Mekanize Kazıda Grizu Patlamaları

MADENCİLİK Eylül September 1986 Volume Cilt XXV Sayı No 3 Mehanize Kazıda Grizu Patlamaları (The Methane Explosions in Mechanized Excavations) Gündüz ÖKTEN* Sina YAZICI** ÖZET Madencilikte son yıllarda mekanize kazı çalışmalarının artması ile birlikte, metalin kayaca sürtünmesi sonucu oluşan grizu patlamaları önem kazanmıştır. Bu tür patlama ları etkileyen parametreleri üç grupta toplamak mümkündür. Bunlar: — Patlayıcı gaz karışımı ve ateşleyici yüzeyin özellikleri, — Kayaç cinsi, — Kesici uçlar ve kazı işleminin uygulanışı ile ilgili özelliklerdir. Patlamanın meydana gelmesi için ilk koşul, ocak havasına yeterli oranda patlayıcı gazın karışmasıdır. Madencilik çalışmaları sırasında tehlike yaratan, genellikle metan gazı olup; hidrojen, etan, propan gazlarının varlığı, karışımın alt patlaması sınırını dü şürmektedir. Kayaç cinsi çok önemli bir faktördür. Kayacın içerdiği kuvars miktarı ve tane boyu tu arttıkça, patlama olasılığı fazlalaşmaktadır. Kesici uçların aşınması ve kesme hızının yükseltilmesi de patlama tehlikesini yüksel tici rol oynamaktadır. Yapılan araştırmalar, kesici uçların ve kesilen kayacın su püskürtülerek soğutulması yoluyla, patlama olasılığının büyük ölçüde azaltılabileceğini ortaya koymuştur. * Dr, Maden Y. Müh., İTÜ Maden Fakültesi, Teşvikiye/İSTANBUL ** Maden Y. Müh., University Missouri of Rolla, A.B.D. 17 ABSTRACT During the last few years, parallel to the development of mechanized excavation workings, the methane explosions resulting from the friction between rock and metal surfaces has gained importance. Parameters effecting these type of explosions can be classified in three following groups. — The properties of explosive gas mixture and ignition surfaces, — Rock type, — The properties related with the application of excavation process and cutter bits. The first condition for the explosion to occur is the mixing of explosive gas to the mine air in certain proportions. Generally the methane is the cause of danger during the mine workings. The existance of hydrogen, ethane and prophane gases; however, decreases the lower explosion limit of the mixture. Rock type is also an important factor. As the quartz content and the particle size of rock gets higher, the possibility of explosion increases. Wearing of bits and the increment of cutting speed plays an important role in increasing the danger. It is determined that cooling of bits and rock excavated using water sprays decreases the possibil ity of explosions. 18 1. GİRİŞ Ocak gazlarının en tehlikelisi olarak bilinen me tan gazı, bitkisel artıkların kömürleşmesi sürecinde oluşur. Daha sonra, gazın bir kısmı örtü tabakala rındaki kırık ve çatlaklara göç eder, geriye kalan bölümü de kömür içinde bulunan değişik boyutlar daki gözeneklerde ve çatlaklarda depolanır. Üretim çalışmaları sonucu doğal (birincil) gerilme durumu bozulacağından, damardaki gazın büyük bir bölü mü, basıncın daha düşük olduğu arına yakın zonlara doğru hareket ederek ocak havasına karışır. Me tan gazının ocak havasına karışması üç şekilde ol maktadır: — Normal, sızarak karışma, — Üflenerek karışma, — Ani gaz ve kömür püskürmesi. Metan gazı- hava karışımının yanıcı, patlayıcı, boğucu özellikler taşıdığı bilinmektedir. Fakat, metanın esas tehlikesi patlayıcı gaz olmasındandır. En şiddetli patlamayı meydana getiren karışım oranı % 9,5 metan ile % 90,5 havadır. Ancak, pat lamayı doğuran kaynağın şiddeti ve süresi; karbon dioksit, su buharı ve diğer gazların (etan, propan, hidrojen, karbonmonoksit) varlığı, hava basıncı ve kazı boşluğunun şekli de etkili olduğundan, meta nın % 5-% 14 değerleri arasında tehlikeli olduğu kabul edilir ve bu oranda metan içeren havaya gri zu adı verilir (1). Grizu patlamalarının başlıca nedenleri: — Patlayıcı madde ateşlemeleri, — Yangınlar ve açık alev, — Elektrik arkları, — Elektrostatik boşalım, — Egzoz gazları, — Metalin metale sürtünmesi, — Kayaçların birbirine sürtünmesi, — Metalin kayaca sürtünmesidir (2). Ancak, son yıllarda hazırlık ve üretim çalışmala rı sırasında mekanizasyona ağırlık verilmesiyle bir likte, metalin kayaca sürtünmesi sonucu oluşan gri zu patlamaları önem kazanmıştır. Bu tür patlamaların nedenleri arasında; — Kömür kazıcı makinelerin kesici uçlarının damar içindeki sertliği yüksek kaynak taşlarını, arakesmeleri, tavan ve taban taşlarını kesmesi, — Galeri açma makinelerinin kesici uçlarının aynaya sürtünmesi sayılabilir. İngiltere'de 1958-1980 yılları arasında ortaya çıkan grizu patlaması olaylarının yarıdan fazlası bu nedenle meydana gelmiş olup, Federal Almanya'da da bu tür olaylar son yıllarda sayıca artmıştır (3,4). Mekanize kazı çalışmaları sırasında (kesici uçla rın kayaca sürtünmesi) ortaya çıkan grizu patlama larını etkileyen parametreleri üç grupta toplamak mümkündür. Bunlar: — Patlayıcı gaz karışımı ve ateşleyici yüzeyin özellikleri, — Kayaç cinsi, — Kesici uçlar ve kazı işleminin uygulanışı ile ilgili özelliklerdir. Bu yazıda, mekanize kazı çalışmaları sırasında ısınan yüzeylerin grizuyu patlatma olayı ve buna etki eden parametreler açıklanacaktır. 2. MEKANİZE KAZIDA OLUŞAN GRİZU PATLAMASI OLAYININ AÇIKLANMASI önceleri, kesici uçların kayaca sürtünmesi ve çarpması sonucu oluşan kıvılcımların grizu patla masına neden olduğu kabul edilmekteydi. Daha sonra SMRE'de (Safety in Mines Research Estab lishment) yapılan çalışmalar, çıkan kıvılcımların metan-hava karışımını ateşleyebilecek sıcaklık, yü zey alanı ve ömüre sahip olmadıklarını göstermiş tir. Ancak, NAGY ve KAWENSKI büyük boyutlu ve yüksek sıcaklıklı kıvılcımların bazen patlama oluşturabileceğini saptamışlardır. Bureau of Mines laboratuvarlarında yapılan araştırmalar da bu bul guyu doğrulamıştır (5). Patlamanın esas nedeni, kesici uçların kayaç içi ne daldırıldıktan sonra sürtünme sonucu aşırı ısın ması ve arkasında sıcak bir malzeme bırakmasıdır. Teorik çalışmalar, ısınmış malzemenin sıcaklığının 1400°C'ye kadar yükseldiğini göstermiştir. Bu sı caklığın artmasını engelleyen başlıca etken, kesici uç malzemesinin ergime noktasıdır. Kesici uçların ardında bıraktığı sıcak malzeme "hotspot" olarak adlandırılmakta ve gaz karışımını ateşleyen başlıca ısı kaynağı olarak gözönüne alınmaktadır (5). 19 3. MEKANİZE KAZIDA GRİZU PATLAMALARINI ETKİLEYEN PARAMETRELER 3.1. Patlayıcı Gaz Kanşımı ve Ateşleyici Yüzeyin Özellikleri 3.1.1. Havaya Kansan Gazın Cinsi Hidrokarbon gazlarının hava ile karışımının patlayabilmesi, gazın hava içindeki konsantrasyonu ve ısı kaynağının sıcaklığına bağlı olarak değişir. Etan ve propan gazlarının hava ile karışımları metanınkinden çok daha düşük sıcaklıklarda ateş alır (6). Ayrıca, ocak havasında metan gazının yanı sıra hidrojen, etan, propan gazlarının bulunması, karı şımın alt patlama sınırını düşürür. Daha önce de belirtildiği gibi, metan gazının alt ve üst patlama sınırları % 5 - % 14 arasında değiştiği halde; bu de ğerler hidrojen için % 4 -% 74,2, etan için % 3 % 12,5, propan için % 2,1 - % 9,35'tir (7). Ancak, kömür ocaklarında tehlike yaratan, ço ğunlukla metan gazı ol (...truncated)