Soma bölgesi kömürlerinin kendiliğinden yanmaya yatkınlığının araştırılması

Hasan Hüseyin ILICA

Kütahya Dumlupınar Üniversitesi

Lisansüstü Eğitim Öğretim ve Sınav Yönetmeliği Uyarınca Fen Bilimleri Enstitüsü Maden Mühendisliği Anabilim Dalında

Yüksek Lisans Tezi Olarak Hazırlanmıştır.

Danışman: Prof. Dr. Cem ŞENSÖĞÜT Ortak Tez Danışmanı: Dr. Öğr. Üyesi Özer ÖREN

Şubat - 2020

Hasan Hüseyin ILICA tarafından hazırlanan “Soma Bölgesi Kömürlerinin Kendiliğinden Yanmaya Yatkınlığının Araştırılması” adlı tez çalışması, aşağıda belirtilen jüri tarafından Kütahya Dumlupınar Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Öğretim ve Sınav Yönetmeliğinin ilgili maddeleri uyarınca değerlendirilerek OY BİRLİĞİ ile Kütahya Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Maden Mühendisliği Anabilim Dalında YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir.

Bu tezin hazırlanmasında Akademik kurallara riayet ettiğimizi, özgün bir çalışma olduğunu ve yapılan tez çalışmasının bilimsel etik ilke ve kurallara uygun olduğunu, çalışma kapsamında teze ait olmayan veriler için kaynak gösterildiğini ve kaynaklar dizininde belirtildiğini, Yüksek Öğretim Kurulu tarafından kullanılmak üzere önerilen ve Kütahya Dumlupınar Üniversitesi tarafından kullanılan İntihal Programı ile tarandığını ve benzerlik oranının %13 çıktığını beyan ederiz. Aykırı bir durum ortaya çıktığı takdirde tüm hukuki sonuçlara razı olduğumuzu taahhüt ederiz.

SOMA BÖLGESİ KÖMÜRLERİNİN KENDİLİĞİNDEN YANMAYA YATKINLIĞININ ARAŞTIRILMASI

Hasan Hüseyin ILICA

Maden Mühendisliği, Yüksek Lisans Tezi, 2020 Tez Danışmanı: Prof. Dr. Cem ŞENSÖĞÜT Ortak Tez Danışmanı: Dr. Öğr. Üyesi Özer ÖREN

ÖZET

Kömür madenciliğinin yapılmasını zorlaştıran etkenlerden biriside kömürün kendiliğinden yanma olayıdır. Çeşitli parametreler içeren kendiliğinden yanma işlemi, sadece yeraltı madenciliğinde değil açık işletmelerde, depolarda ve kömürün uzun mesafeli kara ve deniz yoluyla naklinde de görülmektedir. Ocaklarda iş güvenliğini büyük ölçüde tehdit eden bu olayın, can kaybı ve insan sağlığını bozucu etkileri bulunmaktadır. İşletmelerde ise ekonomik kayıplar ile birlikte üretim kayıplarına da yol açmaktadır. Geri dönüşü olmayan zararlara sebebiyet vermemesi için iyi bir planlama ve denetim gerektiren ciddi bir konudur. Kömürlerin kendiliğinden yanması bünyesel, çevresel ve üretim yöntemlerine bağlı olarak gelişmektedir. Kendiliğinden yanmanın açtığı sorunları ortadan kaldırmak için kömürlerin kendiliğinden yanma durumlarının önceden tespit edilerek sınıflandırılması gerekmektedir.

Bu çalışmada Işıklar ocağı, İmbat Madencilik ve Demir Export Eynez ocaklarından alınan numunelerle Soma Bölgesi kömürlerinin kendiliğinden yanmaya yatkınlıkları genel olarak tespit edilmeye çalışılmıştır. Kesişim noktası metodu kullanılarak, ocaktan alınan 10’ar adet numuneyle toplam 30 adet deney yapılmıştır. Numunelerin kimyasal analizleri de yaptırılmış ve Soma Bölgesi kömürlerinin kendiliğinden yanma risk değerleri tespit edilmeye çalışılmıştır. Elde edilen değerlere bakılarak Soma Bölgesi kömürlerinin kendiliğinden yanmaya “yüksek” yatkınlıkta olduğu tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Kendiliğinden yanma, Kesişim noktası metodu, Kömür oksidasyonu, Yatkınlık indeksi.

INVESTIGATION OF SOMA REGION COALS WITH RESPECT TO SPONTANEOUS COMBUSTION SUSCEPTIBILITY

Hasan Hüseyin ILICA

Mining Engineering, M. Sc Thesis, 2020 Thesis Supervisor: Prof. Dr. Cem ŞENSÖĞÜT

Thesis Co-Advisor: Dr. Özer ÖREN

SUMMARY

One of the factors that make coal mining difficult is the spontaneous combustion of coal. Spontaneous combustion including various parameters is not only met in underground mining, but also in surface mining, stockyards and long-distance transport of coal by land and sea. This event, which threatened the occupational safety in mines, has effects of causing loss of lives and defecting human health. In mining enterprises, it causes production losses along with economic losses. It is a serious matter that requires good planning and supervision in order not to cause irreversible damages. Spontaneous combustion of coals develops depending on internal, environmental factors and production methods. In order to eliminate the problems caused by spontaneous combustion, the spontaneous combustion conditions of coals must be determined and classified beforehand.

In this study, spontaneous combustion tendencies of Soma Region coals were generally determined with samples taken from Işıklar Colliery, İmbat Mining and Eynez Colliery of Demir Export. Using the crossing point method, a total of 30 experiments were carried out with 10 samples taken from each colliery. Chemical analyzes of the samples were also carried out and the risk of spontaneous combustion of the Soma Region coals was determined. Based on the values obtained, it has been determined that the coals of the Soma Region have a "high" tendency to spontaneously combustion.

Key words: Spontaneous combustion, Crossing point method, Coal oxidation, Liability index.

TEŞEKKÜR

Yüksek lisans eğitimimin her noktasında yardımını sakınmayan, bilgi birikimini ve tecrübesini benimle paylaşarak meslek hayatımda önemli fikirler edinmemi sağlayan ve desteğini her zaman hissettiğim danışmanım Prof. Dr. Cem ŞENSÖĞÜT hocama teşekkürlerimi sunarım.

Çalışmamın özellikle deney aşamasının başından sonuna kadar yardımını esirgemeyen Dr. Öğr. Üyesi Özer ÖREN hocama teşekkürü bir borç bilirim.

Numunelerin sağlanmasında yardımcı olan Işıklar ocağı, İmbat ocağı ve Demir Export Eynez ocağı çalışanlarına teşekkür ederim.

Tüm hayatım boyunca olduğu gibi bu çalışmada da maddi ve manevi her türlü destekle bana katkı sağlayan aileme minnettarım.

İÇİNDEKİLER

SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ ... xiii

1. GİRİŞ ... 1

2. KÖMÜRÜN TANIMI, OLUŞUMU VE SINIFLANDIRILMASI ... 2

2.1. Kömürün Tanımı ... 2 2.2. Kömürün Oluşumu ... 2 2.3. Kömürlerin Sınıflandırılması ... 2 3. KÖMÜRÜN ÖZELLİKLERİ ... 5 3.1. Kömürün Fiziksel Özellikleri ... 5 3.1.1. Nem ... 5 3.1.2. Gözeneklilik ... 5 3.1.3. Yoğunluk ... 6

3.1.4. Gaz emme özelliği ... 6

3.1.5. Sertlik ... 6

3.1.6. Öğütülebilirlik ... 7

3.1.7. Ufalanabilirlik ... 7

3.1.8. Mukavemet ... 7

3.1.9. Renk ve çizgi rengi ... 7

3.1.10. Parlaklık ... 8 3.1.11. Elektrik iletkenliği ... 8 3.1.12. Isıl iletkenlik ... 8 3.2. Kömürün Petrografik Özellikleri ... 8 3.2.1. Litotipler ... 8 3.2.2. Maseraller ... 9 3.2.3. Mikrolitotipler ... 10

4. KÖMÜRLERDE KENDİLİĞİNDEN YANMA OLAYI ...11

4.1. Kömürün Oksitlenme Mekanizması ...11

İÇİNDEKİLER (devam)

4.3. Kömürün Kendiliğinden Yanmasına Etki Eden Faktörler ... 13

4.3.1. İç faktörler ... 14

4.3.2. Dış faktörler ... 19

4.4. Kendiliğinden Yanma Belirtileri ... 20

4.5. Kendiliğinden Yanma ile Mücadele Yöntemleri ... 21

5. KENDİLİĞİNDEN YANMANIN TESPİT EDİLMESİNDE KULLANILAN YÖNTEMLER ... 23

5.1. Laboratuvar Teknikleri ... 23

5.1.1. Statik izotermal yöntem ... 23

5.1.2. İzotermal akış yöntemi ... 24

5.1.3. Adyabatik oksidasyon yöntemi ... 25

5.1.4. Pota ısıtma yöntemi ... 26

5.1.5. Diferansiyel termal analiz (DTA) yöntemi ... 26

5.1.6. Termogravimetrik analiz (TGA) yöntemi ... 27

5.1.7. Kesişim noktası yöntemi ... 28

5.2. Pratik Yöntemler ... 30

5.2.1. Kuluçka sınıflaması ... 30

5.2.2. Bystron ‒ Urbanski yöntemi ... 30

5.2.3. Olpinski yöntemi ... 32

6. DENEYSEL ÇALIŞMALAR ... 33

6.1. Soma Havzasının Jeolojisi ... 33

6.1.1. Paleozoyik temel (Temel-Grovak, Metamorfik şist) ... 35

6.1.2. Mesozoyik temel (Kristalize Kiçetaşı) ... 35

6.1.3. Senozoyik ... 35

6.2. Deney Düzeneği ... 38

6.2.1. Etüv ... 38

6.2.2. Oksijen tüpü ve akış ölçer ... 39

6.2.3. Kaydedici ... 40

6.2.4. Reaktör ... 40

6.3. Numune Hazırlama İşlemleri ... 41

6.3.1. Numunelerin kırılması ve öğütülmesi ... 41

İÇİNDEKİLER (devam)

