Kayaçların delinebilirlik, aşındırıcılık ve petrografik özellikleri arasındaki ilişkilerin araştırılması
Investigation on amoung of relationships of drillability, abrasivity and petrografhic properties of rocks
Yazar: ANIL KANDEMİR
Danışman: YRD. DOÇ. DR. OLGAY YARALI
Zonguldak Karaelmas Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Aşındırma = Abrasion ; Aşındırıcılar = Abrasives ; Delme = Drilling

Özet:
Hidrolik kırıcılar, kollu galeri açma makineleri, tam cephe galeri açma makineleri, deliciler gibi mekanik kazı makinelerinden beklenen yararlara ulaşabilmek için, bu makinelerin kazılacak kayaçların özelliklerine uygun olarak seçilmeleri gerekmektedir. Bu nedenle, mekanik kazı makinelerinin seçilmesinden ve uygulanmasından önce, kayaçların delinebilirlik, dayanım ve aşındırıcılık özelliklerinin belirlenmesi gereklidir. Delinebilirlik, aşındırıcılık için çok fazla yöntem ve standartlar geliştirilmiştir. Her bir deney yöntemi için özel ekipmanlar gerekmektedir. Bu deneyler sonucunda elde edilen değerlere bağlı olarak, kayaca uygun kazı makinesi seçimi yapılabilmekte ve makine performansı (ilerleme oranı, keski tüketimi) önceden tahmin edilebilmektedir. Ancak, delinebilirlik ve aşındırıcılık için geniş kapsamlı laboratuvar olanaklarına gereksinim duyulmaktadır. Bu olanakların elde bulunmadığı durumlarda, kayaç delinebilirliği ile kayaçların aşındırıcılığının tahmini ve makine seçimi için bazı deneysel tahmin modelleri kullanılmaktadır. Bununla birlikte bu modellerin oluşturulması sürecinde mineral bileşimi, kayaç dokusu kavramlarını içeren birçok parametreyle birlikte bazı petrografik kayaç özelliklerinin yeterince dikkate alınmadığı belirlenmiştir.Bu nedenle, bazı petrografik kayaç özelliklerini dikkate alan delinebilirlik ve aşındırıcılık modellerinden elde edilen sonuçların, uygulamada elde edilen değerlerden farklı olduğu görülmüştür.Bu tez çalışmasında, çoğunluğu Zonguldak Bölgesine ait farklı kökenli (sedimanter, metamorfik ve magmatik) kayaçların delinebilirlik ve aşındırıcılık özelliklerini belirlemek için laboratuarda deneyler yapılmıştır. Önce kayaçların delinebilirliği ve delme oranı indeksi (DRI) hakkında kısaca bilgi verilmiştir. Sonra Cerchar aşıma indeks deneyi ve Norveç aşınma deney yöntemleri hakkında bilgi verilmiştir. Ülkemizde, Cerchar aşınma indeks deney aletiyle yapılan çalışmalar özetlenmiştir. Kayaçların delinebilirlikleri delme oranı indeks deneyine göre belirlenmiştir. Kayaçların aşındırıcılıkları ise Cerchar aşınma indeks deneyi ile Norveç aşınma deney yöntemi kullanılarak bulunmuştur. Elde edilen deney sonuçlarına bağlı olarak petrografik özelliklerinin kayaçların aşındırıcılık özellikleri üzerine etkisi incelenmiştir. Bu amaçla, seçilen çeşitli kayaç türleri (sedimanter, magmatik, metamorfik) üzerinde ayrıntılı mineralojik ? petrografik analizler, delinebilirlik (delme oranı indeks deneyi, kırılganlık, Sievers minyatür delme deneyi), aşındırıcılık (Norveç aşınma deneyi, Cerchar aşınma deneyi), deneyleri yapılmıştır. Kayaçların mineralojik ? petrografik analizlerinden, aşındırıcılık ve delinebilirlik deneylerinden elde edilen veriler arasındaki ilişkiler, regresyon ve kolerasyon analizi yöntemini içeren EXCEL programıyla değerlendirilmiştir.Bu çalışmanın sonuçlara göre, kayaçların petrografik özelliklerinin (aşındırıcı mineral içeriği, kuvars içeriği, ortalama kuvars tane boyutu, çimentolanma derecesi ve çimento türü) kayacın aşındırıcılığı üzerine etkisinin fazla olduğu belirlenmiştir. Ayrıca kayaçların aşındırıcılığının kayaçların delinebilirliği üzerinde etkili olduğu da saptanmıştır.

Abstract:
In order to gain the benefits offered by mechanical excavation machines (hiydraulic hammer, roadheader, tunnel boring machine), it is necessary to select these machines considering the properties of rock material to be excavated. Therefore, prior to selection and application of mechanical excavation machines, it is compulsory to assess the drillability and abrasivity properties of rocks. A wide variety of dillabilty and abrasivity index test procedures has also been developed. Each test method requires specialized equipment. Depending on the values obtained from these tests, it is also possible to select the type of the mechanical excavation machine and machine performance (penetration rate, tool consumption). However, drillability and abrasivity tests require complicated laboratory facilities. In cases where these facilities are not available, some empirical models are used for prediction of drillability of rocks and for machine selection. It is determined that some petrographic rock properties such as, mineral composition, rock texture are not taken into account in these models sufficiently. Therefore, it is understood that the results obtained from drillability models including some petrographic rock properties differ from those measured in the field. Additionally, models considering the degree of cementation and quartz content alone, suffered from indicating degree of rock abrasivity in terms of mechanical excavation due to lack of some textural and compositional rock properties.In the extent of this thesis, in order to determine drillability and abrasivity properties of different rock types (sedimentary, metamorphic and igneous) of majority of relating to Zonguldak Basin, numerous tests have been carried out in the laboratories. Firstly drillability and drill rate index (DRI) are briefly explained. Then , methods of Cerchar abrasivity index, Norveigen abrassion value are explanined. Previous studies regarding Cerchar abrasivity index test device in our country have been summarized. Drillability of rocks is determined with drill rate index. Abrasivity of rocks is also find by Cerchar abrasivity index and Norveigen abrassion value. For these purposes, detailed mineralogical analyses, petrographic studies, drillability (drill rate index, brittleness test, Sievers miature drill test), abrasivity (Cerchar abrasivt test, Norveigen abrassion value), has been performed on some selected rock type (sedimentary, igneous, metamorphic) specimens. It was evaluationed the relationships between the large amount of data obtained from the mineralogical- petrographic analyses, abrasivity and drillability tests, by using regression and correlation analysis methods including EXCEL program.At the end of these studies, it has been determined that the effect of petrographic properties (quartz content, equivalent quartz, quartz percentage, mean quartz grain size, degree of cementation, cementation type) on abrasivity of rocks. Besides, it has been also established that the effect of abrasivity of rocks on drilliability of rocks.