Kayaç delinebilirliğinin ve mekanik özelliklerinin spesifik delme enerjisine olan etkisinin araştırılması

Kazı makinaları uzun yıllardır; yeraltı ve yerüstü yapılarında, tünel açma işlerinde, gerek madencilik gerekse inşaat alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Optimum kazı performansı için kazı yapılacak formasyona ve kazı amacına uygun makina seçimi oldukça önemlidir. Bu bağlamda, delme patlatma vb. madencilik çalışmalarında, su, petrol ya da doğal gaz gibi doğal kaynakların belirlenmesi ve çıkarılması üzerine yürütülen çalışmalarda, zemin etüdü, enjeksiyon, zemin sağlamlaştırma, drenaj, baraj, tünel vb. pek çok alanda yaygın olarak delici makinalar kullanılmaktadır. Tüm kazı makinalarında olduğu gibi delici makinaların performans değerlendirmelerinde yaygın kullanılan parametreler, ilerleme hızı ve ilerleme için gerekli olan enerji miktarıdır. Delik delme sistemlerinden beklenen performansa ulaşılabilmesi için, bu makinaların çalışmanın yapılacağı kayaç özelliklerine uygun olarak seçilmeleri gerekmektedir. Bu nedenle de delinebilirlik performans değerlendirmelerinde formasyonun özelliklerinin iyi bir şekilde analiz edilmesi oldukça önemlidir. Yaygın olarak delme performans değerlendirmeleri, spesifik enerji ve ilerleme hızı dikkate alınarak yapılmaktadır. Spesifik enerji (SE) tespiti, mekanize delme performans değerlendirmelerinde delinebilirliğin bir ölçütü olup, kayaç türü, delme yöntemi ve uç türüne göre değiştiğinden fiziksel bir özellik olarak değerlendirilememektedir. Ancak, delme veriminin (üretim miktarı) tahmininde, karşılaştırmasında ve optimum çalışma koşullarının belirlenmesinde kullanılan en önemli parametre olarak karşımıza çıkmaktadır. Spesifik enerji, kayaçtan belirli bir hacim koparmak için gereken enerji miktarı (kWh/m3 ya da MJ/m3) ya da delme sırasında kayaç içerisinde yeni bir yüzey alanı oluşturmak için harcanan enerji miktarı olarak ifade edilmektedir. SE'nin belirlenmesi amacıyla; büyük ve küçük ölçekli kazı setleri, görgül (ampirik) yaklaşımlar ve arazide kazı makinesi ile yapılan çalışmalar olmak üzere pek çok yöntemden yararlanılmaktadır. Tez çalışması kapsamında; döner deliciler kullanıldığından spesifik enerji, spesifik delme enerjisi olarak tanımlanmıştır. Bu tez çalışmasında; sedimanter ve magmatik kökenli 16 kayaç türü üzerinde, ZBEU Maden Mekanizasyonu ve Teknolojisi Laboratuvarında yeniden tasarımlandırılmış döner delik delme deney setinin kullanılmasıyla delme çalışmaları yapılmıştır. Bu amaçla, laboratuvarda kullanılan taşınabilir karot alma makinası, döner delik delme sistemleriyle uyumlu olacak şekilde uygun aparatlar ile desteklenerek (tork sensörü, dönme hızı/devir ölçer sensörü, akım ve voltaj sensörü, dijital kumpas vb.) yeniden tasarımlandırılmış ve deney seti oluşturulmuştur. Böylece, karot alma esnasında delme performans ölçümleri yapılabilmiştir. Deney setinin yeniden tasarımlandırılmasında, döner delicilerin delme performanslarının belirlenmesi için günümüzde yaygın kullanılan operasyonel makine parametreleri (baskı, dönme hızı/devir, tork, makinanın gücü vb.) dikkate alınmıştır. Deneyler sırasında baskı yükü ve dönme hızı/devir değişkenleri, makinanın operasyonel parametreleri olarak çalışma koşullarını belirlemiştir. Bu kapsamda, yapılan delme çalışmaları 4 farklı farklı baskı (50, 70, 90 ve 110 kg) ve 3 farklı devir (210, 330 ve 470 dev/dk) koşulunda gerçekleştirilmiş olup, delme esnasında dönme torku, fiili dönme hızı, yapılan ilerleme miktarı, akım, voltaj ve güç gibi parametreler ölçülmüştür. Böylece spesifik delme enerjisi, döner deliciler için en çok kullanılan yaklaşımlar dikkate alınarak, mekanik ve elektriksel olarak hesaplanmıştır. Çalışmalar sırasında elmas emprenyeli karotiyerler kullanılmış, alınan karot örnekleri üzerinde kaya mekaniği deneyleri gerçekleştirilmiştir. Kayaç özelliklerinin belirlenmesine yönelik olarak yapılan deneyler, uluslararası standartlara (ISRM, ASTM) uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, kayaçların fiziksel (yoğunluk), mekanik (basınç ve çekme dayanımları ile deformasyon özellikleri), indeks (DRI, CAI ve ESD) ve minerolojik özellikleri ayrı ayrı tanımlanmıştır. Böylece, ilk olarak, operasyonel makine parametrelerinin spesifik delme enerjisi ve ilerleme hızı üzerindeki etkileri araştırılmış ve daha sonra kayaçların fiziksel, mekanik, indeks ve mineralojik özelliklerinin delme performansına etkileri istatistiksel değerlendirme yöntemleri (korelasyon ve regresyon) ile analiz edilmiştir. Bu çalışmada mevcut delme koşullarında her bir kayaç türü için optimum çalışma koşulları elde edilmiştir. Buna ek olarak, bir indeks deney yöntemi olarak DRI'nın, çalışmada kullanılan kayaçlar için delme performans parametrelerini istatiksel olarak daha anlamlı olarak açıkladığı belirlenmiştir. Bu tez çalışması ile madencilik ve sondaj faaliyetlerinde kullanılan döner delici makinaların en önemli delme performans parametresi olan spesifik delme enerjisinin, kayaç özellikleri ve döner delik delme deney setinden elde edilmesi esasına dayanmaktadır. Delme performans tahminine yönelik geliştirilen modelerin güvenilirliği için çalışmada kullanılan örnek sayısı arttırılmalı ve delici makinaların yerinde performans ölçümleri yapılarak laboratuvar çalışması ile arazide alınan ölçümler arasındaki ilişkiler irdelenmelidir.