Patlatma kaynaklı sismik dalga biçimlerinin analizi ve titreşim yayılımı tahmininde kullanılabilirliği
Analysis of blast-induced waveforms and usability of estimation in blasting vibration propagation
Yazar: SADETTİN BAĞDATLI
Danışman: PROF. DR. EŞREF YALÇINKAYA
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeofizik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Jeofizik Mühendisliği = Geophysics Engineering ; Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Ayrık fourier dönüşümü = Discrete fourier transform ; Delme patlatma sistemi = Drilling blasting system ; Sismik titreşim = Seismic vibration

Özet:
Patlatmalı kazı, madencilik ve inşaat sektöründe sıklıkla kullanılan bir yöntemdir. Özellikle sert ve sağlam kayalar için ekonomik ve hızlı kazı imkanı sağlaması nedeniyle vazgeçilmez bir yöntem olmuştur. Geçmişte yerleşim alanları dışında yer alan maden sahalarında kullanılabilen patlayıcı maddeler, günümüzde, gelişen teknoloji ve üretilen emniyetli patlayıcı ürünler sayesinde meskun mahallerde de sıklıkla kullanılmaktadır.
Patlatmalı kazının sağladığı faydaların yanında; titreşim, hava şoku, taş fırlaması, gürültü gibi çevresel etkileri de söz konusudur. Yapılan araştırmalar, iyi bir patlatmada dahi, kaya kırmada kullanılan enerjinin ortalama %20 ila %30 aralığında değiştiğini göstermektedir. Dolayısıyla, patlatma enerjisinin büyük bir bölümü çevresel etkilere neden olmaktadır., Patlatmanın çevresel etkileri içerisindeki en büyük paya, patlatma kaynaklı titreşimler sahiptir. Bu nedenle patlatma kaynaklı titreşimler oldukça önemli bir konu olmaktadır.
Patlatma kaynaklı titreşimlerin yapısal hasarlara neden olmaması için çeşitli kontrol ve değerlendirme teknikleri geliştirilmiştir. En yaygın kullanımı, patlatma esnasında, zemin üzerinde oluşan parçacık hareketinin hızının ölçülmesi ile elde edilen maksimum parçacık hızı (PPV)'nın, yapısal hasar bakımından belirlenmiş çeşitli eşik değerlerle sınırlandırılmasıdır. Bu yöntemde PPV değeri, titreşim hızının frekansı ile ilişkilendirilerek, belirlenmiş eşik limiti aşıp aşmamasına göre değerlendirilmektedir. Dolayısıyla patlatmalı kazı esnasında oluşan hareketin sonucunu ifade etmektedir. Fakat, zaman ortamında kayıt edilen bu değerler; titreşimin oluşması, taşıdığı enerji,  sinyalin sönümlenmesi, frekans değişimleri gibi parametrelere yönelik bilgi vermemektedir. Bu nedenle, oluşan titreşimlerin frekans ortamında incelenmesinin, sinyalin tanımlanması bakımından oldukça önemli bir hal almaktadır. 
Patlatma kaynaklı çevresel etkilerin azaltılabilmesi için, patlayıcı enerjisini maksimum seviyede kaya kırmada kullanmak gerekmektedir. Bu nedenle, patlatma tasarımının uygunluğu, çevreye yayılan titreşim etkilerinin azaltılması bakımından da oldukça önemlidir. Patlatma tasarımları, patlayıcı konulacak delik çapının fonksiyonu olarak oluşturulmaktadır. Delik çapının belirlenmesi sonrasında, deliğin delineceği konum oldukça önemlidir. Dilim kalınlığı olarak adlandırılan, patlayıcı yerleştirilecek deliğin, kayanın kırılarak öteleneceği boşluk alan (serbest yüzey) ile olan mesafesi, patlayıcı enerjisinin nüfus edeceği kaya kütlesi miktarı bakımından önemli bir parametre olarak görülmektedir. 
