FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
FARKLI MİKTAR VE ÖZELLİKTEKİ KÖMÜR YIĞINLARININ KENDİLİĞİNDEN YANMA DAVRANIŞLARI, ÖNLENMESİ VE
ÖNCEDEN TESPİT EDİLMESİNE BİR ÖRNEK; ÇAYIRHAN KÖMÜR STOKLARI
Elif KUZOLUK YÜKSEK LİSANS TEZİ Maden Mühendisliği Anabilim Dalı
Şubat-2014 KONYA Her Hakkı Saklıdır
iv
YÜKSEK LİSANS TEZİ
FARKLI MİKTAR VE ÖZELLİKTEKİ KÖMÜR YIĞINLARININ KENDİLİĞİNDEN YANMA DAVRANIŞLARI, ÖNLENMESİ VE ÖNCEDEN
TESPİT EDİLMESİNE BİR ÖRNEK; ÇAYIRHAN KÖMÜR STOKLARI
Elif KUZOLUK
Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Maden Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Doç. Dr. A. Hadi ÖZDENİZ
2014, 88 Sayfa Jüri
Prof. Dr. Cem ŞENSÖĞÜT Doç. Dr. A. Hadi ÖZDENİZ Yrd. Doç. Dr. Hakan ÖZŞEN
Kendiliğinden yanma olayı, yıllardır kömür madenciliğinin yaşadığı en büyük sorunlardan birisidir. Kömürün bünyesinde bulunan karbonun havadaki oksijen ile ekzotermik reaksiyona girmesi sonucunda yanma meydana gelir. Bu reaksiyon sonucunda gerek yeraltı ve gerekse açık ocak üretim aşamalarında, stok sahalarında kömür iç sıcaklığının artması ve ardından da alevli yangınlara dönüşmesi sonucu birçok maddi ve can kayıpları meydana gelmektedir. Bu hasarların en aza indirilmesi için kömüre ait kendiliğinden yanma karakteristiğinin önceden belirlenmesi ve gerekli önlemlerin alınması gerekmektedir.
Ülkemiz kömürleri üzerinde yapılan birçok çalışmada, kömürlerin kendiliğinden yanmaya eğilimleri incelenmiştir. Yapılan çalışmaların büyük bir kısmı laboratuvar ortamında gerçekleştirilmiştir. Yapılan bu çalışmada, Park Termik A.Ş. ’ye ait Çayırhan kömürlerinden hazırlanan stokların kendiliğinden yanma karakteristikleri araştırılmıştır. 2 adedi işletmenin kendi stokları olmak üzere toplamda 4 adet stok sahası hazırlanmıştır. Her bir stoğa 4 ‘er adet Pt-100 sensör yerleştirilmiş ve 10 dk aralıklarla stok iç sıcaklıklarının ölçülmesi sağlanmıştır. Yapılan ölçümler sonucunda, Çayırhan kömürlerinin genel olarak 65 ºC ‘de kuluçka evresine geçtikleri ortalama 3 günün sonunda yaklaşık 70-75 ºC’de alevli yangınların meydana geldiği gözlemlenmiştir.
v MS THESIS
A CASE STUDY ON PRE-DETERMINATION AND PREVENTION OF SPONTANEOUS COMBUSTION BEHAVIOUR OF STOCKYARDS WITH VARIED CHARACTERISTICS AND QUANTITY: ÇAYIRHAN COLLIERY
Elif KUZOLUK
THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCE OF SELÇUK UNIVERSITY
THE DEGREE OF MASTER OF SCIENCE OF PHILOSOPHY IN MINING ENGINEERING
Advisor: Assoc. Prof. Dr. A. Hadi ÖZDENİZ 2014, 88 Pages
Jury
Prof.Dr. Cem ŞENSÖĞÜT Assoc. Prof. Dr. A. Hadi ÖZDENİZ
Assist. Prof. Dr. Hakan ÖZŞEN
The spontaneous combustion is one of the main problems encountered in coal mining over the years. The combustion occours at the end of the exothermic reaction taking place between the oxygen in the air and carbon in the coal. As a result of this reaction , which happens due to of blaze and fire caused by on increase in internal temperature of coal in both open and, underground working sites is the loss of lives and collateral damage. To minimize the risks mentioned above, the characteristic of spontaneous combustion phenomena must be identified and the necessary precautions must be taken beforehand.
Many researchers examined the coals to final out their tendency to spontaneous combustion. Many of these analyses were realized in the laboratory scale. In this work, the Cayirhan coals which is mine by Park Termik A.S. were investigated to determine the characteristic of spontaneous combustion. There were four different stockyards prepared for this purpose, included the firm’s own stockyards (2 stockyards). In each stock, the Pt-100 sensors were placed and the stocks' internal temperatures were measured in every 10 minutes. After these measurements, the general incubation period of Cayirhan coals was found 65 ºC and at the end of three days, it was observed that the open fire occureol approximately at 70-75 ºC.
vi
Tez konusunun belirlenmesinde, stok sahalarının hazırlanmasında ve deney sonuçlarının yorumlanmasında destekleri ve yönlendirmeleri için danışmanın Sayın Doç. Dr. A. Hadi ÖZDENİZ hocama teşekkür ederim. Jüri üyeliğimi yapan Prof. Dr. Cem ŞENSÖĞÜT’ e ve Yrd. Doç. Dr. Hakan ÖZŞEN hocama teşekkür ederim. Lisans eğitimimde ve yüksek lisans çalışmamda yardımlarını esirgemeyen başta Doç. Dr. İhsan ÖZKAN olmak üzere tüm Maden Mühendisliği bölümünde bulunan öğretim üyelerine ve asistanlarına ayrı ayrı teşekkür ederim. Çalışmalarım sırasında işletmenin her imkânından yararlanmamı sağlayan, Park Termik A.Ş çalışanlarından işletme müdürü Sayın Levent ŞENFİLO’ ya, Mustafa TAŞ’a ve Hakan ERDEM’ e desteklerinden dolayı şükranlarımı sunarım.
Maddi manevi desteklerini benden esirgemeyen annem Meryem KUZOLUK ve kardeşlerime, bu çalışmalarıma şahit olamayan ama varlığını hep içimde hissettiğim babam Duran KUZOLUK’a, Burkay İnşaat ’ta beraber çalıştığım çalışma arkadaşlarıma, daima mühendislik bilgisine başvurduğum, kariyer olarak yolundan gittiğim ve çalışmalarım sırasında bana olan inancını asla yitirmeyen Genel Koordinatörüm Sayın Kazım KURŞUN’ a çok teşekkür ederim.
Elif KUZOLUK KONYA-2014
viii ÖZET ... iv ABSTRACT... v ÖNSÖZ ... vi İÇİNDEKİLER ...viii SİMGELER VE KISALTMALAR ... xi 1. GİRİŞ ... 1
2. KÖMÜRÜN TANIMI OLUŞUMU VE SINIFLANDIRILMASI ... 3
2.2. Kömürün Oluşumu ... 3 2.3. Kömürün Sınıflandırılması ... 4 3. KÖMÜRÜN ÖZELLİKLERİ... 7 3.1. Fiziksel Özellikler... 7 3.1.1. Rutubet... 7 3.1.2. Yoğunluk ... 7 3.1.3. Sertlik... 8 3.1.4. Gözeneklilik... 8 3.1.5. Öğütülebilirlik... 8
3.1.6. Renk ve çizgi rengi ... 8
3.1.7. Ufalanabilirlik ... 9 3.1.8. Parlaklık ... 9 3.1.9. Mukavemet ... 9 3.2. Kömürün Petrografik Özellikleri ... 9 3.2.1. Litotipler ... 10 3.2.2. Maseraller ... 11 3.2.3. Mikrolitotipler... 11
4. KÖMÜRLERDE KENDİLİĞİNDEN YANMA OLAYI ... 12
4.1. Oksitlenme ... 12
4.2. Kendiliğinden Yanma İle İlgili Teoriler ... 13
4.2.1. Pirit Teorisi ... 13
4.2.2. Bakteri Teorisi ... 13
4.2.3. Oksidasyon Teorisi ... 14
4.2.4. Nem Teorisi ... 14
4.3. Kömürün Kendiliğinden Yanmasını Etkileyen Faktörler ... 15
ix
4.3.1.3. Tane Boyutu... 15
4.3.1.4. Mineral Madde İçeriği ... 16
4.3.1.5. Petrografik Yapı... 16
4.3.1.6. Pirit İçeriği ... 16
4.3.1.7. Bakteriler ... 17
4.3.1.8. Fiziksel Özellikleri... 17
4.3.1.9. Uçucu Madde İçeriği ... 17
4.3.1.10. Metan İçeriği... 17
4.3.1.11. Kömür Sıcaklığı ... 17
4.3.2. Jeolojik özellikleri... 18
4.3.2.1. Damar kalınlığı ve eğimi ... 18
4.3.2.2. Faylar ve çatlaklar... 19
4.3.2.3. Derinlik ... 19
4.3.3. Atmosferik Koşullar ... 19
4.3.3.1. Ortam sıcaklığı... 19
4.3.3.2. Havadaki nem miktarı... 19
4.3.3.3. Oksijen derişimi ... 20
5. KENDİLİĞİNDEN YANMANIN TESPİT EDİLMESİ VE KULLANILAN YÖNTEMLER ... 21
5.1. Fiziksel Belirtiler ... 21
5.1.1. Kömür ve çevre kayaçlarda görülen terleme ... 21
5.1.2. Duman... 21
5.1.4. Ses ... 22
5.1.5. Koku... 22
5.1.6. Sıcaklık artışı ... 22
5.1.7. Kızışmanın kimyasal belirtileri... 23
5.1.8. Kendiliğinden yanma ile mücadele yöntemleri ... 23
5.1.9. Planlama ve üretim sırasında yapılabilecek çalışmalar ... 23
5.1.10. Stok sahalarında yapılabilecek çalışmalar ... 24
5.2. Kullanılan Laboratuvar Yöntemleri ... 26
5.2.1. Statik izotermal yöntem ... 26
5.2.2. Dinamik oksidasyon yöntemi ... 27
5.2.3. Kimyasal yöntem ... 27
5.2.4. Adyabatik oksidasyon yöntemi... 28
5.2.5. Diferansiyel termal analiz (DTA) yöntemi ... 29
5.2.6. Kesişim noktası metodu... 30
5.2.7. Termogravimetrik analiz (TGA) metodu... 30
6. TÜRKİYE KÖMÜRLERİNİN KENDİLİĞİNDEN YANMA KARAKTERLERİ VE YAPILAN ÇALIŞMALAR ... 32
7. ORTA ANADOLU LİNYİTLERİ... 34
