AFYONKARAHİSAR İSCEHİSAR AKTAŞÖREN MEVKİİ MERMER OCAĞINDA SAHANIN JEOLOJİK ÖZELLİKLERİNİN ELMAS TEL KESME PERFORMANSINA ETKİSİ YÜKSEK LİSANS TEZİ

Transkript

1 AFYONKARAHİSAR İSCEHİSAR AKTAŞÖREN MEVKİİ MERMER OCAĞINDA SAHANIN JEOLOJİK ÖZELLİKLERİNİN ELMAS TEL KESME PERFORMANSINA ETKİSİ YÜKSEK LİSANS TEZİ ZAFER YÜKSEL DANIŞMAN Yrd. Doç Dr. Metin ERSOY MADEN MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI TEMMUZ

2 T.C. AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ İSCEHİSAR AKTAŞÖREN MEVKİİ MERMER OCAĞINDA SAHANIN JEOLOJİK ÖZELLİKLERİNİN ELMAS TEL KESME PERFORMANSINA ETKİSİ Zafer YÜKSEL DANIŞMAN Yrd. Doç. Dr. Metin ERSOY MADEN MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI TEMMUZ

3 ONAY SAYFASI Yrd. Doç. Dr. Metin ERSOY un danışmanlığında, Zafer YÜKSEL tarafından hazırlanan İSCEHİSAR AKTAŞÖREN MEVKİİ MERMER OCAĞINDA SAHANIN JEOLOJİK ÖZELLİKLERİNİN ELMAS TEL KESME PERFORMANSINA ETKİSİ başlıklı bu çalışma, lisansüstü eğitim ve öğretim yönetmeliğinin ilgili maddeleri uyarınca..26/.07./2010 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından Maden Mühendisliği Anabilim Dalında Yüksek Lisans tezi olarak oybirliği ile kabul edilmiştir. Ünvanı, Adı, SOYADI İmza Başkan Prof. Dr. Eyüp SABAH Üye Yrd. Doç. Dr. Metin ERSOY Üye Doç. Dr. Zeki KARACA Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu nun.../.../2010 tarih ve... sayılı kararıyla onaylanmıştır. Doç. Dr. Rıdvan ÜNAL Enstitü Müdürü 3

4 İÇİNDEKİLER ÖZET...v ABSTRACT...vii TEŞEKKÜR...ix SİMGELER VE KISALMALAR DİZİNİ...x ŞEKİLLER DİZİNİ...xiii RESİMLER DİZİNİ...xvi ÇİZELGELER DİZİNİ...xviii 1. GİRİŞ Literatür Özetleri GENEL BİLGİLER Mermer Ocak İşletmeciğindeki Gelişmeler Mermer Madenciliğinde Ocak Tasarımı Mermer Ocak İşletme Şekilleri ve Seçimi Yerüstü Ocakları Yeraltı Ocakları Mermer Üretim Yöntemleri Eski Yöntemler Klasik Yöntemler Delme Çatlatma Yöntemiyle Üretim Elmas Telle Kesme Yöntemiyle Üretim Kollu Kesicilerle Üretim Yöntemleri

5 2.3.3 Diğer Yöntemler Alev Jeti ile Üretim Yöntemi Basınçlı Su (Water Jet) ile Üretim Yöntemi Lazer Işınları ile Üretim Yöntemi Genel Jeolojik Yapı Bölgesel Jeoloji Afyon Zonu Afyon Metamorfitleri Afyon Volkanitleri Olucak Kırıntıları Formasyonu Gebeceler Formasyonu Kuvarterner Stratigrafi Yapısal Jeoloji Süreksizlikler Faylar Eklemler Yataklanma Düzlemleri Fissürler ve Diğerleri Süreksizlik Ölçümleri OCAK HAKKINDA GENEL BİLGİLER Ocağın Coğrafik Konumu Çalışma Alanının Jeolojisi İşletme Yöntemi MATERYAL VE METOD

