Geliştirilen cerchar aşındırıcılık deney aletiyle kayaçların spesifik çizme enerjisinin araştırılması
Investigation of specific scratch energy of rocks with the developed cerchar abrasiveness test device
Yazar: HAŞİM DURU
Danışman: PROF. DR. OLGAY YARALI
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Madencilik ve tünelcilikte kazı işleminin daha verimli ve ekonomik bir şekilde yapılabilmesi, kazı makinasının bilimsel yöntemlere dayanarak seçilmesiyle mümkün olmaktadır. Mekanize kazı makinalarının kazı hızlarının tahmin edilmesinde basit ve çok kullanılan, birim hacimdeki kayacı kazmak için gerekli olan enerji olarak da tarif edilen Spesifik Enerji (SE)'nin belirlenmesinde, tam ve küçük boyutlu kaya kesme setlerinden yararlanılmaktadır.
Kazılacak formasyonun aşındırıcılık sınıfı o formasyonun kazısında kullanılacak olan makinanın seçiminde özellikle de makina üzerinde kazı işlemini gören keskilerin seçiminde etkili olan bir parametredir.
Cerchar Aşınma İndeks (CAI) deneyi, mekanize kazıda keski tüketiminin tahmininin belirlenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Günümüzde performans tahmini ve keski tüketiminin kestirimi amacıyla, birim hacim kayacı kazmak için harcanan enerji olarak tarif edilen Spesifik Enerjiden yararlanılmaktadır. 
Bu çalışmanın amacı, mekanize kazıda keski tüketiminin tahmininde yaygın olarak kullanılan CAI deney aletinin yeniden tasarlanmasıyla, kayaçların aşındırıcılıklarının belirlenmesinin yanında, makina performansı tahmininde kullanılan Spesifik Enerji olarak adlandırılan parametreye benzer bir parametre olan Spesifik Çizme Enerjilerinin (SÇE) de hesaplanmasıdır. Böylece tek bir deney aleti kullanılarak tek bir deney sonucunda kayaçların hem CAI hem de SÇE değerleri elde edilebilecektir.
Bu amaçla; CAI deney aleti geliştirilerek SÇE'nin laboratuvar koşullarında belirlenmesi için kolay, uygulanabilir ve pratik bir yöntem ve deney aleti geliştirilmiştir. Bu hedef doğrultusunda geliştirilen yeni deney aleti ile deney esnasındaki ucun örnek üzerinde yatay ve düşey yöndeki yer değiştirmeleri ile örneğe uygulanan yatay kuvvet (F) ölçülebilir hale gelmiştir. Örnek yüzeyinde deney sonucu oluşan yarığın hacminin (Q) hesaplanması ve bu iki değerin birbirine oranı (F/Q) ile projede ele alınan 16 farklı kayaç için SÇE değerleri belirlenmiştir.
Aynı zamanda bu kayaçların yoğunluk gibi fiziksel özellikleri, σc, σt gibi mekanik özellikleri, DRI, CAI ve ESD gibi bazı indeks değerleri elde edilmiştir. Aynı kayaçlar için ayrıca iki farklı SE değeri elde edilmiştir. Bunlardan biri ampirik bağıntıdan elde edilirken diğeri İTÜ Maden Mühendisliği Bölümü Kazı Mekaniği Laboratuvarında yapılan kesme setlerinden elde edilmiştir. Yapılan tüm bu deney verileri istatistiksel olarak irdelenmiş ve SÇE ile aralarındaki ilişkilere bakılmıştır.
İstatistiksel değerlendirme sonucu elde edilen korelasyon matrisine bakıldığında SÇE ile SEPLCM, DSK, ESD, SJ arasında yüksek, SÇE ile E ve CAIM arasında orta, SÇE ile diğer parametreler arasında ise zayıf veya çok zayıf ilişki olduğu görülmüştür.
SÇE ve diğer değişkenler arasındaki ilişkiler basit regresyon (tek değişkenli) analizi ile de irdelenmiş olup SÇE ile SEPLCM, DSK, SJ ve ESD arasında determinasyon katsayısı yüksek, SÇE ile CAIM ve E arasında ise determinasyon katsayıları düşük ilişkiler elde edilmiştir.
SÇE'nin gerçekte birçok parametreye bağlı olarak değiştiği düşünüldüğünden deneylerden elde edilen veriler çoklu regresyon modellemesi ile de değerlendirilmiş olup determinasyon katsayısı yüksek ve istatistiksel olarak anlamlı olan modeller elde edilmiştir.

Abstract:
It is possible to perform the excavation works more efficiently and economically by selecting the excavation machine based on scientific methods. In the determination of the Specific Energy (SE), which is simply and widely used in estimating the excavation speeds of mechanized excavation machines, which is also described as the energy required to excavate a unit volume of rock, full and small size rock cutting sets are used.
The abrasiveness category of the formation is effective parameter in the selection of the machine to be used in the excavation of that formation, especially in the selection of tools on the machine. 
The Cerchar Abrasivity Index (CAI) experiment is widely used to determine the estimation of tool consumption in mechanized excavation. Today, the Specific Energy described as energy spent for excavating unit volume rock is used to estimate performance and tool consumption. 
The aim of this study is to calculate Specific Scratch Energies (SCE) besides determining the abrasiveness of the rocks by redesigning the CAI test device which is widely used in the prediction of tool consumption in mechanized excavation. Thus, both CAI and SCE values of rocks can be obtained by using a single test instrument.
For this purpose; it is aimed to develop an easy, feasible and practical method and test instrument for the determination of SCE in the laboratory conditions by modifying the CAI test instrument. To achieve this target, the horizontal force (F) applied to the sample, horizontal and vertical displacement of the pin on the sample during the experiment has been made measurable by using the new modified test apparatus. The volume (Q) of the groove formed on the rock sample surface can be calculated after the experiment. In thıs Project SÇE values were determined for 16 different rocks by dividing the horızontal force to groove volume (F/Q). 
Also, the physical properties of these rocks such as density, mechanical properties such as σc, σt, and some index values such as DRI, CAI and ESD were obtained. Two different SE values were also obtained for the same rocks. While one of them is obtained from empirical correlation, the other one is obtained from Portable Cutting Test Set in ITU, Department of Mining Engineering, Excavation Technology and Mining Machinery Laboratory. All these experimental data were analyzed statistically and their relations with SCE were examined.
When the correlation matrix obtained as a result of the statistical evaluation was examined, it was seen that there was a high relationship between SCE and SEPLCM, DSK, ESD, SJ, a moderate relationship between HSE and E and CAIM, and a weak or very weak relationship between SCE and other parameters.
Relationships between SCE and other variables were also examined by simple regression (univariate) analysis, and high determination coefficients were found between SCE and SEPLCM, DSK, SJ and ESD, and low determination coefficients were found between SCE and CAIM and E.
Since it is thought that SCE actually changes depending on many parameters, the data obtained from the experiments were also evaluated by multiple regression modeling, and models with high determination coefficient and statistically significant were obtained.