204 205204 205

Çan Açk Oca nda Patlatma Kaynakl Titre imlerin ncelenmesiThe Analysis of Ground Vibrations Induced by Blasting at Çan Open Pit Mine

Mehmet Aksoy, Ali Kahriman, Ümit Özer, Abdulkadir Karado an, Ka an Özdemir stanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisli i Bölümü, Avclar, stanbul

ÖZET Patlatmadan kaynaklanan titre im bile enlerinin tahmin edilmesi, yersarsnts ve hava oku ikayetlerini önlemede büyük önem ta maktadr. Bu çal mada; T.K. . Çan Linyitleri letmesi açk oca nda dekapaj kazs srasnda, patlatmadan kaynaklanan titre im ve hava

oku gibi çevresel problemleri ölçerek, bu sahaya ait titre im parametrelerinin belirlenmesi amaçlanm tr. Bu çal ma kapsamnda gerçekle tirilen arazi çal mas esnasnda, söz konusu ocakta titre im ölçümlerine esas olacak atmlarda, sadece gerekli kantitatif ölçüm ve gözlemler yaplm , patlatma parametreleri de dikkatlice kaydedilmi tir. Elde edilen veriler ve ölçümler istatiksel olarak analiz edilmi tir. Bu analiz esnasnda, parçack hznn kestirimi için literatürde yaygn kullanma sahip 5 adet farkl maksimum parçack hz (PPV) tahmin denklemi kullanlarak sonuçlar kar la trlm tr. ABSTRACT Prediction of the vibration components induced by blasting has a vital importance in order to eliminate ground vibration and air blast problems. The aim of this study is to determine the vibration parameters of the Çan open pit mine owned by Turkish Coal Enterprise (TK ) by measuring the blast induced ground vibrations and air blasts during the overburden removal. Within the scope of this study, only necessary quantitative measurements and observations has been done during the shots. The blasting parameters of these shots were also carefully recorded. Obtained data and measurements were statistically analyzed. During the statistical analysis of the collected data, five different predictor equations widely used in the literature were used to predict peak particle velocity (PPV) and The results and comparison of the predictor equations were presented.

1 G R yi bir patlatmadan beklenen en önemli

unsurlardan biri atmn çevresel etkiler açsndan emniyetli olmasdr. Çevresel duyarllklar dikkate alnd nda; patlatma kayna ndan belirli bir uzaklkta bulunan bir yerle im biriminin ya da tesisin, patlatma sonucunda olu acak yersarsnts, ta savrulmas ve hava oku gibi sonuçlardan etkilenmemesi için, patlatma tasarmnda

herhangi bir gecikme aral nda kullanlabilecek en fazla patlayc madde miktarn önceden belirleyebilmek ve kontrollü atmlar gerçekle tirebilmek önemlidir.

Patlatmadan kaynaklanan çevresel problemler, geli mi ülkelerde; ülkemize göre daha çok önceleri ya anm tr. Bu nedenle bu konularn çözümü ve konuyla ilgili baz standartlarn olu turulmas

206 207206 207

amacyla çe itli sistematik ara trma programlar yürürlü e konulmu tur. Bu programlarn sonucunda "Kontrollü Patlatma Tekni inin lkeleri" geli tirilmi tir (Kahriman 1995). Günümüzde patlatma sonucu olu an yersarsntlar ve hava okunun etkilerini belirlemek ve gerekli

önlemleri alabilmek için ara trmaclar ve bilim adamlar tarafndan deneysel çal malar sürdürülmektedir. Ayrca, bu konularda çe itli yasal hükümler de geli tirilmeye çal lmaktadr (Kahriman 2004, Kahriman ve di erleri 2006)

Bu çal mann amac; T.K. . Çan Linyitleri letmesi açk oca nda dekapaj kazs

srasnda, patlatmadan kaynaklanan titre imlerin ölçülerek, bu sahaya ait titre im parametrelerinin belirlenmesidir. Bu parametrelerin belirlenmesinde, literatürde verilen be adet titre im tahmin denklemi kullanlm tr. Ayrca, daha önceden çe itli ara trmaclar tarafndan bu saha için önerilen denklemler dikkate alnm tr.

