a, A fragmentation model to estimate ROM size distribution of soft rock types. Proceedings of the 27th Annual Conference on Explosives and Blasting Technique, International Society of Explosives Engineers, Orlando, Florida, pp41-53. Thornton, D. Kanchibotla, S. and Brunton, I. 2001b, Modelling the impact of rock mass and blast design variation on blast fragmentation. Explo 2001, AusIMM, Hunter Valley, NSW, pp197205.
92
Basamak Patlatmalarnda Gecikmenin Önemi Importance of The Timing In Bench Blasting Ümit Klç
(Orica-Nitro Patlayc Mad. San. Ve Tic. A.ù.)
Metehan Derya
(Orica-Nitro Patlayc Mad. San. Ve Tic. A.ù.)
ÖZET Patlatmada genel olarak en iyi sonuçlar (parça boyutu, sarsnt, gerinin örselenmesi vb. úartlar açsndan) komúu deliklerin uygun ksa gecikmeler kullanlarak teker teker ateúlenmesiyle elde edilir. Uygun gecikme zamanlar seçilerek deliklerin teker teker ateúlenmesi ile komúu delikler arasndaki pozitif etkileúimden faydalanlr. Birçok deneme patlatmas ve üretim patlamasnn sonuçlar göstermiútir ki tipik bir basamak patlatmasnda uygun delikler aras gecikme genellikle komsu delikler aras mesafenin metresi baúna 10ms’den küçüktür. Bu çalúmada, artk üzerinde daha ayrntl çalúmalar yaplmaya baúlanan basamak patlatmalarnda gecikmenin önemi üzerinde durulmuú ve pratikteki uygulamalar karúlaútrlmútr. ABSTRACT Generally best results in blasting operations can be achieved by hole by hole firing with short delays. Hole by hole firing with suitable delay time would ensure positive interaction between adjacent blastholes. Lots of test blast and production blast results indicate that ideal inter-hole delay for typical bench blasting is less than 10ms per meter of spacing. This paper mentions about importance of timing in bench blasting and comparisons between practices. 1 GøRøù
1.1 Patlatma Srasnda Geliúen Olaylar
Patlatma iúlerinde gecikme kullanlmas baz ihtiyaçlardan dolaydr. Bu ihtiyaçlar, daha büyük hacimli patlatmalar yaparak üretimi arttrmak, daha verimli patlatmalar yapmak, sarsnt sorununu azaltmak úeklinde ifade edilebilir. Yerüstü patlatmalar ile yeralt patlatmalar için ihtiyaç duyulan gecikme süreleri farkldr. Yeralt patlatmalarnda uzun gecikme süreleri gerekli iken yerüstü patlatmalarnda ksa gecikme aralklar kullanlmaktadr. Yüzey patlatmalarnda delikler gecikmesiz olarak, sadece sralara gecikme verilerek, delikler arasnda uzun gecikme kullanlarak ya da delikler arasnda ksa gecikme kullanlarak ateúlenebilir.
Basamak patlatmalarnda bir serbest yüzeye do÷ru patlayan delik ùekil-1’de görüldü÷ü gibi úu olaylara sebep olur:
93
• Delikteki patlaycnn patlamas • ùok dalgalarnn kayaç içerisinde ilerlemesi ve çatlaklar oluúturmas • Basnçl gazlarn geniúleyerek oluúan çatlaklar geniúletmesi • Kaya kütlesinin taúnmas
1.2 Birincil Alt Baúlk Baúlklardan b1.Çatlak Oluúumu
veya 2. Kaya Hareketi
x Daha fazla örseleme: Yük tek kütle halinde ileri do÷ru gitme e÷iliminde oldu÷undan gerideki kayada ani ve büyük reaksiyon oluúturur. x Daha fazla sarsnt ve hava úoku.
3. Sonuç
ùekil 1. Patlama srasnda geliúen olaylar.(5) 2 GECøKMESøZ ATIMLAR Genellikle gecikmesiz atmlarn sonuçlar gecikmeli atmlara göre daha kötüdür. Gecikme verilmedi÷i için deliklerin tamam ayn anda ateúlenecektir. Böyle bir atmn sonucu, gecikmesiz tek sral atmlar ve gecikmesiz çok sral atmlar açsndan de÷iúik olacaktr. 2.1 Gecikmesiz Tek Sral Atmlar Serbest yüzeye do÷ru tek sra halinde delinmiú olan patlatma delikleri gecikmesiz olarak ayn anda ateúlendi÷inde komúu delikler arasndaki çatlaklar birleúme e÷iliminde olacaktr. Çatlak geliúimi srasnda iki delik arasndaki en yakn mesafe boyunca stres altndaki kaya içerisinde oluúan çatlaklar birleúmeye çalúacaktr. Birleúen bu çatlaklara dolan patlatma gazlar önündeki yükü ötelemeye baúlar (Bkz. ùekil 2). Delikler önündeki yük mesafesinde bulunan kaya kütlesi, çatlak oluúumu tamamlanmadan ötelenmeye maruz kalaca÷ için parçalanma iyi olmayacaktr. Bunun yannda, birleúme e÷ilimindeki çatlaklar delikler arasnda bir hat oluútururlar. Deliklerdeki patlaycnn patlamas sonucu aç÷a çkan büyük hacimdeki ve yüksek basnçtaki gazlar bu çatlak hattna dolarak kaya kütlesini hep birlikte taúmaya çalúacak, dolaysyla pasa daha çok savrulacaktr(5). Gecikmesiz tek sral atmlarn sonuçlar úöyle özetlenebilir: x Daha iri tane boyutu: Çatlaklar en ksa yoldan birleúerek kaya kütlesini öteler ve yeterli parçalanmaya zaman tanmaz. x Pasann savrulmas daha fazladr: Patlatma gazlar birleúen çatlaklarn arasna szarak yükü ileri do÷ru öteler.
94
Gecikmesiz tek sral atm
ùekil 2. Tek sral gecikmesiz patlatma. (5) 2.2 Gecikmesiz Çok Sral Atmlar Çok sral olarak delinmiú delikler gecikmesiz olarak ayn anda ateúlendi÷inde ön sra gecikmesiz tek sral patlatma gibi davranarak benzer sonuçlar ortaya çkarr. Arka sralar ise daha az verimle çalúacaktr. Çok sral gecikmesiz atmlar daima kötü sonuçlar ortaya çkarr. Tüm sralar ayn anda ateúlendi÷i için bir öndeki sra arkadaki sra için serbest yüzey oluúturacak yeterli zamana sahip olamayacaktr. Dolaysyla, önü açlmayan arka sralardaki delikler ateúlendikten sonra krater yapma e÷ilimindedir. Böyle bir atmn neticesinde oluúacak olan pasa oldukça skdr ve kazlmas/yüklenmesi daha zordur. Ayrca topuk ksmnda kaya kütlesi yeterince krlamaz ve trnak kalma ihtimali çok yüksektir. Gecikmesiz çok sral atmlarn sonuçlar úu úekilde özetlenebilir: x Parçalanma ve pasann ötelenmesi kötüdür. Arka sralar için serbest yüzey oluúmad÷ için yeterince parçalanmú gevúek pasa elde edilemez ve aynann dip ksmnda trnak oluúur. x Çevre kayada ve bir sonraki ayna yüzeyinde örselenme ve askda kalan kavlak çok daha fazla olacaktr. x Patlatmann çevreye olan olumsuz etkisi daha fazla hissedilecektir. Arka sralara do÷ru artan derecelerde, delikler krater yaparak daha fazla hava úoku ve kaya frlamasna neden olacaklardr. Birim zamanda devreye giren patlayc madde
miktar fazla olaca÷ndan ve önündeki yük serbest yüzeye hareket edemeyece÷inden hissedilecek sarsnt daha olacaktr.
sralar do÷ru dolay yüksek
3 TEK SIRALI DELøKLERøN TEKER TEKER PATLATILMASI Tek sra halinde serbest yüzeye do÷ru delinmiú olan delikler, teker teker uzun gecikme süreleri kullanlarak ya da ksa gecikmeler kullanlarak ateúlenebilir. Bu atmlarn sonuçlar de÷iúik olabilmektedir.
• Önce patlayan úarjlarn oluúturdu÷u çatlaklardan gaz kaçú olabilir. (enerji kayb, kaya frlamas, hava úoku) • Oluúan sarsnt tek deli÷in yarataca÷ndan büyük olabilir çünkü deliklerin önünde pasa olacaktr. 3.2 Tek Sra Halindeki Deliklerin Ksa Gecikme Aralklar Kullanlarak Teker Teker Ateúlenmesi Deliklerin milisaniye de÷erindeki gecikmelerle ateúlenmesi
3.1 Tek Sra Halindeki Deliklerin Uzun Gecikme Aralklar Kullanlarak Teker Teker Ateúlenmesi
ùekil 4. Delikler arasndaki etkileúim. (5)
ùekil 3. Deliklerin teker teker patlatlmas (5) Bir sra halindeki delikler uzun gecikme aralklaryla teker teker ateúlendi÷inde komúu delikler arasndaki pozitif etkileúimden yararlanlamaz ve her delik ba÷msz olarak patlar (Bkz. ùekil 4). Delikler patlarken Bölüm1.1de anlatlan olaylar geliúir. Gecikmesiz yararlar:
tek
sral
atmlara
göre
• Daha ince pasa • øleri yönde hareket daha azdr (önce patlayan deli÷in pasas tampon olur). • Daha az örselenme (fakat tampon etkisinden dolay tek deli÷inkinden fazla) • Daha az sarsnt ve hava úoku: Birim zamanda devreye giren patlayc madde miktar daha az olaca÷ için sarsnt daha az olacaktr. Sakncalar: • ølk patlayan delik komúu delikteki úarj etkileyebilir. 95
Tek sral atmlar için en iyi sonuç deliklerin ksa gecikme aralklar ile teker teker ateúlenmesiyle elde edilir(5). ùekil-4’de görüldü÷ü gibi 2 nolu delik ateúlendikten sonra çatlaklar geliúmeye baúlar ve delik önündeki yük aynadan kopmaya baúlamadan önce 3 nolu delik ateúlendi÷inde delikler arasndaki pozitif etkileúimden yararlanlr. Çünkü bu srada 3 nolu delik civarndaki kaya 2 nolu deli÷in ateúlenmesi sonucu oluúan úok dalgalar tarafndan strese maruz braklr. 3nolu deli÷in önündeki kaya kütlesi daha önce stres altnda kald÷ için delik ateúlendikten sonraki çatlak geliúimi ve çatlaklarn birbirini etkilemesi daha kolay ve verimli olmaktadr. Komúu delikler arasndaki mesafenin her metresi için birkaç milisaniye úu sonuçlara neden olacaktr (5): • • • •
Daha iyi tane boyuna Kontrollü pasa hareketine Daha az örselenmeye Nispeten daha az sarsnt oluúmasna
4 ÇOK SIRALI ATIMLAR Birden çok sralar halinde delinmiú olan delikler, sralara gecikme vermek suretiyle ya da hem komúu deliklere hem de sralara gecikme vermek suretiyle ateúlenebilir.
4.1 Sralara Gecikme Verme Bu yöntemde sadece sralara gecikme verilir. Ayn sradaki tüm delikler ayn gecikme zaman ile ateúlenir. Nitro Nobel firmasndan Bernt Larsson, öndeki sra yük mesafesinin 1/3’ü kadar ilerledikten sonra arka srann ateúlenmesi gerekti÷ini önermektedir. (4) E÷er gecikme süreleri yeterli olursa, patlatmann performans gecikmesiz atmlara göre çok daha iyi olur çünkü her sra için öndeki yükün taúnmas gerçekleúir. Sralar aras gecikmenin yetersiz oldu÷u durumunda, arka sralara do÷ru giderek artan oranda tkanma olacaktr. Böylece, arka sraya do÷ru sonuçlar giderek kötüleúecek ve toplamda atmn performans kötü olacaktr. Kare delik düzeni kullanlmúsa, kenar ve köúe delikler için kötü geometri söz konusudur ki bu bölgelerde kazda zorlanma beklenmelidir. ùeú-beú düzende ise daha iyi sonuçlar alnr. Bu durumda patlayclar kayaç içinde daha iyi da÷tlmú olur ve çevre delikler daha uygun krlma açsna sahip olurlar.
4.2 Çok Sral Atmlarda Her Deli÷e Ayr Gecikme Verme Bir atmn performans açsndan en iyi sonuçlar, komúu deliklerin ateúlenmesinde uygun ksa gecikmelerin kullanld÷ seride, her deli÷in bireysel olarak ateúlendi÷i sistemle elde edilir. 4.2.1 Delikler arası gecikme (DAG) Tek Sradaki deliklerin ideal “delikler aras gecikme (DAG)” ile ateúlenmesi úu sonuçlara yol açacaktr: • Özgül úarj de÷iútirilmeden elde edilebilecek en ince parça boyutu elde edilebilir. • Gecikmesiz tek sral atmlara göre ileri yöndeki hareket daha azdr. Çünkü önce patlayan deli÷in oluúturaca÷ pasa komúu delik önünde tampon olacaktr. • Tek bir deli÷in neden olaca÷ örselenme elde edilir. • Atm sonucu oluúacak sarsnt ve hava úoku, tek bir deli÷inkine yakn olacaktr. 4.2.2 Sıralar arası gecikme (SAG) Çok sral atmlarda ideal DAG ve ideal SAG úu istenen sonuçlara yol açacaktr: • • • •
ùekil 5. V Delik Düzeni. (5) Bazen atmn performansn arttrmak için ùekil-5’de görülen düzenler kullanlabilir. Burada V serisinde serbest alan oluúumu daha dar bir geometride gerçekleúir, dolaysyla V’nin tepe noktasna do÷ru zorlanma artacaktr. ùaúrtmal V1 serisi, kenar ve köúe deliklerinin geometrik olarak hapsolma derecesini azaltr ki bu durum ileri yönde hareketi arttrr ve örselenmeyi azaltr. Her srann oluúturaca÷ serbest yüzey daha uygun úekle sahip olacaktr (e÷ri úeklinde). Zorlanma azalaca÷ndan sarsnt seviyesi azalacaktr. Ama ço÷u kez her srann farkl gecikmelerle patlatlmas toplamda en iyi sonucu vermeyecektir.(5)
96
Mümkün olan en iyi parçalanmann elde edilmesine. Kontrollü pasa hareketine. Çevre kayaçta en az örselenmeye. Minimum sarsnt ve hava úokuna.
Toplam parçalanma, özellikle deli÷in topuk ksmna yakn bölgelerinde SAG’den etkilenebilir. Genellikle delikler aras gecikmeden etkilenir. Uygun SAG ile çevre kayaca verilen hasar azaltlabilir, sarsnt ve hava úoku gibi patlatmann olumsuz etkileri en aza indirgenebilir. SAG ve DAG de÷iútirilerek pasann yaylm, úekli, pozisyonu ve gevúekli÷i kontrol edilebilir. 5 GECøKME SEÇøMø Delikler arasndaki pozitif etkileúim DAG ve SAG ile kontrol edilebilir. Bu parametreler de atmn performansn önemli ölçüde etkileyebilirler. Parçalanma boyutu, pasann hareketi, yönü, çevredeki kayada örselenme, sarsnt seviyeleri genellikle gecikmeler ile kontrol edilebilir. DAG, komúu iki delik arasndaki etkileúimi kontrol eder.
SAG, ba÷msz delikler arasndaki etkileúimi kontrol eder. SAG’nin DAG’ye oran, patlatma esnasnda yaratlan yeni serbest yüzeylerin yönelimini ve geometrisini tayin eder. Her durum için en uygun gecikmeleri tespit etmek adna baz deneme atmlar yapmak ve bunlarn sonuçlarn de÷erlendirmek gerekir. 5.1 Pasa Oluúumu Srasnda Geçen Süreler Delik içindeki patlayc madde detone olmaya baúladktan sonra yaylan úok dalgalar ilk önce delik çevresinde radyal çatlaklara neden olurlar. Patlama reaksiyonu sonucu oluúan yüksek scaklk ve hacimdeki gazlar da bu çatlaklara dolarak çatlaklarn geliúimine katkda bulunurlar. Kayaç tipine ba÷l olarak dalga kayada 3050-6100m/s hzla ilerlemeye baúlar(3). ùok dalgas sertsa÷lam kayada daha hzl ilerler. Çatlak geliúimi bu sismik dalga hznn 0,15-0,40 kat kadar bir hzla olmaktadr (3). Buradan, sert-masif kayalarda çatlak oluúum hznn 2400m/s olabilece÷ini söyleyebiliriz. Yumuúak kayalarda ise alt de÷erleri alrsak çatlak hznn 450-1200m/sn olaca÷ söylenebilir. (3) Parçalanma böyle hzl gerçekleúirken krlmú kayann taúnmas daha uzun sürmektedir. Taú ocaklarnda yaplan ölçümler göstermiútir ki krlmú kaya 15,230,5 m/s hzla hareket etmektedir. Yani pasa, 10ms içinde 15-30cm hareket etmektedir. (3) Gecikme seçiminin kayann tepki süresine ba÷l olarak belirlenmesini öneren I. Odenerra & S. Esen öncelikle bu sürenin (minimum response time) belirlenmesinin gerekti÷ini bildirmiúlerdir. (2) 5.1 Uygun DAG’nin Seçimi Birçok deneme ve üretim patlatmasnn sonuçlar göstermiútir ki tipik bir basamak patlatmas için uygun DAG, genellikle delik aral÷nn metresi baúna 10ms’den küçüktür. Her durum için ideal gecikme kaya özelli÷inden etkilenir. Delik aral÷nn metresi baúna 3ms-5ms geikme süresi baúlangç deneme atmlar için önerilir. (5) Özel uygulamalar için ideal DAG do÷ru olarak hesaplanamaz ve seçimler ancak piyasada bulunabilen ürünlerle snrldr. Herhangi bir durum için en uygun gecikmeleri belirlemek için baz denemeler yapmak gereklidir.
97
Krlgan, düúük yo÷unluklu ve bloklu (kapal çatlaklar içeren) kayaçlar için genelde ksa DAG uygundur. Ksa DAG, daha iyi parçalanma ve sarsnt pahasna (zararna olarak) ileri yöndeki hareketi arttrmak e÷iliminde olacak úekilde komúu delikler arasnda bir efor yaratr. Yo÷un, masif, poroz veya plastik özellik gösteren kayaçlar genellikle, daha uzun DAG’ye ihtiyaç duyarlar. Uzun DAG, her deli÷in daha ba÷msz çalúmasna yol açar ki bu durumda pozitif etkileúim azalr ve kayann hareketi ile komúu úarjn zarar görmesine neden olabilir. 5.2 Uygun SAG’nin Seçimi Kayaç özelliklerine, patlatma geometrisine ve istenen sonuçlara ba÷l olarak, efektif yükün her metresi için 12ms-15ms gecikme önerilir (5). Önerilen bu de÷erler sadece baúlangç deneme atmlar için bir çkú noktas olup en uygun gecikme de÷erleri yaplacak olan bu denemeler sonucu tespit edilmelidir. Düúük yo÷unluklu, krlgan, elastik, bloklu kayaçlar için ksa SAG uygundur. Poroz, plastik, yo÷un homojen kayaçlar, yükün taúnmas için genellikle daha fazla süreye ihtiyaç duyarlar. Yukarda verilen gecikme de÷eri 30ms/m’ye kadar çkabilir. Çünkü bu tip zeminlerde sismik dalgalarn yaylma hz ve dolaysyla çatlak oluúumu daha yavaútr. Bunlarn sonucu olarak da parçalanma ve parçalanan kayann hareketi için uzun gecikmelere ihtiyaç duyulur. Uzun SAG, çevre kayaçtaki örselenmenin daha az olmasna, ileri yöndeki pasa hareketinin ve pasa gevúekli÷inin daha iyi olmasna yardmc olur. Gere÷inden ksa SAG úu sonuçlara yol açar: • øleri yöndeki hareketi en aza indirgeme e÷ilimindedir. • Kaya frlamasn arttrma e÷ilimindedir. • Daha sk pasa oluúumuna neden olur. • Çevre kayaçta daha fazla hasara neden olur. • Daha fazla sarsntya neden olur. Krlan kaya düúük hzda (15-30m/s) hareket etti÷i için sra says arttkça pasa hareketi yukar do÷ru bir e÷ilim gösterecektir. Bunun nedeni ise düúük pasa hz nedeniyle arka sralara do÷ru serbestli÷in giderek azalmasdr. Bunun sonucu olarak da kaya
frlamas ve tabanda trnak kalmas gibi sorunlar görülebilir. Uygulamada ateúleyicilerin, SAG’yi arka sralara do÷ru arttrmak istemesinin altnda bu sebepler yatmaktadr.
x Patlatma sonucu oluúan çok ince tanelere gecikmenin etkisi çok küçüktür. (deli÷e çok yakn pulvarize olmuú taneler)
6 GECøKMENøN PARÇALANMA VE PASA HAREKETø ÜZERøNE ETKøSø Uygun gecikme seçimi toplam atm performansna bakld÷nda parçalanma ve istenen pasa hareketinin elde edilmesi gibi önemli sonuçlara olumlu etki yapaca÷ açktr. Bu bölümde gecikmenin parçalanma ve pasa hareketi üzerine olan etkileri incelenecektir.
DAG’nin, pasann taúnmas üzerine olan etkisi de yaplan çalúmalar ile do÷rulanmútr.
6.2 Gecikmenin Pasa Hareketi Üzerine Etkisi
Pasa
Yükün hz
frlamas (m)
6.1 Gecikmenin Parçalanmaya Etkisi DAG’nin parçalanma üzerindeki etkisi, bir çok normal üretim atmnn sonuçlaryla ve titizlikle kontrol edilen ölçümler neticesinde do÷rulanmútr. (5)
•
parçalanma boyutu (cm)
oran (%)
Delik
Aral÷nn
Metresi
Baúna Gecikme Süresi (ms/m)
Delik
Aral÷nn
Delik
Baúna Gecikme Süresi (ms/m)
Aral÷nn
Metresi
ùekil 7. DAG ile pasa hareketinin iliúkisi. (5)
%80’nin gecti÷i øri malzeme
Delik Aral÷nn Metresi Baúna Gecikme Süresi (ms/m)
ICI Explosives’in elektronik kapsüller ile yapmú oldu÷u çalúmalarda (bölüm 6.1’de belirtilen), pasann hareketi, DAG ile do÷rudan etkilenmiútir. Yaplan çalúmalar, DAG ile yükün taúnma hz arasnda bir iliúki oldu÷unu göstermiútir (Bkz. ùekil- 7).
Pasann sekli ve pozisyonu DAG ile kontrol edilir (Bkz. ùekil-8). ICI Explosives’in Avustralya bazalt oca÷nda elektronik kapsüller ile yapmú oldu÷u çalúmann sonuçlar karúlaútrld÷nda:
Metresi
Baúna Gecikme Süresi (ms/m)
ùekil 6. DAG ile parçalanma boyutu iliúkisi (5) Bu konu üzerinde önemli araútrmalar yapmú olan kurumlar ùekil-6’daki grafikteki görülen durumu do÷rulamúlardr. (Kaynaklar, no:5)
Uzun gecikme süresi (8ms/m) Ksa gecikme süresi Pasa ùekli
(8ms/m)
x ICI Explosives’in Avustralya’da granit ve bazalt ocaklarnda elektronik kapsüller ile yapmú oldu÷u çalúmalarda patarlarn oran, DAG ile do÷rudan etkilenmiútir. ùekil 8. Gecikme ile pasann hareketi arasndaki iliúki. (5)
x Di÷er gruplar (USBM ve SveDeFo) tarafndan yaplan çalúmalar da DAG ile toplam fragmantasyon arasndaki iliúkiyi göstermiútir.
• Ksa DAG, pasay daha fazla serer ve çok alçak, yayvan bir pasa oluúturur. • Uzun DAG, daha ksa, toplu, yüksek ve daha sk pasa oluúturur ama toplamda 98
parçalanma daha iri olabilir. Ayrca çevre kayacn örselenmesi daha fazla olabilir. 6.3 Gecikmenin Sarsnt Üzerine Etkisi Çok delikli atmlarn neden oldu÷u sarsnt seviyesi, deliklerin gecikme sürelerinden etkilenir. Her úarj, hapsolma derecesi ve yük mesafesine ba÷l olarak kendine has bir sarsnt dalgas oluúturur. Enerjinin úiddeti, kaynaktan uzaklaútkça ve zamanla azalr, zemine ve di÷er dalgalarla olan etkileúimle de÷iúir. Sarsnt, patlatlan toplam miktardan çok birim zamanda devreye giren patlayc madde miktarna ba÷ldr. Maksimum sarsnt miktar, genellikle, gecikme zamanna ba÷ldr. Çünkü gecikmeler úarjn hapsolma durumunu etkiler (yük, pozisyon, ve patlatma srasnda yaratlan yüzeyin úekli). Uzun SAG, daha az sarsntya neden olur. Genellikle, yük mesafesinin metresi baúna 12-15m/sn’lik gecikme yeterli olmaktadr. Her bir dalga karúlaút÷nda etkileúir ve kompleks güçlenmiú yap oluútururlar ve muhtemel ykc giriúime neden olur. Bu durum, bir úarjn oluúturdu÷u sarsnt tamamen sönümlenmeden di÷erinin ateúlenmesi sonucu görülür. Patlatmadan kaynakl sarsntnn baskn frekans, farkl úarjlarn ateúlenmesi srasndaki gecikmeden de etkilenir. Uzun gecikmeler, daha düúük frekanslar oluúturur ki bu binalar ve di÷er yaplarda daha fazla hasara neden olabilir. Özel yerlerde, patlatmann geometrisi ve ateúleme yönü sarsnt seviyesini önemli ölçüde de÷iútirir. Bir ateúleme yönündeki maksimum sarsnt seviyesi, zt yöndeki kaydedilmiú olan seviyeden çok daha fazla olabilir. 6.4 Gecikmenin Hava ùoku Üzerine Etkisi Gecikme seçimi, hava úoku seviyesini önemli ölçüde etkiler. Atmn (rahatl÷) serbestli÷i için en önemli etken SAG’dir. Uzun SAG, yükün daha rahat taúnmasna ve düúük hava úokuna yol açabilir. Ksa SAG, skúmaya sebep olur ve krater e÷ilimini arttr. Dolaysyla daha yüksek hava úokuna neden olur. 12-15ms/m genellikle yeterli olmaktadr. (5) Aúr SAG, patlatma srasnda oluúan yeni serbest yüzeyde önemli çatlaklarn
99
oluúumuna neden olabilir. Bu çatlaklar, efektif yükün azalmasna ve patlatma gazlarnn buralardan yüksek basnçla atmosfere kaçmasna neden olurlar. 7 SONUÇLAR Anlatlanlar ú÷nda aúa÷daki sonuçlara varlabilir: x Patlatma iúlerinde istenen sonuçlara da ba÷l olarak en iyi sonuçlar, uygun gecikmelerin kullanlmasyla elde edilebilir. Ama unutulmamas gereken nokta patlatma iúi için uygun bir özgül úarj de÷erinin oldu÷udur. Asl atmn verimini etkileyen en önemli parametre özgül úarjdr. Gecikme ise bu enerjinin kontrollü olarak kullanmn temin etmektedir. x Atmlar gecikmesiz olarak, sadece sralara gecikme verilerek ya da her deli÷e ayr gecikme verilerek delikler tek tek patlatlabilir. x Deliklerin ksa gecikmelerle teker teker ateúlenmesiyle komúu delikler arasnda pozitif etkileúim yaratlabilir. Bu durumda ise özgül úarj de÷iútirilmeden elde edilebilecek en iyi sonuçlara ulaúlabilir. Bunun için delikler aras mesafenin her metresi baúna 3-5ms baúlangç için önerilir ama en uygun gecikme bir dizi test patlatmas sonucu bulunmaldr. SAG için ise, yük mesafesinin her metresi baúna 12-15ms’lik gecikme baúlangç test patlatmalar için önerilmektedir. (5) x Pratikte kullanlan gecikmeler yukarda anlatlanlarla paralellik göstermektedir. Ço÷u taú oca÷ (2,5-3,5m yük mesafesine ve delik aral÷na sahip) DAG olarak 17ms-25ms kullanrken SAG olarak genellikle 42ms-65ms gecikmeyi tercih etmektedirler. x Çok sral atmlarn uygun DAG ve SAG ile ateúlenmesiyle, toplamda elde edilecek en iyi parçalanma boyutu, pasann kontrollü taúnmas, çevre kayaca en az tahribat ve en az sarsnt ile hava úoku gibi istenen sonuçlar elde edilir. x Gere÷inden uzun DAG kullanm tek bir deli÷in ateúlenmesi gibi bir etki oluúturur ve delikler arasndaki pozitif etkileúimden yararlanlamaz. Gere÷inden daha ksa DAG ise, delik önündeki parçalanma için yeterli süre dolmadan komúu delikler
arasndaki çatlaklarn birleúerek zemini ileri do÷ru itme e÷ilimi sonucunu do÷urur. x Plastik davranú gösteren kayalarda (örne÷in, kil, marn vb.) ise, zeminin hareketi daha yavaú oldu÷u için daha uzun gecikme sürelerine ihtiyaç duyulur. x Bu çalúmada önerilen gecikme de÷erleri baúlangç için bir çkú noktas olup en uygun DAG ve SAG yaplacak olan birkaç test atmndan sonra bulunmaldr. KAYNAKLAR 1. Atlas Powder Company, (ed.), 1987. Explosives and Rock Blasting, Dallas,Texas, Sayfa 233-244 2. I. Onederra & S. Esen, 2003. Selection of inter-hole and inter-row timing for surface blasting-an approach on burden relief analysis, Explosive and Blasting Technique, Holmberg (ed), Sayfa 269-275, Prauge. 3. International Society of Explosives Engineers, (17th ed.), 1998. Blasters’ Handbook, Cleveland, Ohio, Sayfa 316337 4. Olofsson, Stig O (ed.), 1988. Applied Explosives Technology for Construction and Mining, Arla, Sweden, Sayfa 103-105 5. Orica, Engineer Training ProgramPackage No:8 (Timing), Australia, 27 Sayfa
100
Sülfürlü Cevherlerin Patlayclarla Reaksiyonu ve Patlatma Sorunlar The Reaction of Sulphide Ores with Explosives and Blasting Problems Müfit Erdil
Maden Mühendisi, HM Patlayc Mad. Ltd.ùti
ÖZET Dünya genelinde birkaç maden iúletmesinde yaúanan sorunlar ve kazalar göstermiútir ki, belli koúullar altnda, sülfürlü cevherler ile patlayclar reaksiyona girmektedir. Ekzotermik olan reaksiyon, amonyum nitratn hzla bozuúmasna neden olmakta ve bunun sonucu olarak, yüksek miktarda NOx veya SO2 gibi zehirli gazlar ortaya çkmaktadr. Oluúan ortam iúgüvenli÷i açsndan yüksek risk taúmakta, patlayc dolu deliklerin kendili÷inden patlamasna yol açabilmektedir. Reaksiyona neden olan belli baúl göstergeler, sülfürlü minerallerin varl÷, delik içi scaklk ve asidik ortamdr. Bu göstergelerin var oldu÷u maden iúletmelerinde, risk analizi yaplarak istenmeyen tehlikeli durumlarn önüne geçmek mümkündür. Ülkemizde sülfürlü cevherle çalúan maden iúletmeleri bulunmasna ra÷men, bu konu pek gündeme gelmemiú, konuyla ilgili iúletmecilere rehber olacak çalúmalara bugüne kadar yaplan kongre ve sempozyumlarda rastlanmamútr. Bu bildirinin amac, konunun önemini vurgulamak ve iúletmecilerin bu konuda gerekli tedbirleri almasna öncülük etmektir. ABSTRACT Some accidents and problems happened in several mining sites around the world have shown that under certain conditions, sulphide ores can react with explosives. This reaction is exothermic and produces large volumes of poisonous gases such as NOx or SO2. It creates an unsafe condition that could cause a detonation in a loaded blast hole spontaneously.Most possible indicators which can cause the reaction are sulphur bearing ores, hot temperature in blast holes and acid ground water. It is possible to eliminate hazards by risk management at the mine sites which have these indicators. Although there are many mine sites working with sulphide ores in our country, this subject has not been pointed to the mines at the congress or symposiums until now. The purpose of this paper is to stress the importance of this subject and to increase awareness of these potential hazards. 1 GENEL Dünya genelinde birkaç maden iúletmesinde yaúanan sorunlar ve kazalar göstermiútir ki, belli koúullar altnda, sülfürlü cevherler ile patlayclar reaksiyona girmektedir. Ekzotermik olan otokatalitik kimyasal reaksiyonun baúlamas anidir. Reaksiyon 101
srasnda amonyum nitrat hzla bozuúmakta ve bunun sonucu olarak, yüksek miktarda NOx veya SO2 gibi zehirli gazlar ortaya çkmaktadr. Oluúan ortam iúgüvenli÷i açsndan yüksek risk taúmakta, patlayc dolu deliklerin kendili÷inden patlamasna yol açabilmektedir.
Kendi kendine oluúan bu reaksiyona neden olan belli baúl göstergeler; - Sülfürlü minareller ( Pirit, Markasit, Pirotit, ve Kalkopirit) - Delik içi scaklk ( Ĺ55 ºC) - Asidik ortam ( pH <4 ) dr.
2.2 ANFO ile Reaksiyon Pirit veya di÷er sülfit mineralleri, sülfürik asit, s ve ANFO nun bulundu÷u patlatma deliklerinde, yeni bir reaksiyon sözkonusudur. H2SO4
FeS2 ĺ
Ortam úartlarnn do÷ru tanmlanmas ve buna karú önlemlerin zamannda alnmas istenmeyen tehlikeleri önleyecektir.Yakn geçmiúte ABD, Kanada ve Avustralya’da delik içinde anfonun tutuúmas, kapsülün kendi kendine ateúlenmesi ve bunun sonucu dolu deliklerin patlamas kazalar kaydedilmiútir. Ülkemizde birçok sülfürlü mineral ile çalúan maden iúletmelerimiz bulunmaktadr. Her nekadar bugüne kadar bu konuda kayda geçmiú bir kaza olmasa da, bundan sonra olmayaca÷ anlamna gelmemektedir. Belki de geçmiú de yaúanmú baz kazalar konunun bilinmemesi nedeniyle, baúka nedenlere ba÷lanarak kapanmú olabilir. 2 SÜLFÜRLÜ CEVHERLERøN PATLAYICI øLE REAKSøYONU 2.1 Oksidasyon ve Kendi Kendine Isnma Bilindi÷i üzere özellikle pirit ve di÷er sülfit mineralleri hava ve nem ile temaslarnda çevre koúullarnn yardmyla, alterasyon ve oksidasyona u÷rarlar. Belli baúl metal sülfitler bu oksidasyon sonucu ferro sülfat (FeSO4) ve sülfirik asiti (H2SO4) oluúturur.Oluúan ferro sülfatlar yine oksidasyona u÷rayarak ferrik sülfatlara [Fe2(SO4)3] dönüúür. Bakteriyel aktiviteler (Thiobacillus ferroaxidans) de katalizör olarak bu reaksiyonlar hzlandrr. Ayn úekilde ortamdaki sülfirik asit cevher içerisindeki di÷er minerallere atak ederek, bakteriyel aktiviteleri daha da canlandrr. Birçok sülfit minerallerinden oluúan kompleks bir cevherleúmede, çok sayda reaksiyon mümkündür.
102
NH NO 4 3
HNO2
FeS2 ĺ
HNO2 + Fe+3 + …….
Fe2(SO4)3 + NO + ……. NO
NH4NO3 ĺ
N2O + s + …….
Bu reaksiyon zincirlemesi sonucunda ortam scakl÷ 100ºC ye kadar çkacaktr. Ulaúlan scaklk özellikle piritin tutuúmasna yol açacak ve ortam scakl÷ 150-200ºC e ulaúacaktr. Ulaúlan scaklk delik içindeki patlaycnn, asgari ateúleme sisteminin devreye girmesi ve beklenmeyen patlamaya neden olur. Yaplan laboratuvar testlerinde, ANFO, pirit cevheri (a÷rlkca %5) ve ferro sülfat (%5) birbirine karútrlarak yavaú yavaú stlmas sonucu, ùekil 1. de görüldü÷ü üzere yaklaúk 75 º C de reaksiyon baúlamakta ve çok hzl úekilde yüksek scaklklklara ulaúmaktadr.. Daha reaktif piritlerin varl÷ bu reaksiyonun daha düúük s seviyelerinde baúlamasna neden olabilir.
ùekil 1. ANFO-Pirit-Ferro karúmnn s-zaman profili
Sülfat
2.3 Ateúleme Sistemleri ile Reaksiyon Bilindi÷i üzere yemlemeye duyarl patlayc maddelerin (ANFO, a÷r anfo v.s.) kapsüle duyarl patlayclar ile yemlenmesi gerekir. Yemleme patlayclar da elektrikli, elektriksiz kapsüller veya infilakl fitil ile ateúlenir. Elektriksiz kapsüller ile ateúlenmesi durumunda, öncelikle kapsülün gerisindeki plastik úok tüp yaklaúk 60º C ile 65º C de hzl bir úekilde bozuúarak atmn kesilmesine neden olur. Bakr, aliminyum veya benzeri alaúmlardan üretilen kapsül kovanlar da asitlik derecesine ba÷l olarak, sülfirik asit tarafndan tahrip edilir. Bu tahribat kovan üzerinde çatlak veya delik açlmasna neden olur. A.B.D. Burea of Mines tarafndan de÷iúik kapsül üreticilerinin kapsülleri üzerinde yaplan testlerde, delik içi scakl÷n 120º C 130º C yi aút÷ durumlarda, normal sradan kapsüllerin infilak etti÷i saptanmútr. 3 ALINABøLECEK ÖNLEMLER Risk taúyan maden iúletmeleri için yaplmas gereken, maden sahas içerisinde tehlikeli zonlarn belirlenmesi ve buna karú alnacak önlemlerdir. 3.1 Tehlikenin Tanmlanmas Sülfürlü minerallerle çalúlan madenlerde güvenli bir çalúma ortam için öncelikle bir risk yönetimine ihtiyaç vardr. Bununla ilgili prosedürler oluúturularak, maden sahasndaki potansiyel tehlike alanlar aúa÷dakiler uygulanarak tanmlanmaldr. x Üretim yaplan sahalarn jeolojik ve jeokimyasal de÷erlendirmesi, x Sahann sülfür içeri÷inin analizi, x Sülfat, Ferrolar ve ferrik iyonlarn varl÷nn analizi, x Patlatma deliklerinde scaklk ölçümleri, x Delik içi pH ölçümü, 3.2 Önlemler Maden sahas içerisinde yukarda önerilen çalúmalarn tamamlanmasndan ve riskli alanlarn tespitinden sonra alnabilecek önlemler aúa÷dakiler olabilir.
103
1. Delik içerisinden, delme iúleminden arta kalan krnt ve tozlar ile varsa su mümkün oldu÷unca kaldrlmaldr 2. Delik dolum ve ateúleme süresi scakl÷a ba÷l olarak snrlandrlmaldr. Özel bir patlayc kullanm söz konusu olmad÷nda, tavsiye edilen süre, delikiçi scaklk 32º C - 38º C de 4-6 saat, 43º C oldu÷unda ise 2-4 saat olmaldr. 3. Çok scak delikler (> 55º C) özel patlayclar olmamas halinde doldurulmamaldr. 4. ANFO patlaycsnn kullanlmas zorunlulu÷u halinde, plastik hortum kullanlmas yarar sa÷layacaktr. 5. Yine ANFO kullanm halinde di÷er bir önlem olarak, ANFO içerisine %1 çinko oksit (ZnO) veya %5 üre [CO(HN2)] gibi reaksiyon durdurucu katk maddeleri (inhibitör) eklenmesi reaksiyonu önleyecektir. Ancak yükselen maliyetin yansra, bu katk maddeleri ANFO nun hassasiyetini düúürece÷inden, daha çok yemleme veya daha büyük delik çapna ihtiyaç olacaktr. Üre kullanlmas durumunda, ürenin amonyum nitrattan daha fazla ve kolaylkla nem emici özelli÷i nedeniyle patlaycnn stabilitesi etkilenecektir. 6. Günümüzde ANFO ya alternatif patlayclar bulunmaktadr. Bunlarn içinde en son teknoloji olan emülsiyon patlayclardr. Bu patlayclarn içinde bulunan amonyum nitrat tanecikleri ya÷ ile svand÷ için reaktif minerallerle temas etmez. Bu özellik göreceli olarak bu tip sülfürlü reaktif zonlarda ANFO ya göre daha güvenli bir çalúma sunar. Hele özel üretim katkl emülsiyonlar en güvenli patlayclar olarak kabul edilir.
Amonyum Nitrat ANFO A÷r ANFO (Emülsiyon+ANFO) Kartuúlu A÷r ANFO Emülsiyon Kartuúlu Emülsiyon Katkl inhibitor) Emülsiyon
úartlarn gözden geçirmeli ve gerçekten reaktif bir ortam olup olmad÷n tespit etmelidir. Bu konuda dünyada yaúanmú birçok kazann nedenleri ile kendi çalúma úartlarn karúlaútrarak, benzerliklere göre önlemlerini almaldr.
Hzl Reaksiyon Ĺ
Günümüzde ülkemizde üretim yapan patlayc üreticilerinin says sürekli artmakta ve de÷iúik ürünler piyasaya sürülmektedir. Sülfürlü cevherlerle reaksiyondan úüphelenilen durumlarda, maden iúletmeleri patlayc üreticileri ile temasa geçerek, ocak úartlarna uygun katkl patlayc maddelerin üretilmesini sa÷layabilirler.
Ļ Reaksiyon Yok
ùekil 2. Patlayc Seçim Sras 7. Ateúleme sistemi olarak üretici firmalarn tavsiye edece÷i sistemler tercih edilmelidir. RDX (Hexojen)içeren kapsül veya infilakl fitiller, daha yüksek scaklklara dayanabilmesi açsndan daha güvenlidir . Ateúleme sistemlerinde kullanlan baz patlayclarn ergime scaklklar aúa÷da sunulmuútur. RDX (1,3,5 trinitro-hexahydro-striazine, C3H6N6O6) : 205.5º C PETN (pentaerythritol tetranitrat, [C(CH2ONO2)4] : 141.3º C Kurúun Azid (PbN4) : 245º C Tetril (trinitrophenyl-Nmethylnitramine, C7H5N5O8) : 129.5º C Özel güvenli ateúleme sistemlerinin elde edilemedi÷i durumlarda delik úarjlarnn üstten yemlenerek ateúlenmesi riski daha azaltc bir çözüm úeklidir. 8. Riskli zonlarda yaplan patlatmalar sadece ateúçilerin insiyatifine braklmamaldr. Mutlaka mühendis düzeyinde denetim etkili klnmaldr. 9. Ateúçiler ve teknik elemanlara periyodik e÷itim verilmelidir. 4 SONUÇ Bu bildirinin amac; belki de üzücü bir kaza yaúanmamas nedeniyle ülkemizde pek gündeme gelmemiú olan konunun, literatürden yaplan derleme ile madenlerimiz, üniversitelerimiz ve patlayc üreticilerimizin dikkatine sunmaktr. Sülfürlü mineraller ile çalúan maden iúletmelerimiz öncelikle mutlaka kendi ocak 104
KAYNAKLAR Miron, Yael, 1992. Blasting Hazards of Gold Mining in Sulphide-Bearing Ore Bodies,Information circular/Bureau of Mines;9335, ABD. Reactions of Explosives with Sulphide Ore, Down Line, periodical for explosives users, ICI Explosives, Issue No.18, 1992, s.8-10. Tunaley, Dr. Deane, 2001. Hot and Reactive Ground, Advanced Blasting Course notes, yaynlanmamú, Manchester-UK AEISG, Australian Explosives Industry and safety Group, Code of Practice, Elevated Temperature and Reactive Ground, Version 1.0 August 2006
Yemleyicilerin Çalúma Mekanizmas ve Önemi Working Stages of Primers and Importance Ümit Klç
(Orica-Nitro Patlayc Mad. San. Ve Tic. A.ù.)
Metehan Derya
(Orica-Nitro Patlayc Mad. San. Ve Tic. A.ù.)
ÖZET Yemleme amaçl patlayclarn çalúma mekanizmasnn iyi bilinmesi, patlatma verimindeki önemini anlamamza yardmc olacaktr. Tecrübeler göstermiútir ki delik dizayn, patlayc seçimi gibi patlatma parametrelerinin do÷ru seçimine ra÷men uygun olmayan yemleme nedeniyle kötü atm sonuçlar elde edilebilir. Delik içerisinde stabil detonasyona ulaúan ana patlaycnn sa÷lad÷ toplam enerji yemleme tekni÷inden ba÷mszdr. Ancak yemleyiciye yakn bölgede serbest kalan enerji ile stabil detonasyon hzna ulaúmak için gerekli zaman ve mesafe, yemleme veriminden etkilenebilir. Bu bildiride, yemleyicinin çalúma mekanizmasnn evrelerine de÷inilmiú ve yemleyicide olmas gereken özelliklerinin, patlatma performansna nasl etki edece÷i açklanmaya çalúlmútr. ABSTRACT The understanding of priming mechanism will help us to know its importance on the blasting performance. Practices show that improper primer will cause undesired blasting results although it is determined correct blast parameters such as drilling pattern, explosive selection. There is no relation between priming and total energy obtained from main charge reached steady state. However, the energy relased near the primer, run-up time and run-up distance can be effected from priming efficiency. In this paper, priming mechanism stages and the effect of primer charecteristics on blast performance are mentioned. 1 GøRøù 1.1 Yemleyici Nedir? Bir kapsülden veya infilakl fitilden ald÷ ateúlemeyi kendisi ile eúit veya daha az hassasiyetteki patlaycya detonasyon úeklinde aktaran bir patlaycdr.(1) øyi bir yemleme patlaycnn performansn arttrarak: x Fragmantasyonu iyileútirir x Verimlili÷i arttrr x Güvenli ateúlenmeyi sa÷lar x Toplam maliyetleri düúürür
105
Yemleyicinin di÷er patlayc úarjn detone edebilmesi úunlara ba÷ldr: x Yemleyicinin detonasyon basncna x Yemleyicinin enerji çkúna ve yemleyici boyutlarna x Patlayc úarjnn hassasl÷na x Yemleyici ve ana úarjn iyi temas etmesine Uygun yemleyicinin sahip olmas gereken özellikler úunlardr: x Yüksek detonasyon basnc x Büyük çap x Yeterli uzunluk
Kayaç türü ve hapsedilme derecesi gibi faktörler yemleme mekanizmasn etkiler. Tecrübeler úunu göstermiútir ki delme, patlayc seçimi, úarjlama uygun olmasna ra÷men yetersiz (uygun olmayan) yemleme yüzünden kötü atm sonuçlar elde edilebilir. Delik içerisinde stabil detonasyona ulaúan ana patlaycnn sa÷lad÷ toplam enerji yemleme tekni÷inden ba÷mszdr. Ancak yemleyiciye yakn bölgede serbest kalan enerji ile stabil detonasyon hzna ulaúmak için gerekli zaman ve mesafe, yemleme veriminden etkilenebilir. 1.2 Yemleme Mekanizmas ve Geliúimi Kapsülün yemleyiciyi harekete geçirmesi ile yemleyici tarafndan gönderilen úok dalgalar küresel olarak yaylmaya baúlar. Yanal yönlerde yaylan úok dalgalar delik duvarna çarpp geri yansr. Bu geri yansyan úok dalgalar, ileri yönde patlayc kolonu boyunca ilerlemekte olan úok dalgalarn yakalar ve úok önündeki basnc arttrarak detonasyonun sabit bir hzda devam etmesini sa÷lar. Böylece patlayc kalc hal hzna (steady state) ulaúr ve detonasyon patlayc kolonu boyunca bu hzda (ideal úartlarda) ilerler. (9) Bu úekilde patlaycnn kalc hal durumuna ulaúmas için kat edilen mesafeye ‘ivmelenme mesafesi (run up distance)’, bunun için geçen zamana da ‘ivmelenme süresi (run up time)’ denir. Uygun yemleme durumunda ivmelenme mesafesi normalde delik çapnn 2 ila 4 kat bir mesafeye karúlk gelir ki bu zonda patlayc enerjisinin tamamn dúar veremez çünkü bu srada patlayc kalc hzna ulaúmaya çalúmaktadr ve enerjisinin bir ksmn bunun için harcamaktadr. Patlaycnn hassasl÷ ve çap kritik limitlere yaklaútkça ivmelenme zonu delik çapnn 10 kat mesafeye kadar sürebilir. (5, 9,) x Hapsedilmiú patlayclar (delikte veya rijit tüb içinde) hapsedilmemiú úarjlara göre daha küçük yemleyicilere ihtiyaç duyarlar ve stabil VOD’ye daha çabuk ulaúrlar. Bunun nedeni, kat duvardan yansyan úok dalgalarnn detonasyon cephesi önündeki basncn úiddetini arttrmak üzere daha çabuk bir araya gelmesidir.