Sayfa

6.5. Deneyin Yapılması ... 43

6.6. Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi ... 43

7. SONUÇ VE ÖNERİLER ... 49

KAYNAKLAR DİZİNİ... 50 EKLER

EK 1. SOMA KÖMÜRLERİ IŞIKLAR PANOSUNA AİT DENEY SONUÇLARI VE SICAKLIK ‒ ZAMAN EĞRİLERİ

Ek 1.1. Soma kömürleri SK-2 deneyi sonuçları Ek 1.2. Soma kömürleri SK-3 deneyi sonuçları Ek 1.3. Soma kömürleri SK-4 deneyi sonuçları Ek 1.4. Soma kömürleri SK-5 deneyi sonuçları Ek 1.5. Soma kömürleri SK-6 deneyi sonuçları Ek 1.6. Soma kömürleri SK-7 deneyi sonuçları Ek 1.7. Soma kömürleri SK-8 deneyi sonuçları Ek 1.8. Soma kömürleri SK-9 deneyi sonuçları Ek 1.9. Soma kömürleri SK-10 deneyi sonuçları

EK 2. İMBAT OCAĞINA AİT DENEY SONUÇLARI VE SICAKLIK ‒ ZAMAN EĞRİLERİ

Ek 2.1. İmbat ocağı İM-2 deneyi sonuçları

Ek 2.2. İmbat ocağı İM-3 deneyi sonuçları Ek 2.3. İmbat ocağı İM-4 deneyi sonuçları Ek 2.4. İmbat ocağı İM-5 deneyi sonuçları Ek 2.5. İmbat ocağı İM-6 deneyi sonuçları Ek 2.6. İmbat ocağı İM-7 deneyi sonuçları Ek 2.7. İmbat ocağı İM-8 deneyi sonuçları Ek 2.8. İmbat ocağı İM-9 deneyi sonuçları Ek 2.9. İmbat ocağı İM-10 deneyi sonuçları

EK 3. DEMİR EXPORT EYNEZ OCAĞINA AİT DENEY SONUÇLARI VE SICAKLIK ‒ ZAMAN EĞRİLERİ

Ek 3.1. Demir Export DE-2 deneyi sonuçları Ek 3.2. Demir Export DE-3 deneyi sonuçları Ek 3.3. Demir Export DE-4 deneyi sonuçları Ek 3.4. Demir Export DE-5 deneyi sonuçları Ek 3.5. Demir Export DE-6 deneyi sonuçları Ek 3.6. Demir Export DE-7 deneyi sonuçları Ek 3.7. Demir Export DE-8 deneyi sonuçları Ek 3.8. Demir Export DE-9 deneyi sonuçları Ek 3.9. Demir Export DE-10 deneyi sonuçları ÖZGEÇMİŞ

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil Sayfa

5.1. Tipik bir DTA termogramı. ... 27

5.2. Soma linyitlerinin atmosferik koşullardaki TGA eğrisi. ... 28

5.3. Kesişim noktası grafiği. ... 29

6.1. Soma havzasının genelleştirilmiş stratigrafik kesiti. ... 33

6.2. Soma havzası kömür sahalarının genellenmiş dikme kesiti. ... 34

6.3. Soma Eynez bölgesi güneyi jeoloji haritası. ... 36

6.4. Soma Eynez bölgesi linyit havzası. ... 37

6.5. Kendiliğinden yanma deney düzeneği. ... 38

6.6. Programlanabilen etüv. ... 39

6.7. Oksijen tüpü (a), Akış ölçer (b). ... 39

6.8. Kaydedici. ... 40

6.9. Reaktör. ... 41

6.10. Çeneli kırıcı (a), halkalı değirmen (b), elek (c), karelaj yöntemi (d). ... 42

6.11. Soma kömürleri SK-1 deneyi zaman ‒ sıcaklık eğrisi. ... 45

6.12. İmbat ocağı İM-1 deneyi zaman ‒ sıcaklık eğrisi. ... 46

ÇİZELGELER DİZİNİ

Çizelge Sayfa

2.1. Uluslararası genel kömür sınıflaması. ... 3

2.2. Kömürlerde ASTM sınıflandırması. ... 4

3.1. Maseraller ve grupları. ... 9

3.2. Kömürlerin mikrolitotip sınıflaması. ... 10

4.1. Kömürün kendiliğinden yanmasında etkili olan parametreler. ... 14

5.1. Adyabatik oksidasyon yöntemine göre risk sınıflaması. ... 25

5.2. FCC indeksine göre kömürlerin kendiliğinden yanmaya yatkınlık sınıflaması. ... 29

5.3. Kuluçka periyoduna göre risk sınıflaması ... 30

5.4. Uzunayak yöntemi için düzenlenmiş Bystron ‒ Urbanski yöntemi. ... 31

5.5. Risk sınıflaması. ... 32

6.1. Deneyde kullanılan numunelerin kimyasal analiz sonuçları. ... 43

6.2. Soma kömürleri SK-1 deneyi sonuçları. ... 44

6.3. İmbat ocağı İM-1 deneyi sonuçları. ... 45

6.4. Demir Export DE-1 deneyi sonuçları. ... 46

6.5. Soma Kömürleri ışıklar ocağı numunelerinin deney sonuçları ve risk sınıfı. ... 47

6.6. İmbat ocağı numunelerinin deney sonuçları ve risk sınıfı. ... 48

SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ

cc Cubic Centimeter

CPT Crossing-Point Temperature Kısaltmalar Açıklama

IEA/OECD International Energy Agency / Organisation for Economic Co-operation and development

FCC Feng, Chakrevorty, Cochrane DTA Diferansiyel Termal Analiz

TGA Termogravimetrik Analiz OSA Ortalama Sıcaklık Artışı ELİ Ege Linyitleri İşletmesi

1. GİRİŞ

Ocak yangınlarına sebep olan kendiliğinden yanma olayı, ülkemiz genelinde büyük rezervlere sahip olan linyit kömürleri, bu özelliğinin bölgesel olarak farklılık göstermesi nedeniyle önem kazanmaktadır. Bu husus sadece ocaklar da değil kömürün çıkarılmasından sonra da karşılaşılacak bir olaydır. Bu olay, oksijen ve yakıt ile ısının yeterli miktarda aynı ortamda bulunmasını sağlayarak yanma üçgenini tamamlamakta ve yanmayı başlatmaktadır. Yakıcı olarak oksijen yakıt olarak kömürün oksitlenmesine sebebiyet vererek ortama ısı yayılımı sağlamakta, bu durum havalandırma eksikliğiyle birleşmesi sonucu ortam ısısı yükselmekte ve kömürün kendiliğinden yanma olayı fiiliyata geçmektedir. Yani bu olay kömürün depo edildiği yerlerde de olabileceği gibi birçok farklı yerde gerçekleşebilmektedir.

Kömürün kendiliğinden yanması sonucu patlama, zehirli gaz çıkışı, yeraltında yangınla mücadelede zorluk, hava akışındaki tehlikeli azalmalar gibi insan hayatını tehdit edebilecek unsurlar ve ekonomik kayıp ortaya çıkaracağından ciddiyet barındıran bir durumdur (Şensöğüt ve Çınar, 2000). Kömürlerin bulunduğu yerlere göre daha önceden doğruluğu bilinen yöntemler kullanılarak, önlem alınması amacıyla bu yöntemlerin ortaya koyduğu tespitler dikkate alınarak deneysel laboratuvar çalışmaları yürütülmüştür.

Kendiliğinden yanma konusunda bugüne kadar birçok çalışma yapılmış ve bu çalışmalar temelinde birçok geliştirmeler de yapılmıştır. Yapılan bu çalışmada ise Soma havzası yeraltı ocaklarının kendiliğinden yanma değerlerini daha ayrıntılı inceleme ve değerleri daha güncel hale getirme amaçlanmıştır. Çalışmalar Eynez bölgesinde bulunan Demir Export, İmbat, Soma Kömürleri Işıklar bünyesinde çıkarılan linyitler için net birer bilgi elde etme amacıyla bu ocaklardan alınan numuneler ile yapılan kendiliğinden yanma deneyleriyle Soma havzası kömürlerinin kendiliğinden yanma karakteristiği belirlenmeye çalışılmıştır.

2. KÖMÜRÜN TANIMI, OLUŞUMU VE SINIFLANDIRILMASI

2.1. Kömürün Tanımı

Kömür; fiziksel ve kimyasal farklı özelliklere sahip, birbirinden farklı içeriklerle oluşmuş siyah-kahverengi arası renk skalası bulunan sedimanter organik bir kayaçtır. Hava teması olmaksızın belirli jeolojik süre geçmesiyle ısı, basınç ve mikrobiyolojik etkenler sonucu oluşan, %55-95 arası serbest veya bileşik halinde karbon içeren katı yanıcı kayaçlardır (Nakoman, 1971).

2.2. Kömürün Oluşumu

Kömürün oluşumu için, bitki gelişimine yatkın yağmurlu bir iklim ve yavaş yavaş çöken bataklık ortamı bulunmalıdır (Nakoman, 1998). Çökelen bitki ve bitki artıklarının biyokimyasal ayrışmaya uğraması tarafından sürecin ilk aşamasını oluşturan “turba” ları meydana getirir. Atmosferde oksijenin etkisiyle bitkisel artıklar hızlı bir şekilde bozuşmaya uğrayarak yok olurlar. Oksijen miktarı çok az olan su altında ise bozuşma tam olmamaktadır. Bu durum ise organik atıkların oksijen ve hidrojen miktarının azalmasına sebep olur. Bu sebepler dolayısıyla karbon miktarı çok az miktar da olsa artış sağlamaktadır (Nakoman, 1998). Turbalar bu etkilere bağlı olarak petrografik yapısı oluşur. Turbalar jeokimyasal sürecin etkisine girerek linyit, yarı bitümlü bitümlü kömürlere, antrasit ve meta antrasite en son da grafit’e dönüşmektedir. Bu sürece kömürleşme denilmektedir. Jeokimyasal kömürleşme sürecinde “ısı ve basınç” etkili olmaktadır. Basınç ve ısının değerine göre kömür çeşitleri oluşmaktadır. Düşük basınç ve sıcaklık altında linyitler oluşurken, basınç ve sıcaklık değeri yüksek olduğu zaman antrasitlerin oluştuğu bilinmekte ve diğer kömür türlerinin bu aralıktaki değerlere göre özellikleri oluşur. Isı ve basınç kömürlerin üzerlerindeki tabakalar tarafından oluşmaktadır. Aynı kömür yatağında derinlik arttıkça kömürleşme derecesi daha ileri seviyeye ulaşır (Vankrevelen, 1961). Kömürleşme süreci ise “rank” olarak adlandırılır.