ÇALI MA SAHASI Çal ma, T.K. . Çan Linyitleri letmesi açk oca nda gerçekle tirilmi ve yer bulduru haritas ekil 1'de verilmi tir. Çan Açk Oca , Çan ilçe merkezinin biti i inde, Çanakkale il merkezine 79 km uzaklktadr.

ekil 1. Çan Açk Oca yer bulduru haritas

Sahann güneyinden ve Kocaba Vadisi yata ndan Çan-Çanakkale karayolu geçmektedir. letme faaliyetleri nedeniyle bu yolun güzergah de i tirilmi tir. Çan ilçesinin yüksekli i ortalama 85 m, kömürlü sahann yüksekli i ortalama 150 m civarndadr. letme faaliyetleri nedeniyle büyük bir ksm heyelan etkisi altnda

bulunan kömürlü sahann güneyinde ve 500 m geni li inde Kocaba Çay Vadisi bulunmaktadr. Vadinin rakm 70 m olup, Havza'nn en çukur yeridir. Havza'nn en yüksek yeri ise heyelanlar nedeniyle hasar gördü ü için nakil edilmi olan eski Çavu köy'üdür. Mevki ad Adamkapa Tepesi olup 276 m yüksekliktedir. Çan Havzas akarsu bakmndan oldukça zengin durumdadr (Parlak 1997).

1.1 Jeoloji ve Kayaç Özellikleri Çal malarn yapld TK Çan linyit açk oca ndaki stratigrafik dizili üç ana bölümden olu maktadr. Bunlar, Neojen öncesi, Neojen ve Neojen sonras devrelerine ait formasyonlardr. Formasyonlarn genel durumu ve özellikleri ekil 2 ‘de verilmi tir (Parlak 1997).

ekil 2. Çan Linyit Havzasna Ait

Stratigrafik kesit.

2 YÖNTEM Söz konusu ocaktaki patlatmal kazda, atmlarda uygulanan patlatma paternleri, delik düzenleri ve patlayc arjlar; söz konusu firmann yetkilileri tarafndan sistematik olarak uygulana gelen ekliyle (herhangi bir müdahalede bulunulmadan) gözlemlenmi ve ölçümler bu ekildeki çal malara anlk olarak uygulanm tr.

206 207206 207

Gecikme ba na dü en patlayc madde miktar, her bir delik için planlanan patlayc maddenin kontrollü bir ekilde arj edilmesiyle belirlenmi tir. Atm noktalar ile yer sarsnts ve hava oku ölçüm istasyonlar arasndaki mesafeler GPS kullanlarak belirlenmi tir.

Patlayc madde olarak, ocakta geleneksel olarak kullanld anla lan ANFO ve sulu deliklerde Powergel Magnum S-600, yemlemede ise Powergel Magnum kullanlm tr. Ate leme, baz atmlarda gecikmeli elektrikli kapsüllerle, baz atmlarda da elektriksiz kapsüllerle yaplm tr. zlenen atmlar için genellikle uygulanan tasarm parametreleri Çizelge 1’de verilmi tir.

Çizelge 1 deki de erler dikkatlice incelendi inde atm geometrisi parametreleri arasnda (basamak yüksekli i-delik çap, delik çap-dilim kalnl ve basamak yüksekli i- dilim kalnl ba ta olmak üzere) bir uyumsuzlu un oldu u görülmektedir. Çe itli i letme artlarndan kaynaklanan ve zorunlu olarak bu ekilde düzenlenen atmlarda, patlaycnn enerjisini, kaya parçalama i inde yeterince kullanamayaca ve daha çok sismik dalgaya dönü ece i ve atm kontrolünün yaplamayaca açktr. Dolaysyla her ne kadar bu bildirinin konusu olmamakla birlikte i letmelerde öncelikle patlatma tasarm ve optimizasyonu yaplmal, teknik-ekonomik ve çevresel açdan olumlu sonuçlar elde edilmelidir.