7.1. İşletmenin Tanımı ... 34
7.2. Rezervler ve Jeolojik Durum ... 35
7.2.1. Faylar, rezerv durumu ve damar şartları ... 35
x
7.3.2. Kazı işlemi ... 39
7.4. Çalışan Sektörler... 40
7.4.1. B sektörü ve üretim yöntemi... 40
7.4.1.3. B sektörü nakliyat ... 43
7.4.2. C sektörü ve üretim yöntemi... 44
7.4.2.2. C sektörü havalandırma ... 44
7.4.2.3. C sektörü nakliyat ... 45
7.4.3. G sektörünün tanıtılması ... 46
7.4.3.1. G sektörü üretim yöntemi ... 46
7.4.3.2. G sektörü havalandırma ... 46 7.4.3.3. G sektörü nakliyat ... 47 7.5. Galeri Tahkimatı ... 48 7.6. Dolgu ... 48 7.7. Pompa İstasyonları... 49 7.7.1. Hidrolik ... 49 7.7.2. Atık su... 49 7.7.3. Temiz su... 50 7.7.4. Basınçlı hava... 50
7.8. Personel ve Malzeme Nakliyatı ... 50
7.9. İşçi Sağlığı ve İş Güvenliği... 50
7.10. Kontrol – Kumanda Merkezi ... 51
7.11. Tahlisiye ve Eğitim ... 51
8. DENEYSEL ÇALIŞMALAR... 53
8.1. Stok Sahalarının Hazırlanması... 53
8.1.2. Stokların hazırlanması ... 53
8.2. Stok İç Sıcaklıklarının Ölçülmesi ... 62
8.3. Meteorolojik Ölçümler ... 63
9. STOKLARDAN ALINAN VERİLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ... 65
9.1. K1 Stoğu Sıcaklık-Zaman Verilerinin Değerlendirilmesi ... 65
9.2. K2 Stoğu Verilerinin Değerlendirilmesi... 69
9.3. K3 Stok Verilerinin Değerlendirilmesi... 72
9.4. K4 Stoğu Verilerinin Değerlendirilmesi... 76
9.5. Stokların Birlikte Değerlendirilmesi... 79
9.6. Yüzey Sıcaklık Ölçümleri... 80
10. SONUÇLAR VE ÖNERİLER ... 82
KAYNAKLAR ... 84
xi Kısaltmalar
DTA : Diferansiyel Termal Analiz
1. GİRİŞ
Mineral yakıt, doğal halde veya bazı değişimlerden sonra yanan madde olarak kullanılabilen, yeterli miktarda yanıcı organik bileşikler içeren kayaçlara verilen addır. Kömür de bir mineral yakıt sınıfına girer ve organik kaya olarak ifade edilmektedir. Organik ve inorganik maddeler ile nemden oluşan kömür genellikle kuru olarak % 50’den fazla yanabilen madde içermektedir (Eroğlu, 1993).
Bitkilerin, doğa olaylarının etkisi altında zamanla bozuşup fiziksel ve kimyasal değişimlere uğrayarak, kömürleri meydana getirdiği bilinmektedir. Bitkilerde fiziksel ve kimyasal değişimlere yol açan doğa olayları arasında bakteri ve mantar hücrelerinin oksitlenme, hidroliz ve damıtım ile su ortamında ısı ve basıncın etkileri oluşan faaliyetler sayılabilir. Bu fiziksel değişimlerden başlıcaları ise; rengin kararması, parlaklık, sertlik, sıklık ve kırılganlığın artmasıdır.
Kömür yüzeyinin oksijenle olan ilişkisi, kömürün kendiliğinden yanmasında etkili olan nedendir. Kömür; oksitlenmeye eğilimli bir maddedir ve, yeni açılan yüzeyler hava ile temas eder etmez oksidasyon olayı başlar. Kömürle oksijen arasında dışa ısıveren bir kimyasal reaksiyon oluşması ile oksijen molekülleri kömürün yüzeyine fiziksel olarak bağlanır ve difüzyon yolu ile mikro gözeneklere kadar ulaşır.
Kömürlerde kendiliğinden yanma düşük sıcaklıkta oksitlenmeyle başlayıp artan ısı birikmesi nedeniyle alevli yanmaya kadar varabilen ekzotermik bir olaydır. Wang ve ark, nın (1993) yaptığı çalışmalarda, kömür yüzeylerinin oksijen adsorbe etmesi sonucu ortamdaki oksijen tüketiminin kendiliğinden yanma olayının başlamasının ilk adımı olarak tespit edilmiştir. Oksijen adsorbsiyonunun devam etmesi sonucu, 40 °C üzerinde ortam ısısı yükselmektedir. Bu ısı ortamdan uzaklaştırılmadığı takdirde 70 °C’den sonra CO ve CO2 gazların hacimce konsantrasyonu artmakta ve 125 °C’de su buharı
oluşmaktadır. Artan ısıyla beraber kömürün tutuşma sıcaklığına ulaşması sonucu, alevli yanma başlamaktadır. Kendiliğinden yanma genellikle düşük ranklı kömürlerde meydana gelmektedir (Biçer, 2011).
Kömür üreticiliği yapan tüm ülkelerin karşılaştığı en önemli sorunlarından birisi, kömürün kendiliğinden yanmasıdır. Kömürün kendiliğinden yanması, hem ekonomik açıdan hem de güvenlik açısından kömür işletmecilerinin yüzyıllardır üstesinden gelmeye çalıştığı en büyük sorunlarından birisidir.
Kömürün kendiliğinden yanması neticesinde ortaya çıkan CO (karbon monoksit) gazı zehirlenmesi nedeniyle ölüme yol açabilecek şekilde zarar görme, bırakılan
topukların açık alev ya da içten yanması sonucunda tavan göçmeleri, yanma sonucunda kömürün kaybedilmesi ve yangın barajları arkasında ekonomik olarak işletilebilir rezervlerin bırakılmak zorunda kalması, yeraltında olası bir yangının yaratılabileceği başlıca sorunlar arasında gösterilebilir (Eroğlu, 1993).
Dünya kömür sanayisi için çok uzun zamandır büyük tehlikeler oluşturan kendiliğinden yanma olayı, dünyada en fazla maden ocaklarının bulunduğu Çin’de sadece yeraltında çıkan yangınlardan dolayı yılda ortalama 200 milyon ton kömür etkilenmektedir. Kendiliğinden yanma olayı yeraltında oluşabileceği gibi çıkarılan kömürün depolanması ve uzun süreli denizyolu nakliyatı sırasında yani yer üstünde de ortaya çıkabilir. Sıcaklığın artmasına ve dolayısıyla reaksiyon hızının artışına neden olan, kömür ile oksijen arasındaki ekzotermik reaksiyon bu olaydaki temel işlem oluşturmaktadır. Kömürün rankı, kömürün oksijen içeriği, havanın akış hızı, tane boyutu, kömürün nem içeriği ve havanın nemliliği gibi faktörler kömür yığınının kendiliğinden yanmasında önemli rol oynamaktadır (Barış, 2006).
Kendiliğinden yanma olayında, kömürün tek basına oksijenle reaksiyonu, olayın meydana gelmesi için yeterli değildir. Kendiliğinden yanma olayının başlaması için fiziksel şartların da uygun olması gerekmektedir. Bu nedenle, kendiliğinden yanma; havalandırmanın kömür - oksijen reaksiyonunu sınırlandıramayacak kadar çok olduğu ya da oluşan ısının tümünü uzaklaştıramayacak kadar az olduğu durumlarda oluşmaktadır. Böyle durumlarda, belirli bir zaman geçtikten sonra bir miktar kömür kütlesi ısınarak yanma sınırına gelebilir.
2. KÖMÜRÜN TANIMI OLUŞUMU VE SINIFLANDIRILMASI
2.1. Kömürün Tanımı
Kömür; havanın oksijeni ile doğrudan doğruya yanabilen, % 55 - 95 arasında serbest ya da bileşim halinde karbon içeren, bitki kalıntılarından meydana gelen, organik yanıcı bir tortul oluşumdur (Nakoman, 1971).
2.2. Kömürün Oluşumu
Çoğunlukla bitkisel maddeler ya da bitki parçaları uygun bataklık ortamlarda birikip çökelir ve jeolojik süre içerisinde yeraltında kalırlar. Yerin altında, bu organik kütleler gömüldükten sonra önceleri gömülmenin oluşturduğu basınç şartları ve daha sonrada gelişen ısısal şartından etkilenirler. Bu etkilenme sonucu, söz konusu organik maddenin bünyesinde fiziksel ve kimyasal değişimler meydana gelir. Önceleri turba olarak adlandırılan ve kömürleşmenin ilk aşaması olarak bilinen bu organik maddeler, zamanla daha koyu renklere ve daha sert yapıya sahip olurlar. Sıcaklık ve basınç şartlarının bu kütlelere etkimesi sonucu, bu ortamdan, sırasıyla önceleri (turbadan-taşkömürü aşamasına kadar) su ve su buharı, karbondioksit (CO2), Oksijen (O2) ve en ileri aşamalarda Hidrojen (H2) (antrasit aşamasında)
uzaklaşır. Ancak bu süreçte ideal şartlar ve ortamın ısısal şartlarının uzun bir dönem içerisinde (binlerce yıl) baskın olması ve artması gerekmektedir.
Sıcaklık artışı ideal ve normal şartlar için geçerlidir. Bu şartların dışında (volkanik faaliyet, fay hareketleri, radyoaktif elementlerin bulunduğu ortamlarda) yerin ısısı, olağan üstü ve normalden çok fazla bir şekilde artmaktadır. Yerin ısısı arttıkça önceleri turba olarak adlandırılan ve kömür sayılmayan bu organik madde, önce "linyit" daha sonra “alt bitümlü kömür”, sonra “taşkömürü”, “antrasit” ve en sonunda şartlar uygun olursa "grafit" e dönüşür. İlerleyen bu olgunlaşma sürecine “kömürleşme (Coalification)”denmekte, her seviyeye de “kömürleşme derecesi (Rank)” olarak adlandırılmaktadır.
