ÖZET Bu bildiride öncelikle, Türkiye Taúkömürü Kurumu’nda (TTK) taúta yapılan ilerlemeler genel olarak de÷erlendirilmiútir. Daha sonra, havzada galeri açma makinası kullanımı ile ilgili olarak bugüne kadar yapılan çalıúmalar verilmiútir. Ayrıca, laboratuvar çalıúmaları kapsamında üç farklı müessesedeki (Karadon, Üzülmez, Kozlu) kömür çevre kayaçlarına ait tek eksenli basınç dayanımı ve Cerchar aúınma indeks deney sonuçları verilmiútir. Son olarak TTK galerilerinde muhtemel kullanılabilecek kollu galeri açma makinası ve performansının tahmin edilmesi ile ilgili önerilerden bahsedilmiútir.
ABSTRACT In this paper, firstly, advance rates in coal measures at the TTK are evaluated in general. Then, the studies carried out so far in the Basin concerning the use of roadheaders are presented. In addition, uniaxial compressive strength and Cerchar abrasivity index test results of the coal measures rocks in three collieries of TTK, namely Karadon, Üzülmez, are given. Finally, recommendations with respect to possible use of a roadheader in the TTK galleries and prediction its performance are reported.
* oyarali67@gmail.com
TÜRK øYE TAùKÖMÜRÜ KURUMU’NDA GALERø øLERLEMELERøNDE KOLLU GALERø AÇMA MAKøNASI
KULLANIMININ ANAL øZø
ANALYSIS OF THE USE OF ROADHEADER IN DRIVING THE GALLERIES AT TURKISH HARDCOAL
ENTERPRISES
Olgay Yaralıa,*, Utku Sakıza, Haúim Durua, Hamit Aydına, Okan Sub, Melih Geniúa
aBülent Ecevit Üniversitesi, Maden Mühendisli÷i Bölümü, Zonguldak
bBülent Ecevit Üniversitesi, ZMYO, Madencilik ve Maden Çıkarma Bölümü, Zonguldak
1. GøRøù
170 yıllık kömür üretim kültürüne sahip olan Zonguldak Havzası’nda galeri açma çalıúmaları her zaman sorun olmuútur. Bugüne kadar tüm ana taúta sürülen galerilerin ve taban yollarının sürülmesinde delme+patlatma yöntemi uygulanmıútır. Havzadaki kömür çevre kayaçlarının %80’ine varan bir kısmını baúta kumtaúı olmak üzere konglomera ve kireçtaúı birimleri oluúturmaktadır. Bunun yanında kiltaúı, silttaúı ve çamurtaúı birimlerine de rastlanmaktadır. Özellikle, ilk grupta sayılan birimlerde ilerleme hızları ve randımanlar oldukça düúük olmuútur.
Türkiye Taúkömürü Kurumu (TTK), 1970-80’li yıllara kadar delme patlatma yöntemiyle taú içinde yılda 15-20 km ve damar içinde 40-50 km hazırlık çalıúmaları yürütürken, bu rakamlar 1993 yılından sonra azalmaya baúlamıú, 2014 yılından itibaren de yaklaúık 2 km’ye kadar düúmüútür (ùekil 1). Hazırlık galerileri ilerlemelerinin düúmesine paralel olarak tüvenan kömür üretimi de azalmıútır (ùekil 2). Bu durum hazırlıkların zamanda yetiúmemesine yol açmıú ve yer yer üretim zorlamaları yaratmıútır. Tabi ki, bunda ocakların giderek derinleúmesi ve yaygınlaúmasının yanında kalifiye hazırlık iúçilerinin sayısının azalmasının da önemli bir etkisi oldu÷unu belirtmek yerinde olur (Akçın vd. 2009).
ùekil 1. TTK’da galeri ilerlemeleri (TTK 2017).
TTK, galeri ilerlemelerindeki randımanları yükseltmek ve hazırlıkları hızlandırmak için 90’lı yıllarda bir arayıú içine girmiútir. Dünya Bankası’ndan sa÷lamıú oldu÷u kredi kapsamında basınçlı hava ile çalıúan delici ve yükleyicilerin yerine elektro- hidrolik delici (E-H) ve yükleyiciler alınmıútır. Bu makinaların kullanımında aynalardaki (arınlardaki) günlük ilerlemenin 3 m/gün, randımanların da 20 cm/gün düzeyine çıkması hedeflenmiútir. Bu hedeflere ulaúmak amacıyla E-H deliciler için
yeni delik düzenlerinin oluúturulması ve delme+patlatma sisteminin tümüyle de÷iútirilmesine yönelik araútırma projeleri yaptırılmıútır (ODTÜ 1989). Bu ba÷lamda E-H delicilerle ilk çalıúma Karadon Müessesesi’nde yapılmıútır. 1992 - 1999 yılları arasında E-H delici ve yükleyicilerin beraber kullanıldı÷ı la÷ımlarda randımanlar en düúük 13.41 cm/yev ve en yüksek 16.82 cm/yev olarak (B14 kesitte) kaydedilmiútir (Yaralı 2000).
ùekil 2. TTK’da 2010-2017 yılları arasında fiili galeri ilerlemeleri ve gerçekleúen tüvenan üretim (TTK 2017).
Daha sonra E-H kullanımında di÷er müesseselerde de uygulamaya geçilmiútir. E-H donanımla, delik delme ve posa kaldırma süreleri oldukça kısalmıútır. Ancak, uygun bir patlayıcı kullanılmaması, iyi bir iú organizasyonu yapılmaması, gerekli yardımcı hizmetlerin sa÷lanamamasından dolayı istenilen hedeflere bir türlü ulaúılamamıútır.
