Galerilerde patlatma ile parçalanma mekanizmasının sayısal yöntemle modellenmesi ve arazi uygulamalarıyla irdelenmesi
Numerical modelling and field investigations of rock breakage mechanism by blasting in underground galleries
Yazar: ÖZGÜR YILMAZ
Danışman: DOÇ. DR. TUĞRUL ÜNLÜ
Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Bu tez çalışmasını iki ana kısma ayırmak mümkündür. İlk kısımda, patlatma yüküne maruz bir kaya kütlesinin parçalanma mekanizması üç-boyutlu sonlu farklar sayısal çözümleme yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Bu amaçla, farklı patlayıcı ve kayaç türleri göz önünde bulundurulmuştur. Çözümlemelerde, kaya kütlesi dayanımının nitelendirilmesi için Mohr-Coulomb yenilme ölçütü kullanılmıştır. Patlatma deliği iç yüzeyine etkiyen basınç, en yüksek değerine kısa bir zamanda ulaşan ve daha sonra kısmen uzun bir sürede sönümlenen üstel bir gerilme fonksiyonuyla modellenmiştir. Sayısal çözümlemelerde, gerinim hızının kaya malzemesinin mekanik özellikleri üzerindeki etkileri de ayrıca göz önünde bulundurulmuş ve kaya malzemesinin dinamik tek eksenli basınç dayanımının tahminine yönelik yeni bir eşitlik önerilmiştir. Sonuç olarak, bu çalışmada gerçekleştirilen üç-boyutlu dinamik çözümlemeler ve bu çözümlemelerin sonuçlarıyla ilgili karşılaştırmalar değerlendirildiğinde, bu çalışmada önerilen sayısal çözümleme yöntemi kullanılarak galerilerde patlatma ile parçalanma mekanizmasının başarılı bir şekilde modellenebileceği söylenebilir.
İkinci kısım ise yapılan arazi çalışmalarından oluşmaktadır. Yapılan patlatma işlerinde, izin verilebilir tipte patlayıcı madde ve grizu emniyetli elektrikli kapsüller kullanılmıştır. Her bir atımda, gecikme başına düşen maksimum patlayıcı madde miktarı ve ölçüm noktasına olan uzaklığı içeren ölçekli mesafe değiştirgesi dikkatlice kaydedilmiş ve yer sarsıntısının farklı bileşenleri ölçülmüştür. Bu verileri kullanarak, öncelikle, delme patlatma yöntemi kullanılarak açılan bir yeraltı galerisi için, çalışma yapılan bölgeye özgü saha sabitleri birçok değişik yaklaşım göz önünde bulundurularak belirlenmiş ve yer sarsıntısı tahmini için yeni bağıntılar önerilmiştir. Daha sonra, yer sarsıntının en yüksek parçacık hızı, doğrusal şarj yoğunluğu, ölçüm noktası ve patlatma kaynağı arasındaki mesafe ve gözlenen hasar boyutu arasındaki ilişki kullanarak, kaya parçalanması için sınır en yüksek parçacık hızı değeri belirlenmiş ve patlatma deliği çevresindeki ufalanma bölgesi boyutunun tahminine yönelik yeni bir bağıntı türetilmiştir. Ayrıca, TTT Üzülmez Müessesesi?nde seçilen bir yeraltı galerisinde yapılan delme patlatma çalışmaları incelenerek, kullanılan orta çekme türü ve etkinliği irdelenmiş ve basit sayılabilecek yeni bir orta çekme düzeni önerilerek başarıyla uygulanmıştır. Son olarak, paralel orta çekme yöntemi sayısal çözümleme yöntemi kullanılarak irdelenmiş ve çalışmanın genel sonuçlar detaylı olarak tartışılmıştır.

Abstract:
This study is divided into two main sections. In the first section, the breakage mechanism of rock mass subjected to blasting load is investigated using three-dimensional finite difference numerical analysis method. For this purpose, different explosive-rock mass combinations have been taken into consideration. In the analyses, Mohr-Coulomb failure criterion has been used for the characterization of the rock mass strength. Stresses acting on the blasthole boundary have been simulated by an exponential function which reaches its maximum within a short time and then falls to zero value in a considerable period. In the numerical analyses, the strain rate effect on the mechanical properties of rock material has also been taken into account and a new equation has been suggested for the estimation of the dynamic unconfined compressive strength of intact rock material. The last part of this section, results of the three-dimensional dynamic analyses were evaluated. It has been shown that the breakage mechanism by blasting at underground galleries can successfully be modelled by the numerical method proposed in this study.
The second part of the study consists of the field works. In the blasting operations, permissible type explosive and methane safe type detonators were used. At each blast round, scaled distance parameter that consists of the maximum amount of explosive per delay and the distance from measuring point to blasting source was carefully recorded and different components of the ground vibration were measured. By the aid of ground vibration data, firstly, site-specific constants were determined according to different approaches proposed for galleries excavated by drilling and blasting method and new equations have been suggested for the prediction of ground vibration. Then, limit of peak particle velocity for rock breakage was determined by using the relationship among the peak particle velocity of the ground vibration, linear charge concentration, distance between the measuring and source points and the extent of the observed damaged zone. A new formula has been derived for the estimation of crushed zone around a blasthole. Moreover, the effectiveness of blasting practices currently employed in development galleries at TTK, Uzulmez district has been investigated and a new simple cut design was also suggested. Finally, large-hole-cut method has been investigated by using numerical analyses and the overall results of this study have been discussed in detail.