Açık ocaklarda patlatma kaynaklı sarsıntıların Taguchi Yöntemi kullanılarak parametre optimizasyonu ile azaltılması
Reducing explosion based shocks in open mines through parameter optimization using Taguchi Methods
Yazar: BAHADIR UYĞUR
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HAKAN AYKUL
Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Delme = Drilling ; Deney tasarımı = Experimental design ; Patlatma = Blasting ; Taguchi yöntemi = Taguchi method

Özet:
Açık ve yeraltı maden işletmeciliğinde, ekonomik bir çözüm olması sebebiyle, halen yaygın olarak cevherin veya cevherin üstündeki örtü tabakasının kazılması ve gevşetilmesinde tercih edilen delme patlatma kazı yöntemi bazı çevresel olumsuzluklarında temel kaynağıdır. Son yıllarda bu çevresel olumsuzluklardan en dikkat çekeni yerleşim alanlarında oluşturduğu fiziki hasarlar, halk tepkileri ve bu tepkilerin işletmelere olan olumsuz teknik ve ekonomik yansımaları sebebiyle yersarsıntılarıdır. Günümüzde, işletmeler açısından bu çevresel problemin minimize edilmesi, patlatmanın emniyetinin sağlanması, maliyetinin düşürülmesi ve ideal (istenen) gevşemenin veya parça boyutunun sağlanması kadar önemli bir amaçtır.Patlatma kaynaklı bu teknik ve çevresel problemlerin çözümünde; patlatma parçalanma mekanizmasında rol olan faktörleri amaca göre optimize eden bir patlatma tasarımının önemi tartışılmazdır. Bu yüzden sağlıklı bir patlatma tasarımı için bu mekanizmada rol olan pek çok faktörün dikkate alınması ve incelenmesi gerekmektedir.Sağlıklı bir tasarımın patlatma kaynaklı problemlerin çözümünde kritik bir konu olması tasarım tekniklerinin bu alanda kullanımının öneminide arttırmaktadır. Bu tekniklerden biride istatistiksel deney tasarımıdır. Deneysel tasarım metotlarının bir işletmede kullanımı ile, üretime başlamadan süreç parametrelerinin en doğru şekilde dizaynı sağlanmakta böylece süreçte oluşan problemlere tasarım aşamasında etkin çözümler geliştirilebilmektedir. Bu ise işletmelere ciddi maliyet ve zaman avantajı sağlamakta, verimliliği arttırmaktadır. Endüstrinin pek çok dalında başarıyla uygulanıyor olanı İstatistiksek Deney tasarımı (İDT) metodolojik yaklaşımı itibariyle tasarımın söz konusu olduğu tüm mühendislik faaliyetlerinde olduğu gibi delme patlatma tasarımında da kullanılabilir özelliktedir.İDT yöntemlerinin içinden ise son yıllarda üretim endüstrisinin pek çok kolunda uygulanarak başarılı sonuçlar veren Taguchi deneysel tasarımı yöntemi delme patlatma ve diğer madencilik süreçlerindeki problemlerin çözümünde kullanılabilecek en akılcı yöntem olarak gözükmektedir. Çünkü bu metot diğer deneysel tasarım yöntemlerine göre aynı sonuçları verirken çok daha az deneye ihtiyaç duymaktadır. Bu durum madencilik gibi saha çalışmasının kaçınılmaz olduğu alanlarda yapılan araştırmalarda, deney yapma zorlukları ve kısıtlamalar dikkate alınacak olursa daha düşük maliyette, daha kısa zamanda ve daha kolaylıklı olarak çözüm sağlayacaktır. Bu yüzden çok daha az deney yaparak çok yüksek doğruluk veren Taguchi