Türkiye Taşkömürü Turumu ocaklarında solunabilir toz içindeki kül ve kuvars miktarlarının sistematik olarak ölçülmesi ve istatistiksel değerlendirilmesi
Systematic measurement and statistical evaluation of ash and quartz amounts in respirable dust in the mines of Turkish Hardcoal Enterprise
Yazar: İLKNUR EROL
Danışman: PROF. DR. VEDAT DİDARİ
Zonguldak Karaelmas Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Kuvars = Quartz ; Kömür = Coal ; Kül = Ash ; Kızılötesi spektroskopi = Infrared spectroscopy ; Pnömokonyoz = Pneumoconiosis ; X ışını flüoresan tekniği = X ray fluorence technique ; X ışını kırınımı = X ray diffraction

Özet:
Bu çalışmada, kömür işçileri pnömokonyozunda solunabilir tozun mineralojik bileşiminin, özellikle kuvars içeriğinin, etkisi araştırılmıştır. Ocaklardaki solunabilir toz yoğunlukları sistematik olarak ölçülmüş, tozlu filtreler yakıldıktan sonra elde edilen kül içindeki kuvars, FTIR yöntemi ile tespit edilmiştir. Analiz sonuçları Maden ve Taşocakları İşletmelerinde ve Tünel Yapımında Tozla Mücadeleyle ilgili Yönetmelik'e göre değerlendirilmiştir. Bu yönetmeliğe göre; işletmelerdeki toz sınır değeri ?Eşik Sınır Değer (ESD)? terimi ile tanımlanmakta ve ?toz yoğunluğu ESD'nin üstünde olan işyerlerinde üretime yönelik olarak işçi çalıştırılamaz? hükmü bulunmaktadır. Kristalin kuvars içeriği % 5'ten az olduğu takdirde ESD, 5 mg/m3 olarak kabul edilmektedir. Yönetmelik kapsamındaki işyerlerinde, SiO2 içeren solunabilir tozlarda uzun sürede ve olağan çalışma koşullarında sağlık açısından herhangi bir sorun oluşturmayacağı öngörülen ESD 0,25 mg/m3'dür. Bu çalışmada yapılan ölçümlerin sonuçlarına göre:?TTK Üzülmez Müessesesi'nde toz yoğunluğu yüksek olan ayaklar -155/-168 Acun (4,35 mg/m3) ve -114/-138 Kurul (3,12 mg/m3)'dür. Bu ayakların kuvars miktarları (% 7,08-7,34) birbirine yakın ve kritik değerin (% 5) üstündedir.?TTK Karadon Müessesesi Kilimli İşletmesi'nde toz yoğunlukları (5,35-14,47 mg/m3) yüksek olmasına rağmen kuvars miktarları (% 1,42-4,19) kritik değeri geçmemektedir.?TTK Amasra Müessesesi'nde toz yoğunlukları (3,82-5,70 mg/m3) yüksek olup kuvars miktarları (% 4,53-9,36) Kalın damar dışında kritik değerin üstündedir.?TTK Armutçuk Müessesesi için toz yoğunlukları (4,31-8,41 mg/m3) yüksek olup kuvars miktarları da (% 5,90-10,44) kritik değerin üstündedir.?TTK Kozlu Müessesesi'nde toz yoğunlukları (5,35-5,48 mg/m3) yüksek olup, kuvars miktarları (% 0,72-3,48) ise kritik değerin altındadır.?Türkiye Taşkömürü Kurumu bünyesinde toz yoğunluğu ve kuvars oranı yüksek olan ayaklar Amasra ve Armutçuk Müesseselerindedir.Toz ölçüm sonuçları Türkiye, İngiltere ve ABD tarafından kabul edilen ESD'ye göre yorumlanmıştır.Ayak işyerlerinde toz örnekleme işlemi sonucunda elde edilen ortalama toz miktarı, toz yoğunluğu, kül miktarı, kuvars miktarı ve kuvars yoğunluk değerleri müesseselerde farklılık göstermektedir. Bu farklılığın istatistiksel olarak önemli (% 95 anlamlılık düzeyinde) olup olmadığını ortaya koymak amacıyla varyans analizi yapılmıştır. Toz miktarı, toz yoğunluğu, kül miktarı, kuvars miktarı ve kuvars yoğunluğunun hangi müesseseler arasında önemli farklılık gösterdiği Tukey Testi ile belirlenmiştir. Ayrıca ayaklardaki toz miktarı, toz yoğunluğu, kül miktarı, kuvars miktarı ve kuvars yoğunluklarındaki farklılıkların hem müesseseler arasında hem de damarlar arasında istatistiksel olarak önemli (% 95 anlamlılık düzeyinde) olup olmadığını belirlemek için varyans analizi yapılmıştır. Hangi müessese ve damarlar arasında toz miktarı, toz yoğunluğu, kül miktarı, kuvars miktarı ve kuvars yoğunluklarındaki farklılıkların istatistiksel olarak önemli olduğunu ortaya koymak amacıyla Tukey Testi yapılmıştır. Varyans analizinde ortaya çıkan farklılıkların işletme parametreleri (damar kalınlığı, damar eğimi, üretim miktarı vb.) ile ilişkisini tespit etmek için regresyon analizi yapılmıştır.