2.3. Kömürlerin Sınıflandırılması

Kömürlerin kömürleşme derecelerine göre daha net ayrılabilmesi için birçok sınıflama çeşidi kullanılmıştır. İlk olarak kömürlerin fiziksel ve kimyasal özellik farklılıklarının kullanım amaçları üzerine 1957 yılında yapılmış olan, çeşitli ülkelerin üyelerinin Uluslararası Kömür Kurulu’na ülkelerden temin edilen numuneler üzerindeki çalışmalarının katkıları neticesinde, Uluslararası Standartlar Örgütü (ISO) tarafınca destek sağlanmasıyla bir sınıflandırma metodu oluşturulmuştur. Bu sınıflama da; kalorifik değer, uçucu madde içeriği, sabit karbon miktarı,

koklaşma, kekleşme özelliği temel alınarak iki sınıfa ayrılmıştır (Madencilik Özel İhtisas Komisyonu Raporu, 2001).

a.) Sert kömür (taş kömürü); ıslak ve külsüz olarak 5700 kcal/kg’ın üzerinde bir kalorifik değer taşırlar. Kalorifik değer, uçucu madde içeriği ve koklaşma özelliğine göre alt sınıflara ayrılırlar.

b.) Kahverengi kömürler (altbitümlü linyit); ıslak ve külsüz olarak 5700kcal/kg’ın altında bir kalorifik değer taşırlar. Kalorifik değer ve toplam nem içeriğine göre alt sınıflara ayrılırlar.

Çizelge 2.1. Uluslararası genel kömür sınıflaması (Coal Information Report, 1983).

SERT KÖMÜRLER KAHVERENGİ KÖMÜRLER

1. KOKLAŞABİLİR KÖMÜRLER

(Yüksek fırınlarda kullanıma uygun kok üretimine izin veren kalitede)

2. KOKLAŞMAYAN KÖMÜRLER a. BİTÜMLÜ KÖMÜRLER

b. ANTRASİT

1. ALTBİTÜMLÜ KÖMÜRLER

(4165-5700 kcal/kg arası kalorifik değerde olup topaklaşma özelliği göstermez) 2. LİNYİT

(4165 kcal/kg’ın altında kalorifik değerde olup topaklaşma özelliği göstermez)

Günümüze kadar IEA/OECD tarafından yapılan sınıflandırmalar ya da farklı ülkelerin ve bilim adamlarının yapmış olduğu sınıflamalar olmuştur. Lakin şuan günümüzde en yaygın kullanıma sahip olan sistem ASTM (American Society of Testing and Materials – Amerikan Ölçüm ve Malzeme Birliği)’nin geliştirdiği, sabit karbon yüzdesi, kalorifik değer ve uçucu madde gibi özelliklerin temel alındığı sistem en rağbet gören sistem olmuştur. Bu sınıflama sisteminde kömürler organik olgunluklarına göre; linyit, altbitümlü, bitümlü kömür ve antrasit olarak 4 gruba ayırmıştır.

Çizelge 2.2. Kömürlerde ASTM sınıflandırması (Ören, 2015). Sınıf Grup Sabit Karbon(a) (%) Uçucu Madde(a) (%) Isıl Değer(b) (Btu/lb) Isıl Değer(b) (kcal/kg) Antrasit Meta-antrasit >98 <2 Antrasit 92-98 2-8 Yarı-antrasit 86-92 8-14 Bitümlü Düşük Uçuculu 78-86 14-22 Orta Uçuculu 69-78 22-31 Yüksek Uçuculu-A <69 >31 Yüksek Uçuculu-B >14000 >7778 Yüksek Uçuculu-C 13000-140000 7222-7778 Altbitümlü Altbitümlü-A 10500-11500 5833-6388 Altbitümlü-B 9500-10500 5277-5833 Altbitümlü-C 8300-9500 4611-5277 Linyit Linyit-A 6300-8300 3500-4611 Linyit-B <6300 <3500

(a); Kuru, mineral maddesiz (b); Mineral maddesiz, orijinal nemli

3. KÖMÜRÜN ÖZELLİKLERİ

Kömürler gevrekliği, kırılgan yapısı, yanıcılığı, organik ve inorganik madde içerikleriyle bilinen tortul kayaçlardır. Kömürlerin oluşum şartları birbirlerinden farklılık göstermektedir. Bu durum sebebiyle aynı bileşim ve yapıya sahip iki kömürden konuşmak ziyadesiyle zorluk göstermektedir (Ören, 2006).

3.1. Kömürün Fiziksel Özellikleri

Kömürleri belli bir kritere göre tanımlanmasını sağlar. Belirlenen bu özellikler kullanılarak kömürün davranışları saptanmakta ve sınıflama yapılma işlemi sağlanmaktadır.

3.1.1. Nem

Kömürler iki farklı nem bulundururlar. Kömürün yüzeyinde serbest halde bulunan sudan oluşan nem, kömürleşme safhasında sulu ortamda kalması sonucu oluşan yüzey nemidir. Diğer nem ise kömürün bünyesinde bulunan bünye nemidir (Kemal ve Arslan, 2010: 19).

“Diğer taraftan havada kuruma durumuna göre kömür nemi, kaba nem ve higroskopik nem olarak ikiye ayrılır. Herhangi bir termik işlem görmeden oda sıcaklığında kömürün kaybettiği neme kaba nem sonrasında kömürde kalan neme ise higroskopik nem denir. Higroskopik nem kömürleşme derecesine göre değişmektedir. Taş kömüründe % 1-2 olan bu oran kömürleşme derecesiyle ters orantılıdır. Böylece yumuşak linyitlere doğru higroskopik nem %15’i geçmektedir. Hava sıcaklığı ve havanın higroskopik nemi değiştikçe kömürün higroskopik nemi de değişmektedir. Hava sıcaklığı ile ters orantılı havanın higroskopik nemi ile doğru orantılıdır. Lakin kömürün higroskopik nemi havanın higroskopik nem değerinin altına indirilen kömür, fiziksel ve kimyasal yapısı değişmedikçe havadan tekrar nem almaktadır” (Kemal ve Arslan, 2010: 19-20).

Kömür nemi, kömürden elde edilen enerjinin bir kısmıyla bu nemi buharlaştırmak için harcandığından dolayı kömürden tam performans alınımını kayda değer bir noktada azalttığı için istenmeyen bir durum olmuştur.

3.1.2. Gözeneklilik

Kömürler boşluklu bir yapıya sahiptir. Bu boşlukları mikron boyutlu gözenekler oluşturur. Bu gözenekli yapı kömürleşme derecesine bağlı olarak değişmektedir. Gözenekli yapı su tutmaya yatkın olduğu için kömürün orijinal nem miktarına da bağlıdır. Yüksek gözenekli kömürler çabuk okside olabilen kömürlerdir. Yani genç kömürlerin gözenekliliği yüksektir.

Linyitlerin gözeneklilik hacmi % 27-37 arasında değişmektedir. Bu değer % 85 oranında karbon içeren kömürlerde minimum seviyededir. Karbon oranı arttıkça gözeneklilikte de artış gözlenmektedir (Kural, 1998).

3.1.3. Yoğunluk

Kömürlerde yoğunluğu etkileyen faktörler arasında kömürün nemi, uçucu madde miktarı, karbon miktarı gibi etmenler yer alır. Gözenekli bir madde olan kömür de üç çeşit yoğunluk türünden bahsedilmektedir. Bunlar; görünür yoğunluk, gerçek yoğunluk, yığın yoğunluğu dur.

Görünür yoğunluk, kömürün ağırlığının görünür hacmine bölümüyle hesaplanır. Gerçek yoğunluk, kömürün ağırlığının gerçek hacmine bölümüyle hesaplanır. Gerçek hacim ise kömürün görünür hacminden gözenek hacminin çıkarılmasıyla bulunur. Bu yoğunluk kömürün birim hacminin ağırlığı olarak da bilinmektedir. Yığın yoğunluğu ise kömür yığınlarının ne kadar alan kapsayacağını belirlemede kullanılır. Bu yoğunluk çeşidi kömürün cinsinin yanı sıra tane iriliği, tane iriliği dağılımı ve yığın şekline göre değişiklik gösterebilmektedir (Kemal ve Arslan, 2010: 47-49).

3.1.4. Gaz emme özelliği

Kömürlerin gaz emme özelliği ilk önce kimyasına daha sonra özgül yüzeyine bağlı kalmaktadır. Özgül yüzey arttıkça gaz emme özelliği artmaktadır. Linyitlerin gaz emme kapasiteleri kendi hacimlerinin 1,5 katı hava ve CO2 adsorbe edebilmektedir. Kömürler CO2 ve CH4 (metan) adsorbe ettiğinde parçalanıp dağılmaktadır. Bu olay azot, hidrojen, asal gazların adsorbsiyonun da meydana gelmemektedir (Kemal ve Arslan, 2010: 50).

3.1.5. Sertlik

Kömürlerin sertlikleri karbon miktarı ve uçucu madde miktarına bağlı olarak değişmektedir. Genel bir sınıflama yapmak mümkün olmamakla birlikte linyitlerin en yumuşak, antrasitlerin ise en sert oldukları kanısı yaygın bir fikri görüştür. Karbon miktarı % 80-82 oranına gelene kadar sertlik yükselmekte ve sonra düşüşe geçmektedir. Uçucu madde miktarı %5-15 oranları arasında sertlik düşüş gösterirken uçucu madde miktarı % 38-40 oranına gelene kadar sertlik artmaktadır.