6 4.1 Materyal Elmas Tel Kesme Makinesi Rampalı Elmas Telle Kesme (Blok Ebatlama) Makinesi Delik Delme Makinesi (Vagondrill) Diğer Alet ve Ekipmanlar Metod Laboratuar Çalışmaları Mineralojik ve Petrografik Özelliklerin İncelenmesi Fiziko-Mekanik Özelliklerin İncelenmesi Kimyasal Özelliklerin İncelenmesi Saha Çalışmaları Tektonik Yapının Belirlenmesi (Süreksizlik Ölçümleri) Mermer Ocağında Üretim Sırasına Yapılan İncelemeler BULGULAR Mineralojik ve Petrografik Özellikler Fiziksel Özellikler Görünür Porozite, Doluluk Oranı ve Gerçek Porozite Birim Hacim Ağırlık ve Su Emme Özgül Ağırlık (Yoğunluk) Sertlik ve Kesilebilirlik Mekanik Özellikler Tek Eksenli Basınç Dayanımı Don Sonrası Tek Eksenli Basınç Dayanımı Tek Eksenli Yük Altında Eğilme Dayanımı Don Sonrası Tek Eksenli Yük Altında Eğilme Dayanımı Sürtünme Sonucu Aşınma Dayanımı

7 5.4 Kimyasal Özellikler Saha Çalışmalarından Elde Edilen Bulgular Süreksizlik Ölçümlerinden Elde Edilen Bulgular Delme İşlemlerinden Elde Edilen Bulgular Kesme İşlemlerinden Elde Edilen Bulgular Elmas Teldeki Aşınmalara Ait Bulgular Elmas Telle Kesme Performansına Etki Eden Bulguların Değerlendirilmesi SONUÇLAR VE ÖNERİLER Sonuçlar Öneriler KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ EKLER EK 1 Afyon Gri Mermerinin Ortalama Performans Veri Tablosu EK 2 Afyon Kaplan Postu Mermerinin Ortalama Performans Veri Tablosu

8 ÖZET Yüksek Lisans Tezi İscehisar Aktaşören Mevkii Mermer Ocağında Sahanın Jeolojik Özelliklerinin Elmas Tel Kesme Performansına Etkisi Zafer YÜKSEL Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı Danışman: Yrd. Doç. Dr. Metin ERSOY Ülkemiz mermer ocaklarının büyük çoğunluğunda mermer blok üretimi elmas telle kesme yöntemi ile yapılmaktadır. Elmas telle kesme işleminde kesim hızını, elmas soket tüketimini ve blok verimini etkileyen jeolojik ve fiziko-mekanik birçok faktör vardır. Bu faktörlerin bilinmesi optimum çalışma parametrelerinin belirlenmesi ve üretim kayıplarının en aza indirilmesi bakımından önemlidir. Bu amaçla Afyonkarahisar ili, İscehisar ilçesi Aktaşören mevkiinde bulunan Üçkar Mermer ve Madencilik şirketine ait olan mermer ocağında yapılan üretim faaliyetleri incelenmiştir. Aynı ocak sınırı içerinde Afyon İscehisar mermerlerinin en alt birimi olan Afyon Kaplan Postu ve bir üst birimi olan Afyon Gri mermerlerinin üretiminin yapıldığı iki üretim bölgesindeki elmas telle kesme parametrelerinin farklı olma sebepleri belirlenmiştir. Çalışma; sahasının jeolojik özelliklerinin, üretilen mermerlerin mineralojik- petrografik, fiziko-mekanik özelliklerinin ve üretim sürecinin incelenmesi olarak üç ana bölümde gerçekleştirilmiş olup bulgular değerlendirilerek, üretim parametrelerine etkileri saptanmıştır. Afyon Gri mermerinin üretildiği basamakta süreksizliklerin KD-KB doğrultulu, sayılarının 15 kesimde 96 adet, açıklıklarının 2-3 mm arasında değiştiği ve kütle kesimi sonucunda blok veriminin %24,45 olduğu, Afyon Kaplan Postu mermerinin üretildiği 8