TTK’da kullanılan delici ve yükleyiciler, 1989-1991 yılları arasında dünya bankası kredileri ile alınmıú olup ekonomik ömürlerini doldurmuúlardır (26-27 yıl). Bu makineler çok sık arıza yapmakta ve bu arızalar birim ilerlemeleri ve galeri ilerleme hızlarını düúürmektedir. Ayrıca tamir ve bakım giderleri de yüksektir (Su 2015).
2016 yılının sonlarına do÷ru yapılan yatırımlar kapsamında, Karadon müessesesinde (-460 kodundaki B14 kollektör la÷ımında) ikinci jumbo delme makinesi satın alınmıútır. Ancak, makinanın elektrik kablosunda yaúanan bazı sıkıntılar nedeni ile delici 2017 yılında faaliyete alınabilmiútir. Bir di÷er jumbo delicinin kullanıldı÷ı müessese ise Kozlu’dur. Daha sonra uzun seneler kullanılmayan jumbo delici 2016 yılı baúından itibaren tekrar aktif hale getirilmiú ve halen -560 kotunda B16 kesitte 13° e÷imli bir desandre sürme iúinde kullanılmaktadır. TTK’da genellikle delme- patlatma yöntemi ile galeriler sürülmekte ve ço÷unlukla martoperfaratörler kullanılmaktadır. Martoperfaratörler, çok fazla bakım ve onarım gerektirmeyen, enerji gereksinimleri düúük, emniyetli ve basit makinalardır. 4-5 atm basınçta patlatma delikleri delinebilmektedir. Ancak, bu makinalar iú sa÷lı÷ı ve güvenli÷i
açısından çok kullanıúlı de÷ildirler. Delme sırasında makinada aúırı titreúim olmakla birlikte gürültü düzeyleri de 120 dbA’ya kadar çıkmaktadır (Su 2017).
Di÷er taraftan geçmiúte havzada bir kazı makinası uygulaması yapılmıútır. 2005 yılında yapılan bir anlaúmaya göre TTK, 8075 m galeri sürme iúini Yapı-Tek’e vermiútir. Bu amaçla firma KSP-42 tip kollu galeri açma makinasını (KGAM) ilk defa havzada uygulamaya çalıúmıútır. Ancak, makine seçiminde yapılan yanlıúlıktan dolayı ve kazı yapılan formasyonun kumtaúı+konglomera olması kazı iúini zorlaútırmıútır. Kazı sırasında keski sarfiyatı 2-3 adet/m3 olmuú ve makine ancak 2 m toplam ilerleme yapabilmiútir. Daha sonra delme-patlatma yöntemi ile kazı iúine devam edilmiútir (Akkaú 2010, Akçın ve Akkaú 2011). ODTÜ (1989), tarafından yapılan sınırlı çalıúmasına göre galeri ilerlemelerinde kollu galeri açma makinasının kullanımın orta a÷ır ve a÷ır KGAM’larla bile zor kazılabilece÷i belirtilmiútir. Ancak, Yaralı (2008), Bilgin vd. (2010) ve Ersoy vd. (2016) tarafından, havzada kollu galeri açma makinalarının kullanılabilirli÷i konusunda yaptıkları çalıúmalara göre uygun makine seçilmesi durumunda yüksek ilerlemeler elde edilecek úekilde uygulanabilirli÷ini ortaya koymuútur. Bu çalıúmalarda, havza kömür çevre kayaçlarının kazısında güçlü (200 kW’ın üzerinde) ve a÷ır tip galeri açma makinalarının kullanılabilece÷ini ifade edilmiútir Ancak, aúındırıcılı÷a ba÷lı olan keski tüketiminin yüksek olaca÷ı tespit edilmiútir. Buna en güzel örnek olarak da Hema Madencili÷in halen Amasra’da sürdü÷ü galerilerde 1 adet R60T, 2 adet R75T ve 1 adet AM105 KGAM kullanılmaktadır. Sürülen formasyonlar a÷ırlıklı olarak kiltaúı ve silttaúının yanı sıra yer yer kumtaúı ve konglomera olmasına ra÷men günlük ilerlemeler ortalama 4-5 m/gün civarındadır (Ersoy vd. 2016).
Taúkömürü Havzası’nın jeolojik durumu irdelendi÷inde birçok büyük atımlı fay ve tali faylarla parçalandı÷ı senklinal ve antiklinallerle yapının daha da karmaúık bir hale geldi÷i görülmektedir. Havzanın bu karmaúık yapısından dolayı üretimde mekanizasyon uygulanamamıú ve mekanize üretim yöntemlerine mesafeli duruú sergilenmiútir. Kurumda dik damarlarda ANù-2 kazı teçhizatı uygulaması yapılmıú ancak, hazırlıkların bu yönteme göre dizayn edilememesi ve üretim termininde süreklilik sa÷lanamaması nedeniyle beklenen sonuçlar alınamamıútır (Biçer 2014).