3.1.6. Öğütülebilirlik

Kömürlerin öğütülebilirliği, kömürün sertliği, mukavemeti, kırılganlığı etkili olmaktadır. Kömürlerin öğütülebilirliğini tespit edebilmek için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Hardgrove yöntemi bunlardan birisidir. Hardgrove yönteminde öğütülebilirlik karbon miktarına bağlı olarak % 90 oranına kadar öğütülebilirlik te artış gözlenmiştir. Bu oranda maksimum olan değer daha yüksek karbon oranlarında düşüşe geçtiği gözlenmiştir. Diğer bir yöntem ise Gründer’in geliştirdiği Brabender-Strüktür test yöntemidir. Bu yöntemde kömürü öğütebilmek için yapılan iş kgm/kg olarak tespit edilir. Bu yöntemde öğütme için harcanan güç miktarı kgm cinsinden uçucu madde miktarı % 20-25 oranlarına inene kadar azalmakta bu oranlarda minimumu görmekte ve uçucu madde miktarı daha da azalmaya devem ettikçe öğütme için harcanan güç artmaktadır.

3.1.7. Ufalanabilirlik

Kömürlerde ufalanma önem arz eden bir özelliktir. Kömürleri öğütebilmek için aranan bir özellik gibi dursa da aslında kömürlerin ufalanabilirliği daha küçük parçalara ayrılmasını yol açar ve yüzey alanını arttırarak kömürün daha hızlı oksitlenmesine neden olmaktadır. Kömür türleri arasında en az ufalanma özelliğine sahip olan linyitlerdir.

Kömürlerin petrografik bileşenlerine bağlı olarak ta ufalanabilirlik farklılık göstermektedir. Bu bileşenlerden ufalanabilirliği en yüksek olanı füsen olmakla beraber en düşük uflanabilirliğe sahip olanı ise düren’dir. Diğer bileşenler ise bu şekilde sıralanmaktadır; vitren, füsen’den klaren ise vitrenden daha dirençlidir (Ateşok, 2004).

3.1.8. Mukavemet

Kömürlerde karbon miktarı ile ters bir orantıya sahip olan uçucu madde miktarının kömürde etki ettiği bir husus olarak mukavemeti söyleyebiliriz. Kömür mukavemeti en düşük olan durumlarda uçucu madde miktarı %20-25 oranlarındadır (Ateşok, 2004).

3.1.9. Renk ve çizgi rengi

Kömürlerin renkleri turbalarda sarı-kahverengi-siyah olabilirken kömürleşme derecesi yüksek kömürlerde bu renk siyah ağırlıklı olmaktadır. Kömürlerde çizgi rengi linyitlerde kahverengi ve taş kömüründe siyah olmaktadır.

3.1.10. Parlaklık

Parlaklık, kömürlerde sınıflama yapılabilen bir özellik olmaktadır. Parlaklık kömürün yanma ve kalorifik değerini vermemektedir. Mat veya parlak kömürler arasında bu konuda kalita tayini yapılamamaktadır. Parlaklıklarına göre linyitler diğer kömür türleri yanında daha mat görünüme sahiptir. Antrasitler parlak yüzeylerinin yanında mat yüzeyleri de bulunmaktadır.

3.1.11. Elektrik iletkenliği

Yalıtkan olarak bilinmelerinin aksine kömürleşme derecesi yüksek olanlarda ve özellikle % 87 karbon oranından sonra kömürlerin iletkenliği artış göstermiştir (Ateşok, 2004).

Kömürlerdeki iletkenlik ile kendiliğinden yanma arasında önemli bir bağ olduğu kanıtlanmış bir çalışmadır. Bu çalışmaya göre yalıtkanlığı artan kömürlerin kendiliğinden yanma riskleri de artmaktadır (Yıldırım vd., 2006).

3.1.12. Isıl iletkenlik

Isı iletim kat sayısının uçucu madde ve yoğunluk artışına göre arttığı gözlenmektedir. Kömürlerde özgül ısı kömürleşme derecesine yani uçucu madde oranındaki artışa bağlı özgül ısı da artmaktadır. Suyun özgül ısısı yüksek olduğu için kömürün neminde ki artış özgül ısıyı yükseltmektedir. Yüksek özgül ısı kendiliğinden yanma riskini arttırmaktadır.

3.2. Kömürün Petrografik Özellikleri

Kömürler bitki kalıntılarından oluşan yanıcı bir sedimenter bir kayaçtır. Kömürler makroskobik olarak bantlı yapılardan oluşur. Bu karakteristik bantlar kömürlerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin farklarını ortaya koyarlar. Gözle görülebilen bu bantlı yapılara litotip adı verilir. Gözle görülemeyen, mikroskop altında görülebilen ve litotipleri oluşturan mikroskobik bileşenlere maseral denilir.

3.2.1. Litotipler

Kömürlerde gözle görülebilen makroskobik bileşenler Stopes terminolojisine göre litotip olarak adlandırılırlar. Bant genişlikleri 50 µm den daha uzun, bant kalınlıkları genellikle gözle ayırt edebilmek için minimum 3-10 mm den daha kalın alınırlar (Barış, 2006).

Vitren; homojen bir yapıya sahip, 3-10 mm kalınlığında, camsı görünüşte ve en parlak bantlı yapıdadır. Konkoidal kübik kırılma gösterip eli boyamazlar (Özşen, 2003).

Klaren; bantlı yapıya dik çatlaklar içeren en yaygın kömür tipidir. Kalınlığı 3-10 mm den daha az bir kalınlıktadır. Vitren-düren arasında bir parlaklık olan ipek parlaklığına sahiptir. Çizgisel veya merceksi görünüm sergilemektedir (Kural, 1991).

Düren; kalınlığı 3-10 mm arası değişen, sert ve mat bir yapıdadır. Vitren ve klarene göre daha nadir bulunur.

Füzen; ipeğimsi görünüşlü, lifsi dokuda bir odunsu görünüme sahip, çok kırılgan yapıda ve eli boyayan bir banttır. Boşluklarına mineralleri aldığında sertlik kazanabilir (Büzkan, 1987).

3.2.2. Maseraller

Kayaçlar elementer boyutta minerallerden oluşmaktadır. Kömürlerde bunun karşılığı olan yapıtaşları maserallerdir. Kömürlerin petrografik bileşimi kömürleşmenin ilk aşaması olan biyokimyasal kömürleşme aşamasında oluşmaktadır. Bu durum daha sonraki aşamalarda sabit olarak devam etmektedir. Biyokimyasal kömürleşme aşamasında bitkilerin su altındaki durumları, havayla olan teması, jelleşme durumu, ortam asidiklik şartları, ortamın mantar ve bakteri durumlarına göre maserallerin özellikleri oluşur (Kemal ve Arslan, 2010: 75 - 76).

Maseraller optik ve kimyasal özellik, görünüm, sertlik ve bunlara bağlı davranışlarıyla birbirinden ayırt edilirler. Işığı yansıtma durumlarına göre, en koyu olanlar liptinit olarak adlandırılır. Liptinitler hidrojence zengindirler. Orta parlaklıkta olanlar vitrinit olarak adlandırılır. Linyitlerde hüminit olarak adlandırılır. Vitrinitlerin oksijen oranları fazladır. En parlak olanları ise inertinit olarak adlandırılır. İnertinitler karbon oranı en fazla olanlarıdır. Liptinit, vitrinit, inertinit sıralamasında uçucu madde miktarları giderek azalmaktadırlar (Büzkan, 1987).

Çizelge 3.1. Maseraller ve grupları (Kemal ve Arslan, 2010).

Vitrinit grubu Liptinit grubu İnertinit grubu

Collinit Tellinit Corpovitrit Vitrodetrinit Sporinit Kutinit Resinit Alginit Liptodetrinit Mikrinit Makrinit Semifüzinit Fuzinit Sklerotinit İnertodetrinit

3.2.3. Mikrolitotipler

Maseraller birbirleriyle karışmış şekillerde bulunabilirler. Bu maseral karışımlarına mikrolitotip denilmektedir. Mikrolitotipler boyut olarak maseraller ile litotipler arasında olan bir ara grupturlar. Maseral gruplarının mikrolitotip olarak sayılabilmesi için bant genişliğinin 50µ dan kalın olması gerekir ve maseral yüzdesinin en az % 5 olması şartı vardır. Tek maseralli, iki maseralli, üç maseralli olarak ayrılırlar.

Çizelge 3.2. Kömürlerin mikrolitotip sınıflaması.

Mikrolitotipler Bileşim (%) Tek maseralli mikrolitotipler

Vitrit Liptit İnertit Vitrinit (V) > %95 Liptinit (L) > %95 İnertinit (I) > %95

İki maseralli mikrolitotipler

Klarit Vitrinertit Dürit V+L > %95 V+I > %95 I+L > %95 Üç maseralli mikrolitotipler Düroklarit Klarodürit Vitrinertoliptit

V > I+L (her biri en az ≥ %5) I > V+L (her biri en az ≥ %5) L > I+V (her biri en az ≥ %5)

Karbomineritler Karbarjilit Karbopirit Karbankerit Karbosilisit Karbopoliminerit

Kömür + hacimce %20-60 kil mineralleri

Kömür + hacimce % 5-20 demir sülfat mineralleri Kömür + hacimce %20-60 karbonat mineralleri Kömür + hacimce %20-60 kuvars

Kömür + hacimce %20-60 değişik mineraller

4. KÖMÜRLERDE KENDİLİĞİNDEN YANMA OLAYI

4.1. Kömürün Oksitlenme Mekanizması

Kömürün kendiliğinden yaması; kömür oksitlenmeye eğilimli olduğu için kömür yüzeyi hava ile temas etmeye başlamasıyla her sıcaklıkta oksijen adsorbe edebilmesine yol açar. Bu durum ilk başlarda fiziksel adsorbsiyon durumundayken çevre koşullarının uygun olduğu durumda kimyasal adsorbsiyona geçer ve oksitlenmenin artışını büyük ölçüde değiştirerek ısı yükselimine yol açar. Artan bu ısı ortamdan uzaklaşmadığı zaman, birbirini tetikleyen kompleks bir egzotermik reaksiyon oluşur. Engellenememesi durumunda açık alevli yangına dönüşerek her açıdan istenmeyen durumlar üretir. Kendiliğinden yanma diğer bir değişle kimyasal yükseltgenme tepkisi olarak tanımlanabilmektedir (Kaymakçı, 1998).