9 basamakta ise süreksizliklerin KD-KB doğrultulu, sayılarının 15 kesimde 70 adet, açıklıklarının 1-3 mm arasında değiştiği ve kütle kesimi sonucunda blok veriminin %31,99 olduğu belirlenmiştir. Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerinin fiziksel özelliklerinden görünür porozite, gerçek porozite, doluluk oranı, birim hacim ağırlık ve su emme değerlerinin; sertlik ve kesilebilirlik özeliklerinin (Knoop-mohs sertliği ve yüzey sertliği) ve mekanik özelliklerinden tek eksenli yük altında eğilme dayanımlarının birbirine yakın değerler oldukları belirlenmiştir. Mermerlerin bu özelliklerinin elmas telle kesme performansını belirlemede etkin parametreler olmadıkları tespit edilmiştir. Afyon Gri mermerinin ortalama tane boyutunun 477,9 (µm), Afyon Kaplan Postu mermerinin ortalama tane boyutunun 222,2 (µm) olması mermerlerin kesiminde kullanılan elmas soketlerin aşınma değerlerinde farklıklar meydana getirmiştir. Mermer üretiminde kullanılan elmas soketli tellerin aşınma oranlarındaki farklıklar da kesim hızını etkilemiştir. Buna göre Afyon Gri mermerinin üretiminde ortalama kesim hızının 7,632 m 2 /h, Afyon Kaplan Postu mermerinde ise 6,765 m 2 /h olduğu belirlenmiştir. Afyon Gri mermerinin tek eksenli basınç dayanımının 96,991 MPa (orta dirençli) ve sürtünme sonucu aşınmaya karşı gösterdiği direncinin (48,1 cm 3 /50cm 2 ) olduğu belirlenmiştir. Afyon Kaplan Postu mermerinin ise tek eksenli basınç dayanımının 103,917 MPa (yüksek dirençli) ve sürtünme sonucu aşınmaya karşı gösterdiği direncinin (34,1 cm 3 /50cm 2 ) olduğu belirlenmiştir. Yapılan laboratuvar ve saha çalışmaları sonucunda farklı basamaklarda üretilen mermerlerin; basamaklardaki süreksizlik özelliklerinin, ortalama tane boyutlarının, yapısal sertliklerinin, tek eksenli basınç dayanımlarının, aşınmaya karşı gösterdikleri dirençlerinin blok verimine, delme performansına, elmas soket aşınma oranına ve elmas tel kesim performansına direkt etkide bulundukları saptanmıştır. Anahtar Kelimeler: Afyon Gri Mermer, Afyon Kaplan Postu Mermer, Elmas Telle Kesme Performansı. 9

10 ABSTRACT Master Science Thesis The Effect Of Geological Parameters To Diamond Wire Cutting Performance in The Marble Quarry Of İscehisar Aktaşören Region Zafer YÜKSEL Afyon Kocatepe University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Mining Engineering Supervisor: Assist Prof. Metin ERSOY The vast majority of our country in the marble quarries of marble block production is carried out using diamond wire cutting method. Diamond wire cutting process, cutting speed, diamond-socket block and consumption affect the geological and physicomechanical efficiency has many factors. Knowledge of these factors to determine optimum operating parameters and production is important in minimizing losses. Afyonkarahisar province for this purpose, the locality Üçkar Aktaşören İscehisar district belongs to the marble quarries of marble and mining companies in the manufacturing operations examined. Same quarry boundaries within at Opium İscehisar marble top sub-unit of Afyon Tiger Skin, and an upper unit, the Afyon Grey marble production on the two production in diamond wire cutting parameters are different causes have been identified. The study of the geological features of the field, mineralogical-petrographic produced marble, physico-mechanical properties and production process of examining whether the findings were conducted in three main sections are evaluated, the effect of process parameters were determined. Afyon Grey marble is produced in step discontinuities NE-NW trending, number of 15 sections at 96, the openings of 2-3 mm between the mass and cut as a result blocks yield 10

