YERALTI KÖMÜR MADENLERİNDE METAN KAYNAKLI TEHLİKELER

Transkript

1 YERALTI KÖMÜR MADENLERİNDE METAN KAYNAKLI TEHLİKELER ÖZET Kömür madenciliğinde, birçok maden çalışanı metan ve beraberindeki tehlikeler sebebiyle yaşamını yitirmektedir. Trajik can kayıplarının yanı sıra, gerekli tedbirleri almayan bazı kömür işletmeleri bazı ekonomik sorunlarla da karşı karşıya kalmaktadırlar. Günümüz teknolojisiyle, metan kaynaklı risklerin ortadan kaldırılması/azaltılabilmesi ve çalışmaların verimli bir şekilde yürütülebilmesi mümkündür. Bu çalışmada, metan kaynaklı tehlikeler belirtilmiş ve bu tehlikelerin önlenebilmesine yönelik çalışmalar değerlendirilmiştir. ABSTRACT In coal mining, many mining workers have passed away due to the methane and methane-related hazards. In addition to tragic losses of lives, some coal mine companies that didn't take the necessary precautions have also faced some financial problems. With today's technology, it is possible to annihilate/reduce methane-related risks and conduct the studies efficiently. In this study, methanerelated hazards are mentioned and the studies that can be applied for the prevention of these hazards are assessed. 1. GİRİŞ Gazlı yeraltı kömür madenlerinde yürütülen madencilik faaliyetlerine bağlı olarak çok sayıda maden emekçisi, metan ve beraberindeki tehlikeler yüzünden yaşamlarını yitirmiştir. Gelişen teknolojiyle beraber, metan kaynaklı risklerin ortadan kaldırılması/azaltılabilmesi ve çalışmaların can güveliği açısından sorun oluşturmayarak verimli bir şekilde yürütülebilmesi mümkündür. Bu çalışmada, kömür madenlerinde metan kaynaklı tehlikeler irdelenmiş ve bu tehlikelerin önlenebilmesi/azaltılabilmesi adına gerçekleştirilebilecek çalışmalara değinilmiştir. 2. KÖMÜRDE METAN OLUŞUMU Kömürleşme sürecinde karbondioksit, azot ve suyla beraber metan oluşmaktadır. Metan oluşumu, biyojenik ve termojenik olarak adlandırılan iki mekanizma kontrolünde gerçekleşmektedir (Dallegge ve Barker, 1999). Biyojenik metan oluşumu, bitkisel kökenli organik maddelerin mikrobiyolojik olarak ayrışması sonucunda gerçekleşmekte ve kömürleşme surecinin ilk aşamalarında gözlenmektedir. Biyolojik metan oluşumuyla açığa çıkan metan miktarı oldukça düşüktür ve oluşumu esnasında içinde barınabileceği bir kaynağın (rezervuarın) bulunmamasından ötürü birikimine çok nadir rastlanır (çok hızlı çöken havzalar) Termojenik metan oluşumu ise sürecin ilerleyen aşamalarında gözlenmekte olup gömülmeyle beraber (artan derinlikle birlikte) ulaşılan yüksek sıcaklık değerlerinden kaynaklanmaktadır. Yaklaşık 55

2 C den itibaren karbondioksit, 100 C den itibaren de metan ve azot gazları oluşmaya başlamaktadır. Artan kömürleşmeyle birlikte oluşan metan miktarı da artmaktadır (Yalçın ve Durucan, 1984; Karakurt vd., 2010). Metan, kömür içerisinde aşağıdaki şekillerde tutulabilmektedir. i. Çatlaklarda, kırıklarda ve gözenek içinde serbest gaz ii. Çatlaklarda ve gözeneklerde kömür yüzeyine tutunmuş iii. Su içerisinde çözünmüş Kömürde oluşan gaz öncelikle adsorpsiyon yoluyla tutulmaktadır. Adsorplama kapasitesinin üzerine çıkıldığı durumlarda ise formasyon suyu içerisinde çözünmekte ve/veya serbest gaz olarak gözenek ve çatlaklarda birikmektedir (Gürdal ve Yalçın, 1992). Kömürün boşluklu yapısı, hacminin 40 katına kadar metan gazını içerisinde tutmasına imkan sağlamaktadır (Dallegge ve Barker, 1999). 3. METAN KAYNAKLI TEHLİKELER Gazlı kömür işletmelerindeki metan kaynaklı tehlikeleri can ve ekonomik kayıplar olmak üzere iki ana başlık altında incelemek mümkündür Can kayıpları Kömür madenlerinde metan ve beraberindeki tehlikelerden ötürü can kayıpları yaşanabilmektedir. Can kayıplarına yol açan bu tehlikeleri aşağıdaki gibi sıralamak mümkündür. i. Metan (grizu) patlaması ii. Ani metan püskürmesi iii. Maden havasında ani oksijen azalması iv. Kömür tozu patlamalarına metanın etkisi Kömür içerisinde dengedeki metan gazı, madencilik faaliyetleri sonucu (kömürün parçalanmasıyla) serbest hale gelmekte ve maden havasına karışmaktadır. Maden havasına karışan metan gazı ise hava ile belirli konsantrasyonlarda etkileşime girerek patlayıcı özellik gösterebilmektedir. Ayrıca kömür damarı içerisinde belirli bölgelerde biriken (faylar vb.) metan gazı ilerleyen üretimin etkisiyle ani püskürme özelliği göstererek maden açıklıklarını doldurabilmektedir. Her iki durum, metan içeren kömür madenleri için çeşitli sıkıntılar doğurabilmekte ve birçok madencinin yaşamını yitirmesine sebep olabilmektedir. Ek olarak, yayılma hızı havaya oranla yüksek seviyelerde olan metan üretim hızına paralel olarak kısa sürede çalışma bölgelerini doldurabilmekte ve bu bölgelerdeki oksijen konsantrasyonunun ani bir şekilde