TTK’da emek yo÷un klasik üretim çalıúmalarından dolayı en büyük üretim maliyetini iúçilik giderleri oluúturmaktadır. øúçilik giderlerini sırasıyla malzeme ve enerji giderleri takip etmektedir. TTK, kurum bazında üretim maliyetleri içinde büyük paya sahip iúçilik ve malzeme giderlerini azaltmak amacıyla üretimde mekanizasyona yönelik araútırmalarını sürdürmüútür. 2011 yılında øspanya, Çek Cumhuriyeti gibi ülkelerde kendini kanıtlamıú MV4 tipi teçhizatın Kurum ocaklarında denenmesi ve baúarılı olunması halinde Havza çapında yaygınlaútırılması amacıyla üretimde mekanizasyon projesi uygulamaya koyulmuútur. Projenin ilk olarak kara tumba yöntemi ve yüksek basınçlı hava ile patlatma yöntemi kullanılarak üretim yapılan 40 derece ve üstü damarlarda uygulanması planlanmıútır. Bu çalıúmalardan elde edilen kazanım ve deneyimler do÷rultusunda havzanın tamamında olmasa da uygulama alanı olan sahalarda düúük e÷imli damarlarda da mekanize kazı sistemi ile üretime
baúlanması hedeflenmiútir. ølk etapta Amasra, Üzülmez, Kozlu ve Karadon TøM’deki (Kılıçlar Serisi damarları) dik damarlar için üretim planlaması yapılarak termin planı oluúturulmuútur. Mevcut teçhizatın 2014 yılında Amasra TøM’de, 2015-2017 yıllarında Üzülmez TøM’de ve 2018 yılından itibaren ise Kozlu TøM Kılıçlar serisinde kullanılması 2016 yılında 2. bir teçhizatın alınması ve bu teçhizatın Karadon TøM’de kullanılması planlanmıútır (Biçer 2014).
Dik damar mekanize kazı teçhizatı deneme çalıúmaları Amasra TøM’ de Tavan ayak ve Kalın damar panolarında yapılmıútır. Tavan damar uygulamasında pano içinde do÷rultu boyunca devam eden 7 m’ lik arızanın varlı÷ı buna ba÷lı olarak yo÷un taúkömür kesilmesinden dolayı verimli ve ekonomik bir çalıúma ortamı oluúmadı÷ından dolayı deneme çalıúmaları 210 günlük deneme programı içinde yer alan Kalın Damarda sürdürülmüútür. Yapılan de÷erlendirme her iki panoda yapılan çalıúmalarda karúılaúılan problemleri ve sa÷lanan ilerlemeleri içermektedir. Tavan damarda yapılan çalıúmada verimli bir sonuç alınamamıú bu ayaktaki çalıúmalar genelde problemler içinde belirtilmiútir. Kalın damarda uygulanan çalıúmalar ise verimli bir úekilde sürdürülmüú yine bu panoda da oluúan arıza ve çalıúma süreci irdelenmiútir (Biçer 2014).
Yukarıda anlatılanların ıúı÷ı altında, Türkiye Taúkömürü Kurumu tüvenan kömür üretimini artırmak için yeniden yapılanma dönemi içinde oldu÷u anlaúılmaktadır.
Ancak, madencilik faaliyetlerinde hazırlık iúi olmadan üretimin olmayaca÷ı bilinmektedir. Bu sebeple, üretimi artırmak için yapılan çalıúmaların yanında galeri ve hazırlık iúlerinin de iyileútirilmesi gerekti÷i ortaya çıkmaktadır. Bu çalıúma kapsamında, 1994 yılından itibaren Bülent Ecevit Üniversitesi Maden Mühendisli÷i Bölümü’nde Zonguldak Havzası kömür çevre kayaçları üzerinde yapılan çalıúmalar sonucu elde edilen dayanım ve aúınma deneyleri sonuçları de÷erlendirilmiútir. Elde edilen verilere göre galeri ilerlemelerinde KGAM kullanılması yönünde öneriler sunulması amaçlanmıútır.
2. LABORATUVAR ÇALIùMALARI VE DEöERLENDøRøLMESø 2.1. Tek Eksenli Basınç Dayanımı Deneyi
Bu deney, silindirik bir úekle sahip kayaç malzemesi örneklerinin tek eksenli basınç dayanımının tayini amacıyla yapılmaktadır. Deneysel çalıúmalarda ISRM (1979) tarafından önerilen yöntem izlenmiútir. Her kaya tipi için deney 5 kez tekrarlanmıútır.
Deneyler, 200 ton kapasiteli hidrolik preste ve ortalama 0.5 MPa/s yükleme hızında yapılmıútır. Deney sonuçlarından kaya malzemesinin tek eksenli basınç dayanımı Eúitlik 1’den bulunmuútur. Çizelge 1’de dayanım sınıfı verilmiútir.
σc = F/A (1)
Burada; σc: Tek eksenli basınç dayanımı , (MPa); F: Yenilme anında kaydedilen yük, (N) A: Silindirik örne÷in kesit alanı (= π. (D/2)²) ; D: Örnek çapı, (mm)’dir.
Çizelge 1. ISRM (1980) tarafından önerilen tek eksenli basınç dayanımına (σc) göre kaya malzemesinin tanımlanması.
Tek eksenli basınç dayanımı, σC (MPa) Dayanım sınıfı
<6 Çok Düúük
6-20 Düúük
20-60 Orta
60-200 Yüksek
>200 Çok yüksek
Bu çalıúmada Karadon, Üzülmez ve Kozlu Müesseselerine ait kömür çevre kayaçlarının tek eksenli basınç dayanımlarının de÷iúim aralıkları ùekil 3’de verilmiútir. ùekil 3 incelendi÷inde, kumtaúlarının tek eksenli basınç dayanımlarının 60 ile 150 MPa arasında, silttaúlarının ise 30 ile 80 MPa arasında de÷iúti÷i, Çizelge 1’e göre bu kayaçların yüksek dayanım sınıfında yer aldı÷ı görülmektedir. Amasra Müessesesi kömür çevre kayaçlarının tek eksenli basınç dayanımları sınırlı sayıda oldu÷u için burada verilmemiútir. Havzadaki tavan ve taban kayaçları üzerinde Bilgin ve Shahriar (1988) tarafından yapılmıú çalıúmalarda úist, kumtaúı, konglomera ve çamurtaúından oluúan numunelerin basınç dayanımlarının 24 ile 90 MPa arasında de÷iúti÷i saptamıútır. Bir baúka çalıúmada ise tavan ve taban kayaçlarının basınç dayanımlarının 70-100 MPa de÷erleri arasında de÷iúti÷i belirtilmiútir (Bilgin vd.
