Kesme derinliği ve keskiler arası mesafe

Keskilerle yapılan kesme çalıĢmalarında birçok araĢtırmacı deneylerini önce tek keski ile kesme, ardından yan yana kanallar açarak yardımlı kesme Ģeklinde yapmıĢlardır. Burada bahsedilen araĢtırmaların ilk önce tek keski ile yapılan kesmelere ait sonuçları ardından yardımlı kesme sonuçları verilmiĢtir.

Evans ve Pomeroy (1966) yaptıkları çalıĢmada, kömürde yaptıkları kesme çalıĢmalarında maksimum kesme derinliği (d) ile doğrusal, ortalama kesme kuvvetlerinin ise yaklaĢık d1.3

derinliği arttıkça kazılan kömür miktarındaki artıĢ, ortalama kesme kuvvetindeki artıĢtan daha fazladır. Bu durumda birim kömür üretmek için gerekli olan enerji derinlik arttıkça düĢecek ve kesme verimliliği artacaktır. Kesme derinliği arttıkça ürünün boyutu artarken ince ve solunabilir toz miktarı da azalır (Tiryaki, 1994).

Pomeroy ve Brown (1968) yaptıkları çalıĢmada, kama tipli keskilerle bir kömür bloğunun üst yüzeyinde yaptıkları tek keski deneyleri sonucunda kesilen toplam hacmin keski tarafından süpürülen hacim ve yanal kırılma gibi iki bileĢenden oluĢtuğu ve yanal kırılma nedeniyle oluĢtuğu düĢünülen kesme kuvvetinin kesme derinliği ile arttığı bulunmuĢtur. Uygulanan kesme derinliği sınırı içinde (13 mm-102 mm) keski tarafından süpürülen alan için gereken enerji, yanal kırılma için harcanandan daha azdır. Ayrıca keski ucundan baĢlayan çatlaklar baĢlangıçta serbest yüzeye dönmeden önce kömürün içinde ilerleyerek, yanal kırılmaya ek olarak, belirlenen derinliklerden daha derinde kömürün kırılmasına neden olur. Çıkarılan kömür miktarına katkı yapan bu üçüncü bileĢene keski altında kesme denir (Tiryaki, 1994).

Evans ve Pomeroy (1966) yaptıkları çalıĢmada, bir kömür bloğunun üst yüzeyinde tek kanal açmak, bu kanalı aynı kesme derinliğinde derinleĢtirmek, belirli bir aralıkta birbirine paralel açılmıĢ iki kanalın arasında aynı kesme derinliğinde bir kanal açmak ve açılan bu kanalı derinleĢtirmek için gereken ortalama kuvvetleri karĢılaĢtırmıĢlardır. Buna göre; en fazla kuvvet tek bir kanalı derinleĢtirmek için gerekmektedir. Ġki kanal arasındaki bir kanalı derinleĢtirmek ise yan kanallardan az da olsa yardım gördüğü için tek kanalı derinleĢtirmekten daha kolay fakat tek kanal açmaktan daha zordur. Ġki kanal arasında aynı kesme derinliğinde bir kanal açmak için gereken kuvvet tek kanal açmak için gereken kuvvetten daha azdır ve bu kuvvetin değeri kesme derinliği ve kanallar arasındaki uzaklığa bağlıdır. Bu kuvvet değerinin tek kanal açmak için gerekenden daha düĢük olması yardımlı kesmeyi ifade eder. Yardımlı kesmede komĢu keskiler arasındaki uzaklık kesme derinliğinin 2-3 katı olmuĢtur. Kesme derinliği hat aralığının 1/3‟ünden daha küçükse; keskiler arasında tam bir çatlak oluĢumu gözlenemez. Yardımsız kesme veya sığ kesme olarak tanımlanan bu durum keski hatları arasında kömür sırtları oluĢturmaya eğilimlidir. Pratikte keski yuvalarına zarar veren bu sırtları kaldırmak zordur.

ġekil 2.21. Kazı sırasında konik bir keskiye gelen kuvvetler ile yardımlı ve yardımsız kesme durumu (Speight, 1997)

