Kayaçların fiziksel ve mekanik özelliklerinden yararlanarak delinebilirlik tahmin modellerinin geliştirilmesi
Development of deliverability forecasting models by using physical and mechanical properties of rocks
Yazar: EMRE KARAKAYA
Danışman: PROF. DR. NİYAZİ BİLİM
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Maden İşletme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Günümüzde artan nüfusu ile birlikte yeraltı ve yerüstü kaynaklarına olan önemde artmaktadır. Bu kaynakların rezerv ve tenörlerini en doğru bir şekilde tahmin edebilmek için sondaj çalışmalarının yapılması gereklidir. Arama ve etüt amaçlı sondaj çalışmalarının dışında da madencilikte birçok amaçla delikler delinmektedir. Yeraltı su durumun tespiti, kaya saplamaları, patlatma delikleri, kontrol amaçlı, drenaj, enjeksiyon, temel çalışmaları vb için günümüzde madencilik ve diğer mühendislik alanlarında delme çalışmaları yapılmaktadır. Bu nedenle delme çalışmalarının verimli gerçekleştirilmesi büyük önem arz etmektedir.
Bu tez çalışmasında, kayaçların fiziksel ve mekanik özelliklerinden yararlanarak pratik bir delinebilirlik indeks modeli oluşturmak amaçlanmıştır. Bu amaçla çeşitli bölgelerden elde edilen sekiz farklı doğal kayaçtan laboratuvar ölçekli bir karot alma makinesi ile karot alınırken, dönme hızı, baskı kuvveti, delik çapı gibi parametreler değiştirilerek delme deneyleri yapılmıştır. kaya delinebilirliği deneyleri yapılırken makineye bağlı değiştirilebilir parametrelerden baskı kuvveti değiştirilerek 11 farklı baskı kuvvetinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca kaya delinebilirlik deneylerinde 11 farklı baskı kuvvetinde harcanan güç de bir güç analizörü vasıtasıyla ölçülmüştür. Güç ölçümünden elde edilen sayısal veriler kullanılarak delinebilirliğe etki eden parametreler ile arasındaki ilişkiler analiz edilmiştir. Delici ucun dönme hızı değiştirilerek dönme hızının delinebilirliğe olan etkisi de ayrıca incelenmiştir. Ayrıca her kayacın kaya delinebilirlik deneylerinden sonra delici uç ağırlığı hassas bir terazide ölçülerek alınan karot boyunda ne kadar aşınma miktarı olduğu da belirlenmiştir. Bununla birlikte aynı kaya bloklarında fiziko-mekanik deneyler (tek eksenli basınç dayanımı, Brazilian dayanımı, Schmidt sertliği, nokta yükleme dayanımı, yoğunluk, gözeneklilik, kırılganlık, Mohs sertiği) gerçekleştirilmiştir. Yeni bir delinebilirlik tahmin modelinin geliştirilmesi için kayaçlar üzerinde gerçekleştirilen kaya delinebilirliği deney verileri ile kaya mekaniği deneylerinden elde edilen veriler karşılaştırılarak sonuçlar analiz edilmiştir. Yapılan analizler sonucunda kaya delinebilirliği deneyleri ile mekanik deneyler arasındaki ilişkilerin büyük oranda anlamlı olduğu ortaya çıkmıştır. 11 farklı baskı kuvvetinde elde edilen 11 farklı delme hızı verileri ile fiziko-mekanik test verilerinin SPSS programı kullanılarak değerlendirmesi yapılmıştır. Bu programda yoğunluk-porozite, Schmidt-Brazilian ve kırılganlık-brazilian-yoğunluk olmak üzere 3 farklı fiziko-mekanik özellik esas alınarak, bu üç mekanik test grubu için 11 farklı delme hızı değeri (11 farklı baskı kuvvetinde elde edilen) karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak her bir mekanik test grubu için 11 farklı eşitlik olmak üzere toplamda 33 eşitlik türetilmiştir. Türetilmiş olan bu eşitliklerin baskı kuvveti kayaç için gereğinden fazla (olumsuz koşullarda) uygulanmadığı sürece, eşitliklerin hassasiyetini baskı kuvvetinin çok etkilemediği tespit edilmiştir.

Abstract:
With today's increasing population, the importance of underground and overland resources is increasing. Sounding studies are required to estimate the reserve and grade of these sources in the most accurate way. In addition to drilling operations for search and etudes, holes are drilled for many purposes in mining. Today, drilling works are carried out in mining and other engineering fields for underground water condition detection, rock bolts, blasting holes, control purposes, drainage, injection, basic works and so on. For this reason, it is of utmost importance that drilling works are carried out efficiently.
In this thesis study, it is aimed to create a practical drillability index model by taking advantage of the physical and mechanical properties of rocks. For this purpose, drilling experiments were carried out by changing parameters such as rotation speed, pressure force and hole diameter while taking a core with a laboratory scale core drilling machine from eight different natural rocks obtained from various regions. Experiments were carried out at eleven different pressing forces by changing the pressing force from the machine-dependent exchangeable parameters while these rock-drilling tests were carried out. In addition, a power analyzer also measured the power spent on 11 different press forces in rock penetration tests. Relations between parameters affecting punctuality were analyzed using numerical data obtained from power measurement. The effect of rotation speed on puncture was also investigated by varying the rotation speed of the drill bit. It was also determined how much wear the drill bit was measured on a sensitive scale after each rock drillability test. However, physio-mechanical tests (uniaxial compressive strength, Brazilian strength, Schmidt hardness, point loading strength, density, porosity, brittleness, Mohs hardness) were carried out in the same rock blocks. In order to develop a new drillability prediction model, the results of rock drillability experiment performed on rocks and the data obtained from rock mechanics experiments were analyzed. As a result of the analyzes made, it was found that the relations between the rock drillability experiments and the mechanical experiments are very meaningful and high. 11 different drilling speed data obtained at 11 different pressing forces and physio-mechanical test data were evaluated using the SPSS program. In this program, 11 different drilling speed values (obtained at 11 different pressing forces) were compared for these three mechanical test groups based on three different physio-mechanical properties, density-porosity, Schmidt-Brazilian and density-porosity-Schmidt. As a result, 33 equations were derived, with 11 different equations for each mechanical test group. It has been determined that the pressure of these equations does not significantly affect the sensitivity of equations unless the pressure force is applied to the rock excessively (on adverse conditions).