2010). Hattat Holding tarafından yaptırılan çalıúmalarda kömür yan kayaçlarına ait tek eksenli basınç dayanımı de÷erlerinin 20 ile 156 MPa arasında, Brazilian çekme dayanımı de÷erlerinin ise 0.62 ile 13.53 MPa arasında de÷iúti÷i belirtilmiútir (Sandvik 2008)..
2.2. CERCHAR Aúınma øndeks Deneyi
Cerchar aúınma indeks (CAI) deneyi kayaçların aúındırıcılıklarının ve keski ömrünün do÷ru olarak belirlenmesinde kullanılan yaygın bir deney yöntemi haline gelmiútir.
Ayrıca, Cerchar aúınma indeks deneyi tam cephe ve kollu galeri açma makinaları için kullanılan performans tahmin modellerinde ve mekanize kazı makinalarının keski tüketiminin tahmin edilmesinde de yaygın olarak kullanılmaktadır (Özdemir vd.
1991, Wijk 1992, Rostami vd. 1994, Rostami vd. 1996, Plinninger vd. 2003, Rostami vd. 2005, Bilgin vd. 2005, Kasling ve Thuro 2010, Yaralı ve Duru 2016).
ISRM (2015), Cerchar aúınma indeks deneyini, birinci nesil (klasik) deney aleti için 1±0.5 saniye, ikinci nesil (West) deney aleti için 10±2 saniye boyunca ve 70 N’luk statik yük altında, 2000 N/mm2 çekme dayanımına sahip standart krom vanadyum alaúımlı so÷uk iú takım çeli÷inden üretilmiú Rockwell Sertli÷i HRC55±1 olan ve 90°
tepe açılı konik bir ucun taze kırılmıú bir kayaç yüzeyinde 10 mm çekilmesi úeklinde
ùekil 3. Karadon, Üzülmez ve Kozlu Müesseselerine ait kömür çevre kayaçlarının tek eksenli basınç dayanımlarının de÷iúim aralıkları (n= örnek sayısı) (ZEDEM 1994, Yaralı 2008, Yaralı vd. 2008a, Yaralı vd. 2014).
gerçekleútirilen deney yöntemi olarak tarif etmiútir. Cerchar aúınma indeks deneyi için önerilmiú üç tane deney yöntemi önerisi bulunmaktadır. Bunlardan birincisi, 1986 yılında Cerchar Enstitüsü’nün önerdi÷i NF P94-430-1 nolu yöntem (AFNOR 2000), ikincisi ASTM D7625-10 (2010) tarafından önerilen yöntem ve sonuncusu da ISRM (2015) tarafından önerilen yöntemdir. CERCHAR (1986) ve ISRM (2015) göre CAI için aúındırıcılık sınıflaması verilmiútir (Çizelge 2 - 3).
Çizelge 2. Düz yüzeyler için CAI sınıflaması (CERCHAR 1986).
Sınıfı CAI De÷eri
Çok aúındırıcı de÷il 0.3 – 0.5
Hafif aúındırıcı 0.5 – 1.0
Orta aúındırıcı- aúındırıcı 1.0 – 2.0
Çok aúındırıcı 2.0 – 4.0
Oldukça fazla aúındırıcı 4.0 – 6.0
Çizelge 3. Pürüzlü yüzeyler için CAI sınıflaması (ISRM 2015).
Sınıfı CAI De÷eri
Aúırı düúük 0.1 – 0.4
Çok düúük 0.5 – 0.9
Düúük 1.0 – 1.9
Orta aúındırıcı 2.0 – 2.9
Yüksek 3.0 – 3.9
Çok Yüksek 4.0 – 4.9
Aúırı yüksek 5
Bu çalıúmada, TTK Üzülmez, Karadon ve Üzülmez Müesseseleri’ne ait 98 adet kömür çevre kayacı için farklı çalıúmalardan elde edilen CAI de÷erleri ile CERCHAR (1986)’ya göre aúındırıcılık sınıflaması ùekil 4’te gösterilmiútir. ùekil 4 incelendi÷inde silttaúlarının aúındırıcı- çok aúındırıcı sınıfında, kumtaúlarının ise çok aúındırıcı sınıfında yer aldı÷ı görülmektedir. Bilgin (2013) tarafından yapılan çalıúmada Amasra Havza’sı kayaçları için Cerchar aúındırıcılık indeks de÷erlerinin 0.8 ile 3.1 arasında oldu÷u saptanmıútır. Yaralı (2004), Yaralı ve Akçın (2005), Yaralı vd. (2008a), Yaralı vd. (2008b) ve Yaralı vd. (2014) yaptıkları petrografik analizlere göre silttaúları içinde kuvars oranlarının %30 ile %70, kumtaúları içinde kuvars oranının ise %40 ile %85 arasında de÷iúti÷ini belirlemiúlerdir. Buna göre bazı kömür çevre kayaçlarının (silttaúı, kiltaúı) dayanımlarının orta dayanım sınıfında yer almasına ra÷men içindeki kuvars oranının fazla olması durumu söz konusudur.
2.3. De÷erlendirmeler
Tamrock (1999) tarafından önerilen kollu galeri açma makinelerinin seçiminde kullanılan yaklaúım Çizelge 4’te verilmiútir. Buna göre Zonguldak Havzası kömür
çevre kayaçları içinde taban yolları açılmasında kesme kafası gücü en az 160 kW olan, ana galerilerin açılmasında da kesme kafası gücü 200 ile 250 kW olan kollu galeri açma makinası kullanımın uygun olaca÷ı görülmektedir.