106
x E÷er yemleyiciden sa÷lanan enerji yeterli ise, ana úarj içinde ksa bir ivmelenme mesafesinden sonra (1 ile 3 delik çap mesafesi kadar) stabil detonasyon geliúecek ve tüm patlayc kolonu boyunca sürecektir (enerji kaybnn olmad÷ katsa÷lam ortamlar farz edilirse). x E÷er yemleyici uygun de÷ilse reaksiyonun baúlangç detonasyon önü e÷ri úeklinde geliúir ve daha düúük ‘baúlangç hzna’ (initial VOD) sahip olur (ivmelenme zonunda). Detonasyon stabil VOD’ye ulaúnca önü daha düzlemsel olur. Baúlangç hz düúük olan patlaycn kolon boyunca ortalama VOD’si daha düúük olacaktr.(3,5) x øvmelenme zonunda patlayclardan aç÷a çkan enerji büyük oranda taúma enerjisidir ama serbest kalan toplam enerji ayndr.(6,7) Patlayc úarjnn iyi hapsedilmeme veya deli÷i tam dolduramama (decoupled) durumlarnda delik duvarndan yansyan úok dalgalarnn reaksiyonun geliúimine katks daha zayf olacak ve ivmelenme zonu daha uzayacaktr. (Kaynaklar, no: 6, 7) 2 YEMLEYøCø ÖZELLøKLERø Yemleyicinin baz özellikleri yemleme mekanizmasnda önemli rol oynamaktadr. Bu özelliklerin bilinmesi ve yemleyici seçilirken göz önünde tutulmas faydaldr. 2.1 Detonasyon Basncnn Önemi Detonasyon basnc, úok önündeki basnç olup, detonasyonun patlayc kolonu boyunca stabil olarak ilerlemesinde önemli rol oynar. Yemleyici tarafndan ana úarja do÷ru da÷tlan úok dalgalar basncn yükselmesine neden olur ve reaksiyon baúlar. Ana úarjn içinde úok önüne yakn ksmda aç÷a çkan enerji basncn yükselmesine neden olur ki bu durum úok önünü destekler. Yüksek detonasyon basnc, yüksek detonasyon hzn dolaysyla yüksek úok enerjiyi iúaret eder.
Detonasyon basnc pratik olarak aúa÷daki formülden hesaplanabilir (4):
Kalc Hal
P = 2,5 u 10-6 u D u VOD2 P = Detonasyon basnc ( kbar ) D = yo÷unluk (g/cm3 ) VOD = detonasyon hz (m/s)
Yemleyici
Kalc Hal
Yemleyici olarak kullanlacak olan patlaycnn en azndan 100kbar detonasyon basnc geliútirmesi tavsiye edilir.(9) Detonasyon basncnn büyüklü÷ü ivmelenme zonunun mesafesini ve karakterini kontrol eder. Yüksek basnca sahip bir yemleyici ile baúlatlan detonasyon için ivmelenme zonu daha ksa olup yüksek enerji zonu (over drive zone) geliúir. Bu zonda yüksek enerji aç÷a çkar ve dolaysyla bu durum topuk ihtimali, güvenli olmayan koúullar (delik dibinde Anfonun nemden etkilenmesi, yemleyicinin çamura gömülmesi vb) için güvenilir bir yemleme sa÷lar. Uygun olmayan özelliklere, düúük detonasyon basncna sahip yemleme koúullarnda, uzun ivmelenme zonu geliúir ki bu zonda düúük enerji çkú olur (daha düúük VOD). Bu durumda uygun olmayan koúullar (seyrelme, hassasl÷n azalmas vb.) ve topuk kalmas gibi riskler için dezavantaj oluúturur. ( Bkz. ùekil-1 ) (4, 7) Etkin Yemleme Yüksek Enerji Zonu
Kalc VOD
øvmelenme Zonu
Yemleyici
ùekil-2 Yeterli ve Yetersiz Yemleme durumlarnda geliúen enerji zonlar (9) 2.2 Çapn Önemi øyi bir yemleme için yemleyici çapnn delik çapna yakn olmas istenir. Yemleyici çap transfer etti÷i úok alann kontrol eder. Yemlemenin çap delik çapndan çok küçük olursa, yemleme tarafndan sa÷lanan úok dalgalarnn delik duvarna çarpp geri yansyarak stabil hz geliútirmesi için geçecek olan zaman daha fazla olacaktr. Bu durum daha büyük ivmelenme mesafesi anlamna gelir. Oysa delik çapna daha yakn bir yemleyici kullanld÷nda úok dalgalarnn delik duvarna çarpp geri yansyarak stabil detonasyonu oluúturmas için daha ksa zaman gerekecektir. Bu durum ise daha küçük ivmelenme mesafesini ifade eder (Bkz.ùekil-3). øvmelenme mesafesinin daha uzun ya da ksa olmas da önceki bölümlerde bahsedildi÷i gibi, yemleyiciye yakn bölgedeki enerji çkú ve kötü koúullar için güvenli yemlemeyi geliútirme gibi durumlar etkileyecektir. Pratikte fikir vermesi açsndan yemleyici çap, en az delik çapnn %60’ civarnda olmas uygundur. (10)
Yetersiz Yemleme Yemleyiciden itibaren ivmelenme mesafesi
ùekil-1 Uygun yemleyici ve yetersiz yemleyici kullanlmas sonucu geliúen zonlar. (7) ùekil- 2’de saniyede 550 film çekebilen bir kamera ile çekilmiú 3inch çapndaki patlaycnn açkta kötü ve iyi koúullarda yemlenmesi sonucu geliúen geçiú zonlar görülmektedir.(9)
Geniú Çapl Kartuú Küçük Çapl Kartuú
ùekil-3 Yemleyici Çap øle Detonasyon Dalgalar Arasndaki øliúki (9)
107
2.3 Yemleyici Boyunun Önemi Yemleyicinin, en az stabil detonasyonu geliútirecek bir uzunlu÷a sahip olmas gerekir. Ana úarj baúlatld÷nda yemleyicinin stabil detonasyon hzna ulaúmú olmas gerekir. Aksi halde yemleyici ana úarj baúlatmak için sahip oldu÷u enerjinin tamamn bu iú için kullanamaz ve enerjisinin bir ksmn kalc hzna ulaúmak için harcar. Bu durumda da ana úarjn hassasl÷na da ba÷l olarak ivmelenme mesafesi ve performans etkilenir. Pratikte kartuúlu patlayclar için yemleyici boyu, kapsül boyu ve en az çap kadar bir uzunlu÷un toplam kadar olmaldr. Çünkü kapsül ateúlendikten sonra yemleyici de ivmelenme süresine ihtiyaç duyacaktr.
Uzun Kartuú Boyu Ksa Kartuú Boyu
ùekil-4. Yemleyici boyunun önemi (9) 2.4 Hassaslk Patlayclarn kalc hal hzna ulaúma süreleri ve mesafeleri de÷iúiktir. Do÷al alarak úu söylenebilir ki yemleyici ne kadar ksa sürede kalc hale ulaúrsa enerjisinin o kadar büyük ksmn ana úarj yemlemek için kullanacaktr. Bu da özellikle topuk bölgesinde patlaycnn performansn etkiler. Dolaysyla eldeki mevcut patlayclar içerisinde en hassas olann yemleyici olarak kullanmak daha do÷ru bir yaklaúmdr. Yemleyicinin etkisini azaltan veya ana úarjn duyarll÷n azaltan genel faktörler úunlardr (7): x Patlayclar suyu bünyelerine almas veya su ile seyrelmesi x Delik içerisinde tavsiye edilen süreden daha uzun kalmas x Delik içinde suyun varl÷ x Yemleyicinin ksmen ya da tamamen çamur veya suya gömülmesi x Derin deliklerde hidrostatik basnç
108
x Komúu delik tarafndan duyarszlaútrlmas Bu durumlar güvenli olmayan yemleme koúullarn oluúturan nedenlerdir. Bu durumlarda ana úarjn verimli olarak baúlatlmas için güvenli tarafta kalnmas daha do÷ru bir yaklaúmdr. Bunun için uygun yemleme kullanmak yerinde olacaktr. Böylece ana úarjn kaybedece÷i enerjinin önüne geçilecektir. 3 YEMLEYøCø SAYISI VE YERø 3.1 Yemleyici Says ødeal úartlar altndaki (enerji kaçúnn olmad÷ sonsuz çapa sahip) bir patlayc kolonunu ateúlemek için, kolonun uzunlu÷una baklmakszn sadece tek yemleyiciye ihtiyaç duyulur. Bununla birlikte pratikte aúa÷daki nedenlerden dolay birden çok yemleyiciye ihtiyaç duyulabilir: x Ara sklama yapld÷nda x Atmdan önce muhtemel bir ksmen duyarszlaúma halinde (örn. su ile) x Ateúleme sisteminin bir ksmnn hasar görmesi (örn. Delik içindeki hattn hasar görmesi) x Atm srasndaki zemin hareketi ile ortaya çkan kesme durumunda x Atm srasnda dinamik duyarszlaúma durumunda (Komúu deli÷in etkisi ile) x Uzun úarj boylarnda ideal olmayan koúullarn varl÷ dolaysyla enerji kaçú ve basncn düúmesi x Resmi kurallar nedeniyle Uzun deliklerde, atm kesmesine karú önlem olarak çift yemleme kullanmak genel bir alúkanlktr (bir tanesi dipte, di÷eri úarjn üst ksmnda). Birden çok yemleme atm sonuçlarnn kritik oldu÷u durumlarda gerekli olup standart tavsiye edilen aralk 810m’den fazla olmamaldr. Kullanlan ikincil yemlemenin maliyeti, her úarjlanan delik için harcanan paraya ve potansiyel kesme veya kötü atm sonucu ihtimaline göre çok daha küçüktür.(7) øki yemleyicinin kullanld÷ durumlarda, dipten yemlenmenin sa÷lanmas için küçük numaral kapsül içeren yemleyici tabana
konmaldr. Bu durumda üst ksmda kullanlan yemleyici sadece sigorta vazifesi yapacak ve dipteki yemleyici ateúlenmeden úarj ateúlemesi mümkün olmayacaktr. (7) 3.2 Yemleyicinin Yeri Tek yemleyicinin kullanld÷ basamak patlatmalarnda genellikle yemleyici aúa÷daki nedenlerden ötürü tabana konur: x Pasa taúnmas ve gevúemesinin daha iyi olmas x Topuk bölgesindeki krlma ve gevúetmenin daha iyi olmas x Kaya frlamas, hava úoku, gürültü ve hasar azaltmas x Daha az kesme olay görülmesi Tek ya da çok yemleyici ile yaplan patlatmalarda, herhangi bir optimum pozisyonla ilgili teorik kabullere baklmakszn yemleyicinin tüm úarj detone etmesi gerekir. En önemli faktör, yemleyicinin iyi durumdaki patlayc ile çevrelenmiú olmasdr (dipteki yemleyici çamur veya su içine gömülmemiú, nemden etkilenmemiú olmal).(7) Dipten yemlemenin üstten yemlemeye göre potansiyel faydalar temelde kaya kütlesine ba÷ldr ve zayf kayaçlarda önemli olmayabilir.(7) E÷er topuk yükü fazlaysa daha iyi bir atm sonucuna ulaúmak için yemleyiciyi taban seviyesine yerleútirmek faydal olabilir. Bununla beraber taban seviyesinden yemleme ile onun biraz altndan ya da üstünden yemleme arasnda genelde açk bir fark olmayacaktr.(7) E÷er kaya kütlesi zayf ve sa÷lam tabakalar içeriyorsa, birkaç yemleyici kullanmak ya da yemleyiciyi sa÷lam kaya içine yerleútirmek daha iyi bir atm sonucu için yararl olabilir (çünkü atm gazlar zayf kayadan daha kolay kaçma e÷iliminde olacaktr).(1,7) Sa÷lam kayada yaplan atmlarda, yemlemenin tabandan yaplmas topuk kalmas ve taúma gibi problemlere karú daha uygundur. Çünkü üstten yemleme durumunda úok dalgalarn takip eden gazlarn çatlaklara dolarak çatlaklar geliútirmesi ve taúma iúini verimli yapabilmesi için detonasyonun baúlad÷ noktadan itibaren (úarjn üst ksmndan) enerji kaçúnn olmamas istenir. Oysa üstten yemleme koúullarnda bunu sa÷lamak mümkün olmayacak ve daima bir miktar enerji kaçú olacaktr.
109
Yaplan baz deneysel çalúmalar göstermiútir ki küçük çapl deliklerde ( 100mm) yemleyicinin basamak taban seviyesine yerleútirilmesi topuk bölgesinde görülen pik gerilmeyi arttrmaktadr. Bunun nedeni de yemleyicinin altnda ve üstündeki úarjn ayn anda detone olmasdr. Dolaysyla aúr topuk yükünün bulundu÷u durumlarda yemleyicinin basamak taban seviyesinde olmas atm sonucunu iyileútirecektir. (8,10) Benzer olarak, nispeten kaln sert kaya bandnn görüldü÷ü durumlarda yemleyici, bu sert tabakann oldu÷u bölgeye yerleútirilerek daha fazla pik gerilme yaratlabilir. (8) 4 MøKTAR VE EKONOMø Delme patlatma operasyon maliyetinin yars patlatma maliyetidir. øsçilik hariç tutuldu÷unda patlayc madde maliyetleri içerisinde yemleyicinin maliyeti çok düúüktür. Patlatma iúinin ilk adm olan yemleme iúinde kullanlan patlayc madde seçimi yaplrken ço÷u kez ekonomi düúünülerek gere÷inden az kullanma yolu seçilmektedir. Oysa yaplmas gereken optimum miktar tespit etmektir. Unutulmamaldr ki bir patlayc maddeyi verimli bir úekilde harekete geçirebilmek için baúka bir patlaycdan en az belirli bir miktar kullanmak gereklidir. Önceki bölümlerde bahsedilen özelliklere (yüksek detonasyon basnc, delik çapna yakn çapa ve yeterli uzunlu÷a sahip) sahip patlayc için miktar snrlamasndan bahsetmek do÷ru de÷ildir. Bununla birlikte yol gösterici olmas açsndan ANFO yemlemesinde pratikte kullanlan 50kg ANFO için 1kg yemleme oran sorun yaratmadan çalúmaktadr. Sulu deliklerde kullanlan kartuúlu emülsiyonlarn yemlenmesi srasnda ise yemleyici saysnn fazla tutulmas daha uygun olacaktr. Gere÷inden fazla miktarda yemleyici kullanmak sadece ivmelenme zonunu yüksek enerji seviyesinden (overdrive zone) baúlatacak ama daha sonra patlayc hz yine kalc hal hzna inecektir. Miktar olarak fazla yemleyici kullanmnn atmn performansn iyileútirece÷i gibi bir yanlú inanú da vardr. Yemleyici sadece teti÷i çeken bir mekanizma olarak düúünülmeli iúi yapann ise ana úarj oldu÷u unutulmamaldr. Patlayc madde maliyeti içerisinde yemleyicinin yeri úu örnekle anlatlabilir:
Tipik bir kalker oca÷ndaki patlatmaya ait veriler; Zemin Türü Delik Çap Basamak Boyu Dip Delgi Delik Boyu Sklama Boyu Yük Mesafesi Delikler Aras Mesafe Bir Delikten Elde Edilen Teorik Hacim
: Kalker : 89 mm : 10 m : 0,5 m : 10,5 m : 2,50 m : 2,50 m : 3,00 m : 75,00 m3
Bir Deli÷e Doldurulan Patlayc Madde Miktarlar Ana ùarj (ANFO) miktar Yemleyici Miktar Kapsül Miktar
: 40 : 1,00 : 1,00
kg kg adet
Birim Tüketimler ANFO Yemleyici Kapsül Delgi
: : : :
E÷er patlayc úarj, hapsedilmemiú, zayf hapsedilmiú veya delik çapna göre daha düúük çapta ise ivmelenme mesafesi daha uzayacaktr.
3
0,53 0,01 0,01 0,14
kg/m kg/m3 ad/m3 m/m3
Birim Maliyeti
%
0,37 0,04
42,23 4,22
0,05 0,42
6,03 47,51 100,0 0
Di÷er bir görüú ise ivmelenme zonunda ksa süre için düúük enerji çkú oldu÷u ama uzun sürede atm sonuca bakld÷nda bu bölgedeki parçalanmann ve pasa taúnmasnn genel sonuçla pek fark olmad÷dr. Çünkü patlama reaksiyonu sonras delik içi basnç hzla yükselmekte ve yüksek basnçl gazlar deli÷i tamamen doldurmaktadr.
m3 Baúna Birim Maliyetler
: :
Birim Fiyat (USD) 0,70 2,80
: :
4,00 3,00
Ürün ANFO Yemleyici Kapsül (Elektriksiz kapsül-14m) Delgi TOPLAM
0,88
detonasyon basnc, delik çapna yakn çap ve yeterli uzunluk kastedilmektedir. Kalp yemleyiciler (TNT/PETN karúmlar) gibi yüksek yo÷unlu÷a (1.6g/cm3), yüksek detonasyon basncna (20Gpa) ve yüksek VOD’ye (7km/sn) sahip yemleyiciler, boyutlarna baklmakszn yüksek enerji zonu (overdrive) geliútirirler. Buna karún ana úarj çapnn ve hassasl÷nn kritik limitlere yaklaút÷ durumlarda ivmelenme mesafesi çapn 10 kat ya da daha fazla mesafelere kadar uzayabilir ki bu esnada patlaycda düúük enerji çkú olacaktr. Bu durumda, yemleyiciye yakn bölgedeki herhangi bir olumsuz durum (örn. Tabanda ANFO’nun nemden etkilenmesi ile hassasl÷nn azalmas, yemleyicinin çamura gömülmesi vb.) atm riske sokar.
Yukardaki tablodaki patlayc madde fiyatlar, bildirinin hazrland÷ tarih itibariyle ortalama piyasa fiyatlardr. Hesaplamalardan da anlaúlaca÷ üzere yukardaki patlayc madde maliyet analizinde ana yemleyicinin toplam maliyet içerisindeki yüzdesi en düúüktür. Bu analize iúçilik maliyeti dahil edilmemiútir. Sadece toplam patlayc madde maliyetini oluúturan elemanlarn ve delgi maliyetinin yüzdesi verilmiútir. Yüzdelere bakld÷nda tasarruf yapmak amacyla yemleyiciyi gere÷inden az kullanmak pek do÷ru bir yaklaúm de÷ildir. 5 SONUÇ Ana úarj yemlemek için kullanlan yemleyici ne kadar uygun özelliklerde olursa ana úarjn baúlatlmas o kadar güvenli ve verimli olacaktr. Uygun özelliklerden yüksek
110
Patlatma konusunda daha bilinçli çalúan ülkelerde yemleme iúi için kalp yemleyiciler (PETN/TNT karúmlar) kullanlmaktadr. Tüm dizayn iyi yaplmú bir atmn yemleyici yüzünden verimsiz olmas riski göz önüne alnd÷nda uygun özelliklerde ve miktarda yemleyici kullanmak en aklc yoldur. Ülkemizde yemleme iúinde kartuú patlayclar kullanlmaktadr. Miktar konusunda ise daha önce de de÷inildi÷i gibi uygun yemleyici úartlar mevcut ise bir snrdan bahsedilemez. Ülkemiz patlayc piyasasnda kullanlan 50kg ANFO/1kg yemleyici oran pratikte herhangi bir sorun yaratmamaktadr. Sadece sulu deliklerde emülsiyon kartuúlarnn kullanld÷ durumlarda birden çok yemleme yapmak daha faydal olmaktadr. Yemleyicinin delme patlatma operasyonu içerisindeki maliyetinin çok küçük oldu÷u unutulmamal ve patlayc madde maliyetinden tasarruf yapmak için uygun
yemleyici miktarn gidilmemelidir.
düúürme
yoluna
KAYNAKLAR 1. Atlas Powder Company, (ed.), 1987. Explosives and Rock Blasting, Dallas,Texas, Sayfa 205-232 2. Erkoç, Ö.Y. (ed.), 1990. Kaya Patlatma Tekni÷i, østanbul, Sayfa 86 3. Giltner, S.G., 2003. Relationship of booster size and velocity of detonation in production holes, Explosive and Blasting Technique, Holmberg (ed), Sayfa 363-369, Prauge. 4. International Society of Explosives Engineers, (17th ed.), 1998. Blasters’ Handbook, Cleveland, Ohio, Sayfa 257-268 5. Olofsson, Stig O (ed.), 1988. Applied Explosives Technology for Construction and Mining, Arla, Sweden, Sayfa 189-199 6. Orica, Engineer Training ProgramPackage No:1 (Explosives), Australia, 26 Sayfa 7. Orica, Engineer Training ProgramPackage No:10 (Priming and Charging), Australia, 34 Sayfa 8. Orica, 1998, Safe and Efficient Blasting in Open Cut Mines (Technical Services), Australia, 9. Orica, 2001, Advance Blasting Course, Manchester 10. Snodgrass, P, 1996. Effect Of Explosives And Rock Parameters On Blasting Performance, 2. Delme Patlatma Sempozyumu, Sayfa 185-189, Ankara.
111
112
Patlatma Deli÷i øçerisinde Su Kolonu Uygulanabilirli÷inin Araútrlmas An Investigation of Water-Column Applicability Inside of Blast Hole A. Hakan Onur, Gürcan Konak, Do÷an Karakuú, Derya (Ünal) Akgün, Deniz Akgün
Dokuz Eylül Üniversitesi, Maden Mühendisli÷i Bölümü, øzmir
ÖZET Günümüz açk maden iúletmelerinde üretim, en verimli olarak delme patlatma ile gerçekleútirilmektedir. Kayacn do÷al yapsndan daha küçük boyutlara indirilmesi esnasnda toz, gürültü ve titreúim gibi etkiler ortaya çkmaktadr. Özellikle yerleúim birimleri tarafndan çevrelenen açk ocaklarda patlatma iúlemi esnasnda baz kstlamalar olabilmektedir. Bu nedenle, patlatmalardan kaynaklanan gürültü, toz ve titreúim gibi sorunlar azaltmaya yönelik mühendislik çalúmalar dünya madencili÷inde oldu÷u gibi ülkemizde de sürdürülmektedir. Temel olarak svlarn skútrlamama ilkesinden hareketle, sarj kolonu içerisine plastik tüpler halinde yerleútirilen su kolonlar yardm ile, patlaycnn darbe etkisinin kayaca aktarlmas mant÷na dayanan araútrma ile ilgili olarak laboratuvar ve arazi deneyleri gerçekleútirilmiú, elde edilen ön sonuçlar bu tebli÷de tartúlmútr. Arazi çalúmalarnda, øzmir çevresinde faaliyet gösteren bir kalker sahasnda farkl boylarda su kartuúlarnn kullanld÷ 5 adet uygulama atm yaplmú ve sonuçlar tartúlmútr.
ABSTRACT The most productive way of ore production and stripping in open pit mining is dirlling and blasting operations. Since size reduction operations expose dust, vibration and noise especially for the mine site close to the urban areas, some restriction has been set for the operators. So the latest studies in Mining sector have been built on to lower environmental affects of blasting. A new method based on incompressibility principle of liquits, has been introduced in the paper. The preliminary results obtained from both laboratory experiments performed on the concrete bloks and 5 field tests done at the Limestone quarry nearby øzmir have been discussed in this study by utilizing different length of strong plastic bags full of water.
113
1 GøRøù Madencilik operasyonlarnn ana amac rezervin, ekonomik ve çevreye en az zarar vererek kazanlmasn sa÷lamaktr. Bu nedenle ekonomikli÷in ve çevre koúullarnn her úekilde sa÷lanmas için teknolojik yenilikler kullanlmaktadr. Ülkemizde de yüzeye yakn rezervlerin azalmas, formasyon sorunlar, ruhsat sahalarnn yerleúim bölgelerine yakn oluúu, aúr toz oluúumu, maliyetlerin düúürülmesi istemi, patlatmalardan do÷an iú kazalarnn azaltlmas gibi bir çok sebepten dolay patlatma teknolojisinde yeni yöntemlerinin araútrlmasn gündeme getirmiútir.. Patlatma tekni÷inde yaplan araútrmalar genelde maliyetlerin azaltlmas veya verimin arttrlmas yönünde yaplmútr. Ancak sadece maliyetin en aza indirilmesi hedeflenerek çevresel etkinin (toz, gürültü, titreúim) gözard edilmesi, günümüzde ekonomik ve verimli bir patlama olarak de÷erlendirilmemektedir. Bu tür etkilerin gözard edilmesi sonucunda iúletmeler daha sonralar hukuksal sorunlarla karú karúya kalabilmektedir. Bu çalúmada hem patlayc maliyetlerini hem de çevresel etkileri azaltacak yönde yaplan yeni bir teknoloji araútrmas sunulmuútur. Temel olarak svlarn skútrlamama prensibine dayanarak, sarj kolonuna plastik tüpler içerisinde yerleútirilen su kolonlar yardm ile, patlaycnn darbe etkisinin kayaca aktarlmas mant÷na dayanan araútrmada laboratuvar ve arazi deneyleri gerçekleútirilmiú, elde edilen ön sonuçlar burada tartúlmútr. Arazi çalúmalarnda, øzmir çevresinde faaliyet gösteren bir kalker sahasnda farkl boylarda su kartuúlarnn kullanld÷ 5 adet uygulama atm yaplmútr. 2 PATLATMA MEKANøöø Patlayc madde kullanarak kayaçlarn krlmas mekanizmas ile ilgili farkl disiplinlerde bulunan (kimya, fizik, termodinamik, jeofizik, kaya mekani÷i) araútrmaclar tarafndan teoriler öne sürülmüútür. Bu teoriler úok dalga
114
mekanizmalar ve gaz basnc mekanizmalar olmak üzere iki ana grupta altnda toplanabilir (Fourney, 1993). ùok dalga mekanizmalar, úok dalgasnn kaya krmada ve ötelenmesinde çok önemli oldu÷unu ve gazlarn çatlak sistemine girip genleúmesinin az bir öneme sahip oldu÷unu iddia eder. Gaz basnc mekanizmalarnda ise gaz basncnn çok uzun süre etkili oldu÷u ve parçalanmann quasi-statik oldu÷u öne sürülür. Ayrca her iki mekanizmann kaya krmada etkin rol oynad÷n ileri süren araútrmalar da bulunmaktadr. (Esen&Bilgin, 1998). Patlama bir kimyasal reaksiyondur ve bu reaksiyon sesüstü (süpersonik) bir hzda ilerler. Reaksiyon sonucu genellikle gaz ürünler, organik ve inorganik bileúimler ve karúmlar meydana gelir. Patlayc maddelerin ayrúmas ani yanma úekline olur. Yanma sonucu patlayc maddeyi meydana getiren kat, plastik veya sv haldeki kimyasal maddeler, patlatmadan önceki hacmine göre 500-600 kat veya çok daha fazla hacimdeki gaz haline geçerler (Köse vd., 2001) Tanmlanan kimyasal reaksiyonun ilerlemesi ùekil 1’de úematik olarak verilmiútir.
ùekil 1. Patlayc maddelerin infilak iúlemi (DuPont, 1977) Birincil reaksiyon bölgesinin bir taraf úok önüyle snrlandrlmútr ve bu bölgede reaksiyon baúlar. Bu bölgenin arkasnda Chapman-Jouguet (C-J) düzlemi vardr. Bu düzlemde kimyasal reaksiyon tamamlanr (Du Pont, 1977; Fickett ve Davis, 1979; Fickett, 1985 , Esen ve Bilgin, 1998). Bu modele göre C-J düzlemi birincil reaksiyon bölgesi olarak isimlendirilmektedir. Birincil reaksiyon
bölgesinin geniúli÷ine göre patlayc maddeler idealize edilmiú ve ideal infilak modeli ile ideal olmayan infilak modeli geliútirilmiútir. Buna göre ideal infilak teorisinde reaksiyon bölgesinin birkaç milimetre kalnl÷nda oldu÷u, tek boyutlu bir akú oldu÷u ve ortaya çkan gaz ürünlerinin termodinamik dengede oldu÷u kabul edilir. Buna karún ideal olmayan infilak modeli, deneysel ölçümlerden elde edilmiútir ve birincil reaksiyon bölgesinin daha geniú oldu÷u infilakn iki boyutlu olarak ilerledi÷i, uygulamada bu modelin geçerli oldu÷unu kabul etmektedir (ùek. 2).
Konunun açklanmasnda ùekil 3’de verilen basnç-hacim e÷risi yararl olacaktr. E÷ri patlayc cinsine göre de÷iúir ve úekli patlaycnn idealli÷i hakknda bilgi verir. E÷rinin altnda kalan alan patlaycnn toplam enerjisidir (Tosun, 1993, Esen & Bilgin, 1998)
ùekil 3. Bir patlaycnn basnç-hacim iliúkisi (Esen ve Bilgin, 1998)
ùekil 2. ødeal (a)ve ideal olmayan(b) infilak 2.1 Basamak Patlatmas Mekani÷i Deliklerin delinmesi ve patlayc madde ile doldurulmas esasna dayanan basamak patlatmasnda iki serbest yüzey bulunmaktadr (basamak önü ve basamak üstü) ve ateúleme yapldktan sonra kaya parçalanma modeli geliúir. ønfilak baúladktan sonra patlatma deli÷i radyal olarak denge durumuna kadar genleúmeye baúlar. Denge durumu patlaycnn basncyla kayann dinamik dayanmnn dengelendi÷i durumdur. Bu ana kadar harcanan enerjiye úok enerjisi denir. Gazlarn çatlak sistemine girip aynadan çkncaya kadar deli÷i genleútirmesi srasnda aç÷a çkan enerjiye itme enerjisi denir. Gazlar atmosfere ulaútktan sonra iú yapmad÷ düúünülürse bu süreden sonra aç÷a çkan enerji boúa giden enerji olup s, úk, ve hava úoku yaratr (Brinkmann, 1987; Brinkmann, 1990). Buna göre sklamas yaplan patlayc madde ateúlenmesinden sonra ötelenmeye kadar dört aúamadan geçer. Bunlar ; - ølk ateúleme, - ùok yada birim deformasyon dalgalarnn yaylmas, - Gaz basncnn yaylm, - Kütle taúnmasdr (Ünal, 2005).
115
ùekil 3’de görüldü÷ü gibi 1 ve 2 numaral alanladaki enerji patlaycnn kullanlabilir enerjisidir. Kullanlabilir enerjinin ne kadarnn úok enerjisi ve itme enerjisi olarak bölüúüldü÷ü hem patlaycnn hem de kaya kütlesinin özelliklerine ba÷ldr (Brinkmann, 1987; Brinkmann, 1990, Esen ve Bilgin, 1998). 3 PATLATMA UYGULAMALARINDA YENø TEKNOLOJøLER VE ARAùTIRMADA KULLANILAN YÖNTEM Patlama teknolojisindeki yeni geliúmeleri iki baúlk altnda toplamak mümkündür. Bunlardan birincisi patlayc maddenin kimyasal bileúiminde araútrmalar yaplarak farkl úartlarda ve farkl güçlerde patlayc madde elde etmektir. Bu konuda araútrmalar amonyumnitrat esasl patlayclarn yannda özellikle çevresel etkinin ve güvenli÷in gözönünde tutuldu÷u farkl kimyasal bileúimde (Cardox vb.) patlayclarn geliútirilmesi yönünde ilerlemiútir (Karakuú vd., 2006). Patlatma konusunda yeni teknolojilerde araútrma yaplan bir di÷er baúlk, yukarda tantlan basamak patlatmas mekanizmasnda, boúa giden enerjinin çeúitli
aparatlar ve teknikler yardm ile azaltlmasnn araútrlmasdr. Bu tekniklerin baúnda kayaç krmada etkin oldu÷u bilinen gaz ürünlerinin ortamda daha fazla kalmasn sa÷layacak aparatlar gelmektedir. Bu aparatlar ya sklama içerisinde plastik bir tkaç (stemtite plug, mocap), yada delik yüzeyinden verilen bir tetikleme ile delik cidarna kadar genleúerek gaz ürünlerin delik a÷zndan kaçmasn engelleyen (gasbag) plastik balona benzer ürünlerdir. Bu ürünlerin delik içerisinde, farkl konumlarda kullanarak yaplan araútrmalarda, patlatma veriminde belli oranlarda iyileútirme sa÷land÷ araútrmaclar tarafndan rapor edilmiútir (Long , 1996, Fitzgibbon vd., 2001, Miller vd., 1997, Karakuú vd., 2003). Bu araútrmada kullanlan yöntem svlarn skútrlamama esasndan hareketle delik içerisinde patlaycnn yaratt÷ darbe etkisinin sv aracl÷ ile kayaca aktarlmas esasna dayanmaktadr. Buna göre bir basamak patlatmasnda ilk ateúlemenin delik tabannda yapld÷ kabul edilirse reaksiyon yukarya do÷ru geliúecek ve kaya parçalanmas gerçekleúecektir (ùekil 4).
“boulder buster” gelmektedir. Bu sistemde patar içine açlan küçük çapl deli÷e su doldurulur ve içine yemleme görevini gören ateúleme kartuúu yerleútirilir. Suyun delik a÷zndan kaçmamas için özel araçla delik a÷z kapatlr. Patar avcsnda kullanlan hidro – krma teknolojisi, içi su dolu delik içerisinde hidrostatik basnç dalgas yaratma esasna dayanmaktadr. Bu basnç dalgas yaklaúk 3 – 5 milisaniye sürmekte, kayaca bir gerilme dalgas úeklinde iletilmekte ve kayaçta çatlak oluúumunu sa÷lamaktadr. Çatlaklar içine giren su – gaz karúm çatlak sistemini yaymaktadr. Ateúlemeden sonra su skútrlamaz oldu÷u için, kaya içerisindeki mikro çatlaklara kama úeklinde yaylarak ilerler. Malzeme ayrlmaya baúlandktan sonra su üzerindeki hapis basks kalkar ve arda kalan enerji su ile zararszca yaylr (FHWA, 2005, Ünal, 2006)
ùekil 5. Araútrmada dalgalarnn yaylmas
öngörülen
úok
4. LABORATUVAR ÇALIùMALARI ùekil 4. ølk ateúlemenin ardndan birim deformasyon dalgalarnn yaylmas (Atlas Powder, 1986) Araútrmada önerilen delik úarj kesiti ùekil 5’de verilmiútir. Buna göre ayn gecikme numaralar ile su kolonu úarjna üstten ve alttan verilen darbe etkisi ile skúmaya zorlanan sv sütunu kayac krma yönünde etki gösterecektir. Suyun patlatma iúlerinde kullanlmas ve patlatma mekanizmasnn bir parças olmas daha önceleri de araútrlmútr. Özellikle patarlarn krlmas amacyla ticari olarak da ürünler geliútirilmiútir. Bunlarn baúnda patar avcs olarak isimlendirilen 116
Yukarda tantlan ve prensipte mantkl olan su kolonu úarj sisteminin uygulamada da ayn sonucu verip vermeyece÷ini görmek için bir dizi laboratuar deneyi gerçekleútirilmiútir. Buna göre boyutlar sabit kalplar içine beton karúmlar hazrlanp, içlerine bir miktar su konulacak úekilde silindir biçiminde boúluk braklmútr. Belli bir süre prizlenmeye braklan kalplar içerisine, önceden oluúturulan boúlu÷a su koyup, istedi÷imiz darbe etkisini yaratmak amacyla h yüksekli÷inden a÷rlk braklmútr. Deneyin úematik görünümü ùekil 6.’ da verilmiútir.
ùekil 6. Laboratuvar deneyi geometrisi Deneylerde suyun krma üzerinde etkisinin araútrlmas için beton numunesinin farkl dayanmlarda olmas gerekmektedir. Bu nedenle 10 farkl karúm incelenmiútir. Karúmlarda çimento miktarlar arttrlarak farkl dayanmlar elde edilmesi sa÷lanmú, beton numuneleri ile birlikte eú zamanl olarak ayn karúmdan silindirik kalplara da tek eksenli basnç dayanmnn ölçülmesi için numuneler alnmútr. Elde edilen tek eksenli basnç dayanm sonuçlar Çizelge 1’de verilmiútir. Ayrca 6 nolu karúm orannda yaplan 4 adet tek eksenli basnç deneyi numunesi örnek görüntüsü ùekil 7’de verilmiútir. Çizelge 1. Deneylerde kullanlan beton blok karúmlarnn ortalama tek eksenli basnç dayanm de÷erleri Karúm No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ortalama Tek Eksenli Basnç Dayanm (Mpa) 10,5 18,9 16,12 18,80 16,91 17,26 13,93 11,64 21,89 20,38
ùekil 7. Alt Nolu karúm tek eksenli basnç deneyleri numune görüntüsü ùekil 6’da verilen deney düzene÷inde darbe etkisi, 50 kg’lk bir a÷rl÷n farkl yüksekliklerden serbest düúürülmesi ile sa÷lanmútr. Bu amaçla do÷al taú deneylerinde kullanlan standart darbe dayanm cihaz uyarlanarak kullanlmútr. Baúar ölçütü olarak beton bloklarnn suyun etkisi ile krlmas kabul edilmiútir. Serbest düúme yüksekli÷i her beton blok için standart olarak seçilmiú ve blok krlana kadar kademeli bir úekilde yükseltilmiútir. Bu arada beton blo÷un krlmas esnasnda kamera çekimleri ile suyun etkisi gözlemlenmeye çalúlmútr. Örnek olarak 6 nolu karúma ait beton bloklardan birisinin kamera görüntüsü ùekil 8’de verilmiútir. Yaplan laboratuvar denemeleri sonucunda beton bloklarnn suyun etkisi ile krlabildi÷i gözlenmiútir. Bu bildiride su kolonu uygulanabilirli÷i tartúld÷ için laboratuar deneyleri sonucu elde edilen saysal veriler ve performans de÷erlendirmeleri konuyla ilgili devam eden araútrmalarmz da içeren farkl bir bildiri konusu olarak ileride sunulacaktr. 5 ARAZø ÇALIùMALARI Laboratuar çalúmalar esas alnarak sistemin basamak patlatmalarnda uygulanabilirli÷i ile ilgili çalúmalar yaplmútr. Suyun, ANFO ile olan olumsuz etkileúimi gözönünde bulundurularak, delik içerisine yerleútirilmesi için plastik su kartuúlar tasarlanmú ve kullanlmútr.
117
ùekil 8. Alt nolu karúma ait beton blo÷un krlmas kamera görüntüsünden dört farkl kare Burada ksatlayc olan kartuúlarn üzerine gelen patlayc madde ve sklama maddesi a÷rl÷ ile ateúleme yaplmadan önce parçalanmasdr. Bunun için kartuúlar üzerine gelebilecek statik yük öngörülerek dayankl plastikten imal ettirilmiú ve saha çalúmas öncesinde sa÷lamlklar laboratuarda denenmiútir. Arazi çalúmasnda uygulanan delik úarjnn kesiti ùekil 9’da verilmiútir. Buna göre araútrmann konusu olan svlarn skútrlamama esasna uygun olarak, delik içerinde patlayc úarj ksmnda svya anlk darbe etkisi verilmesi öngörülmüú ve svnn sahip oldu÷u enerji ile kayacn parçalanmas düúünülmüútür. ùekil 9’da görüldü÷ü gibi standart patlatma deli÷inden farkl olarak su kolonu kullanlan deliklerde iki adet yemleme ve kapsül kullanlmas gerekmektedir. Bu nedenle öncelikle ilave yemleme ve kapsül maliyetini karúlayacak minimum su kolonu yüksekli÷i hesaplanmútr. Buna göre 30 cm yüksekli÷inde su kolonu kullanlmas halinde ilave olarak kullanlan yemleme ve kapsül maliyeti karúlanmú olacaktr. 118
ùekil 9. Arazi çalúmalarnda uygulanan patlatma deli÷i kesiti Arazi çalúmas amacyla øzmir çevresinde faaliyet gösteren bir iúletmede 5 grup patlatma tasarlanmútr. Bu patlatmalarda su kolunu uygulamas yaplmú ve patlatma verimi görsel olarak tespit edilmiútir. Yaplan araútrma patlatmalarndan birisi örnek olarak burada tantlmútr. Yaplan araútrma patlatmasnda 165 mm çapnda 6 adet delik bulunmaktadr. Delikler ortalama 15 m boyunda, tek sra ve delikler aras mesafe dilim kalnl÷ iliúkisi yaklaúk 5x5 m olacak úekilde tasarlanmútr. Patlatma plan görünüúü ùekil 10’da patlatmaya ait teknik veriler Çizelge 2’de verilmiútir.
ùekil 10. Araútrma patlatmas plan görüntüsü (Ölçeksiz) Çizelge 2. Araútrma patlatmas su kolonu uygulamas teknik verileri Delik No
Delik boyu (m) Su kolonu yüksekli÷i (m) Sklama boyu (m) Alt ANFO yüksekli÷i (m) Üst ANFO yüksekli÷i (m) Alt ANFO miktar (kg) Üst ANFO miktar (kg)
1
15,5 1 5,2 5,6 3,7 98 65
2
3
13,7 1 4,6 4,9 3,2 86 56
Araútrma patlatmasnda su kolonu yüksekli÷i yukarda öngörülen delik düzenine göre 1 m olarak tasarlanmútr. Patlatma an ve sonras kamera ile görüntülenerek su kolonunun patlama mekanizmasna etkisi gözlemiútir (ùek. 12). ùekil 11’de görüldü÷ü gibi su kolonu uygulamas ile patlatma veriminde görsel olarak herhangi bir azalma olmad÷
14,4 1 4,8 5,2 3,4 90 60
4
14,5 1 4,8 5,2 3,5 91 61
5
15,4 1 5,1 5,6 3,7 98 65
6
15,4 1 5,1 5,6 3,7 98 65
belirlenmiútir. Ancak patlatma veriminin görsel yöntemlerle de÷il somut verilerle analiz edilmesi gerekmektedir. Devam eden çalúmalarda bu durum göz önüne alnmaktadr. Ayrca patlatma sonras toz oluúumunun belli ölçüde azalmú oldu÷u gözlemlenmiútir.
