Afşin-Elbistan kömür üretim sahasında olası drenaj sorunlarının hidrokimyasal ve izotopik tekniklerle incelenmesi
Investigation of the probable drainage problems in Afsin-Elbistan coal mine by means of hydrochemical and isotopic techniques
Yazar: OSMAN GÖKMENOĞLU
Danışman: PROF. DR. CELAL SERDAR BAYARI
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Yaklaşık 4.5 milyar ton linyit rezervine sahip Afşin Elbistan Kömür Havzasının, işletilmesi sırasında ortaya çıkan yeraltısuyu drenajı probleminin başlıca nedeni kömürlü seviyeler altında yer alan karstik akiferin sahip olduğu artezyen karakterli hidrostatik yük basıncıdır. Sürdürülebilir bir kömür üretimi için işletme alanına olan yeraltısuyu akımının etkin bir biçimde uzaklaştırılması gerekmektedir.
Drenaj çalışmalarının aktif olarak devam ettiği havzada halen iki adet üretim ocağı (Kışlaköy ve Çöllolar) bulunmaktadır. Kışlaköy sektöründe, karstik akifer ile gidya akiferinden sırasıyla yılda ortalama 70 milyon ve 7 milyon m3 düzeyinde yeraltısuyu drenajı yapılmaktadır. Çöllolar sektöründe ise, 2011 yılında oluşan heyelana değin, yine sırasıyla, yılda ortalama 8.2 milyon m3 ile 6.6 milyon m3 düzeyinde yeraltısuyu drenajı yapılmıştır. Çöllolar sektöründe, 2016 kayıtlarına göre 10.5 milyon m3 yeraltısuyu çekimi gerçekleşmiş ve günümüze kadar da devam etmektedir. Yeraltısuyu bütçe hesaplamalarında yıllık toplam 837,40 x 106 m3/yıl beslenme, 868,25 x 106 m3/yıl boşalım belirlenmiş, buradan da -30,85 x 106 m3/yıl bütçe farkının olduğu, ve bunun da drenaj kuyuları kaynaklı olduğu görülmüştür.
Gerçekleştirilen yoğun yeraltısuyu drenajına rağmen özellikle karstik akifer açısından yeraltısuyu seviyesinde yeterli düşüm sağlanamamış olup, bu durumun Şubat 2011 tarihinde meydana gelen 50 milyon m3'lük heyelanın gerçekleşmesinde etkili olduğu düşünülmektedir. Çek-ayır tipinde bir tektonik çöküntü olan kömür havzasında, yeraltısuyu akımları genelde kuzeybatıdan güneydoğuya ve kuzeyden güneye yönünde gelişmektedir.
Çalışma kapsamında saha genelinde 37 adet lokasyonda örnekleme yapılmıştır. Havzadaki yeraltısularının Ca/HCO3+CO3 tipinde oldukları belirlenmiştir. Suların izotopik içeriklerine göre sahada genelde eski ve güncel su karışımları bulunmaktadır. Hidrojeokimyasal değerlendirmeler kömür üretimini tehdit eden yeraltısularının havza genelinde karstik akifer kaynaklı olduğuna işaret etmektedir. Yeraltısuyu sistemi doğrudan yağışlarla beslenmektedir. Yağışlı ve kurak dönem su örneklerinin kimyasal bileşimleri arasında belirgin bir farklılık bulunmamaktadır. Karstik akiferin bazı su örneklerindeki SO4 yüksekliği kömür seviyesindeki su katkısından kaynaklanmaktadır.
Gidya akitardının düşük iletkenliği nedeni ile olası farklı drenaj teknikleri araştırılmalıdır. Sürdürülebilir maden işletmeciliği için karstik akifer yükünün emniyetli seviyeye düşürülmesi gerekmektedir. Bunun için karst akiferinde yeni drenaj kuyuları açılması gerekecektir. Hurman Çayının, özellikle sektör girişi olan kesimlerinde sızdırmazlığı sağlanmalıdır.

Abstract:
The principal reason of the drainage problem encountered during the mining activities in Afsin-Elbistan Coal Basin, is the excess hydrostatic head of the karstic aquifer that extends beneath the coal zone. Afsin–Elbistan coal basin has a reserve of 4.5E09 tons of lignite approximately. A sustainable mining for coal production, groundwater inflow towards the open pit should be prevented effectively.
There are two open pit coal mines (Kışlaköy ve Çöllolar), in which drainage activities have been carried out. In the Kışlaköy mine, the amount of annually drained groundwater from the karst and gyttja aquifers are 70E06 and 7E06 m3, respectively. In the Çöllolar mine the amount of groundwater drained in 2016 is 10.5E06 m3 and the same value of groundwater is drained today. According to the groundwater budget calculations, 837,40E06 m3/year of recharge and 868,25E06 m3/year of discharge is determined. The difference between these numbers is 30,85E06 m3/year and corresponds to the amount drained by wells. 
Despite extensive drainage in both mines, sufficient drawdown has not been achieved in the karst aquifer. The 50E06 tons of landslide that occurred in February, 2011, seems to be associated with the ineffective drainage of the karst aquifer. 
In different parts, the groundwater flows from northwest to southeast and from north to south of the pull-apart type coal basin.
Water samples have been collected from 37 different locations representing the entire basin. All water samples belogs to Ca/HCO3+CO3. The isotopic composition of water samples indicates mixing of old and young waters. Hydrochemical evaluations suggest that the groundwaters, threatining the coal production originate mainly from the karstic akiquifer which is overlain by the coal layer. The groundwater system is recharged directly from the precipitation. There is no appreciable difference between the water samples representing wet and dry periods. High SO4 concentration observed in some of the water samples of karst aquifers seems to originate from the water contribution from coal layer. 
Different drainage techniques should be investigated due the low hydraulic conductivity of the gyttja aquitard. For a sustainable coal production, the groundwater head in karst aquifer should be lowered to a reasonable level table or the hydrostatic head to a reliable level, would solve many of the groundwater problems. Additional drainage wells should be drilled in the karst aquifer.  Hurman Creek should be sealed particularly in the area where it enters the mining sector.