deneysel tasarımı, madencilik problemlerinin kısa sürede ve daha az maliyetle çözümünde etkin olarak kullanılabilecek yöntemdir.Bu araştırmanın çalışma alanı olan Seyitömer Linyitleri İşletmesinde (SLİ), patlatma kaynaklı yersarsıntılarının etkisiyle yakın çevredeki yerleşim birimlerinde yaşayan halkın haklı veya haksız tepki ve şikâyetlerinden kaynaklanan problemler yaşanmaktadır. Bu problemlerin ve çevreye verilen rahatsızlığın engellenmesi açısından patlatma kaynaklı bu sarsıntıların azaltılması işletme açısından büyük önem taşımaktadır.Bu çalışmada bir deney tasarım yöntemi olan Taguchi deneysel tasarım yöntemi kullanılarak SLİ şartlarında kontrol edilebilir olan bazı delik geometrisi faktörlerinin (parametrelerinin) patlatma kaynaklı sarsıntılara olan etkilerinin incelenmesi ve bu patlatma kayaklı sarsıntıların faktör optimizasyonu ile azaltılması amaçlanmıştır.Bu amaçla SLİ şartlarında kontrol edilebilir olan 4 faktör (Delikler arası mesafe (A), Toplam patlayıcı madde miktarı (B), Ölçüm uzaklığı (C) ve Gecikme süresi (D)) 2 seviyeli olarak ve L8(2)7 Ortogonal dizini kullanılarak 3 tekrarlı 8 deney kombinasyonuna tabi tutulmuştur. Kontrol edilebilen bu faktörlerin seviyeleri; Delikler arası mesafe için 8-12m, toplam patlayıcı miktarı için 450-600 kg, ölçüm uzaklığı için 75-150 m, gecikme aralığı için ise 0-42 ms olarak alınmıştır. Deneyler sonucunda oluşan sarsıntı değerleri parçacık hızı (mm/sn) olarak sarsıntı ölçüm cihazında okunup kayıt altına alınmış, bu deney sonuçları hem ortalama hem de S/N istatistiğine göre analiz edilmiştir. Tüm deney patlatmaları işletmede Aslanlı bölgesi Dragline panosunun bir diliminde kömür üstündeki 22 m lik marn formasyonun da 90 ? açıyla, 9 ınc çapında, delikler oluşturarak ve üçerli guruplar halinde seri olarak patlatılarak yapılmıştır.Analiz aşamasında ilk olarak temel etkiler ve etkileşimler belirlenmiştir. Sonraki aşamada her iki istatistik için faktör ve etkileşimlerin etkilerinin anlamlılığını ve etki oranını belirlemek amacı ile varyans analizi yapılmıştır. Varyans analizlerinde çıkan sonuçlara göre nihai optimum şartlar belirlenmiş ve doğrulama deneyleri yapılarak bu optimum şartların güvenilirliği tespit edilmiştir.Yapılan çalışmalar sonucunda; SLİ şartlarında patlatma kaynaklı sarsıntıların azaltılmasında etkin birincil faktörlerin büyüklük sırasına göre patlama noktasına olan uzaklık ve patlatmadaki gecikme süresi; Etkin ikincil faktörün delikler arası mesafe-patlayıcı madde miktarı etkileşimi olduğu, minimum sarsıntıyı veren optimum şartların ise A1B2 , C2, D2. olarak, yani 8 m delikler arası mesafe 600 kg toplam patlayıcı miktarı, 150m ölçüm uzaklığı, 42 ms gecikme süresi olarak ortaya çıktığı tespit edilmiştir. Bununla beraber tasarım çalışmasından önce 62 mm/sn olarak gerçekleşen sarsıntı miktarının tasarım çalışmasından sonra 34.56 mm/sn düştüğü görülmüştür. Yapılan doğrulama deneyleri ile de tasarımın güvenilir olduğu anlaşılmıştır.Anahtar Kelimeler: Delme, Deney Tasarımı, Patlatma, Taguchi Yöntemi, Yer Sarsıntısı.