119
ùekil 11. Su kolonu kullanlarak yaplan araútrma patlatmas kamera görüntüleri 6 SONUÇLAR Delme-patlatma yöntemiyle kaz çalúmalar madencilik sektöründe yaygn olarak kullanlmaktadr. Gerekli ekonomik ve teknik analizlerin yaplmad÷ durumlarda delme-patlatma maliyetlerinden gelen kayplar düúündürücü miktarda artmaktadr. 120
Bu nedenle bu konuda yaplacak maliyetleri azaltc, verimi arttrc yönde iyileútirmelerin toplam maliyetteki etkileri göz ard edilemeyecek derecede fazladr. Bu çalúmada patlatma mekani÷i tantlmú ve yeni bir teknoloji uygulamas olarak su kolonu uygulamasnn delik içerisinde
kullanlmas ile ilgili yaplan ön araútrmalar sunulmuútur. Buna gore ; 1. Svlarn skútrlamamas ilkesinin patlama mekani÷inde kullanlmas için laboratuvar ölçekli çalúmalar yaplmútr. Bu çalúamalarda farkl çimento+kum+su oranlarnda oluúturulan beton kalplarn skútrlmú su etkisi ile krlma úartlar araútrlmútr. 2. Bu çalúmalar sonucunda darbe etkisi ile skútrlmaya zorlanan svnn kayac krmada etkili oldu÷u tespit edilmiútir. 3. Bu ilkeden hareketle laboratuvar çalúmalarnn arazi úartlarna uygulama koúullar araútrlmú ve úarj kolonu içerisinde su kolonu uygulamas planlanmútr. 4. Öngörülen úarj kolonu içerisinde su kolonu uygulamas için øzmir çevresinde faaliyet gösteren bir kireçtaú oca÷nda deneme atmlar yaplmútr. Bu atmlar sonucunda su kolonu uygulamasnn öngörüldü÷÷ü úekilde patlatma mekani÷inde çalút÷ ve verim üzerinde herhangi bir olumsuz etkisinin olmad÷ tespit edilmiútir. 5. Hem kullanlan patlayc miktarn azaltmak, hem suyun toz oluúumunu engellemesi prensibini uygulamak amacyla kullanlan su kolonu uygulamas sayesinde toz miktarnda belli oranda iyileútirme sa÷lanmútr. 6. Burada sunulan ön bilgiler ú÷nda su kolonu uygulamas araútrmasna ilave projeler ile devam edilmektedir. KAYNAKLAR Atlas Powder Company, 1986, Hanbook of Explosives and Rock Blasting Texas, USA Brinkmann J.R., The Behaviour of Different Explosive Types and the Effects on Blast Results, Static and Dynamic Considerations in Rock Engineering, Balkema, Rotterdam, pp. 49-62, 1990. Brinkmann J.R.,1987, Separating Shock Wave and Gas Expansion Breakage Mechanisms,Second International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting, Keystone, (s. 6-15),Colorado Du Pont, 1977, Blasters’ Handbook, Wilmington,Delaware Esen, S., Bilgin, A. 1998, Ticari patlayclarn ideal infilak davranúlar/Kaya Etkileúim Modelinin
121
Geliútirilmesi, 3. Delme Patlatma Sempozyumu, (s. 47-57), Ankara Fickett, W. and Davis, W.C., 1979, Detonation,University of California Press, Berkeley Fickett, W., 1985,Introduction to DetonationTheory, University of California Press,Berkeley Fitzgibbon , R., Daniel, F.,2001 Reinforceed borehole plugs. US Patent Appl. No: 873064 Fourney, W.L., 1993,Mechanisms of RockFragmentation by Blasting, Comprehensive Rock Engineering, Vol. 4, (s. 39-69, 1993) Karakuú, D., Konak, G., Onur, A.H., Erten, O. 2006, Patlayc Olmayan Kayaç Parçalayclar ve Madencilik Sektöründeki Kullanm, 4.Ulusal Krmataú Sempozyumu, s( 117-125), østanbul Karakuú, D., Onur, A.H., Konak, G., Köse, H., Klzcaa÷açl, M., 2003, Application Of Stemming Plugs And A Case Study In A Limestone Quarry, 18th International Mining Congress and Exhibition of Turkey, (s. 183-189),Antalya Köse, H., Yalçn, E., ùimúir, F., Konak, G., Onargan, T., Kzl, M.S., 2001, Açk øúletme Tekni÷i, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakülktesi Yaynlar No: 256, (s.256), øzmir Long, L., 1996 Blast Control plugs, Proceedings of the Annual Conference on Explosivesand Blasting Technique. ( S . 192-195), Mille, J. T., Brown R.B., 1997, Blasting stemming plugs. US Patent Appl. No: 933836 Tosun, S.,1993, Madencilikte Kullanlan Patlayc Maddelerin Performans Hesaplamalar ve Uygun Patlaycnn Seçimi, 13. Madencilik Kongresi, (s. 124135) Ankara U.S. department of transportation Federal highway administration ( FHWA), 2005, Boulder Buster\MTDC Pubs, Boulder Buster Ünal, D. 2005, Açk øúletmede Kullanlan Patlayclar ve Patlatmalardaki Yeni Teknolojiler ve Uygulamalar, D.E.Ü. Fenbilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi , (s .2), øzmir
122
Basamak Patlatmalarnda Hava Kapanm Kullanmyla Kayaç Parçalama Tekni÷i The Technique of Rock Breaking by Using Air-Deck in Bench Blasting Oktay Erten, Gürcan Konak, A. Hakan Onur, Do÷an Karakuú
Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisli÷i Bölümü, øzmir
ÖZET Açk ocak madencili÷inde en önemli giderlerden biri delme patlatma operasyonlardr. Fakat daha da önemlisi bu türdeki operasyonlarn çevreye olan etkileridir. Teknolojinin geliúimine paralel olarak delme patlatma tekniklerinde yeni geliúmeler ve uygulamalar olmuútur. Patlayc deli÷i içerisinde hava kapanm (Air-Deck) kullanm da söz konusu yeniliklerden biridir. Oldukça esnek bir teknik olan patlayc deli÷i içersinde hava kapanm kullanm, günümüzde özellikle Amerika, Güney Afrika ve Avustralya’da üretim patlatmasnda kullanlan yaygn bir uygulamadr. Bu bildiride delme patlatma operasyonlarndaki geliúmelerden biri olan ve son yllarda dünya madencili÷inde kullanm oldukça artan patlayc deli÷i içersinde hava kapanm kullanm ve kullanmndaki kriterler ele alnmútr.
ABSTRACT Drilling and blasting operations are one of the most important expenses in opencast mining. However, environmental effects of these operations are more important. Parallel to technological developments, there have also been new developments and applications in the technique of drilling and blasting. The use of Air-Deck within a borehole is one of the socalled developments. The use of Air-Deck which is a very flexible technique has been a technique commonly used in the production blasting especially in the USA, South Africa and Australia. In this paper the criteria regarding the use of Air-Deck, which is one of the so called developments and its use has recently increased in the world mining, were explained.
123
1 GøRøù Alfred Nobel’in 1864 ylnda nitrogliserini buluúundan bu yana patlayclarda ve patlatma tekniklerinde önemli geliúmeler kaydedilmiútir. Bu önemli teknolojik geliúmeler neticesinde patlayclar; hafriyat çalúmalar, yol yapm, bina ykm, madencilik ve baraj yapm gibi birçok mühendislik dalnda kullanm alan bulmuútur. Patlayclar ve patlatma teknikleri, di÷er kullanm alanlarna nazaran madencilik sektöründe daha büyük bir önem arz etmektedir. Patlayclarn en yaygn olarak kullanld÷ açk maden iúletmelerinde üretim, do÷ada serbest halde bulunan ve madencilik için bir de÷er ihtiva eden malzemenin, ana kayaçtan patlayc enerjisi ile ayrlmas úeklinde yaplmaktadr. Açk iúletmelerde delme patlatma yöntemi ile üretim, etkili ve verimli oldu÷u kadar patlayc kullanmnn çevresel açdan baz sorunlar arz eden yönleri de vardr. Özellikle günümüzde açk maden iúletmelerinde yaúanan en önemli sorunlardan biri patlatmalardan kaynaklanan bir takm olumsuz çevresel bileúenlerdir. Bunun yannda maliyet açsndan bakld÷nda da delme patlatma giderleri açk iúletme maliyetinin yaklaúk %20-%30’luk ksmn oluúturdu÷u bilinmektedir. Bu nedenle günümüz dünya madencili÷inde söz konusu çevresel parametreleri ve patlatma maliyetini azaltmaya yönelik çeúitli uygulamalar yaplmaya baúlanmútr. Ülkemizde kullanm henüz yaygnlaúmamú olan patlayc deli÷i içersinde hava kapanm (Air-Deck) uygulamas bunlardan biridir. Bu teknik, patlayclarn detonasyonuyla oluúan olumsuz çevresel parametrelerde azalma sa÷lamasnn yan sra toplam kullanlan patlayc miktarnda da önemli bir azalma sa÷lamaktadr. Her ne kadar özel bir yöntem gibi düúünülse de günümüzde özellikle ABD’ de kömür açk iúletmelerinde kullanm çok yaygn hale gelmiútir. Teknik olarak hava kapanm (Air-Deck); bir patlayc deli÷i içerisinde hava boúlu÷u oluúturularak patlayc enerjisinin verimli bir 124
úekilde kullanlmas ile krlma prosesinin kontrolü ve buna ba÷l olarak düzgün bir kayaç parçalanmasn sa÷lamaktadr. 1.1 Patlayc Deli÷i øçerisinde Hava Kapanm Kullanmna øliúkin Literatür Çalúmalar Patlayc deli÷i içerisinde bir veya birden fazla hava boúlu÷u oluúturulmas fikri birçok bilim adam tarafndan ele alnmútr. ølk hava kapanm (Air-Deck) uygulamas 1893 ylnda Knox tarafndan yaplmútr. Yakn geçmiúte Melnikov ve Marchenko (1971), Fourney et. al. (1981), Chiappetta ve Memmele (1987), Bussey ve Borg (1988), Rowlands (1988), Mead et. al. (1993) ve Moxon et. al. (1993) gerçekleútirdikleri deneysel çalúmalarla patlayc deli÷inde hava kapanm (Air-Deck) uygulamasnn geleneksel patlatma yöntemine göre daha avantajl oldu÷unu ortaya koymuúlardr. Hava kapanm ya da literatürdeki ismi ile “Air-Deck” ilk olarak 1893 ylnda Knox tarafndan iri boyutlu taúlarda barut kullanm ile gerçekleútirilen patlatmalarda fazla parçalanmay önlemek ve patlayc enerjisinin delik içerisinde düzgün da÷lmn sa÷lamak amacyla uygulanmútr (Liu ve Katsabanis 1996). Hava kapanm mekanizmasn açklayan orijinal çalúmalar 1971 ylnda Rus bilim adamlar Melnikov ve Marchenko tarafndan sürdürülmüútür. Melnikov ve Marchenko hava kapanm uygulamasn úöyle açklamútr; patlama ile oluúan úok dalgalar delik içerisinde oluúturulan hava boúlu÷unda sürekli olarak hareket ederek ikincil bir úok dalgas meydana getirirler. Bu úok dalgasnn genli÷i di÷erine nazaran daha büyüktür. Bu nedenle mikro çatlaklar dolduran gaz basncndan önce söz konusu úok dalgalar bu çatlaklarn geniúlemesini sa÷layarak patlatmay daha etkin bir hale getirmektedir. Gaz basncndan önce delik cidarnda meydana gelen mikro çatlaklarn daha da geniúlemesi ile patlayc deli÷indeki nihai basnç azaltlr, fakat tekrar eden úok dalgas hareketlerinden dolay parçalanma derecesinde artú sa÷lanr .
Fourney ve arkadaúlarnn 1981’de Amerika’da kaln plexiglass kullanmyla gerçekleútirdikleri deneyler Rus bilim adamlarnn öne sürdükleri bulgular destekler nitelikteydi. Ayrca Fourney ve arkadaúlar patlayc deli÷i içerisinde hava kapanm uygulamasnn patlayc deli÷ini çevreleyen malzeme üzerinde etkili olan úok dalga hareketi süresini 2’den 5’e kadar olan faktörlerde arttrd÷n ifade etmiútir. Chiappetta ve Mammele ise 1987’de yüksek çözünürlüklü kamera kullanarak hava kapanm (Air-Deck) uygulamas ile gerçekleútirilen patlatmalar parçalanma derecesi açsndan de÷erlendirmiú ve ayrca ön-çatlama uygulamalarnda da hava kapanm kullanm üzerine çalúmalar yapmútr. Moxon ve arkadaúlar 1993 ylnda patlayc deli÷i içersinde oluúturulacak hava boúlu÷unun delik içerisindeki yeri ve uzunlu÷unun parçalanmaya olan etkilerini de÷erlendirmek için teknik ve laboratuar destekli çalúmalar sürdürmüúlerdir. Bu çalúmalara göre hava kapanm hacmi ile parçalanma derecesi arasnda iliúki kuran bir grafik tasarlamúlardr. (ùekil 1).
ùekil 1. Moxon tarafndan hazrlanan parçalanma boyutu ve Air-Deck hacmi arasndaki iliúkiyi veren grafik (Moxon vd., 1993). ùekil 1’deki Moxon tarafndan hazrlanan grafikten görüldü÷ü üzere parçalanma derecesinde de÷iúiklik olmadan yaklaúk %30 – 35 orannda bir hacimde patlayc madde tasarrufu söz konusudur. 1996’da Liu ve Katsabanis patlayc deli÷i içerisinde hava kapanm kullanmyla gerçekleútirilen patlatmalarn etkilerini ve fiziksel prosesini araútrmak için bir dizi saysal simülasyon gerçekleútirmiútir
125
Tüm bu araútrma ve uygulama çalúmalarna ek olarak birçok araútrmac (Wlodarczyk 1893; Stachura et. al., 1991; Woolf et. al., 1994; Pal Roy et. al., 1995; Yang et. al., 1999; Jhanwar et. al., 1999, 2000a, 2000b) hava kapanm (Air-Deck) tekni÷inin baúarl uygulamalarn ortaya koyan arazi çalúmalar gerçekleútirmiúlerdir (Hustrulid ve Lu 2003). 1.2 Hava Kapanm (Air-Deck) Teorisi Hava kapanm tekni÷i; verilen úarj uzunlu÷undaki en uygun parçalanmann bir arac olarak patlayc kolonunda bir veya birden fazla hava boúlu÷u kullanmn açklayan bir tekniktir. Melnikov ve Marchenko (1971) hava kapanm uygulamasnda úok dalgalarnn patlayc deli÷i içerisinde yansd÷nda, gaz basncndan önce delik içerisindeki mikroçatlak a÷n geniúleten ikincil bir úok dalgas meydana getirdi÷ini ortaya koymuútur. Patlaycnn infilak sonucu oluúmuú nihai delik basnc bu durumda azaltlmú ve parçalanma derecesi ise úok serileri ile tekrar eden kayaç yüklemeleri sonucunda arttrlmútr. Üç ana basnç cephesi olan úok cephesi, infilak cephesi arkasndaki patlayc ürünlerinin úekli nedeniyle oluúan basnç cephesi ve de sklamadan ya da delik tabanndan yansyan dalgalarn oluúturdu÷u basnç cephesi farkl noktalara farkl hzlarda hareket ederler ve söz konusu ikincil úok dalgalarn oluútururlar. Kaya kütlesinin etrafndaki úok dalga hareketinin süresi bu nedenle artar. Sonuç olarak patlayc deli÷i önündeki kaya kütlesindeki çatlak a÷ hava kapanm (AirDeck) uygulamasyla arttrlmú ve dilim kalnl÷ hareketi azaltlmú olur. Bir baúka deyiúle, úok cephesinin büyüklü÷ünün patlayc içeri÷ine ba÷l oluúu ve hava içerisinde uzakl÷a ba÷l olarak azalmasndan dolay, hava boúlu÷u bölgesindeki parçalanma derecesi patlayc tipine ve hava kapanm (Air-Deck) uzunlu÷una ba÷ldr (Jhanwar, vd., 1999). Kinney ve Graham 1985 ylnda hava içerisinden geçen basnç dalgasnn azalma orann aúa÷daki formülle anlatmútr;
P C1 *
( MnRT )1 / 3 * C2 S
Burada M patlayc kütlesini, n gazn molekül saysn, R evrensel gaz sabitini T hacmi artan gazn scakl÷n S basnç cephesinin deplasmann C1 ve C2 ise ortam koúullarna göre farkllk gösteren görgül sabitleri vermektedir. Moxon ve arkadaúlar (1993) bu teoriyi daha da ileriye götürerek hava kapanmnn patlayc kolonunun ortasnda teúkil edilmesi durumunda söz konusu hava kapanmnn baúlangç ve bitimindeki patlayc yüklemesi nedeniyle oluúan basnç cephelerinin hava boúlu÷u merkezinde çarpúarak daha büyük genlikli dalgalar oluúturabilece÷ini önermiútir. (ùekil 2)
ùekil 2. Patlayc deli÷i kolonunda hava kapanm (Air-Deck) kullanm (Orica, yaynlanmamú not, 2006) ùekil 2’de görüldü÷ü gibi alt ve üst yemlemelerin infilak ile oluúan basnç cepheleri (úok dalgalar) hava kapanm (Air-Deck) merkezinde etkileúerek delik kolonunda patlatmann daha etkin hale gelmesini sa÷lamaktadr. Bir baúka deyiúle daha az patlayc tüketimiyle patlatma operasyonu daha verimli bir úekilde gerçekleútirilebilir. ùekilde T hava kapanm yüksekli÷ini R1 ve R2 yarçaplar ise etkileúim öncesi ve etkileúim sonras úok dalgasnn etki alann göstermektedir. Bu söz konusu yarçaplarn büyüklü÷ü kayaç özellikleri, patlayc özellikleri ve gecikme baúna düúen patlayc miktarna göre de÷iúir. Patlayc deli÷i içerisinde ara sklama (kat malzeme kullanm) durumu göz önüne
126
alnd÷nda, zt patlayc kolonlarndan gelen úok cepheleri yine ara sklama merkezinde çarpúr, fakat kat malzemenin dirençli bir yap sunmas ile söz konusu úok dalgalar kolayca sönümlenir. Sonuç olarak kat malzeme içerisindeki úok dalgalarnn úiddetinin düúük oluúu onlarn kayaç yapsnda yaylmn zorlaútrr. Bu nedenle hava kapanm uygulamas ara sklama uygulamasna göre daha üstündür. (Jhanwar ve Jethwa 2000). Delik tabannda oluúturulan hava hacminin (Air-Deck) patlatmaya olan etkisi ise basnç ve kinetik enerji teorileri ile açklanabilir. Patlayc ürün patlatld÷nda, yüksek scaklktaki infilak ürünleri (úok dalgas) delik içerisinde direncin en az oldu÷u yolu takip ederek ilerler. Bu nedenle patlayc ürünlerin infilak sonucu oluúan úok dalgalar ilk olarak hava kapanmnn oluúturuldu÷u delik tabanna etki eder. ølk úok dalga cephesi delik tabanna etki etti÷inde, úok dalga hz azalr ve söz konusu úok dalgalar form de÷iútirerek delik tabanndan çekme gerilmeleri úeklinde yansr. Bu anlk zaman diliminde patlayc ürünlerinden kaynaklanan ayr bir úok dalga cephesi delik tabannda yeni bir etkileúim sa÷lar. Bu etkiler nihai basnç P2’nin delik içerisindeki P1 basncna göre 2–7 kat daha fazla artmas ile sonuçlanr (ùekil 3). Artan bu basnç ile delik tabannda yeterli parçalanma ve ayrlma iúlemi sa÷lanr. Bu nedenle delik tabannda hava kapanm uygulamas taban payn azaltmakta hatta tamamen ortadan kaldrlabilmektedir (Chiappetta, 2003).
ùekil 3. Delik tabannda oluúturulan hava kapanm ve úok enerjisinin tabana iletimi (Chiappetta, 2003).
Bu teori elektriksiz (NONEL) kapsüllerde yaúanan infilak (detonasyon) probleminde daha iyi anlaúlmaktadr. 1970’de endüstride ilk NONEL kapsül kullanmnn baúlamasyla patlatma iúleminde istenmeyen bir durum ortaya çkmútr. Söz konusu sorun yukarda sözü edilen delik içerisinde hava kapanm kullanmnda patlaycnn infilaki ile oluúan úok dalgalarnn direncin en az oldu÷u yolu izlemesini açklamaktadr (ùekil 4). ølk üretilen NONEL kapsüllerde infilak srasnda úok tüp içerisinde hareket eden úok dalgas kapsüle yeterince etki etmemiú ve úok tüp ile kapsülü birbirine ba÷layan ksmdan çkarak yemlemenin tamamen infilaka girmesini sa÷layamamútr. ùu anki NONEL kullanmnda böyle sorunlar olmamakla birlikte delik içerisinde hava kapanm (Air-Deck) kullanm teorisini açklamada önemli bir veridir (Chiappetta, 2003).
ùekil 4. Hava kapanm (Air-Deck) durumundaki basnç iletimini açklayan ilk nonel kapsül modelindeki teknik hatadan kaynaklanan patlama sorunu (Chiappetta, 2003). 2 HAVA KAPANIMI UYGULAMALARI Geleneksel úekilde yüklenmiú bir patlayc deli÷i patlatld÷nda gerek oluúan y÷n kütlesine ba÷l de÷iúkenlere gerekse çevresel açdan sorun teúkil eden parametrelerde istenmeyen durumlar gözlenebilmektedir. Bunlar; patlatma sonras ikincil patlatma gerektiren büyük bloklar (patar), yetersiz parçalanma derecesi, aúr oranda basamak geri çatla÷, trnak oluúumu, iyi olmayan parçalanma derecesi nedeniyle ortaya çkan verimsiz yükleme ve tüm bunlara ek olarak yer sarsnts ve gürültü gibi çevresel parametrelerdir. Patlatma operasyonunun özelli÷ine ba÷l olarak patlayc deli÷i içerisinde belli bir yere
127
yerleútirilen hava kapanm yukarda saylan ve patlatma iúlemini olumsuz etkileyen tüm parametrelerde büyük oranda azalma hatta tamamen ortadan kaldrlmasn sa÷lamaktadr. Fakat patlatma deli÷i içerisinde bir hava hacminin oluúturulmas son derece önemli ve özel bir konudur. Günümüzde Amerika ve Avustralya’da bu teknik sradan bir uygulama haline gelmesinden dolay, delik içerisinde istenilen hava hacmi için farkl úirketler tarafndan üretilen çok çeúitli araçlar kullanlmaktadr. Bu araçlarn ortak amac indirildikleri patlayc deli÷inde istenilen boyda hava boúlu÷u oluúturmak ve patlatma iúlemi srasnda bu hava hacminden yararlanlmasn sa÷lamaktr. Bu araçlarn ço÷u farkl prensiplere göre üretilmektedir. Örne÷in, ticari ismi GasBag olan tamamen kimyasal esasa dayal bir hacim artú ile delik cidarn kapayan araçlar en yaygn kullanlanlardr. Bu araçlarn kullanm son derece basit olup üzerinde bulunan pim çekildi÷inde iki kimyasal maddenin reaksiyona girmesi sa÷lanarak çkan gaz ile söz konusu aracn hacmi arttrlr ve delik içerisinde bir boúluk oluúturulur. Bu prensipten baúka kimyasal esasl olmayan ve tamamen mekanik prensiple çalúan hava kapanm araçlar da mevcuttur. Hava kapanm uygulamalar, günümüzde açk kömür iúletmelerinde, taú oca÷ sektöründe, yerüstü ve yeralt metal madencili÷inde, yol-alt yap inúaat ve krma taú sektörü ile di÷er kontrollü patlatma operasyonlarnda (pre-splitting, yastklama patlatmalar, kaplama taú patlatmas) büyük oranda gerçekleútirilmektedir. Kullanmndaki esneklik sayesinde birçok patlatma operasyonun sorunsuzca gerçekleútirilmesine olanak sa÷lamaktadr (øpek 1993). 2.1 Ön-Kesme Uygulamalarnda Hava Kapanm Uygulamalar Hava kapanm uygulamalarnn en yaygn olarak kullanld÷ kontrollü patlatma operasyonlar “ön-kesmedir” dir. Ön-kesme operasyonlar inúaat ve madencilik sektöründe en çok gerçekleútirilen
operasyonlardan biridir. Ön-kesme kontrollü patlatma tekni÷inde birbirleri ile mesafeleri az patlayc delikleri delinerek az patlayc ile yüklenir. Delinen delik çaplarnn küçük olmas ve kullanlan patlayclarn özel olmas bu operasyonlar pahal operasyonlar haline getirmiútir. Bu operasyonlarn gerçekleútirilmesindeki amaç patlatlacak kayaç kütlesinin ana kayaç ile ba÷lantsnn kesilmesi ve böylece asl patlatma yapld÷nda ana kayaç ya da yapda oluúacak hasarn en aza indirilmesidir. Önkesme uygulamalarnda genellikle infilakl fitil, dinamit ve az miktarda patlayc kullanlr. Bu teknikte patlayc delikleri ayn anda patlatlr. Bu da yüksek oranda titreúim ve gürültü ile sonuçlanr. Bunun yannda bazen ön-kesme uygulamalarnda sklama yaplmaz. Bu da patlama sonucu oluúan hava úoku ve taú frlamas tehlikesini arttrr. Ön kesme operasyonlarnda hava kapanm uygulamas deli÷in az miktarda patlayc ile yüklenmesi ve sonrasnda delik içerisinde hava hacmi oluúturulmas ile yaplr. Özellikle kömürde yaplan ön kesme iúlemlerinde bu yöntem oldukça etkilidir. ùekil 5.’te ön-kesme operasyonu için yüklenmiú delik kesiti görülmektedir.
( a)
(b)
ùekil 5. Ön-kesme operasyonlarnda (a) 15 m den uzun deliklerdeki hava kapanm uygulamas (b) tek úarj kolonlu hava kapanm uygulamas (Stemlock GasBag üretici firmas, ABD) Uygulamalardaki gözlemlere dayanarak; 128
x Hava kapanmnn uyguland÷ önkesme operasyonlarnda bölgesel jeolojiye ba÷l olarak en uygun delikler aras mesafe delik çapnn 15–24 kat kadardr. x E÷er delik boyu 15 m den fazla ise daha iyi bir patlayc da÷lm için iki veya daha fazla úarj kolonu oluúturulur (ùekil 5a). x øyi bir patlatma veriminin alnmas ve hava úokunun önlenmesi için delikler sklanmaldr. x Ön-kesme operasyonlarnda toplam úarj miktar geleneksel patlayc deli÷i úarjnn %3-%10’u kadar olmaldr. x Genellikle delik içerisindeki toplam úarjn %60’ delik tabannda yaplr. 2.2 Üretim Patlatmas øúlemlerinde Hava Kapanm Uygulamas Hava-kapanm tekni÷inin üretim patlatma operasyonlarnda kullanlmas patlatmann veriminin arttrlmas ve patlatmadan kaynaklanan yer sarsnts ve di÷er parametrelerde azalma sa÷lanmas açsndan son derece önemlidir. Fakat patlayc deli÷i içerisinde oluúturulacak hava hacminin büyüklü÷ü ve üzerinde çalúlan formasyona göre farkllk gösterdi÷i unutulmamaldr. Günümüzde bir çok formasyonda hava kapanm uygulamas yaplmú ve optimum ahva kapanm uzunlu÷u saptandktan sonra arzu edilen parçalanma derecelerine ulaúlmútr. Hava kapanm hacminin tahmininde kullanlan en yaygn tasarm ölçütü, toplam patlayc kolonunun yüzdesel orandr. Bu teknik mühendise patlayc miktarndan ne kadar kar edildi÷i hususunda pratik sonuçlar sa÷lar. Formasyona göre ilk kullanlacak hava kapanm hacmi orijinal sklama boyunun %25 orannda azaltlmas úeklinde olur. Sklama miktarndaki azaltma formasyona ba÷l olarak hava úoku ve frlayan taú parametreleri göz önüne alnarak yaplr. Bununla birlikte, patlayc deli÷inde ilk hava kapanm uygulamas en az miktardaki sklama ve úarj kolonundaki patlayc madde miktarnn azaltlmas ile baúlatlmaldr. Daha sonra yavaú artúlarla parçalanma derecesine göre en uygun kapanm uzunlu÷u saptanmaldr. Üretim
patlatmasnda hava kapanmnn delik içerisindeki lokasyonu ortada, tabanda ve delik içerisinde birkaç farkl yerde olabilir (ùekil 6). Her durumda hava kapanm yüksek genlikli úok dalgalarnn oluúmasn sa÷layarak patlatmann verimini arttrmaktadr. Hava kapanm tekni÷inin patlayc deli÷inde kullanlmasndaki gözlemlere göre; x Toplam patlayc tüketiminde %15%35 tasarruf edilmesine karún kazlabilirlik derecesinde artú sa÷lanmas x Yersarsnts ve gürültü seviyelerinde azalma sa÷lanmas x E÷er hava kapanm patlayc deli÷inin ortasnda uygulanrsa en verimli sonuçlar alnabilir. Bununla birlikte patlayc úarjnn üzerinde oluúturulan hava kapanm ise uygulama kolayl÷ bakmndan avantajldr. x Hava kapanm hacmi için ilk olarak toplam delik boyunun %15’i kadar bir patlayc miktar çkartlr; buna karúlk, sklama boyunda bir de÷iúiklik yaplmaz. Elde edilen parçalanma derecesine göre patlayc miktarndaki azaltmalar %0,5-%2 arasndaki de÷erlerde devam eder. Bu iúlem en uygun kapanm uzunlu÷u saptannca tamamlanr.
(a)
için patlayc deli÷inde de÷iúik amaçlar için kullanlabilmektedir. Bunlarn baúnda, kullanlan patlayc miktarnda sa÷lad÷ azalma ve buna karúlk parçalanma derecesindeki artú söylenebilir. Fakat Delik içerisinde her zaman hava kapanm uygulamas yaplamayabilir. Bir baúka deyiúle, delik içerisinde hava hacmi oluúturmada kullanlan sklama araçlar ile formasyondan gelen bir takm olumsuzluklarn patlatmaya olan etkilerini azaltmak da mümkün olabilmektedir. Bir patlayc deli÷inde istenmeyen iki olumsuz durum delik içerisindeki boúluklar ve de deli÷in içerdi÷i su miktardr. Bu iki olumsuz durum söz konusu aparatlarn kullanm ile ortadan kaldrlmakta ve iptal edilme durumundaki delikler sorunsuz patlatlabilmektedir (ùekil 7). Delik içerisinde kullanlan sklama araçlar ile çeúitli sorunlar çözülebilmektedir. Örne÷in; Delik içersinde bir miktar su bulunmas halinde söz konusu sklama araçlarnn su yüzeyinin hemen üzerine uygulanmasnn ardndan ANFO úarj yaplr. Aksi takdirde bu türdeki deliklerde emülsiyon esasl patlayclar kullanlmaldr ki bu da maliyetleri arttrr. Delik tabannda kullanlan araçlar ile bir su kolonu oluúturulmas da mümkündür. Bu durum da hava kapanmnda oldu÷u gibi patlatma iúlemini olumlu yönde etkiler.
(b)
ùekil 6. Patlayc deli÷i içersinde (a)tek kolon úarj yüklemesi, (b) birden fazla úarj yüklemesi (Stemlock GasBag üretici firmas, ABD) 2.3 Di÷er Kademeli ùarj Uygulamalar Hava kapanm di÷er bölümlerde bahsedildi÷i gibi esnek bir yöntem oldu÷u 129
ùekil 7. Patlayc deli÷inde kullanlan mekanik araçlarnn delik içersindeki boúluk ve su içeri÷ine karú uygulamas (Stemlock GasBag üretici firmas, ABD)
Jhanwar ve Jethwa (2000) gerçekleútirdikleri arazi çalúmalarnda hava kapanm uygulamasn örtü tabakas kumtaúndan oluúan kömür açk iúletmesinde uygulamú ve olumlu sonuçlar almúlardr. Jhanwar ve Jethwa (2000) bu tekni÷in uygulamasn parçalanma, y÷n da÷lm, basamak geri çatla÷, yer sarsnts, özgül úarj ve patlayc madde tüketimi açsndan de÷erlendirmiúlerdir. Gerçekleútirdikleri arazi çalúmalarnda kapanm hava hacmini patlayc deli÷inin ortasnda oluúturmuúlardr. Hava hacmi oluúturmak için her iki ucu silindir tahta bir malzeme kullanmúlardr. En uygun parçalanma boyutunu saptamak için hava kapanm faktör eúitli÷ini öne sürmüúlerdir. Hava Kapanm Faktör (HKF)= Hava kapanm uzunlu÷u (HKU)/Orijinal úarj uzunlu÷u(OJU) Yaptklar denemelerde optimum parçalanma derecesini veren hava kapanm faktör aral÷n 0,1 ile 0,35 olarak hesaplamúlardr. bununla birlikte, basamak geri çatla÷nda %50-80 arasnda, y÷n da÷lmnda %10-35 arasnda azalma, yer sarsntsnda %30-94 arasnda azalma ve en önemlisi patlayc madde miktar kullanmnda %20-36 arasnda bir tasarruf olmuútur. (Jhanwar ve Jethwa ,2000). 3 SONUÇLAR En az çevresel etki ile verimli bir patlatma operasyonu yapabilmek patlatma plannda ve delik düzeninde yaplacak de÷iúikliklerle mümkün olabilmektedir. Delik içerisinde hava hacmi oluúturulmas ve buna ba÷l olarak söz konusu çevresel parametrelerde azalma sa÷lanmas da buna bir örnektir. Özetle, delik içerisinde hava hacmi oluúturulmas oluúturulacak hava kolonunun uzunlu÷una ba÷l olarak yumuúak ve orta sertlikteki çok çeúitli formasyonlarda kullanlmas mümkündür. Ksaca hava kapanm kullanmnn üstünlükleri úöyle sralanabilir; x Parçalanma derecesinde artú 130
x Toplam kullanlan patlayc miktarnda %35’e varan bir tasarruf. x Gecikme baúna düúen patlayc miktarndaki azalma ile titreúim ve hava úoku orannda dikkate de÷er oranda bir azalma. x Ön-kesme uygulamalarnda kolaylk (daha geniú çapl deliklerin delinmesine ve daha iyi patlayc da÷lmna olanak sa÷lamas) x Delik tabannda gerçekleútirilen uygulamalarda delik taban paynn azaltlmas hatta ortadan kaldrlmasn sa÷lar. KAYNAKLAR Bussey, J, Borg, D G, 1995. Presplitting with the new airdeck technique in: proceedings of the twentyfirst international conference on explosives and blasting techniques. Society for explosive and blasting techniques, , s. 197-213, Tennesse, ABD. Chiappetta R F, 2003. New blasting technique to eliminate sub-grade drilling, improve fragmentation, reduce explosive consumption and lower ground vibrations. International society of explosive engineers (ISEE) and journal of explosives engineering. Allentown, PA, USA Chiappetta, R F; Mammele, M E 1987. Analytical high –speed photography to evaluate air decks, stemming retention and gas confinement in pre-splitting, reclamation and gross motion application. Second Int. Symp. Rock Fragmentation by Blasting, August 23-26,1987,pp257301Keystone, Colorado. Fourney, W L; Barker, D B; Holloway, D C Reference.1981. Model Studies of Explosive Well Stimulation Techniques. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts v 18(2), s. 113-127 øpek T, 1993. Airdek çok yönlü patlatma yöntemi. Barutsan Elmada÷ Barut Sanayi ve Ticaret A.ù.say:3 Jhanwar J C, Jethwa J L, 2000. The use of air decks in production blasting in an open pit coal mine.Geotechnical and geological engineering 18:269-287, Netherlands
Jhanwar J C; Jethwa J L; Reddy A H, 1999. Influence of air-deck blasting on fragmentation in jointed rocks in an openpit manganese mine. Engineering Geology 57 s.13-29. Kinney G F, Graham K J, 1985. Explosive shocks in air. Springer, New York Katsabanis, P D, 2001. Application of numerical modelling to examine damage in wall control operations. Proceedings of the Annual Conference on Explosives and Blasting Technique 27th Annual Conference on Explosives and Blasting Technique. Jan 28-31 2001 v II 2001 s. 25-37 Lu W, Hustrulid W, 2003. A further study on the mechanism of air decking. International journal for rock fragmentation by blasting, 7(4): s.231255 Lui L, Katsabanis P D, 1996. Numerical modeling of the effects of airdecking/decoupling in production and control blasting. Rock Fragmentation by Blasting, Monhanty (ed.). Balkema, s.319-330, Rotterdam. Mead, D J, Moxon, N T, Danell, R E, Richardson, S B, 1993. The use of airdecks in production blasting in: proceedings of the Fourth International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting., s. 437-443 A.A.Ballkema, Rotterdam Mel'nikov, N V; Marchenko, L N, 1971. Effective Methods of Application of Explosion Energyth in Mining and U.S. Symposium Construction, 12 Dynamic Rock Mechanics,Chap.18, s. 350-378. (New York, AIME) Moxon, N T; Mead, D; Richardson, S B, 1993. Air-decked blasting techniques: Some collaborative experiments Transactions of the Institution of Mining & Metallurgy, Section A: Mining Industry v102 Jan-Apr, s. A25-A30 Pal Roy, P; Singh, R B; Mondal, S K, 1995. Air-deck blasting in opencast mines using low cost wooden spacers for efficient utilisation of explosive energy. Journal of Mines, Metals & Fuels, v43(8), 5s. 131
Rowlands M D, 1988. Separating explosive charges with air gaps to improve fragmentation whilst reducing explosive usage. In Proceeding of The Second Surface Mining, Drilling and Blasting Research Seminar, , s. 85-93. Dysart, Australia. Stachura, V J.; Plis, M N.; Fletcher, L R, 1991. Large hole pre-splitting with modified air gap blast designs in weak rock. Proceedings of the Conference on Explosives and Blasting Technique Proceedings of the 17th Annual Conference on Explosives and Blasting Technique .1991,Feb 3-7, v 2 1991, s. 7986 Las Vegas, NV, USA Wlodarczyk, E, 1983. Action of the Explosion Products of a Segmented Charge on the Rock-massif. Journal of Technical Physics, 24(1), s. 25-39 Woolf, R L; Bellenie, R W, 1994. Strategy, innovation and change-challenging the future at the Gregg River mine. Journal of Explosives Engineering v11(6), 14s. Yang, X; Stump, B W; Smith, J D, 1999. Ground vibration from single-hole cast blasts. Journal of Explosives Engineering v 16 n 2, s. 37-41
132
Patlatmalarn Do÷rusal Olmayan Davranúlarnn Sismik Sinyaller Üzerine Etkisi Effects of Non-Linear Behavior of Blasting on Seismic Signals Gülsev Uyar Aldaú, Berkan Ecevito÷lu
Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Jeofizik Mühendisli÷i Bölümü, Ankara
ÖZET Maden patlatmalar srasnda beklenen, patlayc enerjisinin büyük bir ksmnn plastik deformasyonda (kayaç parçalanmas) kullanlmasdr. Bununla beraber, enerjinin bir ksm, elastik dalga yaylm (titreúimler) biçiminde kaybedilmekte, enerjinin kalan ksm ise ses dalgalarna (hava úoku) dönüúmektedir. Bu bilgi sismik sinyaller içinde gizlenmiú durumdadr. Patlayc enerjisinin, kayaçlarn plastik deformasyonu (do÷rusal olmayan davranú) ile elastik dalga yaylm (do÷rusal davranú) arasnda nasl paylaúld÷n inceledik. Sismik kaytlardan, kayaçlarn plastik deformasyonuyla ilgili sinyalleri çkartabilmiú bulunmaktayz. Bu tür sismik sinyal analizleri, kayaç parçalanmasnn do÷as hakknda bizleri aydnlatmakta ve en iyi patlatma parametrelerinin seçiminde yardmc olmaktadr. Bu amaçla, baz özel arazi deneyleri gerçekleútirdik ve bu deneyleri destekler teoriyi geliútirdik. ABSTRACT During a mining explosion, it is expected that most of the explosive energy is used for plastic deformation (rock fragmentation); however, some of the energy is lost to elastic wave propagation (vibrations), and the remaining energy is transformed to sound waves (air-blast). This information is hidden within the seismic signals. We investigated the partitioning of the explosive energy between the plastic deformation of the rocks (non-linear behavior) and elastic wave propagation (linear behavior) in terms of seismic signals. We were able to extract from the seismic signals, the part of the vibrations related to the plastic deformation of the rocks. This kind of analyses of the seismic signals enlightens us about the nature of the rock fragmantation, hence provides optimisation in blasting parameters. For this purpose, we achieved some special field experiments, and we developed an underlined theory to support those experiments. 1 GøRøù Patlatma kaynakl titreúimlerin en aza indirilmesinde klasik yaklaúm, sismografla en yüksek parçack hzlarnn belirlenmesi, patlatma ile ölçüm alnan yer arasndaki güzergah için arazi katsaylarnn saptanmas, sarsntnn yaylma kuraln belirleyen ampirik formülün bulunmas ve bu formül kullanlarak yaplan patlatmalar için mesafeye ba÷l olarak bir seferde güvenle ateúlenebilecek en yüksek patlayc madde miktarlarnn saptanmasdr.
133
Türkiye Kömür øúletmesi-Ankara Üniversitesi Jeofizik Mühendisli÷i Bölümü arasnda 2004-2006 yllarnda yürütülen “Patlatma Kaynakl Titreúimlerin Minimize Edilmesi” konulu araútrma projesinin (Aldas vd. 2005, 2006) en önemli bulgularndan biri, “Pilot” patlatmadan elde edilen sismik sinyallerin, titreúimleri en aza indirecek úekilde, “Grup” patlatmann tasarlanmasnda kullanlmasdr. Geliútirdi÷imiz bu yöntemin dayand÷ temel varsaym, patlama sürecinin Do÷rusal Davranú (Linear Behavior) göstermesi, Grup
patlatmay oluúturan her bir patlatmann, Pilot patlatmann benzeri olmas, dolaysyla Üst-Üste Toplanma (Superposition) prensibinin geçerli olmasdr (Oppenheim A.V. ve Schafer R.W. 1976. Bu prensip, patlama noktasna belli bir uzaklktan itibaren (Far-Field) geçerli olsa da, patlama noktas ve ona çok yakn uzaklklarda (NearField) geçerlili÷ini yitirmektedir. Patlama noktasnda ise, amaçland÷ gibi, kayaçlarn parçalanmas (plastik deformasyon) gerçekleúmekte ve Do÷rusal Olmayan Davranú (Non-Linear Behavior) söz konusu olmaktadr. Bu çalúmann konusu, patlatmalarn do÷rusal olmayan davranúlarnn sismik sünyaller üzerindeki etkilerinin araútrlmasdr. 2 DOöRUSAL OLMAYAN DAVRANIù Sismoloji ve Sismik Yöntemlerdeki alúlagelmiú yaklaúm, ayn sismik kayna÷a ait, farkl istasyon veya farkl derinlik seviyelerindeki sismik sinyallerin spektral orandr. Bu oran, hem kaynak ba÷ml etkileri, hem de sismik dalgalarn söz konusu istasyonlara veya derinlik seviyelerine ulaúrken kat ettikleri ortak yollarn etkilerini ortadan kaldrr. Spektral orandan geriye kalan, ilgili istasyonlar veya derinlik seviyeleri arasnda kalan alann görüntüsü ve fiziksel özellikleridir. Bu çalúmada, yukarda sözü geçen klasik yaklaúmla ilgili matematik formülasyon, farkl bir bakúla yorumlanmútr. Bu kez gerek Pilot, gerekse Grup patlatmalara ait sismik dalgalar ayn istasyona ulaúncaya kadar ortak bir yol izlerler, böylece sismik sinyallere ait spektral orann zaman ortamna aktarlmas, Grup patlatmasnn do÷rusal olmayan davranún sergileyecektir. Do÷rusal Olmayan Davranú Tepki Sinyali h(t) olarak adlandrlan bu sinyal,
sismolojinin ilgi alanlarndan birisi olan Kaynak-Zaman (Source-Time) fonksiyonunun eúde÷eri olup, tüm yol, gecikme ve evriúim (convolution) etkilerinden arndrlmútr. Sözü geçen matematik formülasyon ve açklamalar bir sonraki bölümde verilmiútir. 2.1 Do÷rusal Olmayan Davranú Tepki Sinyali h(t)’nin bulunmas Sismik veri f(t) ve g(t) olarak zaman ortamnda kaydedilse de, matematik formülasyonun F(Ȧ) ve G(Ȧ) olarak frekans ortamnda yaplmasnda fayda vardr (Formül 1). Patlatma olaynn Do÷rusal Davranú gösterdi÷i varsayarsak, Grup içindeki her patlatma, Pilot patlatmann h1, h2, h3, ... frekans ba÷msz sabit katlar olarak, ǻt1, ǻt2, ǻt3, ... zaman gecikmelerinde oluúacaktr (Formül 2). Bu úartlar altnda kayaçlar elastik davranacaklar (parçalanmayacaklar), yalnzca sismik dalga üreteceklerdir. Patlatma olaynn Do÷rusal Olmayan Davranú göstermesi halinde, Grup içindeki her patlatma, Pilot patlatmann H1(Ȧ), H2(Ȧ), H3(Ȧ), ... frekans ba÷ml fonksiyon katlar olarak, ǻt1, ǻt2, ǻt3, ... zaman gecikmelerinde oluúacaktr (Formül 3). Bu úartlar altnda kayaçlar plastik davranacaklar, sismik dalga üretiminin yan sra, enerjinin büyük bir bölümü kayaçlarn parçalanmasnda harcanacaktr. Formül 4, Formül 3’ün genel ifadesidir. Grup içinde toplam n patlatmann olmas halinde, H(Ȧ)‘nn tanm Formül 5 deki gibi yaplabilir ve Formül 6’ya ulaúlr. H(Ȧ) Formül 6’dan çekilip Formül 7 elde edilir. Formül 7’ye uygulanan ters Fourier dönüúümüyle, Formül 8’de görülen Do÷rusal Olmayan Davranú Tepki Sinyali h(t) elde edilir.
Zaman ortamndan frekans ortamna geçiú: 1
f (t ) FT o F (Z )
1
(1)
g (t ) FT o G (Z )
Do÷rusal davranú ifadesi:
G (Z ) F (Z ) h1 e iZ 't1 h2 e iZ 't 2 h3 e iZ 't3
(2)
Do÷rusal olmayan davranú ifadesi:
G (Z ) F (Z ) [ H1 (Z ) e iZ 't1 H 2 (Z ) e iZ 't 2 H 3 (Z ) e iZ 't 3 ]
134
(3)
Genel ifade: n
G (Z ) F (Z )¦ H j (Z ) e H (Z )
n
¦H j 1
iZ 't j
(4)
j 1
j
iZ 't j
(Z ) e
(5)
G (Z ) F (Z ) H (Z )
(6)
G (Z ) F (Z ) Frekans ortamndan zaman ortamna geçiú:
(7)
H (Z )
(8)
1
H (Z ) FT o h(t )
Açklamalar:
t Ȧ FT-1 FT+1 i j n f(t) F(Ȧ) g(t) G(Ȧ) h1, h2, h3, ... H1(Ȧ), H2(Ȧ), H3(Ȧ), ... ǻt1, ǻt2, ǻt3, ... ǻtj Hj(Ȧ) H(Ȧ) h(t)
: Zaman : Açsal frekans : Normal Fourier dönüúümü (zaman ĺ frekans) : Ters Fourier dönüúümü (frekans ĺ zaman) : Sanal de÷iúken iúareti (¥-1) : Terimler üzerinde toplama iúleci : Terim sayac : Toplanan terim says : Zaman ortamnda pilot sinyali : Frekans ortamnda pilot sinyali : Zaman ortamnda grup sinyali : Frekans ortamnda grup sinyali : Do÷rusal davranú terimleri (frekans ba÷msz) : Do÷rusal olmayan davranú terimleri (frekans ba÷ml) : Terimlere ait zaman gecikmeleri : ǻt1, ǻt2, ǻt3, ...’nn genel ifadesi : H1(Ȧ), H2(Ȧ), H3(Ȧ), ...’nn genel ifadesi : Frekans ortamnda do÷rusal olmayan davranú tepki sinyali : Zaman ortamnda do÷rusal olmayan davranú tepki sinyali
Yukarda geçen formüllerin ayrntlar izleyen bölümdeki grafiklerde açklanmútr. 3 GRAFøKLERLE DOöRUSAL OLMAYAN DAVRANIù ETKøLERø ùekil 1’deki gri renkli sinyal f(t) olup gerçek bir Pilot patlatmann düúey bileúenini göstermektedir. Bu Pilot patlatma esas alnarak, birbirlerine göre 0 ms, 300 ms ve 600 ms gecikmeli üç adet Pilot benzeri patlatmann oluúturdu÷u grup patlatmasna ait sinyaller yapay olarak (modellemeyle) elde edilmiútir. Krmz renkli sinyal, do÷rusal davranú grup patlatmasna ait yapay g(t) sinyalidir. Do÷rusal davranún bir sonucu olarak, ilk 300 ms’de gri renkli gerçek sinyal ile krmz renkli do÷rusal davranú grup sinyali birbirleriyle örtüúmektedir. Mavi renkli sinyal, do÷rusal olmayan davranú grup patlatmasna ait yapay g(t) sinyalidir. Do÷rusal olmayan davranún bir sonucu
135
olarak, mavi renkli sinyal di÷er iki sinyalle örtüúmemektedir. ùekil 2’de, ùekil 1’deki zaman ortam sinyallerin frekans ortam genlik spektrumlar, F(Ȧ) ve G(Ȧ) görülmektedir. Krmz renkli do÷rusal davranú grup sinyalinin ve mavi renkli do÷rusal olmayan davranú grup sinyalinin taraks yaps, ùekil 4’deki gri renkli do÷rusal davranú tepki sinyali, ve krmz renkli do÷rusal olmayan davranú tepki sinyaliyle iliúkilidir. ùekil 3 do÷rusal ve do÷rusal olmayan davranú açklamaktadr. Gri renkle gösterilen 0 ms, 300 ms ve 600 ms gecikmeli birim genlikli i÷necikler do÷rusal davranú simgelemektedir. Bu durumda Grup patlatma, kayaçlarn parçalanmakszn elastik davranmasna neden olmakta ve yalnzca sismik dalga yaynmn sa÷lamaktadr. Krmz renkle gösterilen 0 ms, 300 ms ve 600 ms gecikmeli, genlikleri salnm yaparak
azalan zaman dizisi do÷rusal olmayan davranú simgelemektedir. Bu durumda Grup patlatma, kayaçlarn parçalanarak plastik deformasyona u÷ramasna neden olmakta, sismik dalga yaynmnn yan sra, enerjinin büyük bir ksm kayaçlarn parçalanmasnda kullanlmaktadr.
frekansl bu olaylar, istasyona ulaúamadan, yol boyunca so÷urulmakta ve genlikleri gürültü seviyesinin altna düúmektedir.
