Kazı makinalarından başarılı performans elde etmek için formasyona ve makinaya ait bazı parametrelerin iyi bilinmesi gerekmektedir. İlk olarak kazılacak formasyona uygun makina seçiminin yapılması gereklidir. Daha sonra, seçilen bu makinadan istenilen verimin alınabilmesi için kazı çalışmasını etkileyen diğer makina ve işletme ile ilgili parametrelerin dikkate alınarak performans değerlendirmelerinin yapılması söz konusu olacaktır. Kazı makinalarının performansı makina, kayaç ve işletme faktörlerinin bir bütünlük içinde değerlendirilmesi ile mümkündür. İyi bir makina performansı elde etmek için kullanıcının bu konuda yeterli bilgi, deneyim ve birikime sahip olması gerekmektedir.
Makina ile ilgili parametrelerden olan kesici kafa veya tamburlardaki keski uçlarının uygun bir şekilde düzenlenmesi, kaya ve kömür kesme makinalarının performanslarına etki eden önemli parametrelerden biridir. Ayrıca kesme uçlarının yüzeyle temas açısı ve yerleştirilme düzenleri de makinaların performanslarını etkileyen unsurlardan biridir (Hekimoglu ve Özdemir, 2004).
Maksimum kazı performansı elde edebilmek için formasyona uygun makinanın seçilmesi gerekmektedir. En uygun kazı makinasını seçebilmek için, mekanize kazı performansını etkiyen faktörler iyi analiz edilmelidir. Kazı makinalarının performansını etkileyen faktörler genel olarak üç grup altında toplanabilir.
• Kaya malzemesi ve kütlesi ile ilgili faktörler • Makina ile ilgili faktörler
• İşletme faktörleri
Mekanik kazıcıların performanslarını tahmin edebilmek için bazı performans tahmin yöntemleri geliştirilmiştir. Kazıcı makina performansını tahmin edebilmek için araştırmacılar yukarıda üç grup altında toplanan birçok parametreyi kullanmaktadırlar.
Literatürde 23 adet makale analiz edilerek araştırmacıların mekanik kazıcıların performans tahmininde kullandığı parametrelerin sıklıkları belirlenmeye çalışılmıştır. Araştırmacıların kullandıkları bu parametrelerin kullanım sıklığı Şekil 2.13.’de sunulmuştur.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Y ü zde Mi ktar (%) 1 Kafa Geometrisi Keski Dizaynı Spesifik Enerji TEBD RQD Makina Gücü
Kaya Kütle Kesilebilirlik İndeksi Süreksizlik Açıklığı
Kuvars İçeriği Kil ve Silt Miktarı Kesme Enerjisi Çekme Dayanımı Schmidt Sertliği Kesme Hızı Shore Sertliği Makina Ağırlığı RMR Kesme Deneyleri
Cercher Aşındırıcılık Testi Schimazek Aşındırıcılık Testi Keski Aşınması
Nokta yükleme dayanımı Vibrasyon
Koni Delici Sertliği Darbe Dayanımı Yeraltı Suyu Durumu
Tasarım Parametreleri
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1718 19 20 21 22 23 24 25 26Mekanik kazı makinalarının performansları, formasyona uygun makina seçimine, uygun kayaç koşullarına, işletme koşullarına, makine tasarımına ve kazı işleminin tahkimat, nakliye ve havalandırma gibi işlemlerle olan etkileşimi gibi faktörlere bağlıdır (Fowell ve Johnson, 1982). Kazı bölgesindeki yukarıda bahsedilen işlemlerle bütünlük sağlamış olan bir makinanın değişen kazı koşullarına göre de uygun hale getirilmesi gereklidir. Makinanın yeni kazı koşullarına uygun hale getirilebilmesinde makinanın kesici kafa tasarımı ve kesici uçların tipi büyük önem taşımaktadır. Kesici kafa ya da tambur tasarımlarında önemli olan parametreler bugüne kadar yapılan ayrıntılı çalışmalarla belirlenmiştir (Hurt, 1980).
Yapılacak kazının ekonomikliğinin belirlenmesinde ana faktörlerden biri formasyonu kazmak için kullanılacak mekanik kazıcının performans tahminidir. Kazı performansı tahmininde değişik metotlar kullanılmaktadır. İyi sonuçlar elde etmek için bir kaç metot bir arada uygulanmalıdır. Bu metotlar; tam boyutlu kesme deneyleri, küçük boyutlu kesme deneyleri (karot kesme), ampirik yaklaşımlar, yarı teorik yaklaşımlar ve arazide gerçek bir makina kullanımı olarak sınıflanabilir.
Tam boyutlu kazı seti ile bir kayaç numunesi kesilirken bir keskiye etkiyen keski kuvvetleri ölçülmektedir. Bu kuvvetler, mekanize kazıcı ve keski seçiminde, kesme geometrisinin belirlenmesinde, performans ve maliyet tayininde kullanılmaktadır.