2.3. Kömürün Sınıflandırılması
Enerji hammaddeleri içinde önemli bir yere sahip olan kömür, dünyada geniş rezervlere ve yaygın tüketim alanlarına sahiptir. Kömürleşme sürecinde meydana gelen basınç, sıcaklık, nem içeriği, yataklanma gibi özelliklerinden dolayı çeşitlilik göstermektedir. Bu durum birçok ülkede kömürlerin birbirine benzer özellikler ve yakın değerler temelinde sınıflandırılmasını zorunlu kılmıştır. Ülkeler kendi kömürlerinin özelliklerine ve üretim teknolojisine göre kendi sınıflamalarını yapsalar da dikkate alınan uluslararası sınıflamadır.
Değişik tipte kömürlerin kullanım amaçlarına göre uluslararası sınıflandırılmasında; ilk olarak 1957 yılında çeşitli ülkelerden üyelerin oluşturduğu Uluslararası Kömür Kurulu`nca birçok ülkeden temin edilen numuneler üzerinde yapılan çalışmalar, Uluslararası Standartlar Örgütü (ISO) tarafından da desteklenerek genel bir sınıflama yapılmıştır. Bu sınıflamada; çeşitli özellikler dikkate alınmıştır. Bunlar:
a) Sert kömürler; ıslak ve külsüz bazda 5700 Kcal/kg’ın üzerinde kalorifik değerdedir. Uçucu madde içeriği, kalorifik değer ve koklaşma özelliklerine göre alt sınıflara ayrılırlar.
b)Kahverengi kömürler; ıslak ve külsüz bazda 5700 Kcal/kg’ın altında kalorifik değerdedir. Toplam nem içeriği ve kalorifik değere göre alt sınıflara ayrılırlar.
Uluslararası Genel Kömür Sınıflaması (1983) Çizelge 1.1’de gösterilmiştir. Çizelge 1.2.’de ise Mervit (1982) tarafından yapılan Genel Kömür sınıflamasında yer alan kömürlerin tanıtıcı özellikleri verilmiştir.
Çizelge 1.1. Uluslararası genel kömür sınıflaması (Coal Information Report, 1983)
A.SERT KÖMÜRLER B.KAHVERENGİ KÖMÜRLER
1. KOKLAŞABİLİR KÖMÜRLER (Yüksek fırınlarda kullanıma uygun kok üretimine izin veren kalitede)
2. KOKLAŞMAYAN KÖMÜRLER a) BİTÜMLÜ KÖMÜRLER b) ANTRASİT
1.ALT BİTÜMLÜ KÖMÜRLER (4165-5700 Kcal / kg arasında kalorifik değerde olup topaklaşma özelliği göstermez)
2.LİNYİT (4165 Kcal / kg’ın altında kalorifik değerde olup topaklaşma özelliği göstermez)
Çizelge 1.2. Genel sınıflandırmada yer alan kömürlerin tanıtıcı özellikleri (Mervit, Roy D., 1982)
LİNYİT ALT BİTÜMLÜ KÖMÜRLER BİTÜMLÜ
KÖMÜRLER
Kahverengi Siyah Koyu siyah
Kırılgan, toz halinde ufalanma Oksidasyonla veya kurutma sonucunda ince parçalar halinde
ufalanma
Bloksu kırılma
Masif, odunsu veya üniform kilsi doku Masif Bantlı ve kompakt
Isıl değer; 4610 Kcal/kg’nin altında Isıl değer; 4610-6390 Kcal/kg arasında
Isıl değer; 5390-7700 Kcal/kg arasında Uçucu madde miktarı ve nem içeriği
yüksek
Uçucu madde miktarı ve nem içeriği bitümlü kömürlerden daha
yüksek
Uçucu madde miktarı ve nem içeriği düşük
Düşük sabit karbon içeriği Sabit karbon içeriği bitümlü kömürden düşük
Sabit karbon içeriği yüksek
Kömürün sabit karbon yüzdesi, kalorisi, rutubeti, uçucu madde ve hidrojen yüzdelerinin temel olarak alındığı uluslararası bir sınıflama olan ve en çok rağbet göreni Amerikan Ölçüm ve Malzeme Birliği (American Society of Testing and Materials A.S.T.M) sınıflamasıdır. Kömürleşme derecesi bu sınıflandırmanın temelini oluşturmaktadır. A.S.T.M sınıflamasında yüksek kömürleşme derecesine sahip olan kömürler sabit karbon, uçucu madde; düşük kömürleşme derecesine sahip olan kömürler ise alt kalorifik değer ve kekleşme özelliklerine göre sınıflandırılmaktadır. Bu sınıflama Çizelge 1.3.’de gösterilmiştir.
Çizelge 1.3. Kömürleşme derecesine göre A.S.T.M. sınıflaması
Sınıf Gruplar
Sabit karbon (dmmf) Uçucu madde (dmmf) Üst ısıl değer (mmmf, Btu/lb) Kekleşme n özelliği Eşit veya büyük Daha küçük Eşit veya büyük Daha küçük Eşit veya büyük Daha küçük Antrasit Meta-antrasit 98 - - 2 Kekleşmez Antrasit 92 98 2 8 Semi-antrasit 86 92 8 14 Bitümlü Kömür Düşük uçuculu 78 86 14 22 İyi kekleşir Orta uçuculu 69 78 22 31 Yüksek uçuculu-A - 69 31 - 14000 Yüksek uçuculu-B - - - - 13000 1400 Yüksek uçuculu-C - - - - 11500 10500 13000 11500 Kekleşir Alt bitümlü kömür Altbitümlü-A - - - - 10500 11500 Kekleşmez Altbitümlü-B - - - - 9500 10500 Altbitümlü-C - - - - 8300 9500 Linyit Linyit-A - - - - 6300 8300 Linyit-B - - - 6300
Çizelge 1.3.’de de görüleceği üzere kömürler 4 başlık altında toplanmıştır. Bitümlü kömür ve alt bitümlü kömür arasındaki fark kekleşme özellikleridir.
3. KÖMÜRÜN ÖZELLİKLERİ
Kömürün fiziksel ve petrografik özellikleri çeşidine göre farklılık göstermektedir.
3.1. Fiziksel Özellikler
3.1.1. Nem
Kömürün yapısında iki tür nem bulunmaktadır. Bunlar, kömürün bünyesinde bulunan bünye nemi ve kömürün nemli ortamlarda kalması sonucu yüzeyinde serbest sudan oluşan yüzey nemidir.
Bünye nemi kömür özelliklerine ve çeşidine göre farklılık göstermektedir. Bitümlü kömürlerde bünye nemi % 1 - 3 arasında değişmekte iken, linyitlerde % 45’e ulaşabilmektedir. Yüzey nemi de kömürün tane boyutuna ve neme bağlı değişiklik göstermektedir. Kömürün tane boyutu küçüldükçe yüzey alanı büyüyeceğinden yüzey nemi de artmakta ve uzaklaştırılması da zorlaşmaktadır (Ateşok, 2004).
Kömürün bünyesinde ve yüzeyinde bulunan nem çok istenmeyen bir durumdur. Çünkü kömürün yanması sonucu açığa çıkan enerjinin bir bölümü de bu nemi uzaklaştırmak için harcanır ve bu da istenilen enerjinin alınmasını engellemiş olur
3.1.2. Yoğunluk
Kömürün bünyesinde bulunan uçucu madde içeriği, nem, kömürün yoğunluğunu etkileyen faktörler arasındadır. İçeriğindeki karbon miktarı arttıkça yoğunluk da artmaktadır.
Bazı kömürlerin yoğunlukları şöyledir: Linyit : 1,20-1,30 gr / cm3 Bitümlü kömürler : 1,15-1,50 gr / cm3 Antrasit : 1,40-1,70 gr / cm3
3.1.3. Sertlik
Kömürün sertliği türüne ve içerdiği uçucu madde vs. gibi parametrelere göre değişmektedir. Uçucu madde oranının da % 5‘den % 15’e çıkması ile birlikte kömürün sertliği azalmaktadır. Kömürlerin fiziksel olarak birbirlerine göre değişiklik göstermelerinden dolayı herhangi bir kömür için belli bir sertlik sınıflaması yapmak doğru değildir. Fakat genel olarak bakıldığında linyit, kömür türleri arasında en yumuşak olanı; antrasit ise en sert olanı olarak gösterilmektedir.
3.1.4. Gözeneklilik
Kömürün içindeki boşluklar çok küçük gözeneklerden oluşmaktadır. Gözenekliliği fazla olan kömürün nem alma ve hapsetme potansiyeli de artış göstermektedir. Örneğin linyitlerin gözenekliliği yaklaşık % 28 -35 arasındadır. Karbon içeriği % 85 civarındaki kömürlerde gözeneklilik minimum seviyedir (Kural, 1998).
3.1.5. Öğütülebilirlik
Kömürün öğütülebilirliği sertlik, mukavemet ve kırılganlık gibi özelliklerine bağlıdır. Kömürün içindeki kül içeriği öğütülebilirliğini etkilemektedir. Linyitler öğütülmeye karşı bitümlü ve yarı bitümlü kömürlere göre daha dirençlidir (Özşen, 2003).
Öğütülebilirlik, kömürün petrografik yapı elemanlarının arasında farklılık gösterir. Ateşok (1986), yaptığı çalışmada öğütülebilme indekslerini; düren için % 16, klaren için % 40, vitren için % 47 ve füsen için de % 21 olarak bulmuştur.
3.1.6. Renk ve çizgi rengi
Linyitlerin çizgi rengi açık kahverengi ile koyu kahverengi arasındadır. Üst sınıftaki kömürlerde ise siyahın çeşitli tonlarına rastlanır. Çizgi rengi, bitümlü kömürlerden daha düşük dereceli kömürlerde açık kahverengi ile kahverengi arasında değişir. Daha yüksek dereceli kömürlerin çizgi rengi ise siyah ve kahverengi arasındadır (Pişkin, 1988).