ùekil 3: Zaman Ortam: Gri: Do÷rusal davranú tepki sinyali, Krmz: Do÷rusal olmayan davranú tepki sinyali (kesme 170 Hz), Mavi: Do÷rusal olmayan davranú tepki sinyali (kesme 25 Hz).
Genlikleri gürültü seviyesinin altna inmiú, yüksek frekansl bu olaylara artk güvenilmemelidir. Bu nedenle krmz renkle gösterilen ve 170 Hz’lere kadar bilgi içeren do÷rusal olmayan davranú tepki sinyali h(t) yerine, mavi renkle gösterilen ve 25 Hz’lere kadar bilgi içeren h(t) tercih edilmelidir.
ùekil 1: Zaman Ortam: Gri: Pilot sinyali, Krmz: Do÷rusal davranú grup sinyali, Mavi: Do÷rusal olmayan davranú grup sinyali.
ùekil 2: Frekans Ortam: Gri: Pilot sinyali, Krmz: Do÷rusal davranú grup sinyali, Mavi: Do÷rusal olmayan davranú grup sinyali. Patlamayla birlikte parçalanmalar de÷iúik olmakta, bunlarn her frekanslara sahip üretmektedir. Küçük
kayaçlarda baúlayan biçim ve boyutlarda biri farkl genlik ve sismik sinyaller genlikli ve yüksek
136
ùekil 4: Frekans Ortam: Gri: Do÷rusal davranú tepki sinyali, Krmz: Do÷rusal olmayan davranú tepki sinyali (kesme 170 Hz), Mavi: Do÷rusal olmayan davranú tepki sinyali (kesme 25 Hz.).
ùekil 4’de, ùekil 3’deki tepki sinyallerine ait genlik spektrumlar görülmektedir. Gri renk, zamanda periyodik bir úekilde serpiútirilmiú i÷neciklerden (do÷rusal davranú) oluúan bir zaman dizisinin tipik genlik spektrumu göstermektedir. Krmz renk, gürültüsüz ideal bir ortamdaki do÷rusal olmayan davranú tepki sinyalinin genlik spektrumu H(Ȧ)‘y göstermektedir. Mavi renk, H(Ȧ)’nn gürültülü bir ortamda, güvenilir frekansn 25 Hz’lerde sonland÷ spektrumu göstermektedir.
ùekil 8 ve 9’da, arazi deneyinden elde edilmiú Pilot ve Grup sinyallerinden, spektral oranlama yöntemiyle hesaplanmú, do÷rusal olmayan davranú tepki sinyali h(t)’nin üçbileúen kayd görülmektedir (yakn istasyona ait boyuna bileúen arzal oldu÷u için gösterilmemiútir). Do÷rusal davranú halinde, bu zaman serilerinin hepsi, baúta bir i÷necik ve bunu takip eden sfrlar úeklindedir. Do÷rusal olmayan davranú halinde, baútaki i÷necik çöker ve zamanla azalarak salnan bir zaman serisi haline gelir (ùek. 3). ùekil 8’de görüldü÷ü gibi, delikler aras uzaklk ksa (3 m) oldu÷unda, patlatmalar aras etkileúimin etkisi artmaktadr. Yukardaki h(t) zaman serilerine ait ayrntlar, kendilerine eúlik eden YüksekHzl-Video-Kamera görüntüleriyle birlikte de÷erlendirildi÷inde, belli anlamlar kazanabilirler. Örne÷in ùekil 8’de, 0.6 s’ler dolayndaki uzun periyotlu olay, patlatmay izleyen yer salnm olabilir. Bu salmn üzerine daha ksa periyotlarla binen olaylar kayalarn parçalanma süreçlerini gösterebilir. Aralara serpiúmiú pikler kaya frlamalarna iúaret edebilir. 4 SONUÇLAR
ùekil 7: Delikler Aras Etkileúim Deneyi: Uzak: Uzak istasyon, Yakn: Yakn istasyon, Pilot: Pilot patlatma, 4-5: Aralar 3 m mesafeli 4 ve 5 nolu delikler, 1-8: Aralar 21 m mesafeli 1 ve 8 nolu delikler. Yukarda geliútirilen teori, ùekil 7’deki haritada görülen deneyle snanmútr. Grup patlatmalarda, yüzeydeki deliklerin birbirlerine olan uzaklklar, delikler aras etkileúimi (interaction) kontrol eder. Birbirine komúu olan deliklerdeki grup patlatmalarn karúlkl etkileúiminin yaratt÷ sinyallerle, deliklerin bireysel patlamalarla ürettikleri sinyallerin toplam ayn de÷ildir. Bu durum do÷rusal olmayan davranún bir sonucudur. Deliklere eúit miktarlarda patlayc konmuú, delikler, 4-5 ve 1-8’lik çiftler halinde eú zamanl patlatlmútr.
137
Bu çalúmada, sismik sinyaller içinde gizlenmiú durumda olan “patlatmalarn do÷rusal olmayan davranúlar” incelenmiútir. Kayaçlarn plastik deformasyonu (parçalanmas) ile ilgili bilgilerin sinyallere nasl yansd÷ gösterilmiútir. Bu tür sismik sinyal analizleri, kayaç parçalanmasnn do÷as hakknda bizleri aydnlatmakta ve en iyi patlatma parametrelerinin seçiminde yardmc olmaktadr. Patlatmalarn do÷rusal olmayan davranúlarnn sismik sinyaller üzerine yansmalarn daha ayrntl açklayabilmek için, çalúmann ileri aúamas olarak, yüksek hzl kamera kaytlar ile sismik sinyallerin karúlaútrlmas önerilmektedir. Böyle bir çalúmaya, araútrclar tarafndan baúlanmútr.
ùekil 8: Delikler Aras Etkileúim Deneyi: Aralar 3 m mesafeli, 4 ve 5 nolu deliklere ait, Uzak ve Yakn istasyonlarda 3-bileúen kaydedilen, do÷rusal olmayan davranú tepki sinyalleri (kayt boyu 1.313 s).
ùekil 9: Delikler Aras Etkileúim Deneyi: Aralar 21 m mesafeli, 1 ve 8 nolu deliklere ait, Uzak ve Yakn istasyonlarda 3-bileúen kaydedilen, do÷rusal olmayan davranú tepki sinyalleri (kayt boyu 1.313 s).
138
5 TEùEKKÜR Bu çalúma, TKø-A.Ü Jeofizik Mühendisli÷i iúbirli÷i içerisinde 2005-2006 yllar yürütülen bir projeden elde edilen sonuçlar yanstmaktadr. Arazi çalúmalarnn yürütülmesinde her türlü deste÷i sa÷layan Jeofizik mühendisleri Asl Can, Betül Ünüçok ve Özgür Sa÷ol’a, TKø GELø øúletmesi üst düzey yetkilileri, mühendisleri ve teknik personeline teúekkür ederiz. Ayrca, projenin yürütülmesinde yardmlarn esirgemeyen TKø Genel Müdürlü÷ü Etüd Proje ve Tesis Daire Baúkanl÷ yetkililerine ve özellikle Jeof. Yük. Müh. øsmail Ergüder’e teúekkür ederiz.
139
6 KAYNAKLAR Aldas G.G.U., Ecevito÷lu B., Can A., Ünüçok B., Sa÷ol Ö., 2006. TKø GELø Patlatma Kaynakl Titreúimlerin Azaltlmas-Final raporu. Aldas G.G.U., Ecevito÷lu B., Can A., Ünüçok B., Sa÷ol Ö., 2005. TKø GELø Patlatma Kaynakl Titreúimlerin Azaltlmas-Ara raporu. Oppenheim A.V., Schafer R.W., Digital Signal Processing, 1975, Book, Prentice Hall, pp.585.
140
Kadköy-Kartal Metrosu Tünel Güzergahndaki Farkl Kaya Birimleri øçin Patlatma Kaynakl Titreúimlerin Analizi The Blasting Vibrations Analysis for Different Rock Units on Istanbul Kadköy-Kartal Subway Tunnel Route Deniz Adgüzel, Ümit Özer, Ali Kahriman, Abdulkadir Karado÷an, Mehmet Aksoy østanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisli÷i Bölümü, Avclar, østanbul
ÖZET Bu çalúmada; Kadköy-Kartal metro tünel inúaat srasnda yaplan patlatma çalúmalar sonucu oluúan titreúim ölçümlerinin analizleri sunulmuútur. Toplam uzunlu÷u 21,6 km olan tünel güzergahnn baz bölgelerinde farkl kaya birimlerinde patlatmal kaz yaplmútr. Çalúma kapsamnda tünel güzergahnda karúlaúlan kaya birimlerindeki litolojik farkllklar ve Jeolojik Dayanm Indeksi (GSI) de÷erleri dikkate alnarak çalúma sahas 5 bölgeye ayrlmútr. Farkl úaftlarn açld÷ bu beú bölgede toplam 213 atm izlenmiú ve 365 adet olay cihazlar tarafndan kaydedilmiútir. De÷erlendirme sonunda, beú bölge için parçack hz ile ölçekli mesafe arasnda, iyi korelasyonlu ampirik iliúkiler elde edilmiú ve önerilmiútir. Bununla birlikte söz konusu tünel güzergahnda yaplan patlatmal kazlardan oluúan titreúimler, çevredeki yaplarda hasar yaratabilecek seviyede olup olmad÷nn belirlenmesi amacyla, USBM, DIN 4150 Normlar ve T.C. Çevre ve Orman Bakanl÷ Çevresel Gürültünün De÷erlendirilmesi ve Yönetimi Yönetmeli÷i’ne göre de÷erlendirilmiútir. ABSTRACT This paper presents the results of ground vibration analysis induced by blasting during the construction of the Kadköy-Kartal metro tunnel which is 21,6 km in length. Different rock formations were excavated by blasting. In this study, test site is divided into 5 main region with respect to lithologic changes in the rock units and Hoek’s Geological Strength Index (GSI) value of these rock units. In these 5 regions where different shafts were driven, 213 shots were monitored and totally 365 events were recorded by instruments. As a result of the analysis of obtained data, empirical relationships between scaled distance and peak particle velocity for 5 regions were established with higher correlation coefficients. Additionally, the particle velocities and frequency values of all blast events were evaluated according to the United States Bureau of Mines (USBM), DIN 4150 and Turkish Environmental Regulation Norms in order to predict and compare the level of the effect on the neighbouring buildings and structures. 1 GøRøù Patlatmann kaçnlmaz oldu÷u taú ocakçl÷, madencilik, inúaat altyap kazlar, kuyu-tünel, boru hatt, baraj gibi çeúitli sektörlerde; yersarsnts ve hava úokundan kaynaklanan çevre problemleri skça karúlaúlmakta ve tartúlmaktadr. Bu nedenle, patlatma tasarmnda yalnzca
141
parçalanma derecesi, eú da÷lmllk, maliyet gibi teknik ve ekonomik unsurlar de÷il, ayn zamanda söz konusu problemlerin çözümlemesi de dikkate alnmaldr. Patlatmadan kaynaklanan titreúim bileúenlerinin tahmin edilmesi çevresel úikâyetleri önlemede büyük önem taúmaktadr. Son yllarda, patlatmal kazlardan sorumlu teknik elemanlarn
karúlaútklar sorunlardan biri de yersarsnts ve hava úoklar nedeniyle, çevrede yaúayan kiúi ya da kuruluúlarn hakl veya haksz úikâyetleridir (Kahriman, 2002, Kahriman ve di÷., 2003). Bu çalúmann amac; söz konusu tünel inúaat srasnda, patlatmadan kaynaklanan yersarsntsnn oluúturdu÷u çevresel problemlerin, birçok atm olay baznda ölçülerek, bu unsurlarn, tünel güzergah çevresinde bulunan yerleúim birimlerindeki yaplarda hasarlara neden olabilecek seviyelerde olup olamayaca÷ konusunda bir de÷erlendirme yaplmas ve bundan sonra yaplacak atmlarn oluúturaca÷ yersarsnts de÷erlerinin önceden tahmin edilmesini sa÷layacak formüllerin kaya birimlerindeki litolojik farkllklar ve Jeolojik Dayanm Indeksi (GSI) de÷erleri dikkate alnarak ayr
ayr belirlenmesidir. Kaya birimlerindeki litolojik farkllklar ve GSI de÷erleri söz konusu ortak giriúimin bu konuda hazrlad÷ teknik rapordan (Yüksel ve di÷., 2005) alnmútr. 2 ÇALIùMA SAHASI østanbul ili Anadolu yakasnda bulunan Kadköy – Kartal Rayl Toplu Tasma Sistemi Projesi toplam 21,6 km uzunlu÷unda olup, 16 istasyondan oluúmaktadr. Sistem Kadköy’de Rhtm caddesinin bulundu÷u meydandan baúlayp Kartal ilçesine kadar devam etmektedir (Yüksel ve di÷., 2005). Kadköy – Kartal Rayl Toplu Taúma Sistemi Güzergâhnn Genel Yerleúimi ùekil 1’de verilmiútir.
ùekil 1. Kartal rayl toplu tasma sistemi güzergahnn genel yerleúimi (Yüksel ve di÷., 2005) Kadköy–Kartal Rayl Toplu Taúma Sistemi, øbrahima÷a istasyonunda Marmaray Tüp Geçit Projesi ile çakúmaktadr. Derin tünel olarak planlanmú olan istasyonlar 200 m uzunlu÷unda orta peronlu, iki tüp ve bunlarn ortasndaki yaya tüneli olarak öngörülmüútür. Peron tünelleri ve yaya tüneli 20 m de bir yer alan ba÷lant tünelleri ile ba÷lanmaktadr (Yüksel ve di÷., 2005).
142
Jeolojik açdan bakld÷nda; østanbul’un Asya yakasnn stratigrafik istifi ço÷unlukla “østanbul Grubu” ad ile de bilinen østanbul paleozoik istifi ile onun üzerinde yer yer görülen Triyas ve Tersiyer çökellerden oluúmaktadr. Dere içlerinde yer alan alüvyonlar ile yamaç molozlar ve dolgular ise en genç jeolojik harita birimleridir.“østanbul Grubu” Ordovisiyen ile Karbonifer aras dönemde geliúmiú çökelleri
kapsar. Taban görülmeyen, üstte Triyas ve daha genç birimler tarafndan uyumsuzlukla örtülen grubun alt kesimleri daha çok østanbul Bo÷az’nn do÷u yakasnda, daha genç kesimleri ise batya do÷ru yüzeylenir. Bo÷azn bat yakasnda ise, Karbonifer birimleri egemendir. østanbul Grubu kalnl÷ birkaç bin metreyi bulan kaln bir çökel istifi halindedir (Yüksel ve di÷., 2005). Bu kaln çökel istifi içerisinde formasyon mertebesinde birçok litostratigrafik birim ayrlmú ve adlandrlmútr (ùekil 2).
ùekil 2. østanbul paleozoik istifi ve üzerindeki birimlerin genelleútirilmiú stratigrafi kesiti (Yüksel ve di÷., 2005) 3 ARAùTIRMADA YÖNTEM
UYGULANAN
Bu çalúma kapsamnda, Anadoluray Ortak Giriúimi’nin yüklenicisi bulundu÷u “østanbul Kadköy – Kartal Rayl Toplu Taúma Sistemi Tünelleri ønúaat” srasnda patlatma kaz uygulanacak lokasyonlarda patlatmadan kaynaklanan titreúim ölçümleri yaplmútr. Kaz faaliyetleri sürdürülen sahada, karúlaúlan kaya birimlerinin sert ve sa÷lam 143
yaps dolaysyla muhtelif kesitlerdeki tüneller için patlatmal kaz zorunlulu÷u do÷muútur. Patlatmann kaçnlmazl÷, söz konusu ortak giriúimin proje için yapt÷ arazi ve laboratuar deneyleriyle de teyit edilmiútir. Araútrma kapsamnda; çalúlan sahadaki patlatmal kazda, atmlarda uygulanan patlatma paternleri, delik düzenleri ve patlayc úarjlar; söz konusu ortak giriúimin yetkilileri tarafndan sistematik olarak uygulanagelen úekliyle (herhangi bir müdahalede bulunulmadan) gözlemlenmiú ve ölçümler bu úekildeki çalúmalara spontane olarak uygulanmútr. Gecikme baúna düúen patlayc madde miktar, her bir delik için planlanan patlayc maddenin kontrollü bir úekilde úarj edilmesiyle belirlenmiútir. Atm noktalar ile yer sarsnts ve hava úoku ölçüm istasyonlar arasndaki mesafeler topo÷rafik aletlerle belirlenmiútir. Ölçekli mesafenin belirlenmesinde literatürde en sk kullanlan kareköklü eúitlikten yararlanlmútr. østatistiksel açdan yeterli veri çiftiyle yaplan bir de÷erlendirme sonucu elde edilen parçack hz tahmin denkleminin güvenilirli÷i için tahmin denkleminin korelasyon katsaysnn (r) de÷erinin 0.7 den büyük olmas gereklidir (Dowding, 1985; Johnson ve di÷., 2000; Kahriman, 2004). Bu nedenle gerek verilerin sa÷lkl teminine, gerekse saysal yeterlili÷e dikkat edilmiútir. Çalúma programna ba÷l olarak baz günler birden fazla patlatma atm yaplan tünel çalúmasnda, patlayc tipi olarak kapsüle duyarl emülsiyon türü patlayclar, ateúleme sistemi için ise elektriksiz kapsüller kullanlmaktadr. Patlatma paterni her úafta göre de÷iúiklik göstermekte olup, delik çap 39-42 mm, delik boyu 2-2,5m arasnda de÷iúmektedir (Kahriman ve di÷., 2006b). Çalúma kapsamnda; S1 Kadköy ùaft tünellerinde 5 adet, S2 øbrahima÷a ùaft tünellerinde 6 adet, S4 Acbadem ùaft tünellerinde 59 adet, S8 Ünalan ùaft tünellerinde 44 adet, S9 Kozyata÷ ùaft tünellerinde 40 adet ve S12 Küçükyal ùaft tünellerinde 59 adet patlatma izlenmiútir. Atmlara ait ölçekli mesafe unsurlar kaydedilirken, titreúim ölçümleri de 4 adet
Instantel Mini Mate Plus Model titreúim ölçer cihaz kullanlarak yaplmútr. Söz konusu lokasyonlardaki titreúim ölçümleri özellikle, atmlara yakn binalarn bulundu÷u farkl noktalarda yaplmútr. Daha sonra, 6 adet istasyon tünellerinde yaplan toplam 204 atma ait kaydedilen toplam 365 olayn ölçüm sonuçlar yorumlanmútr. Toplam 365 olayn de÷erlendirilmesi srasnda ölçüm alnan yerler, bölgelere ayrlmútr. Bölgeler oluúturulurken bu yerlere ait söz konusu ortak giriúimin yapt÷ çalúma sonucu belirlenmiú (Yüksel ve di÷, 2005) olan kaya birimlerindeki litolojik farkllklar ve GSI de÷erleri kullanlmú ve bu de÷erlerin ortak oldu÷u 5 bölge oluúturulmuútur. S1-S2 ùaftlar tünellerini temsil eden 1. bölgede 25 olay (11 atm), S4 ùaft tünellerini temsil eden 2. bölgede 116 olay (59 atm), S8 ùaft tünellerini temsil eden 3.bölgede 59 olay (44 atm), S9 ùaft tünellerini temsil eden 4.bölgede 51 olay (40 atm) ve S12 ùaft tünellerini temsil eden 5. bölgede 114 olay (59 atm) cihazlar tarafndan kaydedilmiú ve ölçekli mesafe ile parçack hz veri çiftleri
söz konusu bölgeler için analiz edilmiútir. Böylece farkl kaya formasyonlar için bundan sonraki atmlardan sonra oluúan yersarsntsnn tahmininde kullanlabilecek farkl formüller önerilmiútir. Ayrca önerilen bu ampirik iliúkilerin do÷rulu÷unu teyit etmek amacyla, her bölge için test atmlar gerçekleútirilmiú ve PPV (en yüksek parçack hz) de÷erleri, atm yaplmadan önce bu iliúkilerden faydalanarak tahmin edilmiú ve bölgeler için bulunmuú iliúkiler ile atmlarn topluca de÷erlendirmesiyle bulunan iliúki arasnda kyaslamalar yaplmútr. Titreúim ölçer cihaz ile elde edilen kaytlarn; 01/07/2005 tarihli 25862 sayl Resmi Gazetede yaynlanarak yürürlü÷e giren Ülkemiz Çevresel Gürültünün De÷erlendirilmesi ve Yönetimi Yönetmeli÷inin 29/a maddesi ve uluslararas standartlarla karúlaútrlarak hasar normlar içindeki yeri belirlenmeye çalúlmútr. ùekil 3’de ölçüm alnan úaftlar ve belirlenen bölge snrlar gösterilmiútir. Belirlenen bölgelere ait formasyon, kaya birimi ve GSI de÷erleri ise Çizelge 1’de verilmiútir.
ùekil 3. Ölçüm alnan úaftlar ve belirlenen bölge snrlar
144
Çizelge 1. Belirlenen Bölgelere Ait Formasyon, Kaya Birimi ve GSI De÷erleri Bölgeler 1.Bölge 2.Bölge 3.Bölge 4.Bölge 5.Bölge
Formasyon Trakya Formasyonu (Grovak) Denizli Formasyonu (Yumrulu Kireçtaú) Kartal Formasyonu (ùeyl-kireçtaú) Kartal Formasyonu (Kumtaú-konglemera) Kurtköy Formasyonu (Arkozik kumtaú)
Atm Yaplan GSI Kaya Birimi De÷erleri Diyabaz 25-30 Diyabaz 35-40 Kireçtaú 30-35 Kireçtaú 55-60 Arkoz 60 üzeri
4 ÖLÇÜM SONUÇLARI Kayt alnan atmlarn parçack hz bileúenlerini, frekans ve ölçekli mesafe
de÷erlerini içeren bilgiler, Çizelge 2’de ksmi olarak verilmiútir.
Çizelge 2. Baz Atmlara Ait Titreúim Ölçüm Sonuçlar Atm No
Atm Tarihi
En Yüksek Parçack Hz PPV (mm/sn)
1 3 5 8 11
15/08/2006 04/10/2006 06/12/2006 13/12/2006 25/12/2006
5,84 4,06 4,44 6,73 5,71
1 10 20 30 59
03/03/2006 31/05/2006 07/07/2006 26/12/2007 23/03/2007
7,75 5,33 6,1 3,05 10,7
1 15 30 40 44
21/02/2007 02/03/2007 16/03/2007 27/03/2007 30/03/2007
29,1 10,3 1,65 4,83 15
1 10 20 30 40
01/09/2006 14/09/2006 13/10/2006 10/11/2006 15/02/2007
1,27 1,27 1,02 1,14 10
1 15 30 45 59
20/04/2006 24/06/2006 07/08/2006 07/11/2006 02/02/2007
3,3 1,02 1,02 2,41 9,65
Frekans Gecikme Baúna f (Hz) Top. ùarj W (kg) 1. Bölge 100 1,470 57 0,980 85 2,155 73 1,470 100 1,960 2. Bölge 39 1,960 73 2,940 73 2,180 64 55 51 1,225 3. Bölge 100 1,715 51 1,715 51 1,715 100 1,96 100 4,41 4. Bölge 73 2,205 100 1,470 85 3,690 100 2,940 47 5,88 5. Bölge 51 2,200 100 1,960 32 1,960 85 3,135 64 6,125
145
Mesafe R (m)
Ölçekli Mesafe SD
63,920 78,160 71,000 48,390 51,730
52,720 78,954 48,365 39,911 36,950
58,280 76,890 66,540 2,890 47,640
41,630 44,840 45,070 86,700 43,040
34,220 30,270 88,740 60,740 32,530
26,130 23,110 67,760 43,390 15,490
238,910 229,410 239,630 209,990 66,390
160,890 189,214 124,746 122,469 27,380
89,670 127,920 89,190 77,550 63,360
60,456 91,371 63,707 43,799 25,600
5.1. Ölçüm Sonuçlarnn østatistiksel Analizi
1 10
100
SD
ùekil 4.c 3.Bölgeye ait maksimum parçack hz ve ölçekli mesafe arasndaki iliúki 100
-0,9585
y = 136,93x 2 R = 0,7422
PPV
10
1 0,1
SD
10
100
1000
ùekil 4.d 4.Bölgeye ait maksimum parçack hz ve ölçekli mesafe arasndaki iliúki 100
y = 1133,6x-1,501 R2 = 0,741
10 PPV
PPV = K * SD– ȕ (1) PPV, En yüksek parçack hz (mm/sn) SD= R/¥W, Ölçekli mesafe K ve ȕ, Saha sabitleri
1 0,1
SD
10
100
1000
ùekil 4.e 5.Bölgeye ait maksimum parçack hz ve ölçekli mesafe arasndaki iliúki
-1,1624
y = 495,82x 2 R = 0,7927
PPV
y = 16139x-2,2045 R2 = 0,8712
10
Ölçülen maksimum parçack hz ile ölçekli mesafe veri çiftleri kullanlarak yaplan regresyon analizleri sonucunda, bölgede yaplacak kontrollü patlatma tasarmlarnda parçack hz tahmininde kullanlmas önerilen çalúma sahasnn sabitleri belirlenmiú olan 5 bölge için, tek tek hesaplanmútr( ùekil 4a,b,c,d,e). Ayrca 204 atma ait kaydedilen toplam 365 olayn toplu bir de÷erlendirmesi de yaplarak bölgelere göre bulunan saha sabitleriyle ve korelasyon katsaylaryla (r) bir kyaslama yaplmútr (ùekil 5). Hesaplanan söz konusu bölgelere ait saha sabitleri Çizelge 3’de özetlenmiútir. De÷erlendirmeler yaplrken literatürde sk kullanlan aúa÷daki ba÷nt kullanlmútr (Kahriman, 2002; Kahriman ve di÷., 2003, Kahriman ve di÷., 2006a).
100
100 PPV
5. ÖLÇÜM SONUÇLARININ DEöERLENDøRøLMESø
10
toplu de÷erlendirme
100
-1,4882
y = 1228,1x 2
R = 0,7192 10
SD
100
1000
ùekil 4.a 1.Bölgeye ait maksimum parçack hz ve ölçekli mesafe arasndaki iliúki 100
10 PPV
1
1
-1,9116
y = 6702,6x R2 = 0,7437
10
0,1
PPV
1
1
0,1 10
SD
100
10
SD
100
1000
ùekil 5. Toplu de÷erlendirmede maksimum parçack hz ve ölçekli mesafe arasndaki iliúki
1000
ùekil 4.b 2.Bölgeye ait maksimum parçack hz ve ölçekli mesafe arasndaki iliúki 146
Çizelge 3. Belirlenen Bölgelere Ait Saha Sabitleri De÷erleri Saha sabitleri k ȕ
1.Bölge
495,82
-1,1624
2.Bölge
6702,6
-1,9116
3.Bölge
16139
-2,2045
4.Bölge
136,93
-0,9585
5.Bölge
1133,6
-1,501
Toplu de÷er.
1228,1
-1,4882
Formül ve (r) PPV=495,82*Sd-1,1624
r=0,89
PPV=6702,6*Sd-1,912
r=0,86
PPV=16139*Sd-2,2045
r=0,93
PPV=136,93*Sd
-0,959
r=0,86
PPV=1133,6*Sd-1,501
r=0,86
ùekil 6. Ölçülen ve ampirik iliúkilerle tahmin edilen PPV de÷erlerinin kyaslamas
PPV=1228,1*Sd-1,4882
r=0,84
øyi korelasyon katsaylar ile sonuçlanmú olan bu regresyon ifadeleri, söz konusu çalúma sahasnda titreúim ölçer kullanlmad÷ durumlarda; herhangi bir atmdaki gecikme baúna kullanlan belirli miktardaki bir patlayc maddenin yarataca÷ titreúim hznn belirli bir uzaklktaki de÷erinin ne olaca÷n tahmin etmede önemli bir yaklaúm olarak (kabul edilebilir limitlerdeki bir sapma ile) kullanlabilecektir. Daha sonra, bulunan bu ampirik iliúkilerin do÷ruluk derecelerinin belirlenmesi amacyla her bölge için 3 er adet test atm yaplmú ve atmlarn topluca de÷erlendirmesiyle bulunan ampirik iliúkiyle kyaslamas yaplmú ve bu sonuçlar ùekil 6’daki sütün grafi÷inde özetlenmiútir. ùekil 6 da verilen 1,2,3. test atmlar 1.bölgede, 4,5,6. test atmlar 2.bölgede, 7,8,9. test atmlar 3.bölgede, 10,11,12. test atmlar 4.bölgede, 13,14,15. test atmlar 5.bölge de yaplmútr. Söz konusu 5 bölge için ayr ayr hesaplanan ampirik iliúkilerin toplu de÷erlendirme sonucu bulunan ampirik iliúkiden daha iyi tahmin sonuçlar verdi÷i görülmüútür. Saha jeolojisini dikkate alan bu yaklaúmn literatüre de uygunlu÷u söz konusudur. GSI verileri ve litolojik farkllklar kullanlarak belirlenen bölgelerde hesaplanan saha sabitlerinin benzer formasyon ve GSI de÷erlerindeki kaya birimlerinde de kullanlabilece÷i fikrine varlmútr. 147
5.2 Hasar Riski De÷erlendirilmesi Araútrma kapsamnda; kaydedilen tüm atmlarda ölçülen maksimum parçack hzlar ve karúlk gelen frekans de÷erleri, USBM, DIN 4150 Norm’larna ve 01/07/2005 tarihli 25862 sayl Resmi Gazetede yaynlanarak yürürlü÷e giren Ülkemiz Çevresel Gürültünün De÷erlendirilmesi ve Yönetimi Yönetmeli÷inin 29/a maddesine göre mukayese edilmek üzere ùekil 7, ùekil 8 ve ùekil 9’daki grafikler üzerinde topluca gösterilmiútir. Grafiklerden de anlaúlaca÷ üzere, kaydedilen de÷erler, söz konusu normlara ait hasar limitlerinin altnda olmuútur. 1.bölge
100
2.bölge
3.bölge
4.bölge
5.bölge
PPV (mm/s)
Bölgeler
10
1 1
10 FREKANS (Hz) 100
1000
ùekil 7. Kaydedilen maksimum parçack hz ve frekanslarn USBM kriterine göre de÷erlendirilmesi
1.bölge
2.bölge
3.bölge
4.bölge
maksimum parçack hzlarna karúlk gelen frekans de÷erlerinin da÷lmlar incelendi÷inde, frekans de÷erleri yüksek oldu÷u görülmüútür. Ancak; söz konusu tünel güzergâhnn çok yaknnda yerleúim birimlerine ait yaplarn olmasndan dolay, bu de÷erlerin, her zaman çevre yaplar için belli bir hzda hasar riski taúyaca÷ gerçe÷i gözden uzak tutulmamaldr.
5.bölge
PPV (mm/s)
100
10
6 SONUÇLAR
1 1
10 Frekans (Hz) 100
1000
ùekil 8. Kaydedilen maksimum parçack hz ve frekanslarn DIN4150 kriterine göre de÷erlendirilmesi 1.bölge
2.bölge
3.bölge
4.bölge
5.bölge
1000
PPV mm/sns)
100
10
1 1
10 Frekans (Hz) 100
1000
ùekil 9. Kaydedilen maksimum parçack hz ve frekanslarn Çevresel Gürültünün De÷erlendirilmesi ve Yönetimi Yönetmeli÷i 29/a maddesine göre de÷erlendirilmesi Bu çalúmada, daha önceden belirlenen 1,2,3,4 ve 5. bölgelerde yaplan atmlar sonucunda oluúan titreúim de÷erlerinin (parçack hz ve frekans) her 3 norma ait grafikler üzerindeki yerinin incelenmesinden, eúik hasar limitlerinin altnda kalnd÷ cihazlarn kayt çktlarndan da anlaúlmaktadr. ùekil 7, 8 ve 9’dan da anlaúlaca÷ üzere, gecikme baúna düúen úarjn mevcut olanaklarla kstlanmaya çalúld÷ bu atmlarda; kaydedilen olaylarda ortaya çkan
148
‘østanbul Kadköy – Kartal Rayl Toplu Taúma Sistemi Tünelleri ønúaat” srasnda patlatmal kaz uygulanacak bölgelerde patlatmadan kaynaklanan titreúim ve hava úoku ölçümleri yaplmútr. Yaplan patlatma çalúmalar srasnda, titreúim ölçer cihaz ile alnan titreúim kaytlarndan elde edilen veriler ú÷nda ortaya çkan bulgulara dayal olarak gelecekte yaplacak faaliyetlerde dikkate alnmas gerekli görülen baz öneriler aúa÷da verilmiútir. x Jeolojik farkllklar arz eden beú ayr lokasyonda kaydedilen toplam 365 olay de÷erlendirilmiú ve her bir lokasyon için tahmin denklemi elde edilmiútir. x øyi korelasyon katsaylaryla elde edilmiú olan bu formüller, söz konusu çalúma sahasnda titreúim ölçer kullanlmad÷ durumlarda; herhangi bir atmdaki gecikme baúna kullanlan belirli miktardaki bir patlayc maddenin yarataca÷ titreúim hznn belirli bir uzaklktaki de÷erinin ne olaca÷n tahmin etmede önemli bir yaklaúm olarak (kabul edilebilir limitlerdeki bir sapma ile) kullanlabilecektir. x Bulunan bu ampirik iliúkilerin do÷ruluk derecelerinin belirlenmesi amacyla her bölge için üçer test atm yaplmú ve atmlarn topluca de÷erlendirmesiyle bulunan ampirik iliúkiyle kyaslamas yaplmútr. Söz konusu 5 bölge için ayr ayr hesaplanan ampirik iliúkilerin toplu de÷erlendirme sonucu bulunan ampirik iliúkiden daha iyi tahmin sonuçlar verdi÷i görülmüútür. Saha jeolojisini dikkate alan bu yaklaúmn literatüre de uygunlu÷u söz konusudur. GSI verileri ve litolojik farkllklar kullanlarak belirlenen bölgelerde hesaplanan saha sabitlerinin benzer formasyon ve GSI
de÷erlerindeki kaya birimlerinde de kullanlabilece÷i fikrine varlmútr x Titreúim ölçerlerle kaydedilen maksimum parçack hzlar dikkate alnarak USBM, Alman DIN 4150 ve Çevre ve Orman Bakanl÷ Çevresel Gürültünün De÷erlendirilmesi ve Yönetimi Yönetmeli÷i normlarna göre yaplan mukayesede atmlarn, çevredeki bina ve tesislerde herhangi bir hasar yaratabilecek seviyelerde olmad÷ anlaúlmaktadr. x Kaydedilen olaylarda ortaya çkan frekans de÷erlerinin büyük bir ksm, uluslararas snflamada yüksek kabul edilen 40 Hz’in üzerinde olmuútur. Ölçülen titreúim frekanslarnn yüksek olmas, genel olarak 510 Hertz düzeyinde olan yaplarn öz yapsal frekanslaryla karúlaútrld÷nda, rezonans riskinin minimum düzeyde olaca÷n göstermektedir. Ancak, söz konusu tünel inúaatnn çok yaknnda yerleúim birimlerinin olmasndan dolay, bu de÷erlerin her zaman çevre yaplar için belli bir hzda hasar riski taúyabilece÷i gerçe÷i gözden uzak tutulmamaldr. TEùEKKÜR Bu araútrma srasnda, gerek arazi çalúmalarnda gerekse di÷er faaliyetlerde her türlü yardmda bulunan Yap Merkezi ønú. ve San. A.ù. – Do÷uú ønú. ve Tic. A.ù. – Yüksel ønú. A.ù. – Yenigün ønú. San. ve Tic. A.ù. Ortak Giriúimi’nin yetkililerine ve çalúanlarna teúekkür ederiz. Bu çalúma, østanbul Üniversitesi Bilimsel Araútrma Projeleri Yürütücü Sekreterli÷i (Proje No: 429/13092005) ve Devlet Planlama Teúkilat (Proje No: 2005K120990) ve tarafndan desteklenmiútir. Yazarlar, østanbul Üniversitesi Bilimsel Araútrma Projeleri Yürütücü Sekreterli÷i ve Devlet Planlama Teúkilat’na finansal destekleri için teúekkür eder. KAYNAKLAR Dowding, C.H., 1985, “Blast Vibration Monitoring and Control”, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, NJ, pp. 119-126. 149
Johnson, M., Pepper, J., Mclellan, G., 2000, “Attenuation of Blasting Vibrations in South Florida”, Proceedings of The 26th. Annual Conference on Explosives and Blasting Technique, ISEE, Anaheim. California U.S.A., Vol: II, pp. 83-95. Kahriman, A., Tuncer, G., Ozdemir, K., Karadogan, A., Ozer, U., 2006a, “Evaluation of Environmental Effects Induced by Blasting Around a Waste Water Tunnel Project in High-Urbanized Area in Turkey”, Proceedings of The Thirty – Second Annual Conference on Explosives and Blasting Technique, 29 Ocak – 1 ùubat, Dallas, Texas, USA., Volume I, pp. 49 – 58. Kahriman, Ozer, U., Karadogan, A., Ozdemir, K., Adiguzel, D., 2006b, “østanbul Kadköy – Kartal Rayl Toplu Taúma Sistemi ønsaati Patlatma Kaynakli Titreúim ve Hava ùoku Ölçümleri A÷ustos Raporu”, Proje Raporu, Mühendislik Fakültesi, Istanbul Üniversitesi, østanbul. Kahriman, A., 2004, “Analysis of parameters of ground vibrations produced from bench blasting at A Limestone Quarry”, Soil Dynamics and Eartquake Engineering, 24, Elsevier, London, U.K, pp. 887-892. Kahriman, A., Tuncer, G., Gorgun, S., Karadogan, A., Ozdemir, K. 2003, “Evaluation of The Ground Vibration Attenuation Produced From Blasting For The Different Rock Masses”, Proceedings of the Twenty-Ninth Annual Conference on Explosives and Blasting Technique, 25 ùubat, Nashville, Tennessee, USA, Volume I, 193-201. Kahriman, A., 2002, “Predictability of the Ground Vibration Parameters Induced by Blasting During The Tunneling”, Mineral Resources Engineering, Vol. 11, No. 3, 279–291. Yuksel, A., Sozak, N. N., Gultekin, G., 2005, “Anadoluray Projesi Mühendislik Jeolojisi Raporu”, Teknik Rapor No : KK-GE-TRGN-004 Aralk-2005
150
Kadıköy-Kartal Raylı Toplu Taıma Sistemi Projesi’nde Yapılan Kontrollü Tünel Patlatmalarının Yapısal Hasar Riski Açısından Deerlendirilmesi Evaluation of Controlled Tunnel Blasting in Terms of Structural Damage Risk in "Kadıköy-Kartal Rail Mass Transportation System Project" Enver Alan, brahim Sefer
Yapı Merkezi-Dou-Yüksel-Yenigün-Belen naat Anadoluray Ortak Giriimi, 34700, Üsküdar-stanbul ÖZET: stanbul’un Anadolu yakasında bulunan Kadıköy-Kartal Raylı Toplu Taıma Sistemi Projesi’ndeki hat tünelleri EPB-TBM ve sert kaya TBM ile, bunların dıında kalan stasyon, Makas ve Yaklaım Tünelleri ise NATM ile kazılmaktadır. NATM ile imalatı yapılan tünellerde, Hidrolik Kırıcı, Roadheader ve patlatma metodu ile kazı yapılmaktadır. Kontrollu Tünel Patlatmaları sırasında; Maksimum Parçacık hızı (PPV), frekans ve hava oku ölçülerek, Alman (DIN 4150) ve ABD (USBM) normlarına göre deerlendirilmektedir. Bugüne kadar, 248 adet patlatmadan 508 adet istasyondan kayıt alınmı, patlatmalar sırasında ölçülen parçacık hızı yapılara eik hasar verebilecek sınır deerin, hava oku ise yapısal hasar seviyesi olan 140 dB deerinin altında çıkmıtır. Yenisahra stasyonu’nda yapılan deneme patlatmalarında, kapsüldeki gecikme aralıı 25 ms. olduunda genliin sönümlendii, gecikme aralıı 75 ms. olduunda ise genliin süperpoze olduu, Maksimum Parçacık Hızı’nın ise çok az deitii tespit edilmitir. Güzergah üzerinde bulunan formasyonlara ait arazi iletim katsayısı (k) ve geçilen formasyonlar için geçerli jeolojik katsayılar () istatistiksel korelasyonlar yardımıyla tespit edilerek literatüre kazandırılmıtır. ABSTRACT: The tunnel excavations in "Kadıköy-Kartal Rail Mass Transportation Project" at the Asian side of Istanbul has been done with EPB-TBM and hard rock TBM (Tunnel Boring Machine), beside these; stations, switch and approach tunnels are opened using NATM. Tunnels which are constructed with NATM excavation works has been done using hydraulic breaker, Roadheader and blasting methods. During "controlled tunnel blasting " Peak Particle Velocity (PPV), frequency and air shock was measured and evaluated according to German (DIN 4150) and USA (USBM) norms. Until today, during 248 controlled tunnel blasting operations, 508 monitoring and recording are made. As a result of the measurements done during blasting, peak particle velocity values were de termined below the allowable limits and air shock levels recorded was under the structural damage level which is 140 dB. During test blasting made at Yenisahra location, the records indicated that the amplitude when capsule delay was decreased when the delay interval was 25 ms, and when the delay interval was 75 ms the amplitude was superposed even if PPV (Peak Particle Velocity) had a small change. Ground transmission coefficient (k) and the geological coefficients ( β ) valid for the formations existing on this route are determined by making use of statistical correlations and gained in to the literature. 151
1 GR Köylerden kentlere yapılan sürekli göç beraberinde birçok sorunu (barınma, sıınma, salık, ulaım, haberleme, altyapı vd.) da birlikte getirmektedir. nsanların ulamak istedikleri yerlere normal sürelerde gidememesi; zaman, igücü, enerji ve verim kayıplarına sebep olmakta, kentlerdeki yaam konforunu da düürmektedir. Yeryüzünde mevcut olan ulaım hatlarının, youn bir yapılamanın ve altyapıların mevcudiyeti, yeraltında da tüneller açarak raylı sistem ile toplu taımacılık yapılmasını zorunlu kılmaktadır. Bu çalımada, Proje hakkında bilgi verilip, Tünel Patlatmaları, yapısal hasar riski açısından deerlendirilecektir. 2 KADIKÖY-KARTAL METROSU 2.1 Proje Hakkında Genel Bilgiler Kadıköy Kartal Raylı Toplu Taıma Sistemi Projesi naat leri Yapı Merkezi-YükselDou-Yenigün-Belen Ortak Giriimi tarafından yürütülmektedir. Proje güzergahı Kadıköy Meydanı’ndan balayıp brahimaa’dan geçip Kouyolu deresinden Acıbadem’e ulaıp, E-5/D-100 Karayolu altından veya yakınından geçip Kartal Köprüsü’ne kadar uzanmaktadır (ekil 1). Projenin tamamının yeraltından tünel olarak yapılması planlanmı olup, bunun salayacaı faydalar aaıda sıralanmıtır: E5/D100 Karayolunun taıma kapasitesinin azaltılması ve bunun ekonomiye salayacaı tasarruf,
naat ve iletme süresince çevre ile etkileimi en aza indirmek, Muhtemel yolcu artıı durumunda sistemin kapasitesinin artırılabilmesidir. Tablo 1 ve ekil 1’de görüldüü gibi 16 adet istasyon yapılarak 60 000 yolcu/saat-yön kapasiteli Metro, stanbul’un Anadolu yakasındaki ulaım sorununun çözümüne (tahmini % 80) büyük katkı salayacaktır. Tünel örtü kalınlıı 8-60 metre arasında olup, Proje “Marmaray Projesi” ile brahimaa stasyonunda kesimektedir. NATM 6200 metre, TBM 10847 metre, EPB 4643 metre olmak üzere 21690 metre hat yapılması tasarlanmıtır. Anadoluray Proje Tasarımını; IGT, YTÜ, TÜ, BÜ, Ü danımanlıında, Anadoluray Ortak Giriimi, IGT, Köker Mimarlık, Denge Mühendislik ve Pro-Yapı Mühendislik yapmaktadır. Tablo 1. Proje hakkında genel bilgiler stasyon sayısı Teorik kapasite letme sıklıı Dizideki araç Maksimum hız Ticari hız Atölye binası Depo alanı Hat açıklıı Yatay kurp ana hat Yatay kurp (depo) Maksimum dever Maksimum eim
16 60 000 yolcu/saat-yön 2,5 dakika 4-8 80 km/saat 45 km/saat 11 500 m2 90 000 m2 1435 mm Rmin:350 m Rmin: 50 m 130 mm %5
ekil 1. Kadıköy-Kartal Metro Güzergahı yerleimi ve planlanan istasyonlar (Yüksel A. Yeilçimen Ö., Arıolu E. 2006) 152
Sedimanter Kayaçlar, Paleozoyik istifi ile Triyas ve Tersiyer yalı çökellerden olumulardır. Kurtköy Formasyonu kuvars, feldispat, mika ve opak minerallerden; Aydos Formasyonu eyl, silttaı ve kuvars arenitlerden; Dolayoba Formasyonu kireçtaı ve eyllerden; Kartal Formasyonu kuvars, feldispat ve mika, Tuzla Formasyonu kireçtaı ve çamurtaı, Trakya Formasyonu kumtaı, kiltaı ve silttaından olumaktadır (Yüksel A. Yeilçimen Ö. Arıolu E., 2005). Güzergahta jeolojik ve jeoteknik deerlerin elde edilmesi için: Önceden yapılan jeolojik çalımalar, inaat çukurları, karayolu etrafındaki yamaçlar, havalandırma aftları kazıları incelenmi; 4536 metre delgi yapılarak 140 adet sondaj, 1712 adet arazi deneyi, 4228 adet laboratuvar deneyi yapılmıtır. Kayaçlar deforme olmu, çatlak sistemleri gelimitir. Yenisahra, Gülsuyu, Cevizli, Kartal Bölgelerinde daha fazla olmak üzere volkanik sokulumlara rastlanılmaktadır (ekil 2). Bütün formasyonlara ait olan bu kayaçlar geni bir dayanım aralıında deiim göstermektedir (Tablo 2).
