Zonguldak havzası kömür çevre kayaçlarının kazılabilirliğinin incelenmesi
Investigation of the cuttability of coal measure rocks in Zonguldak coal basin
- Tez No: 140002
- Danışmanlar: PROF. DR. NURİ ALİ AKÇIN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Maden Mühendisliği ve Madencilik, Mining Engineering and Mining
- Anahtar Kelimeler: Doğrusal kazı seti, Spesifik Enerji, Zonguldak Havzası, kömür çevre kayaçları, galeri açma makinası seçimi, kesilebilirlik, kazılabilirlik
- Yıl: 2003
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Zonguldak Karaelmas Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 204
Özet
ÖZET Doktora Tezi ZONGULDAK HAVZASI KÖMÜR ÇEVRE KAYAÇLARININ KAZILABİLİRLİĞİNİN İNCELENMESİ Kebire KEL Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Maden Mühendisliği Anabilim Dalı Tez Danışmanı: Prof. Dr. Nuri Ali AKÇIN Aralık 2003, 181 sayfa Galeri açma işlemleri, madencilik faaliyetlerinin önemli bir kısmını oluşturmaktadır ve üretim maliyetlerini direkt olarak etkilemektedir. Bilinen en eski ve en geleneksel galeri açma yöntemi delme-patlatma yöntemidir. Dünyadaki teknolojik ilerlemelere paralel olarak galeri açma işlemlerinde de oldukça çarpıcı gelişmeler olmuştur. Son 40 yıldır, daha hızlı, etkin ve güvenli oluşları nedeniyle galeri açma makinaları (GAM) madencilik ve tünelcilik işlemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ülkemizin tek taşkömürü üreticisi konumunda olan, Türkiye Taşkömürleri Kurumu (TTK) ocaklarında hazırlık galerileri delme-patlatma yöntemiyle sürülmektedir. Bu yöntemle yılda 4500-5000 m galeri sürülmektedir. Bu rakamlar önceki yıllarla kıyaslandığında oldukça düşüktür. Ulaşılan randımanlar ise 8-12 cm/yev'dir ve işçilik maliyetleri oldukça yüksektir. Galeri açma işlemlerini hızlandırmak ve hazırlıkları zamanında yetiştirmek için elektro- hidrolik delici ve yükleyicilerin ocaklarda kullanımı yaygınlaştırılmıştır. Ne yazık ki, bu iyileştirme ve gelişmelere rağmen, arzulanan hedeflere ulaşılamamıştır. ıııÖZET (devam ediyor) Zonguldak Kömür Havzasında, delme patlatma yöntemi yerine GAM kullanılıp kullanılmayacağına ilişkin yapılan çalışmalar sınırlıdır. Bu sınırlı çalışmalarda; kömür çevre kayaçları ve kömürler üzerinde minyatür (küçük ölçekli) keskiler kullanılarak kesme deneyleri yapılmış ve bu deney sonuçları ile de havza kayaçlarmm GAM' la kazılamayacağı ve dolayısıyla da GAM kullanılamayacağı sonucuna ulaşılmıştır. Bu çalışmada, Zonguldak Havzası kömür çevre kayaçlarının kazılmasında GAM kullanılıp kullanılmayacağına dair daha geniş kapsamlı bir araştırma yapılmıştır. Çalışmanın temelini oluşturan kesme deneyleri, İstanbul Teknik Üniversitesi, Maden Fakültesi, Kazı Mekanizasyonu Laboratuvarında bulunan birebir ölçekli doğrusal kazı setinde yapılmıştır. Deneyler için, havza formasyonlarını en iyi temsil eden 5 farklı kayaçtan örnek alınmıştır. Bunlar; Kumtaşı-1, Kumtaşı-2, Kireçtaşı,3, Kumtaşı-4 ve Silttaşı-5 şeklinde kodlanmıştır. Kesme deneylerinde her biri yaklaşık 0,4x0,4x0,8 m ebadmdaki kaya blokları kullanılmıştır. Önce, bu örneklerin bazı fiziksel ve mekanik özellikleri belirlenmiştir. Sonra, İTÜ doğrusal kazı setinde bu kayaçlar üzerinde kesme deneyleri yapılmış, kesme deney sonuçlarından da GAM kazı hızları tahmin edilmeye çalışılmıştır. Kesme deneylerinin çoğunluğunda uç açısı 80° olan Sandvik S35/80H kalem uç keski ve 57° lik keski tutucu kullanılmıştır. Ancak sadece Kumtaşı-2 kayacı için 105° uç açılı Board U47HD30 kalem uç keski ve 44°' lik keski tutucu kullanılmıştır. Deneyler sırasında keski ucuna gelen kuvvetler otomatik olarak kaydedilmiştir. Kesme izlerinin ölçülmesi ve çıkan paşanın tartılmasıyla da Spesifik Enerji (SE) değerleri hesaplanmıştır. Kesme deneyleri, iki aşamalı olarak yapılmıştır. Deneylerin ilk aşamasında; 3, 6 ve 9 mm kesme derinliklerinde bağımsız kesme deneyleri yapılmıştır. Bu deneylerin sonucunda da (d=9 mm) optimum kesme derinliği belirlenmiştir ve bu aşamada yapılan deneyler I. Grup-I.Aşama Deneyler olarak adlandırılmıştır. Deneylerin ikinci aşamasında, ilk aşamada elde edilen 9 mm' lik optimum kesme derinliğinde bağımlı kesme deneyleri yapılmıştır. ivÖZET (devam ediyor) 9 mm'lik kesme derinliklerinde, keskiler arası mesafe 9, 18, 27 ve 45 mm olacak şekilde deneyler tekrarlanmıştır. Keskiler arası mesafe kavramı, kesme izleri arası mesafe ile ayarlanmıştır. Bu deneyler, değerlendirme sırasında II.Grup-II. Aşama deneyler