İşyeri ortam havasına karışan kuvarsın kaynağını belirlemek amacıyla toz ölçümü yapılan işyerlerindeki kömür damarları ve ara kesmelerden numuneler alınmıştır. Bu numunelerin kimyasal analizi XRF yöntemiyle yapılmıştır. Bandopadhyay (2010), Hindistan kömür damarlarındaki kuvars içeriklerinin tespiti için XRF analizinden elde edilen sonuçları esas alarak ampirik bir formül düzenlemiştir. Benzer çalışma TTK kömürleri için denenmiş ancak TTK kömürlerinde % (TS) / % (Al2O3) oranı çok fazla değişkenlik arz ettiğinden sonuç alınamamıştır. Numunelerin mineralojik analizlerinde farklı kil minerallerinin bulunuşu dikkat çekmiştir ve bu durumun % (TS) / % (Al2O3) oranındaki değişkenliğe neden olabileceği sonucuna varılmıştır.XRD yöntemi ile damar ve ara kesmelerden alınan numunelerin mineralojik özellikleri belirlenmiştir. Damar ve ara kesmelerdeki kuvarsın ve mevcut diğer kil minerallerinin yüzde olarak miktarları XRD analizinden elde edilen çıktıların SIROQUANT programı ile değerlendirilmesi sonucunda hesaplanmıştır. Bunun yanı sıra FTIR yöntemi ile de damarların ve ara kesmelerin kuvars içerikleri hesaplanmıştır. Her iki yönteme göre elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.Çalışmada riskli ayak işyerleri (evrensel toz ölçüm ve analiz tekniklerinin uygulanmasıyla elde edilen toz miktarları, kül ve kuvars içerikleri parametreleri tümüyle değerlendirilerek) sağlıklı bir biçimde tanımlanmakta, tozla mücadeleden sorumlu teknik elemanlara ve hastalığı denetim altında tutmaya çalışan hekimlere tozlu ortamların ölçüm, analiz ve değerlendirilmesiyle ilgili çok değerli bilgiler sunulmaktadır.Rutin ölçümleri en sağlıklı biçimde uygulayan Türkiye Taşkömürü Kurumu (TTK)'nda dahi tozun başta kuvars içeriği olmak üzere petrografik ve mineralojik bileşenlerinin saptanmasına ve değerlendirilmesine yönelik analizlerin halen gerçekleştirilememekte olduğu dikkate alınırsa; bu çalışma sayesinde sistematik toz analizlerinin yaşama geçirilmesinde önemli bir adım atılmış olduğu görülmektedir. Günümüzde son derece ciddi bir sorun olmaya devam eden pnömokonyozla mücadelede tozlu ortamların sistematik ölçümlerle izlenmesi ve günümüz teknolojisinin de yardımıyla yapılacak ayrıntılı analizlerle konuya ait bilinmezlerin azaltılması, işçi sağlığı ve iş güvenliği çalışmalarının verimliliği açısından büyük önem taşımaktadır.Pnömokonyoz hastalığının gelişimini etkileyen en önemli parametreler tozun kül ve kuvars içeriğidir. Bu parametrelerin etki değerleri Zonguldak Havzası'nda ilk kez kapsamlı ve güvenilir analizlerle ortaya konulmuş, bilimsel literatüre katkı sağlanmıştır. Bu çalışmada, Zonguldak Havzası'nda tozla mücadele çalışmalarının yoğunlaşması gereken işyerlerinin sağlıklı bir biçimde saptanması için geçerli araç ve yöntemler ortaya konmuştur. Bu bilgilere dayalı olarak pnömokonyozla mücadelede yapılacak iyileştirmeler; işçi sağlığına katkı yanında, gerek TTK'nın ve gerekse diğer kurumların pnömokonyoz nedeniyle ödemek durumunda oldukları tazminatlarda da azalmalar sağlayarak, ekonomik katkı da yaratacaktır.