Yeni Avusturya Tünel Açma Metodu (NATM, New Austrian Tunnelling Method): Deiken kesitli istasyon ve makas tünelleri, TBM ve EPB-TBM montajının yapılacaı tüneller, merdiven ve kaçı tünellerinin imalatları bu yöntem ile yapılmaktadır. Sert Kaya Tam Kesit Tünel Açma Makinası (TBM): Makina dı çapı 6,50 m, aynaya uygulanan itme kuvveti 15.000 kN, kesici kafadaki diskler 17” 49 adet, segmentli, elektrik gücü 3.000 KVA’dır. Yumuak Kaya Tam Kesit Tünel Açma Makinası (EPB-TBM): Makina dı çapı 6,520 mm, ilt uzunluu 8,20 metre, aynaya uygulanan itme kuvveti 40.000 kN, minimum kurb çapı 250 m. EPB-TBM, segmentli, elektrik gücü 2.500 KVA’dır. 2.2 Formasyonların Jeolojik ve Jeoteknik Özellikleri stanbul’un jeolojisi bir çok aratırmacı tarafından incelenmitir (Abdüsselamolu 1963, Baykal ve Kaya 1963, 1965, Kodamanolu 1977, Önalan 1990, Ketin 1991, Seymen 1995). Kalınlıı birkaç bin metreyi bulan stanbul grubuna ait
Kaya Kütle Sınıfı
Jeolojik Dayanım ndeksi’ne (GSI) göre
2,65 4,85 465,90 64,30 94.88 0,27 138,50
2,67 1,81 359,50 56,90 73.10 0,27 153,00 58,00 45,90
37,90 40,50 Çok Çok Orta Zayıf Zayıf Orta Orta Orta Dayanım Dayanım Dayanım Parçalan- Parçalan- Bloklumı / mı / ÖrselenZayıf Zayıf mi / yi
153
Dolayoba Form.
2,61 4,24 325,80 48,20 78.44 0,30 131,40
Kurtköy Form.
Trakya Form.
Birim
t/m3 n % bk kgf/cm2 çk kgf/cm2 Ek kgf/cm2 v c kgf/cm2 RQD % Ø (o)
Kartal Form. Zon-B
Özgül Aırlık Porozite Tek Eksenli B. Day. Çekme Dayanımı Elastisite Modülü Poisson Oranı Kohezyon (Üç Eksenli) Kaya Kalite Belirteci çsel Sürtünme Açısı Kaya Kalite Tanımı’na (RQD) göre Tek Eksenli Basınç Dayanımı’na göre
Kartal Form. Zon-A
Mühendislik Özellikleri
Formasyon Adı
Sembol
Tablo 2. Proje Güzergahı Üzerindeki Formasyonlar’ın laboratuvar deneyi ortalama sonuçları ve kaya kütle sınıfları (Yüksel A., Yeilçimen Ö., Arıolu E. 2006).
2,69 1,01 527,30 77,40 108.38 0,30 150,70 39,00 45,40
2,70 1,82 452,0 63,80 181.18 0,30 173,10 72,00 46,20
Zayıf
yi
DayaOrta nımlı Dayanım BlokluBlokluÖrselen Örselenmi mi /Orta /yi
154
ekil 2. Kadıköy-Kartal Metrosu jeolojik profili (Yüksel ve Ark., 2005, Yüksel A. Yeilçimen Ö. Arıolu E. 2006)
2.3 NATM ile Tünel malatı 1957-1965 yılları arasında gelitirilip, 1963 yılında ilk kez Rabcewicz tarafından ana hatları ile yayınlanmıtır. Bu yöntemin esasları: Yuvarlak, dairesel veya oval olarak, hesaplanan deformasyona müsade edilerek, deplasman ve deformasyonlar gelimi ölçme sistemleri ile ölçülerek açılacak tünelde, zeminin taıyıcı özelliini bozmayacak ekilde tutmak için drenaj önlemleri alınarak, uygun zamanda tahkimat yapılması, zeminin kilitlenmesini tekil edecek halka eklindeki beton kabuun oluturulmasıdır (Murat H. 2004, Çilingir M. N.,Vardar M., Ergun U., Talıca A.H. 1983 ). Hidrolik kırıcıların kayayı verimli olarak kazabildikleri tünellerde kırıcılar ile, kırıcı ve roadheaderlerin kazı kapasitelerinin yetersiz kaldıı daha sert formasyonlarda ise delme-patlatma yöntemi ile kazı yapılmaktadır. 3 KONTROLLU TÜNEL PATLATMALARI 3.1 Patlatma Yöntemi ve Delik çapları Kazılacak aynada önceden belirlenen düzene göre delik yerleri iaretlendikten sonra, patlatma delikleri jumbo delici ile delinmektedir. Patlatma yöntemi olarak Orta Çekme (Wedge Cut) ve Paralel Çekme (Parallel Cut, Burn Cut) yöntemleri uygulanmaktadır. Paralel çekmedeki bo delikler Ø=89 mm, dier patlatma delikleri Ø=41 mm çapında delinmektedir.
mm Powergel Magnum 365 ve Trimex (Orica Nitro, 2006) kullanılmaktadır. Kapsül olarak; Elektriksiz kapsül sistemi olan Exel MS ve Exel LP kapsüller kullanılmaktadır. Bu kapsüllerin tercih edilme sebepleri aaıda sıralanmıtır: 1. Kaza riski açısından emniyetlidir, 2. Birim zamanda patlayan patlayıcı madde miktarı azaltılmaktadır (Bu kapsüller ile, 47 farklı gecikme aralıı verilmektedir). 3. Zaman ve para tasarrufu yapılmaktadır. 3.3 Ateleme Exel kapsüllerin nfilaklı fitillerle (5 gr/mt PETN) balantıları klipsler ile yapılmaktadır. Daha sonra infilaklı fitilin uçları sıfır numara elektrikli kapsüle, kapsül de kablo hattı ile manyetoya balantısı yapılır. Manyetonun verdii elektrik elektrikli kapsülü, kapsül fitili, fitil exel kapsülleri, kapsül de patlayıcı maddeyi atelemektedir. 3.4 Patlatma Ölçümlerinin Yapılması Patlatmalardan oluan; titreim jeofon ile, hava oku ise mikrofon ile elektrik sinyalleri eklinde Instantel Mini Mate Plus Model cihaza (>0,5 mm/sn titreim hızını ölçecek hassasiyette), (Kahriman. A., 2006) kablo ile gönderilip, kaydedilmektedir (ekil 3). Titreim ve hava oku ölçüm cihazı Jeofon Mikrofon Hava oku Mesafe (R)
3.2 Kullanılan Patlayıcı Maddeler Çatlaklı ve düük dayanıma sahip kayalarda patlatma yapıldıı için, etkili itme enerjisi bulunan patlayıcı maddeler (Esen ve Bilgin, 1998; Tosun,1993; Hagan ve Duval, 1993; Bilgin, Esen, Kılıç, Erkoç, Alda ve pek, 2000, Alan E. 2001) seçilmitir. Patlayıcı madde olarak; Orta çekme, tarama ve taban deliklerinde Ø=34 mm, kenar ve kemer deliklerinde ise Ø=27
Altyapılar Yer Sarsıntısı
Tünel
Perde
T.P. Tünel Patlatması
ekil 3. Yersarsıntısı ve Hava oku ölçme yönteminin ematik gösterimi 155
Atım noktası ile ölçme istasyonu arasındaki mesafe toporafik aletlerle belirlenmektedir. Ölçekli Mesafe (SD) hesabında aaıdaki eitlik (Dowding, 1985; Kahriman A., vd. 1988, Hoek E., Bray J.W., 1999, Olofsson O.S. Gustafsson T. 2002) kullanılmıtır:
tercih edilmektedir. Proje kapsamında, yapılan 248 adet patlatmadan 508 adet ölçüm yapılarak istatiksel yöntemler ile hesaplanan ortalama deerler (Tablo 3) aaıda verilmitir. letmedeki patlatma verimi = % 88,40’dır. Maksimum Parçacık Hızı (PPV) açısından ölçülen deer ile hesaplanan deerler arasındaki maksimum hata %17,29 (Tablo 4) ile Acıbadem’de olmutur. Bunun sebebi bu bölgenin aırı derecede kırıklı ve ezik, süreksiz olan TuzlaBaltalimanı Formasyonu (ekil 2) içerisinde olan ve genellikle diyabaz ve kireçtaında, patar eklinde yapılan patlatmalardan kaynaklanmaktadır.
SD=R/Wd0,5 R : Atım yeri ile ölçüm istasyonu arasındaki uzaklık (m) Wd : Birim zamanda patlayan maksimum patlayıcı madde miktarı (kg) Genellikle maksimum sarsıntı patlatma noktasına yakın yerlerde hissedilecei için, atım noktalarına yakın yapıların yanları, ölçüm istasyonu olarak bilinçli bir ekilde
Tablo 3. Yersarsıntısı ve Hava oku ölçüm sonuçları Özgül arj Maksimum Patlatma Frekans Genlik Parametreleri P. Hızı Patlayıcı Kapsül f A PPV Wö K Sembol 3 3 Birim (mm/s) Hz mm kg/m adet/m
Mesafe
Hava oku
R m
dB
Örtü Ölçekli Gecikme Mesafe Baına arj Kalınlıı SD H W 1/2
m/kg
kg
m
Kadıköy
3,38
2,13
0,61
81,14
0,048
82,31
118,75
64,47
1,63
33,98
brahimaa
5,11
3,38
0,73
59,48
0,123
88,11
120,53
71,70
1,51
25,82
Acıbadem
5,7
2,08
0,68
66,06
0,095
74,92
123,61
41,49
3,26
27,66
Ünalan
4,44
1,00
0,89
47
0,072
69,97
121,90
44,70
2,45
39,21
Yenisahra
11,4
1,01
0,42
65,22
0,190
57,08
116,28
37,23
2,35
28,44
Kozyataı
5,91
1,41
0,28
71,21
0,098
183,91
126,10 105,47
3,04
34,74
Bostancı
4,62
1,01
0,96
77,28
0,077
105,55
124,41
62,85
2,82
28,66
Küçükyalı
3,62
1,48
0,49
64,64
0,068
103,69
120,50
64,42
2,59
18,90
3.5 Patlatmaların Normlara Göre Deerlendirilmesi ve PPV-SD likisi Yüksek hassasiyetli cihazlar ile PPV, frekans, hava oku ve genlik ölçülerek makina hafızasına kaydedilmektedir. Bu veriler bilgisayarlara aktarılıp, uluslararası normlar (USBM ve DIN 4150) (ekil 4,5,7,8,10,11,13,14,16,17,19,20,22,23,25,26) ile kıyaslanarak patlatma deerlendirmeleri yapılmakta, elde edilen sonuçlara göre yapılacak patlatmalarda deikenlere (özgül arj, delik boyu vd.) müdahale edilmektedir. 156
Patlatmalardan ölçülerek elde edilen veriler her ay sonu stanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Maden Mühendislii Bölümü’ne sunulmakta ve raporlanmaktadır. PPV deerlerinin (enine, boyuna, dikine) maksimum olanı ile aaıdaki grafikler çizilerek, istasyonlardaki formasyonların korelasyon katsayıları (Tablo 4, ekil 6,9,12,15,18,21,24,27) hesaplanmıtır.
10,0
2 inç/sn 1,0
0,75 inç/sn
PPV (inch / sn)
PPV (inch / sn)
10,0
> 40 Hz
<40 Hz
0, 5 inç/sn alçı
0,1
2 inç/sn
0, 5 inç/sn alçı <40 Hz 0,1
1
10
100
1
10
Frekans (Hz)
ekil 7. S 02 brahimaa USBM Normu
60
60
Betonarme veya çelik bina
50
40
30
Yıma tula
20
Kerpiç bina
10
Betonarme veya çelik bina
50
P P V (m m /s n )
P P V (m m /s n )
100
Frekans (Hz)
ekil 4. S 1A Kadıköy USBM Normu
40
30
Yıma tula
20
Kerpiç bina
10
0
0 0
20
40
60
80
100
0
20
40
Frekans (Hz)
8
M a k s im u m P a rç a c ık H ız ı (P P V , m m / s )
-0,9457
PPV = 208,93(SD) r = - 0,799
14 12
5
10
4 3 2 1 0 0,00
100
16
-1,4754
6
80
ekil 8.S 02 brahimaa DIN 4150 Normu
PPV = 1231,1(SD) r = - 0,854
7
60
Frekans (Hz)
ekil 5. S 1A Kadıköy DIN 4150 Normu
M a k s im u m P a rç a c ık H ız ı (P P V , m m / s )
> 40 Hz
0,75 inç/sn
1,0
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
Ölçekli Mesafe (SD, m/kg)
8 6 4 2 0 0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
Ölçekli Mesafe (SD, m/kg)
ekil 6. S 1A Kadıköy PPV-SD likisi
ekil 9. S 02 brahimaa PPV-SD likisi 157
10,0
10,0
> 40 Hz
0,75 inç/sn
1,0
PPV (inch / sn)
PPV (inch / sn)
2 inç/sn
<40 Hz
0, 5 inç/sn alçı
0,1
2 inç/sn 0,75 inç/sn
1,0
0, 5 inç/sn alçı
0,1
1
10
100
1
10
Frekans (Hz)
ekil 13. S 6A Ünalan USBM Normu
60
60
Betonarme veya çelik bina
40
30
Yıma tula
20
Kerpiç bina
10
Betonarme veya çelik bina
50
P P V (m m /s n )
50
P P V (m m /s n )
100
Frekans (Hz)
ekil 10. S 04 Acıbadem USBM Normu
40
30
Yıma tula
20
Kerpiç bina
10
0
0 0
20
40
60
80
100
0
20
40
Frekans (Hz)
M a k s im u m P a rç a c ık H ız ı (P P V , m m / s )
-1,5461
PPV = 1544,7(SD) r = - 0,634
20 15 10 5 0 0,00
20,00
40,00
60,00
80
100
ekil 14. S 6A Ünalan DIN 4150 Normu
30 25
60
Frekans (Hz)
ekil 11. 04 Acıbadem DIN 4150 Normu
M a k s im u m P a rç a c ık H ız ı (P P V , m m / s )
> 40 Hz <40 Hz
80,00
50,00 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00
Tek patlatma yapıldıı için regresyon yoktur.
0
100,00
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Ölçekli Mesafe (SD, m/kg)
Ölçekli Mesafe (SD, m/kg)
ekil 15. S 6A Ünalan PPV-SD likisi
ekil 12. S 04 Acıbadem PPV-SD likisi 158
1,2
10,0
2 inç/sn 1,0
2 inç/sn
PPV (inch / sn)
PPV (inch / sn)
10,0
0,75 inç/sn 0, 5 inç/sn alçı
1,0
0, 5 inç/sn alçı <40 Hz
<40 Hz > 40 Hz 0,1
0,1
1
10
100
1
10
Frekans (Hz)
100
Frekans (Hz)
ekil 19.S9 AB Kozyataı USBM Normu
ekil 16. S 08 Yenisahra USBM Normu
60
60
Betonarme veya çelik bina
40
30
Yıma tula
20
Kerpiç bina
10
Betonarme veya çelik bina
50
P P V (m m /s n )
50
P P V (m m /s n )
> 40 Hz
0,75 inç/sn
40
30
20
Yıma tula
10
Kerpiç bina
0
0 0
20
40
60
80
0
100
20
M a k s im u m P a rç a c ık H ız ı (P P V , m m / s )
25,00
-1,9133
M a k s im u m P a rç a c ık H ız ı (P P V , m m / s )
60
80
100
ekil 20. S9 AB Kozyataı DIN 4150 Normu
ekil 17. S08 Yenisahra DIN 4150 Normu
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0,00
40
Frekans (Hz)
Frekans (Hz)
PPV = 5584(SD) r = - 0,859
PPV = 207,77(SD)-1,0135 r = - 0,726
20,00 15,00 10,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
5,00 0,00 0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
Ölçekli Mesafe (SD, m/kg)
Ölçekli Mesafe (SD, m/kg)
ekil 18. S08 Yenisahra PPV-SD likisi
ekil 21. S9AB Kozyataı PPV-SD likisi 159
10,0
10,0
0,75 inç/sn
1,0
PPV (inch / sn)
PPV (inch / sn)
2 inç/sn > 40 Hz
0, 5 inç/sn alçı
2 inç/sn > 40 Hz
0,75 inç/sn
1,0
0, 5 inç/sn alçı
<40 Hz
<40 Hz
0,1
1
10
0,1
100
1
Frekans (Hz)
10
100
Frekans (Hz)
ekil 25. S 12 Küçükyalı USBM Normu
ekil 22. S 10 Bostancı USBM Normu
60
Betonarme veya çelik bina
60
Betonarme veya çelik bina
50
PPV (mm/sn)
PPV (mm/sn)
50
40
30
Yıma tula
20
Kerpiç bina
10
40
30
Yıma tula
20
Kerpiç bina
10
0 0
20
40
60
80
0
100
0
Frekans (Hz)
M ak sim u m P arça cık H ız ı (P P V , m m / s )
Maksimum Parçacık Hızı (PPV, mm/s)
16,00
-1,0392
PPV = 334,52(SD) r = - 0,635
4 3 2 1 0 20,00
40,00
60
80
100
ekil 26. S 12 Küçükyalı DIN 4150 Normu
6
0,00
40
Frekans (Hz)
ekil 23. S 10 Bostancı DIN 4150 N0rmu
5
20
60,00
80,00
14,00 12,00
-1,4008
PPV = 766,61(SD) r = - 0,798
10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,00
20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 Ölçekli Mesafe (SD, m/kg)
Ölçekli Mesafe (SD, m/kg)
ekil 24. S 10 Bostancı PPV-SD likisi
ekil 27. S 12 Küçükyalı PPV-SD likisi 160
Tablo 4.Kontrollü tünel patlatmalarının toplu statistiksel Deerlendirme sonuçları antiye
Form asyon
Kayaç
Adı
Adı
Adı
Trakya
Diyabaz
3,23
Form asyonu
Diyabaz
4,73
-8,11
Tuzla-Baltalim anı F. Diy.-Kçt.
4,87
-17,29
Kadıköy brahim aa Acıbadem Ünalan
Maks im um Parçacık Hızı Hes aplanan
* Hata
m m /s
%
Kartal Form .
Kireçtaı
4,44
Yenis ahra
Zon-A
Kireçtaı
10,63
Kozyataı
Kartal Form .
Kireçtaı
Bostancı
Zon-B
Kireçtaı
Küçükyalı
Kurtköy Form .
Arkoz
Ölçüm
Arazi letim
Jeolojik
Kor.
Sayıs ı
Katsayıs ı
Sabit
Deeri
adet -4,35
14
k
r
1231,10
1,4754
0,854
23
208,93
0,9457
0,799
170
1544,70
1,5461
0,634
-
1
-
-
-
-7,24
87
5584,00
1,9133
0,859
5,23
-12,87
64
207,77
1,0135
0,726
4,58
-0,73
7
334,52
1,0382
0,635
3,25
-11,19
127
766,61
1,4008
0,798
(*) Hata miktarı = (PPVÖ-PPVH) x 100/PPVH formülü ile hesaplanmıtır.
PPV k SD
=kx(SD)- (mm/s) : Arazi iletim katsayısı : Ölçekli mesafe : Özel jeolojik sabit
Ünalan stasyonu’nda bir ölçüm alındıı için regresyon yoktur. Acıbadem’de diyabaz ve kireçtaında, genellikle patar eklindeki patlatmalar ve formasyonun etkisi, Kozyataı ve Küçükyalı’da deiken kesitli tünellerdeki, Bostancı’da az sayıdaki patlatmalar korelasyon katsayılarının düük çıkmasına sebep olmutur. Tablo 3 ve Tablo 4 incelendiinde balıca u deerlendirmeleri yapmak mümkündür: Ölçülen PPV (Eik hasar: 2 inç/sn, USBM, Siskind, 1980, 50 mm/s DIN 4150) ve hava oku (Limit deer, 140 desibel, USBM, DIN 4150, T.C: Çevre Kanunu Gürültü Kontrol Yönetmelii, 11. madde 1986; Gürültü Yönetmelii, madde 5, 2003) deerleri “Limit Deer”in altındadır. Frekansı 3-36 Hz olan patlatmalardan hasar beklenilmemektedir (Langefors, Crandel, Duval, Fogelson, Yaanolu A. Girit M. 1999). Yüksek frekanslı (>40 Hz) patlatmalar yapılarak (% 90,13) yapılara zarar verme riski azaltıldı, (Siskind, 1980). Yapıların öz frekansları 5-10 Hz (Evergen T. Kahriman A. 1998, Bilgin.H., 2000) olduu için, yapıların rezonansa girmesi mümkün deildir. Ölçülen maksimum ortalama deplasman 0,19 mm.dir. Limit deplasman: Anıtlar için 0,1 mm, normal salam bina için 0,4 mm, mühendislik yapıları 0,76 mm. (Dr. Morris G.)Yapılarda eikhasar sözkonusu deildir.
4.DALGALARIN SÖNÜMLENMES VEYA SÜPERPOZE OLMASI Yenisahra stasyonu’nda Kartal Formasyonu Zon-A içerisinde, kireçtaında aaıdaki parametrelerle deneme patlatmaları yapıldı: Delik boyu (L) = 1,50 m. Delik çapı (Ø) = 41 mm Özgül arj (W) = 1 kg/delik Patlayıcı Madde=PowergelMagnum 365 Kapsül (NONEL)= Exel MS Mesafe (R) = <67.25 m. PPV = 4,0756xSD-0,2356 Korelasyon (r) = 0,993 Sıkılama boyu = 0,40 m Tablo 5. Deneme patlatmalarından elde edilen PPV-Frekans ve Genlik deerleri Mak.Par. Hızı PPV mm/s Frekans f Hz Genlik A mm
Maksimum Parçacık Hızı’nı (PPV) hesap ederken aaıdaki eitlik kullanılmıtır:
Tek delik patlayınca (gecikme yok) 25 ms gecikme ile patlatma 75 ms gecikme ile patlatma
1,52
107
0,0236
1,65
59
0,0161
1,52
107
0,0324
Kapsüllerde gecikme aralıı 25 ms. iken, dalgaların birbirleri ile giriim (Langefors U. 1973) yapıp genliin %31,78 sönümlendii (ekil 28,29), gecikme aralıı 75 ms. iken genliin % 37.3 (ekil 28,30), (sönümlenmi genlie göre % 101,24) süperpoze olduu (ekil 29,30, Tablo 5) tespit edilmitir. 161
162
ekil 28. Tek delik patladıında elde edilen dalgalar ve deerleri (Gecikmesiz)
ekil 29. Kapsül gecikme aralıı 25ms olduunda elde edilen dalgalar ve deerleri
ekil 30. Kapsül gecikme aralıı 75ms olduunda elde edilen dalgalar ve deerleri
Makalede belirtilen görü ve sayısal deerlendirmeler yazarlarına aittir. Herhangi kurum veya kuruluu balamaz.
5. SONUÇLAR VE ÖNERLER Metro inaatlarında yapılan kontrollü patlatmalar yüksek maliyetli ve kurumlar arası ibirliini gerektiren çalımalardır. Kent içinde patlatmalar yapılmadan önce, güzergah üzerindeki üst ve alt yapılarda tespitler yapılarak raporlandırılmalı, ilgili birimlere sunulmalıdır. Risk Analizi yapılmalı, çalıanlara eitim verilmeli, çevre sakinleri bilgilendirilmelidir. Bütün patlatmaların ölçümleri yapılarak ilgili yasalara ve/veya normlara göre deerlendirilmeli, baımsız kurulular tarafından raporlanarak onaylanmalıdır. Bu raporlar: haklı veya haksız sebepler ile meydana gelebilecek sözlü-yazılı ikâyet veya hukuksal davalarda kanıt; benzer özellikleri taıyan formasyonlarda ve/veya kayaçlarda yapılacak patlatmalarda ön tasarım yapmak için veri olacaktır. Dalgaların sönümlendirilerek genliinin düürülmesi; düük PPV-yüksek frekans elde edebilecek kapsül kullanıp gecikme baına özgül arjın maksimum düzeyde tutulması; sıkılama yaparak verimin artırılması, toz ve gaz konsantrasyon oranlarının azaltılması; tünel giriine perde çekilerek hava okunun (Gündüz T., 1994) limit deer (140 dB) altında tutulması; emniyetli-verimli-ekonomik prensipleri ile, 1,49 kg/m3 ortalama patlayıcı madde kullanarak, % 88,40 verim ile ehir içinde kontrollu tünel patlatmaları yapılmı, hiçbir yapıya zarar verilmemitir. TEEKKÜR Yazarlar, bu makalenin hazırlanmasında gösterdikleri akademik destekleri için Anadoluray Ortak Giriimi Proje Müdürü n Müh. Sayın Ramih MUTU’ya, Yapım leri Müdürü n. Yük. Müh. Sayın Erturul DNÇEL’e, Jeoteknik Grup efi Maden Yük. Müh. Sayın Ali YÜKSEL’e, Tünel efi Jeoloji Müh. Sayın Timuçin ÖZBAYIR’a ve Sayın Aylin GÜVENDKSOY’a, projemizin dier çalıanlarına ve eitimimizde büyük emei geçen stanbul Üniversitesi, Maden Mühendislii Bölüm Bakanı Sayın Prof. Dr. Ali KAHRMAN’a teekkürü bir görev bilirler.
KAYNAKLAR Alan E. 2001, Kontrollu Tünel Patlatmaları, stanbul (Yayınlanmamı, Bitirme tezi) Alda G.U. 1998, Patlatma Kaynaklı Yer Sarsıntıları ile lgili Literatür Aratırması, Ankara Bilgin H.A. Esen S. Kılıç M. 2000, Yeniköy Linyit letmesi’nde patlatma kaynaklı yer sarsıntılarının incelenmesi, 4.Delme ve Patlatma Semp. Ankara Çilingir. M. N., Yeni Avusturya Tünel Açma Metodu, stanbul Dowding C. H., 1985, Blast Vibration Monitoring and Control Ergun U. 1983, Zayıf Formasyonlarda Açılan Tüneller ve Yeni Avusturya Yöntemi, Tünelcilik Semineri Erkoç Ö. Y. 1990, Kaya Patlatma Teknii, stanbul Erkoç Ö. Y. 1996, Patlatma le Çevreye Verilen Sarsıntıda Frekansın Önemi ve Deerlendirilmesi Evergen T. Kahriman A. Yaanolu A. Girit A. 1999, Delik Delme, Patlayıcı Maddeler ve Kullanımı, stanbul Gündüz T. 1994, Çevre Sorunları, Ankara Hoek E. Bray J.W. 1999, Kaya ev Stabilitesi Kahriman A. pekolu B. Tuncer G. Kesimal A. Karadoan A.K. Görgün S. Alan E. 1998, TuzlaDragos Tünelleri Projesi L1-K aftları Arasındaki Tünel Kazısında Patlatmadan Kaynaklanan Titreim Ölçüm Sonuçları ve Deerlendirilmesi st Murat H. 2004, Yeni Avusturya Tünel Açma Metodunun Selatin ve Karıyaka Tünellerinde Uygulanması, zmir Orica Nitro, 2006, Kaya Patlatma Teknii, Ankara Olofsson O.S. Gustafsson T. Ek G. 2002, Blaster’s Manuel, Rıyadh Tamrock, 1988, Surface Drıllıng And Blastıng, Fin. Talıca A. H., 1983, Yeni Avusturya Tünel Açma Yöntemi, Ankara Vardar M.,1996, Yeraltı Kaya Yapıları Mekaniinde Yeni Avusturya Tünel Açma Yönteminin Ana lkeleri Yeilçimen Ö. Yüksel A. Balıklı P. Bayraklı Y. Sözak N.N. Gülle G.Yücel H. Özaydın K. 20052006, Tünel Yapıları Geoteknik Raporu, stanbul. Yüksel A. Yeilçimen Ö. Sözak N.N. Gülle G. 2005, Kadıköy-Kartal Raylı Toplu Taıma Sistemi Mühendislik Jeolojisi Raporu, stanbul Yüksel A. Yeilçimen A. Arıolu E. 2006, KadıköyKartal raylı toplu taıma sistemi projesinde jeolojik ve jeoteknik aratırma çalımaları, VIII. Bölgesel Kaya Mekanii Sempozyumu, stanbul
163
164
Uúak Kúlada÷ Altn Madeninde Üretim Patlatmasndan Kaynaklanan Yer Titreúimlerinin Analizi Investigation of Ground Vibrations Induced By Production Blasting At Uúak Kúlada÷ Gold Mine Bezmi Barú Çakmak, Hasan Aydn Bilgin
Orta Do÷u Teknik Üniversitesi, Maden Mühendisli÷i Bölümü, Ankara
ÖZET Patlatmadan kaynaklanan yer titreúimleri yer katmanlarnda ilerleyen akustik dalgalardr. Bir açk iúletmede veya çevresinde patlatmadan kaynaklanan titreúim büyüklü÷ü ve frekans bir zaman aral÷nda patlayan maksimum patlayc miktar ve patlatma yeri ile ölçüm yeri arasndaki fiziksel mesafe gibi pek çok unsura ba÷l olarak de÷iúebilir. Bu çalúmada Uúak Kúlada÷ Altn madeninde üretim patlatmas uygulamasndan kaynaklanan yer titreúiminin ölçülmesi, kaydedilmesi ve komúu yerleúim alanlarndaki yer titreúimi durumunun incelenmesi ve de÷erlendirilmesi amaçlanmútr. Bu araútrmada patlayc miktar, ölçüm istasyonlarna veya yerleúim alanlarna olan uzaklk gibi parametreler kaydedilmiú, incelenmiú ve sismik dalgalarn frekans ile birlikte de÷erlendirilmiútir. Belirlenen yer titreúimi hzlar Türk Yönetmeli÷i’nde, ABD Federal Tüzü÷ü’nde ve DIN 4150 standardnda izin verilen snr de÷erler ile karúlaútrlmú ve güvenli bulunmuútur. ABSTRACT Ground vibrations from blasting are acoustic waves that propagate through the earth. Vibration amplitude and frequency of a ground vibration induced from blasting may vary significantly at or around an open pit mine depending on several parameters such as the maximum amount of explosive detonating at a time interval and the physical distance between the shot and the location of concern. The aim of this study is to monitor and record the ground vibration and to investigate and assess the vibration conditions at neighbouring districts that will be induced from production blasting operations at Uúak Kúlada÷ Gold Mine. In this study, several parameters such as the amount of charge, the physical distance to the location of monitoring device or residential structures were recorded, analyzed and evaluated together with the frequencies of the seismic waves. The monitored ground vibration velocities were compared with the allowable limits given in Turkish Regulation, US Federal Regulation and DIN 4150 standard and found to be safe.
1 GøRøù Yaplan patlatmadan iyi bir sonuç almak için belirli miktarda enerjiye ihtiyaç vardr. Patlayc maddeler kullanlarak elde edilen bu enerjinin tamam kaya üzerinde yararl iú görmemekte sadece % 20 kadar 165
patlatmadan verimli bir sonuç almak için kullanlabilmektedir (Berta, 1990). Toplam enerji dengesi hesaplamalar sonucunda Berta (1990), patlatma sonras aç÷a çkan enerjinin % 40 kadarnn yer titreúimlerini oluúturdu÷unu belirtmiútir. Bu nedenle patlatmann sadece verimli olmas de÷il,
çevresel etkileri açsndan da emniyetli olmas gerekmektedir. Patlatma srasnda oluúacak yer titreúimlerinin çevre yerleúim birimlerine en az düzeyde ulaúmas için patlatma tasarm, kullanlan gecikme aral÷, patlatma kayna÷na olan mesafe ve kullanlan en fazla patlayc madde miktar gibi faktörler dikkate alnarak kontrollü atmlarn yaplmas sa÷lanmaldr. Patlatma ile oluúan titreúim (sismik) dalgalar taúdklar enerji düzeyine ba÷l olarak hasara neden olabilmektedirler. Titreúimlerin enerji düzeyleri úu parametrelerle ölçülmeye çalúlmaktadr; zemin yer de÷iútirmesi (mm), titreúim hz (mm/s), titreúim ivmesi (mm/s2) ve dalga frekans (Hz). Türk Yönetmeli÷i uyarnca bu çalúmada titreúim hz ve sismik dalga frekans dikkate alnmútr. Binalara verilmesi olas hasarda, titreúimlerin taúd÷ enerji düzeyinin yansra binalarn yapm tekni÷i, boyutlar ve üzerine oturduklar zemin özellikleri de etkin olmaktadr (Siskind vd., 1980). Sismograflar ölçüm yaplacak yerlere yerleútirilip patlatma yaplan bölgeye yönlendirilerek kaytlar alndktan sonra yanal, düúey, boyuna bileúenler ve en yüksek vektörel bileúke için, en yüksek parçack (titreúim) hz ve ölçekli mesafe iliúkilerinin belirlenmesi gerekir. Bu iliúki aúa÷daki eúitlik ile gösterilebilir (Dowding, 1985): PPV
§ R · k ¨¨ 1 / 2 ¸¸ ©Q ¹
E
(1)
Yukardaki eúitlikte; PPV ölçülen en yüksek parçack (titreúim) hz (mm/s), R ölçüm noktasnn patlatma yerinden olan uzakl÷ (m), Q her gecikmede (bir anda) infilak eden patlayc madde miktar (kg), k ve E sismik dalgann zeminde iletim ve sönümlenmesi ile ilgili katsaylardr. Bu eúitlik ço÷u araútrmac tarafndan %50 güvenirlikte kullanlmútr. Günümüze kadar geliútirilen en pratik ve güvenilir yöntem ham verilerle bulunan bu eúitli÷i %95 güvenilirlikte belirlemektir. %95 güvenilirlik, gerçekleúmesi olas sarsnt de÷erinin 166
ölçümlerden çkarlan formülle hesaplanan de÷erden %95 olaslkla küçük olmas anlamna gelir. Bu yaklaúm sismografla birlikte verilen baz yazlmlar sa÷layabilir ya da Dowding (1985)’in hesaplama yöntemiyle kullanc kendisi hesaplayabilir (Bilgin vd., 2000). Bu çalúmada % 95 güvenirlik formülü kullanlmútr. Bu çalúmann amac, Uúak Kúlada÷ Altn Madeni tarafndan yaplmakta olan patlatmalardan kaynaklanan yer titreúimlerinin, çevresel etkilerini tespit etme, bu amaçla patlatmalar srasnda yer titreúimi ölçümleri yapma ve kaydetme, ölçüm sonuçlarn kullanarak durum tespiti yapma, risk bulunup bulunmad÷n belirlemektir. 2 ÇALIùMA SAHASI Çalúma, TÜPRAG Metal Madencilik Sanayi ve Ticaret Ltd. ùti. Uúak Kúlada÷ Altn Madeni açk oca÷nda yaplmú ve yer bulduru haritas ùekil 1’de verilmiútir. Uúak Kúlada÷ Altn Madeni açk oca÷, Türkiye’nin batisinda Uúak ilinin Ulubey ve ønay ilçelerinin kuzeybatsnda, Ulubey ilçesinin Gümüúkol ve Sö÷ütlü köyleri ile Eúme ilçesinin Katranclar Mahallesi bitiúi÷indedir. Kúlada÷ Altn Madeni açk oca÷ çevresinde bulunan Gümüúkol Köyü, bu köyün Micanlar (Özcanlar) Mahallesi, ayrca Karapnar ve Katranclar Mahalleleri ùekil 2’deki haritada gösterilmiútir. Kúlada÷ Altn Madeni açk oca÷nn güneyinde Gümüúkol Köyü ile açk ocak arasnda Gökgöz Tepe, güneydo÷usunda Arap Tepe, batsnda Karapnar Mahallesi ile açk ocak arasnda Tnas Tepe, kuzeybatsnda Küçükçömlek Tepe ve kuzeyinde ise Katranclar Mahallesi ile açk ocak arasnda Kocaçömlek Tepe yeralmaktadr. Açk oca÷n nihai snr úekilde kaln, yer yer zigzag biçimli kapal çizgi ile belirtilmiútir. Ocakta yaplan üretim patlatmalar koyu gri renkli yldz, önkesme patlatmalar ise açk gri renkli daire sembolleri ile gösterilmiútir. Gümüúkol köyü,
Katranclar mahallesi ve Karapnar mahallesi do÷rultularnda kurulan ölçüm istasyonlar bir hat boyunca dizilmiú açk gri renkli kare sembolleri ile belirtilmiútir. Ölçüm istasyonlarna verilen kod isimleri ise açk gri renkli kare sembollerinin yannda yaz ile belirtilmiútir. Yerleúim birimlerindeki yaplar ise toplu halde sunulan küçük koyu gri renkli kareler úeklinde görülmektedir.
uzaklaútkça Beyda÷ Volkanik østifine ait kayaçlar ksmen ayn yaútaki klastik sedimenter kayaçlara ve Ulubey ve Ahmetler Formasyonlarna ait gölsel kireç taúlarna geçmektedirler. Maden sahasnda ve yakn çevresinde bulunan Gümüúkol Köyü, Micanlar Mahallesi, Katranclar ve Karapnar Mahallelerinde Beyda÷ Volkanik østifine ait kayaçlar yüzeylenmektedir. Kayaçlarn yüzeylendi÷i yerler hariç, hemen her yerde en az 0.2-0.4 metre kalnl÷nda açk kahve renkte toprak bulunmaktadr. Toprak derinli÷i yer yer 1.5-2.0 metre derinli÷e ulaúmakta, toprak derinli÷i tarm yaplan alanlarda nadiren daha fazla olabilmektedir (Lewis Geoscience Services Inc., 2002). 3 YÖNTEM
ùekil 1. Uúak Kúlada÷ Altn Madeni yer bulduru haritas 2.1 Jeoloji Kúlada÷ Altn Madeni intrüzif, ekstrüzif ve Menderes Metamorfik Kompleksinin ÜstKretaze yaúl bölgesel temel úistleri ve gnayslar içerisine gömülü veya bu birimleri üzerleyen, erozyona u÷ramú Eosen stratovolkann volkaniklastik kayaçlar içerisinde oluúmuútur (Orhan, 2004). Kúlada÷’daki volkanik kayaçlar ve sokulum kayaçlar maden sahas snrlarnn dúna kadar yaylr ve Beyda÷ Volkanik østifine uzanrlar. Volkanik merkezlerden 167
Kúlada÷ Altn Madeni bir merkezi sokulum çevresinde birçok sokulumdan oluúan tipik bir porfiri altn yata÷dr. Sokulumlar arasnda ve üzerinde yan kayaçlar da bulunmaktadr. Gerek cevher gerekse yan taú sert kayalardan oluútu÷undan patlatma gerektirmektedir. Hem cevher hem de yan taú basamak patlatmas yöntemi ile parçalanp gevúetildikten sonra ekskavatör-kamyon yöntemi ile çkartlmaktadr. Ocak henüz baúlangç safhasnda bulunmakta ve yeni basamaklar oluúturulmaktadr. Eski ve yeni basamaklarda üretim için basamak patlatmas yaplmaktadr. Ocakta yerinde yaplan incelemeler sonucunda halen uygulanmakta olan basamak patlatmas parametreleri ölçüm ve gözlemlerle belirlenmiútir. Ocak henüz baúlangç aúamasnda oldu÷undan, do÷al e÷imli yamaçta yeni basamak oluúturmak için bir patlatma grubunun ön srasndaki delikler ksa delinmekte, arka sralara gidildikçe delik derinli÷i artrlmaktadr. Ön sradaki delikler genellikle 3,5 m derinliktedir. Basamak yüksekli÷i 10 m olarak saptanmú oldu÷undan en gerideki delik derinli÷i ortalama 11 m olmaktadr.
ùekil 2. Kúlada÷ Açk Oca÷ nihai snr, yakn yerleúim birimleri ve ölçüm güzergahlar Üretim patlatmas deliklerinin çaplar matkap çapna ba÷l olarak 152 mm (6 inç), 158 mm (6 ¼ inç) veya 165 mm (6 ½ inç) olarak uygulanmaktadr. Kullanlan ana patlayc madde ANFO’dur. Satn alnan ANFO’nun yo÷unlu÷unun 0,72 ile 0,80 gr/cm3 arasnda de÷iúti÷i saptanmútr. Bu nedenle delik çap ve ANFO yo÷unlu÷una ba÷l olarak; deli÷in bir metresine, en az 13 Kg, en çok 18 Kg patlayc madde yerleútirilebilmektedir. ølk sradaki deliklerin aynadan uzakl÷ (dilim kalnl÷) 4,5 ile 5,5 metre arasnda de÷iúmektedir. Ayn sradaki delikler aras mesafenin 5 metre ile 6 metre
arasnda de÷iúmekte oldu÷u belirlenmiútir. Buna göre ortalama olarak 5 m x 5,5 m delik düzeni uyguland÷n söylemek mümkündür. Derinli÷i 3,5 m civarnda olan ksa deliklere 13-20 kg arasnda patlayc yerleútirildi÷i saptanmútr. Ortalama derinli÷i 11 m olan basamak deliklerinde delik baúna en az 80 kg, en çok 95 kg ANFO kullanlmaktadr. Bu deliklere nadiren 100 kg, en çok 110 kg patlayc yerleútirildi÷i patlatma kaytlarnn incelenmesinden anlaúlmútr. Bir kez Üniversite araútrma ekibinin iste÷i üzerine bir deli÷e 122 kg patlayc yerleútirilmiútir.
168
Yemleme için her delikte 0,74 kg veya 1 kg a÷rlkta bir adet kapsüle duyarl emülsiyon dinamit kartuúu kullanlmaktadr. Ateúleme elektriksiz úok tüplü kapsüller kullanlarak yaplmaktadr. Bu kapsüllerle hem sra içerisinde hem de sralar arasnda gecikme verilmekte olup, ayn patlatma grubunda bulunan her delik, birbiri peúi sra fakat tek tek patlamaktadr. Bu nedenle bir grupta kaç delik bulundu÷unun önemi bulunmamaktadr. Di÷er bir deyiúle yer titreúimi açsndan dikkate alnmas gerekli olan miktar, birim zamanda ateúlenen patlayc madde miktardr. øki tür gecikmeli ateúleme düzeni uygulanmaktadr. Birinci düzende, delikler arasnda 25 ms (milisaniye), sralar arasnda 42 ms gecikme bulunmaktadr. økinci düzende, delikler arasnda 42 ms (milisaniye), sralar arasnda 67 ms gecikme kullanlmaktadr. Böylece gecikme verilerek sismik dalgalarn birbirlerinden ayrútrlmas veya üst üste binmelerinin önlenmesine çalúld÷ ve bu yolla yer titreúimlerinin denetlendi÷i saptanmútr (Bilgin vd., 2007). 4 ÖLÇÜM SONUÇLARI VE DEöERLENDøRøLMESø Yaplan çalúma srasnda ölçüm cihazlar istasyonlara 71 kez yerleútirilmiú, bunlardan 15 tanesinde titreúim ya da gürültü seviyesinin düúüklü÷ü sebebiyle kayt alnamamútr. Üretim patlatmalar srasnda toplam 56 titreúim kayd alnmútr. Bu ölçüm ve kaytlarn 23 adedi, Gümüúkol köyü güzergahnda belirlenen istasyonlardan alnmútr. Kaytlarn 17 adedi ise ocak ile Katranc mahallesi arasnda oluúturulan hat üzerinde yer alan istasyonlardan alnmútr. Ocak ile Karapnar mahallesi arasnda oluúturulan hat üzerinde belirlenen istasyonlardan alnan kayt says ise 16 adettir. Her patlatma öncesinde deliklerin konumu, koordinatlar ölçülerek belirlenmiútir. Ayrca maden planlama 169
birimi tarafndan tasarlanan ve bilgisayarda kayd tutulan patlatma plan ve hesap tablolarnn bir kopyas alnmú ve incelenmiútir. Üretim patlatmalarnda bir patlatma grubunda bulunan delik saysna baklmakszn her deli÷in farkl zamanda patlamasnn planland÷ ve uyguland÷ saptanmútr. Dolays ile gecikme baúna en yüksek patlayc miktarna sahip olan delik belirlenmiú ve mesafe hesabnda bu deli÷in koordinat esas alnmútr. Panolarda yaplan patlatmalar srasnda gerçekleútirilmiú ölçümlerin sonuçlar tablolar halinde düzenlenmiú ve ayrntl olarak incelenerek risk analizleri gerçekleútirilmiútir. Analizler srasnda, üç güzergah için ayr ayr olmak üzere, zeminde yol alan sismik dalgalarn hakim frekanslar tayin edilmiú, sismik dalga yaylma formülü kullanlarak gecikme baúna güvenle patlatlabilecek patlayc madde miktarlar belirlenmiútir. Ek olarak belirli uzaklklar için “Güvenli Patlayc Miktar” cetvelleri hazrlanmútr. Uúak Kúlada÷ Altn Madeni tarafndan ocakta yaplan patlatmalar srasnda ölçüm hatlar boyunca kaydedilen yer titreúimi de÷erleri tablolar halinde sunulmuútur. Buna örnek olarak Gümüúkol Köyü ölçüm hatt boyunca kaydedilen yer titreúimi de÷erleri Tablo 1’de sunulmuútur (Çakmak, B.B.;2007). Tablolarda; cihaz no, ölçüm istasyonu, zeminde boyuna (R), düúey (V), yanal (T) bileúenlerde ölçülen parçack hzlar, vektörel bileúke parçack hz (VS), en yüksek bileúen parçack hz (PPV), gecikme baúna ateúlenen patlayc miktar (Q), patlatma yeri ile ölçüm yeri arasndaki uzaklk (D) ve hesaplanan ölçekli mesafe (SD) sunulmuútur. “Bileúen Parçack Hz” deyimlerini úu úekilde tanmlamak mümkündür. Zeminde yol alan sismik dalgann zemindeki bir noktay ileri geri sarsma hz boyuna bileúen (R), aúa÷ yukar sarsma hz düúey bileúen (V) ve sa÷ ve sol yana sarsma hz yanal
bileúen (T) olarak tanmlanr. Bu üç bileúenin bileúkesine ise vektörel bileúke parçack hz (VS) denir. Tablolarda ayrca, Fourier Transform tekni÷i ile hesaplanan
sismik dalga hakim frekanslar boyuna (R, Hz), düúey (V, Hz) ve yanal (T, Hz) bileúenler için verilmiútir.