3.1.7. Ufalanabilirlik
Ufalanma genel anlamda bir parçanın kendinden daha küçük parçalara bölünmesi olarak tanımlanabilir. Kömür çeşitlerine baktığımızda ufalanma özelliği en düşük olan linyittir.
Ufalanma kömür türlerine göre farklılık gösterdiği gibi kömürün petrografik bileşenlerine bağlı olarak ta değişiklik gösterebilmektedir. Bu bileşenlerden füsen en zayıf, düren ise en yüksek dirence sahip bileşenlerdir. vitren, füsen’den, klaren de vitren ’den daha dirençlidir (Ateşok, 2004).
3.1.8. Parlaklık
Linyitler diğer kömür türlerine göre daha mat görünümlüdürler. Antrasit ise parlak yüzeylerinin yanında mat kısımları da bulunan bir kömür türüdür. Bitümlü kömürlerde hem mat hem de parlak yüzeylere rastlamak mümkündür.
Kömürün kalitesini, parlaklığa göre karşılaştırmak yanlış olur. Çünkü mat olan bir kömür parlak olan bir kömürden daha yüksek kalorifik değere ve yanma özelliğine sahip olabilir (Özşen, 2003).
3.1.9. Mukavemet
Kömürün mukavemeti kömürün türü ve içeriğindeki uçucu kül miktarıyla ilgili bir durumdur. Örneğin uçucu kül miktarı % 20 - 25 dolaylarında kömürün mukavemeti en düşün değeri alır (Ateşok, 2004).
3.2. Kömürün Petrografik Özellikleri
Kömür, organik ve inorganik bileşenlerden oluşan heterojen yapı gösteren bir maddedir. Kömürlerin gözle görülebilir, yarı parlak, mat veya ince bantlar halindeki organik bileşenlerine litotip adı verilmektedir. Litotipleri oluşturan ve gözle görülemeyecek ancak mikroskopla görülebilen küçük bitki parçacıklarına da “maseral” denilmektedir.
3.2.1. Litotipler
Kömürün makroskopik özelliklerinden biri, farklı bantlı görünüşüdür. Yataklanmaya dik kesitlerde parlak, yarı parlak, mat ya da ince bantlıdırlar ve genelde eklem sınırları, kalınlıkta 3-5 cm’e kadar değişir. Aynı zamanda bu karakteristik bantlar, onların fiziksel ve kimyasal özelliklerindeki farkı gösterir. Çıplak gözle görülebilen bu bantlı bileşenlere litotip adı verilir. Günümüzde Uluslararası kömür Petrografisi Komitesi tarafından yapılan kömür sınıflandırma sisteminde kömürün petrografik elemanları Çizelge 3.1.’de sunulmuştur (Stach ve diğ., 1982; Artüz, 1974).
Çizelge3.1.Kömürlerin Petrografik Elemanları (Buzkan,1990)
MAKROSKOBİK
BİLEŞENLER MİKROSKOBİK BİLEŞENLER
Litotipler Maseraller Mikrolitotipler
Band Bileşenler Maseral Maseral Grup ve Semboller Mikrolitotip Mikrolitotiplerde Bileşen Maseral ana Grupları Vitren (Parlak Kömür) Kollinit Telinit Vitrodetrinit Pseudovitrinit Vitrinit (V) Vitrit V > 95 % Vitrinertit V+1 > 95 %
Fusen (Fosil O.K)
Makrinit Mikrinit Semifusinit Fusinit Sklerotinit İnertodetrinit İnertinit (1) İnertinit 1> 95 % Kütinit Resinit Eksudatinit Alginit Suberinit Litodetrinit Eksinit (EV) (Liptinit) Liptit E >95 %
Klaren (Yarı Par. K.) Düren (Mat Kömür) Tüm Maseralleri Kapsar Klarit Durit Duraklarit (VI) Klarodürit (IV) Klarovit (EV) V + E >95 % 1 + E >95 % V + E + I >5% 1+ E+ V > 5 % E+ 1+ V >5 %
4 çeşit litotip vardır. Bunlar;
Vitren: Kompakt ve homojen bir yapıda olup en parlak kömür tipidir. Camsı görünüşte, konkoidal küpler şeklinde kırılır, eli boyamaz. Bantlarının kalınlığı genellikle 3-5 mm arasındadır (Özşen, 2003).
Klaren: Vitrene göre daha az parlak, kompakt ve parlaklığı vitren-duren oranına göre değişen kömür tipidir. Bantlaşma yüzeylerine dik çok sayıda çatlakları olan en yaygın kömür tipidir.
Düren: Mat siyah ya da kahverengimsi siyah renkte, masif bir kömür tipidir. Çok serttir, kırıldığında düzgün yüzeyler içermeyen taneler halinde ayrılır. Vitren ve klarenden daha ender olarak bulunurlar.
Füsen: Odun kömürünü andıran ipliksi yapısı, siyah ve grimsi rengi, kırıldığında eli boyayan, çok kırılgan ve toz haline gelebilen bir banttır. Boşluklarında içerdiği minerallerden dolayı sertlik kazanabilmektedir (Buzkan,1987).
3.2.2. Maseraller
Linyit ve bitümlü kömürlerde maseraller; vitrinit (linyitlerde huminit), liptinit (eksinit) ve nertit olmak üzere üç ayrı grupta sınıflandırılmışlardır. Üç maseral grubu farklı kimyasal kompozisyonda olduklarından, ışığı yansıtma güçleri ile ayrılırlar. Kömürleri meydana getiren maseral ve mineraller bir kömür tabakası boyunca gelişi güzel dağılmazlar. Bunun aksine, eğer etken bir kontrol altın da bulunmuyorlar ise özellikle ortamın biyolojik, kimyasal ve jeolojik işlevlerine bağlı olarak oluşur ve o ortamda birikirler ( Kural, 1998).
3.2.3. Mikrolitotipler
Maseraller küçük mikro alanlarda (yaklaşık 50 mikronluk alanlarda) bile bazen tek başlarına değildirler ve diğer maseraller ile bulunurlar. Bir veya birden fazla bir arada bulunan maseral toplulukları mikrolitotip olarak değerlendirilebilirler.
4. KÖMÜRLERDE KENDİLİĞİNDEN YANMA OLAYI
Kömür oksijen ile temas ettiği anda oksidasyon olayı başlamaktadır. Oksijen molekülleri ilk olarak kömür yüzeyine bağlanmakta (adsorpsiyon) daha sonra mikro gözeneklere ulaşarak kimyasal reaksiyon başlamaktadır. Kömür ve oksijen arasındaki bu reaksiyon ekzotermik yani dışa ısıveren bir reaksiyondur. Bu ısı ortamdan uzaklaştırılmadığı takdirde zamanla yükselmekte ve alevli yangınlara sebep olabilmektedir.
4.1. Oksitlenme
Oksitlenme olayı düşük sıcaklıklarda meydana gelmekte ve artan ısı ile devam etmektedir. Oksitlenmenin ilk işareti ortamdaki oksijen tüketimindeki artıştır. 40 °C’nin üzerinde ekzotermik reaksiyon meydana gelmekte ve ortam ısısı da buna paralel olarak artmaktadır. Bu ısı artışı ortamdan uzaklaştırılmadığında ısı hızla yükselmekte 70 °C den sonra da ortamdaki CO (karbonmonoksit) ve CO2 (karbondioksit) konsantrasyonu
artmakta, 125 °C’ de su buharı oluşmaktadır. Bu sıcaklık artışı kömürün tutuşma sıcaklığına ulaştığında ise açık alevli yangınlara neden olabilmektedir (Jones ve Townend, 1949; Kural, 1998; Biçer, 2011). Çizelge 4.1.’de Demirbilek’in (1986) kömürün sıcaklığa bağlı olarak değişimini gösterir çalışması; Çizelge 4.2’de kendiliğinden yanmanın meydana geliş aşamaları verilmiştir.
Çizelge 4.1. Kömür-oksijen adsorbsiyonunun sıcaklığa bağlı değişimi (Demirbilek, 1986)
Sıcaklık -80oC -5oC 40oC
Adsorpsiyon Fiziksel → Kimyasal → Kimyasal
Çizelge 4.2. Kendiliğinden yanmanın meydana gelişi (Demirbilek, 1986; Çakır, 2003) Sıcaklık < 80oC → Destekleyen Koşullar → Sıcaklık >80 oC → Yangınlar Kararlı kömür-oksijen karışımlarının oluşumu ve ısı açığa çıkışı Isının ortamdan uzaklaşmaması ve ilave oksijen geliri ile kızışmanın hızlanması Isının ortamdan uzaklaşmaması ve ilave oksijen geliri
ile kızışmanın hızlanması
Isı artışı ve tutuşma
4.2. Kendiliğinden Yanma İle İlgili Teoriler
Birçok araştırmacı kömürün fiziksel özellikleri yanında kimyasal özelliklerini de incelemiş ve kendiliğinden yanma ile ilgili çeşitli teoriler ortaya koymuşlardır. Bunlar: Pirit Teorisi, Bakteri Teorisi, Oksidasyon Teorisi, Nem Teorisi’dir.
4.2.1. Pirit Teorisi
Kömürün bünyesinde bulunan piritin oksidasyonunda açığa çıkan ısının sonucu olarak yanma olayının meydana geldiği savunulmuştur. Kömür içerisinde piritin çok miktarlarda ve ince taneli halinde bulunması dışında kendiliğinden yanmaya etkisinin önemsiz olduğu vurgulanmıştır (Biçer, 2011).
4.2.2. Bakteri Teorisi
Bazı araştırmacılar tarafından kendiliğinden yanmaya kömürün bünyesindeki bakterilerin sebep olduğu öne sürülmüştür. Bakteriyel aktivitenin ısınmaya olan katkısı tam olarak açıklanamamış olmasına rağmen yapılan çalışmalarda bakterilerin çok az ısınmaya neden olduğu belirlenmiştir.
4.2.3. Oksidasyon Teorisi
Kendiliğinden yanma teorileri arasında en çok kabul gören teori oksidasyon teorisidir. Bu teoriye göre oksijenle temas eden kömür oksitlenmekte ve ısısı yükselmektedir. Birçok araştırmacı da kömürün havayla temasından çeşitli sonuçlar bulmuşlardır. Wade ve Eroğlu’nun (Wade, 1988; Eroğlu ve Gouws, 1993) yaptığı kömür parametrelerinin oksidasyon üzerindeki etkileri araştırılmış ve Çizelge 4.3.’de verilmiştir.