olarak adlandırılmıştır. Bu aşamada elde edilen deney sonuçlarından optimum Spesifik Enerji (SE) ve optimum keskiler arası mesafe (s) belirlenmiştir. Her bir kayaç için elde edilen optimum SE değerleri ile çıkan paşaların elek analizinden elde edilen Pasa İrilik Katsayısı (PİK) değerleri, kayaçların mekanik, indeks ve fiziksel özellikleri arasında ilişkiler kurulmuştur. Ayrıca, laboratuvar ortamında elde edilen SE değerleri, değişik kesme gücüne sahip GAM için aşağıdaki eşitlik kullanılarak havza kayaçları içinde açılacak hazırlık galerilerinde net kazı hızları tahmin edilmiştir. ICR=k*P*/R Burada;“ICR”(m /h) net kazı hızı,“k”,0,7-0,8 arasında değişen enerji transfer oranı,“P”(kW) GAM kesme kafası gücü ve“R”(kWh/m3) deneylerden elde edilen optimum SE değeridir. Bu eşitlik yardımıyla, GAM kullanıldığında hazırlık galerilerinde ulaşılabilecek günlük ilerleme hızları tahmin edilmiştir. Sonuç olarak; Zonguldak Havzası kömür çevre kayaçlarının kazısında belirli bir kesme gücüne sahip galeri açma makinalarının kullanılabileceği görülmektedir. Ancak, kumtaşlarındaki kuvars oranının yüksek oluşu, keski tüketimini artıracağı için ve havzada yer yer konglomera formasyonuna da rastlanacağından makine seçimi ve kullanımında daha özenli davranılması zorunluluğu vardır. Bu durumlar birlikte ele alındığında havza kayaçlarının kesilmesi için mini-disk keskilerle donatılmış galeri açma makİnası kullanılma olanağı söz konusudur. Bu nedenle havza kayaçları üzerinde mini disk keskilerle benzer kesme çalışmalarının yapılması önerilmektedir.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT Ph. D. Thesis INVESTIGATION OF THE CUTT ABILITY OF COAL MEASURE ROCKS IN ZONGULDAK COAL BASIN Kebire KEL Zonguldak Karaelmas University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Mining Engineering Thesis Advisor: Prof. Dr. Nuri Ali AKÇIN December 2003, 181 pages. Excavation of galleries constitutes a significant part of mining activities and directly affects the production costs. Drill-and-blast method is the oldest and conventional excavation method for galleries. Parallel to the technological advances in the world, striking developments have occurred in the excavation of galleries. Roadheaders have been widely employed in mining and tunnelling operations for 40 years since they are faster, more efficient and safer. In the mines of Turkish Hardcoal Enterprises, which is the only hardcoal producer in Turkey, development galleries are excavated by the drill-and-blast method. Using this method, about 4500 to 5000 m of galleries are driven annually. These figures are considerably lower than those of previous years. Currently, the advance rates are between 8 and 12 cm/manshift and labor costs are quite high. In order to speed up the excavation of galleries and to complete the developments in time, the use of electro-hydraulic jumbo drillers and loaders has become widespread. Unfortunately, regardless of these improvements, the desired targets have not be realized. VIABSTRACT (continued) There have been limited number of studies to determine whether the roadheaders can be used instead of the drill-and-blast method. In these limited studies, cutting tests were carried out on coal measure rocks and coals by using small scale bits. According to the results of these tests, it was concluded that the rocks encountered in the region could not be excavated by roadheaders. In this study, a comprehensive study has been carried out to determine whether the roadheaders can be employed for excavation of coal measure rocks encountered in Zonguldak Region. The cutting tests which constitute the basis of the study were carried out at the full scale linear cutting rig located at the Excavation Mechanization Laboratory of the Faculty of Mining at Technical University of Istanbul (ITU). For the experiments, samples were taken from 5 different rocks which best represented the rock units of the region. These were coded as Sandstone- 1, Sanstone-2, Limestone-3, Sandstone-4 and Siltstone-5. In the, cutting tests, rock blocks with approximate dimensions of 0.4x0.4x0.8 m were used. Firstly, some physical and mechanical properties of these samples were determined. Then, cutting tests were carried out on these samples using ITU linear cutting rig; roadheader excavation rates were estimated by using the results of cutting tests. In most of the cutting tests, Sandvik S35/80H