Tablo 1. Gümüúkol Köyü Güzergahnda kaydedilen yer titreúimi sonuçlar (Çakmak, B.B.;2007) Cihaz østasyon No Kodu
Parçack Hz (mm/s) V T VS 2.190 1.620 2.490 1.370 2.020 2.200 1.270 1.016 1.397 5.920 8.480 8.990 1.900 2.520 2.900 1.524 2.540 2.540 0.714 0.889 1.010 0.508 0.746 0.774 0.381 0.381 0.508 0.952 1.650 1.770 0.635 0.762 1.016 2.030 1.570 2.170 1.240 1.170 1.650 0.508 0.635 0.635 2.170 1.860 3.210 1.830 1.830 2.140 6.180 7.220 8.250 4.600 4.750 5.330 2.786 2.921 3.429 1.640 2.290 2.390 1.210 1.600 1.870 1.143 1.347 2.032
Ölçekli Miktar Mesafe Mesafe Q (kg) D (m) SD PPV 2.320 88.97 404.38 42.87 2.020 88.97 601.79 63.80 1.270 88.97 766.69 81.28 8.480 88.56 216.81 23.04 2.520 88.56 458.89 48.76 2.540 88.56 632.02 67.16 0.889 59.93 704.37 90.99 0.746 59.93 757.84 97.89 0.508 59.93 842.77 108.86 1.650 94.70 763.99 78.51 0.889 94.70 1126.91 115.80 2.030 99.18 588.52 59.09 1.560 99.18 734.18 73.72 0.635 99.18 998.39 100.25 2.600 86.55 431.68 46.40 1.830 86.55 626.87 67.38 8.030 90.32 287.44 30.25 4.750 90.32 481.66 50.68 2.921 90.32 644.86 67.85 2.290 96.71 608.81 61.91 1.710 96.71 646.36 65.73 1.524 96.71 752.01 76.47
Hakim Frekans (Hz) R V T 6.38 9.00 11.90 16.00 8.75 6.88 16.19 8.38 9.00 23.10 37.40 44.80 15.10 23.00 23.00 23.19 17.75 13.25 32.50 14.00 11.00 14.30 14.30 11.00 22.50 23.06 22.69 11.40 15.80 10.90 14.06 8.50 16.63 14.10 22.60 9.88 21.30 22.60 12.60 12.88 12.69 23.19 10.90 10.80 14.60 9.75 11.10 11.10 23.60 23.40 23.90 23.40 24.10 19.90 23.19 23.94 23.44 16.60 22.30 8.88 27.50 19.10 24.40 18.69 23.94 18.06
Saat
316 317 W-160 317 316 W-161 317 316 W-165 317 W-170 317 316 W-173 317 316 317 316 W-174 317 316 W-175
GK3 GK4 GK5 GK3 GK4A GK-6 GK5 GK6 GK7 GK5 GK9 GK4 GK5 GK8 GK3 GK4 GK3 GK4 GK5 GK4 GK4A GK5
R 2.320 2.020 0.889 8.410 2.210 1.397 0.794 0.730 0.508 1.510 0.889 1.700 1.560 0.508 2.600 1.810 8.030 2.860 2.794 2.000 1.710 1.524
W-010
GK10
0.254 0.127 0.254 0.254 0.254 90.73 1465.14 153.82 27.06 30.69 15.69 16:17:00
Tablolarda sunulan parçack hz ve ölçekli mesafe (SD) de÷erleri kullanlarak her güzergah için grafikler çizilmiútir. Gümüúkol Köyü güzergah için çizilen ölçekli mesafe (SD) en yüksek bileúen parçack hz (PPV) grafi÷i ùekil 3’de sunulmuútur (Çakmak, B.B.;2007). Grafiklerde yer alan do÷rulardan altta olan % 50 olaslk, üstte yer alan ise % 5 olaslk (% 95 güvenilirlik) do÷rulardr. Do÷rularn hemen yaknnda verilen denklemler ise sismik dalgalarn zeminde 170
15:40:24 15:41:38 14:49:00 15:44:12 15:44:11 15:42:00 16:11:26 16:11:16 16:09:00 16:41:10 16:40:00 16:15:09 16:06:56 16:14:00 15:09:48 15:01:27 15:25:07 15:24:04 15:23:00 16:54:27 16:54:27 16:54:00
Tarih 28 Haziran 2006 29 Haziran 2006 03 Temmuz 2006 06 Temmuz 2006 07 Temmuz 2006 11 Temmuz 2006 13 Temmuz 2006 14 Temmuz 2006 08 A÷ustos 2006
yaylma formülleridir. Mesafe-miktar cetveli, “en yüksek parçack hz” için %95 güvenirlikte hesaplanmú olan formül kullanlarak hazrlanmútr. Mesafe-miktar cetveli, hasar görmemesi (svasnda klcal çatlak dahi oluúmamas) istenilen herhangi bir bina ile patlatma yaplacak yer arasndaki mesafe ölçülmüú ve biliniyor ise, ayn anda kaç kilogram patlayc maddenin güvenle ateúlenebilece÷ini belirlemekte kullanlr.
PPV 100.0
PV (mm/sec)
10.0
y = 6162.1x-1.7927 R2 = 1
1.0
y = 3229.7x-1.7927 R2 = 0.8767 0.1 1.00
10.00
100.00
1000.00
SD
ùekil 3. Gümüúkol Köyü Güzergahnda En Yüksek Bileúen Parçack Hzlar (PPV)-Ölçekli Mesafe øliúkisi ABD Federal Tüzü÷ü, (Tablo 2); 92-1524 m arasnda de÷iúen uzaklklarda yaplacak patlatmalar için 25,40 mm/s sarsnt hzna, Türk Yönetmeli÷i ise 4-10 Hz titreúim frekans için 19 mm/s sarsnt hzna izin vermektedir. Tablo 2. ABD Açk Ocak Maden Bürosu Tarafndan øzin Verilen De÷erler (OSMRE, 1983, 30 CFR, Parts 715, 780, 816, 817) øzin Ölçüm PATLATMA Verilen En Yaplmaz ise YERøNDEN Yüksek Uygulanacak UZAKLIK, m Titreúim Ölçekli Hz, mm/s (ft) Mesafe (inç/s) 31,75 0-92 (0-300 ) 50 (1,25) 92-1524 (30125,40 55 5000) (1,00) 19,05 65 >1524 ( t 5001) (0,75) Buna göre yaplmú olan bütün patlatmalar bilimsel ve teknik standartlara, Türk Yönetmeli÷i’ne ve ABD Federal Tüzü÷ü’ne uygundur. Ahúap elemanl eski yaplar için Tablo 3’te izin verilen de÷er 12,7 mm/s
oldu÷undan, tüm titreúim de÷erleri bu standarda da uygun bulunmaktadr. Tablo 3. Emniyetli yer titreúim düzeyleri (Siskind vd., 1980, USBM). En yüksek yer titreúim hz (mm/s) de÷eri Yap Yüksek Düúük Türü frekans ( 40 frekans (!40 Hz) Hz) Modern 19,0 50,8 Evler Eski Yaplar 12,7 50,8 (Ahúap Elemanl) Gümüúkol Köyü, Katranclar Mahallesi ve Karapnar Mahallesi yaknnda ölçülmüú olan titreúim de÷erleri Türk Yönetmeli÷i’nde izin verilen 19 mm/s de÷erinin srasyla yetmiúbeúte birine (% 1,33’üne), ellide birine (% 2’sine) ve yetmiúbeúte birine (% 1,33’üne) eúittir. Gümüúkol Köyü, Karapnar Mahallesi ve Katranclar Mahallesi güzergahlarnda ölçülen titreúim de÷erleri ABD Federal Tüzü÷ü’nde izin verilen 25,40 mm/s de÷erinin srasyla yüzde birine, % 1,5’ine ve yüzde birine eúit olup ahúap
171
elemanl eski yaplar için izin verilen 12,7 mm/s de÷erinin ise srasyla yüzde ikisine, yüzde 3’üne ve ellide birine eúde÷erdir. Alman DIN 4150 standardnda sarsntya duyarl (özel koruma altndaki antik) yaplar için izin verilen 3 mm/s de÷erinin ise srasyla onikide birine, yedide birine ve onikide birine karúlk gelmektedir. Buna göre Gümüúkol Köyü’nde, Karapnar Mahallesi’nde ve Katranclar Mahallesi’nde bulunan binalar özel koruma altnda bulunan harabe, antik ve tarihi yaplarda dahi hasar yaratmayacak düzeyde düúük yer titreúimi etkisi altnda bulunmaktadr. Bu nedenle ocakta yaplan patlatmalarn Gümüúkol Köyü’nde, Karapnar Mahallesi’nde ve Katranclar Mahallesi’nde bulunan yaplarda hiçbir hasar oluúturmad÷ de÷erlendirilmektedir. Gümüúkol Köyü, Karapnar Mahallesi ve Katranclar Mahallesi güzergahlarnda yaplan sarsnt ölçümleri sonucunda elde edilen sismik dalga yaylma formülü kullanlarak; de÷iúik mesafeler ve farkl eúik titreúim hzlar gözetilerek her güzergah için güvenli patlayc miktarlar hesaplanmútr. Gümüúkol Köyü için sismik dalga yaylma formülü kullanlarak (ùekil 3) hesaplanan mesafe-miktar cetveli Tablo 4’de sunulmuútur (Çakmak, B.B.;2007). Gelecekte patlatmalarn ocak nihai snrnda yaplaca÷ varsaylarak, nihai ocak snrna olan mesafeleri dikkate alnarak Gümüúkol Köyü, Karapnar Mahallesi ve Katranclar Mahallesi giriúinde titreúim de÷erlerinin harabeler ve antik yaplar için izin verilen 3 mm/s de÷erini aúmamas (köylerde bulunan yaplarda klcal çatlak dahi yaratmamas) için bir delikte (bir anda) güvenle ateúlenebilecek en yüksek patlayc madde miktarlar srasyla 243,85 kg, 489.69 kg ve 250.58 kg olarak hesaplanmútr. Çalúmalar srasnda, ocakta, patlatmalardan verim alabilmek için bir deli÷e ola÷an olarak 80-95 kg, nadiren 100 kg, en çok 110 kg patlayc konuldu÷u ve kullanlan gecikmeli ateúleme düzeni gere÷i deliklerin tek tek
patlad÷ saptanmútr. Buna göre halen kullanlan miktarlar ölçüm sonuçlarna dayanlarak hesaplanan miktardan düúük (srasyla 110 kg < 243,85 kg, 110 kg < 489.69 kg ve 110 kg < 250.58 kg) olup uygun bulunmaktadr. Tablo 4. Gümüúkol Köyü güzergahnda de÷iúik mesafeler ve farkl eúik titreúim hzlar gözetilerek hesaplanan patlayc güvenli miktar tablosu (Çakmak, B.B.;2007) MESAFE (m) 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800
Verilen PPV (mm/s) De÷eri için Patlayc Madde Güvenli Miktar (kg) 3.00 50.38 72.55 98.75 128.98 163.24 201.53 243.85 290.20 340.58 395.00 453.44 515.91 582.42 652.95
5.00 89.08 128.27 174.60 228.04 288.62 356.32 431.15 513.10 602.18 698.39 801.72 912.18 1029.76 1154.47
12.70 252.01 362.90 493.95 645.16 816.53 1008.06 1219.75 1451.61 1703.62 1975.80 2268.13 2580.63 2913.29 3266.11
19.00 395.01 568.81 774.22 1011.22 1279.83 1580.03 1911.84 2275.25 2670.26 3096.87 3555.08 4044.89 4566.30 5119.31
Gümüúkol Köyü, Karapnar Mahallesi ve Katranclar Mahallesi güzergahlarnda de÷iúik patlayc miktarlar ve farkl eúik sarsnt hzlar gözetilerek kaç metre mesafede titreúimlerin belirli de÷erlere düúece÷i hesaplanmútr. Gümüúkol Köyü güzergahnda de÷iúik patlayc miktarlar ve farkl eúik titreúim hzlar gözetilerek hesaplanan güvenli mesafe cetveli Tablo 5’de sunulmuútur (Çakmak, B.B.;2007). Buna göre bir deli÷e 110 kg patlayc madde yerleútirildi÷inde ve halen oldu÷u gibi her gecikmede bir delik patlatld÷ taktirde titreúim hzlar Gümüúkol Köyü güzergah için 555,62 m mesafede 5 mm/s, 738,80 m mesafede 3 mm/s, 926,31 m mesafede ise 2 mm/s, Karapnar Mahallesi güzergah için 442,68 m mesafede 5 mm/s, 663,54 m mesafede 3 mm/s, 914,93 m mesafede ise 2 mm/s, Katranclar Mahallesi güzergah için ise 619,39 m mesafede 5 mm/s, 795,07 m
172
mesafede 3 mm/s, 969,36 m mesafede ise 2 mm/s de÷erlerine düúmektedir (Çakmak, B.B.;2007). Oysa Gümüúkol Köyü, Karapnar Mahallesi ve Katranclar Mahallesi ocak nihai snrndan srasyla 1109 m, 1402 m ve 1220 m uzaklkta bulunduklarndan (ùekil 1) Gümüúkol Köyü’ne, Karapnar Mahallesi’ne ve Katranclar Mahallesi’ne ulaúabilecek titreúim hzlarnn daha da düúük olaca÷ anlaúlmaktadr. Tablo 5. Gümüúkol Köyü güzergahnda de÷iúik patlayc miktarlar ve farkl eúik titreúim hzlar gözetilerek hesaplanan güvenli mesafeler tablosu (Çakmak, B.B.;2007) PATLAYICI MøKTARI (kg) 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Verilen PPV (mm/s) De÷eri için Güvenli Mesafe (m) 3.00 498.10 545.64 589.36 630.05 668.27 704.42 738.80 771.65 803.16 833.48 862.73 891.03
5.00 374.60 410.35 443.23 473.83 502.58 529.76 555.62 580.32 604.02 626.82 648.82 670.10
12.70 222.71 243.97 263.52 281.71 298.80 314.96 330.33 345.02 359.11 372.67 385.75 398.40
19.00 177.89 194.87 210.48 225.02 238.66 251.57 263.85 275.59 286.84 297.67 308.11 318.22
5. SONUÇ Kúlada÷ Altn Madeni tarafndan yaplmakta bulunan ve gelecekte de yaplmaya devam edilecek olan patlatmalardan kaynaklanan yer sarsntlarnn çevre yerleúim birimlerinde bulunan yaplarda hasar yaratma riski ve kiúileri tedirgin etme durumu olup olmad÷n saptamak amac ile araútrma ve inceleme çalúmalar gerçekleútirilmiútir. Her yerleúim yerine en yakn istasyonda ölçülen ve madene en yakn yerleúim birimleri zemininde oluúacak, % 95 güvenirlikle
hesaplanan en yüksek titreúim hzlar Tablo 6’da özetlenmiútir. Türk Yönetmeli÷i ve A.B.D. Federal Tüzü÷ünde izin verilen de÷erler mühendislik hizmeti görmüú ve layk ile yaplmú yaplar için geçerlidir. Kanmzca çevre yerleúim birimlerindeki çamur harçl yaplar 19 mm/s titreúim de÷erine tahammül edebilecek özellikte de÷ildirler. Bu sebeple DIN 4150 normunda özel korumaya alnmú harabeler, antik ve tarihi yaplar için izin verilen 3 mm/s titreúim de÷eri yapsal hasar de÷erlendirmesinde esas alnmútr. Ölçülen titreúim hzlar Gümüúkol Köyüne 500 m mesafe dahilinde 1 mm/s’den, Karapnar Mahallesine 284 m mesafe dahilinde 0,5 mm/s’den ve Katranclar Mahallesine 152 m mesafe dahilinde 0,5 mm/s’den daha düúüktür. Bu nedenle çevre yerleúim birimlerindeki binalarda geçmiúte ve günümüzde herhangi bir yapsal hasar meydana gelmemiútir. Halen üretim patlatmalarnda, bir anda (bir delikte) patlatlan patlayc madde miktar en çok 110 Kg olarak uygulanmaktadr. Buna devam edildi÷i ve bir anda patlayan miktar 240 kg’dan, tercihen 155 kg’dan az olarak uygulanmaya devam edildi÷i takdirde gelecekte de hiçbir hasar tehlikesi sözkonusu olmayacaktr (Çakmak, B.B.;2007). Hesaplanan ve Tablo 6’nn 6. satrnda verilen tüm titreúim hzlar 1,5 mm/s’den düúük olup, insanlar tarafndan do÷rudan alglanamayacak düzeydedir. Binada bulunan kiúilerin tahammül ve kabul edilemez düzeyde rahatsz olmamas için en yüksek titreúim snr, günde 12 adete kadar yaplan patlatma saylar için, Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü (ANSI) tarafndan 6,35 mm/s olarak verilmektedir (ANSI S3.291983). Ancak bu de÷er, çevre yerleúim birimlerindeki çamur harçl binalarn durumlar gözönüne alnd÷nda, üniversite ekibi tarafndan yapsal hasar açsndan yüksek bulunmuú, emniyetli tarafta kalmak için yerleúim yerleri zemininde izin verilebilecek titreúim hz 3 mm/s olarak esas
173
alnmútr. Yer titreúimlerine insanlarn tepkisi ve rahatszlk duyup duymama açsndan yaplan de÷erlendirmede de 3 mm/s de÷eri esas alnmútr. Sismik dalga hakim frekanslar dikkate alnd÷nda çevre yerleúim birimlerindeki en hassas kiúilerin titreúimleri alglamaya baúlayabilecekleri en düúük de÷er 1,78 mm/s’dir. Oysaki halen civar yerleúim birimlerine ulaúan titreúimler 1 mm/s’den daha düúüktür Tablo 6, satr-8). Bu nedenle kiúilerin titreúimleri alglamadklar, büyütme olmas halinde ise titreúimlerden rahatsz olmadklar sonuç ve kanaatna varlmútr. Di÷er taraftan, ölçülen ve tablonun 8. satrnda verilen titreúim hzlar, 6. satrda
verilen de÷erlerden çok düúüktür. DIN 4150 standardnda özel koruma altndaki binalar için izin verilen 3 mm/s ve ABD Standartlar Enstitüsü tarafndan binada bulunan kiúilerin rahatça tahammül edebilecekleri 6,35 mm/s titreúim hz de÷erleri hatrland÷nda, madende yaplan patlatmalarn geçmiúte ne yapsal hasar ne de insanlar üzerinde rahatszlk yaratmad÷ anlaúlmútr. Ölçekli mesafe (patlatma yeri ile yerleúim birimi arasndaki fiziksel uzakl÷n her gecikmede patlatlan patlayc miktarnn kareköküne bölümü) de÷erinin 150 veya daha büyük olmas halinde yer titreúimin yaplar ve kiúileri olumsuz etkilemesi olasl÷ bulunmamaktadr.
Tablo 6. Ölçülen ve Hesaplanan Titreúim Hzlarnn Karúlaútrlmas (Bilgin vd. 2007) YERLEùøM YERø ADI Gümüúkol Karapnar Katranclar 1. Yerleúim yerinin ocak nihai snrna mesafesi 1109 m 1402 m 1220 m 1100 m 1400 m 1200 m 2. Titreúim hz hesabna esas alnan fiziksel uzaklk 3. Yerleúim zemininde 3 mm/s titreúim hzn aúmamak için bir anda ateúlenebilecek patlayc 243.85 kg 489.69 kg 250.58 kg miktar 4. Yerleúim zemininde 2 mm/s titreúim hzn aúmamak için bir anda ateúlenebilecek patlayc 155.12 kg 257.56 kg 168.57 kg miktar 5. Halen bir anda ateúlenen en çok patlayc miktar 110 kg 110 kg 110 kg 6. Bir anda patlatlan en çok 110 kg patlayc için % 1.47 mm/s 1.17 mm/s 1.29 mm/s 95 güvenirlikle hesaplanan en yüksek titreúim hz 7. ølgili yerleúim biriminin en yaknnda bulunan GK10 KR10 KT4 ölçüm istasyonunun kod ad 0.254 mm/s 0.381 mm/s 0.254 mm/s 8. Kodu verilen istasyonda ölçülen titreúim de÷eri 9.Kodu verilen istasyondaki ölçüm srasnda 153.82 210.96 166.00 gerçekleúen ölçekli mesafe 10.Titreúim ölçüm istasyonu ile patlatma yeri 1465.14 m 2090.11 m 1647.08 m arasnda ölçülen fiziksel uzaklk 11. Kodu verilen istasyonda ölçüm yaplrken bir 90.73 kg 98.16 kg 98.45 kg anda patlatlan patlayc miktar TEùEKKÜR Kontrollü patlatma yapmak amac ile titreúim ve gürültü ölçer cihaz satn alan, bunlarla sürekli kaytlar alarak kendi kendini denetleyen, ayrca kendini ba÷msz bir
kuruluú olan Üniversiteye denetleten, bu amaçla tüm bilgi ve belgelerini Üniversite incelemesine açan, bilgi birikimi yolu ile bilim ve teknolojinin geliúmesine katkda bulunan ve bu araútrma projesini destekleyen, böylece çevreye ve insana
174
duyarl madencilik yapma iste÷i ve iradesini ortaya koyan Tüprag Metal Madencilik Sanayi ve Ticaret Ltd. ùti. Kúlada÷ Altn Madeni Müdürlü÷ü’ne teúekkürü bir borç biliriz. KAYNAKLAR American National Standards Institute, 1983, Guide to the Evaluation of Human Exposure to Vibrations in Buildings, ANSI S3.29-1983, 10 pp. Berta G., 1990, “Explosives: An Engineering Tool”, Italesplosivi, Milano, Italy. Bilgin, H.A., Esen, S., Klç, M., Aldaú, G.G.U., 2000, Yeniköy Linyit øúletmesinde Patlatma Kaynakl Yer Sarsntlarnn øncelenmesi, 4. Delme ve Patlatma Sempozyumu, Ankara, s. 147-158. Bilgin, H.A., Çakmak, B. B. ve Hacosmano÷lu, M. E., 2007, Tüprag Metal Madencilik Sanayi ve Ticaret Ltd. ùti. Uúak Kúlada÷ Altn Madeni Patlatma Çevresel Etki Etüdü, Proje Kodu: 06-0305-2-00-06, ODTÜ, Ankara, Sonuç Raporu, 89 sayfa. Çakmak B. B., 2007, Investigation of Ground Vibrations Induced By Production Blasting At Uúak Kúlada÷ Gold Mine, Msc. Thesis, Middle East
175
Technical University, Ankara, Turkey, 194 pages. Dowding, C.H., 1985, Blast Vibration Monitoring and Control, Prentice-Hall, 297 pages. Lewis Geoscience Services Inc., 2002, Report on Geological Mapping and Structural Analysis, Kisladag Au Project, Western Turkey, 46 pages. Orhan, A. A., 2004, Kúlada÷ Altn Madeni (Uúak) için Yaplan Mevzii ømar Planna Esas Jeolojik Etüt Raporu, 33 sayfa. Siskind, D. E., Stagg, M.S., Kopp, J.W., Dowding, C.H., 1980, Structure Response and Damage Produced by Ground Vibration From Surface Mine Blasting, RI 8507, United States Department of the Interior, 75 pages. The Office of Surface Mining Reclamation and Enforcement, 1983, Federal Register, 30 CFR Parts, 715, 780, 816 and 817, Vol. 48, No. 46, Rules and Regulations (governing the blasts associated with surface and underground mines), pp. 9788-9811. Türkiye Cumhuriyeti Resmi Gazete, 1 Temmuz 2005, No.25862, Çevresel Gürültünün De÷erlendirilmesi ve Yönetimi Yönetmeli÷i, 25 sayfa (59 madde, 7 Ek).
176
Patlatma Kaynakl Titreúimlerin Analizine Dayal Basamak Patlatma Tasarm Bench Blasting Design Based on Vibrations Analysis of BlastInduced Abdulkadir Karado÷an, Ümit Özer, Ali Kahriman, Mehmet Aksoy, Deniz Adgüzel, U. Gökhan Akkaya
østanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisli÷i Bölümü, Avclar, østanbul
ÖZET: Bu çalúmada; østanbul øli Çatalca ølçesi yaknnda bulunan, GøS Firmasna ait Kireçtaú Oca÷nda düzenlenen test atmlarnda ortaya çkan titreúimlerin analizi sonuçlarna dayal basamak patlatma tasarmlar sunulmuútur. Çalúmada, atmlarn ölçekli mesafe unsurlar kaydedilmiú ve 8 adet titreúim ölçer cihaz ile bütün atmlar için yersarsnts bileúenleri ölçülmüútür. Daha sonra, düzenlenen 4 test atmna ait 32 olayn parçack hz ve ölçekli mesafe veri çiftleri istatistiksel olarak analiz edilmiútir. østatistiksel de÷erlendirme sonunda, söz konusu saha için parçack hz ile ölçekli mesafe arasnda, iyi korelasyonlu ampirik bir iliúki elde edilmiútir. Bulunan ampirik iliúki kullanlarak, gecikme baúna kullanlmas gereken maksimum patlayc madde miktarlar, buna ba÷l olarak uygulanabilecek basamak yükseklikleri ve delik çaplar belirlenmiútir. Bu belirleme srasnda, söz konusu sahada patlatmal kaz srasnda oluúan titreúimlerin, saha yaknnda bulunan NATO’ya ait yakt tanklarnda hasara neden olmamas için, DIN 4150 Alman Normu’nun ypranmú eski yaplar için belirledi÷i hasar baúlangç snr dikkate alnmútr. ABSTRACT: This paper presents bench blasting designs based on results of vibrations analysis on test shots organised in limestone quarry belong to GøS Company located near to Çatalca district in Istanbul province. In this study, parameters of scaled distance were recorded and the ground vibration components were measured for all test shots using 8 vibration monitors. Then, the data pairs of scaled distance and particle velocity obtained from the 32 event records belong to 4 test shots were analyzed statistically. At the end of statistical evaluation of the data pairs, an empirical relation with a good correlation coefficient was established between peak particle velocity and scaled distance. Maximum charge per delay, bench height and hole diameters were determined by using obtained empirical equation. During this determination, threshold damage limit stated by DIN 4150 norm for historical building were taken into consideration in order to prevent damage nearby fuel tanks belonging to the NATO. 1 GøRøù Patlatmann kaçnlmaz oldu÷u taú ocakçl÷, madencilik, inúaat altyap kazlar, kuyu-tünel, boru hatt, baraj gibi çeúitli sektörlerde; yersarsnts ve hava úokundan kaynaklanan çevresel problemlerle skça karúlaúlmakta ve tartúlmaktadr. 177
(Dowding, 1985; Kahriman, 2004). Patlatma kayna÷ndan belirli bir uzaklkta bulunan bir yerleúim biriminin ya da tesisin, patlatma sonucunda oluúacak yersarsnts ve hava úoku gibi sonuçlardan etkilenmemesi için, patlatma tasarmnda herhangi bir gecikme aral÷nda kullanlabilecek en fazla patlayc madde miktarn önceden belirleyebilmek ve
kontrollü atmlar gerçekleútirebilmek önemlidir (Felice, 1993; Kahriman ve di÷., 2006a). Patlatmadan kaynaklanan çevresel problemler, geliúmiú ülkelerde; ülkemize göre daha önceleri yaúanmútr. Bu nedenle, bu konularn çözümü ve konuyla ilgili baz standartlarn oluúturulmas amacyla çeúitli sistematik araútrma programlar yürürlü÷e konulmuútur. Bu programlarn sonucunda "Kontrollü Patlatma Tekni÷inin ølkeleri" ortaya konulmuútur. (Johnston ve Durucan, 1994; Ozer, 2007). 2 ÇALIùMA SAHASI Çalúma sahas olan GIS ønúaat ve Tic. Ltd. ùti’nin kireçtaú oca÷, østanbul øline ba÷l Çatalca ilçesinin hemen güneyinde yer almaktadr (ùek. 1).
ùekil 1 ønceleme alan yer bulduru haritas 3 ARAùTIRMADA UYGULANAN YÖNTEM Bu araútrma kapsamnda, østanbul øli Çatalca ølçesinin yaknnda GIS ønúaat ve Tic. Ltd. ùti’nin, IR8352 ruhsat sahasnda agrega üretimine yönelik faaliyet gösteren kireçtaú oca÷ndaki patlatmal kazlarn, söz konusu oca÷n yaknnda bulunan NATO’ya ait yakt tanklarnda hasarlara neden olabilecek seviyelerde olup olamayaca÷ konusunda de÷erlendirme yaplmas ve düzenlenen test atmlarnda ortaya çkan titreúim analizleri sonucunda elde edilen saha sabitleri kullanlarak, söz konusu ocak yaknnda bulunan yakt tanklarna zarar
178
vermeyecek tarzda patlatma tasarmnn yaplmas amacyla titreúim ve hava úoku ölçümleri yaplmútr. Söz konusu çalúma alannda egemen kaya birimi, ayn zamanda kaz ve üretimi yaplan kireçtaúdr. (Kahriman ve di÷., 2006b). Kireçtaúnn kaz zorlu÷u derecesini belirlemek amacyla uygulana gelmekte olan patlatmal kaz faaliyetlerinin gözlemlerine ek olarak, Schmidt çekici deneyleri de yaplmútr. Deneylerin sonucunda, elde edilen sertlik de÷erlerinin, Uluslararas Kaya Mekani÷i Dene÷i (ISRM) tarafndan önerilen Schmidt çekici sertlik skalasndaki yerleri belirlenerek kaya sertli÷i tasvirleri yaplmútr. Buna göre “SERT” kaya snfnda yer ald÷ anlaúlmútr. Yaplan deney sonuçlar Çizelge 1’te verilmiútir. Çizelge 1. Schmidt Çekici Deney Sonuçlar Nokta Schmidt Nokta Schmidt No De÷eri No De÷eri 1 40 8 44 2 38 9 52 3 38 10 52 4 50 11 42 5 42 12 54 6 38 13 44 7 40 Aritmetik Ortalama 44.15 Standart Sapma ± 5.86 ISRM Snflamasndaki Yeri SERT Belirlenen kaya özellikleri ve saha gözlemleri ile birlikte benzer sahalardaki iúletme tecrübelerinden de yararlanlarak yaplan de÷erlendirmeler ú÷nda üretim sürecinde patlatmal kaznn kaçnlmaz oldu÷u anlaúlmútr. Çalúma kapsamnda, söz konusu iúletmenin oca÷ndaki atmlarda uygulanan patlatma paternleri, delik düzenleri ve patlayc úarjlar; iúletmelerin yetkilileri tarafndan sistematik olarak uygulanan úekliyle (herhangi bir müdahalede bulunulmadan) gözlemlenmiú ve ölçümler bu úekildeki çalúmalarda alnmútr. Titreúim ölçümlerine esas olacak söz konusu atmlarda, sadece gerekli kantitatif ölçüm ve gözlemler yaplmútr. øúletme yetkililerinin
atmlarla ilgili uygulanan patern ve protokolleri gerekli verilerin türetilmesinde kullanlmútr. Her bir gecikme baúna düúen patlayc madde miktar, her bir delik için planlanan patlayc maddenin kontrollü bir úekilde úarj edilmesiyle belirlenmiútir. Atm noktalar ile yer sarsnts ve hava úoku ölçüm istasyonlar arasndaki mesafeler ise GPS kullanlarak belirlenmiútir. Ölçekli mesafenin belirlenmesinde literatürde en sk kullanlan kareköklü eúitlikten yararlanlmútr. SD = R / W0.5
(1)
SD: Ölçekli mesafe R: Atm ile ölçüm istasyonu arasndaki mesafe (m)
W: Gecikme baúna kullanlan toplam úarj miktar (kg). Araútrma süresince; amaçlar do÷rultusunda, daha önce açklanan yönteme uygun olarak düzenlenen 4 adet test atmna ait toplam 32 olay cihazlar tarafndan kaydedilmiútir. Her bir atmla ilgili patlatma paterni, patlayc madde úarj parametreleri ve titreúim ölçüm sonuçlar titizlikle kaydedilmiútir. Elde edilen veriler; bu amaçla geliútirilen form ve çizelgelere aktarlmútr. Sahada basamak atm úeklinde gerçekleútirilen toplam 4 adet atma ait patlatma parametreleri Çizelge 2’de ayrntl bir úekilde verilmiútir (Kahriman ve di÷., 2006b).
Çizelge 2. Titreúim Ölçümü Yaplan Atmlarn Patlatma Geometrisi Atm No 1 2 3 4 Delik Says 5 11 5 5 Delik Çap, d (mm) 102 102 102 102 0 90 90 90 90 Delik E÷imi, D ( ) Basamak Yüksekli÷i K (m) 14 7 14 14 Sra Says 1 2 1 1 Delik Boyu, H (m) 14 7 14 14 Dilim Kalnl÷, B (m) 3,5 3,5 3,5 3,5 Delikleraras Mesafe, S (m) 3,5 3,5 3,5 3,5 Sklama Boyu, h0 (m) 3,5 3 3,5 3,5 Kullanlan Yemleyici Emulite T-G Emulite T-G Emulite T-G Emulite T-G Yemleme Miktar, (kg) 4 5 4 4 Esas Patlayc Madde ANFO ANFO ANFO ANFO Esas Patlayc Miktar (kg) 300 330 300 300 Toplam ùarj, Q (kg) 304 335 304 304 Gec. Baú. Toplam ùarj, W (kg) 61 61 61 61 Kullanlan Kapsül Tipi Gecikmeli Gecikmeli Gecikmeli Gecikmeli Elektrikli Elektrikli Elektrikli Elektrikli Toplam Kapsül Adedi 5 11 5 5 Araútrma kapsamnda; gerçekleútirilen toplam 4 atma ait titreúim ölçümleri, 6 adet Instantel Minimate Plus ve 2 adet White Mini-Seis Model olmak üzere toplam 8 adet titreúim ölçer cihazlar ile ölçülmüútür. Titreúim ölçer cihazlarlar, söz konusu ocakta yaplan atm noktalar ile NATO’ya ait 3 adet yakt tanklar arasnda muhtelif 179
uzaklklarda belirlenen ölçüm istasyonlarna ùekil 2 ve ùekil 3’deki gibi sistematik bir úekilde yerleútirilmiútir. Çalúma kapsamnda, sahada yaplan atmlarn NATO’ya ait yakt tanklarna etki edip etmedi÷inin belirlenebilmesi açsndan, atmlarla yakt tanklar arasnda daha fazla noktadan ölçüm alabilmek için, titreúim ölçer
cihazlarlar, ilk iki atmda ùekil 2’de gösterilen istasyon noktalarna, üçüncü ve dördüncü atmda ise ùekil 3’de gösterilen
istasyon noktalarna kurulmuútur (Kahriman ve di÷., 2006b).
ùekil 2. Atm 1 ve Atm 2 noktalar ve ölçüm istasyonlarnn konumu
180
ùekil 3. Atm 3 ve Atm 4 noktalar ve ölçüm istasyonlarnn konumu 4 ÖLÇÜM SONUÇLARI Konumu, paterni ve patlayc tüketimleri, yukarda detayl olarak açklanan toplam 4 atm sonucunda, kayaç içi titreúimlerin oluúturdu÷u parçack hz, deplasman, ivme ve frekans de÷erleri, kayt cihazlar ile tespit edilmiútir. Atmlardaki kayt almlarnda, parçack hznn enine, boyuna ve dikey bileúenlerini ölçen ve bunlarn bileúkesi olan Çizelge 3. Atmlara Ait Ölçüm Sonuçlar 181
hz de÷erlerini veren titreúim ölçer cihazlar yerleútirilmiútir. Atmlar sonucunda cihazlar tarafndan kaydedilen toplam 32 olayn maksimum parçack hzlarn, frekans de÷erlerini ve hava úoku de÷erlerini içeren bilgileri ile istasyon noktalar ve atmlar ile istasyon noktalar arasndaki mesafeler, Çizelge 3’de ayrntl olarak verilmiútir.
Atm No
Titreúim Ölçer Modeli
Instantel BE10707 Instantel BE10773 Instantel BE10687 Instantel BE10772 1 White 1458 White 1455 Instantel BE10688 Instantel BE10708 Instantel BE10707 Instantel BE10773 Instantel BE10687 Instantel BE10772 2 White 1458 White 1455 Instantel BE10688 Instantel BE10708 Instantel BE10707 White 1455 Instantel BE10708 Instantel BE10773 3 Instantel BE10687 Instantel BE10772 White 1458 Instantel BE10688 Instantel BE10707 White 1455 Instantel BE10708 Instantel BE10773 4 Instantel BE10687 Instantel BE10772 White 1458 Instantel BE10688 * Mikrofon ba÷lanmad
østasyon Maksimum Frekans Hava Gecikme Mesafe Ölçekli No Parçack f ùoku Baúna (R) Mesafe Hz (PPV) (Hz) (dB) Top. ùarj (m) (SD) (mm/s) (W) (kg) 1 98,70 30 124,9 61 45 5,82 2 73,40 43 121,9 61 67 8,58 3 21,70 43 120,6 61 86 11,03 4 55,40 51 * 61 29 3,65 5 * 61 60 7,62 75,18 39,3 6 * 61 99 12,72 11,43 42,6 7 17,30 34 122,2 61 118 15,14 8 15,50 7 117,5 61 180 22,98 1 6,10 12 128,9 61 138 17,64 2 3,68 14 126,0 61 159 20,35 3 4,83 14 125,9 61 179 22,91 4 2,03 11 * 61 156 19,93 5 * 61 190 24,38 3,05 39,3 6 * 61 229 29,34 2,29 9,6 7 1,27 16 118,8 61 248 31,70 8 1,78 32 115,7 61 310 39,73 1 119,00 28 126,0 61 39 5,05 6 * 61 106 13,57 51,59 22,2 8 10,80 5 119,0 61 189 24,23 9 45,20 47 121,6 61 65 8,29 10 13,30 47 120,1 61 83 10,68 11 60,20 30 * 61 56 7,18 12 * 61 77 9,84 31,50 46,5 13 12,80 47 123,1 61 153 19,61 1 202,00 47 129,8 61 35 4,51 6 * 61 116 14,79 10,41 16 8 11,30 5 117,2 61 202 25,85 9 71,90 34 124,3 61 66 8,49 10 19,90 51 122,8 61 84 10,77 11 57,90 27 * 61 64 8,16 12 * 61 87 11,09 23,88 42,6 13 6,60 30 118,6 61 166 21,28
5 ÖLÇÜM SONUÇLARININ ANALøZø VE DEöERLENDøRøLMESø 5.1. Ölçüm Sonuçlarnn østatistiksel Analizi Bu çalúma kapsamnda; izlenen 4 adet test atmna ait toplam 32 adet olay kaydedilmiú ve oluúan yer sarsnts ölçüm sonuçlar Çizelge 3’de sunulmuútur. Parçack hz tahmini için gecikme baúna düúen en fazla 182
patlayc miktar ve kaynak ile ölçüm istasyonu arasndaki uzaklklar dikkate alnarak türetilen ölçekli mesafe ile parçack hz arasndaki iliúki incelenmiútir. Çizelge 3’deki verilerden hareketle; ölçülen en yüksek parçack hz ile ölçekli mesafe veri çiftleri kullanlarak yaplan regresyon analizi sonucunda, bölgede yaplacak kontrollü patlatma tasarmlarnda parçack hz tahmininde kullanlmas
önerilen çalúma sahasnn sabitleri aúa÷daki formülle ifade edilmiútir. PPV = 2874 x SD-1.993 ; (r= 0.89)
(2)
Atm1
Atm2
Atm3
Atm4
1000
PPV mm/sn
Buna göre, çalúlan saha sabitleri srasyla K =2874 ve E = - 1.993 olarak bulunmuútur. Oldukça iyi bir korelasyon katsays ile sonuçlanmú olan bu regresyon ifadesi, iúletmede titreúim ölçer kullanlmad÷ durumlarda; herhangi bir atmdaki gecikme baúna kullanlan belirli miktardaki bir patlayc maddenin yarataca÷ titreúimin hznn belirli bir uzaklktaki de÷erinin ne olaca÷n tahmin etmede çok önemli bir yaklaúm olarak rahatlkla (kabul edilebilir limitlerdeki bir sapma ile) kullanlabilecektir. Literatüre uygun olarak iyi korelasyon katsaysyla elde edilen bu fonksiyonun en yüksek parçack hzna karúlk gelen ölçekli mesafe iliúkisinin logaritmik grafiksel görünümü de ùekil 4’de gösterilmiútir (SPSS).
mukayese etmek amacyla, USBM, Alman DIN 4150 ve Çevre ve Orman Bakanl÷ Çevresel Gürültünün De÷erlendirilmesi ve Yönetimi Yönetmeli÷i Norm’larna göre de÷erlendirilmiútir. Kaydedilen tüm atmlarda ölçülen maksimum parçack hz ve karúlk gelen frekans de÷erleri, USBM kriterine göre mukayese edilmek üzere ùekil 5’deki grafik üzerinde topluca gösterilmiútir. ùekil 5’de görüldü÷ü üzere, 1, 3 ve 4. atma çok yakn seçilen ve ùekil 2 ve 3’de konumlar ve Çizelge 3’de atmlara olan mesafeleri gösterilen 1, 2, 4, 5, 6, 11 ve 12 numaral ölçüm istasyonlarnda kaydedilen de÷erler, USBM normuna ait hasar limitinin üzerinde olmuútur. Özellikle NATO’ya ait bölgenin snrna yakn istasyonlarda kaydedilen de÷erlerin hasar limitinin altnda kald÷ görülmektedir.
100
10
1 1
10
Frekans (Hz)
100
1000
ùekil 5. PPV ve frekanslarn USBM kriterine göre de÷erlendirilmesi
ùekil 4. En yüksek parçack hz ve ölçekli mesafe iliúkisi
5.2. Hasar Riski De÷erlendirmesi Bu çalúma kapsamnda; cihazlarn kaydetti÷i parçack hz bileúenlerinin oluúum frekanslar dikkate alnarak, NATO’ya ait yakt tanklarna etki derecelerini tahmin ve 183
ùekil 6’da ise kaydedilen tüm atmlarda ölçülen maksimum parçack hz ve karúlk gelen frekans de÷erleri daha muhafazakar limitler öngören DIN 4150 Alman Normu’na ait grafik üzerinde topluca gösterilmiútir. ùekil 6’da görüldü÷ü üzere, 1, 3 ve 4. atmda tüm istasyonlarda kaydedilen de÷erler, 3 mm/sn’lik hasar limitinin üzerinde olmuútur. østasyon noktalarna daha uzak olan 2. atmda, yakt tanklarna yakn olan istasyonlarda kaydedilen de÷erlerin hasar limitinin altnda kald÷ görülmektedir.