Çizelge 1. Atmlarda uygulanan patlatma tasarm parametreleri

Delik Çap (D), (mm) 165 Delik E imi ( ), (O) 90 Delik Uzunlu u (H), (m) 7 Basamak Yüksekli i (K), (m) 7 Dilim Kalnl (B), (m) 4 Delikler Aras Mesafe (S), (m) 4,5

Patlatmadan kaynaklanan titre imler ve hava oku; Çan ilçesi ve letme binalar

yönlerinde olmak üzere farkl noktalardan 8 ayr (3 adet 8 kanall Instantel MiniMate Plus, 3 adet 4 kanall Instantel MiniMate Plus ve 2 adet de White Mini-Seis model) titre im ölçer cihaz ve ekipmanyla ölçülmü tür. Cihazlar konumlandrlrken mesafenin etkisini belirlemek amacyla oca a yakn noktalar bilinçli bir ekilde seçilmi tir.

Çal ma kapsamnda, sahada yaplan atmlarn Çan ilçesinin oca a yakn bölgesindeki yaplara etki edip etmedi inin belirlenebilmesi açsndan, atmlarla Çan ilçesi arasnda daha fazla noktadan ölçüm alabilmek için, titre im ölçer cihazlar, ilk 17 atmda ekil 3’de gösterilen istasyon noktalarna ve 18 – 25 arasndaki atmlar srasnda ekil 4’de gösterilen istasyon noktalarna kurulmu tur.

ekil 3. 1 – 17 arasndaki atm noktalar ve ölçüm istasyonlarnn konumlar

208 209208 209

ekil 4. 18 – 25 arasndaki atm noktalar ve ölçüm istasyonlarnn konumlar

3 ÖLÇÜM SONUÇLARI VE DE ERLEND RMES Çal ma kapsamnda, Çan Linyit Sahasnda gerçekle tirilen 21 atmda 209 olay, test atm olarak da 4 atmda 37 olay, toplamda da 25 atmda 246 olay cihazlar tarafndan kaydedilmi tir. Örnek te kil etmesi bakmndan kaydedilen bu olaylarn birkaçnn ölçüm parametreleri Çizelge 2’ de verilmi tir.

Çizelge 2. Baz Atmlara Ait Ölçüm De erleri

Atm No Cihaz No PPV

mm/s F Hz

W Kg

SD

BE10688-1 16 8,39 505 16,07

BE10688-2 15,5 22,3 505 15,35

BE10773-1 18,7 34,1 505 19,91

BE10773-2 6,98 19,7 505 20,25

BE10687-1 10,2 42,7 505 24,50

BE10687-2 9,27 10,9 505 23,35

BE10707 13,6 26,9 505 16,93

W1458 10,41 25,6 505 28,52

W1455 2,794 8,8 505 57,72

BE10772 5,33 8 505 27,38

1

BE10708 15,6 32 505 29,86

BE10688-1 1,14 8,98 404 60,97 BE10688-2 1,27 10,4 404 59,98 BE10773-1 0,762 9,66 404 64,75

10

BE10773-2 0,635 10,4 404 64,92

BE10687-1 0,762 32 404 69,28 BE10687-2 0,762 13,8 404 68,04 BE10707 0,762 10,4 404 60,77 W1458 0,76 34,1 404 72,71 W1455 * 404 101,8 BE10772 1,78 25,6 404 55,38 BE10708 1,14 30,1 404 68,69

BE10688-1 5,97 8,98 455 28,88

BE10688-2 5,46 9,14 455 28,97

BE10773-1 1,14 7,76 455 61,60

BE10773-2 1,14 7,11 455 62,22

BE10687-1 3,05 9,14 455 37,04

BE10687-2 3,56 9,14 455 36,42

BE10707 1,02 32 455 96,40

W1458 0,762 6 455 78,40

W1455 * 455 69,89

BE10772 0,762 7,76 455 169,9

20

BE10708 * 455 105,1 PPV maksimum parçack hz F frekans W atmda kullanlan toplam arj SD ölçekli mesafe * Uzaklk nedeniyle yeterli genlikte titre im dalgas olu mad ndan cihaz tarafndan kayt alnamad.