ùekil 4. Karadon, Üzülmez ve Kozlu Müesseselerine ait kömür çevre kayaçlarının Cerchar aúınma indeks (CAI) de÷erleri ile aúındırıcılık sınıflamaları (n=
örnek sayısı) (Yaralı ve Avcı 2002, Yaralı 2004, Yaralı ve Akçın 2005, Yaralı vd. 2008a, Yaralı vd. 2008b, Yaralı vd. 2014).
Çizelge 4. Kollu galeri açma makinalarının (KGAM) sınıflaması (Tamrock 1999).
KGAM Sınıfı
A÷ırlık (Ton)
Kesme Kafası Gücü (kW)
KAZI
Standart Kesitte Geniú Kesitte Maksimum
Kesit (m2)
ıc (MPa)
Maksimum Kesit (m2)
ıc (MPa)
Hafif 8-40 50-170 ~ 25 60-80 ~ 40 20-40
Orta 40-70 160-230 ~ 30 80-100 ~ 60 40-60
A÷ır 70-110 250-300 ~ 40 100-120 ~ 70 50-70
Çok a÷ır >100 350-400 ~ 45 120-140 ~ 80 80-110
Bilgin vd. (2006), 22 farklı kayaç örne÷i üzerinde yapılan tam boyutlu kesme deneyleri sonucunda kayacın tek eksenli basınç dayanımı ile spesifik enerji arasında do÷rusal iliúkiyi (R2 = 0.7599) veren ampirik bir ba÷ıntı geliútirmiúlerdir (Eúitlik 2).
SEopt = 0.0826ıc + 1.424 (2)
Burada ;
SEopt : Optimum spesifik enerji (kWh/m3), (Tam boyutlu kesme deneyinden belirlenir)
ıc :Tek eksenli basınç dayanımı (MPa)
Oldukça yaygın kabul gören ve her tür kesici makine için kullanılabilen anlık kesme miktarını veren ampirik ba÷ıntı Rostami vd. (1994) tarafından geliútirilmiútir. Bu ba÷ıntı Eúitlik 3’te verilmiútir.
ICR = k. (P /SEopt) (3)
Burada;
ICR : Net kazı miktarı (m3/h)
P: Optimum úartlarda mekanize kazı makinesinin harcayaca÷ı güç (kW) k: Enerji transfer katsayısı (kollu galeri açma makinaları için 0.45-0.55)
Zonguldak Havzası kömür çevre kayaçlarının tek eksenli basınç dayanımlarının 60 ile 140 MPa arasında de÷iúmektedir. Eúitlik 2 ve 3 kullanılarak tek eksenli basınç dayanımı ile farklı kesme güçlerinde kollu galeri açma makinası kullanılması durumuna göre anlık kazı miktarı tahmin nomogramı ùekil 5’te gösterilmiútir (enerji transfer katsayısı ortalama 0.50 alınmıútır).
ùekil 5. Kollu galeri açma makinaları için tek eksenli basınç dayanımı ve kesici kafa gücüne ba÷lı olarak net kazı miktarı tahmin nomogramı.
Kollu galeri açma makinalarından yararlanma oranı %20 ile %40 arasında de÷iúmektedir (Çopur vd. 2014). Bu açıklama ıúı÷ı altında KGAM yapılacak galeri ilerlemelerinde en iyi ihtimalle 12 m3/h, en kötü durumda ise 6 m3/h’lik kazı yapılabilecektir.
Kayaçların kazılabilirliklerinin hakkında daha kesin bir yargıya varmak için, keski tüketimlerinin de tahmin edilmesi gereklidir. Konik veya radyal tip keskiler için tüketim tahmini Eúitlik 4’e göre hesap edilebilir (Johnson ve Fowell 1986, Çopur vd.
2014’ten). Buna göre CAI’daki de÷iúime ba÷lı olarak KGAM’ları ile yapılacak galeri ilerlemelerinde 0.33 ile 0.81 keski/m3’lük keski tüketimi olaca÷ı tahmin edilmektedir (ùekil 6).
BKT = t. CAI / 4 (4)
Burada;
BKT : Birim keski tüketimi (keski/m3), CAI : Cerchar aúınma indeksi,
t : Kesici kafa dönüú hızı ve su püskürtme (keski so÷utma veya toz bastırma için) ile ilgili katsayı (Özdemir 1995).
ùekil 6. Cerchar aúınma indeksine ba÷lı olarak tahmini keski tüketimleri.
3. SONUÇLAR
Bu çalıúmada, TTK’da galeri ve taban yollarında kollu galeri açma makinası (KGAM) kullanılmasına yönelik performans de÷erlendirmesi yapılmıútır. Bu amaçla, Bülent Ecevit Üniversitesi Maden Mühendisli÷i Bölümü’nde 1994 yılından itibaren Zonguldak Havza’sında yürütülen çeúitli proje ve çalıúmalardan elde edilen laboratuar verileri incelenmiútir. Özellikle makine performansını etkileyen en önemli parametrelerden biri olan kayacın tek eksenli basınç dayanımı (ıc) ile Cerchar aúınma indeks (CAI) deney sonuçları göz önünde bulundurulmuútur.
TTK’ya ba÷lı Karadon, Üzülmez ve Kozlu Müessesesi kömür çevre kayaçlarına ait tek eksenli basınç dayanımlarına (veri sayısı (n) =140) bakıldı÷ında silttaúlarının (ıc= 30-80 MPa) orta – yüksek, kumtaúlarının (ıc= 60-150 MPa) ise yüksek dayanım
sınıfında yer aldı÷ı görülmektedir. Buna göre Zonguldak Havzası kömür çevre kayaçları içinde taban yolları açılmasında kesme kafası gücü en az 160 kW olan, ana galerilerin açılmasında da kesme kafası gücü 200 ile 250 kW olan kollu galeri açma makinası kullanımın uygun olaca÷ı beklenmektedir. Bu sonuç, Yaralı (2008), Bilgin vd. (2010) ve Ersoy vd. (2016) yaptıkları çalıúmalara paralellik göstermektedir.
