Yeraltı Ocaklarında Kömürün Kendiliğinden Yanması ve Risk İndeskleri

MADENCİLİK Cilt Volume Aralık 1986 December Sayı No XXV 4 Yeraltı Ocaklarında Kömürün Kendiliğinden Yanması ve Risk tndehsleri Spontaneous Combustion of Coal Underground Mines and Risk Indexes Vedat DID ARİ* ÖZET Kömürün kendiliğinden yanması ve bu olayı etkileyen faktörler hakkında bilgi veri lerek damar ve panoların olaya yatkınlıklarının saptanmasında ve kendiliğinden yanma özelliklerine göre sınıflandırılmasında geçerli olan yöntemler ile bu tür çalışmaların il keleri kısaca tanıtılmaktadır. ABSTRACT A brief information about the spontaneous combustion of coal and affecting factors is given. The acceptable methods which are used to determine the susceptibility of coal seams and panels have been summarized. Also, the principles of the classification of the seams and panels have been described. * Y.Doç.Dr., H.Ü.Z.M.F. Maden Müh. Bölümü, ZONGULDAK. 29 1. G İ R İ Ş Kömürün kendiliğinden yanması ve buna bağlı sorunlar uzun zamandır bilinmektedir. Yeraltında bu olaya bağlı olarak çıkan yangınlar, oldukça önemli insan ve ulusal servet kayıplarına yol açabilen kazaların kaynağı olabilmektedir. Kendiliğinden yanmadan kaynaklanan olaylar nedeniyle büyük rezervlerin terkedilmesi yanında gazlı ocaklarda oluşabilen patlamalar, iş güvenliği nin tehlikeye girmesine yol açmaktadır. Olayın her damarda ve her bölgede aynı ağırlık ta sorunlar yaratmadığı bilinen durumlardandır. Ayrıca, aynı damarda çalışan değişik düzeylerde ve değişik panolarda farklı durumlar gözlenebil mektedir. Kendiliğinden yanmaya yatkın damarlarda oluş turulan panolarda alınması gerekli önlemler bütü nü, işletmelere oldukça önemli yükler getireceğin den dolayı, tüm panolarda bu önlemleri uygulamak yerine damarları ve panoları sınıflandırarak yüksek derecede yatkınlık saptanan panolarda yoğunlaş mak, bugün için, en doğru yaklaşım olmaktadır. Bu tür bir sınıflandırma girişimi, hem labaratuvar çalışmalarına ve hem de deneyim süzgecinden geçirilmiş saha gözlemlerine dayanmak durumun dadır. buna bağlı olarak kömürün sıcaklığı yükselmekte dir. Kömürün tutuşma sıcaklığına (kritik sıcaklık) ulaşıldığında ise, yanma olayı baş göstermekte dir (1). özetle, sınırlı miktarda hava, bir yandan oksi dasyon için gerekli oksijeni sağlarken, diğer yan dan, oluşan ısıyı uzaklaştırmakta yetersiz kalarak ortamda sıcaklık artışının ve kendiliğinden yanma nın başlıca nedeni olmaktadır. 3. KENDİLİĞİNDEN YANMAYI ETKİLEYEN F A K T Ö R L E R Kömürün oksidasyonu ve kendiliğinden yanma, üzerinde pek çok çalışılmış olmasına karşın henüz tam olarak anlaşılamayan olaylardır. Çok sayıda faktörün etki mekanizması tümüyle kanıtlanmış ol mayıp konu, araştırmalara açıktır. Olaylar üzerinde etkili olan faktörlerle ilgili en geniş kapsamlı derlemelerden biri olan çalışmasın da Güney (1), oksidasyon ve kendiliğinden yanma yı etkileyen çok sayıda faktörü, "iç" ve "dış" fak törler olarak gruplandırmaktadır. İç faktörler, kömürün özellikleriyle ilgili olup dış faktörler ise jeolojik ve atmosferik koşullar ile işletme koşullarından oluşmaktadır. Bu yazıda konuyla ilgili teknik ve yöntemler anlatılmaktadır. 