Daha sonra bu veriler, bilgisayar ortamna aktarlarak parçack hz tahminine yönelik analiz yaplm tr. Bu analiz esnasnda, literatürde yer alan genel tahmin denklemlerinden 5 tanesi; USBM, Ambraseys-Hendron, Langefors-Kihlstrom (Khandelwal ve Singh, 2007), Birch-Schaffer (Ceylano lu ve Arpaz 2001) ve Bilgin

208 209208 209

(1998) denklemleri kullanlm ve sonuçlar kar la trlm tr. Bu denklemler Çizelge 3’de verilmi tir.

Çizelge 3. Tahmin denklemleri Tahmin Denklem Ad Denklemi

USBM (Duvall and Fogelson, 1962) 2/1

dWRKppv

Ambraseys–Hendron (1968) 3/1

dWRKppv

Langefors–Kihlstrom (1978) 3/2R

WKppv d

Birch ve Schaffer (1983) dWRKppv **

Bilgin ve di erleri (1998)

BW

RKppvd

*2/1

PPV: maksimum parçack hz (mm/s)

R : mesafe (m)

Wd: gecikme ba na dü en maksimum arj (Kg)

B: dilim kalnl (m)

K, , saha sabitleri

Bu genel denklemler kullanlarak yaplan regresyon analizleri sonucunda, sahaya ait sabitler bulunmu tur. Bunlara ek olarak, Kahriman (2002) tarafndan ayn saha için önerilmi olan ve a a da verilen tahmin denklemi de kullanlm tr.

13,1

2/1191dWRppv

Çizelge 3‘te verilen ilk üç denklemde, mesafe (R) ve gecikme ba na dü en maksimum arj miktar (Wd) ölçekli mesafe (SD) olarak tek bir ba msz de i kene indirgendi inden dolay, regresyon analizi esnasnda, basit regresyon modellerinden biri olan Üs’lü modeli kullanlm tr. ekil 5, 6 ve 7’de srasyla USBM, Ambraseys-Hendron ve Langefors-Kihlstrom denklemleri için PPV–SD grafikleri ve denklemleri verilmi tir.

y = 874,05x-1,5335

R2 = 0,7829

0,1

1

10

100

1 10 100 1000

SD

PP

V

ekil 5. USBM tahmin denklemi

y = 2505x-1,5295

R2 = 0,7957

0,1

1

10

100

1 10 100 1000

SD

PP

V

ekil 6. Ambraseys-Hendron tahmin

denklemi

y = 2,0812x3,2141

R2 = 0,4886

0

5

10

15

20

25

30

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50

SD

PP

V

ekil 7. Langefors-Kihlstrom tahmin

denklemi

Geriye kalan di er iki tahmin denkleminden biri olan Birch denkleminde, mesafe (R) ve gecikme ba na dü en maksimum arj miktar (Wd) iki ba msz de i ken olarak denklemde yer alm tr. Bilgin denkleminde ise mesafe (R) ve gecikme ba na dü en maksimum arj miktar (Wd) ölçekli mesafe (SD) olarak tanmlanm ve dilim kalnl (B) de i keni de denkleme eklenmi tir. Bu iki denklemde de ba msz de i ken says 2 oldu u için, regresyon analizinde, Çoklu regresyon modellerinden biri olan do rusal olmayan (nonlinear) regresyon modeli kullanlm tr. Bu analizler sonucunda elde

210 211210 211

edilen denklemler ve korelasyon katsays (r) de erleri Çizelge 4’te verilmi tir.

Çizelge 4. Denklemler ve korelasyon katsaylar Tahmin Denklemi

Denklemi r

USBM (Duvall and Fogelson, 1962)

5335,1

2/105,874dWRppv 0,885

Ambraseys–Hendron (1968)

5295,1

3/12505dWRppv 0,892

Langefors–Kihlstrom (1978)

2141,3

3/20812,2RW

ppv d 0,699

Birch ve Schaffer (1983)

33,0383,1 **88,2680 dWRppv

0,805

Bilgin vd (1998)

567,227,1

2/1158,12 BW

Rppvd

0,791

Bu tablodan da görülece i üzere, en dü ük korelasyon katsays de eri Langefors-Kihlstrom denkleminden elde edilmi tir. En

yüksek korelasyon katsays ise Ambraseys-Hendron denkleminden elde edilmi tir.