Oksitlenmenin kömürde oluşumu; kömür yüzeyi havayla temas etmeye başladığı zamandan itibaren ilk olarak oksijen kömür yüzeyine fiziksel olarak adsorbe olur. Yüzeydeki bu oksijen difüzyon yoluyla iç gözeneklere kadar ulaşır. Adsorbsiyon kömür de 1-2°C ısı artışı oluşturmaktadır. Kömürde ısı artışıyla adsorbsiyon kimyasal olarak gerçekleşmeye başlar ve peroksitler oluşur. Kimyasal adsorbsiyon 40°C’den sonra kimyasal reaksiyona dönüşür. Bu olay düşük sıcaklık oksidasyonu olarak bilinmektedir. 40°C’den sonra ekzotermik reaksiyon gösteren bir hal alır. Bu durumdan itibaren ortama verilen ısı uzaklaşmadığı sürece birbirini tetikleyen zincirleme tepkimelere yol açmaktadır. Kimyasal reaksiyon kömür bünyesindeki peroksitleri 70-85°C sıcaklıktan sonra parçalayarak CO₂ (karbondioksit) ve CO (karbon monoksit) çıkışı olmaktadır. 100°C’den sonra ise su buharı çıkışı da başlamaktadır. Sıcaklık yükselmeye devam ettikçe 130°C sıcaklıktan sonra kömür-oksijen kompleksi oluşur (Kural,1998).

Kendiliğinden yanmanın duyu organlarıyla hissedilebilmesine gelene kadar geçen kısma “inkübasyon” zamanı denir. Su buharının yoğunlaşmasıyla oluşan terlemeden sonra “indikasyon” zamanı başlar. Terleme sonrası CO₂ ve CO çıkışı artar ve koku hissedilmeye başlar. Bu evreden sonra artık “olgunlaşma” kısmı başlamıştır. Uygun şartlar içerisinde kısa bir zaman diliminden sonra bu açık alevli yangın başlamaktadır (Ayvazoğlu, 1986).

Yeterli oksijen olmazsa tam yanma gerçekleşemez. Bu durum içerisinde CO- CO₂’e dönüşemez. Kendiliğinden yanmanın ilk aşamasında CO oranı artış gösterir. Ocaklarda baraj arkasından yapılan ölçümlerde CO oranı daha çok ise yangının başlangıç aşamasında olduğunu eğer CO₂ oranı daha çok ölçüldüyse bu olay bize yangının sönme aşamasında olduğunun anlaşılmasını sağlar (Yılmaz, 2016).

4.2. Kendiliğinden Yanmaya Ait Kuramlar

Kömür enerji olarak kullanımı dünyada yaygınlaşmasıyla artan üretim ve ocakların artışı bize kömürün kendiliğinden yanma sorununu görmemiz o zamanlara başlamıştır. Bu olayı araştıranlar kömürün fiziksel özelliklerini incelerken kimyasal özelliklerini de incelemişler. Yaptıkları araştırmalarının sonucunda bazı teoriler ortaya çıkmıştır. Bunlar; Pirit teorisi, Bakteri teorisi, Nem teorisi, Oksidasyon teorisi olarak bilinirler.

4.2.1. Pirit teorisi

Pirit oksidasyonu önceleri kendiliğinden yanmanın temelindeki sebebi olarak bilinmekteydi. Pirit oksidasyonunun daha sonraları yapılan araştırmalarda kömürü parçalayarak yüzey alanını büyüttüğü anlaşılmıştır. Kömüre etki eden pirit oksidasyonundan açığa çıkan ısının oksijen oksidasyonundan açığa çıkan ısının % 10’u olduğu sonucu yapılan araştırmalarda ortaya çıkmıştır. Normal şartlarda çoğu kömürde pirit içeriğinin % 1 gibi bir oranda bulunduğu ve oksidasyon sırasında kömür bünyesinde bulunan piritin reaksiyonundan çıkan ısı çok az miktarda olduğu ve oksidasyona etkisinin ihmal edilebilecek derecede olduğu araştırmalardan çıkan sonuçtur (Barış, 2006).

4.2.2. Bakteri teorisi

Bakterilerin kendiliğinden yanma üzerine etkisi diğer bir sebep unsuru olarak görülmüş ve üzerine araştırmalar yapılmıştır. Bazı araştırmalarda etkisi olduğu söylense de bir unsur olarak kabul görmemektedir. Bakterilerin kuru otlar ve odunların üzerinde etkisi olduğu bilinse de bu durum kömür üzerindeki etkisini kanıtlayamamıştır. Yapılan bir çalışmada kömürü 100°C’ye ısıtarak bakterilerin yaşama sıcaklık sınıra getirip kömürün sterilize olmasını sağlamış ve bu kömürü sterilize olmamış kömürle aynı oksidasyon değerlerini yakaladığı saptanmış. Bunun sonucunda bakteri teorisininde etkisiz olduğu söylenebilmektedir (Eroğlu ve Gouws, 1993).

4.2.3. Nem teorisi

Nem ve kömür arasında kendiliğinden yanmayı etkileyen iki mekanizmanın olduğu belirtilmiştir. Kömürün ıslanmasıyla ısı açığa çıkması ve kömürün oksidasyon hızının artışı olduğu söylenmektedir.

Su buharı kömür bünyesine girdiğinde kömür şişme eğilimi gösterir. Kömür ve bünyesine giren sıvı etkileşime geçerek enerji açığa çıkmasına yol açar. Bu etkileşimle oluşan

ısıya “ısınma ısısı” denir. Yani kömür ıslanmasıyla ısı açığa çıkar bilgisinin kaynağını bu etkileşimden almaktadır (Barış, 2006).

Nemli havada ısının etkileşiminin daha fazla olduğu bilinmektedir. Bunu havadaki su molekülleri ısıyı daha hızlı ileterek yapmaktadır. Nemli ortam kömür ısısının artmasını sağlayarak oksidasyonu hızlandırır. Nemli havada difüzyon daha hızlı sağlanacağı için oksijenin taşınması ve difüzyonu kuru havaya göre daha iyi olacaktır. Bu durum nem teorisiyle oksidasyon teorisinin birbiriyle bağlantılı olduğu sonucu vermektedir (Biçer, 2011).

4.2.4. Oksidasyon teorisi

Yapılan çalışmaların çoğunda başarı sağlamış ve diğer teorilere göre en çok destek görenidir. Oksidasyon mekanizması sadece kömür tipi, oksidasyon sıcaklığı ve zamanına bağlı bir olay değildir. Kömürün kimyasal yapısının da etkisiyle çok değişken bir yapı gösteren karmaşık bir komplekstir (Barış, 2006).

Kömürün oksijen ile oksidasyonu üç aşamalıdır (Eroğlu ve Gouws, 1993). 1- Kömür yüzeyinin havayla teması ile başlayan fiziksel adsorbsiyon, 2- Kimyasal adsorbsiyon, aktif oksijen içeren komplekslerin oluşumu,

3- Kimyasal reaksiyon sonucu peroksijenin ayrışmasıyla CO, CO₂, H₂O ürünlerinin oluşumu.

4.3. Kömürün Kendiliğinden Yanmasına Etki Eden Faktörler

Kömürün kendiliğinden yanmasının altındaki neden tam olarak aydınlatılamamıştır. Bunun sebeplerinden biriside bu yanmaya etki eden etmenlerin fazlalığıdır. Bu etmenlerden kömür damarının özellikleri ve jeolojik özellikler değiştirilme imkânı olmayan özelliklerdir. Bunlar iç (endojen) faktörler olarak adlandırılırlar. Değiştirme imkânı bulabildiğimiz koşullar ise atmosferik koşullar ve madencilik ile ilgili faktörlerdir. Bu özelliklerdeki değişimler iç faktörlerin kısıtlanmasında kullanılarak kendiliğinden yanmanın kontrol altında tutulmasını sağlayabilmektedir. Bu faktörlere ise dış (ekzojen) faktörler olarak adlandırılırlar.

Çizelge 4.1. Kömürün kendiliğinden yanmasında etkili olan parametreler (Ören, 2006).

İç (endojen) faktörler Dış (ekzojen) faktörler

Kömür özellikleri Jeolojik özellikler Atmosferik koşullar Madencilik faktörleri

Kömürleşme derecesi Petrografik yapı Nem içeriği

Mineral madde içeriği Tane boyutu Pirit içeriği Fiziksel özellikler Bakteriler Damar kalınlığı Damar eğimi Göçme özelliği Fay ve arızalar Derinlik Jeotermik gradyan Sıcaklık Nem Oksijen derişimi Üretim yöntemi İlerleme hızı Topuk koşulları Tavan koşulları Tabanyolu koşulları Hava kaçakları Kömür kayıpları Çalışılmış sahalar Dolgu Havalandırma basıncı Hava nemliliği

4.3.1. İç faktörler

Kömürlerin fiziksel, kimyasal, petrografik ve jeolojik özellikleridir. Bu özellikler her kömürün kendine özgüdür. Kendiliğinden yanma karakteristiğini birbirinden farklı hale getirmektedirler. Kömürlerin bu yapısal özellikleri değiştirilemez ancak dış faktörlere müdahale edilerek kendiliğinden yanma konusunda sınırlandırılabilir.