Keskiler arası mesafe, kesme kuvvetlerinde önemli bir etkiye sahiptir. Kısa keskiler arası mesafe verimsiz bir kesme, öğütme ve toz oluĢumuna neden olur. Keskiler arası mesafe artırıldığında, uygulanan basma kuvvetinin oluĢturduğu minik çatlakların birbiriyle kesiĢebildiği, belli bir noktaya kadar kesme verimi artar, parça boyutu büyür, dolayısıyla toz oranı düĢer. Keskiler arası mesafe fazlasıyla artırıldığında keskilerin birbirine etkisi olmadığından çatlaklar birbirine ulaĢamayarak aradaki köprüyü kopartamayacak ve kesici kafaya aĢırı yükler gelerek verimli bir kesme iĢlemi gerçekleĢtirilemeyecektir. Bu durumuda bir kazı iĢleminde en önemli nokta, uygulanan en az kuvvetle en fazla pasanın elde edileceği kazı Ģartlarının belirlenmesidir. Bu da birim hacimdeki kayacı kazmak için gerekli olan kuvvetin oluĢturduğu enerji olarak tanımlanan spesifik enerjidir ve kazı verimliliğini etkileyen ana faktördür. Bir kazı sırasında oluĢan spesifik enerji ne kadar küçük ise kesme verimliliğide o kadar artacaktır. Kazı enerjisinin en küçük olduğu durumda keskiler arası mesafe ile kazı derinliği arasında (s/d) en iyi oran elde edilmiĢ demektir (ġekil 2.21). Bu oran değiĢik özelliklerde ki her kayaç için farklı olup kollu makine kesici kafa tasarımında ve kesme geometrisinin belirlenmesinde kullanılır. Konik keskiler için bu oran genellikle 2-4 arasında değiĢir. Kırılgan bir kayaç için bu oran 4‟den daha fazla olabilir (Özdemir ve

Miller, 1978). Keski geometrisi de ilerleme hızını ve verimli kazı uygulanabilirliğini etkiler.

Roxborough (1973) çalıĢmasında, komĢu keskiler arasındaki etkileĢimin her bir keski tarafından üretilen yanal kırılmaların karĢılaĢmaları halinde veya üst üste geldiklerinde olduğunu belirtmiĢtir. Kırılma açısı () sabitse, keskiler arasında etkileĢimin baĢlayacağı uzaklık (s) kesme derinliği arttıkça artar. Buna göre: s/d < tan  olduğundan etkileĢim baĢlar. Anhidrit, sert ve dayanımı yüksek kireçtaĢı, ince taneli orta dayanımlı kumtaĢı gibi üç farklı sedimanter kayaç üzerinde yapılan yardımlı kesme deneylerinde, her üç kayaç üzerinde değiĢik s/d oranlarında spesifik enerji değerleri belirlenmiĢtir ve her üç kayaç içinde spesifik enerjinin s/d oranı ile bir minimuma kadar azaldığı, bu minimumdan sonra artarak sabit bir değere ulaĢtığı görülmüĢtür (ġekil 2.22). Anhidritte s/d oranı sıfır iken spesifik enerji değeri tek derin kesmelerde ölçülenlerden daha yüksek çıkmıĢtır. Burada s/d oranı yaklaĢık 1,5 olduğunda minimum spesifik enerji Ģartları elde edilmiĢtir. KireçtaĢı ve kumtaĢı deneylerinin sonuçları da anhidritle aynı eğilimi göstermiĢtir.

Hurt (1980) çalıĢmasında, sert ve dayanımlı kayaçlarda verimli kazıyı araĢtırmak amacıyla kireçtaĢında beĢ adet kesici kafayı karĢılaĢtırmıĢtır. Her kesici kafaya ait kesme diyagramları çıkarılarak kafaların gerçek hareketlerini temsil edecek kesme deneyleri yapılmıĢtır. Kesme diyagramlarından kesme tipleri belirlenmiĢ ve kesme tiplerine göre belirlenen kesme faktörleri ile deney sonuçları kullanılarak her bir keskiye düĢen yük hesaplanmıĢtır. Kesme tipleri “s/d” oranına göre belirlenmektedir. Fakat kesme derinliği sıfırdan maksimuma değiĢtiğinden (eksenel kesici kafalarda dönme eksenine dik ilerleme yönünde) “s/d” oranı sürekli değiĢir. Bu nedenle bütün kesme tiplerini belirlemek zordur. Hurt (1980), genel olarak kesme tiplerini kesmenin en derin parçasını göz önüne alarak sınıflandırmıĢtır.

Hurt (1980) tarafından ilk olarak, düz bir kayaç üzerinde yapılan yardımsız kesme, tek yalıtılmıĢ keskinin kesmesi olarak ele alınmıĢtır. Burada kırılma açısını (), kırılma düzlemi ile yatay düzlem arasındaki açı olarak tanımlamıĢtır. ġekil 2.23a‟da yardımsız kesme tipi görülmektedir.  u yardımsız kesmenin kırılma açısı olup,

kireçtaĢı ve kumtaĢında 22° olarak bulunmuĢtur.

Kesme ġekil 2.23b‟de görüldüğü gibi önden giden bir keskiden belirli bir “s” uzaklığında yapılıyorsa, komĢu keski tarafındaki kesmeye yardımlı kesme adı verilir. KumtaĢında yardımlı kesme, keskinin merkezinden itibaren derinliği 5 katına kadar ki “s” aralığında etkili olmaktadır. Yardımlı kesmenin kırılma açısı (  ),  u (yani

ġekil 2.23. Düz kayaç yüzeyinde yapılan (a) yardımsız (b) yardımlı kesme (Hurt, 1980)