Test atm olarak yaplan 4 atmda kaydedilen 37 olay için, bu 5 denklem ve ek olarak da Kahriman denklemi kullanlarak PPV tahminleri yaplm tr. ekil 8’te ölçülen ve tahmin edilen PPV grafi i verilmi tir.

Ayrca daha ayrntl görmek amacyla, test atm olarak yaplan 22. atmda kaydedilen 11 olaya ait maksimum parçack hz ile, di er denklemleri (Langefors denklemi hariç) kullanarak tahmin edilen parçack hzlar için sütün grafi i olu turulmu tur ( ekil. 9).

Test atmlarnda ölçülen ve tahmin edilen PPV’ler arasndaki ortalama, minimum ve maksimum mutlak de i im miktarlar Çizelge 5’te verilmi tir.

ekil 8. Ölçülen ve Tahmin edilen PPV de erleri

210 211210 211

ekil 9. Test amaçl 11 olaya ait kaydedilen ve tahmin edilen parçack hzlar

Çizelge 5. PPV mutlak de i im miktarlar Tahmin

denklemi

PPV Mutlak De i im Miktar (mm/s)

|PPV ölçülen – PPV tahmin|

Ortalama St Sapma Min. Maks.

USBM 1,58 1,43 0,024 6,009Ambraseys–Hendron 1,0 0,83 0,052 2,776

Langefors–Kihlstrom 3,3 1,65 0,972 6,392

Birch ve Schaffer 1,1 0,89 0,020 2,989

Bilgin 1,86 1,32 0,002 4,441Kahriman 1,51 1,89 0,002 7,951

Bu çizelge ve ekil 8, 9 incelendi inde, Langefors-Kihlstrom denklemi haricinde kalan di er 5 denklem birbirine yakn sonuçlar verdi i görülmü tür. Bununla beraber, PPV 10 mm/s altndaki hzlarda gerçekle ti inde, Kahriman denkleminin, ölçülen de erlere, Ambraseys-Hendron ve Bilgin denklemlerinden daha yakn de erler tahmin etti i görülmekle birlikte, PPV 10 mm/s’nin üzerindeki hzlarda gerçekle ti inde ise, Kahriman denkleminin, ölçülen de erlerden uzakla t , di er iki denklemin ise ölçülen de erlere daha yakn sonuçlar üretti i görülmü tür.

Korelasyon katsays, ortalama, standart sapma, minimum ve maksimum mutlak de i im miktarlar dikkate alnd nda, bu saha için, Ambraseys–Hendron denkleminin kullanlmas daha uygun görülmü tür.

Ancak, parçack hz tahmininde, di er 4 denkleminde, önerilen denkleme yakn sonuçlar verdi i dikkate alnmaldr.

4 SONUÇ Bu ara trma kapsamnda, Çan ilçesi yerle im alanna oldukça yakn olan Çan Açk Oca nda, çevresel duyarlklar dikkate alnarak, patlatmadan kaynaklanan titre im de i kenlerinin tahminine yönelik çal malar yaplm tr.

Bu çal malar esnasnda, literatürde yaygn olarak kullanlan 5 tane PPV tahmin denklemi ile saha için daha önceden Kahriman tarafndan önerilen denklem dikkate alnm tr. Yaplan istatiksel analizler sonucunda görülmü tür ki, Langefors-Kihlstrom denklemi haricinde, di er denklemlerin PPV’ yi tahmin etmede birbirlerine yakn sonuç verdi i açkça görülmü tür. Özellikle, bu saha için daha önceden Bilgin ve di erleri (1998) ve Kahriman (2002) tarafndan önerilen denklemlerle, bu çal mada önerilen Ambraseys-Henderson denklemi arasnda, PPV’yi tahmin etmeye yönelik genelde ciddi bir fark olmad anla lm tr. Bu nedenle, bu saha için bu üç denklemin de kullanlabilece i görülmü tür.