3 düşmesine sebep olabilmektedir. Bu ise madencilerin oksijen yetersizliğinden ötürü hayatlarını kaybetmesine yol açmaktadır (Aydın vd., 2009). Kömür madenlerinde, kömür tozlarının patlayıcı özellik gösterebildiği bilinmektedir. Havada askıya geçmiş bir toz bulutunun ateşleyici bir kaynakla temasa geçmesi sonucu kömür tozu patlaması meydana gelebilmektedir. Metan-hava karışımlarını patlatabilecek kaynakların bir toz bulutunu da patlatabileceği bilinmektedir. Ancak, faaliyetlerin en etkin şekilde yürütüldüğü ve dolayısıyla fazla miktarda tozun açığa çıktığı maden açıklıklarında bile askıdaki kömür tozları patlayıcı bir toz bulutu oluşturamazlar. Patlama için önemli olan maden açıklıklarının çeşitli bölgelerinde çökmüş halde bulunan tozların bir basınç etkisiyle girdaplanarak havaya karışmasıdır. Buradan da anlaşılacağı gibi, bir kömür tozu patlamasının olabilmesi için çökmüş tozu havalandıracak bir etken ile bu toz bulutunu ateşleyecek bir kaynağın bir araya gelmesi gerekmektedir. Metan patlaması sonucu oluşan sıcak gazların genleşmesiyle güçlü bir hava darbesi oluşmakta ve bu darbe çökmüş tozun havaya karışmasına yol açmaktadır. Yanmakta olan metan gazı ise bu toz bulutunu ateşleyebilmektedir (Didari 1985) Ekonomik kayıplar Kömür madenlerinde açığa çıkan metan gazı, üretim aksamalarına yol açması, yüksek hazırlık çalışmaları gerektirmesi ve maden içerisinde işletilemeyen alanlara sebep olmasından ötürü maddi kayıplara yol açabilmektedir. Maden açıklıklarında, metan konsantrasyonunun yükselmesi durumunda üretim yavaşlatılmakta/durdurulmakta ve gazın bölgeden uzaklaştırılması için çalışmalar yürütülmektedir. Üretimin aksamalarına neden olan bu çalışmalar bir hayli zaman almakta ve üretim maliyetlerini arttırmaktadır. Ayrıca, gazlı kömür damarlarında, yüksek metan yayılımının bir sonucu olarak büyük panolarla çalışmaların yürütülmesi imkansız hale gelmektedir (Aydın vd., 2009). Düşük seçilen pano boyutları nedeniyle madenin üretilmesi için daha fazla hazırlık galerisine ihtiyaç duyulmakta ve bu da hazırlık maliyetlerini arttırmaktadır. Gerekli önlemlerin alınmadığı kömür damarlarında, bazı panolarda yüksek gaz içeriğinden ötürü çalışmalar yürütülememekte ve rezervin bir kısmı üretim yapılmaksızın terk edilmektedir. Bu şekilde, ekonomik olarak değerlendirilebilecek bir kaynak israf edilmekte ve kömür işletmeleri çeşitli zararlara uğrayabilmektedir. 4. METAN DRENAJI Çoğu kömür işletmesinde, havalandırma sistemlerinin kullanılmasıyla metan uygun konsantrasyonlara seyreltilmektedir. Ancak, özellikle gazlı madenlerde üretim çalışmalarının verimli bir şekilde sürdürülebilmesi için havalandırma çalışmalarının drenaj faaliyetleriyle desteklenmesi gerekmektedir. Metan drenajı, metan kaynaklı

