TKİ – Milas Hüsamlar Açık Linyit Ocağı'nda şev duraysızlık mekanizmalarının araştırılması ve güvenli şev tasarımı
Investigation on the mechanisms of slope instability and design of safe slope at TKİ – Mi̇las Hüsamlar Lignite Open Pit
Yazar: KEMAL CEM SOLAK
Danışman: DOÇ. DR. ERGÜN TUNCAY ; PROF. DR. REŞAT ULUSAY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Şev kararlılığı = Slope stability

Özet:
Tez çalışması kapsamında Türkiye Kömür İşletmeleri Genel Müdürlüğü, Yeniköy Linyit İşletmeleri'ne (TKİ – YLİ) bağlı Hüsamlar Açık Linyit Ocağı'nda, işletme tarafından ilerleme yönü olarak seçilen güney şevlerindeki linyit üstü birimlerde gözlenen şev duraysızlıklarının mekanizmalarının araştırılması ve üretimin devamlılığının sağlanması için gerekli olan duraylı şev geometrilerinin tasarlanması amaçlanmıştır. Bu amaçla; çalışma sahasına ilişkin literatür taraması, arazi çalışmaları, laboratuvar deneyleri, duraysızlıkların geriye dönük analizleri ile tasarım analizleri gerçekleştirilmiştir. 
Araştırmanın arazi çalışması kısmında duraysızlıkların sınırları belirlenmiş ve kayma yüzeylerine ilişkin tespitler yapılmış, geriye dönük analizlerde kullanılmak üzere kesitler alınmış, çalışma bölgesinin mühendislik jeolojisi haritası hazırlanmış, süreksizliklere ilişkin veri toplanmış olup, ayrıca laboratuvar deneylerinde kullanılmak üzere örnekleme çalışması yapılmıştır. Yapılan gözlemler ve analizler yardımıyla duraysızlıkların mekanizmaları belirlenmiştir. Süreksizlik denetimli duraysızlıkların yanı sıra, kaya kütlesi özelliklerince kontrol edilen duraysızlıklar da saptanmıştır. Çalışılan bölgenin yeraltısuyu durumuna yönelik yeterli verinin olmamasından dolayı, söz konusu belirsizliğin giderilmesi amacıyla analizlerde gözenek suyu basıncı oranı (ru) esas alınmıştır.
Süreksizlik denetimli duraysızlıklarda yenilme yüzeyi boyunca etkin olan makaslama dayanımı parametrelerinin tahmini amacıyla geriye dönük analizler gerçekleştirilmiştir. Farklı su koşulları için yapılan bu analizlerde, yenilme yüzeyleri boyunca etkin olan dayanım parametrelerinin artık makaslama dayanımı parametreleri olduğu belirlenmiştir. Kaya kütlesi davranışı gösteren ince tabakalı marnlarda meydana gelen duraysızlıkların geriye dönük analizlerinde farklı ru değerleri için GSI ve mi değerlerinin değişimi araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar kullanılarak, dairesel başlayıp kalın tabakalı marndaki tabaka düzlemleri boyunca devam eden ve linyit üretiminin önünde ciddi bir engel olan en büyük heyelanın geriye dönük analizi yapılmıştır. Bu analizde ise, kalın tabakalı marnların kaya kütlesi parametreleri, ince tabakalı marn birimine ait parametrelerin belirlenmesinde kullanılan yönteme benzer şekilde hesaplanmıştır. Bu analizler sonucunda kritik olabilecek ru değerleri de belirlenmiş olup, tasarıma yönelik analizlerde bu ru değerlerinin kullanılmasına karar verilmiştir.
Kaya kütlesi için geriye dönük analizlerden elde edilen; süreksizlik yüzeyi ve kaya malzemesi için ise laboratuvar deneylerinden belirlenen jeomekanik özellikler dikkate alınarak; mevcut, ilerleme yönündeki şevler ile nihai şevlerin duraylılık analizleri yapılmıştır. Duraysızlık gözlenmesi muhtemel seviyeler kendi içerisinde tasarımlanmış ve mümkün olan en kısa sürede linyit üretimine geçilmesine olanak verecek düzenlemeler önerilmiştir. İşletme tarafından planlanan basamak tasarımında iyileştirmelere gidilmiş ve böylece güvenli bir şekilde daha fazla miktarda linyitin alınmasına olanak sağlayacak şev geometrileri oluşturulmuştur. Çalışmanın en son aşamasında ise, tercih edilmesi durumunda, elde edilen yüksek güvenlik katsayılarının kritik seviyeye (F=1.3) yaklaştırılabilmesi adına sadece linyit horizonu için genel şev açısının belirlenmesine yönelik analizler yapılmıştır. Bu analizler, işletmenin olanakları elverdiği takdirde, linyit horizonunda daha dik genel şev açısına sahip şevlerin oluşturulabileceğini göstermiştir.

Abstract:
In the context of this thesis study, it was aimed to investigate the mechanisms of the slope instabilities observed in the pit slopes, which are oriented in the direction of advance and excavated in geological units above the coal horizon in the Hüsamlar Lignite Open Pit, operated by the Yeniköy Lignite Directorate of the General Directorate of Turkish Coal Enterprises (TKİ-YLİ), and to design stable pit slopes for providing a continuous coal production. For these purpose, literature survey, field investigations, laboratory experiments, back-analyses of the slope failures and analyses for design were conducted. 
In the field investigations part of the study, boundaries of the instabilities and failure surfaces were determined, cross-sections to be used in the back-analyses were constructed, engineering geological map of the study area was prepared, data from discontinuities were collected and sampling was also conducted for laboratory experiments. The mechanisms of the instabilities were clarified with the aid of site observations and analyses. In addition to the structurally-controlled instabilities, those controlled by rock mass properties were also recognized. Since no data on the groundwater condition prevailing in the site is available, in order to eliminate this uncertainty pore pressure ratio (ru) was considered in the stability analyses.  
In order to estimate the shear strength parameters mobilized along the sliding surfaces at the time of structurally-controlled failures, back-analyses were conducted.  In these analyses, which were carried out for different water conditions, it was found that the residual shear strength parameters of the discontinuities were mobilized along the discontinuity surfaces at the times of failures. In the back-analyses of the instabilities occurred in the thinly-bedded marls, which exhibit rock mass behaviour, the variation of GSI and mi, based on different ru values, was investigated. By using the analysis results, back-analysis of the largest instability which initiated in the circular form and then followed the bedding planes in the compact marls and is an important problem for lignite production, was also performed. In this analysis, rock mass parameters of the contact marls were calculated using a method similar to that used for the thinly-bedded marl. Based on these analyses, critical ru values were estimated and their use in the design analyses was decided. 
Based on the geomechanical properties of the rock mass determined from the back-analyses and for discontinuities and rock materials from the laboratory experiments, stability analyses of the current slopes, slopes in the direction of advance and final slopes were conducted. The zones, where development of instabilities is probable, were designed separately, and slope configurations which will lead the coal production in the shortest time were recommended. Some remediation in the bench design, which was planned by TKI, and slope geometries leading more coal production, were also recommended. In the final stage of the study, in terms of approaching the higher factors of safety to a critical value (F=1.3), some analyses only for the determination of final slope angle in the lignite horizon were carried out. These analyses indicated that steeper slopes in the lignite horizon can be excavated, if the facilities of the mine are sufficient.