Ancak, PPV 10 mm/s’nin altndaki hzlarda gerçekle ti inde, Kahriman denkleminin, ölçülen de erlere, Ambraseys-Hendron ve Bilgin denklemlerinden daha

212 213212 213

yakn de erler tahmin etti i görülmü tür. Bununla birlikte, PPV 10 mm/s üzerindeki hzlarda gerçekle ti inde ise, Kahriman denkleminin, ölçülen de erlerden uzakla t , di er iki denklemin ise ölçülen de erlere daha yakn sonuçlar üretti i görülmü tür. Bu saha için hangi denklemin kullanlaca seçilirken, bu durum dikkate alnmaldr.

Ayrca, i letmede uygulanan atm geometrisi parametreleri dikkatlice incelendi inde, aralarnda bir uyumsuzlu un oldu u görülmü tür. Çe itli i letme artlarndan kaynaklanarak zorunlu olarak bu ekilde düzenlenen bu atmlarda, patlaycnn

enerjisini kaya parçalama i inde yeterince kullanamayaca ve daha çok sismik dalgaya dönü ece i ve atm kontrolünün yaplamayaca açktr. Bu nedenle, i letmelerde öncelikle patlatma tasarm ve optimizasyonu yaplmal, teknik-ekonomik ve çevresel açdan olumlu sonuçlar elde edilmelidir.

TE EKKÜR

Bu ara trma srasnda, gerek arazi çal malarnda gerekse di er faaliyetlerde her türlü yardmda bulunan Aksu Madencilik San. ve Elk. Ürt. Tic. A. .’nin yetkililerine ve çal anlarna te ekkür ederiz.

Bu çal ma, stanbul Üniversitesi Bilimsel Ara trma Projeleri Yürütücü Sekreterli i (Proje No: 429/13092005) ve Devlet Planlama Te kilat (Proje No: 2005K120990) tarafndan desteklenmi tir. Yazarlar, stanbul Üniversitesi Bilimsel Ara trma Projeleri Yürütücü Sekreterli i ve Devlet Planlama Te kilat’na finansal destekleri için te ekkür eder.

KAYNAKLAR Bilgin, H.A. Esen, S. Klç, M. 1998. TK

Çan Linyit letmesinde patlatmalarn yol açt çevre sorunlarnn giderilmesi için ara trma, ODTÜ, Nihai Rapor, 19 –21, Ankara

Ceylano lu A., Arpaz E., 2001, Belirli bir Kaya Kütlesinde Olu turulan Yer Sarsntlarnn Ölçümü ve De erlendirilmesi. Türkiye 17. Uluslar aras Madencilik Kongresi ve Sergisi TUMAKS 2001, 19-22 Haziran 2001, ANKARA, pp 39-45

Kahriman, A., 1995, Sivas Ula Yöresi Sölestit Cevheri ve Yankayaçlar çin Optimum Patlatma Ko ullarnn Ara trlmas ve Kayaç Özellikleri le li kilendirilmesi Doktora Tezi.,

Cumhuriyet Üniversitesi Kahriman A., 2002, Analysis of ground

vibrations caused by bench blasting at Can Open-pit Lignite Mine in Turkey.Environmental Geology (2002) 41:653–661

Kahriman, A., 2004, Analysis of parameters of ground vibrations produced from bench blasting at A Limestone Quarry, Soil Dynamics and Eartquake Engineering, 24, Elsevier, London, U.K, pp. 887-892.

Kahriman, A., Ozer, U., Aksoy, M., Karadogan, A., Tuncer, G., 2006, Environmental impacts of bench blasting at Hisarcik Boron open pit mine in Turkey, Environmental Geology, (2006) 50: 1015-1023

Khandelwal M and Singh TN., 2007. Evaluation of blast-induced ground vibration predictors. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 27 (2007) pp 116–125.

Parlak, T.,1997. Bir Termik Santral Besleyecek Kömür Sahasnn Açk letme Dizayn ve Planlamas, Doktora Tezi, stanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri

Enstitüsü, stanbul, 1997.