Afşin-Elbistan e-sektörü linyit açık işletmesinde yeraltı su seviyesi değişimi ve şev duraylılığına etkilerinin araştırılması
Investigation of ground water level change and its effects on slope stability in Afsin-Elbistan sector-e open-cast coal mine
Yazar: BAHADIR ŞENGÜN
Danışman: PROF. DR. KAZIM GÖRGÜLÜ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT TEZCAN
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Açık ocak madenciliği = Open pit mining ; Linyit kömürü = Lignite coal

Özet:
Bu çalışma kapsamında, Afşin-Elbistan Kömür Havzası E-Sektörü'nde mevcut 1.5 milyar ton kömürün açık işletme yöntemi ile üretilmesi sonucunda oluşacak kalıcı şevlerin duraylılığına etkilerinin incelenmesine dönük araştırma yapılmıştır. Öncelikle mevcut jeolojik, jeoformolojik, jeoteknik parametrelerin belirlendiği ve üretim faaliyetlerinin yürütüldüğü diğer sektörlerin sonuçları irdelenerek konu ile ilgili literatür derlenmiştir. Daha sonra, havzaya dönük 585 adet rezerv sondajı ile 120 adet jeoteknik ve 12 adet pompa testi sondajından elde edilen veriler ışığında E-Sektöründe oluşturulacak kalıcı şevlerin duraylılık analizleri yapılmıştır.
Çalışma genel itibariyle iki aşamadan oluşmuştur. Birinci aşamada, E-Sektörünün 12 farklı lokasyonunda yapılan pompa testi ve düşen seviyeli test sonuçları irdelenerek sahadaki akiferlerin hidrolik özellikleri, beslenme ve sınır koşulları belirlenmiştir. Pompa testleri ve düşen seviyeli testler sonucunda hidrolik iletkenlik katsayıları gidya birimi için 5.47E-5  – 5.47E-9 m·s-1, kömür birimi  için 7.55E-7 – 8.63E-10 m·s-1, Kemaliye formasyonu için 1.34E–6 – 2.99E-9 m·s-1, Çayderesi formasyonu için 1.01E-5 – 5.90E-8 m·s-1 ve taban kili birimi için   6.73E-11 m.s-1 olarak hesaplanmıştır.
Pompa testlerinin analitik değerlendirilmesi ile elde edilen hidrolik parametreler tüm model alanına 3 boyutlu interpolasyon marifetiyle jeoistatistiksel olarak dağıtılmış ve akifer parametrelerinin kalibrasyonları yapılmıştır. Kalibrasyon sonucu elde edilen hidrolik iletkenlik katsayısı değerlerinin genel olarak 5.55E-6 – 27.0 m.g-1 arasında değiştiği tespit edilmiştir.
Afşin-Elbistan Kömür Havzasında yer alan E-Sektörünün doğu ve güney kalıcı şevlerinin duraylılık analizleri için 11 adet jeolojik kesit hazırlanmıştır. Şev duraylılığı analizleri ile ilgili çalışmalarda Slide2 (Slide2 V.2018 8.031) paket programından yararlanılmış, analizlerde denge sınırı yöntemlerinden Spencer (1967) yöntemi kullanılmıştır. Basamak şev açısı ve genel şev açısı ile ilgili çalışmalarda, bölgede oluşan ve/veya oluşması beklenen dairesel, kompozit ve dairesel olmayan (blok tipi) kayma modellerine göre farklı analizler yapılmıştır.
Ocağın doğu bölümü için basamak açıları, lehim biriminde 21˚, bej gidya biriminde 43˚, gri gidya biriminde 44˚, linyit biriminde 51˚, taban kili biriminde 24˚ ve Kemaliye formasyonunda ise 26˚, bunun yanı sıra güney bölgesinde basamak açıları lehim biriminde 21˚, mavi-yeşil kil biriminde 21˚, bej gidya biriminde 58˚, gri gidya biriminde 35˚ ve linyit biriminde ise 61˚ olarak hesaplanmıştır.
