Anizotropik birincil gerilme alanının paralel yeraltı açıklıkları ve topukların duraylılığına etkisi
Effect of anisotropic in-situ stress field on the stability of parallel coal mine galeries and pillars
Yazar: ÖZGÜR YILMAZ
Danışman: DOÇ.DR. TUĞRUL ÜNLÜ
Zonguldak Karaelmas Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Yeraltı maden açıklıkları, madencilik çalışmalarının gerektirdiği amaçlar doğrultusundadeğişik kesit ve geometride açılmaktadır. Yeraltı açıklıkları çevresindeki yüksek ikincilgerilmelerin neden olduğu yenilmeler açıklıkların geometrisiyle birlikte kaya kütlesininmekanik özelliklerine ve ortamdaki birincil gerilmelerin büyüklüğüne ve yönlerinebağlıdır. Anizotropik birincil gerilme alanlarında, açıklık geometrisine ve doğrultusunabağlı olarak duraysızlık problemleriyle sıkça karşılaşılabilinmektedir. Bu tür bölgelerin iyianaliz edilmesi, güvenli ve ekonomik tasarımların gerçekleştirilmesi açısından oldukçaönemlidir.Bu çalışmada, öncelikle yerkabuğundaki birincil gerilmeler ve birincil gerilme durumuaçıklanmış ve birincil gerilmelerin kestirimine yönelik bilgiler verilmiştir. Anizotropikbirincil gerilme dağılımlarının yeraltı açıklıklarının duraylığı üzerindeki etkileri genişçapta incelenmiş ve gerilme kontrol yöntemlerine yer verilmiştir.Bu tez çalışmasının ana hatlarını iki kısımda incelemek mümkündür. lk kısımda,anizotropik yatay birincil gerilme alanında konumlandırılmış yeraltı açıklıklarındakidoğrultu değişimlerinin açıklık ve topuk duraylıkları üzerindeki etkileri iki ve üç boyutlusayısal gerilme çözümlemeleri yapılarak araştırılmış ve yapılan iki ve üç boyutlu sayısalçözümleme sonuçları birbiriyle karşılaştırılmıştır. Gerçekleştirilen iki ve üç boyutlu sayısalgerilme çözümlemelerinde, değişik derinlik seviyelerinde bulunan kömür damarlarıiçerisinde oluşturulan açıklıkların ve topukların duraylıkları, farklı tabaka özellikleri veyatay birincil gerilme alanları göz önüne alınarak araştırılmıştır. Doğrultu değişimlerinduraylık üzerindeki etkilerinin araştırılması sonucunda, anizotropik birincil gerilmealanlarındaki farklı tabaka koşullarına sahip kömür damarlarında en uygun panoyöneliminin yalnızca yatay gerilmelere değil aynı zamanda düşey gerilmelere de bağlıolduğu kanısına varılmıştır.kinci kısımda ise, anizotropik birincil gerilme alanında konumlandırılmış çoklu tabanyollarına sahip uzunayak panoları arasında bırakılan kömür topuklarındaki kesitdeğişimlerinin (genişlik-uzunluk (W/L) oranlarının) duraylık üzerindeki etkileri üç boyutlusayısal gerilme çözümlemesi yapılarak araştırılmıştır. Yapılan bu çalışma sonucunda ise,topuk geometrisinde topuğun maksimum yatay gerilme doğrultusuna dik olan boyutunun(duruma göre uzunluk veya genişlik) kritik öneme sahip olduğu sonucu bulunmuştur.

Abstract:
Underground openings are excavated in various geometrical shapes and cross-sectionsdepending upon the requirements of the mining facilities. The failure caused by highinduced stresses in the vicinity of underground openings is related to geomechanicalcharacteristics of the rock masses, magnitude and the orientation of the in-situ stresses andthe shape of the excavations. Instability problems resulted from anisotropic primarystresses are common problems of mining operations. Therefore, special attention must begiven to those areas in terms of mine stability and economy.In the first part of the thesis, a general literature review is given concerning primary in-situstresses and determination of in-situ stresses as well as anisotropic in-situ stressdistributions and their adverse effects on the stability of underground structures. Remedialmeasures are also explained to mitigate adverse effects and/or to improve workingconditions.The main body of the thesis is given in two sections. In the first one, stability of theunderground openings and pillars have been investigated using two and three dimensionalnumerical stress analysis methods taken into account anisotropic horizontal stresses andthe direction of the excavations. In the numerical analyses, various strata conditions andworking depths were simulated and than results were compared from two and threedimensional numerical modelling studies. Finally, it has been concluded that the bestdirection of openings depends on panel layouts which are affected by not only primaryhorizontal stresses but also vertical primary stresses.In the second part of the study, three dimensional numerical modelling studies have beencarried out to investigate stability of multiple entry longwall panel gate roads and pillarswith various width-to-length ratios (W/L). Results of the modelling studies have shownthat critical dimension of coal pillars depends on the direction of maximum horizontalstresses and the width of coal pillars.