KGAM için performans de÷erlendirmesi yapılırken Iliteratürde bir çok araútırmacın belirtti÷i gibi tek eksenli basınç dayanımın de÷eri ile performans belirlemenin yanıltıcı olabilece÷i vurgulanmıútır. Bunun yanında kırık-çatlaklılık durumu, yeraltı suyu durumu vs gibi kayaçların kütlesel özelliklerinin de de÷erlendirilmesi gerekmektedir. Kırık-çatlaklılık arttı÷ı zaman KGAM’lerinin kazı hızları da artacaktır (McFeat-Smith ve Fowell 1977, 1979). Ancak geçilen formasyonun kırıklı çatlaklı olma durumunda tahkimat problemi söz konusu olaca÷ından makinadan yaralanma oranı düúecek, dolayısıyla da ilerleme/kazı miktarları da azalacaktır. Bu duruma en güzel örnek, Hema Amasra Taúkömürü øúletmesi’nde kullanılan AM105 tip KGAM makinasıyla yapılan galeri ilerlemelerinde görülmektedir. Masif kayaçlar içinde yapılan galeri ilerlemelerinde (25 m2 kesit) ortalama 6 m/gün söz konusuyken, kırıklı-çatlaklı kayaçlar içinde yapılan galeri ilerlemelerinde 3-4 m/gün seviyelerine düútü÷ü kaydedilmiútir (Kıran 2018). Literatürde, KGAM ile yapılacak galeri ilerlemelerinde tahmini kazı miktarını belirlerken k de÷eri eksenel kafalar için 0.45, travers kafalar için 0.55 önerilmiútir (Bilgin vd 2014). Kesici kafa tipi seçiminde detaylı arazi ve laboratuar çalıúmaları gerekti÷inden bu çalıúma için k de÷eri ortalama bir de÷er olarak 0.5 alınmıútır. Bu açıklama ıúı÷ı altında KGAM yapılacak galeri ilerlemelerinde en iyi ihtimalle 12 m3/h, en kötü durumda ise 6 m3/h’lik kazı yapılabilecektir.
Kayacın içindeki aúındırıcı mineral oranına ba÷lı olarak, CAI verilerine (veri sayısı (n) =98) göre ise silttaúlarının orta-aúındırıcı-çok aúındırıcı sınıfında, kumtaúlarının ise çok aúındırıcı sınıfında yer aldı÷ı saptanmıútır.Ancak CAI de÷eri 3 ve daha fazla olan yerlerde makine performansının fazla etkilenmedi÷i ortadadır. CAI de÷eri yüksek olması tek baúına yeterli de÷ildir. Kayacın çimentolanma derecesi, aúındırıcı mineral içeri÷i ve kuvars tane boyu gibi petrografik özelliklerle birlikte de÷erlendirilmesi daha uygun olacaktır. CAI 4 olup ta çimentolanma derecesi düúük ise keski tüketimine etkisi fazla olmayabilir. Oysa CAI de÷eri 2 olup çimentolanma derecesi yüksek bir kayacın kazısında keski tüketimi fazla olabilece÷i gibi makine performansını da olumsuz etkiyece÷i beklenmektedir. (Arı 1992, Yaralı 2004, Yaralı ve Akçın 2005). Bu çalıúmada, KGAM’ları ile yapılacak galeri ilerlemelerinde CAI’ya göre tahmini keski tüketimi ampirik bir ba÷ıntı ile belirlenmiútir (Eúitlik 4).
Buna göre tahmini keski tüketimi 0.33 keski/m3 ile 0.81 keski/m3’ olaca÷ı tahmin edilmektedir. Bu de÷erlerin pratikte çok yüksek oldu÷unu, 0.5 keski/m3’ün üzerinde kazının gerçekleúemeyece÷i (keskiler formasyona penetre edemez) ve 0.2 ile 0.5 keski/m3 arasındaki tüketimlerin çok kısa mesafeler için mümkün olabilece÷i literatürde çok sayıda vaka analizine dayanarak ortaya konulmuútur (Bilgin vd.
2014).
Bu çalıúma bir ön araútırma olarak bakılması, hangi tip makine seçilece÷i ve performansının ne olaca÷ı ortaya konulması için daha detaylı arazi ve laboratuar çalıúmalarının yapılmasına yönelik tavsiye nitelindedir. Ayrıca, sadece makine kullanımına bakılarak galeri ilerleme randımanları de÷erlendirilmemelidir. Nakliyat (pasa, malzeme temini vb.), havalandırma, su atımı, kalifiye eleman gibi di÷er parametrelerinde göz önünde bulundurulması gerekir. Hema Amasra Taúkömürü øúletmesi’nde KGAM makinası kullanımı baúarıyla sürdürülmektedir. Yaralı (2008), Bilgin vd. (2010) ve Ersoy vd. (2016) tarafından yapılan çalıúmalarda da, havzada galeri ilerlemelerinde kollu galeri açma makinaları kazı ile hızlı ve ekonomik kazı yapmak mümkün olaca÷ını ortaya koymuúlardır.
KAYNAKLAR
AFNOR, 2000. Determination Du Pouvoir Abrasive D’une Roche - Partie 1:Essai de Rayure Avec Une Pointe (NF P 94-430-1) Paris, 24 p.
Akçın, N.A., Yaralı, O., Bilir, E. ve Su, O., 2009. TTK’da Kullanılan Monoblok Burguların Uç Açısının Delme Hızı ve Uç Ömrüne Etkisinin øncelenmesi, Araútırma Projesi Final Raporu, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi, Zonguldak, s.76.