Değişik yeraltı su seviyelerinde yapılan şev duraylılık analizlerine göre, yeterli güvenlik katsayısı (FS ≥ 1.5) ve güvenilirlik indeks (RI ~ 3) değerlerine sahip  genel şev açıları doğu şevlerinde 8.94˚ – 13.30˚,  güney şevlerinde 6.33˚ – 13.49˚ aralığında belirlenmiştir. Ayrıca her bir kesite ait  genel şev açısı (°) – YASS (m) ilişkileri sunulmuştur.
Depremsellikle ilgili değerlendirmelerde, çalışma alanı için maksimum yatay yer ivmesinin 0.15 g, sismik katsayının ise 0.075 olacağı öngörülmüş ve önerilen şev geometrilerinin güvenlik katsayılarının 1'den büyük olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca hedef güvenlik katsayısına (FS ≥ 1) göre yapılan değerlendirmede ise kritik sismik katsayıların 0.075 değerinden büyük olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Within the scope of this study dissertation, a study was conducted on the stability of the permanent slopes being formed after 1.5 billion tons of coal in Sector E of the Afşin-Elbistan coal basin will have been excavated by the open pit mining. First of all, the results of geological, geomorphological and geotechnical studies parameters in the sectors of this basin where production activities are being carried out have been examined and the relevant literature compiled. Later on stability analyses of permanent slopes of Sector E have been performed by considering the data obtained from the existing 585 reserve boreholes, 120 geotechnical and 12 pumping test drills.
The study generally consists of two stages, in general. In the primary stage, pumping tests and slug tests have been carried out in 12 different locations of Sector E and the hydraulic properties, recharge and boundary conditions of its aquifers were thoroughly analyezed. Using pumping tests and slug tests results the hydraulic conductivity coefficient existing layer  was calculated as 5.47E-5 – 5.47E-9 m·s-1 for gyttja unit, 7.55E-7  – 8.63E-10 m·s-1 coal unit, 1.34E-6 – 2.99E-9 m·s-1 Kemaliye formation, 1.01E-5 – 5.90E-8 m·s-1 for Çayderesi formation and 6.73E-11 m·s-1 for the underlying base clay unit.
The hydraulic parameters obtained by analytical evaluation of the pumping tests were geo-statistically distributed to the entire model area by 3-dimensional interpolation and the aquifer parameters were calibrated. The hydraulic conductivity coefficient values obtained by calibration generally varied between 5.55E-6 – 27 m.day-1.
A number of eleven geological sections were created for the stability analysis of permanent slopes in the east and south part of Sector E in Afşin - Elbistan Coal Basin. In studies on slope stability analysis, Slide2 (Slide2 V.2018 8.031) package program was used, and Spencer (1967) method, one of the limit equilibrium methods, was applied in the analysis. In the studies concerning bench slope angle and overall slope angle, different analysis were carried out according to circular, composite and non-circular (block type) slips surfaces occurred or be expected to occur in the region.
Bench slopes of eastern part of open pit has been calculated as 21˚ for loam unit, 43˚  for beige gyttja unit, 44˚ for gray gyttja unit, 51˚ for lignite unit, 24˚ for base clay unit and 26˚ Kemaliye formation, besides bench slopes of southern part has been determined as 21˚ for loam unit, 21˚ for blue-green clay unit, 58˚ for beige gyttja unit, 35˚ for gray gyttja unit and 61˚ for lignite unit.
According to the slope stability analyzes performed at different groundwater levels, the overall slope angles with adequate safety coefficient (FS ≥ 1.5) and reliability index (RI ~ 3) values were determined in the range of 8.94˚ – 13.30˚ for east slopes and 6.33˚ – 13.49˚ for south slopes. In addition, the overall slope angle (°) – relations of ground water level are presented for each section.
In the seismicity evaluations, it was assumed that the maximum horizontal ground acceleration for the study area would be 0.15 g. The seismic coefficient is to be in the range of  0.075, and it was determined that the safety factors of the proposed slope geometries were greater than 1. Additionally, evaluations with the target safety factor of 1 (FS ≥ 1) revealed that the critical seismic coefficients were in excess of 0.075.