11 % 24,45 that, Afyon Tiger Skin marble is produced in steps of the discontinuity of the NE-NW trending, the number 70 in 15 sectors, ranging from 1-3 mm pore as a result of the cutting block and the mass yield was determined as %.31,99. Afyon Tiger Skin, and opium Afyon gray marble of the physical features of apparent porosity, true porosity, occupancy rate, unit weight and water absorption values, hardness and cutting availability features (the Knoop-Mohs hardness and surface hardness) and mechanical properties of uniaxial loading under bending strength close to each other their values are determined. Diamond wire cutting of marble, this feature is active in determining the performance parameters that have been identified. The average grain size of the gray marble of opium 477,9 (microns), Afyon Tiger Skin average grain size of marble 222,2 (microns) to be used in diamond cutting of marble socket wear restraints, gave rise to differences in values. Marble used in the production of diamond wire-socket wear cut affect tehe speed, the difference vas Accordingly, the production of opium in gray marble, the average cutting speed 7,632 m 2 /h, while in Afyon Tiger Skin marble 6,765 m 2 /h was determined. Grey marble opium 96,991 MPa uniaxial compressive strength (moderate resistance), wear and friction results showed resistance (48,1 cm 3 /50cm 2 ) was determined. Afyon Tiger Skin of the uniaxial compressive strength of marble 103,917 MPa (high resistance) and corrosion results showed the friction resistance (34,1 cm 3 /50cm 2 ) was determined. Laboratory and field studies at different stages in the production of marbles; step in the discontinuity characteristics, average grain size, structural hardness, uniaxial compressive strength, wear their resistance blocks yield, drilling performance, diamond socket wear rate and diamond wire cutting performance directly impacts have been found out. Key words: Afyon Grey Marble, Afyon Tiger Skin Marble, diamond wire cutting performance. 11

12 TEŞEKKÜR Çalışmalarım boyunca, bana desteğini esirgemeyen, müspet eleştirileriyle bana her zaman çalışma azmi aşılayan ve kendisi ile beraber çalışma onurunu, bana layık gören değerli hocam Sayın Yrd. Doç. Dr. Metin ERSOY a teşekkürlerimi sunuyorum. Katkılarından dolayı öncelikle Sayın Hocalarım Yrd. Doç. Dr. İ. Celal ENGİN e, Yrd. Doç. Dr. Metin BAĞCI ya sonsuz teşekkür ederim. Çalışmalarım sırasında bana her zaman yardımcı olan değerli arkadaşlarım Ahmet ŞAHBAZ, V.Orçun TÜRKSOY, Hatice AKYILDIZ, Selma YONAR ve sevgili arkadaşım Dilek KUNDUZ a teşekkürlerimi sunuyorum. Yardımlarını ve ilgilerini hiçbir zaman benden esirgemeyen A.K.Ü Maden Mühendisliği Bölümü Arş. Grv. Sayın A. Ekrem ARITAN ve Arş. Grv. Sayın İbrahim DUMLUPINAR Hocalarıma teşekkürlerimi bir borç bilirim. Çalışmalarım boyunca bana her konuda anlayış gösteren sevgili arkadaşım ve sevgili ailem; bu çalışma sizin sayenizde, sizin katkılarınızla gerçekleşti. Her şey için çok teşekkür ederim. İyi ki varsınız. Zafer YÜKSEL Afyonkarahisar, Temmuz

13 SİMGELER ve KISALTMALAR DİZİNİ 1. Simgeler δ : Süreksizlik normali (arctan) D : Karot çapı (cm) H1 : Referans alınan nokta ile süreksizliğin en alt noktası arasındaki mesafe (cm) h2 : Referans alınan nokta ile süreksizliğin en üst noktası arasındaki mesafe (cm) dh : Mermerin birim hacim ağırlığı, gr/cm 3, Gk : Değişmez ağırlığa kadar kurutulmuş deney numunesi ağırlığı, gr, Gdh : Doygun haldeki deney numunesinin havadaki ağırlığı, gr, Gds : Doygun haldeki deney numunesinin sudaki ağırlığı, gr. Sk : Taşın kütlece su emme oranı (m/m,%). Sh : Taşın hacimce su emme oranı (v/v,%). Gd : Taşın doygun haldeki kütlesi (gr). Gk : Değişmez kütleye kadar kurutulmuş taşın kütlesi (gr). Gds : Doygun haldeki taşın su içindeki kütlesi (gr) d o Gpn Gps : Özgül ağırlık : (Piknometre + deney numunesi) ağırlığı, gr, : Su ile dolu Piknometre ağırlığı, gr, Gpns : (Piknometre + deney numunesi + su) ağırlığı, gr. Pg : Kayaçların görünür porozitesi,%, Gd : Kayaçların doygun haldeki kütlesi, gr, Gk : Değişmez kütleye kadar kurutulmuş kütle, gr, Gds : Doygun halde su içindeki kütle, gr. Pg : Mermerin görünür porozitesi, %, Dh : Mermerin hacim kütlesi, gr/cm 3, Sk : Mermerin kütlece su emme oranı, %. k : Mermerin doluluk oranı,%, dh : Mermerin ortalama hacim ağırlığı, gr/cm 3, d o : Mermerin ortalama özgül ağırlığı, gr/cm 3. 13