Abstract:
In open and underground mine establishment, since it is an economical solution, drilling and exploding excavation methods that are still commonly used in excavating and relaxation of ore and the cover of ore, is the main source of environmental negativeness. The most attractive of the environmental negativeness recently, are the earthquakes because of the physical damages to the residential areas, people?s reactions and the negative technical and economical affects of these reactions on the enterprises. Nowadays, minimizing these environmental problems from the view of enterprises is as important an aim as the securing of the explosion, reducing the cost and the providing of the ideal (required) relaxation or particle size.In the solutions of the explosion based technical and environmental problems; the importance of a explosion design that optimizes the factors that takes role in the disintegration mechanism according to the aim, is indisputable. That is why, for a healthy explosion design, it is necessary to considerate and investigate many factors taking role in this mechanism.That a healthy design is a critical subject in the solution of the explosion based problems increases the importance of using the design techniques in this area. One of these techniques is statistical experiment design. By using the experimental design methods in an enterprise, designing of the process parameters perfectly are done before starting the production, and by this way affective solutions can be developed during design period against the problems seen during the process. And this provides serious cost and time advantage in the enterprises and increases the productivity. From the point of its methodological approach, Statistical Experiment Design (SED) that is used in many areas of the industry has a feature that is possible to be used in drill exploding design as well as in all engineering activities that needs design.Among SED methods, Taguchi experimental design that gives successful results by using it in many branches of production industry is seen to be the most rational method that can be used in solving the problems in drilling, explosion and other mining processes. Because this method when compared with other experimental design methods, gives the same result whereas need less experiment. When the difficulties and restrictions in making experiments are taken into consideration this case will provide easier solution with less cost and time in researches made in the areas where the site work is inevitable as in mining.That is why, Taguchi experimental design that gives more accuracy by doing less experiment, is a method that can be used affectively in solving mining problems in a short time with less cost.In (SLİ) Seyitömer Linyitleri İşletmesi (Seyitömer Lignite Coal Enterprise) that is the area of this work, experiences problems caused by the right or wrong effects and complaints of the people living there because of the results of the earthquakes caused by explosions. The reduction of shocks caused by these explosions has much importance from the point of preventing the disturbance of these problems and their bad affects.In this research it is aimed to reduce the explosion based shocks through factor optimization by using Taguchi experimental design method that is experimental design method and investigating the affects of some hole geometry factors? (parameters) that can be controlled Under SLİ conditions on the explosion based shocks.With this aim, 4 factor (distance between the holes (A), total amount of explosives (B), measure distance (C) and Delay time (D)) that can be controlled under SLİ conditions are applied to 3 times repeated 8 experiment combination in 2 stages and by using L8(2)7 orthogonal series. The levels of these controllable factors are taken as; 8-12 m for the distance between the holes, 450-600 kg for the total amount of explosives, 75-150 m for the measure distance, 0-42 ms for the delay period. The shock values obtained after the experiments are read to the measurement device as particular speed (mm/sn) and recorded, and these experimental results are analyzed according to both average and S/N statistics. All experimental explosions are done on 22 m marn formation on the coal by preparing holes with 900 angle, 9 inc diameter, and by exploding them in series in triple groups in one part of Aslanlı area Dragline panel.In analyzing stage, essential effects and interactions are determined. In the other stage, variance analysis is done to determine the meaningfulness and effect rate of the effects of factor and interaction for both statistics. According to the variance analysis, final optimum conditions are determined and the reliability of this optimum conditions are found out by doing approving experiments.After the works, under SLİ conditions it is found out that according to their bigness sequence, distance from the explosion point and the delay time in explosion are the primary factors that are effective in reducing the explosion based shocks; the secondary factor is the in between holes distance-explosives transaction, the minimum shocking optimum conditions are A1B2, C2, D2, this is 8 m between the holes and 600 kg total explosive, 150 m measure distance, 42 ms delay time. Besides this, it is seen that the shock amount of 62 mm/sn before the design work has been reduced to 34.56 mm/sn after the design work. With the approving experiments it has been understood that the design is reliable.Key words: Drilling, Earth Quake, Experimental Design, Explosion, Taguchi Method.