Akçın, N.A., Akkaú, E., 2011. Gelik øúletmesi’nde Kullanılan Kollu Galeri Açma Makinasının Performansının øncelenmesi, Türkiye 22. Uluslararası Madencilik Kongresi ve Sergisi, s. 171- 180, Ankara.
Akkaú, E., 2010. Gelik øúletmesi’nde Kullanılan Kollu Galeri Açma Makinasının Performansına Etki Eden Etkenlerin Araútırılması, Yüksek Lisans Tezi, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi, Zonguldak, 75 s.
ASTM (2010) Standard Test Method for Laboratory Determination of Abrasiveness of Rock Using the CERCHAR Method, Designation: D7625-10.
Biçer, N. 2014. Türkiye Taúkömürü Kurumu Üretimde Mekanizasyon Projesi, Türkiye 19. Kömür Kong. Bildiriler Kitabı, s. 435-450.
Bilgin, N., Shahriar, K., 1988, Madenlerde Mekanize Kazı için Bir Ölçme Sisteminin Geliútirilmesi ve Amasra Karbonifer Havzasına Uygulanıúı, Türkiye 6. Kömür Kongresi, Zonguldak, 23-27
Mayıs, s. 13-28
Bilgin, N., Akgün, S.I., Shahriar, K., 1988, Amasra Karbonifer Havzasındaki Damarların Mekanik Dayanımları Açısından Sınıflandırılması, Türkiye 6. Kömür Kongresi, Zonguldak, 23-27 Mayıs, s. 411-425
Bilgin, N., Balcı, C. ve Çopur, H. 2005. Tünel Açma Makinelerinin Seçim Ve Tasarım ølkeleri Ve Performans Tahmin Yöntemleri, 2. øú Makineleri Sempozyumu ve Sergisi, TMMOB Makine Mühendisleri Odası, 29-30 Eylül-1 Ekim, østanbul, s. 227-240.
Bilgin N., Temizyürek, ø., Çopur H., Balcı, C., Tumaç, D., 2010, TTK Amasra Bölgesi Kalın Damarın Kesilebilirlik Özellikleri ve Mekanize Kazısı Üzerine Bazı Görüúler, Ed. K. Çolak, H.
Aydın, Türkiye 17. Kömür Kongresi, TMMOB Maden Mühendisleri Odası, Zonguldak, 2-4 Haziran, s. 217-229
Bilgin, N., Copur, H., Balci, C., 2014. Mechanical Excavation in Mining and Civil Industries. CRC Press, Taylor & Francis Group.
CERCHAR, 1986. Centre d'Etudes et Recherches de Charbonnages de France.: The Cerchar Abrasiveness Index. 12 p.
Cihan, E., Balcı, C. Ve ùenkal, S.S., 2016. Amasra Taúkömürü Havzasında Çalıúan Kollu Galeri Açma Makinesin Performans De÷erlendirmesi, Türkiye 20. Kömür Kong. Bildiriler Kitabı, s.
37-47.
Çopur,H., Balcı,C., Tumaç, D., Avunduk, E., Çomaklı, R., Polat, C., 2014 Amasya-Suluova Bölgesinde bir kömür Oca÷ının galeri kazıları için kollu galeri Açma makinesi seçimi ve performans tahmini, Türkiye 19. Kömür Kong. Bildiriler Kitabı, s. 87-104.
Ersoy, C., Balcı, C., ùenkal, S.S., 2016. Amasra Taúkömürü Havzasında Çalıúan Kollu Galeri Açma Makinesinin Performans De÷erlendirmesi, Türkiye 20. Kömür Kongresi Bildiriler Kitabı, s. 37- 47, Zonguldak.
Eskikaya, ù., Bilgin, N., and Acaro÷lu, Ö., 2000. Study of Selecting Most Economical Roadway Drivages Method for Zonguldak Hard Coal Mining Area, Word Tunnel Congress-Tunnels Under Pressure, 13- 18 May, s. 140-153, Durban, S.A..
ISRM 2015. Suggested Method For Determining The Abrasivity Of Rock By The Cerchar Abrasivity Test, The ISRM Suggested Method for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 2007-2014, Edt: R. Ulusay, Springer, DOI:10.1007-978-3-319-07713-0 pp.101-106.
ISRM, 1979. Suggested Method for Determining the Uniaxial Compresive Strength and Deformability of Rock Materials, Int. J. Rock Mech. Min. Sci.& Geomech. Abstr. , 16, 135-140.
ISRM, 1980., Basic Geotechnical Desaiptian of Rock Masses, Int. J. Rock MechMin. Sci. And Geomech. Abstr., 18: 85-110.
Jonson, S. T. and Fowell, R. J. 1986. Compresive Strenght is Not Enough: Assessing Pick Wear Rates for Drag Tool Equipped Machines, Proc. 27th US Rock Mech. Symp. AIME. Tuscaloosa, pp. 286-292.
Kasling, H. and Thuro, K. 2010. Determining Rock Abrasivity in the Laboratory, In: Zhao, Labiouse, Dudt, Mathier (eds) Rock Mechanics in Civil and Environmental Engineering -Proc EUROCK 2010 Taylor & Francis, London, pp.425-4.
Kel, K., 2003. Zonguldak Havzası Kömür Çevre Kayaçlarının Kazılabilirli÷inin øncelenmesi.
Doktora Tezi (yayınlanmamıú), Zonguldak Karaelmas Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Maden Mühendisli÷i Anabilim Dalı, Zonguldak, s.181.
Kıran, H. 2018. Kiúisel görüúme. Hema Amasra Taúkömürü øúletmesi, Bartın.
