Kayalarda Delme ve Patlama

MADENCİLİK Eylül 1986 September Volume Cilt XXV Sayı No 3 Kayalarda Delme Ve Patlatma (Rock Drilling and Blasting) Metin ÖZDOĞAN* ÖZET Bu makalede açık işletmecilikte delme ve patlatma işlemlerinin günümüzdeki ku ramsal ve pratik durumu sunulmaktadır. Kayanın mekanik olarak parçalanması bölümünde vurmalı ve dönmeli delme dizge leri verilmiştir. Kayanın devinik olarak parçalanması başlığı altında ise patlatma ince lenmiş ve patlatma işlemini etkileyen etmenler, patlatma kuşakları, yansıma kuramı, krater deneylerine değinilmiştir. SUMMARY In this paper, a survey of the present situation of drilling and blasting operations in surface mining is presented. Percussive and rotary drilling systems are given in the section called mechanical attack to rock. Under the following heading, dynamic attack to rock, blasting is studied and factors effecting blasting, blasting zones, reflection theory and crater experiments are given. * Maden Y. Mühendisi, Yurtören Ltd., ANKARA. 7 1. GİRİŞ Bir kayayı parçalamak için o kayaya doğrudan ya da dolaylı olarak enerji uygulamak gerekir. Uy gulanacak enerjinin düzeyi, kayanın özelliğine ve enerji verme biçimine bağlı olarak değişir. Kayaya verilen enerji yeni yüzey yaratılmasında, sürtünme ve esnek dalga dağılımı biçiminde kullanılır. En az enerji gerektiren parçalanma biçimi, tek eksenli çekme dayanımı yenilmesi biçiminde olan kırılmadır. Ancak, çevresel basıncın da varolduğu koşullarda, parçalanma için daha çok enerjiye ge reksinme duyulduğu da bir gerçektir. Kaya-aygıt etkileşimi sürekli izlenip denetlenmelidir. Bu, kayanın yenilmesi için gereken ve de lik makinesi tarafından verilen enerjinin en uygun durumda tutulması için gereklidir. Kuramsal olarak, en kolay ve verimli kaya del me işlemi, makinenin kayada tek eksenli çekme yenilmesi yaratarak delmeyi gerçekleştirmesi duru mudur. Ancak, bugüne değin böyle bir yerdelgi dü zeneği geliştirilmiş değildir. Günümüz yerdelgi makineleri yüksek sürtünme ve enerji kayıpları koşullarında çalışmaktadır. Çünkü, bu makineler kayanın iki eksenli basma da yanımını yenerek delmek durumundadırlar. Çağ daş delik makineleri kayaya çok yüksek düzeyde enerji aktarabilmektedirler. Ancak bu makineleri, kayanın parçalanıp delinmesinde tükettikleri enerji yönünden ele alırsak, hiç de yüksek verimli maki neler olmadıklarını görürüz. Daha yüksek verimli delik makineleri geliştire bilmek için, kaya özelliklerinin, kaya kırılmasını (parçalanmasını) nasıl etkilediğinin araştırılması gerekmektedir. Günümüzde bu konu yeterince çalı şılmamış olup, parçalanmayı doğrudan etkileyen kaya etmenleri henüz tam olarak tanımlanabilmiş değildir (1). Kayaların birbirine göre kırılabilme kolaylığını anlamada (kestirmede) bazı mekanik ve fiziksel özelliklerden ölçüt olarak yararlanılmaya çalışıl maktadır (1). Bunlar kayanın tek eksenli çekme ve basma dayanımlarıdır. Göz önünde bulundurul ması gereken bir nokta da kaya dayanımının yan basınç, gözenek sıvı basıncı, yük uygulama hızı ve ısı gibi çevresel koşullardan etkilendiğidir. 8 Bazı araştırmacılar, kayanın fiziksel özellikleri nin, bunların genellikle daha kolay ve daha ucuz belirlenmesi gerekçesi ile, kırılabilme (parçalanabilme) kolaylığının kestirilmesinde ölçüt olarak kullanılabileceği kan ısındadırlar. Ancak, parçalanabilirlik ile kayanın fiziksel özellikleri arasında iliş kiler bulunmakla birlikte, bu ilişki henüz tam ve kesin bir matematik bağıntı biçimine sokulabilmiş değildir. Bu yaklaşım daha çok, çok zayıf kaya ve kömür gibi deney örneği hazırlanma güçlüğü bulu nan oluşumlarda yeğlenmektedir. Parçalanabilirle ölçütü olarak kullanılanlar daha çok yoğunluk, sertlik ve gözeneklilik gibi özelliklerdir. Araştırmacılardan bazıları ise, daha güvenilir de neysel kaya parçalanabilme kolaylığı yaklaşımları getirebilmek için, hem fiziksel hem de mekanik özelliklerin birlikte ele alınmasının daha sağlıklı olacağını söylemektedirler (1). 