14 P : Mermerin gerçek porozitesi oranı, %, K : dh/do (doluluk oranı). σ c P : Tek eksenli basınç dayanımı, kg/cm 2 (Mpa), : Numune yenilme yük değeri (kg), A : Numune yüzey alanı (cm 2 ) Dk : Don kaybı (%) G o Gk Δf f b f db δ eğ P mm : Taşın deneyden önceki kütlesi (g) : Taşın deneyden sonraki kütlesi (gr) dır. : Tabii don tesirleri sebebiyle basınç mukavemetinde meydana gelen azalma, (%) : Tabii don deneyi uygulanmamış taşın basınç mukavemeti aritmetik ortalaması, Kgf/cm 2 : Taşın don sonu basınç mukavemeti aritmetik ortalaması, Kgf/cm 2 dır. : Kayaçların eğilme dayanımı (kg/cm 2 ) (Mpa). : Kırılmaya neden olan en büyük yük, (kg) (N). : milimetre µ : mikron L : Deney numunesinin alt mesnetler arasındaki kalan boyu, (cm) (mm). b : Deney numunesinin genişliği, (cm) (mm). H : Deney numunesinin kalınlığı, (cm) (mm). Δd : Taşın böhme yüzey aşınma kaybı değeri ( cm 2 / 50 cm 3 ) d 0 : Taşın deneyden öncesi ortalama kalınlığı ( cm ) d 1 : Taşın deneyden sonraki ortalama kalınlığı ( cm ) 2. Kısaltmalar B Ç.N D d/d DPT D.S G : Batı : Çift Nikol : Doğu : devir/dakika : Devlet Planlama Teşkilatı : Düşük sıcaklık : Güney 14

15 GB GD K KB KD MPa : Güneybatı : Güneydoğu : Kuzey : Kuzeybatı : Kuzeydoğu : Megapaskal MTA : Maden Tetkik Arama T.N T.S. TSE : Tek Nikol : Türk Standartları : Türk Standartları Enstitüsü 15

16 ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa No Şekil 2.1 Şekil 2.2 Şekil 2.3 Şekil 2.4 Şekil 2.5 Şekil 2.6 Şekil 2.7 Şekil 2.8 Şekil 2.9 Şekil 2.10 Şekil 2.11 Şekil 2.12 Şekil 2.13 Şekil 2.14 Şekil 2.15 Şekil 2.16 Şekil 2.17 Şekil 3.1 Şekil 3.2 Şekil 3.3 Şekil 3.4 Şekil 4.1 Şekil 4.2 Şekil 4.3 Şekil 4.4 Şekil 4.5 Şekil 4.6 Mermer ocak şekilleri...6 Çukur ocak ve işletme şekli...7 Yer üstü ocak şekilleri...8 Helezon telle kesme yönteminin sembolik görünümü.12 Elmas tel kesme yönteminin yanal şematik görünümü...15 Düşey deliklerin delinmesinin şematik görünümü...17 Yatay deliklerin delinmesinin şematik gösterimi...17 Elmas tel kesme makinesi ile yatay kesim...18 Elmas tel kesme makinesi ile düşey kesim...19 Hidrolik kriko (hidrolik bom) ile blok devirme...21 Batı Anadolu nun metamorfik kayaçları...30 Afyonkarahisar ve dolayının sadeleştirilmiş jeoloji haritası...31 Afyonkarahisar kuzeyinin sadeleştirilmiş jeoloji haritası...32 Afyonkarahisar ve civarının genelleştirilmiş stratigrafi kesiti...37 Boyutlarına göre süreksizlikler...38 Fayların atım yönlerine göre başlıca çeşitleri...40 Karot üzerindeki süreksizlik...43 Üçkar mermer ocağının yer bulduru haritası...45 İscehisar güneyinde yer alan bölgenin jeoloji haritası...47 Afyonrahisar-İscehisar yöresinde mermerlerin dikey stratigrafik...48 Kesiti ve ticari olarak adlandırılması Üçkar mermer ocağına ait IR: ruhsat numaralı sahanın...49 jeoloji haritası Çalışma sırasında takip edilen aşamaların akım şeması...52 Sinterize elmas soket...55 Yaylı dizimle elmas telin oluşturulması...56 Jeolog pusulasının ana unsurlarının gösterimi...59 Jeolog pusulası ile süreksizlik ölçümü...66 Doğrultu, eğim ve eğim yönü arasındaki ilişkiler