ODTÜ,1989. Asma ve Gelik øúletmeleri Kömür ve Kayaçlarının Kaya Mekani÷i ve Dizayn Parametrelerinin Çıkartılmasının Araútırılması, ODTÜ Maden Müh. Böl. ve H.Ü. Zong. Müh.
Fak. Maden Müh. Böl., Araútırma Projesi, s. 80.
Özdemir, L., 1995, Mechanical Mining Technology for Hard Rock, Short Course, Colorado School of Mines, Golden.
Özdemir, L., Gertsch, L., Neil, D., Fiant, J., 1991. Performance Predictions for Mechanical Evcavation in Yucca Mountain Tuffs. EMI-Report. SAND 91-1035, s.18
Plinninger, R., Kasling, H., Thuro, K. and Spaun, G., 2003. Testing Conditions And Geomechanical Properties ønfluencing The Cerchar Abrasiveness Index (CAI) Value. Technical Note, Int.
Journal of Rock Mech.&Mining Sciences, Vol. 40, pp 259-263.
Rostami, L, Özdemir, L.,Neil D., 1994. Roadheader Performance Optimization for Mining and Civil Construction, Proceedings of Institute of Shaft Drilling Tech, Nisan 18-21
Rostami, J., Özdemir, L. and Nilsen, B. 1996. Comparison Between CSM and NTH Hard Rock TBM Performance Prediction Models, In Proc. 16th Int. ISDT Symposium, Las Vegas, USA, pp.
1-11.
Rostami, J., Özdemir L., Bruland, A. and Dahl, F. 2005. Review Of Issues Related To Cerchar Abrasivity Testing and Their Implications on geotechnical investigations and cutter cost estimates. Rapid Excavation and Tunnelling Conference., Seattle, WA.USA. pp. 15-14.
Sandvik Mining and Construction GmbH, 2008, Preliminary Geotechnical Report for Hema Amasra Mining Company.
Su, O. 2015. Küresel ve Balistik Tip Buton Uçların Delme Hızı ve Aúınma Oranlarının Kumtaúı Kayacında Analizi, 8. Delme-Patlatma Sempozyumu Bildiriler Kitabı, østanbul, s.51-59.
Su, O. 2017. Türkiye Taúkömürü Kurumu’ndaki Galeri ølerleme Hızlarının De÷erlendirilmesi, Proceedings of 6th International Congress of Mining Machinery & Technologies, øzmir, s. 255- 262.
Tamrock, 1999. Rock Excavation Handbook, , Sandvik Tamrock Corp., 305 p
TTK, 2017. TTK Üretim ve Hazırlık Faaliyetleri Tabloları, Türkiye Taúkömürü Kurumu, (http://www.taskomuru.gov.tr/index.php?page=sayfagoster&id=152) (06.01.2016)
Valantin, A. 1973. Examen Des Differens Procedes Classiques De Determination De La Nocivite des roches vis-à-vis de l’attaque mecaniqe, pp. 133–140.
Wijk, G. 1992. A Model Of Tunnel Boring Machine Performance, Geotechnical and Geological Engineering, Chapman & Hall, 10, pp.19-21.
Yaralı, O. 2000. TTK’da Galeri ølerlemesinde Kullanılan Klasik ve Mekanize Sistemlerin Karúılaútırılması, Türkiye 12. Kömür Kongresi Bildiriler Kitabı, Zonguldak, s. 137-146.
Yaralı, O. ve Avcı, F. 2002. TTK Asma-Dilaver Kömür Çevre Kayaçlarının Cerchar Aúındırıcılık øndeks Özelliklerinin ve Mekanik Kazılabilirliklerinin ørdelenmesi, Türkiye 13. Kömür Kong.
Bildiriler Kitabı, s. 259-270.
Yaralı, O., 2004. Kömür Çevre Kayaçlarının Petrografik Özellikleri ile Aúındırıcılık Özellikleri Arasındaki øliúkilerin øncelenmesi, ZKÜ Araútırma Fonu Final Raporu, Zonguldak, s.44.
Yaralı, O. ve Akçın, N., 2005. Zonguldak Taúkömür Havzası Kömür Çevre Kayaçlarının Aúındırıcılık Özelliklerinin Araútırılması, Türkiye Uluslararası 19. Madencilik Kongresi Kitabı, TMMOB Maden Müh. Odası Yayını, s.243-251, øzmir.
Yaralı, O., 2008. Türkiye Taúkömürü Kurumu Galeri ølerlemelerinde Kollu Galeri Açma Makinalarının Kullanımının Araútırılması, Türkiye 16. Kömür Kong. Bildiriler Kitabı, s. 77-93.
Yaralı, O., Bacak, G. ve Soyer, E. 2008a. Mekanik Kazıda Kayaçlarının Petrografik Özellikleri øle Delinebilirlik ve Aúındırıcılık Özellikleri Arasındaki øliúkilerin øncelenmesi, TÜBøTAK Projesi, No: 104M437, Final Raporu (yayınlanmamıú), 140p.
Yaralı, O., Yasar, E., Bacak, G. and Ranjith, P.G. 2008b. A Study Of Rock Abrasivity And Tool Wear In Coal Measures Rocks. Int. J. of Coal Geology. 74(1): 53-59.
Yaralı, O., Aydın, H., Bacak, G. ve Duru, H. 2014. Cerchar Aúındırıcılık øndeksi øçin Standart Test Yönteminin Geliútirilmesi, TÜBøTAK Projesi, No: 110M579, Final Raporu (yayınlanmamıú), 126p.
Yaralı, O. and Duru, H. 2016. Investigation Into Effect Of Scratch Length And Surface Condition On Cerchar Abrasivity Index, Tunnelling and Underground Space Technology, 60 pp. 111-120.