Bu çalışma kapsamında, üç farklı maden sahasında, farklı dilim kalınlıkları belirlenerek gerçekleştirilen patlatmalı kazılar esnasında oluşan titreşimler incelenmiştir. Titreşim ölçer cihazlar ile kayıt edilen titreşimler, zaman ve frekans ortamında incelenmiştir. Sinyallerin hızlı Fourier dönüşümleri (FFT) yapılarak, titreşimlere ait Fourier magnitüd değerleri hesaplanmıştır. Titreşimlerin ölçülen PPV değerleri ile hesaplanan Fourier magnitüd değerleri; dilim kalınlığı değişkenine göre karşılaştırılmıştır. Elde edilen bulgular, literatürde yer alan, dilim kalınlığının titreşim hızına olan etkilerine yönelik çalışmalarla mukayese edilmiştir. 
Ulaşılan sonuçlar neticesinde, dilim kalınlığının, optimum kalınlıktan uzaklaştıkça, başka bir deyişle, gereğinden ince yada kalın olan dilim kalınlıklarının titreşim hızı ve titreşimlerin taşıdıkları enerjinin büyüklüğünü arttırdığı değerlendirilmiştir. Ayrıca, sinyalin frekans içeriğinin incelenmesinin sinyalin taşıdığı enerji büyüklüğünü kıyaslamak bakımından oldukça önemli olduğu anlaşılmıştır.

Abstract:
Blasting excavation is a commonly used method in the mining, excavation, and construction sectors. It has become an indispensable technique, especially for hard and solid rocks, due to its economic and fast excavation capabilities. In the past, explosive materials could only be used in mining fields located outside of residential areas, but with advancing technology and the production of safe explosive products, they are now frequently used in populated areas as well.
In addition to the benefits provided by blasting excavation, there are also environmental effects such as vibration, airblast, flyrock, and noise. Research indicates that even in a well-executed blast, the energy used for rock fragmentation varies between an average of 20% to 30%. Therefore, a significant portion of the blasting energy results in environmental effects. Among the environmental effects of blasting, vibration caused by blasting holds the largest share. Consequently, vibration caused by blasting is a highly important issue.
Various control and evaluation techniques have been developed to prevent structural damage caused by blasting-induced vibrations. The most common approach is to limit the maximum particle velocity (PPV) obtained by measuring the velocity of particle movement on the ground during blasting. This PPV value is evaluated based on predetermined threshold values for structural damage. Thus, it represents the outcome of the motion occurring during blasting. However, these recorded values in the time domain do not provide information about parameters such as vibration initiation, energy carried by the signal, signal damping, and frequency changes. Therefore, analyzing the generated vibrations in the frequency domain becomes crucial for signal identification.
To reduce the environmental effects of blasting, it is necessary to utilize the explosive energy at its maximum level for rock fragmentation. Therefore, the suitability of the blasting design is also essential in reducing the propagation of vibration effects to the surroundings. Blasting designs are created based on the function of the diameter of the hole where the explosive will be placed. After determining the hole diameter, the location of the hole to be drilled is of great importance. The distance between the hole, where the explosive will be placed, and the free face where the rock will be fractured and displaced, known as the burden, is considered an important parameter in terms of the amount of rock mass that will be affected by the explosive energy.
In this study, vibrations generated during blasting excavations were examined by determining different burden in three different mining sites. The recorded vibrations with vibration measurement devices were analyzed in the time and frequency domains. Fast Fourier Transformations (FFT) were performed on the signals to calculate the Fourier magnitude values associated with the vibrations. The measured PPV values of the vibrations and the calculated Fourier magnitude values were compared based on the burden variable. The findings were compared with studies in the literature that investigated the effects of burden on vibration velocity.
As a result, it was evaluated that as the burden deviates from the optimum thickness, in other words, when the burden is excessively thin or thick, it increases the vibration velocity and the magnitude of the energy carried by the vibrations. Additionally, it was understood that analyzing the frequency content of the signal is crucial for comparing the magnitude of energy carried by the signal.