17 Şekil 4.7 Şekil 5.1 Şekil 5.2 Şekil 5.3 Şekil 5.4 Şekil 5.5 Şekil 5.6 Şekil 5.7 Şekil 5.8 Şekil 5.9 Şekil 5.10 Şekil 5.11 Şekil 5.12 Şekil 5.13 Şekil 5.14 Şekil 5.15 Şekil 5.16 Şekil 5.17 Şekil 5.18 Süreksizliklerdeki açıklık türleri...67 Afyon Kaplan Postu mermerinin kalsit minerallerinin...71 tane boyutu dağılımı Afyon Gri mermerinde kalsit minerallerinin tane boyutu dağılımı...73 Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerinin...76 birim hacim ağırlıklarının karşılaştırılması Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerinin...77 ağırlıkça su emme değerlerinin karşılaştırılması Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerinin...78 hacimce su emme değerlerinin karşılaştırılması Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerinin...79 özgül ağırlık değerlerinin karşılaştırılması Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerinin...83 tek eksenli basınç dayanımlarının karşılaştırılması Afyon Kaplan Postu mermerinin üretildiği basamakta kesimlerdeki...92 süreksizliklerin doğrultusu Afyon Kaplan Postu mermerinin üretildiği basamakta kesimlerdeki...92 süreksizliklerin eğimi yönü ve eğim derecesi. Afyon Gri mermerinin üretildiği basamakta kesimlerdeki...96 süreksizliklerin doğrultusu Afyon Gri mermerinin üretildiği basamakta kesimlerdeki...96 süreksizliklerin eğimi yönü ve eğim derecesi Afyon Kaplan Postu mermerinin süreksizliklerinde bulunan dolgu...98 maddesinin XRD grafiği Afyon Kaplan Postu mermerinin süreksizliklerinde bulunan dolgu...98 maddesinin XRD grafiği Afyon Gri mermerinin süreksizliklerinde bulunan dolgu...99 maddesinin XRD grafiği Düşey deliklerin delme hızlarının karşılaştırılması Yatay (aynaya dik) deliklerin delme hızlarının karşılaştırılması Yatay (aynaya paralel) deliklerin delme hızlarının karşılaştırılması Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerin kesim hızlarının karşılaştırılması 17

18 Şekil 5.19 Şekil 5.20 Şekil 5.21 Şekil 5.22 Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerin ana kayaçtan kesilerek ayrılan kütlelerinin karşılaştırılması Kütlenin dilimlenmesi sonucu elde edilen blok hacminin karşılaştırılması Blok veriminin karşılaştırılması Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerinin kesimlerindeki elmas soket aşınmalarının şematik görünümü 18

19 RESİMLER DİZİNİ Sayfa No Resim 2.1 Resim 2.2 Resim 2.3 Resim 2.4 Resim 2.5 Resim 2.6 Resim 2.7 Resim 2.8 Resim 2.9 Resim 2.10 Resim 2.11 Resim 2.12 Resim 3.1 Resim 4.1 Resim 4.2 Resim 4.3 Resim 4.4 Resim 4.5 Resim 4.6 Resim 4.7 Resim 4.8 Resim 4.9 Resim 4.10 Resim 4.11 Resim 4.12 Yeraltı mermer ocağında oda-topuk şeklinde üretim...9 Delme çatlatma yöntemi...14 Elmas tel kesme makinesi ile düşey kesim...15 Hidrolik Kriko (Titano) ve hidrolik bomlar...20 Hidrolik ayırıcı (Hidrolik bom)...20 Rampalı blok ebatlama makinesi...21 Rampalı sayalama makinesinin ticari blok...22 üretiminde kullanılması Mermer ocağında blokların stoklanması...22 Zincirli kollu kesiciyle mermer üretimi...24 Süper Jet-belt kollu kesici mermer üretim makinesi...25 Alev jeti yöntemiyle mermer üretimi...27 Jeolog pusulası...44 İncelemesi alanı olan mermer ocağından bir görünü...46 Mermer ocağında üretimde kullanılan elmas...53 tel kesme makinesi Mermer ocağında kullanılan rampalı elmas tel kesme makinesi...57 Mermer ocağında kullanılan delik delme makinesi...58 Çalışmada kullanılan arazi tip şerit metre...60 Mineralojik ve petrografik incelemenin yapıldığı...61 polorizan mikroskop Knoop sertliği ölçüm cihazı...62 Çalışmada kullanılan Schmidt sertlik çekici...62 Rıgaku sys 3270 marka XRF cihazı...63 İnceleme alanındaki farklı bölgeler...64 Basamak aynasında süreksizlik ölçümü...65 Ocak aynasından jeolog pusulasıyla süreksizlik ölçümü...66 Ocak aynasında süreksizlik açıklığı ve dolgu...67 malzemesi görünümü 19