conical tool with a tool angle of 80° and a tool holder having a rake angle of 57° were used. Only for the sandstone-2 sample, Board U47HD30 conical tool with a tool angle 105° and a tool holder having a rake angle of 44° were used. During the experiments, the forces exerted on the bit were recorded automatically. Specific Energy (SE) values were calculated by measuring the grooving lengths and weighting the cutting chips. The cutting tests were carried out in two phases. In the first phase of the experiments, unrelieved cutting tests were carried out with cutting depths of 3, 6 and 9 mm. According to the results of these tests the optimum cutting depth (d=9 mm) was determined. The tests carried out within this phase were called as First Step-First Group Experiments. In the second phase of the experiments, relieved cutting tests were carried out using the optimum cutting depth of 9 mm and with 9, 18, 27 and VllABSTRACT (continued) 45 mm cutter spacings. The concept of cutter spacing was expressed as the spacing of cutting grooves. These tests were called as Second Step-Second Group Experiments. The tests results obtained in this phase were used to determine the optimum SE and optimum cutter spacing. During the tests in both relieved and unrelieved modes, Coarseness Index (CI) values were calculated using the sieve analysis of cutting chips. For each rock type, relationships were established among the mechanical, index and physical properties of rocks using the SE and CI values. In addition, instantaneous cutting rates for the developments galleries to be excavated within the rock units of the region by the roadheaders with different cutting power were estimated by equation given below. p ICR = k- - R Where ICR (m3/h) is the instantaneous cutting rate, k (varies between 0,7 and 0,8) is the energy transfer ratio, P (kW) is the power of the roadheader's cutting head and R (kWh/m3) is the optimum SE obtained from the experiments. Using this equation, daily advance rates that could be achieved in the excavation of galleries by roadheaders were estimated. In conclusion, it has been realized that some roadheaders with certain cutting power can be used in the excavation of coal measure rocks in Zonguldak Region. However, care should be exercised for the selection and utilization of roadheaders due to the high quartz ratio of sandstones that can increase the bit consumption and because of the conglomerate formations frequently encountered in the region. Taking into account all these conditions, the roadheaders equipped with mini disc cutters can be considered for the excavation of rock units in the region. For this reason, it is recommended that similar cutting studies be carried out on the regional rock units using mini disc-cutters. Key Words :.Linear cutting machine, Specific Energy, Zonguldak Coal Basin, coal measure rocks, roadheader, cuttability, excavability. Science Code: 607.01.03 Vlll
Benzer Tezler
- Zonguldak taşkömür havzası kömür çevre kayaçlarının dayanım ve deformasyon anizotropisi
A study on the strengh and deformation anisotropy of coal measure rocks at Zonguldak basin
KENAN ÇOLAK
Doktora
Türkçe
1998
Maden Mühendisliği ve MadencilikZonguldak Karaelmas ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. YADİGAR MÜFTÜOĞLU
- Zonguldak taşkömür havzası çevre kayaçlarındaki kil varlığının seramik hammaddesi yönünden incelenmesi
Başlık çevirisi yok
MEFTUN PEHLEVAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Jeoloji MühendisliğiZonguldak Karaelmas ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM BUZKAN
- Zonguldak kömür havzası çevre sorunlarının değerlendirilmesi üzerine bir araştırma
A research about environmental problems of Zonguldak coal mines region
DERYA DİDEM UĞUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Çevre MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. FETHİ BAYRAKLI
- Zonguldak havzası kömürlerinde gaz depolamasını kontrol eden parametreler
Başlık çevirisi yok
GÜLBİN GÜRDAL
Doktora
Türkçe
1998
Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BEKTAŞ UZ
- Zonguldak lavvar atıklarının hidrolojik dolguda kullanılabilirliğinin araştırılması
The Investigation of the use of Zonguldak colliery coal washery rejects in hydraulic backfilling
AHMET KEMAL CENGİZ
Doktora
Türkçe
2001
Maden Mühendisliği ve MadencilikHacettepe ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. GÜREL ŞENYUR