Kömürleşme derecesi (Rank)

Kömürler üzerinde genel kanı kömürleşme derecesinin artmasıyla kendiliğinden yanma oranının düştüğü yönündedir. Buna sebep olan ise kömürleşme safhalarında zaman içerisinde bünyesinde bulunan nem, oksijen ve uçucu maddelerin kömür yapısını terk etmeleridir. Aynı zamanda düşük ranklı kömürlerde gözeneklerin fazlalığı kömürün oksijen ile etkileşimini arttırmaktadır. Kömürleşme dereceleri arttıkça kömür bünyesindeki aromatikliğin artışı ve oksidasyonu elverişli kılan bu grupların azalması ve yüksek sıcaklıkta oksitlenmesi de kömür rankını önemli kılmaktadır (Ören, 2015).

Nem içeriği

Kendiliğinden yanmada nem açısından bakılırsa en kötü ortamlardan birisi de, kuru diyebileceğimiz bir neme sahip kömürün rutubetli bir ortamda bulunmasındır. Bu durum, ortamdaki su buharı kömür üzerinde yoğunlaşması sırasında su buharının kendi ısısını kömür bünyesine aktarması neticesinde kendiliğinden yanmayı hızlandıracak tetiklemeyi yapabilecek potansiyele ulaştırmakta ve bu ortamı tehlikeli kılmaktadır.

Yapılan bazı çalışmalarda kritik nem içeriğinin %5-10 seviyelerinde olduğudur. Yeni Zelanda altbitümlü kömürlerinde yapılan çalışmalarda oksidasyonu maksimuma ulaştıran nem oranının %7-17 aralığı olduğu söylenmiştir (Chen ve Stott, 1993: Ören, 2015). Nem miktarının azalmasıyla kömür yüzeyinde oksijenin kullanabileceği yeni çatlaklar ve yüzeyler oluşmaktadır (Çakır, 2003).

Tane boyutu

Kömürlerin yüzey alanları üzerine kendiliğinden yanmaya etkisi olduğu genel bir kanı olarak bilinmektedir. Bu özellik, kömürün tane boyutunun küçülmesiyle yüzey alanı artışı sağlayarak oksijen ihtivasını arttırdığı yönündedir. Tane boyutunun etkisi daha ayrıntılı bakıldığında gözenek ve hacimsel etkiye bağlı bir oksijen etkileşimi olduğu yönündedir. Bu durum belli bir tane aralığı ortaya çıkarmaktadır. Yapılan çalışmalarda oksidasyon hızına bağlı belirlenen bir tane aralığında etkileşim gözlenmiştir. Bu boyutların altına inildiğinde az önce değindiğimiz ayrıntıların da etkili olduğu tahminince oksidasyon hızının tane boyutundan bağımsız hale geldiği söylenmektedir (Palmer vd., 1990: Barış, 2006). Oksidasyon hızına ve aktifliğine bağlı ölçülen tane boyutu 501µm’den 5mm’ye kadar ki aralıkta saptanmıştır (Özdeniz 2003).

Küçük vd.’nin (2003) aşkale linyitlerinde kendiliğinden yanma üzerine üç farklı boyutta yaptıkları çalışmada (-125µm /125µm - 250µm / 250µm - 850µm) tutuşma sıcaklığının en düşük olduğu tane boyutunun -125µm olduğunu göstermişlerdir (Ören 2015).

Barış ve Didari’nin (2009) yüksek uçuculu kömürler üzerinde oksidasyonun meydana getirdiği ürünleri incelediklerinde CO ve CO₂ oluşum hızı ile tane boyutu arasında bir bağlantı bulamadıklarını belirtmişlerdir (Ören, 2015).

Mineral madde içeriği

Kömürün bünyesinde inorganik bileşikler olarak bulunmaktadırlar. Bu mineral maddeler kömürün organik yapısıyla bağlı bir durum içerisindelerdir. Kül ise kömürün

yandıktan sonra kalan inorganik bileşiklerini tanımlar. Genel olarak bakıldığında mineral madde fazlalığı karbon miktarının azalmasını etkileyeceği için kendiliğinden yanma potansiyelini düşürecektir. Kül miktarı fazla olan kömürlerin karbon miktarı az olmakta ve kendiliğinden yanma riskinin düşük olduğu yönündedir.

Bu durum kömür içerisindeki karbon matrislerine katı haldeki mineral maddelerin aktif karbonların oksijenle olan etkileşimini keserek kendiliğinden yanmayı düşürdüğü yönündedir. Bu durum mineral maddelerin çeşitliğine göre değişiklik gösterir. Geçmiş yıllarda yapılan çalışmalar esas alındığında kireç, soda, demir bileşikleri, alkaliler gibi maddelerin oksidasyonu arttırıcı etkide bulunduğu ve alüminyum, silis gibi maddeler de oksidasyonu yavaşlatma eğilimindedirler. Bazı araştırmacılar kaolinit, kuvars, kalsiyum, magnezyum, potasyum, silisyum gibi maddelerin inert yapıda olmalarından dolayı kendiliğinden yanmayı yavaşlatma etkisinin bulunduğu yönünde olduğunu belirtmişlerdir (Kazancı, 2008).

Bu durumun tersi sonuç veren çalışmalarda olmuştur. Bu çalışmalarda numuneleri orijinal hallerini mineral maddeleri uzaklaştırılmış halleriyle karşılaştırılmaktadır. Kömürlerin mineral maddeleri uzaklaşmış olanlarının orijinal hallerine göre kendiliğinden yanma halleri daha düşüktür (Ören, 2015).

Petrografik yapı

Kömürün yapısında bant şeklinde yapılar bulunmaktadır. Bu bantlı yapılar “litotip” olarak adlandırılmaktadır. Litotipleri oluşturan mikroskobik yapıdaki bu elemanlar “maseral” olarak isimlendirilmektedirler. Yapılan çalışmalarda kömürün rankından bağımsız olarak kendiliğinden yanma açısında reaktivitesi en fazla olan maseralin vitrinit olduğu sonucuna varılmıştır. İnertinit grubu maseralleri ise diğer maserallere göre gözenekli yapısı en fazla olan maseral gurubudur. Bu yapıları diğer maserallere göre daha fazla havayı tutabilmelerini sağlar. Bu durum oksitlenmelerini diğer maserallere göre daha kolay hale getirmektedir (Barış vd., 2012).

Pirit içeriği

Kömür damarlarında farklı miktarlarda bulunan pirit, özellikle nemli ortamlarda oksijenle tepkimeye kolay bir şekilde girebilen bir metaldir.

Arısoy ve Beamish’in (2015) çalışmalarına dayanarak bu faktörün etki durumunu açıklamışlardır. Pirit tepkimeye girdikten sonra oluşan ısı kömürde bulunan nem miktarının azalmasını sağlar ve kömürün kuruluğu kömürün ısı değişmeden artar. Ancak bu durumun

kendiliğinden yanma üzerinde etkili an bir sebep olabilmesi için pirit oranlarının %2 üzerinde olması ve nemli bir ortamda bulunması gerektiği diğer şartlarda kuru bir ortamda oksitlenme gibi bir etkileşimi tetikleyemediği ifade edilebilmektedir (Ekmekçi, 2015).

Pirit nemli ortamlarda oksitlenerek şiştiği ve kömür bünyesinde kırılmalara yol açarak yeni reaktif yüzeylerin oluşmasına sebebiyet vererek kendiliğinden yanmayı hızlandırıcı rol oynadığı ifade edilen diğer bir etkisidir (Duracan ve Güyagüller, 1985: Ören, 2015).

Bakteriler

Bakterilerin etkisi kuru otlar ve odunlar üzerinde kendiliğinden yanmada etkisinin olduğu bilinmektedir. Ancak bu etki kömürler üzerindeki kapsamı daha önceki farklı kişiler tarafından yapılmış çalışmalarda bulunamamıştır. Graham (1930) tarafından yapılan çalışmada bir kömür numunesi üzerinden alınan iki kömür parçasından bir tanesini 100°C de ısıtıp diğer numuneyi kendi halinde bırakıp, kendiliğinden yanma eğrilerine baktığında aynı eğriyi verdiklerini görmüş. Bakterilerin 100°C yaşayamadığı düşünülürse, kendiliğinden yanma üzerine etkisinin olmadığı kanısı oluşmaktadır (Ören, 2006).

Fiziksel özellikler

Kömürün kendiliğinden yanma karakteristiğini sadece kimyasal özellikleri değil, porozitesi, iç yüzey alanı, sertliği, kırılganlığı, elastik ve plastikliği gibi fiziksel özelliklerde belirleyici durumdadır. Kendiliğinden yanma kömürlerde, fiziksel ve kimyasal özelliklerin karmaşık etkisinden dolayı çok değişken bir karakterdedir, bazen aynı ranklı kömürlerin farklı durumlar sergilediği gözlemler olabilmektedir (Barış, 2006).

Uçucu madde içeriği

Kömürlerde bulunan uçucu maddeler aynı kömürde bulunan nem gibi hareket etme eğilimindedirler. Ortam ısısı arttıkça kömür bünyesinden ayrılırılar. Kömür bünyesinden ısının uçucu maddeler üzerindeki kendilerine has etkiye bağlı olarak ayrıldıklarında kömür bünyesinde oksijenle etkileşime girecek yeni aktif yüzeyler bırakırlar. Diğer etmenler sabit kabul edildiğinde uçucu madde miktarı fazla olan kömürlerde oksitlenme daha hızlı olduğu söylenmektedir (Ekmekçi, 2015).

Kömür sıcaklığı

Kömürlerin kendiliğinden yanmasında ana etkenin sıcaklık olduğu diğer etmenlerin ise bunun alt etkileyicileri olduğu söylenebilmektedir. Kömürlerde sıcaklık artışı oksijen tüketimini arttırarak tepkimeyi hızlandırdığı söylenmektedir.