Kayacı kesmek için gerekli olan kesme, normal kuvvetler ve spesifik enerji değerleri farklı kesme derinliği ve keskiler arası mesafelerde belirlenir ve daha sonra Eşitlik 8’den mekanik bir kazıcı için net ilerleme hızı (ICR) m3/h olarak hesaplanabilir (Rostami ve ark., 1994). Bu eşitlikte P kesici kafanın kesme gücü (kW), SEopt (kWh/m3) kesme deneyleri sırasında en verimli kazı yapılan durumda elde edilen spesifik enerji değeri, k ise enerji transfer katsayısıdır.
opt
SE P k
ICR= [2.8]
Küçük boyutlu kesme deneyleri hem arazide hem de laboratuarda birçok kayaç üzerinde yapılan deneyler ve gözlemler sonucunda elde edilmiş, yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir (Mc Feat-Smith ve Fowell 1977, 1979).
Diğer bir performans tahmin yöntemi olan yarı teorik performans tahmin yöntemlerinde, bilgisayarla tasarlanarak oluşturulmuş bir model kullanılır. Birçok
makina üreticisi, araştırma enstitüsü ve danışman firmalar bu amaç için geliştirilen bilgisayar modelleri geliştirmişlerdir (Çopur, 1999; Hurt ve ark., 1982; Rostami ve Özdemir, 1994).
En net sonucu veren performans yöntemlerinde, kullanılmış bir makina bulunarak veya gerçek bir makina kiralanarak kazının yapılması düşünülen madende veya tünelde test edilmesi esasına dayanır. Bu çok pahalı ve zaman alıcı bir yöntem olmakla birlikte, en doğru performans tahmini yapılabilen bir yöntemdir (Tunçdemir ve Bilgin, 2002).
Kayanın kesilebilirliğini tahmin etmek için kaya ve makina hakkındaki bazı değerlerin bilinmesi ve bunlara göre bir tasarımın yapılması gereklidir. Bu verilerin ne olduğu ve nasıl toplanacağı aşağıda genel hatları ile maddeler halinde verilmiştir (Smith ve Fowell, 1979).
i. Makinanın kesme performansı ii. Makinanın güç tüketimi
iii. Kaya kütle parametrelerinin yerinde incelenmesi (süreksizlik açıklıkları,
Schmidt çekici değerleri)
iv. Laboratuarda kesme deneyleri için örneklerin hazırlanması v. Numunelerin fiziksel ve mineralojik deneylerinin yapılması
Yeraltında kullanılan kazıcı makinalar genellikle elektrik enerjisiyle çalışmaktadır. Bu makinaların çektikleri akımlara göre enerji tüketimlerini belirlemek mümkün olmaktadır.
Bir doğru akım motorunun gücü, voltaj ve akım değerlerinin çarpımı sonucu bulunur. Kazı makinaları kazı sırasında sert bir formasyonla karşılaştığında kazı hızı yavaşlarken kazı kuvveti artmaktadır. Diğer bir deyişle makina kazarken zorlandığı için kazı hızı yavaşlarken, kazı kuvveti artar. Doğru akım motorlarının bu özelliği sayesinde kazıcı makinanın kazıyı yapan kısmının (armatür) çektiği akım ve voltaj değerleri izlenerek elektrikli makinaların kazı esnasında gösterdikleri performansın miktarı dolaylı olarak saptanabilmektedir (Özdoğan, 2003). Elektrikli kazı makinalarının enerji tüketimini dalgalı akım motorlarından ölçülmesi pek önerilmemektedir (Hindistan, 1997). Çünkü dalgalı akım motorları kazı sırasında meydana gelen değişikliklere doğru akım motorları kadar hassas değillerdir.
Doğru akım motorlarının güçleri aşağıda verilen Eşitlik 9 vasıtasıyla hesaplanabilir. P=(V*I)/1000 [2.9] Burada; P: Güç (kW) I: Akım (amper) V: Voltaj (volt)
Doğru akım motorunun tükettiği enerji ise aşağıda verilen Eşitlik 10 ile hesaplanmaktadır.
E=P*t/3600 [2.10]
E: Enerji (kWh) t: Zaman, (saniye)
Ceylanoğlu (1991) elektrikli eskavatörlerin kazı performanslarını değerlendirmek amacıyla yapmış olduğu çalışmada kazıcı makinaların kazı esnasındaki güç değişimlerinin nasıl geliştiğini belirlemiştir Şekil 2.14’de görüldüğü gibi kazı esnasında güç değişimleri çok fazla değişiklik göstermez iken makinanın ikinci kazıya başladığı anda güç değişimlerinde ani pikler oluşmaktadır.