Çizelge 4.3. Çeşitli Parametrelerin Kömür Oksidasyon Oranı Üzerine Etkisi
Parametre Parametre Artışının Oksidasyon
oranına etkisi
Tane İriliği Azalır
Sıcaklık Artar
Nem Artar
Ön ısıtma Artar
Oksijen Artar
Oksijen kısmi basıncı Artar
Uçucu madde içeriği Artar
Kömürleşme rankı Azalır
Karbon içeriği Azalır
Oksijen içeriği Artar
İç nem Artar
4.2.4. Nem Teorisi
Yapılan araştırmalarda kömürün nem alması sonucu bir ısının açığa çıkmış ve bunun da oksidasyon tepkime hızında bir artışa sebep olduğunu göstermiştir (Eroğlu ve Gouws, 1993; Wade, 1988). Nemli havada ısı daha hızlı yayılmakta ve kendiliğinden yanmaya daha müsait bir ortam oluşmaktadır.
4.3. Kömürün Kendiliğinden Yanmasını Etkileyen Faktörler
Kömürün kendiliğinden yanmasında kömürün kimyasal ve petrografik özellikleri, jeolojik özellikleri ve atmosferik koşullar etkili olmaktadır.
4.3.1. Kömürün Fiziksel Kimyasal ve Petrografik Özellikleri
Kömürün bünyesinde bulunan bakteriler, pirit, nem vs. ve tane boyutu gibi etmenler kendiliğinden yanma olayında rol almaktadır.
4.3.1.1. Kömürleşme Derecesi (Rank)
Düşük ranklı kömürler yüksek ranklı kömürlere göre daha fazla nem, oksijen ve uçucu madde içerdiklerinden dolayı kendiliğinden yanmaya daha meyillidirler. Ayrıca düşük ranklı kömürler daha gözenekli yapıya sahip oldukları için oksijenin kömür içine sızması daha kolay olacaktır. Örnek olarak, bitümlü kömürler antrasite göre daha hızlı bir biçimde oksitlenirler (Didari, 1986).
4.3.1.2. Nem (Rutubet) İçeriği
Bir kömür parçacığı nemini kaybettiği zaman yüzey çekilmeleri ve çatlaklar nedeniyle yeni yüzeyler oluşmakta ve oluşan bu yeni yüzeyler oksidasyona yatkın hale gelmektedir. Bundan dolayı düşük nem miktarının kızışmayı hızlandırdığı, yüksek nemin ise yavaşlattığını söylemek mümkün olmaktadır (Çakır, 2003).
4.3.1.3. Tane Boyutu
Kendiliğinden yanmanın tane boyutuyla doğrudan ilişkisi bulunmaktadır. Kömürlerde meydana gelen oksidasyon tane boyutu ile ters orantılı olmaktadır. Tane boyutu küçüldükçe oksijen ile temas eden yüzey alanı büyüdüğünden oksidasyon daha da hızlanmaktadır.
Oksijen adsorplama kapasitesi daha yüksek olan kömürler kendiliğinden yanmaya daha yatkın oldukları, Graham (1930) tarafından belirtilmektedir. Feng (1985) oksidasyon hızının, dış yüzey alanının küp köküyle orantılı olarak arttığını saptamıştır.
4.3.1.4. Mineral Madde İçeriği
Mineral madde kömürün bünyesinde bulunan inorganik bileşenlerin tümü, kül ise kömür yandıktan sonraki arta kalan inorganik maddeler olarak tanımlanmaktadır (Çakır, 2003).
Yüksek kül içeriği olan kömürler (karbon miktarı azaldığından dolayı) kendiliğinden yanmaya daha az yatkın olacaklardır. Ancak, kül içindeki kireç, soda, demir bileşikleri vb. malzemelerin oksidasyonu hızlandırıcı, alüminyum ve silis gibi malzemelerin ise yavaşlatıcı etkisi olabileceği görülmüştür (Didari, 1986).
4.3.1.5. Petrografik Yapı
Kömürün petrografik bileşiminin kendiliğinden yanmayı tam olarak nasıl etkilediği hakkında kesin bir görüş bulunmasa da Vitren ve Klaren’in Düren ve Füsen’e kıyasla daha hızlı oksitlendikleri, bununla birlikte Füsen’in diğerlerine göre daha geç bir sürede tutuştuğu belirtilmektedir (Ören, 2006).
4.3.1.6. Pirit İçeriği
Kömürün yapısındaki pirit, nemli bir ortamda hava ile temas ettiğinde oksitlenebilmekte ve açığa çıkan ısı oksitlenmeye yardımcı olmaktadır. Ayrıca pirit oksitlendikten sonra şişmekte ve kömürün parçalanmasına bu da yüzey alanını artmasına neden olmaktadır. Pirit, aşağıda belirtilen kimyasal reaksiyona göre oksitlenmektedir:
Bu konudaki yayınlar incelendiğinde kömürün kendiliğinden yanması konusunda piritin ikinci derecede rol oynadığı ortaya çıkmaktadır. Yukarıda ekzotermik oksidasyon tepkimesi sonucu açığa çıkan ısı kömürün oksidasyon hızını da artırmaktadır.
4.3.1.7. Bakteriler
Bakteriyel hareketlerin kendiliğinden yanmadaki etkisi tam olarak açıklanmasa da; kuru ot yığınlarının ve ağaçların kendiliğinden yanmasının ana nedeninin bu hareketler olduğu bilinmektedir. Aynı şekilde Graham (1930) tarafından yapılan bir araştırmada; 100 ºC’de ısıtılan kömür ile yine aynı kömür üzerinden alınan ısıtılmamış kömür numunesinin aynı oksidasyon eğrisini gösterdiği saptanmıştır. 100 ºC’de yaşayan bakteri çeşidi olmadığı için bakterilerin kömür oksidasyonuna herhangi bir şekilde etkisinin olamayacağı ispatlanmıştır (Ören, 2006).
4.3.1.8. Fiziksel Özellikleri
Kömürün fiziksel özellikleri olarak, yoğunluğu, sertliği, gözenekliliği, adsorpsiyon özelligi gibi termik özelliklerini saymak mümkündür. Bu özelliklerin hepsi kömürün kendiliğinden yanma hızını etkilemektedir. Örneğin, kömürün sertliği ufalanabilirliğini etkilemekte; ufalanabilirliği arttıkça da yüzey alanının artmasına sebep olmaktadır.
4.3.1.9. Uçucu Madde İçeriği
Yapılan araştırmalar göstermiştir ki yüksek oranda uçucu madde içeren kömürlerin düşük uçuculu kömürlere oranla daha hızlı oksitlendikleri ve bu yüzden kendiliğinden yanmaya daha yatkın oldukları tespit edilmiştir.
4.3.1.10. Metan İçeriği
Kömürün yapısındaki gözeneklerde metan durağan bir atmosfer ortamı yaratmakta düşük sıcaklıklarda ve oksidasyonu yavaşlatmaktadır.
4.3.1.11. Kömür Sıcaklığı
Kömürün kendiliğinden yanmasını etkileyen ana etmenlerden birisi olarak kömürün sıcaklığı gösterilmektedir. Oksidasyon oranı her 10 ºC’de iki kat artmaktadır (Ramlu,1991).
Yapılan incelemelerde oksidasyon işleminin kritik sıcaklık adı verilen değere ulasana kadar yavaş bir şekilde geliştiğini, bu değerden sonra gaz artış hızının yükseldiğini belirlemiştir. Bu kritik sıcaklık değeri her kömürde farklı bir değerde olabilmektedir. Genel olarak bu sıcaklığın değerinin 30 - 70 ºC arasında değiştiği ifade edilmektedir. Şekil 4.1’de sıcaklık artısıyla beraber oksijen azalması ve CO değişimi gösterilmektedir.
Şekil 4.1. Sıcaklık artısına bağlı olarak oksijen azalması ve CO derişimi (Ören, 2006)
4.3.2. Jeolojik özellikleri
4.3.2.1. Damar kalınlığı ve eğimi
Kömürün damar kalınlığı arttıkça ısıl iletkenliği azalmakta ve buna bağlı olarak kömür bünyesindeki ısı birikimi sonuçta da kendiliğinden yanmaya yatkınlık artmaktadır.
Damar kalınlığı arttıkça kendiliğinden yanma riski de artmaktadır. Genellikle kalın damarların kazılması için uygulanan blok göçertmeli sistem sonrasında göçükte üretilmeden bırakılan kırık kömürler de kendiliğinden yanmaya ortam hazırlamaktadır. Yüzeye yakın çalışma alanlarında da hava kaçaklarının kontrol edilememesi sebebiyle de yine kendiliğinden yanma riski artmaktadır.
Damar eğiminin artması sonucunda kendiliğinden yanmanın arttığı gözlemlenmiştir. Bunun sebebi olarak da eğimi fazla olan kömür damarlarındaki üretim kayıpları kendiliğinden yanmayı tetiklemesi olarak gösterilebilir. Ayrıca artan eğimle birlikte kömür damarı üstüne binen yüklerde artmakta, bu da kömürün kırılmasına ve kömür yüzeyinde serbest yüzeylerin oluşmasına neden olmaktadır. Yüzey alanı artışı ile birlikte kendiliğinden yanma riski de artmaktadır (Ören, 2006).
4.3.2.2. Faylar ve çatlaklar
Faylanmalar sonucu oluşan çatlaklar hava geçirgenliğini arttıracağından oksidasyona sebep olacaktır. Fay zonlarındaki ve topuklardaki gerilmeler fazla olduğundan kömür daha gevrek, çatlaklı ve küçük taneli haldedir. Bu da oksidasyonu arttıracağından kendiliğinden yanma daha kolay gerçekleşecektir.
4.3.2.3. Derinlik
Derinliğin artmasıyla birlikte kömür tabakasının üstüne gelen kayaç basınçları artmaktadır. Artan bu basınç kömür tabakalarının kırılmasına ve kömür yüzey alanının büyüyerek kendiliğinden yanmasına neden olmaktadır. Ayrıca derin ocaklarda jeotermik gradyan artacağından kömür sıcaklığı ve ortam sıcaklığı daha fazla olacaktır.