3.1. Rank, Petrografik Bileşenler, Metan ve Pirit İçeriği 2. OKSİDASYON VE KENDİLİĞİNDEN YANMA Uçucu madde içeriği yüksek olan kömürlerin daha kolay yarabildikleri uygulamadan bilinen bir durumdur (2,3). Kömürün kendiliğinden yanmasıyla ilgili olarak, genelde, kabul edilen teori, uygun atmosferik ko şullarda kömürün oksijeni absorbe etmesine (oksidasyona) dayanmaktadır. Kömürle oksijen arasında dışa ısı veren bir kimyasal tepkime söz konusu dur (1). Kömür yüzeyleri havayla temas eder etmez oksidasyon olayı başlamaktadır. Ocakta, normal koşul lar altında, dışa verilen ısı alınmakta ve oksidasyon, yavaş bir biçimde ve bir kızışma tehlikesi doğurmaksızın sürmektedir. Ancak, bazı durumlarda dı şa verilen ısı, ortamdan ayrılamamakta ve sıcaklık giderek artmaktadır. Sıcaklık arttıkça ortamda ye terli oksijen varsa oksidasyon hızı da artmakta ve 30 Düşük ranklı kömürler oksidasyona daha yatkın dırlar. Örneğin, bitümlü kömürler antrasite göre da ha hızlı bir biçimde oksitlenirler. Petrografik bileşenlerden parlak olan kısımların (özellikle vitren) mat olanlara göre daha kolay ok sitlendikleri ve bazı eksinit tiplerinin vitrinit ve inertinite göre daha hızlı oksitlendikleri (4,5) söylenebilmekle birlikte, kesinleşmiş kanıtlar bulun mamaktadır. Pirit, eğer damar içinde yoğun miktarda ve ince taneli bir biçimde bulunuyorsa etkili olmaktadır (5). Kolay oksitlenme özelliği nedeniyle geçmişte üzerinde çok durulmasına karşın (1) bugün piritin kömürün daha kolay ufalanmasına yol açarak ola ya katkısı olan bir faktör olduğuna inanılmakta dır (4). Kömürün ocak havasının nemini tutması (absorpsiyon) sıcaklık artışına neden olan, dolayısıyla oksidasyonu hızlandıran bir olaydır (4,6). ABD komünleri üzerinde yapılan bazı deneme lerde (4) düşük karbon, yüksek oksijen içerikli (dü şük ranklı) ve yüksek piritik kükürt içeriği olan kö mürlerin daha hızlı okside olabildikleri görülmüştür. Nemli kömürlerin genelde oksidasyona daha yatkın oldukları ileri sürülmekle (6) birlikte, nemin olay üzerindeki etkisi henüz tartışmaya açık bir konudur. özellikle çok gazlı ocaklarda metanın kömür yüzeylerinin hava ile temasını engelleyici bir faktör olması olanaklıdır (6). Kanada kömürleri üzerinde yapılan bir çalışmada (5) yüksek metan içeriğine sahip olan damarların oksidasyona daha az yatkın oldukları saptanmıştır. 3.2. Tane Boyutu Oksidasyon, doğrudan yüzeyle ilgili bir olay olup, kömür ne denli ince taneliyse (yüzey alanı ne denli fazlaysa) oksidasyon o denli fazla olacak tır. Gevrek kömürlerin yanmaya daha yatkın olduk ları bilinen bir olgudur. Göçüklerde oluşan yangın lar, önemli ölçüde, tavan veya tabanda bırakılan (alınamayan) kömürün ayak arkasında ufalanma sından kaynaklanmaktadır (3). Keza, gerek damar ve gerekse yan taşlardaki çatlak ve yarıklarda bulu nan ezilmiş kömürler daha kolay yanabilmektedirler. Kömürde açılan yollarda, tahkimata bitişik kı sımlardaki ufak göçüklerdeki kömür parçalarının da yanabildikleri yaşanan durumlardandır. Oksidasyon hızının, dış yüzey alanının küb köküyle orantılı olarak arttığı saptanmıştır (5). 3.3. Kül İçeriği Yüksek kül içeriği olan kömürler (karbon mik tarı azaldığından dolayı) kendiliğinden yanmaya daha az yatkın olacaklardır. Ancak, kül içindeki ki reç, soda, demir bileşikleri vb. malzemelerin oksidasyonu hızlandırıcı, alüminyum ve silis gibi malze melerin ise yavaşlatıcı etkisi olabileceği görülmüş tür (1,6). 3.5. Damar ve Yan Taşların Özellikleri Kalın damarların (özellikle dilimli çalışılan da marların) bulunduğu sahalarda, derin ocaklarda, göçüklerin yeryüzüne erişebildiği sığ ocaklarda, arızaların çok yer aldığı panolarda yangın çıkması olasılığının daha yüksek olduğu uygulamadan bi linmektedir. Kalın damarlar, gerek kömürün yan taşlara göre düşük olan ısı iletkenliği (7) gerek arada oksitlen meye çok yatkın bir band içerme olasılığının yük sek oluşu (6) ve gerekse ayak gerisinde fazlaca kö mür bırakılması (...truncated)