20 Resim 5.1 Resim 5.2 Resim 5.3 Resim 5.4 Resim 5.5 Resim 5.6 Resim 5.7 Resim 5.8 Afyon Kaplan Postu mermerinin polorizan mikroskopta...69 görünümü (Çift nikol) Afyon Kaplan Postu mermerindeki kalsit minerallerinin...69 görünümü (Çift nikol) Afyon Kaplan Postu mermeri kalsit minerallerinin romhedral...70 kristal yapısı ve granoblastik dokusu (Tek nikol) Afyon Kaplan Postu mermerinde muskovit minerallerinin...70 görünümü (Çift nikol) Afyon Gri mermerinin polorizan mikroskopta görünümü...71 (Çift nikol). Afyon Gri mermerinde kalsit minerallerin görünümü...72 (Tek nikol). Afyon Gri mermerinde kalsit minerallerinin kristal kenar...72 sınırlarının, rombohedral dilinim izlerinin görünümü (Çift nikol). Afyon Gri mermerinde kalsit minerallerinin mozaik dokulu yapısı

21 ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa No Çizelge 5.1 Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerinin...74 kalsit minerali tane boyutu Çizelge 5.2 Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerinin...74 görünür porozite, doluluk oranı ve gerçek porozite değerleri Çizelge 5.3 Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerinin...75 birim hacim ağırlık değerleri Çizelge 5.4 Afyon Kaplan Postu mermerinin su emme değerleri...76 Çizelge 5.5 Afyon Gri mermerinin su emme değerleri...77 Çizelge 5.6 Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerinin...78 yoğunluk değerleri Çizelge 5.7 Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerinin...80 Knoop sertliği değerleri Çizelge 5.8 Mohs Resiwal ve Knoop Ölçek...80 Çizelge 5.9 Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerinin...81 Schmidt sertlik değerleri Çizelge 5.10 Kayaçların Schmidt sertlik değerlerine göre sınıflandırılması...81 Çizelge 5.11 Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerini tek eksenli...82 basınç dayanımı değerleri. Çizelge 5.12 Tek eksenli basınç dayanımı değerlerine göre kaya sınıflaması...83 Çizelge 5.13 Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerinin don sonrası...84 tek eksenli basınç dayanımı değerleri Çizelge 5.14 Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerinin tek eksenli...85 yük altında eğilme dayanımı değerleri Çizelge 5.15 Afyon Kaplan Postu ve Afyon gri mermerlerinin don sonrası...86 tek eksenli yük altında eğilme dayanımı değerleri Çizelge 5.16 Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerinin sürtünme ile...87 aşınması sonucu kalınlıklarındaki azalım değerleri. 21

22 Çizelge 5.17 Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerini sürtünme ile...88 aşınma sonucu ağırlıklarındaki azalım değerleri. Çizelge 5.18 Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerinin...89 kimyasal özellikleri Çizelge 5.19 Afyon Kaplan Postu mermerinin kesimlerinde elde edilen süreksizlikler Çizelge 5.20 Afyon Gri mermerinin kesimlerinde elde edilen süreksizlikler Çizelge 5.21 Basamaklardaki delik derinlikleri, delik delme süreleri ve delme hızları Çizelge 5.22 Delme işleminde delici makinenin tij devirleri Çizelge 5.23 Basamaklarda gerçekleştirilen kesim hızı, süresi ve alanı Çizelge 5.24 Basamaklarda kesilen kütle ve elde edilen blok verimi Çizelge 5.25 Afyon Kaplan Postu ve Afyon Gri mermerlerinin kesimi sırasında elmas tellerdeki aşınma değerleri 22