4 tehlikelerin önlenebilmesi/azaltılabilmesi ve çalışmaların iş güvenliği açısından sorun oluşturmayacak şekilde yürütülebilmesine olanak sağlamaktadır. Drenaj sistemleriyle madencilik öncesinde, madencilik döneminde ve madencilik sonrasında kömür damarı içerisinde bulunan metan gazı üretilebilmektedir (Anon, 1999; Aydın ve Kesimal, 2007). Yaygın olarak kullanılan metan drenajı yöntemleri aşağıda sunulmaktadır. Çizelge 1'de bu yöntemler drenaj verimi ve gaz kalitesi yönünden karşılaştırılmaktadır. i. Yüzeyden damara açılan düşey kuyular ii. Yüzeyden göçük bölgesine açılan düşey kuyular iii. Hazırlık galerilerinden arın önüne delinen yatay delikler iv. Çevreleyen tabakaya doğru delinen çapraz delikler Yüzeyden damara açılan düşey kuyularla drenajda, kömür damarı (tek bir kömür damarı ya da birkaç damar) boyunca delinen kuyular vasıtasıyla, metanın madencilik işlemleri öncesinde drenajı sağlanır. Üretilen gaz bir pompayla ya da doğal basınç farkından yararlanılarak yeryüzüne alınır. Düşey kuyular genellikle madencilik işlemleri başlamadan 2-7 yıl önce açılırlar ve damar işletilmeye başlamadan önce damardaki gazı üretirler. Yüzeyden göçük bölgesine açılan düşey kuyularla, kömür üretilip göçertme işlemi gerçekleştirildikten kısa bir süre sonra metan gazı üretilir. Yöntemde metan göçük bölgesinden kuyulara aktarılır ve kuyu boyunca hareket ederek yüzeye ulaşması sağlanır. Akış oranları, göçük bölgesi ve kuyu başı arasındaki doğal basınç farkıyla kontrol edilir. Basınç farkının yetersiz olduğu durumlarda pompa kullanımı söz konusu olabilir. Çizelge 1. Drenaj yöntemlerinin karşılaştırılması (Hartman vd., 1997) Drenaj Drenaj yöntemi verimi 1 Gaz kalitesi Yüzeyden damara açılan düşey 70 2 Oldukça saf metan kuyular Yüzeyden göçük bölgesine açılan Maden havasıyla 50 düşey kuyular kirletilmiş metan Hazırlık galerilerinden arın önüne 20 2 Saf metan delinen yatay delikler Çevreleyen tabakaya doğru delinen Maden havasıyla 20 çapraz delikler kirletilmiş metan 1 Drene edilen metan yüzdesi 2 Damarın hidrolik çatlaklandırılması, damarda boşluk oluşturulması, damara karbondioksit enjekte edilmesi vb. yöntemlerle drenaj verimi arttırılabilir.

5 Hazırlık galerilerinden arın önüne delinen yatay deliklerle, arının kazılmasından kısa bir süre önce arın gerisinde bulunan metan gazı üretilir ve çalışmalar esnasında açıklığa sızması muhtemel metan gazı potansiyeli azaltılır. Üretim faaliyetlerinin kısıtladığı drenaj zamanının yanı sıra gazın bozunmamış kömür damarlarından elde edilmesi düşük drenaj verimine sebep olmaktadır. Çapraz delikler maden açıklıklarından kömür damarını çevreleyen tabakalara doğru delinen deliklerdir. Bu yöntemde, göçük bölgesinde daha az gazın birikmesi için çevreleyen tabakanın ön drenajı gerçekleştirilir. Drenaj verimi genellikle düşüktür ve elde edilen metan saf değildir. Gazlı kömür damarlarında metan drenajı uygulanmasına karar vermek için kapsamlı bir analizin yapılması gerekmektedir. Yapılacak analizde uygulanacak yöntemin avantajları, dezavantajları ve ekonomisi göz önüne alınarak işletme için en uygun drenaj yöntemi seçilmelidir. 5. METANIN KULLANIMI Kömür işletmeleri, drenajı çeşitli gerekçelerle (maliyet vb.) üretim planlarına almamakta ya da kısmen plansız bir şekilde uygulamakta ve sonrasında karşılaştıkları felaketler yüzünden büyük zararlara uğramaktadırlar. Halbuki, herhangi bir drenaj yöntemiyle eş zamanlı olarak yürütülen havalandırma çalışmaları, çoğu madende metan konsantrasyonunu düşük tutmanın en ekonomik yöntemi olabilmektedir. Drenaj maliyetleri havalandırma maliyetlerinden düşük olduğundan, metan drenajını artan havalandırma gereksinimleri yerine kullanmak daha karlı olmaktadır. Ayrıca, kömür işletmelerinin birçoğu drenajla birlikte elde edecekleri gazın bir enerji kaynağı olarak kullanılabileceğinden bihaberdirler. Gazın çeşitli alanlarda kullanılması drenaj uygulamalarının daha popüler hale gelmesine ve daha madenin planlanması aşamasında programa dahil edilmesine katkı sağlayacaktır. İsraf edilecek bir kaynağın değerlendirilmesi ve gazın kullanım/pazar şartlarının değerlendirilmesi her işletme sahibinin göz önünde bulundurması gereken bir durum olmalıdır. Kömür kaynaklı metanın kullanım teknolojilerini aşağıdaki gibi sınıflandırmak mümkündür (Bibler ve Carothers, 2000; Aydın vd., 2012). i. Doğal gaz yerine kullanılması ii. Direkt olarak metanın kullanılması Kömürle birlikte gazın müşterek yakılması (ısı üretmek için) Kömürün kurutulması Ağır metaller içeren suyun buharlaştırılması Maden binalarının ve havasının ısıtılması Yerel sanayiler tarafından değişik amaçlarda kullanımı iii. Elektrik üretimi ve kojenerasyon Kömürle birlikte gazın müşterek yakılması (elektrik üretmek için) İçten yanmalı motorlar