Bu durum oksitlenmede düşük sıcaklık oksidasyonu denilen evre boyunca sabit devam etmektedir. Bu stabillik kritik sıcaklık denilen noktadan sonra artış gözlemlenmektedir. Kritik sıcaklık noktası her kömüre göre farklılık göstermektedir. Bu safhada kömürde gerçekleşen bu olayın kritiğinin karşılığı şöyledir. Kömür yüzeylerinde gerçekleşen oksidasyonun evrelerinden birisi olan kimyasal adsobsiyonun etkisi bittikten sonra sıcaklık artışı stabil devam ederken yeni aktif yüzeylerin miktarında artış gözlenir. Oluşan yeni yüzeylerinde etkisiyle kimyasal adsorbsiyon sonrası başlamış olan kimyasal reaksiyonun hızında yüksek ölçüde artış sağlar, bu da kömürün yanmasını hızlandırır. Genel olarak bu kritik sıcaklık noktası oda sıcaklığı civarından başlayıp, yani 30-40°C sıcaklık değerleri ile 150°C civarı sıcaklık değerleri arasında olduğu söylenmektedir. Bu kritik sıcaklık değerinden sonra her 10°C sıcaklık artışında oksidasyon hızının 2 kat arttığı ifade edilmiştir. Bu durum kömürlerin kendiliğinden yanma karakteristiğini oluşturmaktadır (Barış, 2006).

Metan içeriği

Metan yanıcı bir gaz olmasına rağmen kömürün gözeneklerinde durağan bir tabaka oluşturarak aktif yüzeylerin oksijenle olan etkileşimini kısıtlayarak düşük sıcaklıklarda oksidasyonu yavaşlatmaktadır.

Jeolojik özellikler

Damar kalınlığı, kömürlerin zamanla biriken ısının iletimini zorlaştırmaktadır ve kömürün ısısının artmasına sebep olmaktadır. Bir başka olumsuzluğu ise damar kalınlığının fazlalığı bu damarın katmanlarının bazılarında oksitlenmeye yatkınlık olabilmekte, böylece damarın kalınlığından kaynaklı ısı iletiminin zayıf olmasıyla birleşerek kendiliğinden yanma olasılığını yükseltmektedir (Kaymakçı, 1998).

Damar eğimi, fazla olan kömür damarlarında sıcaklık, basınç ve üzerine düşen yükün değişmesi sebebiyle kendiliğinden yanmanın tetiklenmesini arttırmaktadır. Eğimin artmasıyla birlikte kömür üzerine binen yükün artması kömürde kırıklanmaya sebebiyet vererek havanın bu yeni yüzeylerde dolaşmasına yol açar. Bu boşluklara sızan hava kendiliğinden yanma riskini arttırmaktadır (Evseew, 1985).

Derinlik artışı kömür damarının üzerine binen örtü tabakasının kalınlaşmasına bu da kömür damarında kırıklanmaya yol açar, sıcaklığının değişmesini sağlar, basıncını değiştirerek kömürün kırıklı bir yapıya dönüşmesine sebep verir. Ancak ince örtü tabakası da kömürün havayla olan etkileşimini arttırmaktadır. Bütün bu durumların hepsi ayrı ayrı kendiliğinden yanmayı etkilemektedir (Saraç, 1992).

Jeotermik gradyan, sıcaklığın 1°C artması için gerekli derinlik olarak tanımlanmaktadır. Bu ısının artmasıyla kömür ve çevre kayaçları ısısının artması ve kendiliğinden yanmaya uygun ortamı oluşturduğu söylenmektedir (Altınlı, 1986).

Kömür damarının üzerindeki kayaçların göçme durumlarına göre tavanda bırakılan kömür tabakası ya da üretim kayıpları kendiliğinden yanmayı kolaylaştırmaktadır. Ayrıca göçme neticesinde oluşmuş ya da daha önceden var olan fay ve çatlaklarda oluşan zonlar kömürün hava ile temasını kolaylaştırmaktadır. Bu zonlar da bulunan kömür tozları kendiliğinden yanmayı kolay hale getirmektedir (Saraç, 1992).

4.3.2. Dış faktörler

Bu başlık altında kömürün oluşumundan kaynaklı yapısal özelliklerinin ortaya çıkardığı kendiliğinden yanma sorunlarının yanı sıra üzerinde değişiklik yapılarak sorunun büyüklüğünün azaltılabilme olanağına sahip çevresel etmenler ve üretim faaliyetlerinden oluşan başlıklara değinilmeye çalışılacaktır.

Atmosferik koşullar

Kömürlerde kendiliğinden yanma aşamasında ortam şartları etkili olmaktadır. Kömürün bünye özellikleri uygunsa oksitlenmeyi önemli ölçüde tetikleyip hızlandıran ortam koşullarıdır. Kömürlerin kendiliğinden yanması üzerine oksijen miktarının etkisi doğru orantılı olmaktadır. Yani yanma ortamdaki oksijeni tüketerek sürekliliği devam ettirir. Eğer ortamın oksijeni yenilenmiyorsa yangın söner. Aynı zamanda oksijenin yanma üzerinde verimli olan konsantrasyon aralığı bulunmaktadır. Bu oranın %1-20 aralığında olduğu söylenmektedir. Winmill (1915) oksijen derişiminin %2 nin altında olduğu koşullarda oksidasyon hızının sıcaklığa olan etkisinin azaldığı söylenmiştir (Barış, 2006).

Kuru kömür - kuru hava veya nemli kömür – nemli havanın oluşturduğu ortamlarda ortaya çıkan ısı küçüktür. Nemli kömür ve kuru havanın olduğu ortamlarda kömür yüzeyinde ki nemin buharlaşmasıyla oluşan ısı kaybı oksidasyon neticesinde tamamlanamıyorsa, ısının çok olan ortamdan az olan ortama akışı gerçekleşir. Bu durumda kömüre bulunduğu çevreden ısı

transferi gerçekleşir. Diğer bir durum ise, nemli ortam ve kuru kömürün oluşturduğu ortamdır. Bunların etkileşimi sonucu kömür yüzeyindeki yoğuşmayla su buharının ısısı kendiliğinden yanmayı etkileyebilmektedir (Kazancı, 2008).

Madencilik faktörleri

Kendiliğinden yanma açısından kömürün özelliklerinin dışında üretim koşulları ve havalandırma şartları kömürün kendiliğinden yanmaya yatkın özelliklerini tetiklenmesine sebebiyet verebilecek öneme sahip bir faktör olarak öne çıkmaktadır.

Mekanize olarak çalışan ocaklarda çok fazla toz kömür üretimine yol açmaktadır. Üretilen bu toz kömürü oksitlenme hızı yüksek olduğu için ortamdaki ısıyı yükselterek tehlikeyi arttırmaktadır. Bu durum da üretim yönteminin hızının ciddiyetini ortaya koymaktadır. Uzun ayak ile üretim yapılan ocaklarda üretim sırasında ayak ortamına gelen hava göçüğe de girmektedir. Bu durum alanın ısısını arttırabilmektedir. Bu alan kritik zon olarak ta adlandırılır. Kritik zon ayağın ilerlemesiyle devamlı yer değiştirir. Bu durumdan dolayı ilerleme hızının yüksek olması istenmekte ve ayak arkasına hava kaçaklarının olmaması istenmektedir. Topuklu sistemle çalışan ocaklarda üretim sonrası bırakılan topuklarda tavan basıncı ile çatlama ve kırılmalar oluşabilmektedir. Bu durum derin damarlarda daha belirgin olmaktadır. Oluşan çatlaklardan giren hava oksitlenmeyle ısıyı arttırmakta ve yetersiz havalandırma sebebiyle ortamdan ısı taşınamamakta ve ortam ısısı yükselmektedir. Bu durumun oluşma şartlarında topuk boyunun iyi seçilmesi ve dolgu yapılması gereklidir (Kaymakçı, 1998).

Ocak havalandırması uygun şartlarda yapılmaya çalışılırken oluşan yüksek hava hızı ve düşük hava hızı kendiliğinden yanmanın etkisini arttırmaktadır. Yüksek hava hızı çatlaklara, göçüklere ve eski üretim yerlerine havanın girmesine yol açarak kömürün oksijenle olan oksidasyonunu arttırır fakat oluşan ısının da taşınmasını sağlamaktadır. Düşük hava hızı kömürün oksijenle olan oksidasyonunu azaltmış olur fakat oluşan ısının ortamı terk etmesi sağlanamaz ve ortam sıcaklık artışı önlenemez. Bu durumların gerçekleşme sebebiyle ocağın optimum hava değeri iyi belirlenmelidir (Kaymakçı, 1998).

4.4. Kendiliğinden Yanma Belirtileri

Kömürlerin kendiliğinden yanmasının erken tespit edilebilmesi her yönüyle pozitif sonuçları olan bir durumdur. Bunun üzerinde dururken kendiliğinden yanmanın gösterdiği belirtilerin takibi kömürlerin kızışması ve yanmaya giden evrenin hangi safhada olduğunun saptanmasında üzerinde durulan bir konudur. Kendiliğinden yanmanın çıkardığı belirtiler; kömür ve çevresindeki kayaçlarda terleme, ocak havasında görülen pus ve duman, kömür

yüzeyindeki ve pano dönüş havasındaki yollarda hissedilir derecede sıcaklık artışı, koku, yanma sonucu çıkan çıtırtı sesleridir. Bu fiziksel belirtilerin yanı sıra kimyasal belirtilerde mevcuttur.

Kömürlerde sıcaklık artışıyla su buharı oluşmaktadır. Oluşan su buharı kömürün üzerinde ve yan kayaçlarda terleme meydana getirmektedir. Bu durum kuru kömürlerde veya nem içeriği %5’ten az olan kömürlerin bulunduğu ocaklarda terleme ciddi derecede kendiliğinden yanma belirtisi olmaktadır (Ören, 2006). Ocak ortamında görülen pus ve duman kömürün kızışmaya başladığı anda açık mavi renkte olmakta kömürün tutuşma sıcaklığını aştığı anda koyulaşmaktadır. Bu durum gerçekleşmeye başladığı andan itibaren dumanın koyulaştığı alan tahliye edilmelidir. Kömürün oksitlenmesi ve kendiliğinden yanmasının ileri safhalarında artan sıcaklık kömürün yüzeyinde hissedilebilir ve bünyesindeki artan ısıyı ocak havasına vermesiyle anlaşılabilir. Kömürde birde ıslanma ısısı denilen kömürlerin yağmur yağmasıyla ya da ıslatılmasıyla yüzeylerinin bu suyla etkileşimi sonucu oluşan ısı da mevcuttur (Barış, 2006). Kömürlerin kızışması sonucu gazlar açığa çıkmaktadır. Bu gazların genellikle egzoz gazı ve petrolümsü kokuları bulunmaktadır. Geliştirilen detektörlerle daha kızışma aşamasında gerekli tespitler yapılabilmektedir. Gazların oluşturduğu bu kokuların duyu organlarıyla hissedilmesi kendiliğinden yanmanın ileri safhalarında anlaşılmaktadır. Daha önceden yapılan çalışmalarda orta şiddette sayılan ve duyu organlarıyla hissetme makul sayılabilen kokunun oluşumu 150°C sıcaklık diliminde gerçekleştiği söylenmektedir (Ayvazoğlu, 1985).

