Patlatmada harcanan faydalı enerji ile patlatma verimi arasındaki ilişkinin araştırılması
The investigation of relationship between spending useful energy in blasting with the efficiency of blasting
Yazar: ÜLKÜ KALAYCI
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÜMİT ÖZER
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Maden mühendisliği = Mine engineering ; Madencilik = Mining ; Patlatma = Blasting

Özet:
Başarılı bir patlatmadan beklenebilecek en önemli sonuçlar; yersarsıntısı ve hava şokundan kaynaklanan çevre problemlerinin elimine edilmesi, maliyetin en uygun değerlere indirilmesi, üretimin istenen miktarlarda yapılabilmesi ve iş güvenliği açısından tehlike yaratabilecek durumların ortadan kaldırılması olarak sıralanabilir.Enerji, iş yapabilme kabiliyetini tanımlar. Patlayıcının bu kabiliyetinin ise kaya parçalamaya harcanması istenir. Kaya parçalama işlemlerinde ise optimum parçalanma, tamamen enerjinin optimum kullanımına ve dolayısı ile patlatma tasarımına bağlıdır.Patlatma sırasında açığa çıkan enerjinin (Et) bir kısmı kayaya basınç uygulayarak kırılmasına harcanırken (Ef), bir kısmı kaya kütlelerinin ötelenmesine dolayısıyla kinetik enerji olarak (Ek), kırma ve ötelenmeye yetmediği durumlarda sismik enerji olarak (Es) ve bir kısmı da ısı, ışık ve gürültü (Enm) olarak atmosfere yayılmaktadır. Enerjinin korunumu ilkeleri doğrultusunda, bu kademelerde harcanan enerji oranlarının lineer toplamlarının, başlangıçta patlayıcı maddenin kimyasal yapısı sebebiyle sahip olduğu enerji miktarına eşit olması gerekir.Bu çalışmada, İstanbul Çatalca Bölgesi Akyol taşocağı, Cebeci Bölgesi Haktaş taşocağı ve Cendere Bölgesi Akdağlar taşocağı çalışma bölgesi olarak seçilmiştir. Akyol taşocağında 14 atım, Akdağlar taşocağında 4 atım ve Haktaş taşocağında 2 atım izlenmiştir.Bu atımlardan Akyol taşocağında dört, Haktaş taşocağında bir, Akdağlar taşocağında iki olmak üzere toplam yedi adet atımda, patlatma sonucu her enerji bölüşüm kademesinde yaptırılan işlerden, o bölüşüm kademesine ne kadar enerji harcandığı hesaplanmıştır.Hesaplamalar, arazi çalışmaları ve laboratuar çalışmalarından elde edilen bulgulardan hareketle ve literatürde kabul görmüş yaklaşım ve bağıntılar kullanılarak yapılmıştır. Çalışma kapsamında arazide yapılan her bir atım için atım paternleri incelenmiş, atım öncesinde basamak profili belirlenmiş, patlatma sırasında her bir atım için farklı noktalardan olmak üzere toplam 20 atımda 99 olay titreşim ölçer cihazlar ile kaydedilmiştir.Detaylı analizi yapılan yedi tane atımda, kinetik enerjiyi belirlemek için atım esnasında yüksek çözünürlüklü kamera ile ötelenme hareketi kaydedilmiş ve incelenmiştir. Her bir atım sonrası parçalanmaya ayrılan enerji kademesini belirlemek için patlatma sonrası yığından fotoğraflar alınmış ve sayısal görüntü işleme tekniği ile yığın parça boyutu analiz edilmiştir. Sismik enerjiyi belirleyebilmek için titreşim ölçer cihazlarla alınan kayıtlar detaylı olarak analiz edilmiştir.Bu analizlerde kullanılmak üzere gerekli olan kaya parametrelerini belirlemek amacıyla laboratuar deneyleri (tokluk dayanımı, yoğunluk, P dalga hızı, nokta yük dayanımı) yapılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda detaylı çalışılan yedi adet atım için sismik enerji, kinetik enerji, parçalanma enerjisi bölüşüm kademeleri belirlenmiş ve faydalı iş yapabilen enerji oranları hesaplanmıştır. Buna göre izlenen atımlarda genel olarak parçalanmaya harcanan enerji kademesinin Haktaş taşocağında yapılan atım hariç çok düşük seviyelerde olduğu, buna karşın sismik enerjiye harcanan enerji kademesinin çok daha yüksek değerlerde olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
The most important results that can be anticipated from a successful blasting can be sorted as eliminating the environmental problems developed in the form of seismic movements and air shock, reducing the costs of production, realizing the planned amounts of production and preventing the hazardous conditions in terms of work safety.Energy is defined as the ability to do work. So this ability of the explosives is desired to spend to rock fragmentation. The efficient usage of explosive energy is required for a successful blasting design.A part of the explosive energy (Eexp), (Efrag), is consumed for the rock fragmentation by exerting the pressure on the rocks, another part, (Ekin), is consumed for the movement of the rock in cases which it is insufficient for breakage and movement, another part, (Esis), is spent as seismic energy through the rock and the rest of the energy, (Enm), is released to atmosphere as heat, light and noise. In accordance with principle of conservation of energy, the total of these consumed energies should be equal to the chemical energy of the explosive material at the beginning.Akyol Quarry in Catalca Region, Haktaş Quarry in Cebeci Region and Akdaglar Quarry in Cendere Region of Istanbul were chosen as study areas for this study. 14 shots in Akyol Quarry, 4 shots in Akdaglar Quarry and 2 shots in Haktaş Quarry were followed.The energy consumptions for each component were calculated, considering the useful work for these components in four shots in Akyol Quarry, one shot in Haktaş Quarry and 2 shots in Akdağlar Quarry.Data from field and laboratory studies and also accepted approaches and correlations in the literature are used during calculations. Blasting patterns for each shot were observed and bench profile was determined before the blasting. 99 different located events in 20 shots were recorded with vibration monitor during the blasting.Kinetic action was observed and recorded with high definition camera to determine the kinetic energy in carefully analysed seven shots. After each shot, photos were taken from the muckpile and they were analyzed for particle size distribution with digital image analysis to determine the energy share for fragmentation. The records which were taken with vibrating monitor analyzed carefully to determine seismic energy.Laboratory experiments (fracture toughness, density, p wave velocity, point load test) were carried out to determine the rock parameters to use in these analyses. As the result of the studies, energy distributions in seismic energy, kinetic energy, fragmentation energy were determined and energy rates which can do useful work were calculated for the carefully analyzed seven shots. Thus, it was determined that energy share used for fragmentation was at very low levels except the shot which was made in Haktaş Quarry, despite that the energy share consumed for seismic energy values was much more.