4.3.3. Atmosferik Koşullar
4.3.3.1. Ortam sıcaklığı
Kendiliğinden yanma da ortam sıcaklığının önemli bir etkisinin olduğu kabul edilmektedir. Jeotermal gradyan, diğer sahalardaki yangınlar vs. kendiliğinden yanmayı etkilemektedir.
4.3.3.2. Havadaki nem miktarı
Rutubeti fazla olan ocaklarda kızışma daha çok görülmektedir. Ayrıca kömür stoklarındaki kızışmalarda yağmurlu havalardan sonra daha fazla olmaktadır. Bunun
sebebi olarak da havadaki nemin kısmi basıncının yüksek olması durumunda kömür nemi almakta ve sonuç olarak da ısı açığa çıkmaktadır.
4.3.3.3. Oksijen derişimi
Farklı kömürler üzerinde 100 ºC’nin üzerinde yapılan deneyler, oksijen derişiminin % 1 - 20 arasında değişen oranlarda oksijen adsorplama yeteneğinin oksijen derişimin 0,66 kuvveti ile doğru orantılı olduğunu gösterirken; bu oranın % 20’lerin üzerine çıkması durumunda oksidasyon hızı azalmakta olduğunu belirtmektedir (Kröger ve Beıer, 1962; Güney, 1968).
5. KENDİLİĞİNDEN YANMANIN TESPİT EDİLMESİ VE KULLANILAN YÖNTEMLER
Bir kömür stoğunun kızışması, oksidasyon için yeterli oksijenin ortamda bulunduğunu ve açığa çıkan enerjinin taşınamadığını gösterir. Kızışmaya engel olmak için yığın uygun şekilde havalandırılarak soğutulmalı, bu mümkün olmadığı takdirde de kızışmanın daha da ilerleyerek yanmaya sebep olmaması için havanın yığının içlerine doğru girmesine engel olmaya çalışılmalıdır.
Kömürün kızışmaya başlamasında çeşitli belirtiler gözlemlenmektedir. Bu belirtiler fiziksel ve kimyasal belirtiler olarak ikiye ayrılmaktadır.
5.1. Fiziksel Belirtiler
5.1.1. Kömür ve çevre kayaçlarda görülen terleme
Kömür sıcaklığının etkisiyle kömürde su buharı oluşmaktadır. Oluşan su buharının artmasıyla kömür üzerinde ve yan kayaçlarda terleme ve su buharı gözlemlenebilmektedir. Nem içeriği % 5’ten küçük kömürlerin bulunduğu ocaklarda terleme gözükmesi, kızışma belirtisi olarak gösterilebilmektedir (Ören,2006).
5.1.2. Duman
Duman kömür kızışmaya başladığı anda açık mavi renkte görülmektedir. Kömürün tutuşma sıcaklığını aştığı anda dumanın rengi koyulaşmakta ve fazlalaşmaktadır. Dumanın koyulaşmasıyla bölge tahliye edilmelidir. Şekil 5.1’de çalışma alanı olan Park Termik A.Ş.’nin stok sahasında duman çıkışı görülmektedir.
Şekil 5.1. Park Termik stok sahasında ısı artışı nedeni ile duman gözlenmesi
5.1.4. Ses
Bazen kömür tabakasında, dolgularda ve yan kayaçlarda duyulabilen çatırdama sesleri yangın başlangıcını işaret edebilmektedir.
5.1.5. Koku
Kızışma olayı sonucunda birçok gaz açığa çıkmaktadır ve bu gazların kendilerine özgü kokuları vardır. Bu kokular sayesinde kendiliğinden yanma daha kızışma aşamasında tespit edilebilmektedir. Bu da genellikle egzoz gazları şeklindedir.
Japon araştırmacılar tarafından geliştirilen bir çeşit koku sensörü sayesinde de ocak gazlarının yoğunluğu ölçülmekte ve bu yoğunluğa göre kendiliğinden yanmanın erken tespiti üzerinde çalışmalar yapılmaktadır.
5.1.6. Sıcaklık artışı
Oksidasyon olayı ekzotermik bir reaksiyondur ve bunun sonucunda kömür sıcaklığı gitgide artmaktadır. Yapılan çalışmalar göstermiştir ki ülkemiz linyitleri yaklaşık olarak 70 ºC’ye kadar yükselmekte, sonrasında kuluçka evresi denilen sabit bir sıcaklıkta devam etmekte ve daha sonra aniden çok hızlı bir şekilde sıcaklık yükselmesi ve sonrasında kendiliğinden yanma olayı meydana gelmektedir.
5.1.7. Kızışmanın kimyasal belirtileri
Kömür oksidasyonunda CO (karbonmonoksi), CO2 (karbondioksit), CH4
(metan), C2H6 (etan) ve H2O (su buharı) gibi gazlar açığa çıkmaktadır. Bu gazların
niteliği oksidasyonun aşamasını göstermektedir. Özellikle CO konsantrasyonun artan sıcaklıkla artması, dolayısıyla bu gazın artışı kendiliğinden yanmanın en büyük göstergesi olarak kabul edilmektedir.
Yeraltı üretim çalışmalarında gaz dedektörleri sayesinde gaz derişimleri ölçülebilmektedir. Dolayısıyla bu cihazların kalitesi, ölçümlerin hassasiyeti konusunda ve ocak yangınlarına karşı büyük önem taşımaktadır.
5.1.8. Kendiliğinden yanma ile mücadele yöntemleri
Kendiliğinden yanma riskini tahmin etmek, ocak ve stok yangınlarına karşı önlem almak için çeşitli çalışmalar vardır. Bunları üretim ve stok sahalarında yapılabilecek çalışmalar olarak iki başlıkta toplayabiliriz.
5.1.9. Planlama ve üretim sırasında yapılabilecek çalışmalar
Planlama döneminde kömür damarının fiziksel, kimyasal ve petrografik analizleri yapılarak kömür damarının kendiliğinden yanmaya karşı yatkınlığı belirlenebilmektedir. Ayrıca daha önce bu damarda açılan diğer panolardaki tecrübeler de yangına karşı gerekli önlemlerin alınması konusunda fikir vermektedir.
Üretim sırasında uzun ayak yöntemi kullanılacaksa, geri dönümlü uzun ayak yöntemi kullanılarak hava kaçaklarının minimuma indirilmesi sağlanmalıdır. Ayrıca üretim sonrası oluşan boşluklar dolgu malzemesi ile doldurularak bu boşluklara hava sızıntısının önlenmesi sağlanmalıdır. Ayak uzunluğunun kısa olması ve üretimin hızlı olması da kömürün kendiliğinden yanma için yeterli sıcaklığa ulaşmasını engelleyecektir.
Kendiliğinden yanmanın tespitinde en büyük etken olan gazlar düzenli bir şekilde donanımlı ekipmanlarla ölçülmeli ve tüm madencilik faaliyetlerinde olduğu gibi havalandırma konusunda oldukça dikkat edilmelidir. Yangın riskini ortadan kaldırmak için mutlaka havalandırma basınç farklarının minimuma indirilmesi gerekmektedir.
Mümkün olduğunca kesit daralmalarına neden olan hava kapılarının ve regülâtörlerin gerekmedikçe kullanılmamalarına özen gösterilmelidir.
Kızışma meydana geldiğinde yapılabilecek en iyi yöntem hava ile teması kesmektir. Böylece kızışmanın daha da ileri seviyelere ulaşması önlenebilir. Hava ile teması kesmekte aşağıdaki yöntemler kullanılabilir (Erkan, 1964).
Kızışma olan bölge ve kazı sonrası göçüğe bırakılan bölge çimento, ramble (çimento + kül), macun gibi sızdırmaz özelliğe sahip maddelerle doldurulmaktadır. Çalışılan bölge müsaitse kızışan kısım su ile doldurulabilir. Burada önemli olan nokta suyun yangın bölgesi dışına çıkmamasıdır. Yöntemin dezavantajı ise bölgede su gazlarının meydana çıkması ve tehlike biten bölgede aşırı nemden dolayı tekrar kızışma yaşanabilmesidir.
Kızılötesi cihazlar yardımıyla tespit edilen kızışan bölge kazılarak uzaklaştırılmakta ve açığa çıkan yeni yüzey hava sızdırmaz maddelerle sıvanmalıdır. Kazılan kömür ise biran önce bölgeden dışarı çıkarılmalıdır.
Kızışan bölgeye azot, karbondioksit veya yangın gazlarının enjekte edilerek oksijen derişiminin düşürülmesi sağlanır. Yangın bölgesi baraj ile kapatılmakta ve baraj içerisine bu gazlar enjekte edilmektedir. Bu yönteme hacimsel inertizasyon denilmektedir. Burada önemli olan etken barajın sızdırmazlığıdır. Bir diğer yöntem ise bölgesel inertizasyondur. Bu yöntemde de yangın merkezine hava akımı yerine inert gazlar pompalanmakta ve kızışma önlenmeye çalışılmaktadır (Erkan, 1964).
5.1.10. Stok sahalarında yapılabilecek çalışmalar
Stok sahalarında yapılabilecek çalışmaları maddeler halinde sıralarsak;
Arazi tesviye edilmiş, drenajı yapılmış, sıkıştırılmış ve yığına hava girmesine engel olabilecek bir tesis yapılmalıdır. Zeminin beton ve düz olması daha iyidir.
Yığın ısı kaynakları yakınında olmamalıdır.
Yığın yerlerinin temiz olmasına dikkat edilmelidir. Eski kömür kalıntıları, kâğıt vs. gibi pislikler tutuşmaya neden olabilir.
Kolaylıkla tutuşabilen kömürler kapalı depolarda veya hendeklerde stoklanmalıdır.
Ayrı cins kömürler ve farklı tane boyutundaki kömürlerin beraber stoklanmamasına dikkat edilmelidir.
Yığınlar hava girişine olanak vermemesi için mümkün olduğunca sıkı yapılmalıdır.