Atm 1
Atm 2
Atm 3
Atm 4
1000,00
PPV (mm/sn)
100,00
10,00
1,00 1
10
Frekans (Hz)
100
1000
ùekil 6. PPV ve frekanslarn DIN 4150 Alman Normu’na göre de÷erlendirilmesi Çevresel Gürültünün De÷erlendirilmesi ve Yönetimi Yönetmeli÷ine göre atmlarda ölçülen maksimum parçack hz ve karúlk gelen frekans de÷erleri, mukayese edilmek üzere ùekil 7’deki grafik üzerinde de topluca gösterilmiútir. ùekil 5’de görüldü÷ü üzere, 1, 3 ve 4. atma çok yakn seçilen 1, 2, 4, 5, 6, 11 ve 12 numaral ölçüm istasyonlarnda kaydedilen de÷erler, hasar limitlerinin üzerinde olmuútur. Özellikle NATO’ya ait bölgenin snrna yakn istasyonlarda kaydedilen de÷erlerin hasar limitinin altnda kald÷ görülmektedir. Atm1
Atm2
Atm3
Atm4
PPV mm/sn
1000
100
10
1 1
10
Frekans (Hz)
100
1000
ùekil 7. PPV ve frekanslarn Çevresel Gürültünün De÷erlendirilmesi ve Yönetimi Yönetmeli÷i’ne göre de÷erlendirilmesi 5.3. Titreúim Analizine Dayal Basamak Tasarm Araútrma kapsamnda yaplan atmlarda gecikme baúna kullanlan maksimum 184
patlayc madde miktarlarnn 61 kg oldu÷u düúünüldü÷ünde, söz konusu atmlarn ve bundan sonra benzer úarj miktarlarnn kullanlaca÷ atmlarn, NATO’ya ait yakt tanklarna DIN 4150 Normu’ndaki ypranmú eski yaplarla ilgili 3 mm/sn eúik hasar limitine göre hasar verme riski bulundu÷u ùekil 6’daki grafikten anlaúlmaktadr. Söz konusu oca÷n zaman içerisinde NATO’ya ait yakt tanklarnn bulundu÷u yönde ilerleyece÷i gözönüne alnd÷nda bu riskin daha da artabilece÷i açktr. Bu riskin azaltlabilmesi için ocaktaki atmlarda uygulanan gecikme baúna kullanlan maksimum patlayc madde miktarnn azaltlmas gereklili÷i yukarda yaplan analizlerle anlaúlmaktadr. Bu miktarn azaltlabilmesi için, sahada özellikle NATO’ya ait yakt tanklarnn bulundu÷u yönde 14 m olarak uygulanan basamak yüksekli÷inin kademeli olarak azaltlmas gerekmektedir. Çizelge 4’de farkl basamak yükseklikleri ve farkl delik çaplar için hesaplanan gecikme baúna kullanlabilecek patlayc madde miktarlar verilmiútir. øúletmenin mevcut imkanlar dahilinde delik delme iúleminde kulland÷ 102 mm çapl delici makinenin kullanlaca÷, ateúlemede kullanlan gecikmeli elektrikli kapsüllerin kullanmna devam edilece÷i ve her deli÷in ayr gecikmelerde patlatlaca÷ düúünüldü÷ünde, Çizelge 4’de görüldü÷ü üzere, 10 m’lik basamak yüksekli÷inde gecikme baúna kullanlacak patlayc madde miktarnn 45 kg, 7,5 m’de 33 kg, 5 m’de 23 kg ve 3 m’de 13 kg olaca÷ hesaplanmútr. GIS ønúaat ve Tic. Ltd. ùti’nin Taú Oca÷’nda patlatmadan kaynaklanan titreúim hareketiyle ilgili parametrelerin, özellikle de literatürde genel kabul görmüú olan maksimum parçack hznn genliklerinin, (geçmiúe ya da gelece÷e yönelik) tahmininde yukarda verilen eúitlik kullanlarak bir de÷erlendirme yaplmútr. Bu de÷erlendirmede eúik hasar limiti olarak en olumsuz koúullar düúünülerek, daha muhafazakâr limitler öngören DIN 4150 Alman Normu esas alnmútr. Burada da yap tipleri için ypranmú eski yaplarla ilgili kriter düúünülmüútür. Hasar normuna göre
EùøK HASAR için 3 mm /s’lik maksimum parçack hz söz konusu olmaktadr. NATO’ya ait yakt tanklar önemli ve hassas yap olarak kabul edildi÷inden, mevcut uluslararas standartlar içinde en muhafazakar hasar limitleri içeren DIN 4150 Alman Normu’nu de÷erlendirmelerde kullanlmútr. Çizelge 4. Farkl Basamak Yükseklikleri ve Delik Çaplar øçin Hesaplanan Gecikme Baúna Kullanlacak Patlayc Madde Miktarlar Basamak Yüksekli÷i (m) 10 7.5 5 3
Gecikme Baúna Kullanlacak Patlayc Madde Miktar (kg) Delik Çap 102 mm 89 mm 76 mm 45 35 25 33 25 18 23 17 13 13 10 7
Araútrma kapsamnda sahada yaplan ölçüm sonuçlarndan elde edilen eúitlik kullanlarak, farkl mesafelerde 3 mm/sn’lik hasar baúlangç snr dikkate alnarak gecikme baúna kullanlmas gereken maksimum patlayc madde miktarlar ve buna ba÷l olarak da uygulanabilecek basamak yükseklikleri Çizelge 5’de verilmiútir. Söz konusu taú oca÷nda, çalúma izni istenilen alann NATO’ya ait yakt tanklarnn bulundu÷u yönde tanklara en yakn mesafesi, ùekil 2 ve 3’de görüldü÷ü gibi 85 m’dir. Çizelge 5’de görülece÷i üzere, sahada yakt tanklarna 85 m’de yaplacak atmlarda 3 mm/sn’lik eúik hasar limitinin oluúabilmesi için, gecikme baúna kullanlmas gereken maksimum patlayc madde miktar, %50 tahmin hattna göre 7,5 kg, olarak hesaplanmútr. Bu miktarn aúlmamas için, söz konusu oca÷n yakt tanklarna en yakn olan 85 m’lik mesafelerinde uygulanmas gereken basamak yüksekli÷i 3 m olarak öngörülmüútür. Çizelge 5. DIN 4150 Normu Eúik Hasar Limitine Göre Hesaplanan Gecikme Baúna
185
Düúen Maksimum ùarj Miktar (W) ve Öngörülen Basamak Yükseklikleri Mesafe Eúik hasar W Öngörülen (m) limiti (kg) Basamak (mm/sn) Yüksekli÷i (m) 85 3 7.5 3 3 100 3 10 5 125 3 16 150 3 23 7,5 175 3 31 10 200 3 41 10 250 3 64 10 Çizelge 5’de yaplan de÷erlendirmelerde, yine oca÷n yakt tanklarna 100 m’lik mesafelerinde hasar limitinin aúlmamas için kullanlmas gereken miktar 10 kg hesapland÷ndan, bu mesafelerde de 3 m’lik basamak yüksekli÷i öngörülmüútür. Ayn úekilde yakt tanklarna 125 m’lik mesafelerde 5 m, 150 m’lik mesafelerde 7,5 m ve 175 m’den uzak mesafelerde 10 m’lik basamak yüksekliklerinde çalúlabilece÷i öngörülmüútür. Oca÷n zaman içerisinde NATO’ya ait yakt tanklarnn bulundu÷u yönde ilerleyece÷i gözönüne alnd÷nda, Çizelge 5’de de÷iúik mesafeler için hesaplanan gecikme baúna kullanlabilecek maksimum patlayc madde miktarlar, iúletmenin mevcut imkanlar dahilinde kulland÷ 102 mm’lik delik çapnn, öngörülen basamak yüksekliklerine uygun olmad÷n ortaya koymaktadr. Keza bu delik çapnn kullanlmas durumunda, sahada yaplacak atmlarn yakt tanklarna hasar verme riskinin her zaman olabilece÷i anlaúlmaktadr. Söz konusu sahada 3 m’lik basamak yüksekli÷inde yaplacak atmlarda, 3 mm/sn’lik hasar limitinin aúlmamas için Çizelge 5’de 7,5 m olarak hesaplanan gecikme baúna kullanlabilecek patlayc madde miktarn aúmadan uygulanabilecek delik çapnn, Çizelge 5’de de görülece÷i üzere 76 mm oldu÷u ve bu çapta gecikme baúna kullanlacak patlayc madde miktarnn da 7 kg oldu÷u tespit edilmiútir. Ayn úekilde, Çizelge 4’de gecikme baúna 5 m’lik basamak yüksekli÷inde 13 kg, 7,5
m’lik basamak yüksekli÷inde 18 kg ve 10 m’lik basamak yüksekli÷inde 25 kg kullanlaca÷ tespit edilen patlayc madde miktarlar, sahada yakt tanklarndan uzaklaútkça Çizelge 5’de uygulanmas öngörülen 5 m 7,5 m ve 10 m’lik basamak yükseklikleri için hesaplanan gecikme baúna kullanlabilecek maksimum patlayc madde miktarlarndan daha az oldu÷undan, bu basamak yüksekliklerinde de 76 mm’lik delik çapnn kullanlmas gerekti÷i anlaúlmaktadr. Ayrca; söz konusu sahada yakt tanklarna 175 m’den daha uzak mesafelerde
uygulanabilece÷i öngörülen 10 m’lik basamak yüksekliklerinde 89 mm’lik delik çaplarnda da çalúlabilece÷i Çizelge 4 ve 5’de hesaplanan de÷erlerden de anlaúlmaktadr. Buna ilaveten, yine yukarda elde edilen eúitlik kullanlarak Çizelge 5’de % 50 tahmin hattna göre elde edilen miktarlarn ocakta yaplan patlatmalarda kullanlmas durumunda, de÷iúik mesafelerde elde edilecek maksimum parçack hzlar da Çizelge 6’da verilmiútir.
Çizelge 6. Farkl Mesafeler øçin Hesaplanan En Yüksek Parçack Hz (PPV) Mesafe (m) 50 85 100 125 150 175 250
Hesaplanan En Yüksek Parçack Hz -PPV (mm/sn) Gecikme baúna kullanlan maksimum patlayc madde miktar (kg) 7 kg 13 kg 18 kg 25 kg 35 kg 45 kg 50 kg 8,2 15,2 21,0 29,2 40,8 52,4 58,2 2,8 5,3 7,3 10,1 14,2 18,2 20,2 2,1 3,8 5,3 7,3 10,2 13,2 14,6 1,3 2,4 3,4 4,7 6,6 8,4 9,4 0,9 1,7 2,4 3,3 4,6 5,9 6,5 0,7 1,3 1,7 2,4 3,4 4,3 4,8 0,3 0,6 0,9 1,2 1,7 2,1 2,4
Çizelge 6’da görüldü÷ü üzere, ocakta NATO’ya ait yakt tanklarnn bulundu÷u yönde çalúlmas düúünülen ve tanklara en yakn mesafe olan 85 m’de, 7 kg’lk gecikme baúna kullanlan maksimum patlayc madde miktarnn kullanlmas durumunda, en yüksek parçack hz 2,8 mm/sn olarak hesaplanmútr. Hesaplanan bu de÷er de, DIN 5150 Normu’nun 3 mm/sn’lik eúik hasar limitinden düúüktür. Çizelge 6’da verilen taral bölge, farkl delik çaplarnda uygulanabilecek gecikme baúna düúen patlayc madde miktarlarnda mesafeye ba÷l olarak ortaya çkabilecek ve 3 mm/sn lik parçack hznn geçilmesi riskini ortadan kaldrabilecek uygulama koúullarn tanmlamaktadr. Bu güvenli öneriye ra÷men 85 m de 7 kg 2,8 mm/sn ve 100 m de 10 kg 2,9 mm/sn’lik parçack hzlar verebilece÷inden uygulamada çok dikkatli olunmas gerekmektedir.
186
Patlayc madde atmlar srasnda hava úoklarnn, ölçüm istasyonunda 140 dB' den yüksek de÷erlerinde sesten rahatsz olma, pencere cam krlmalar ve binalarda hasar meydana gelebilmektedir. Kaz sahasnda yaplan atmlar srasnda cihazlar mikrofonu zemine yerleútirilerek hava úoku de÷erleri 115 - 130 dB arasnda kaydedilmiútir. Bu de÷erlerin, atmlarn, seçilen ölçüm istasyonlarna göre çok daha uzakta bulunan çevredeki tesis ve yaplarda herhangi bir hasar yaratmayaca÷ gibi, cam krlmalar ve sesten rahatsz olma gibi durumlarn da meydana gelmeyece÷i anlaúlmútr. Gecikme baúna düúen úarjn mevcut olanaklarla kstlanmaya çalúld÷ bu atmlarda; kaydedilen olaylarda ortaya çkan maksimum parçack hzlarna karúlk gelen frekans de÷erlerinin da÷lmlar incelendi÷inde, kaydedilen 32 olaya ait titreúim frekanslar de÷erlerinin % 12,5’1 4–
10 Hz de÷er aral÷nda,% 37,5’i 11–30 de÷er aral÷nda, % 50’si ise 31 Hz’den yüksek olmuútur (ùekil 8).
yüksekli÷inin uygulanmas durumunda ortaya çkacak titreúimlerin NATO’ya ait yakt tanklarnda hasar yaratma riski açsndan etkili olamayaca÷ anlaúlmaktadr. Ancak bu riskin, baúarsz ya da uygun olmayan tasarmlar sonucunda varolabilece÷i de unutulmamaldr. Keza baúarsz tasarmlarn uyguland÷ durumlarda yakndaki yerleúim birimlerinde veya ocaklarn içindeki yap ve personele yönelik istenmeyen kaya frlamas sonucu mal ve can kayplar da söz konusu olabilece÷i göz önünde tutulmaldr. TEùEKKÜR
ùekil 8. Kaydedilen Frekans de÷erlerinin da÷lm Ölçülen titreúim frekanslarnn yüksek olmas, genel olarak 5–10 Hertz düzeyinde olan yaplarn öz yapsal frekanslaryla karúlaútrld÷nda, rezonans riskinin minimum düzeyde olaca÷n göstermektedir. 6 SONUÇLAR østanbul’da hammadde ihtiyaçlarn karúlamak üzere agrega üretimine yönelik faaliyetlerini sürdüren GIS ønúaat ve Tic. Ltd. ùti’nin, Çatalca ølçesinin yaknnda IR8352 ruhsat sahasnda bulunan taú oca÷nda izlenen ve ölçülen paternlerdeki test atmlar srasnda, patlatmadan kaynaklanarak kayaç içinde oluúan titreúimlerin, ölçü alnan noktalar itibariyle çevrede bulunan NATO’ya ait yakt tanklarna hasar yaratma riski açsndan etkili olabilece÷i anlaúlmaktadr. Ancak; araútrma kapsamnda yaplan analizler sonucunda, söz konusu sahada uygulanan patlatma tasarmna yönelik yukarda verilen öneriler ú÷nda, oca÷n NATO snrna yakn 85 – 100 m’lik mesafelerinde yaplacak patlatmalarda 3 m’lik basamak yüksekli÷inin, 125 m’lik mesafelerinde 5 m’lik basamak yüksekli÷inin 150 m’lik mesafelerinde 7,5 m’lik basamak yüksekli÷inin ve 175 m’den daha uzak mesafelerde ise 10 m’lik basamak 187
Bu araútrma srasnda, gerek arazi çalúmalarnda gerekse di÷er faaliyetlerde her türlü yardmda bulunan GIS ønúaat ve Tic. Ltd. ùti.’nin yetkililerine ve çalúanlarna teúekkür ederiz. Bu çalúma, østanbul Üniversitesi Bilimsel Araútrma Projeleri Yürütücü Sekreterli÷i (Proje No: 429/13092005), Devlet Planlama Teúkilat (Proje No: 2005K120990) ve Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araútrma Kurumu (Proje No: MøSAG-283) tarafndan desteklenmiútir. Yazarlar, østanbul Üniversitesi Bilimsel Araútrma Projeleri Yürütücü Sekreterli÷i, Devlet Planlama Teúkilat ve Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araútrma Kurumu’na finansal destekleri için teúekkür eder. KAYNAKLAR Dowding, C.H, 1985, Blast Vibration Monitoring and Control, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, NJ, pp. 119-126. Felice, J.J, 1993, Applications of Modelling to Reduce Vibration and Airblast Levels, 4th International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting,. Vienna, 5-8 July 1993. Johnston, G.J, Durucan, S, 1994, The Numerical Prediction, Analysis and Modelling of Ground Vibration Induced by Blasting, Third International Symposium on Mine Planning and Equipment Selection, Istanbul, 18-20 October 1994.
Kahriman, A, Özer, U, Aksoy, M, Karado÷an, A, Tuncer, G 2006a, Environmental impacts of bench blasting at Hisarcik Boron open pit mine in Turkey, International Journal of Geosciences Environmental Geology, Springer Press, DOI 10.1007/s00254-0060274-5, pp.1015–1023. Kahriman, A.,Özer, U, Karado÷an, A., Aksoy, M, Adgüzel, D., Akaya, U. G, 2006b, Çatalca Yöresi Gis ønúaat ve Tic. Ltd. ùti’nin IR8352 Ruhsat Sahasndaki Taú Oca÷nda Patlatmadan Kaynaklanan Titreúimlerin Ölçümü ve Nato’ya Ait Yakt Tanklarna Etki Etmeyecek Tarzda Tasarnnn Yaplmas, østanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Döner Sermaye Projesi. østanbul. Kahriman, A, 2004, Analysis of parameters of ground vibrations produced from bench blasting at a limestone quarry, Soil
Kahriman, A, 2004, Analysis of parameters of ground vibrations produced from bench blasting at a limestone quarry, Soil 188
Dynamics and Eartquake Engineering, 24, Elsevier, London, U.K, pp. 887-892. Özer, U, Kahriman, A, Adiguzel, D, Aksoy, M, Karado÷an, A, 2007, The Investigation of Ground Vibrations Induced by Bench Blasting at Different Quarries at Çatalca District in Turkey, The Thirty-Three Annual Conference on Explosives and Blasting Technique, January 28 -31, 2007 Nashville, Tennessee, USA. Volume I. pp 241-253. SPSS, Statistical Software, SPSS 11.5 for Windows.
Uúak Kúlada÷ Altn Madeninde Önkesme Patlatmasndan Kaynaklanan Hava ùoku Basnc Analizi Preslipt Blast Induced Air Overpressure Investigation At Uúak Kúlada÷ Gold Mine Onur Bigikoçin, Hasan Aydn Bilgin
Ortado÷u Teknik Üniversitesi, Maden Mühendisli÷i Bölümü, Ankara
ÖZET Önkesme patlatmas uygulamalarnda, yüksek hava úoku basnc veya ani gürültü olarak adlandrlan havada ilerleyen enerji dalgalar oluúur. Bir açk iúletmede veya çevresinde patlatmadan kaynaklanan hava úoku; ateúlenen patlayc miktar, patlatma yeri ile ölçüm yeri arasndaki uzaklk ve hava úartlar gibi pek çok unsura ba÷l olarak de÷iúebilir. Bu sebeple herhangi bir açk iúletmede veya çevresinde gürültü durumunun de÷erlendirilmesi ve belirlenmesi gereklidir. Bu araútrmada, Kúlada÷ Altn madeninde önkesme patlatmas uygulamasndan kaynaklanan hava úoku ölçülüp kaydedilmiú, incelenmiú ve de÷erlendirilmiútir. Çalúmada, patlayc miktar, ölçüm istasyonlarna veya yerleúim alanlarna olan uzaklk, rüzgar yönü, rüzgar hz gibi parametreler kaydedilmiú, incelenmiú ve de÷erlendirilmiútir. Türk Yönetmeli÷inde patlatma kaynakl hava úoku için izin verilen snr de÷er belirtilmedi÷i ancak özel durumlarda ek gürültü göstergeleri kullanmna izin verildi÷i için de÷erlendirmede A.B.D. standard esas alnmútr. Ölçülen hava úoku de÷erlerinin A.B.D. standartlarna uygun oldu÷u sonucuna varlmútr. ABSTRACT In presplit blasting operations airborne energy called air blast overpressure or impulsive sound is produced. The air blast induced by blasting may vary significantly at or around an open pit mine depending on several parameters such as the amount of charge detonated, the physical distance between the blast and the monitoring locations and the weather conditions. Therefore evaluation and assessment of air blast condition at or around an open pit mine is necessary. In this research study the airblast conditions induced by presplit blasting operations at Kúlada÷ Gold Mine are monitored, recorded, analysed and evaluated. In this research study, several parameters such as the amount of charge, the physical distance to the location of monitoring device or residential structures and the weather condition parameters such as wind direction, wind speed were recorded, analyzed and evaluated. No permitted level is set for blasting induced air blast in Turkish Regulation. However, Turkish Regulation permits the use of special noise criteria under certain circumstances such as blasting therefore US Federal Regulation is taken as a basis for compliance evaluation. The monitored air blast levels are found to be in compliance with US Federal Regulation. 189
1. GøRøù Madencilik sektöründe hammadde üretimi için yaplan kaya kazlarn gerçekleútirmenin verimli ve ekonomik yollarndan biri patlatmal kaya kazs uygulamaktr. Patlatmal kaya kazlar yararlarnn yansra titreúim ve hava úoku gibi çevresel sorunlar da beraberinde getirmektedir. Bu sorunlar en az seviyeye indirmek için gerekli ölçüm ve de÷erlendirme çalúmalar yaplmaldr. Uúak Kúlada÷ Altn madeninde açk iúletme yöntemi ile altn cevheri üretilmektedir. Bu madendeki ön kesme patlatmalarndan kaynaklanan hava úoku de÷erleri üç ayr yerleúim birimi yönünde ölçülüp, bu yerleúimlere olan etkileri tüm yönleriyle yorumlanp de÷erlendirilmiútir. Bu bildiride ise bunlardan sadece Karapnar mahallesine olan etkiler incelenmiútir. 2. PATLATMA KAYNAKLI HAVA ùOKUNUN ÖZELLøKLERø VE HASAR KRøTERLERø Hava úoku patlatma ile oluúan istenmeyen etkilerden biridir. Hava úoku ender olarak binalarda hasara yol açsa da yaratt÷ ani ve güçlü gürültü sebebiyle yaknda yerleúimlerdeki kiúiler için úikayet kayna÷dr. Patlatma ile oluúan hava úoku düzeyleri desibel (dB) cinsinden ifade edilmekte ve sahip oldu÷u büyüklük orannda hasar yaratmaktadr. Ülkemiz Gürültü Yönetmeli÷inde patlatma kaynakl hava úoku de÷erlendirmesi için herhangi bir snr de÷er bulunmad÷ için A.B.D. tarafndan saptanmú snr de÷erler çalúmada kullanlmútr. Hava úoku patlatmadan kaynaklanan, havada yaylan basnç dalgalardr. Havann makaslama direnci olmad÷ için sadece basnç dalgalar taúnr. Hava úoku dalgalar genellikle yer sarsntlarna göre 5-20 kat daha yavaú yaylr ve patlatma yerinden uzaklaútkça sönümlenir. Hava úoku
190
incelemelerinde incelenmesi gereken en önemli parametreler gecikme baúna kullanlan patlayc miktar ve ölçüm istasyonuna olan uzaklktr. Ayrca sklamann derecesi de önemli bir parametredir. Sklamann derecesinin düúmesiyle birlikte oluúan hava úoku seviyesi artmaktadr. Ön kesme delikleri uygulanan patlatma tekni÷i gere÷i sklamasz patlatldklar için ola÷an olarak yüksek düzeyde hava úoku üretme riski taúmaktadrlar. Hava úoku yaylm baúta rüzgar hz ve yönü olmak üzere meteorolojik koúullardan da etkilenmektedir. Bu sebeple hava úoku yaylmnn de÷erlendirilmesinde meteorolojik koúullar da dikkate alnmaldr. 2.1 Hava ùoku Ölçümü: ønsan kula÷ geniú bir aralktaki frekanslara hassas oldu÷undan ses genellikle aritmetik yerine logaritmik ölçekle ifade edilir. Hava úoku dB cinsinden aúa÷daki eúitlikle hesaplanr: §P· dB 20 log¨¨ ¸¸ © P0 ¹ P : Ölçülen ses basnc de÷eri (Pa) P0: Atmosferik hava basnc (Pa)
Ses basncn do÷rudan desibel ifade etmek için ùekil 2.1’deki yararlanlabilir. ønsanlarn ve binalarn ses verdikleri tepkiler ise ùekil gösterilmiútir.
cinsinden grafikten basncna 2.2 de
Hava úoku birçok aletle ölçülebilmektedir fakat binalarda hasar yaratan düúük frekansl dalgalar (1 - 30 Hz) ölçebilen aletler tercih edilmelidir. Hava úoku ölçümlerinde 3 farkl a÷rlkl ölçek kullanlmaktadr. Bunlar A , C ve L a÷rlkl ses düzeyleridir. ùekil 2.3 te A, C ve L cinsi a÷rlkl ses düzeylerinin sahip olduklar frekans spektrumu gösterilmiútir. A ve C a÷rlkl ses düzeyleri düúük frekanslar
ölçemedikleri için hava úoku ölçümlerinde L a÷rlkl ses düzeyleri kullanlmaldr. (Dowding, 1985). L a÷rlkl ses düzeyi özellikle binalar için ölçülmesi gerekli olan 5-20 Hz aras frekanslar do÷ru olarak ölçebilmektedir.
ùekil 2.3. Farkl a÷rlkl ses düzeyi ölçümlerinin hava úoku kaytlarna etkisi a) a÷rlkl ses düzeylerinin frekans spektrumu; b) Zamana göre karúlaútrlmalar (Siskind ve Summers, 1974). ùekil 2.1. Hava úoku seviyelerinin dB cinsinden eúde÷erleri (Siskind vd., 1976).
2.2 Hava ùoku Dalgalarnn Yaylm: Farkl miktarlarda ve farkl mesafelerde patlatlan patlayclardan oluúan hava úoku dalgalarnn karúlaútrlmas için ölçekli mesafe yöntemi kullanlmaktadr. Bu yöntem eúde÷er ölçekli mesafelerde eúde÷er hava úoku dalgalarnn oluútu÷unu varsayar.
r
R W 1/ 3
r = Ölçekli Mesafe (m/kg1/3) R = Patlatma yerine olan uzaklk (m) W= Patlatlan patlayc miktar (kg) (Siskind, 1980).
ùekil 2.2 Hava úoku seviyelerine insanlarn ve binalarn verdikleri tepkiler (LadegaardPedersen ve Dally, 1975). 191
Hava úoku yaylmnda veriler daha az da÷lm gösterdi÷i için genellikle küp kök tipi ölçekli mesafe yöntemi tercih edilir. Kullanlan patlayc miktar ve patlatma yerine olan uzak dúnda meteorolojik koúullar da hava úoku yaylmnda etkili olmaktadr. Rüzgar hz, yönü ve ayrca scaklk inversiyonu önemli parametrelerdir.
3. HAVA ùOKU ÖLÇÜM YÖNTEMø 3.1 Ölçüm cihazlar Ölçümlerde yer sarsnts ve hava úokunu ölçüp kaydedebilen dijital sismograflar kullanlmútr. Cihazlar asgari 100 dB düzeyinde gürültü ölçümü yapabilmektedir. Cihazlar tarafndan kaydedilen hava úoku kaytlar cihazla birlikte sa÷lanan yazlmla bilgisayara aktarlmútr. 4. UùAK KIùLADAö ALTIN MADENøNDE HAVA ùOKU ÖLÇÜM SONUÇLARININ DEöERLENDøRøLMESø 4.1 Ön Kesme Patlatma Yöntemi ve Ölçüm østasyonlarnn Belirlenmesi Kúlada÷ Altn Madeninde úev durayll÷n artrmak için ön kesme patlatmalar yaplmaktadr. Delikler 165 cm çapnda ve 1.6 – 1.7 m aralklarla delinmektedir. Delik boyu 10 metredir. Genellikle patlatmalar 5 veya 6 delikten oluúan gruplar halinde gerçekleútirilmektedir. Bazen 7’li veya 8’li gruplar da patlatlabilmektedir. Bir delikte yaklaúk 7 kg patlayc madde oldu÷u için gecikme baúna patlatlan patlayc miktar 35 kg ve 56 kg arasnda de÷iúmektedir. Delikler sklanmamaktadr. Bu çalúmada ön kesme patlatmalarndan kaynaklanan hava úokunun sadece Karapnar Mahallesine olan etkileri incelenmiútir. Bu sebeple Karapnar mahallesi yönünde ölçüm istasyonlar kurulmuútur (ùekil 4.1). Ocak snrlarnn en son hali kapal zikzakl çizgi ile gösterilmiú, ön kesme patlatmalar ise koyu gri noktalarla ifade edilmiútir. Ocak snr ile Karapnar mahallesine en yakn olan KR-10 istasyonu arasndaki uzaklk 1402 metredir. 192
ùekil 4.1 Karapnar Mahallesi yönünde kurulan ölçüm istasyonlar 4.2 Hava ùoku Ölçüm Sonuçlarnn De÷erlendirilmesi Karapnar Mahallesi güzergahnda alnan tüm kaytlar Tablo 4.1 de gösterilmiútir. Alnan tüm kaytlar de÷erlendirildi÷inde Karapnar mahallesi yönünde kaydedilen hava úoku de÷erleri 133 dB’in altnda oldu÷undan A.B.D. standardna tümüyle uymaktadr. Bir baúka deyiúle kaydedilen de÷erlerin tümü hasar oluúmas için verilen snr de÷erin (140 dB, ùekil 2.2) altndadr. Kaytlar yönetmeliklere uygun oldu÷u halde ileride oluúabilecek sorunlardan tamamen kurtulmak için hava úoku yaylma dinami÷i ayrntl bir úekilde incelenmelidir. Elde edilen kaytlardan hava úokunun 850 m ve 1450 m arasnda 127 dB’in altnda oluútu÷u gözlemlenmiú ve 1450 m den sonra kesin olarak 119 dB’in altna düútü÷ü gözlemlenmiútir. 127 dB ve 119 dB aral÷, izin verilen snrlar içerisinde olmasna ra÷men úikayetlere yol açabilmektedir. 1450 metreden sonra kaydedilen 117 dB ve 106 dB arasndaki de÷erler ise izin verilen snrlarn içerinde ve yerleúim birimlerinde rahatszl÷a yol açmayacak düzeydedir.
Tablo 4.1 Karapnar Mahallesi Boyunca Alnan Hava ùoku Kaytlar østasyon Kodu KR3 KR4 KR9 KR2 KR7 KR2 KR6 KR1A KR1B KR6 KR1A KR1B KR7
Hava Patlayc Uzaklk Ölçekli Mesafe ùoku Miktar 1/3 D (m) SD (m/kg ) dB Q (kg) 42.00 42.00 42.00 44.44 44.44 42.00 42.00 49.00 49.00 49.00 42.00 42.00 42.00
1132.40 1230.36 1980.39 855.22 1616.45 667.86 1338.61 470.11 618.91 1401.58 414.46 563.75 1445.38
325.77 353.96 569.73 241.44 456.35 192.13 385.10 128.47 169.13 383.02 119.23 162.18 415.81
127.8 127.0 114.0 127.9 106.0 125.9 106.5 129.8 131.1 126 123.6 125.4 119.0
KR1A
35.00
444.51
135.89
126.2
KR1-A0
42.00
720.56
207.29
131.6
mesafesinde ölçülen hava úoku de÷eri 129.80 dB’dir. Ölçekli mesafe artt÷ halde hava úoku basnc da artmútr. Bu beklenmeyen durum rüzgar etkisi ile açklanabilir. Rüzgar hznn KR1A istasyonu yönündeki paralel bileúenleri srasyla +1.787 m/s ve +1.157 m/s’dir. Hava úoku dalgalar rüzgara karú yönde ilerledi÷i için rüzgar hzndaki düúüúün hava úoku basncsn 123.60 dB’den 129.80 dB’e çkartt÷ düúünülebilir. KR1B istasyonunda 162.18 m/kg1/3 ölçekli mesafesinde 125.40 dB de÷eri kaydedilmiútir. Ayn istasyonda 169.13 m/kg1/3 ölçekli mesafesinde kaydedilen hava úoku basnc ise 131.10 dB’dir.
Karapnar Mahallesi yönünde hava úoku yaylmnda rüzgar hz ve yönünün etkilerini incelemek amacyla madenin meteoroloji istasyonundan gerekli veriler alnmútr. Rüzgar hz Karapnar Mahallesi güzergahna paralel ve dik yönde olmak üzere iki bileúene ayrlmútr. Güzergaha paralel olan bileúen, hava úoku dalgalarnn istasyon yönünde rüzgara karú m yoksa rüzgar yönünde mi ilerledi÷ini belirler. Karapnar mahallesi yönünde alnan hava úoku kaytlar ayn zamandaki rüzgar hz ve yönü de÷erleriyle eúleútirilmiútir. Kaytlarn artan uzakl÷a göre sralanmú úekli Tablo 4.2 de gösterilmiútir. Normal hava koúullarnda rüzgar etkisi olmad÷ durumlarda artan ölçekli mesafe ile hava úokunun sönümlenmesi beklenir. Bu sebeple rüzgar etkisini gözlemek için birbirine yakn de÷erlerdeki ölçekli mesafelerde ölçülen hava úoku de÷erleri birbirleri ile karúlaútrlmaldr. Karapnar Mahallesi açk oca÷n kuzeybatsnda yer almaktadr (ùekil 4.1). Bu sebeple rüzgar hz paralel bileúeninin pozitif olmas hava úoku dalgalarnn rüzgara karú, negatif olmas ise rüzgar yönünde ilerledi÷ini gösterir. KR1A istasyonunda 119.23 m/kg1/3 ölçekli mesafesinde 123.60 dB de÷eri ölçülmüútür. Ayn istasyonda 128.47 m/kg1/3 ölçekli 193
KR1B istasyonunda ölçekli mesafenin artmasna ra÷men hava úoku basncndaki bu artú rüzgar hznn KR1B istasyonu yönündeki paralel bileúeninin +1.787 m/s’den +1.157 m/s de÷erine düúmesiyle açklanabilir. Ayrca KR2 ve KR1-A0 istasyonlarnda 192.13 m/kg1/3 ve 207.29 m/kg1/3 ölçekli mesafelerinde srasyla 125.90 dB ve 131.60 dB de÷erleri ölçülmüútür. Ölçekli mesafedeki artúa ra÷men hava úoku basncndaki bu artú, rüzgar hznn bu istasyonlar yönündeki paralel bileúeninin 2.774 m/s ‘den 0.064 m/s de÷erine düúmesiyle di÷er bir deyiúle KR2 istasyonundaki ölçümde rüzgarn hava úoku dalgalarn daha çok engellemesiyle açklanabilir. Karapnar Mahallesi güzergahnda rüzgar hzndaki de÷iúimlerin yan sra, rüzgar yönlerindeki de÷iúimlerin de kaydedilen hava úoku basncn etkiledi÷i gözlenmiútir. KR2 ve KR3 istasyonlarnda 241.44 m/kg1/3 ve 325.77 m/kg1/3 ölçekli mesafelerinde srasyla 127.90 dB ve 127.80 dB de÷erleri kaydedilmiútir.
Tablo 4.2 Karapnar Mahallesi Boyunca Alnan Hava ùoku Kaytlar østasyon
Uzaklk (m)
KR1A KR1A KR1A KR1B KR1B KR2 KR1-A0 KR2 KR3 KR4 KR6 KR6 KR7 KR7 KR9
414,46 444,51 470,11 563,75 618,91 667,86 720,56 855,22 1132,40 1230,36 1338,61 1401,58 1445,38 1616,45 1980,39
Patlayc SD Miktar (m/kg1/3) (kg) 42,00 119,23 35,00 135,89 49,00 128,47 42,00 162,18 49,00 169,13 42,00 192,13 42,00 207,29 44,44 241,44 42,00 325,77 42,00 353,96 42,00 385,10 49,00 383,02 42,00 415,81 44,44 456,35 42,00 569,73
Hava ùoku dB 123,60 126,20 129,80 125,40 131,10 125,90 131,60 127,90 127,80 127,00 106,50 126,00 119,00 106,00 114,00
Rüzgar Hz (m/s)
Rüzgar Yönü (N°)
1,93 2,53 1,72 1,93 1,72 3,50 2,79 1,70 3,09 3,09 3,50 1,72 1,93 1,70 3,09
302,79 325,18 328,59 302,79 328,59 318,50 9,69 263,01 57,62 57,62 318,50 328,59 302,79 263,01 57,62
Ölçekli mesafedeki önemli artúa ra÷men kaydedilen hava úoku basnc ayn kalmútr. Bu beklenmeyen durumun rüzgarn KR2 istasyonunda +1.613 m/s hznda hava úokuna karú esmesi ve KR3 istasyonunda hava úoku dalgalar ile ayn yönde ve -2.248 m/s hznda esmesi nedeniyle (hava úoku dalgalarn istasyona do÷ru ötelemesiyle) oluútu÷u söylenebilir. Rüzgar hznn KR2 istasyonu do÷rultusundaki paralel bileúeni +1.613 m/s ve hava úoku dalgalarna karú iken, KR3 istasyonunda ayn yönde -2.248 m/s olmasnn kaydedilen hava úoku basncn artrd÷ gözlemlenmiútir. Ayrca KR7 ve KR9 istasyonlarnda 456.35 m/kg1/3 ve 569.73 m/kg1/3 ölçekli mesafelerinde srasyla 106.0 dB ve 114.0 dB de÷erleri kaydedilmiútir. Ölçekli mesafedeki artúa karúlk hava úoku basncndaki bu beklenmeyen artú gene rüzgar hz ve yönündeki de÷iúim etkisiyle açklanabilir. Karapnar Mahallesi güzergahnda rüzgarn hava úoku yaylmnda önemli bir rol oynad÷ gözlenmiútir. Rüzgar hz ve yönü mevsim úartlarna göre de÷iúebilmektedir. Özellikle kún daha yüksek hzlarla esmesi beklenir. Alnan
Paralel Bileúen (m/s) 1,79 1,81 1,16 1,79 1,16 2,77 0,06 1,61 -2,25 -2,25 2,77 1,16 1,79 1,61 -2,25
Normal Bileúen (m/s) 0,71 1,76 1,27 0,71 1,27 2,13 2,79 -0,52 2,12 2,12 2,13 1,27 0,71 -0,52 2,12
ölçümler yaz aylarnda yapld÷ için, rüzgar etkisinin hava úoku yaylmndaki etkisini tam olarak bulabilmek için kún da ölçümler yaplmaldr. Mevcut ölçümler sonucunda Kúlada÷ Altn Madenindeki patlatmalarn Karapnar mahallesi açsndan izin verilen snrlar içinde oldu÷u bulunmuútur. Fakat ileride ocak snrlar geniúleyece÷i için oluúabilecek herhangi bir sorun riskini azaltmak için kullanlan delik çaplarnn küçültülmesi ve gecikme baúna kullanlan patlayc miktarnn 35 kg ile snrlandrlmas önerilmiútir. 5. SONUÇ Bu araútrma kapsamnda Uúak Kúlada÷ Altn Madeninde ön kesme patlatmalarndan kaynaklanan hava úoku ölçülüp kaydedilmiú ve hava úoku durumu incelenip de÷erlendirilmiútir. Türk yönetmeli÷inde patlatmadan kaynaklanan hava úoku için bir snr de÷er verilmedi÷inden bu araútrmada A.B.D. yönetmeli÷indeki hava úoku için belirlenmiú 133 dB (L) snr de÷eri kullanlmútr. Ölçülen de÷erlerin A.B.D. Federal Tüzü÷üne uygun oldu÷u sonucuna 194
yönünün yerleúim birimlerine do÷ru esti÷i günlerde ertelenmesi önerilmiútir.
varlmútr. Ancak ön kesme patlatmalarndan kaynaklanan hava úokunun kiúilerde yaratabilece÷i korku ve endiúe sebebiyle hava úoku detayl olarak incelenmiútir. Ölçülen de÷erler yapsal hasara yol açabilecek olan 140 dB (L) de÷erinden oldukça düúüktür. Di÷er bir deyiúle Kúlada÷ Altn Madenindeki ön kesme patlatmalarnn herhangi bir yapsal hasara yol açmayaca÷ anlaúlmútr. Bu çalúmada hava úoku insanlar rahatsz etmeyecek olan 117 dB (L) snrnda tutulmaya çalúlmútr. Karapnar Mahallesi güzergahnda alnan ölçümler sonucunda hava úokunun 850 m ve 1450 m arasnda 127 dB de÷erinin altnda oldu÷u ölçülmüútür. 1450 m ve daha sonrasnda ise hava úoku 119 dB de÷erinin altndadr. Karapnar Mahallesi ve açk ocak arasndaki en ksa mesafe 1402 metre oldu÷undan hava úoku de÷erleri A.B.D. Tüzü÷üne uygundur. Hava úoku yaylmnda gecikme baúna patlayc miktar ve patlatma yerine olan uzaklk dúnda rüzgar hz ve yönü de etkili olmaktadr. Çalúmann yapld÷ yaz aylarna göre kún rüzgar farkl yönlerden ve daha güçlü esece÷i için hava úoku ölçümleri kún da sürdürülmelidir. Ocak snrlarnn ileride daha da geniúleyece÷i göz önünde bulundurularak ve oluúabilecek tüm úikayetleri ortadan kaldrmak için gecikme baúna kullanlan patlayc miktarnn 35 kg ile snrlandrlmas veya tercihen 35 kg‘n altnda tutulmas önerilmiútir. Ayrca úu an kullanlan delik çaplarnn küçültülmesi ve patlatmalarn rüzgar hznn yüksek ve
6.TEùEKKÜR Bu araútrma srasnda ve gerek arazi çalúmalar srasnda her türlü deste÷i sa÷layan TÜPRAG úirketi yetkililerine teúekkürü bir borç biliriz. KAYNAKLAR Bilgin, H.A., Hacosmano÷lu, E. ve Çakmak, B., 2007, Environmental Impact Assessment for Blasting Operations at Kúlada÷ Gold Mine, Project Code: 06-03-05-2-00-06, METU, Ankara, Final Report, 89 p. Bigikoçin, O.,2007, Presplit Blast Induced Air Overpressure Investigation at Kúlada÷ Gold Mine, Master Thesis, Middle East Technical University, Ankara, 130 p. Dowding, C.H., 1985, Blast Vibration Monitoring and Control, Prentice-Hall, 297 p. Siskind D, Stachura VJ, Raddiffe KS (1976) “Noise and vibrations in residential structure from quarry production blasting.”,USBM Report of Investigations RI8168. Siskind, D. E., Stagg, M.S., Kopp, J.W., Dowding, C.H., 1980, Structure Response and Damage Produced by Ground Vibration From Surface Mine Blasting, RI 8507, United States Department of the Interior, 75 p.
195
196
BLø Orhaneli øúletmesi Gümüúpnar Köyü Patlatma Risk Etüdü BLø Orhaneli Management Gümüúpnar Village Blasting Risk Assessment H.Aydn BøLGøN
ODTÜ Maden Mühendisli÷i Bölümü, Ankara
H. Sinan øNAL
NøTROMAK A.ù., Ankara
ÖZET NøTROMAK A.ù. BLø-Orhaneli Linyit øúletmesinde patlatma hizmetlerini yürütmeye 4 Mays 2005 tarihinde patlatma hizmetine baúlamútr. BLø øúletmesinin çok yaknnda Gümüúpnar Köyü bulunmakta olup, köylüler geçmiúte açk ocak kömür madeni iúletmesinde yaplan basamak usulü patlatmalarn yol açt÷ yer sarsntlarndan zaman zaman úikayetçi ve tedirgin olmuúlardr. Hatta bazlar binalarnda çatlamalar oldu÷u iddiasyla bu hususu dava konusu yapmúlardr. Bu nedenle, araútrma ekibi tarafndan, iúe baúlamadan önce mevcut jeolojik yap ve Gümüúpnar Köyündeki binalarn halihazr durumu da göz önüne alnarak bir durum tespiti ve patlatma kaynakl muhtemel yer sarsntlar için bir risk analizi araútrmas gerçekleútirmiútir. Yaplan inceleme, analiz ve de÷erlendirmeler neticesinde gerek Gümüúpnar halknn duydu÷u tedirginli÷i en aza indirecek gerekse de binalarda hasar riskini ortadan kaldracak en uygun sonuçlara baúaryla ulaúlmútr. Bu ba÷lamda risk durumu araútrlmú, maden sahas risk bölgelerine ayrlmú, binalarda hasara yol açmamak amacyla izin verilebilecek sarsnt hz üst snr de÷eri belirlenmiú, buna göre hangi bölgede ve kaç metre mesafe dahilinde, binalara hasar vermeyecek biçimde ayn anda (ayn gecikmede) kaç kilogram patlayc maddenin güvenle patlatlabilece÷i saptanmútr. Ayrca alnmas gerekli görülen teknik ve idari tedbirler belirlenmiú ve önerilmiútir. ABSTRACT NøTROMAK A.ù. has started providing blasting services at BLø Orhaneli Open Pit Coal mine on 4th of May 2005. Within the close neighborhood of BLø Orhaneli Coal Mine Gümüúpnar Village is located and the residents of this village has suffered from blasting induced ground vibrations in the past. Moreover some of the villagers have carried their complaints to the court. Due to this fact, research team has performed a blast-induced ground vibrations risk assessment study before the blasting work is started, by considering the geology of the area and the current condition of the buildings in the Gümüúpnar village. After the monitoring studies , analysis and evaluation works, necessary results required for minimizing the complaints of Gümüúpnar villagers and eliminating the risk of damaging the buildings were achieved succesfully. In order to achieve these results, risk potentials were investigated, mine and village site were divided into risk areas and allowable ground vibration limit values were determined with the suitable blastable charge per delay for each of these risk areas, separately. In addition, necessary technical and managerial precautions were recommended. 1
197
1 GøRøù
teknik ve idari tedbirler belirlenmiú ve önerilmiútir.
BLø-Orhaneli Linyit øúletmesinde patlatma hizmetleri ihalesini NøTROMAK A.ù. kazanmú ve BLø øúletme Müdürlü÷ü ile NøTROMAK A.ù. arasnda imzalanmú bulunan sözleúme gere÷i NøTROMAK A.ù., 3 Mays 2005 günü yer teslim tutana÷n imzalayarak 4 Mays 2005 tarihinde patlatma hizmetine baúlamútr. BLø øúletmesinin çok yaknnda Gümüúpnar Köyü bulunmakta olup, köylüler geçmiúte yerüstü kömür madeni iúletmesinde yaplan basamak usulü patlatmalarn yol açt÷ yer sarsntlarndan zaman zaman úikayetçi ve tedirgin olmuúlardr. Hatta bazlar binalarnda çatlamalar oldu÷u iddiasyla bu hususu dava konusu yapmúlardr. Bu nedenle NøTROMAK A.ù. iúe baúlamadan önce mevcut jeolojik yap ve Gümüúpnar Köyündeki binalarn halihazr durumu da göz önüne alnarak bir durum tespiti ve patlatma kaynakl muhtemel yer sarsntlar için bir risk analizi araútrmas yaplmas için çalúmalar baúlatmútr. Çalúmalar, Orta Do÷u Teknik Üniversitesi Maden Mühendisli÷i Bölümü yönetim ve denetiminde gerçekleútirilmiú olup 2.5 aylk yo÷un ve titiz bir çalúma süreci sonunda tamamlanmútr. Yaplan inceleme, analiz ve de÷erlendirmeler neticesinde gerek Gümüúpnar halknn duydu÷u tedirginli÷i en aza indirecek gerekse de binalarda hasar riskini ortadan kaldracak optimum sonuçlara baúaryla ulaúlmútr. Bu ba÷lamda risk durumu araútrlmú, maden sahas risk bölgelerine ayrlmú, binalarda hasara yol açmamak amacyla izin verilebilecek sarsnt hz üst snr de÷eri belirlenmiú, buna göre hangi bölgede ve kaç metre mesafe dahilinde, binalara hasar vermeyecek biçimde ayn anda (ayn gecikmede) kaç kilogram patlayc maddenin güvenle patlatlabilece÷i saptanmútr. Ayrca alnmas gerekli görülen
2 YAPILAN ÇALIùMALAR Araútrma ekibi Orhaneli øúletmesine giderek 15 Nisan 2005 günü çalúmalarna baúlamútr. 15 Nisan 2005 günü iúletme yetkilileri ile ve ayrca köy muhtar ile görüúülerek baúlanan çalúmalara daha sonra iúletmede yürütülen patlatma faaliyetleri hakknda bilgiler alnarak devam edilmiú ve saha gezilerek incelenmiútir. Bu incelemede kömür madeninin snrlar ile en yakndaki binalar arasndaki mesafeler araútrlmú, yaplacak sarsnt ölçümleri için güzergahlar belirlenmiútir. Araútrma tarafndan yaplan sarsnt ölçümleri 15 Nisan 2005 ile 15 Haziran 2005 tarihleri arasnda øúletmede yaplan tüm patlatmalar kapsayacak úekilde kesintisiz devam etmiútir. 4 Mays 2005 tarihinden sonra patlatma iúini Nitromak A.ù. devir almútr. Bu tarihten 15 Haziran 2005 tarihine kadar geçen zaman içerisinde Nitromak A.ù.’nin yapt÷ patlatmalar 7 ayr güzergah üzerinden ölçülmüútür. Üniversite ve Nitromak A.ù. tarafndan yaplan 2 aylk çalúma sonunda tek delik patlatmalar ve grup patlatmalar dahil toplam 643 adet sarsnt ölçümü alnmútr. Bu ölçüm kaytlarnn 583 adedi mevcut hatlar üzerinde oluúturulan istasyonlarda ve zeminde, 60 adedi ise kömür oca÷ snrna en yakn binalarda ve daha önce TKø tarafndan yaplan patlatmalar srasnda sarsntlardan úikayeti olan köylülerin evlerinde alnmútr. Ayrca kontrol amac ile 1 Temmuz 2005 tarihinde eú zamanl olarak hem zeminde, hem de binalarda olmak üzere 17 adet daha sarsnt ölçümü yaplmú ve kayt alnmútr. Böylece çalúma döneminde yaplmú olan sarsnt ölçümlerinin toplam says 660’a ulaúmútr. 2
198
3 YENø PATLATMA DÜZENLERø SIRASINDA ALINAN KAYITLARIN DEöERLENDøRMESø
Ancak bu durum binalarda hasar riski bulunmad÷ anlamna gelmemektedir. Gelecekte de patlatmalarn denetim altnda yaplmas zorunlu bir durum olarak karúmza çkmaktadr. Her ne kadar verilen düzenler ve önerilen miktarlar patlatmalarn güvenli bir úekilde devam etmesini garanti altna almay amaçlasa da insan faktörü ve hata pay daima göz önünde bulundurulmaldr.