6 Türbinler Yakıt hücreleri Havalandırma havası oksidasyonu iv. İmha (yakma, havalandırma havasının oksidasyonu) Drenajla beraber elde edilen metan gazı, doğal gaz standartlarını karşılaması durumunda doğal gaz şirketlerine pazarlanabilmektedir. Gazın bu amaçla kullanılabilmesi için en az %95 metan içermesi ve diğer bazı özel koşullara sahip olması gerekmektedir. Bu özelliklerdeki gaz, basit bir zenginleştirme ile sıkıştırılarak civarda bulunan doğal gaz hatlarına sevk edilebilmektedir. Gazın doğal gaz gereksinimlerini karşılayamadığı durumlarda, istenmeyen bileşenlerin ortamdan uzaklaştırılmasıyla ve/veya yüksek ısıl değere sahip gaz ile karıştırılması ile zenginleştirilebilmektedir (Aydın ve Karakurt, 2008). Drenajla üretilen metan gazının madende veya madene yakın bölgelerde direkt olarak kullanımını sağlayabilecek çeşitli uygulamalar da bulunmaktadır. Kömür madenlerinde metan; kömürün kurutulmasında, atık suyun arıtılmasında, maden işletmelerine ait yerüstü tesislerinin ve bu tesislerde kullanılan suyun ısıtılmasında da değerlendirilebilir. Soğuğun hüküm sürdüğü bazı bölgelerde ise işçilerin çalışma koşullarının iyileştirilmesi ve/veya maden açıklıklarındaki buzlanmaların önlenmesi amacıyla kullanımı da mümkündür. Metan gazı kömür, doğal gaz ya da petrolün kullanıldığı bazı uygulamalarda yardımcı yakıt olarak kullanılabilmektedir. Ayrıca, elektrik ve ısı üretmek için kullanılan yöntemlerde alternatif bir kaynak olarak değerlendirilebilmektedir (Flores, 1998; Karakurt vd., 2009). 6. SONUÇLAR Kömür madenlerinde, metan ve beraberindeki tehlikeler yüzünden çok sayıda madenci yaşamını yitirmiştir. Gelişen teknoloji, metan kaynaklı riskleri ortadan kaldırmakta ya da minimuma indirmektedir. Ancak, profesyonelce bir planlamadan uzak olarak çalışmalar yürüten özellikle küçük ölçekli madencilik şirketleri çeşitli gerekçelerle bu teknolojileri görmezlikten gelip adeta yaşanması muhtemel facialara davetiyeler çıkarmaktadırlar. Gazlı kömür damarlarında uygulanan metan drenajı, üretim aksamalarının azalmasına/önlenmesine, işletme maliyetlerinin düşürülmesine ve en önemlisi çalışmaların daha güvenli bir ortamda sürdürülmesine olanak sağlamaktadır. Ayrıca, drenajla birlikte üretilen gaz işletmede farkla amaçlarda kullanılabilmekte ve/veya uygun pazar koşullarının olması durumunda pazarlanabilmektedir. Böylelikle işletmenin enerjide dışa bağımlılığı en aza inmekte ve gaz satışından ek gelir elde edilebilmektedir.