Yığınlar dikdörtgen prizma (yamuk), konik veya piramit şeklinde yapılmalıdır. Kömür yüksekliği çeşitli kömürler için aşağıdaki sınır yüksekliğini geçmemelidir. Genel olarak bakıldığında ise 6 m’yi geçmemelidir.
- antrasit, kok, taş kömürü: 6 -10 m - ince kömür: 5 -10 m
- linyit: 4 - 8 m
Oksidasyon olayının yığın yüksekliğiyle ilgisi olmadığı ancak yığın büyüdükçe kızışmaya elverişli alanlar çoğaldığı Erkan (1964) tarafından ifade edilmiştir.
Yığında havalandırma değişmeleri ve kurutma yapılmamalıdır. Kömürü havalandırmak için borular kullanılmalıdır.
Mümkünse aralıklarla yığın sıcaklığı belli aralıklarla ve aynı noktalardan ölçülmelidir.
Yukarıdaki anlatılanlarda görüldüğü üzere gerek planlama ve üretim sırasında gerekse depolama işlemlerinde kömürün kendiliğinden yanmasını engellemek amacıyla dikkat edilmelidir.
5.2. Kullanılan Laboratuvar Yöntemleri
Kömürün kendiliğinden yanmasında önemli faktörlerin başında kömür faktörü, jeolojik ve madencilik faktörlerinin geldiği söylenebilir. Bhattacharya (1981) kendiliğinden yanmanın toplam riskinin bu üç faktörün çarpılmasıyla bulunabileceğini ifade etmiştir.
Toplam Risk: Kömür Faktörü x Jeolojik Faktör x Madencilik Faktörü Şeklinde ifade edilebilmektedir (Kaymakçı, 1998).
Kömürlerin kendiliğinden yanmaya yatkınlıklarının araştırılmasında kullanılan yöntemleri iki ana başlık altında toplanmaktadır. Bunlar laboratuvar yöntemleri ve pratik yöntemlerdir.
Bu yöntemlerde, kömür numunelerinin hem oksijen tüketim kapasiteleri ve hızları incelenmekte, hem de çeşitli kimyasal oksitleyici maddelerle işleme tabi tutulmasıyla kendiliğinden yanmaya yatkınlıkları saptanmaktadır (Didari, 1986; Çakır’dan, 2003).
5.2.1. Statik izotermal yöntem
Bu yöntemde bir yağ banyosu içerisine 100 gr kömür örneği konulmakta ve bu banyonun sıcaklığı saat baslarında 25 ºC arttırılmaktadır. 8 saatlik süre boyunca kömürün sıcaklığı 200 ºC ve üstüne çıkartılır. Deney süresince kömürün ve yağ banyosunun sıcaklıkları düzenli olarak kaydedilir ve ortaya çıkan gazları analiz etmek için bir gaz kromatografı kullanılır. Sonuçta kendiliğinden yanma yatkınlığını belirlemek amacıyla bir “S” indeksi hesaplanır.
Denklem 5.1 de verilen;
S : kendiliğinden yanma yatkınlık indeksi h1: 125 ºC’deki oksijen tüketimi
h2: 150 ºC’deki oksijen tüketimi
h3: 175 ºC’deki oksijen tüketimi
x1: 125 – 150 ºC arasındaki CO2artışı
x2: 150 – 175 ºC arasındaki CO2artışı
İndeks hesaplanmasından da görüleceği üzere, hesaplamanın yapılabilmesi için 3 farklı sıcaklıkta oksijen derişiminin ve bu verilen sıcaklık aralıklarındaki CO2 artışının
ölçülmesi gerekmektedir.
5.2.2. Dinamik oksidasyon yöntemi
Bu yöntem sabit sıcaklık altında, kömürün oksidasyonu sonucunda açığa çıkan gazların değişimini belirlemek için kullanılmaktadır. 100 gr’lık kömür örneğinin bulunduğu reaksiyon tüpü sabit sıcaklığa sahip bir yağ banyosu içine batırılmaktadır. Kömür örneğinin sıcaklığını ortam sıcaklığı ile aynı seviyede tutmak için bir sıcaklık kontrol cihazı kullanılır. Kullanılan termoçiftler sayesinde numunenin sıcaklığı ölçülmektedir. Daha önceden ısıtılmış olan hava dakikada 15 ml’lik akış hızıyla örnek üzerinden geçirilmektedir. Yaklaşık bir saat sonra CO ve CO2gazlarının değişimi izlenir
ve bu dakikadan itibaren gazların sabit bir değer aldığı ve değişim göstermediği gözlemlenir (Ören, 2006).
5.2.3. Kimyasal yöntem
Bu yöntem, oksidasyondan dolayı azalmış olan kömürün tutuşma noktasına dayanan bir yöntemdir. Tutuşma sıcaklığından yatkınlık indeksi ve oksidasyon şiddeti tespit edilir. Buna göre:
Denklem 5.2’de verilen ;
T : Kömürün ocaktan geldiği parlama sıcaklığı (ºC) TO: Tamamen oksitlenmiş durum sıcaklığı (ºC)
TR: Tamamen indirgenmiş durum sıcaklığı (ºC) ifade etmektedir.
Denklem 5.2’den yararlanılarak; ∆TRdeğerinin 10’dan küçük olması durumunda
kendiliğinden yanma riskinin olmadığı, bu değerin 10 ile 25 arasında olması durumunda kömürün kendiliğinden yanmaya az yatkınlığı olduğu, 25’ten büyük olması durumunda ise çok yatkın olduğu seklinde bir sınıflama yapılmıştır (Ören, 2006).
5.2.4. Adyabatik oksidasyon yöntemi
Bu yöntem çok eski bir metottur ve genelde kömürün kuluçka periyodunun tespitinde ve artan sıcaklıkla meydana gelen değişimler incelenmiştir.
Bu yöntemde 100 gr kömür numunesi dış ortamdan tamamen izole edilerek hava sızdırmaz bir kap içine konmakta ve bu kapta ısıtmalı yağ banyosuna yatırılmaktadır. Kap içerisinden ön kurutması yapılmış hava 15 ml/dk hızla geçirilmekte ve zaman-sıcaklık ilişkileri eğrilerle ifade edilmektedir. 15 dk aralıklarla gaz örnekleri alınır ve numune ve yağ banyosu arasındaki sıcaklık farkı da termoçiftler yardımıyla ölçülmektedir.
Kömürlerin adyabatik oksidasyon tekniğine göre yanma risk sınıflaması Çizelge 5.1.’de gösterilmiştir.
Çizelge 5.1. Adyabatik teste göre kömürlerin risk sınıflaması
Risk sınıflaması
Adyabatik oksidasyon test sonuçları
Risk oranı İl sıcaklık değeri (oC / saat) Toplam sıcaklık artışı Düşük risk < 0.6 <2.5 1 Orta risk 0.6- 1.2 2.5- 4.5 2 Yüksek risk 1.2- 2.0 4.5- 7.0 4
5.2.5. Diferansiyel termal analiz (DTA) yöntemi
Banerjee (1985) ve Chakravorty tarafından kullanılan bu yöntemde kömür numunesi nötr bir referans malzemeyle birlikte ısıtılarak kömür ve referans malzeme arasındaki sıcaklık farkının (Δt), sıcaklığın bir fonksiyonu (T) olarak sürekli kaydedilmesine dayanmaktadır (Didari vd.,1993). Burada kömürde meydana gelen değişiklikler termogram olarak adlandırılan grafikte gösterilmiştir. Tipik bir DTA eğrisi Şekil 5.2. de gösterilmiştir (Banerjee et al., 1972; Wade and Gouws, 1990; Ramlu, 1991; Kaymakçı’dan, 1998).
Şekil 5.2. Tipik bir DTA termogramı (Kaymakçı,1998)
Hindistan kömürleri için oluşturulan termogramlarda şekilde de görüldüğü gibi üç aşama saptanmıştır. I. aşamada kömür endotermik olarak davranır ve Δt negatiftir. Bu olay kömürden nemin buharlaşmasına bağlanmaktadır. Sıcaklığın gitgide artması sonucunda Δt değeri pozitif olarak II. aşamaya geçer. Son olarak termogramın ani artış gösterdiği III. aşamaya gelinir. Bu ani artışın eğimi kömürün kendiliğinden yanmaya yatkınlığın bir göstergesi olarak yorumlanır (Kaymakçı,1998).
5.2.6. Kesişim noktası metodu
Tutuşma sıcaklığı, Coward (1957) tarafından yanabilir bir maddenin hava veya oksijen gibi uygun bir ortam içinde hemen alevlenebilmesi için gerekli olan en az sıcaklık olarak tanımlanmaktadır (Eroğlu, 1992; Kaymakçı, 1998).
Deney doğrusal olarak ısıtılan bir fırın içerisine yerleştirilmiş olan reaktör içindeki kömür numunesi üzerinden hava geçirilmesi ve zaman- sıcaklık ilişkilerinin izlenmesi esasına dayanır. Deneyde fırın sıcaklığı ve numune sıcaklıkları belirli aralıklarla ölçülmekte ve kömür numunesi sıcaklığının fırın sıcaklığını kestiği nokta da “kesişim noktası” olarak adlandırılmaktadır. Kendiliğinden yanma riski yüksek olan kömürlerde bu nokta düşük sıcaklıklarda olmaktadır. Şekil 5.3.’de tipik bir kesişim noktası grafiği gösterilmektedir.
Şekil 5.3. Kesişim noktası grafiği (Kaymakçı,1998)
5.2.7. Termogravimetrik analiz (TGA) metodu
Termogravimetrik analizde, kontrollü bir hızla, uygun bir atmosferde ısıtılan maddenin kütlesindeki değişimler çok hassas elektronik bir terazi ile ölçülür. Numune alümina kroze içine konarak TGA cihazının terazisinde tartıldıktan sonra (5-20mg), numunenin özelliğine göre uygun gaz (inert veya reaktif gaz) seçilerek, uygun bir
sıcaklık programında ısıtılır. Cihazda 1600 °C’a kadar ısıtma yapılabilmektedir. Genellikle polimer numuneleri için 1000 °C’a kadar 10 °C/dk hızı ve 50 ml/dk gaz akışı programlanır. 600 °C’ta azot atmosferinden havaya geçilir. Numune kütlesindeki değişim miktarı, zaman ya da sıcaklığın bir fonksiyonu olarak kaydedilir. Ayrıca boş kroze ile aynı şartlarda blank çalışması yapılır. Çizilen termogramlarda istenen sıcaklık aralığındaki ağırlık kaybı % olarak hesaplanır. Eğrinin 1. ve 2. türevi alınabilir, eğriler arasında matematiksel işlemler yapılabilir (Sırımoğlu, 2010). Süzer (2006), tarafından yapılan bir çalışmada Polistiren/Polipirol kompozitine uygulanan TGA analizi sonucu elde edilen tipik bir TGA ve DTA eğrisi Şekil 5.4.’de verilmiştir.