4 Mays 2005 tarihi öncesinde yaplan BLøGrup patlatmalar ve tek delik patlatmalar srasnda yaplan ölçümlerin sonuçlar risk ön analizi yaplarak de÷erlendirilmiútir. Bu de÷erlendirme sonucunda önceden uygulanan delik düzenleri daraltlarak ve patlayc miktarlar kstlanarak yeni patlatma düzenleri geliútirilmiú ve mesafeye ba÷l olarak gecikme baúna güvenle patlatlabilecek patlayc miktarlar saptanmú ve önerilmiútir. Hazrlanan yeni patlatma düzenleri ve önerilen patlayc miktarlarnn uygulanmas srasnda alnan sarsnt kaytlarnn de÷erlendirmesi aúa÷da sunulmuútur.
3.2 Sismik Dalga Hakim Frekanslar
3.1 Ölçülen Sarsnt Hzlarnn De÷erlendirilmesi Yeni düzen ile yaplan patlatmalar, binalara 150 m ve daha uzak mesafelerde gerçekleútirilmiútir. En yüksek sarsnt hz, 130 m mesafede ve boú (bina bulunmayan) arazide 16,00 mm/s olarak ölçülmüútür. Boú arazide kaydedilen di÷er yüksek hzlar 14,60 mm/s, 13,59 mm/s, 12,45 mm/s, 10,66 mm/s ve 10,40 mm/s’dir. Binalara yakn kesimde ve zeminde ölçülen yüksek hzlar sras ile 7,37 mm/s, 6,22 mm/s, 5,96 mm/s, 5,72 mm/s’dir. A.B.D. Açk Ocak Maden Bürosunun (Siskind, 2000) kriterleri 92-1524 m arasnda de÷iúen uzaklklarda yaplacak patlatmalar için 25,40 mm/s (1 in/s) sarsnt hzna izin vermektedir. Buna göre yaplmú olan bütün patlatmalar srasnda binalara yakn kesimde zeminde kaydedilen sarsnt hzlar standarda uygundur. A.B.D. Maden øúleri Genel Müdürlü÷ü tarafndan düúük frekansl sismik dalgalar ve eski yaplar için izin verilen de÷er 12,7 mm/s bulundu÷undan yine kaydedilmiú olan tüm ölçümler standarda uygun bulunmuútur (Siskind vd., 1980).
3
199
østisnai durumdaki yüksek frekanslar çkartld÷nda zeminde yol alan patlatma kaynakl sismik dalgalarn frekanslarnn 2,22 ile 12,18 Hz arasnda de÷iúti÷i görülmektedir (Bilgin vd., 2005). Bu durum ise köyde bulunan 1-2 veya 3 katl binalarn rezonansa girmesine uygun bir ortam yaratmaktadr. Ayrca rezonans durumu sarsnt genli÷inin binada bir veya birkaç kat artmasna neden olabilmektedir (Dowding, 1992). Genlik büyümesi ise binalara hasar verme riski bulundu÷unu göstermektedir. Düúük frekansl sismik dalgalar insanlarn sarsnty kolayca hissetmelerine ve endiúeye kaplmalarna neden olmaktadr (Siskind vd., 1980). Bu durum da göz önünde bulundurularak risk analizi çalúmasnda emniyetli tarafta kalmak için izin verilebilir sarsnt hz olarak, A.B.D. Açk Ocak Maden Bürosu tarafndan daha tutucu olarak nitelenen A.B.D. Maden øúleri Genel Müdürlü÷ü (USBM,1980) standardnda öngörülen de÷er (12,7 mm/s) esas alnmútr. Sözü edilen 12,7 mm/s en yüksek parçack hz de÷eri; binalarn sadece svalarnda gözlenebilecek, saç teli inceli÷inde klcal çatlak dahi yaratmamak amac ile öngörülen de÷erdir. Di÷er bir deyiúle binalarn iskeletinde ve taúyc duvarlarnda hiçbir olumsuz etki yaratmaz. Buna ra÷men Gümüúpnar Köyünde oturanlarn duydu÷u tedirginli÷i gidermek ve rezonansa giren binalarn sarsnty büyütme faktörü göz önüne
artmas oldu÷u anlaúlmútr. Köyde oturanlar tedirgin etmemek amac ile 42 ms delikler aras gecikmenin en uygun oldu÷u kanaatna ulaúlmútr. Bundan sonraki patlatmalar srasnda da ayn sradaki delikler arasnda 42 ms uygulanmas uygun bulunmuútur. Sralarn ayr ayr patlatlmasnn hiç bir sakncas bulunmad÷, bunun yansra kapsül tasarrufu sa÷lad÷, sralar birbirine ba÷lanp tek patlatma grubu oluúturulmas halinde en uygun sralar aras gecikmenin 201 ms oldu÷u anlaúlmútr.
alnarak hasar riskini ortadan kaldrmak için; izin verilebilir sarsnt hz 5,08-6,35 mm/s olarak kabul edilmiútir. Di÷er bir deyiúle daha tutucu olarak nitelenen A.B.D. Maden øúleri Genel Müdürlü÷ü (USBM, 1980) standardna ek olarak 2-2.5 güvenlik katsays uygulanmútr. 4 øRDELEME VE DEöERLENDøRME 4.1 øzin Verilebilir Sarsnt Hz Binalarda hasar yaratmamak amac ile frekansa ba÷l olarak zeminde izin verilebilecek sarsnt hzlarn dikkate alarak yaplan yorumlar sonucunda 15 Nisan-1 Temmuz 2005 tarihleri arasnda ölçülen sarsnt hzlarnn her iki standarda da uygun oldu÷u belirlenmiútir. Bu saptamaya karún, ileride anlatlaca÷ üzere rezonansa giren binalarda genlik büyümesi saptanmú bulundu÷undan, herhangi bir risk almamak ve binalarda klcal (saç teli inceli÷inde dahi) çatlak yaratmamak için zeminde izin verilebilir sarsnt hzlar USBM,1980’de izin verilen de÷er düúürülerek, ùekil 1’de verilen ocak bölgelerinden, BÖLGE-1 ve BÖLGE-2 için 5,08 mm/s, BÖLGE-3 için ise 6,35 mm/s olarak esas alnmútr. Söz konusu bölgeler, patlatma kaynakl sismik dalgalar zemin özelliklerine ba÷l olarak farkl sönümlenme özelli÷i gösterdi÷i için oluúturulmuútur.
4.3 Ateúleme Yönü Araútrma döneminde, Risk Ön Raporunda da belirtildi÷i gibi, patlatma delikleri sralar köy yönünde oluúturulmuú ve ateúleme köye en yakn olan delikten baúlatlmútr. Bu uygulamann yararl bulundu÷u, özellikle yüzeye yakn yaplan patlatmalarda ve oca÷a yakn olan binalar için sismik dalgalarn köy yönünde etkisinin azalmasna yardmc oldu÷u anlaúlmútr. Önerilen ateúleme yönünü gösteren úema ùekil 2’de sunulmuútur. Araútrma döneminde ve daha sonra denetim amaçl yaplan sarsnt ölçüm çalúmalar srasnda yukarda sözü edilen iki öneriye de sürekli olarak uyuldu÷u memnuniyetle gözlenmiútir. Bu uygulamalara devam edilmelidir.
4.2 Gecikme Süresi
5 UYGULANMASI PATLATMA DÜZENø
Çalúma döneminde Risk Ön Raporunda önerildi÷i üzere delikler arasnda ço÷unlukla 42 ms gecikme uygulanmútr. Bu gecikme süresinden iyi sonuç alnd÷ anlaúlmútr. Sarsnt kaytlarndan saptanan hakim frekanslar göz önüne alnd÷nda delikler arasnda 67 ms gecikmenin daha da uygun olabilece÷i kanaatna ulaúlmú ve bir kaç kez denenmiútir. Ancak köylülerden olumsuz görüúler alnmútr. Bunu nedeninin toplam patlatma ve dolaysyla sarsnt süresinin
Yedi ayr hat boyunca yaplan sarsnt ölçüm sonuçlar incelenip sismik dalgalarn zeminde yaylma kuraln belirleyen ampirik formüller her hat için saptand÷nda, sarsnt sönümlenmesinin oca÷n de÷iúik kesimlerinde farkl biçimde gerçekleúti÷i anlaúlmútr. Bu durum oca÷n de÷iúik kesimlerinde bulunan faylar nedeniyle bir blo÷un di÷erine göre aúa÷ veya yukar atlmú olmas sebebiyle zemin özelliklerinin farkl olmasndan kaynaklanmaktadr.
4
200
ÖNERøLEN
ùekil 1 Mesafeye Ba÷l Olarak Farkl Miktarda Patlayc Madde Ateúlenecek Bölgeler
ùekil 2 Önerilen ateúleme yönü
5
201
hzlar kullanlmútr. Uzak mesafeler için ise frekans düúüklü÷ü ve yüzey dalgalarnn baskn ve hasar oluúumunda belirleyici oldu÷u hususlar dikkate alnarak güvenli patlayc miktarlar sabit tutulmuútur. Ayrca oca÷n Gümüúpnar Köyüne çok yaklaúmú olmas nedeni ile ksa mesafelerdeki binalara hasar verilmemesi daha fazla önem arzetmekte olup, uzak mesafelerdeki evleri dikkate alarak patlayc miktar saptamak uygulanabilir ve gerçekçi de÷ildir. Aúa÷da BÖLGE-1, BÖLGE-2 ve BÖLGE-3 için tespit edilen gecikme baúna patlatlabilecek patlayc miktarlar verilmiútir.
Di÷er bir deyiúle A-1 Panosunun bulundu÷u ocak kesimi Ana Fayn kuzeyinde yeralmaktadr ve tektonizma srasnda yukar atlmú bloktadr. Bu nedenle kömür damar ve üzerindeki marnl seviyeler yüzeye daha yakndr. Oysaki A3-2/A Panosu Ana Fayn güneyinde yeralmakta ve aúa÷ düúmüú bloktadr. Bu kesimde yüzeye en yakn olan tüf seviyeleri daha kalndr. Kömür damar ve üzerindeki marnl seviyeler daha derinlerde (alt kotlarda) yer almaktadr. Di÷er bir deyiúle oca÷n kuzey ve güney bölümlerinde, ayn kotta farkl kaya cinsleri bulunmakta, tabaka kalnlklar de÷iúim göstermektedir. Ayrca A-1 Panosunda bulunan tali faylarn yönelimleri ile e÷imleri A3-2/A Panosunda mevcut faylarn yönelimleri ve e÷imlerinden farkllk göstermektedir. Bunun dúnda A3-2/A Panosunda de÷iúik jeolojik zamanlarda oluúmuú farkl do÷rultuda ve köyden uzaklaúan baúka fay sistemleri de bulunmaktadr. Bu gibi nedenlerle sismik dalga sönümlenmesi oca÷n de÷iúik kesimlerinde farkllk gösterdi÷inden oca÷n bölümlere ayrlmas ve her bölüm için ayr ayr mesafe-güvenli patlayc miktar cetveli hazrlanmas zorunlu ve uygun bulunmuútur. Kömür oca÷ üç bölgeye ayrlmútr. Bunlar BÖLGE-1, BÖLGE-2 ve BÖLGE-3 olup ùekil 1’de gösterilmiútir.
BÖLGE-1 BÖLGE-2 BÖLGE-3 L (m) Q (kg) L (m) Q (kg) L (m) Q (kg) 50 50 50 100 100 100 125 13 125 16 125 18 150 16 150 21 150 26 175 21 175 31 175 31 200 26 200 36 200 41 225 31 225 41 225 51 250 31 250 51 250 63 300 41 300 51 300 63 350 41 350 51 350 63 400 41 400 51 400 63 450 41 450 51 450 63 500 41 500 51 500 63
5.2 Kömür Patlatmalarnda Gecikme Baúna Patlayc Miktar
5.1 Gecikme Baúna Patlayc Miktar ùekil 1’de tanmlanan her bölge için mesafegecikme baúna güvenli patlayc madde miktarlarnn saptanmasnda, analizlerde kullanlan TKø BLø, tek delik ve NøTROMAK A.ù. patlatmalarndan yararlanlmútr. Ayrca USBM,1980’de izin verilen sarsnt hz, çalúmalar sonucunda tayin edilen emniyet katsaylar kullanlarak ve düúük dalga frekanslar gözönünde bulundurularak düúürülmüú ve ksa mesafeler için küçük ayarlamalar yaplmútr. Gecikme baúna güvenle ateúlenebilecek patlayc miktarlar hesabnda Bölüm 4.1’de verilen
Kömür patlatmas 2005 ylnda ksa vadede (1 yl içinde) sadece A-1 Panosunda yaplmaktayd. Hem BLø tesislerinde çalúanlar hem de köyde yaúayanlar tedirgin etmemek amacyla kömür patlatmalarnda mesafeden ba÷msz olarak önerilen miktar gecikme baúna 21 kg’dr. Bu miktar en çok 26 kg’a çkarlabilir. Daha yüksek miktarlarn kullanlmas kesinlikle sakncaldr. Bunun nedeni kömür ile üzerindeki kayalarn fiziksel özelliklerindeki farkllklar ve çok iyi geliúmiú tabakalanma düzlemlerinin mevcudiyetidir. 6
202
6 SONUÇ VE ÖNERøLER BLø Orhaneli Kömür Açk Ocak øúletmesinde 2005 ylnda yaplmakta olan ve gelecekte de yaplmaya devam edilecek olan patlatmalardan kaynaklanan yer sarsntlarnn Gümüúpnar Köyünde bulunan binalarda hasar yaratmamas ve yaúayanlar tedirgin etmemesi amac ile 15 Nisan–1 Temmuz 2005 döneminde gerçekleútirilen araútrma ve inceleme çalúmalar srasnda saptanan bulgular, varlan sonuçlar ve alnmas gerekli görülen teknik ve idari tedbirler belirlenmiú ve aúa÷da önerilmiútir. 1) Ocak 100 m geniúli÷inde köy topu÷u braklarak köye çok yaklaúmú bulundu÷undan özensiz patlatma yaplmas halinde yapsal hasar oluúma riski bulunmaktadr. Bu nedenle patlatmalarn kontrollü yaplmas ve zaman zaman sarsnt ölçümü gerçekleútirilerek denetlenmesi gerekli ve zorunludur. 2) Araútrma döneminde ölçülüp kaydedilen sarsntlarn de÷erlendirilmesi için A.B.D. Açk Ocak Maden Bürosu ve Maden øúleri Genel Müdürlü÷ü standardlar birlikte kullanlmútr. Zeminde izin verilen hzlar, A.B.D. Açk Ocak Maden Bürosu standardnda 19,05 mm/s, A.B.D. Maden øúleri Genel Müdürlü÷ü standardnda 12,7 mm/s olarak belirlenmiútir. 15 Nisan – 1 Temmuz 2005 tarihleri arasnda ölçülen sarsnt hzlarnn tümünün her iki standarda da uygun oldu÷u belirlenmiútir. 3) Zeminde yol alan sismik dalgalarn hakim frekanslarnn büyük ço÷unlukla 3 Hz ile 10 Hz arasnda de÷iúti÷i ve düúük frekans snfna girdi÷i tespit edilmiútir. Düúük frekansl sismik dalgalarn zeminde büyük yerde÷iúimler, binalarda ise büyük birim deformasyonlar yaratt÷ bilindi÷inden ve ayrca Gümüúpnar köyündeki yaplar hiçbir mühendislik hizmeti görmedi÷inden ve laykyla yaplp yaplmad÷ tarafmzca
bilinmedi÷inden bölgelere göre farkl emniyet katsaylar uygulanmútr. Buna göre zeminde BÖLGE-1 ve BÖLGE-2’de 5,08 mm/s, BÖLGE-3’de 6,35 mm/s sismik hza izin verilmiútir. 4) Mevcut koúullar altnda 120 m’den daha ksa mesafe içinde patlatma yaplmas önerilmemektedir. 5) Kömür patlatmalar için gecikme baúna önerilen ola÷an miktar 21 kg’dr. Bu miktar en çok 26 kg’a çkarlabilir. 6) Ayn sradaki delikler aras en uygun gecikme süresinin 42 ms oldu÷u saptanmú olup bugüne kadar oldu÷u gibi bundan sonra da 42 ms uygulanmas önerilir. 7) Sralar arasnda en uygun gecikme süresinin 201 ms oldu÷u saptanmú olup bugüne kadar oldu÷u gibi bundan sonra da 201 ms uygulanmas önerilir. 8) Sralarn ayr ayr patlatlmasnn hiçbir sakncas bulunmad÷ tespit edilmiútir. 9) Delik sralarnn köy yönünde oluúturulmasnn ve ateúlemenin köy tarafndan baúlatlmasnn yarar uygulamada görülmüútür. Bu uygulamalara devam edilmelidir. 10) Patlatma ile parçalanmas zor olan konglomera gibi kayalarda patlatmadan iyi verim alnmas için, gecikme baúna izin verilen patlayc miktar artrlmamaldr. Bu sorunun çözümü, delik düzenleri daraltlarak sa÷lanmaldr. KAYNAKLAR Siskind, D. E., Stagg, M.S., Kopp, J.W., Dowding, C.H., 1980, Structure Response and Damage Produced by Ground Vibration From Surface Mine Blasting, USBM RI 8507, United States Department of the Interior, 75 pages. Siskind, D.E., 2000, Vibrations From Blasting, International Society of Explosives Engineers, 120 pages. 7
203
Dowding, C.H., 1992, Monitoring and Control of Blast Effects, SME Mining Engineering Handbook, pp. 746-760 Bilgin, H.A., ønal, H.S. ve Büyükyldrm, K., 2005, BLø Orhaneli øúletmesi Gümüúpnar Köyü Patlatma Risk Etüdü, Proje Kod No: 05-03-05-2-00-08, ODTÜ, Ankara, 86 sayfa.
8
204
Çan Açk Oca÷nda Patlatma Kaynakl Titreúimlerin øncelenmesi The Analysis of Ground Vibrations Induced by Blasting at Çan Open Pit Mine Mehmet Aksoy, Ali Kahriman, Ümit Özer, Abdulkadir Karado÷an, Ka÷an Özdemir østanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisli÷i Bölümü, Avclar, østanbul
ÖZET Patlatmadan kaynaklanan titreúim bileúenlerinin tahmin edilmesi, yersarsnts ve hava úoku úikayetlerini önlemede büyük önem taúmaktadr. Bu çalúmada; T.K.ø. Çan Linyitleri øúletmesi açk oca÷nda dekapaj kazs srasnda, patlatmadan kaynaklanan titreúim ve hava úoku gibi çevresel problemleri ölçerek, bu sahaya ait titreúim parametrelerinin belirlenmesi amaçlanmútr. Bu çalúma kapsamnda gerçekleútirilen arazi çalúmas esnasnda, söz konusu ocakta titreúim ölçümlerine esas olacak atmlarda, sadece gerekli kantitatif ölçüm ve gözlemler yaplmú, patlatma parametreleri de dikkatlice kaydedilmiútir. Elde edilen veriler ve ölçümler istatiksel olarak analiz edilmiútir. Bu analiz esnasnda, parçack hznn kestirimi için literatürde yaygn kullanma sahip 5 adet farkl maksimum parçack hz (PPV) tahmin denklemi kullanlarak sonuçlar karúlaútrlmútr. ABSTRACT Prediction of the vibration components induced by blasting has a vital importance in order to eliminate ground vibration and air blast problems. The aim of this study is to determine the vibration parameters of the Çan open pit mine owned by Turkish Coal Enterprise (TKø) by measuring the blast induced ground vibrations and air blasts during the overburden removal. Within the scope of this study, only necessary quantitative measurements and observations has been done during the shots. The blasting parameters of these shots were also carefully recorded. Obtained data and measurements were statistically analyzed. During the statistical analysis of the collected data, five different predictor equations widely used in the literature were used to predict peak particle velocity (PPV) and The results and comparison of the predictor equations were presented.
1 GøRøù øyi bir patlatmadan beklenen en önemli unsurlardan biri atmn çevresel etkiler açsndan emniyetli olmasdr. Çevresel duyarllklar dikkate alnd÷nda; patlatma kayna÷ndan belirli bir uzaklkta bulunan bir yerleúim biriminin ya da tesisin, patlatma sonucunda oluúacak yersarsnts, taú savrulmas ve hava úoku gibi sonuçlardan etkilenmemesi için, patlatma tasarmnda 205
herhangi bir gecikme aral÷nda kullanlabilecek en fazla patlayc madde miktarn önceden belirleyebilmek ve kontrollü atmlar gerçekleútirebilmek önemlidir. Patlatmadan kaynaklanan çevresel problemler, geliúmiú ülkelerde; ülkemize göre daha çok önceleri yaúanmútr. Bu nedenle bu konularn çözümü ve konuyla ilgili baz standartlarn oluúturulmas
amacyla çeúitli sistematik araútrma programlar yürürlü÷e konulmuútur. Bu programlarn sonucunda "Kontrollü Patlatma Tekni÷inin ølkeleri" geliútirilmiútir (Kahriman 1995). Günümüzde patlatma sonucu oluúan yersarsntlar ve hava úokunun etkilerini belirlemek ve gerekli önlemleri alabilmek için araútrmaclar ve bilim adamlar tarafndan deneysel çalúmalar sürdürülmektedir. Ayrca, bu konularda çeúitli yasal hükümler de geliútirilmeye çalúlmaktadr (Kahriman 2004, Kahriman ve di÷erleri 2006) Bu çalúmann amac; T.K.ø. Çan Linyitleri øúletmesi açk oca÷nda dekapaj kazs srasnda, patlatmadan kaynaklanan titreúimlerin ölçülerek, bu sahaya ait titreúim parametrelerinin belirlenmesidir. Bu parametrelerin belirlenmesinde, literatürde verilen beú adet titreúim tahmin denklemi kullanlmútr. Ayrca, daha önceden çeúitli araútrmaclar tarafndan bu saha için önerilen denklemler dikkate alnmútr.
bulunan kömürlü sahann güneyinde ve 500 m geniúli÷inde Kocabaú Çay Vadisi bulunmaktadr. Vadinin rakm 70 m olup, Havza'nn en çukur yeridir. Havza'nn en yüksek yeri ise heyelanlar nedeniyle hasar gördü÷ü için nakil edilmiú olan eski Çavuúköy'üdür. Mevki ad Adamkapa Tepesi olup 276 m yüksekliktedir. Çan Havzas akarsu bakmndan oldukça zengin durumdadr (Parlak 1997). 1.1 Jeoloji ve Kayaç Özellikleri Çalúmalarn yapld÷ TKø Çan linyit açk oca÷ndaki stratigrafik diziliú üç ana bölümden oluúmaktadr. Bunlar, Neojen öncesi, Neojen ve Neojen sonras devrelerine ait formasyonlardr. Formasyonlarn genel durumu ve özellikleri ùekil 2 ‘de verilmiútir (Parlak 1997).
ÇALIùMA SAHASI Çalúma, T.K.ø. Çan Linyitleri øúletmesi açk oca÷nda gerçekleútirilmiú ve yer bulduru haritas ùekil 1'de verilmiútir. Çan Açk Oca÷, Çan ilçe merkezinin bitiúi÷inde, Çanakkale il merkezine 79 km uzaklktadr.
ùekil 2. Çan Linyit Stratigrafik kesit.
Havzasna
Ait
2 YÖNTEM ùekil 1. Çan Açk Oca÷ yer bulduru haritas Sahann güneyinden ve Kocabaú Vadisi yata÷ndan Çan-Çanakkale karayolu geçmektedir. øúletme faaliyetleri nedeniyle bu yolun güzergah de÷iútirilmiútir. Çan ilçesinin yüksekli÷i ortalama 85 m, kömürlü sahann yüksekli÷i ortalama 150 m civarndadr. øúletme faaliyetleri nedeniyle büyük bir ksm heyelan etkisi altnda 206
Söz konusu ocaktaki patlatmal kazda, atmlarda uygulanan patlatma paternleri, delik düzenleri ve patlayc úarjlar; söz konusu firmann yetkilileri tarafndan sistematik olarak uygulana gelen úekliyle (herhangi bir müdahalede bulunulmadan) gözlemlenmiú ve ölçümler bu úekildeki çalúmalara anlk olarak uygulanmútr.
Gecikme baúna düúen patlayc madde miktar, her bir delik için planlanan patlayc maddenin kontrollü bir úekilde úarj edilmesiyle belirlenmiútir. Atm noktalar ile yer sarsnts ve hava úoku ölçüm istasyonlar arasndaki mesafeler GPS kullanlarak belirlenmiútir. Patlayc madde olarak, ocakta geleneksel olarak kullanld÷ anlaúlan ANFO ve sulu deliklerde Powergel Magnum S-600, yemlemede ise Powergel Magnum kullanlmútr. Ateúleme, baz atmlarda gecikmeli elektrikli kapsüllerle, baz atmlarda da elektriksiz kapsüllerle yaplmútr. øzlenen atmlar için genellikle uygulanan tasarm parametreleri Çizelge 1’de verilmiútir. Çizelge 1 deki de÷erler dikkatlice incelendi÷inde atm geometrisi parametreleri arasnda (basamak yüksekli÷i-delik çap, delik çap-dilim kalnl÷ ve basamak yüksekli÷i- dilim kalnl÷ baúta olmak üzere) bir uyumsuzlu÷un oldu÷u görülmektedir. Çeúitli iúletme úartlarndan kaynaklanan ve zorunlu olarak bu úekilde düzenlenen atmlarda, patlaycnn enerjisini, kaya parçalama iúinde yeterince kullanamayaca÷ ve daha çok sismik dalgaya dönüúece÷i ve atm kontrolünün yaplamayaca÷ açktr. Dolaysyla her ne kadar bu bildirinin konusu olmamakla birlikte iúletmelerde öncelikle patlatma tasarm ve optimizasyonu yaplmal, teknikekonomik ve çevresel açdan olumlu sonuçlar elde edilmelidir.
Çizelge 1. Atmlarda uygulanan patlatma tasarm parametreleri 90
Delik Uzunlu÷u (H), (m)
7
Basamak Yüksekli÷i (K), (m)
7
Dilim Kalnl÷ (B), (m)
4
Delikler Aras Mesafe (S), (m)
4,5
Patlatmadan kaynaklanan titreúimler ve hava úoku; Çan ilçesi ve øúletme binalar yönlerinde olmak üzere farkl noktalardan 8 ayr (3 adet 8 kanall Instantel MiniMate Plus, 3 adet 4 kanall Instantel MiniMate Plus ve 2 adet de White Mini-Seis model) titreúim ölçer cihaz ve ekipmanyla ölçülmüútür. Cihazlar konumlandrlrken mesafenin etkisini belirlemek amacyla oca÷a yakn noktalar bilinçli bir úekilde seçilmiútir. Çalúma kapsamnda, sahada yaplan atmlarn Çan ilçesinin oca÷a yakn bölgesindeki yaplara etki edip etmedi÷inin belirlenebilmesi açsndan, atmlarla Çan ilçesi arasnda daha fazla noktadan ölçüm alabilmek için, titreúim ölçer cihazlar, ilk 17 atmda ùekil 3’de gösterilen istasyon noktalarna ve 18 – 25 arasndaki atmlar srasnda ùekil 4’de gösterilen istasyon noktalarna kurulmuútur.
ùekil 3. 1 – 17 arasndaki atm noktalar ve ölçüm istasyonlarnn konumlar 207
165
Delik Çap (D), (mm) Delik E÷imi (D), (O)
ùekil 4. 18 – 25 arasndaki atm noktalar ve ölçüm istasyonlarnn konumlar
3 ÖLÇÜM SONUÇLARI VE DEöERLENDøRMESø Çalúma kapsamnda, Çan Linyit Sahasnda gerçekleútirilen 21 atmda 209 olay, test atm olarak da 4 atmda 37 olay, toplamda da 25 atmda 246 olay cihazlar tarafndan kaydedilmiútir. Örnek teúkil etmesi bakmndan kaydedilen bu olaylarn birkaçnn ölçüm parametreleri Çizelge 2’ de verilmiútir. Çizelge 2. Baz Atmlara Ait Ölçüm De÷erleri Atm No
1
Cihaz No
PPV mm/s
F Hz
W Kg
SD
0,762
32
404
69,28
BE10687-2
0,762
13,8
404
68,04
BE10707
0,762
10,4
404
60,77
W1458
0,76
34,1
404
72,71
W1455
*
404
101,8
BE10772
1,78
25,6
404
55,38
BE10708
1,14
30,1
404
68,69
BE10688-1
5,97
8,98
455
28,88
BE10688-2
5,46
9,14
455
28,97
BE10773-1
1,14
7,76
455
61,60
BE10773-2
1,14
7,11
455
62,22
BE10687-1
3,05
9,14
455
37,04
20 BE10687-2
3,56
9,14
455
36,42
BE10707
1,02
32
455
96,40
W1458
0,762
6
455
78,40
455
69,89
455
169,9
W1455
BE10688-1
16
8,39
505
16,07
BE10688-2
15,5
22,3
505
15,35
BE10773-1
18,7
34,1
505
19,91
BE10773-2
6,98
19,7
505
20,25
BE10687-1
10,2
42,7
505
24,50
BE10687-2
9,27
10,9
505
23,35
BE10707
13,6
26,9
505
16,93
W1458
10,41
25,6
505
28,52
W1455
2,794
8,8
505
57,72
BE10772
5,33
8
505
27,38
BE10708
15,6
32
505
29,86
1,14
8,98
404
60,97
BE10688-2
1,27
10,4
404
59,98
BE10773-1
0,762
9,66
404
64,75
BE10773-2
0,635
10,4
404
64,92
10 BE10688-1
BE10687-1
BE10772
* 0,762
7,76
BE10708 * 455 105,1 PPV maksimum parçack hz F frekans W atmda kullanlan toplam úarj SD ölçekli mesafe * Uzaklk nedeniyle yeterli genlikte titreúim dalgas oluúmad÷ndan cihaz tarafndan kayt alnamad.
Daha sonra bu veriler, bilgisayar ortamna aktarlarak parçack hz tahminine yönelik analiz yaplmútr. Bu analiz esnasnda, literatürde yer alan genel tahmin denklemlerinden 5 tanesi; USBM, Ambraseys-Hendron, Langefors-Kihlstrom (Khandelwal ve Singh, 2007), Birch-Schaffer (Ceylano÷lu ve Arpaz 2001) ve Bilgin 208
(1998) denklemleri kullanlmú ve sonuçlar karúlaútrlmútr. Bu denklemler Çizelge 3’de verilmiútir.
100
PPV
Çizelge 3. Tahmin denklemleri
1
Denklemi
ppv
§ R · K ¨¨ 1 / 2 ¸¸ © Wd ¹
E
USBM (Duvall and Fogelson, 1962)
ppv
§ R · K ¨¨ 1 / 3 ¸¸ © Wd ¹
E
Ambraseys–Hendron (1968)
0,1 1
10
100
1000
SD
ùekil 5. USBM tahmin denklemi 100
§ W · K ¨¨ 2d/ 3 ¸¸ © R ¹
E
Langefors–Kihlstrom (1978)
ppv
Birch ve Schaffer (1983)
ppv K * R D * Wd
Bilgin ve di÷erleri (1998)
ppv
y = 2505x -1,5295 R2 = 0,7957
10 PPV
Tahmin Denklem Ad
y = 874,05x -1,5335 R2 = 0,7829
10
E
1
D
§ R · K ¨¨ 1 / 2 ¸¸ * B E © Wd ¹
0,1 1
10
100
1000
SD
PPV: maksimum parçack hz (mm/s)
ùekil 6. denklemi
R : mesafe (m)
Ambraseys-Hendron
tahmin
Wd: gecikme baúna düúen maksimum úarj (Kg) B: dilim kalnl÷ (m)
30
K, D, E saha sabitleri
25
1,13
Çizelge 3‘te verilen ilk üç denklemde, mesafe (R) ve gecikme baúna düúen maksimum úarj miktar (Wd) ölçekli mesafe (SD) olarak tek bir ba÷msz de÷iúkene indirgendi÷inden dolay, regresyon analizi esnasnda, basit regresyon modellerinden biri olan Üs’lü modeli kullanlmútr. ùekil 5, 6 ve 7’de srasyla USBM, AmbraseysHendron ve Langefors-Kihlstrom denklemleri için PPV–SD grafikleri ve denklemleri verilmiútir.
PPV
20
Bu genel denklemler kullanlarak yaplan regresyon analizleri sonucunda, sahaya ait sabitler bulunmuútur. Bunlara ek olarak, Kahriman (2002) tarafndan ayn saha için önerilmiú olan ve aúa÷da verilen tahmin denklemi de kullanlmútr.
§ R · ppv 191¨¨ 1 / 2 ¸¸ © Wd ¹
y = 2,0812x 3,2141 R2 = 0,4886
15 10 5 0 0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
SD
ùekil 7. denklemi
Langefors-Kihlstrom
tahmin
Geriye kalan di÷er iki tahmin denkleminden biri olan Birch denkleminde, mesafe (R) ve gecikme baúna düúen maksimum úarj miktar (Wd) iki ba÷msz de÷iúken olarak denklemde yer almútr. Bilgin denkleminde ise mesafe (R) ve gecikme baúna düúen maksimum úarj miktar (Wd) ölçekli mesafe (SD) olarak tanmlanmú ve dilim kalnl÷ (B) de÷iúkeni de denkleme eklenmiútir. Bu iki denklemde de ba÷msz de÷iúken says 2 oldu÷u için, regresyon analizinde, Çoklu regresyon modellerinden biri olan do÷rusal olmayan (nonlinear) regresyon modeli kullanlmútr. Bu analizler sonucunda elde
209
edilen denklemler ve korelasyon katsays (r) de÷erleri Çizelge 4’te verilmiútir. Çizelge 4. Denklemler ve korelasyon katsaylar Tahmin Denklemi Denklemi USBM 1, 5335 § R · (Duvall and ppv 874,05¨¨ 1 / 2 ¸¸ Fogelson, © Wd ¹ 1962) 1, 5295 Ambraseys– § R · Hendron ppv 2505¨¨ 1 / 3 ¸¸ (1968) © Wd ¹ Langefors– Kihlstrom (1978) Birch ve Schaffer (1983) Bilgin (1998)
vd
§ W · ppv 2,0812¨¨ 2d/ 3 ¸¸ © R ¹
0,885
0,892
3, 2141
0,699
ppv 2680,88 * R 1,383 * Wd § R · ppv 12,158¨¨ 1 / 2 ¸¸ © Wd ¹
r
0 ,33
0,805
1, 27
B 2,567 0,791
Bu tablodan da görülece÷i üzere, en düúük korelasyon katsays de÷eri LangeforsKihlstrom denkleminden elde edilmiútir. En
ùekil 8. Ölçülen ve Tahmin edilen PPV de÷erleri 210
yüksek korelasyon katsays ise AmbraseysHendron denkleminden elde edilmiútir. Test atm olarak yaplan 4 atmda kaydedilen 37 olay için, bu 5 denklem ve ek olarak da Kahriman denklemi kullanlarak PPV tahminleri yaplmútr. ùekil 8’te ölçülen ve tahmin edilen PPV grafi÷i verilmiútir. Ayrca daha ayrntl görmek amacyla, test atm olarak yaplan 22. atmda kaydedilen 11 olaya ait maksimum parçack hz ile, di÷er denklemleri (Langefors denklemi hariç) kullanarak tahmin edilen parçack hzlar için sütün grafi÷i oluúturulmuútur (ùekil. 9). Test atmlarnda ölçülen ve tahmin edilen PPV’ler arasndaki ortalama, minimum ve maksimum mutlak de÷iúim miktarlar Çizelge 5’te verilmiútir.
ùekil 9. Test amaçl 11 olaya ait kaydedilen ve tahmin edilen parçack hzlar Ancak, parçack hz tahmininde, di÷er 4 denkleminde, önerilen denkleme yakn sonuçlar verdi÷i dikkate alnmaldr.
Çizelge 5. PPV mutlak de÷iúim miktarlar Tahmin
PPV Mutlak De÷iúim Miktar (mm/s)
denklemi
|PPV ölçülen – PPV tahmin|
USBM Ambraseys– Hendron Langefors– Kihlstrom Birch ve Schaffer Bilgin Kahriman
Ortalama
St Sapma
Min.
Maks.
1,58
1,43
0,024
6,009
1,0
0,83
0,052
2,776
3,3
1,65
0,972
6,392
1,1
0,89
0,020
2,989
1,86 1,51
1,32 1,89
0,002 0,002
4,441 7,951
4 SONUÇ
Bu çizelge ve ùekil 8, 9 incelendi÷inde, Langefors-Kihlstrom denklemi haricinde kalan di÷er 5 denklem birbirine yakn sonuçlar verdi÷i görülmüútür. Bununla beraber, PPV 10 mm/s altndaki hzlarda gerçekleúti÷inde, Kahriman denkleminin, ölçülen de÷erlere, Ambraseys-Hendron ve Bilgin denklemlerinden daha yakn de÷erler tahmin etti÷i görülmekle birlikte, PPV 10 mm/s’nin üzerindeki hzlarda gerçekleúti÷inde ise, Kahriman denkleminin, ölçülen de÷erlerden uzaklaút÷, di÷er iki denklemin ise ölçülen de÷erlere daha yakn sonuçlar üretti÷i görülmüútür. Korelasyon katsays, ortalama, standart sapma, minimum ve maksimum mutlak de÷iúim miktarlar dikkate alnd÷nda, bu saha için, Ambraseys–Hendron denkleminin kullanlmas daha uygun görülmüútür. 211
Bu araútrma kapsamnda, Çan ilçesi yerleúim alanna oldukça yakn olan Çan Açk Oca÷nda, çevresel duyarlklar dikkate alnarak, patlatmadan kaynaklanan titreúim de÷iúkenlerinin tahminine yönelik çalúmalar yaplmútr. Bu çalúmalar esnasnda, literatürde yaygn olarak kullanlan 5 tane PPV tahmin denklemi ile saha için daha önceden Kahriman tarafndan önerilen denklem dikkate alnmútr. Yaplan istatiksel analizler sonucunda görülmüútür ki, LangeforsKihlstrom denklemi haricinde, di÷er denklemlerin PPV’ yi tahmin etmede birbirlerine yakn sonuç verdi÷i açkça görülmüútür. Özellikle, bu saha için daha önceden Bilgin ve di÷erleri (1998) ve Kahriman (2002) tarafndan önerilen denklemlerle, bu çalúmada önerilen Ambraseys-Henderson denklemi arasnda, PPV’yi tahmin etmeye yönelik genelde ciddi bir fark olmad÷ anlaúlmútr. Bu nedenle, bu saha için bu üç denklemin de kullanlabilece÷i görülmüútür. Ancak, PPV 10 mm/s’nin altndaki hzlarda gerçekleúti÷inde, Kahriman denkleminin, ölçülen de÷erlere, AmbraseysHendron ve Bilgin denklemlerinden daha
yakn de÷erler tahmin etti÷i görülmüútür. Bununla birlikte, PPV 10 mm/s üzerindeki hzlarda gerçekleúti÷inde ise, Kahriman denkleminin, ölçülen de÷erlerden uzaklaút÷, di÷er iki denklemin ise ölçülen de÷erlere daha yakn sonuçlar üretti÷i görülmüútür. Bu saha için hangi denklemin kullanlaca÷ seçilirken, bu durum dikkate alnmaldr. Ayrca, iúletmede uygulanan atm geometrisi parametreleri dikkatlice incelendi÷inde, aralarnda bir uyumsuzlu÷un oldu÷u görülmüútür. Çeúitli iúletme úartlarndan kaynaklanarak zorunlu olarak bu úekilde düzenlenen bu atmlarda, patlaycnn enerjisini kaya parçalama iúinde yeterince kullanamayaca÷ ve daha çok sismik dalgaya kontrolünün dönüúece÷i ve atm yaplamayaca÷ açktr. Bu nedenle, iúletmelerde öncelikle patlatma tasarm ve optimizasyonu yaplmal, teknik-ekonomik ve çevresel açdan olumlu sonuçlar elde edilmelidir. TEùEKKÜR Bu araútrma srasnda, gerek arazi çalúmalarnda gerekse di÷er faaliyetlerde her türlü yardmda bulunan Aksu Madencilik San. ve Elk. Ürt. Tic. A.ù.’nin yetkililerine ve çalúanlarna teúekkür ederiz. Bu çalúma, østanbul Üniversitesi Bilimsel Araútrma Projeleri Yürütücü Sekreterli÷i (Proje No: 429/13092005) ve Devlet Planlama Teúkilat (Proje No: 2005K120990) tarafndan desteklenmiútir. Yazarlar, østanbul Üniversitesi Bilimsel Araútrma Projeleri Yürütücü Sekreterli÷i ve Devlet Planlama Teúkilat’na finansal destekleri için teúekkür eder.
212
KAYNAKLAR Bilgin, H.A. Esen, S. Klç, M. 1998. TKø Çan Linyit øúletmesinde patlatmalarn yol açt÷ çevre sorunlarnn giderilmesi için araútrma, ODTÜ, Nihai Rapor, 19 –21, Ankara Ceylano÷lu A., Arpaz E., 2001, Belirli bir Kaya Kütlesinde Oluúturulan Yer Sarsntlarnn Ölçümü ve De÷erlendirilmesi. Türkiye 17. Uluslar aras Madencilik Kongresi ve Sergisi TUMAKS 2001, 19-22 Haziran 2001, ANKARA, pp 39-45 Kahriman, A., 1995, Sivas Ulaú Yöresi Sölestit Cevheri ve Yankayaçlar øçin Optimum Patlatma Koúullarnn Araútrlmas ve Kayaç Özellikleri øle øliúkilendirilmesi Doktora Tezi., Cumhuriyet Üniversitesi Kahriman A., 2002, Analysis of ground vibrations caused by bench blasting at Can Open-pit Lignite Mine in Turkey. Environmental Geology (2002) 41:653– 661 Kahriman, A., 2004, Analysis of parameters of ground vibrations produced from bench blasting at A Limestone Quarry, Soil Dynamics and Eartquake Engineering, 24, Elsevier, London, U.K, pp. 887-892. Kahriman, A., Ozer, U., Aksoy, M., Karadogan, A., Tuncer, G., 2006, Environmental impacts of bench blasting at Hisarcik Boron open pit mine in Turkey, Environmental Geology, (2006) 50: 1015-1023 Khandelwal M and Singh TN., 2007. Evaluation of blast-induced ground vibration predictors. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 27 (2007) pp 116–125. Parlak, T.,1997. Bir Termik Santral Besleyecek Kömür Sahasnn Açk øúletme Dizayn ve Planlamas, Doktora Tezi, østanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, østanbul, 1997.
213
214
215
216
217
218
Ü L K Ü
ÜLKÜ KABLO ELK.&KABLO
ATEûLEME KABLOLARI
0.50 KALIN øZOLELø ATEùLEME KABLOSU 0.60 KALIN øZOLELø ATEùLEME KABLOSU 0.75 ÇOK TELLø HAT KABLOSU
ATEùLEME KABLOSUNDA GÜVEN VE KALøTENøN BULUùTUöU YERDESøNøZ
ÜLKÜ KABLO
FABRøKA : KÜÇÜKBALIKLI SARIYER CAD. GEZøCø SOKAK NO : 4 BURSA TEL : 0224 215 43 26 / 27 FAX : 0224 215 43 29 WEB : www.ulkukablo.com
219
220
AKBAö
Patlayc Maddeler ve Av Malzemeleri Ltd. ùti.
ORICA-NøTRO ÜRÜNLERø YETKøLø SATICISI x Yerüstü, yer alt ve özel patlatma uygulamalar için ihtiyaç duyulan yeni nesil ürünlerin (Emülsiyon, Exel Elektriksiz Kapsül vb.) temin edilmesi x Patlayc Madde Ruhsat alnmas ve depo kurulmas sürecinde müúterilerimize yardm edilmesi x Sipariú edilen ürünlerin müúteri úantiyesine naklinin yaplmas x Depo muvafakatnamesi verilmesi Kale Mahallesi Gaziler Meydan No: 47/3 SAMSUN Tel: 0- 362- 431 23 53 Faks: 0- 362- 431 56 58
AKDENøZ
Patlayc ve Kimyasal Maddeler A.ù.
ORICA-NøTRO ÜRÜNLERø YETKøLø SATICISI x Yerüstü, yer alt ve özel patlatma uygulamalar için ihtiyaç duyulan yeni nesil ürünlerin (Emülsiyon, Exel Elektriksiz Kapsül vb.) temin edilmesi x Patlayc Madde Ruhsat alnmas ve depo kurulmas sürecinde müúterilerimize yardm edilmesi x Sipariú edilen ürünlerin müúteri úantiyesine naklinin yaplmas x Depo muvafakatnamesi verilmesi Koca Mustafa Efendi Cad. No:5 Kat: 2 Daire :5 MUöLA Tel: 0- 252- 214 80 08 ve 214 93 76 Faks: 0- 252- 214 93 77
221
YÜZBAùIOöLU
Patlayc Maddeler Kimya ve Av Malzemeleri Ltd. ùti.
ORICA-NøTRO ÜRÜNLERø YETKøLø SATICISI x Yerüstü, yer alt ve özel patlatma uygulamalar için ihtiyaç duyulan yeni nesil ürünlerin (Emülsiyon, Exel Elektriksiz Kapsül vb.) temin edilmesi x Patlayc Madde Ruhsat alnmas ve depo kurulmas sürecinde müúterilerimize yardm edilmesi x Sipariú edilen ürünlerin müúteri úantiyesine naklinin yaplmas x Depo muvafakatnamesi verilmesi Örnekevler Mah. Kocasinan Bulvar. No: 100- B Çevreyolu - KAYSERø Tel: 0- 352- 231 51 28 / 232 20 30 Faks: 0- 352- 231 61 89
ARAZLAR ønú. Nak. San. Tic. Ltd. ùti.
ORICA-NøTRO ÜRÜNLERø YETKøLø SATICISI x Yerüstü, yer alt ve özel patlatma uygulamalar için ihtiyaç duyulan yeni nesil ürünlerin (Emülsiyon, Exel Elektriksiz Kapsül vb.) temin edilmesi x Patlayc Madde Ruhsat alnmas ve depo kurulmas sürecinde müúterilerimize yardm edilmesi x Sipariú edilen ürünlerin müúteri úantiyesine naklinin yaplmas x Depo muvafakatnamesi verilmesi Karúyaka Mah. Transit Cad. No: 36/A GÜMÜùHANE Tel: 0- 456- 213 36 36 ve 213 38 38 Faks: 0- 456- 213 54 00
222
KAY-SAN Patlayc Maddeler Baú Bayii
ORICA-NøTRO ÜRÜNLERø YETKøLø SATICISI x Yerüstü, yer alt ve özel patlatma uygulamalar için ihtiyaç duyulan yeni nesil ürünlerin (Emülsiyon, Exel Elektriksiz Kapsül vb.) temin edilmesi x Patlayc Madde Ruhsat alnmas ve depo kurulmas sürecinde müúterilerimize yardm edilmesi x Sipariú edilen ürünlerin müúteri úantiyesine naklinin yaplmas x Depo muvafakatnamesi verilmesi øsmetpaúa Mah. Milli Egemenlik Cas. Aras øúhan No: 2/A KAHRAMANMARAù Tel: 0- 344- 214 67 56 Faks: 0- 344- 225 33 78
223