Abstract:
In this study, the mineralogical composition of respirable dust on coal workers? pneumoconiosis, especially the effect of quartz content was investigated. Respirable dust concentrations were systematically measured in collieries, and the quartz in ash which was obtained after the filters were burned, was determined by FTIR method. The results of the analysis were evaluated according to the regulations from Mines and Quarries Administration and Tunnel Construction. According to those regulations; dust limit value in these collieries is defined by the term ?Threshold Limit Value (TLV)? and is governed as ?workers are not allowed to work in production, in places where the dust concentration is higher than the TLV?. If the crystalline silica content is less than 5 %, TLV is considered to be 5 mg/m3. In the scope of regulations, at workplaces the TLV is suggested as 0,25 mg/m3 in respirable dust containing SiO2, which will not cause to any problem in long term and ordinary working conditions in terms of health. According to the results of the measurements performed in this study:?In the Üzülmez Colliery, -155/168 Acun (4,35 mg/m3) and -114/-138 Kurul (3,12 mg/3) faces have the highest dust concentration. The quartz amounts of those faces (7,08 % to 7,34 %) are close to each other and are higher than the critical value (5 %).?Although dust concentrations (5,35-14,47 mg/m3) of Kilimli District in the Karadon Colliery are high, the quartz amounts (1,42 % to 4,19 %) does not exceed the critical value.?Dust concentrations (3,82-5,70 mg/m3) in Amasra Colliery are high and the quartz amount are at (4,53 % to 9,36 %) above the critical value except Kalın seam.?For Armutçuk Colliery, dust concentrations (4,31-8,41 mg/m3) are generally high and the amount of quartz is (5,90 % to 8,41 %) above the critical value.?In the Kozlu Colliery, dust concentration (5,35-5,48 mg/m3) are high while the amount of quartz is (0,72 % to 3,48 %) below the critical value.?Amasra and Armutçuk are the two collieries that have the highest dust concentration and quartz percentage in the Turkish Hardcoal Enterprises.Results of the dust measurement were interpreted according to the TLV which is accepted in the Turkey, Britain and United States of America.The average amount of dust, dust concentration, the amount of ash, quartz and quartz concentration values which were obtained at the end of the dust sampling in face workplaces show differences in the collieries. In order to determine whether these differences are statistically significant (95 % significance level) or not, variance analysis has been performed. The significant differences between the collieries in terms of amount of dust, dust concentration, ash content, the amount of quartz and quartz concentrations were determined by Tukey Test. Besides, variance analysis, based on both seam and districts, has been performed in order to investigate whether the differences between the amount of dust, dust concentration, ash content, the amount of quartz and quartz concentration in faces are statistically significant (95 % significance level) or not. In order to reveal the statistical significance in the differences between the dust amount, dust concentration, ash content, the amount of quartz and quartz concentration according to collieries and the seams, Tukey Test was performed. To determine the relationship between the differences in the results of the variance analysis and enterprise parameters (seam thickness, seam slope, the amount of production etc.) regression analysis was performed.Samples were collected from coal seams and intermediate layers in order to determine the source of quartz mixed in ambient air of workplace. Chemical analyses of those samples were carried out by XRF method. On the basis of results obtained from XRF method, Bandopadhyay (2010) proposed an empirical formula to determine the quartz content of the India coal seams. A similar study was performed for the TTK coals; however, since the ratio of (TS) % / (Al2O3) % change sharply, a reasonable result could not be obtained. In the mineralogical analysis of the samples, the presence of different clay minerals attracted attention and concluded that it may cause variability in the (TS) % / (Al2O3) % ratio.Mineralogical properties of the samples collected from the seam and intermediate layers were determined by XRD method. Quartz and available other clay minerals percentages in the seams and intermediate layers were calculated by SIROQUANT program after the evaluation of the outputs obtained from XRD analyses. In addition, the quartz contents of seams and intermediate layers were calculated by FTIR method. The results obtained according to both methods were compared.In this study, risk of face workplaces dust, ash and quartz content parameters (obtained by applying the universal dust measurement and analysis techniques) are defined in a healthy manner and very useful knowledge about measurements, analysis and evaluations in dusty environments is being presented for the responsible technical staff and physicians who are fighting to keep diseases under control.Even in Turkish Hardcoal Enterprises (TTK), where routine measurements taken into account regularly, analyses upon evaluation and determination about the quartz content of dust, detection of the petrographic and mineralogical components still are not being carried out; thus implementation of systematic dust analysis can be a very important step forward with the help of this study. Struggle with pneumoconiosis which is still an extremely serious problem nowadays systematic monitoring of the measurements of dusty environments and with the help of the modern technology, the reduction of uncertainties of related subject by making detailed analysis, have a siginificant importance in the efficiency of worker?s health and safety studies.The most important parameters influencing the development of pneumoconiosis disease are dust, ash and quartz content. The value of the influence on these parameters was demonstrated in Zonguldak Basin for the first time in a comprehensive and reliable analysis, contributed to scientific literature. In this study, valid tools and methods were revealed for detection of the workplaces where are essentially necessary to struggle with dust in a healthy way in the Zonguldak Basin. Based on this information, the improvements in the fight against pneumoconiosis, while contributing to worker?s health, providing the reduction in compensation payments made by both TTK and other institutions due to pneumoconiosis, will also create economic contribution.