Çayırhan yer altı kömür ocağında kazı makinelerinin performanslarının araştırılması ve kayaç özellikleri ile ilişkilendirilmesi
Investigation of performances of excavation machines in Cayirhan underground coal mine and relations with rock properties
Yazar: NİYAZİ BİLİM
Danışman: YRD. DOÇ. DR. İHSAN ÖZKAN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Kazı mekaniği = Excavation mechanic ; Kazı performansı = Excavation performance ; Performans tahmini = Performance estimation

Özet:
Günümüzde yeraltı kazılarında kazıcı makina kullanımı giderek artma eğilimigöstermektedir. Özellikle de TBM, kollu galeri açma makinası ve tamburlu kesiciyükleyicimakinaların kullanımı yaygınlaşmaktadır. Mekanize kazı için ilk yatırımoldukça büyüktür. Bundan dolayı kazıcının yanlış seçimi çok büyük verimdüşüklüğüne ve zaman kaybına neden olabilecektir. Uygulayıcı mühendis tarafındanen uygun kazıcının seçiminde veya mevcut kazıcının performans tahmininde spesifikenerji değerinin bilinmesi büyük önem arz etmektedir. Birim hacimdeki malzemeninkazılmasında makinanın harcadığı enerji spesifik enerji olarak tanımlanmaktadır(kWh/m3). Kazıcı makinanın performans analizlerinde kullanılan spesifik enerjiyardımıyla net kazı hızı (m3/h)ve makinanın ilerleme hızı hesaplanabilmektedir.Bu doktora tez çalışması Çayırhan kömür havzasında kullanılan kazıcımakinaların performans analizleri için gerçekleştirilen arazi ve laboratuarçalışmalarını içermektedir. Çayırhan kömür havzasında faaliyet gösteren Bsektöründeki B06 ve B08 üretim panoları ile B810 ve C1310 taban yollarındayürütülen kazı çalışmaları dikkate alınmıştır. B06 ve B08 üretim panolarında kazıçalışmalarının yürütüldüğü 230 m boyundaki uzun ayak kazı arınının orta noktasındaseçilen 48 m uzunluğundaki deneysel arın bölgesinde iki temel çalışmagerçekleştirilmiştir. Birinci çalışma arındaki kömür malzemesinin mekaniközellikleri olurken ikincisi kazı yapılan bu bölgede, kazıcı makinanın (Eickhoff SL300) çekmiş olduğu akım değerleri ve ayak içi parametrelerinin izlenmesi olmuştur.Bu iki temel çalışma her iki panonun tavan ve taban ayağında 14 kez tekraredilmiştir. B06 ve B08 üretim pano arınlarında gerçekleştirilen bu çalışmalar ile;2733 adet Schmidt sertlik verisi, 1035 adet nokta yükleme dayanımı verisi, 702 adetdoğal yoğunluk verisi, 10469 akım ölçüm verisi, 512 adet tahkimata gelen yük ölçümverisi elde edilmiştir. Ayrıca B810 ve C1310 taban yollarında yürütülen çalışmalardayine iki temel üzerinde olmuştur. Taban yollarında gerçekleştirilen 4 farklı çalışmaile 483 adet Schmidt sertlik verisi, 97 adet nokta yükleme dayanımı verisi, 82 adetdoğal yoğunluk verisi ve 502 adet kazıcı makinanın (Dosco Mk2B) çekmiş olduğuakım verisi kayıt edilmiştir.B06 ile B08 üretim pano arınlarında ve B810 ile C1310 taban yolu arınlarındagerçekleştirilen kazı çalışmalarıyla spesifik enerji (kWh/m3), net kazı hızı (m3/h) veilerleme hızı (m/dk) değerleri hesaplanmıştır. Daha sonra belirlenen bu değerler ilekazı arınlardan tespit edilen mekanik sonuçlar karşılaştırılmıştır. Parametrikdeğerlendirmeler dikkate alınarak spesifik enerjinin, tahmininde kullanılacak birmatematiksel yaklaşım geliştirilmiştir. Bu yaklaşımda girdi parametreleri; noktayükleme dayanımı, Schmidt sertliği, doğal yoğunluk ve kömür damarı içerisindekisüreksizlik sayısı (#/m3) dır. Uygulayıcı mühendislerin kazıcı makina seçimlerinebirinci derecede yardımcı olacak net kazı hızı (m3/h) ve ilerleme hızı (m/dk)değerlerinin hesaplanabilmesi için de ayrıca matematiksel yaklaşımlargeliştirilmiştir.Anahtar Kelimeler: Tamburlu kesici-yükleyici, kollu galeri açma makinası, kayamekaniği, mekanize kazı, performans analizi, spesifik enerji, net kazı hızı, arazideneyleri.

Abstract:
Recently, the using of excavation machines have increased in undergroundexcavations. Especially, the using of TBM, roadheader and drum shearer-loadermachines have become widespread. However, the first investment for mechanicalexcavation is rather big. Therefore, the wrong choosing of excavation machine willcause to decrease of production and also it will cause to time loss. That specificenergy in the suitable machine selection and performance prediction by engineers isknown is very important. The energy used by machine in excavation of the unitvolume defined as specific energy, which is based on material. The net cutting rate(m3/h) and excavation speed (m/min) can be calculated by specific energy used inperformance analysis of machine.This doctorate thesis study consists of in-situ and laboratory studies, whichhave carried out for performance analysis of excavation machine used in Çayırhanunderground coal mine. B06 and B06 longwall panel formed in B sector and alsoB810 and C1310 gate road have been used in this research. Two main studies havebeen carried out on experimental face area which has 48 m length. The experimentalface area has been prepared on longwall face which has 230 m length. While firststudy has been that mechanical properties of coal material in face has determined, thesecond study has consisted of performance monitoring and also mining parametersformed during mining applications. These two main studies have been repeated 14times in roof and floor longwall faces. As a result, 2733 Schmidt hardness data, 1035point load index data, 702 natural density data, 10469 current measure data, 512 loadmeasures coming to support have been reached with studies carried out in B06 andB08 production panel faces. In addition, the same studies have been carried out onB810 and C1310 gate roads. As a result, 483 Schmidt hardness data, 97 point loadindex data, 82 natural density data and 502 current data which measured fromexcavation machine have been recorded to use in investigations.Specific energy (kWh/m3), net cutting rate (m3/h) and excavation speed(m/min) values have been calculated by database prepared from in-situ measurementcarried out on B06 and B08 longwall faces and also B810 and C1310 gate road faces.Later, these values and mechanical results measured from faces have been compared.Relations among parameters have been determined by graphical evaluation. Amathematical approach in order to determine specific energy has been developed.The input parameters used in the approach; point load index, Schmidt harness,natural density and discontinuities numbers existed in the unit volume. In addition, inthis study, to use in net cutting rate (m3/h) and excavation speed (m/min) calculationshave been developed mathematical equations. As a result, it has suggested that themathematical approaches developed by this research will be able to use inperformance prediction by engineers.Key Words: drum shearer-loader, roadheader, rock mechanics, mechanicalexcavation, performance analysis, specific energy, net cutting rate, in-situ tests.