2. DELME, KAYANIN MEKANİK OLARAK PARÇALANMASI 2.1. Giriş Patlatmaya yönelik delme işleminin amacı, ka yaya mekanik enerji uygulayarak içine patlayıcı yük konabilecek bir boşluk yaratmaktır. Bu boş luk delici ucun baskı ile kaya içinde ilerlemesiyle açılır. Kaya içinde mekanik olarak ilerlemenin, vurmalı (percussive) ve dönmeli (rotary) olmak üzere iki ana yöntemi bulunmaktadır. Delme, çat lak yaratılması ve bu çatlaklardan kopartılan par çacıkların dışarı atılması olmak üzere iki evreden oluşur. Motorun ürettiği mekanik enerji, makine nin delme motoru yardımıyla delme borusu-delici uç dizisine iletilerek kaya, mekanik olarak parçala nıp ilerleme sağlanır. Delici uç ile tabana yapılan baskı, kaya basma dayanımını yener yenmez kaya delinmeye başlar. Kayanın, delici ucun içinde ilerlemesine karşı gös terdiği dirence, delme dayanımı adı verilmektedir. Bu, kayanın bilinen mekanik dayanım tanımından oldukça değişik bir kavramdır. Kayanın parçalanarak yenilmesine çatlama ye nilmesi, esneklik sınırı dışına çıkarak biçim değiş tirmesine de kırılma yenilmesi denilmektedir. Çe şitli bileşik gerilmeler etkisinde kayanın yenilme ölçütü bu şekilde tanımlanabilmektedir. Ancak, bu her iki yenilme türünün geçerli olmadığı durumlar da bulunabildiğinden bir genelleme yapmak yanlış olabilir. 2.2. Kayada Delerek ilerlemenin Mekaniği Bu konuda bugün elimizde bulunan bilgiler de neysel ve kuramsal model çalışmaları yardımıyla elde edilmiştir. Analitik tanımlar ise, mekanik ilke ler, esneklik ve plastiktik kuramları ve deneysel yön temlerden yararlanılarak türetilmiş bulunmakta dır (1). Model çalışmalarında ideal koşullar varsa yılır ve analizi kolaylaştıracak varsayımlar yapılır. Gerek vurmalı, gerekse dönmeli kaya delme yönte minin her ikisinin de delici uç biçimi, uca yapılan baskı ve kayanın delmeye karşı gösterdiği tepki gi bi ana öğeleri bulunmaktadır. Hernekadar, model çözümleme çalışmaları bu etmenler arasında bulunan gerçek bağıntıların ke sin olarak belirlenmesini sağlamaya yetmemekteyse de, yine de bu kuramsal çalışmalar delici uç iler leme mekanizmasının kavranmasına bir ölçüde yar dımcı olmaktadır (1). 2.2.1. Vurmalı Delik Delme Bu tür delmede, delici uç kayayı birbiri ardına vuruşlarla parçalayarak ilerler. Şekil 1, delici ucun her bir vuruşunda krater biçimli bir oyuk oluştur masının evrelerini göstermektedir. Bu evreler aşağı da verilmiştir (2). i. Yüzeyde çıkıntılar ezilir ve kaya esneyen bi çim değiştirme evresindedir. ii. Yüzey altında çekme gerilmesi çatlakları ol duğu sanılan ana çatlaklar oluşur ve delici uç çevresindeki gerilme yığışmalarından aşa ğıya doğru yayılır. iii. Delici uç çevresinde, ezilerek parçalanma başlar. iv. İkincil çatlaklar yüzey boyunca ilerleyerek kesme gerilmesi yaratır, ve daha büyükçe par çalar ya da yongalar kopartır. v. Kırılıp kopan parçacıklar, basınçlı hava ile yukarıya atılır ve "V" biçimli bir oyukoluşur. Delici uç, vurmalı delmede kırarak ve yonga çı kartarak kaya içinde ilerler. 2.2.2. Dönmeli Delik Delme Bu yönteme dönerek kopartma egemen olup ilerleme, baskı ve tork ile sağlanır (Şekil 2). Bu tür (...truncated)