6. TÜRKİYE KÖMÜRLERİNİN KENDİLİĞİNDEN YANMA KARAKTERLERİ VE YAPILAN ÇALIŞMALAR
Ülkemiz kömürleri üzerinde yapılan birçok çalışmada kömürlerin kendiliğinden yanmaya eğilimler birçok araştırmacı tarafından incelenmiştir. Bu çalışmalardan elde edilen veriler ile çalışılan bölgelerdeki kömürlerin kendiliğinden yanmaya eğilimleri ve kendiliğinden yanmaya yatkın olan bölgelerde hangi parametrelerin daha etkin olduğu saptanmaya çalışmış ve buna göre ne gibi iyileştirmeler yapılabileceği hakkında yorumlamalar yapılmıştır. Ören (2006) bir çalışma yaparak Türkiye’de kendiliğinden yanma ile ilgili çalışmaları bir çizelge haline getirmiş ve çalışmalarda kullanılan metotlarla hangi sonuçları bulduklarını bu Çizelge 6.1’de sunmuştur.
Çizelge 6.1’de de görüleceği gibi çalışmalar genelde küçük numuneler üzerinde laboratuvar ölçekli olup endüstriyel boyutlu stoklar üzerindeki çalışmalar oldukça sınırlı sayıdadır.
Ülkemizde endüstriyel boyutlu stoklar üzerinde ilk çalışma Özdeniz (2003) tarafından gerçekleştirilmiştir. Çalışmasında Tunçbilek kömürlerinden büyük ölçekli stoklar hazırlayarak stokların zamana ve dış etkilere karşı değişimini incelemiştir.
Özdeniz’in 2009 yılında yine Tunçbilek Termik Santrali’nin stok sahasında kömür yığını oluşturarak, uzun süreli bekleme ile stok ve hava şartları arasındaki ilişkiyi incelemiştir.
Özdeniz (2011) yaptığı diğer bir çalışmada, Konya’da büyük miktarlarda kömür tüketen bir işletmenin stok sahasında endüstriyel çaplı bir stok yaparak, stoğun zamana bağlı sıkışmasını incelemiştir. 2700 saat sonunda stoktaki sıkışma oranı % 4,83 olarak tespit edilmiş ve yığın iç sıcaklığı 150 ºC’ye ulaşmıştır.
Çizelge 6.1. Türkiye’de kendiliğinden yanma ile ilgili yapılan çalışmalar (Ören, 2006)
Araştırmacı Çalışma Sahası Uygulanan Yöntem Tutuşma Sıcaklığı Değerleri Yatkınlık İndeksi (Dak-1) Risk Sınıflaması
Ayvazoğlu (1978) Zonguldak- kozlu Dinamik
oksidasyon 86-90 -
-Karpuz ve ark.
(1986) GAL-Silopi Kesişim Noktası 180-200
10 -12 8 - 9 Yüksek Orta Ermişoğlu ve ark. (1987) GLİ-Ömerler Düzeltilmiş
Bystron - Urbanski - - Yüksek
Karacam ve ark. (1988) Zonguldak – Kozlu, Karadon, Armutçuk, Amasra, Üzülmez
Kesişim Noktası 170-186 4,4-10,2 Orta
Yılmaz ve ark. (1990)
Zonguldak –
Armutçuk Kesişim Noktası 164-178 3,65- 6,18 Orta
Kaymakçı ve Didari (1992) Zonguldak – Üzülmez GLİ-Ömerler Kesişim Noktası DTA 138-168 4,04-26,00 Saraç ve Soytürk (1992) GLİ- Tunçbilek
Ömerler Kesişim Noktası 138- 146 8,5-26 Yüksek Saraç (1993) Soma- Çayırhan Kesişim Noktası 110-127 - Yüksek
Didari ve ark. (1993) Zonguldak – Üzülmez GLİ-Tunçbilek,Ömerler Muğla- Sekköy, Karaağaç Kesişim Noktası 140,6-176,7 -
-Kaymakçı (1998) Zonguldak Kesişim Noktası 150-215 - -Şensöğüt (1999) Konya- Ilgın Kesişim Noktası 180-184 5,1 - 8,1 Orta Şensöğüt ve Çınar
(2000) Konya – Ermenek Kesişim Noktası 151 - 160 4,4-7,3 Düşük-Orta Yılmaz (2002) Soma- Eynez Kesişim Noktası 152 – 157 4,63- 6,95 Düşük-Orta
Şahin ve Dİdari (2002)
Zonguldak – Amasra, Kozlu
Karadon
Kesişim Noktası 141-186 2,64-6,92 Düşük-Orta
Kadıoğlu ve Varamaz (2003)
Erzurum-
Aşkale-Balkaya Kesişim Noktası - -
-Küçük ve ark.
(2003) Erzurum- Aşkale Kesişim Noktası 138-160
Özşen 28 ayrı kömür
ocağı TGA
197,308 -221,094
7. ORTA ANADOLU LİNYİTLERİ
7.1. İşletmenin Tanımı
Ülkemizde, Orta Anadolu Linyit Projesi ile yeraltı “Tam Mekanize” linyit üretimi, ilk defa Çayırhan kömür havzasında gerçekleştirilmiştir. Kullanılan ekipmanların uyum içinde çalışması ve üretimin en yüksek seviyede tutulması için gerekli kontrol, sinyalizasyon ve ağı kurularak, sistemin tek merkezden idaresi sağlanmıştır.
Kömür havzası, Ankara ilinin Nallıhan ve Beypazarı ilçeleri arasında, Ankara şehir merkezine 125 km uzaklıktaki Çayırhan beldesinde bulunmaktadır. Bölgedeki kömür ocakları, 1966 yılında Türkiye Kömür İşletmeleri (TKİ) tarafından devralınmış, 1977 yılında Orta Anadolu İşletmesi Müessesi Müdürlüğü kurulmuş, 1985 yılında işletme müdürlüğü, bölge müdürlüğüne dönüştürülmüş ve tam mekanize üretime geçilmiştir. 1987 yılında 2 x150 MW gücüyle iki üniteden oluşan termik santral faaliyete geçmiştir. 1996 yılında TKİ tarafından açılan ihale ile 2000 yılında 620 MW gücüyle dört üniteden oluşan Çayırhan Termik Santrali ve bu santrale kömür veren maden sahasının 20 yıllığına işletme hakkı 3096 Sayılı Yap İşlet Devret Yasası’na göre, Park Teknik Elektrik Madencilik Sanayi Anonim Şirketi’ne devredilmiştir (Park Termik Staj Raporu, 2009). Şekil 7.1. ’de Termik santralinin genel görünümü verilmiştir.
Şekil 7.1. Çayırhan Park Termik santrali
7.2. Rezervler ve Jeolojik Durum
7.2.1. Faylar, rezerv durumu ve damar şartları
Bölgedeki kömürün yaşı alt miosen olarak tespit edilmiştir. Tektonik bakımdan sakin olan bu bölgede genel olarak kuzeydoğu - güneybatı yönlü davutoğlan ve kuzey fayları ile bunlara dik küçük faylar bulunmaktadır. Kömür damarı düzgün kalınlıkta olup, mekanize panoların oluşumunu etkileyecek faylanmalar mevcut değildir. Kömür damarını da kapsayan tabakalar kuzeydoğudan güneybatıya doğru 6° ile 30° arasında değişen bir yatım göstermektedir. 80 km²’lik bir kömür havzası bulunan sahada, yapılan jeolojik etüt ve sondaj çalışmaları sonucu kömür rezervi 400.000.000 ton olarak saptanmıştır. Bölgedeki görünür rezerv ise 291.000.000 ton olarak belirlenmiştir. Çayırhan bölgesinde engebeli yüzey şartlarına sahip bir alanda bulunan kömür yatakları, 3 tabaka halinde oluşmuştur. Marn tabakaları arasında yer alan iki ayrı kömür damarının üzerindeki örtü tabakasının kalınlığı 150 - 200 metredir. Bu damarların ortalama kalınlıkları tavan damarı için 1,5 m ve taban damarı için ise 1,7 m’dir. Bu iki damarı birbirinden kalınlığı 0,7–1,5 m arasında değişen bir marn tabakası (ara kesme)
ayırmaktadır. Ayrıca bu iki damarın yaklaşık 150 m altında, 2 - 11 m kalınlığında değişen üçüncü bir kömür damarı daha bulunmaktadır (Park Termik Staj Raporu, 2006).
Şekil 7.2. Termik santral stok sahası
Şekil 7.2.’de görüleceği üzere stok da sürekli olarak tane boyutu termik santral için uygun tane boyutuna getirilmiş kömür stoğu bulunmaktadır. Bu üretim hızından kaynaklandığı gibi üretimde sıkıntı olursa termik santralin çalışmasını devam ettirebilmek içindir.
7.2.2. Bölge jeolojisi
Şekil 7.3. Genelleştirilmiş Stratigrafik Kesit (Park Termik)
M4 Serisi: Büyük bölümü bu formasyonla kaplı olan saha gri, yeşil, kırmızı ve bej renkli tüfitlerden meydana gelmektedir. İstifin kalınlığı yaklaşık olarak 80 m’dir.
M3 Serisi: Silis kalkerlerinden oluşan en sert formasyon M3 serisidir. Kalınlığı 30 - 35 m arasında değişmektedir. Alt seviyelerde yer alan çok sayıdaki çatlakta su depolanmıştır.
M2 Serisi: Kil ve marnlardan oluşan tabakanın kalınlığı 80 - 120 m’dir. Alt ve üst seviyelerde 20 şer metre kalınlığında iki adet bitümlü şist tabakası yer almaktadır.