Kömürlerde kızışmanın kimyasal belirtileri olarak, kademeli işleyen oksidasyonla birlikte gazların açığa çıkarması söylenebilmektedir. Bunlar; CO, C₂O, CH₄, H₂O, C₂H₆ (etan) gibi gazlardır. Bu gazların bulunduğu ortamdaki konsantrasyonu oksidasyonun evresinin tespitini sağlamaktadır. Özellikle CO konsantrasyonunun sıcaklıkla orantılı artışı kendiliğinden yanmanın saptanmasında en önemli göstergelerindendir (Kuzoluk, 2014).

4.5. Kendiliğinden Yanma ile Mücadele Yöntemleri

Ocaklarda meydana gelen kendiliğinden yanmanın olmaması için çalışmalar ocağın planlama aşamasında yapılmalıdır. Bunun için açılacak ocağın getireceği durumlar iyi analiz edilmelidir. Planlama aşamasında yapılabilecek önlemler arasında kömürün özelliklerinin analizi iyi yapılmalı ve bu şartlar altında üretim yönteminin seçimi ve ilerleme hızı en baş önlemlerdendir. Üretim yönteminde ilerletimli ayak uygulaması dönümlü ayak uygulamasına göre üretim kaybı daha fazla olabildiği için riski daha fazla olabilmektedir. Gaz gelirleri tespiti titizlikle yapılmalıdır. Kömür damarının durumu faylanma ve süreksizlikleri havalandırmayı doğrudan etkileyeceğinden ve kendiliğinden yanmaya uygun ortam hazırladığı için ocak jeolojisinin iyi bilinmesi gerekmektedir. Havalandırma basınç farkı oluşturabilecek kesit

daralmalarına dikkat edilmesi gerekir. Hava kapısı kullanımı hava basınç farkı oluşturabilmektedir. Bu dezavantajından dolayı mümkün olan en az sayıda kullanılması gerekmektedir. Göçük arkasında kalan kömürlere kısıtlı miktarda havanın ulaşması kızışmayı arttırıp kendiliğinden yanmayı başlatabilecek potansiyele sahip olduğu için göçük arkasında kömürün mümkün olan en az miktarda kalması sağlanmalıdır. Göçük arkasına havanın ulaşmaması için dolgu malzemeleriyle kapatılabilir. Üretim yapılırken mekanize kazının dezavantajı olan kömür tozu açığa çıkması ortamda öngörülemeyen kömür tozu patlamalarının tetiklenmesine yol açabilmektedir. Bu olumsuz durum için koşulların planlamasına dikkat edilmelidir.

Bazı zamanlarda öngörülemeyen durumlarla karşılaşılması gayet doğal olan madencilik sektöründe yangının önlenmesi için yapılan en temel işlem yanmayı oluşturan üç’lü sistem olan; yanıcı madde, yakıcı madde ve ısının oluşturduğu elemanlardan şartlara en uygun olanının uzaklaştırılması olmaktadır. Eğer yanan bölge küçük lokal bir bölge ise o bölge daha fazla büyümeden yanıcı madde olan kömürün kazılarak o alandan uzaklaştırılıp hem yanan kömür hem de kömürün alındığı yerin çevresi su ve köpük ile soğutulmalıdır. Bu durum ocak havasını da etkilemektedir.

Isının uzaklaştırılması işlemi oksidasyan ilerledikten sonra yapılamayan bir işlemdir. Yakıcı maddenin uzaklaştırılması işleminde yüzey su ve ısıya dayanıklı, patlama dayanımı yüksek, maliyeti ekonomik ve kolay uygulanabilir kaplama malzemeleriyle kapatılabilir. Yanan bölgede önemli teçhizatlar yok ise bölgeye su basılarak yangın önlenebilir. Yanan bölgede önemli teçhizat kalmışsa yangının olduğu bölgeye inert gazları enjekte ederek oksijen derişimi düşürülebilir. Eğer yanma önlenememiş ve boyutu büyük ise yalıtımına dikkat edilerek barajlama işlemi yapılır.

5. KENDİLİĞİNDEN YANMANIN TESPİT EDİLMESİNDE

KULLANILAN YÖNTEMLER

Kömürlerin kendiliğinden yanması durumuna etkisi olan çeşitli parametreler bulunmaktadır. Genel olarak belirtmek gerekirse madencilik, jeolojik ve çevre şartları gibi çok değişkenli bir katılımla gerçekleşen tepkime olayıdır (Şensöğüt, 1999). Kendiliğinden yanma olayı uzun yıllardır araştırılan bir olaydır. Kendiliğinden yanmanın gerçekleşme eğilimini izleyebilmek için saptanabilen tüm etkenler için indeks değeri oluşturularak takibi daha güvenli bir şekle getirilmiştir. Bu durum iki şekil de yapılmaktadır. Laboratuvar ortamında alınan numuneler üzerinde yapılan deneyler ile saptanan değerler ve deneyimlere dayalı çevre koşullarının değerlemesi yapılan pratik yöntemlerden oluşmaktadır.

5.1. Laboratuvar Teknikleri

Kendiliğinden yanma olayının gerçekleşme şartları laboratuvar ortamında benzer şekilde oluşturulmaya çalışılarak daha küçük ölçekli ve gözlemlemesi daha iyi olacak şekle getirilmekle kendiliğinden yanma olayının numune üzerinde canlandırması sağlanmaktadır. Araştırılan kendiliğinden yanma olayı birçok tekniğin gelişmesini sağlamıştır. Farklı farklı etkenler üzerinden incelemeler yapılarak değerler saptanmaya çalışılmıştır. Deneysel çalışmaların avantajı ise kısa sürede sonuç elde etme ve ekonomiklik başta gelen sebeplerdir. Bu sebepler laboratuvar tekniklerinin popüler olmasını sağlamıştır. Ancak oluşturulan her deney düzeneği tam gerçekliği veremeyebilir, bu sebeple kesin yargıya varmak her zaman doğru olmaktadır.

5.1.1. Statik izotermal yöntem

Oksijen tüketimi olarak da bilinen yöntem, kömürlerin oksijen adsorplama kapasitelerinin ve diğer oksidasyon gazlarının ölçümünün yapıldığı yöntemdir. Bu yöntem çeşitli araştırmacılar tarafından kullanılmış farklı uygulamaları bulunmaktadır.

İlk uygulama; reaktör içerisine konulan 100 gr kömür numunesi yağ banyosuna yatırılarak 8 saat boyunca saat başı 25°C arttırılarak numune sıcaklığı 200°C’nin üstüne çıkartılır. Bu süreçte yağ banyosunun ver numunenin sıcaklıkları takip edilir. Sonuç olarak reaktördeki oksidasyon ürünü gazlar analiz edilerek, bir indeks hesaplanır.

𝑆 =ℎ1+ ℎ2

2 (𝜒1) +

ℎ2− ℎ₃ 2 (𝜒2) Burada;

S: Kendiliğinden yanmaya yatkınlık indeksi ℎ1: 125°C’deki oksijen tüketimi

ℎ2: 150°C’deki oksijen tüketimi ℎ₃: 175°C’deki oksijen tüketimi 𝜒1: 125 ‒ 150°C arasındaki CO₂ artışı 𝜒2: 150 ‒ 175°C arasındaki CO₂ artışı

S değerine 13’den 47’ye kadar değer belirlenmiştir. Bu değerlemede 30 üstü değerlerin riskli yanma değerleri olduğu söylenmiştir (Ekmekçi, 2015).

Bir diğer uygulama ise; sızdırmazlığı sağlanan 250cc’lik cam kapların içerisine konulan 60 mesh altına öğütülmüş numuneler basit reaksiyon sıcaklığı olarak 25°C sabit sıcaklıkta 14 gün bekletilmiştir. Sonuç olarak O₂ gazının yitirildiğini CO, CO₂ VE CH₄ gazlarının oksidasyon ürünleri olarak üretildiği tespit edilmiştir. Bu deneyde CO oranının O₂ oranına göre yüksek olduğu kömürlerin kendiliğinden yanmaya daha yatkın olmaktadır. Bu durum CO bir yangın olayının en belirgin etkenlerinden olduğu söylenmektedir. Üretilen CO miktarının, tüketilen O₂ miktarına oranı “Graham Endeksi” olarak ta bilinen indeks sayesinde bir katsayı belirlenmiş ve tehlike durumu saptanabilmiştir. Bu değer 0,2 civarında seyrediyorsa tehlike yok. 0,5’in üzerinde ise oksidasyonun arttığı, 1 olduğu zaman tehlikenin oluşmaya başladığı, 2 civarında çok tehlikeli olduğu ve 3’e ulaştığı zaman yangın belirtisi taşıdığı söylenmiştir (Barış, 2006).

5.1.2. İzotermal akış yöntemi

Bu yöntem dinamik oksidasyon yöntemi olarak ta adlandırılmaktadır. 100gr Kömür numunesi sabit sıcaklıkta tutulan bir ortama konularak ortamdan önceden ısıtılan hava 15ml/dak akış hızıyla geçirilerek oksidasyonun oluşması sağlanır. Sonuç olarak yaklaşık bir saat sonra oksidasyon ürünleri olan CO ve CO₂ gazlarındaki değişim ve numunenin sıcaklık artışı incelenir.