23 1. GİRİŞ Son yıllarda doğaltaşların kullanım miktarının artışına bağlı olarak ülke ekonomisine katkıları da artmaktadır. Bu artış eğiliminin önümüzdeki yıllarda da hızlanarak devam etmesi beklenmektedir. Bu durum, doğaltaş ocaklarında gerçekleştirilen üretim çalışmalarının optimizasyonunun araştırılmasını önemli kılmaktadır. Türkiye ve dünyada artan talebe bağlı olarak elde edilen kâr oranlarının artması ile birlikte, doğaltaş sahalarındaki üretimlerin minimum kayıplarla gerçekleştirilmesi, gerek üretici, gerekse ülke ekonomisi açısından son derece önemlidir. Üretim esnasında doğaltaş bloklarının boyutlarını belirleyen en önemli yapısal özellik sahanın jeolojisidir. Jeolojik yapı; kaya kütlesini tanımlar. Kaya kütlesi, süreksizlik ağı ve kayaç malzemesinin birlikte oluşturduğu sistemdir. Kayaç malzemesi, herhangi bir kırık tarafından ayrılmamış en küçük kaya elemanı olup elastik ve izotroptur. Süreksizlik sisteminin yapısal düzeni, kaya kütlesinin deformasyonunu, dayanım ve geçirgenlik özelliklerini, yataklanma formasyonlarını ve ayrıca büyük miktarda mineral yatağının dağılımını ve gelişimini belirler (Palpström 1995). Mermer ocak işletmeciliğinde amaç, mermer fabrikaları ve piyasanın istediği boyutlarda kırıksız ve çatlaksız blok çıkartmaktır. Mermer ocak şekline karar verdikten sonra, mermer blokları ocaktan çıkarılana kadar karşılaşılan üretim aşamalarının incelenmesi ve üretim yöntemine karar verilmesi gereklidir. Günümüzde mermer ocaklarının önemli bir kısmında üretim elmas tel kesme makinesi ile yapılmaktadır. Üretim süresince, sahanın süreksizlik özelliklerinden yararlanılarak üretim hızı arttırılabildiği gibi, aynı süreksizlikler blok verimini de düşürebilmektedir. Çalışmanın yapıldığı mermer ocağı ülkemizin mermer başkenti olarak bilinen Afyonkarahisar ili, İscehisar ilçesinin güneyinde bulunmaktadır. Antik Dokimeion (bu günkü İscehisar) kentinin kuruluşuyla birlikte işletilmeye başlanan İscehisar mermerleri, yaklaşık 2300 yıldır bilinmektedir. Bugün olduğu gibi antik dönemde de tüm dünyaya İscehisar'dan yayılan bu mermerler Roma da Synnada (bu günkü Şuhut) mermerleri, Anadolu da ise Dokimeion mermerleri olarak bilinmektedir (Çelik 2003). İscehisar mermer ocakları çok değişik renklere sahip olması, büyük bloklar ve sütunlar elde edilmesi nedeniyle özellikle Roma döneminin en önemli mermer kaynaklarından birisi 23

24 idi. Daha çok heykel yapımında kullanılan beyaz renkli mermer, antik cağlarda birçok yerde çıkarılırken kırmızı damarlı menekşe ticari ismiyle bilinen mermer ise sadece Dokimeion dan çıkarılmıştır (Çelik 2003). Günümüzde bölgede, elmas telle kesme yöntemiyle üretim yapılmaktadır. Üretim süreci içerisinde gerek delme (delici makine devri, delme hızı) parametreleri gerekse elmas tel kesme çalışma parametreleri (Kasnak devri, kesme hızı, elmas soket tüketimi) her bir formasyon için farklılık göstermektedir. Bu çalışmada mermer ocak işletmesinde farklı basamaklardan elmas tel kesme makinesi ile üretim yapılırken, sahanın jeolojik özelliklerinin (özellikle süreksizlik takımları) makinenin kesme performansına etkisi ve yöntemin uygunluğu incelenmiştir. 1.1 Literatür Özetleri Ertürk (1996), yaptığı çalışmada Afyon-İscehisar Bölgesindeki mermer yataklarına en uygun olabilecek işletme yöntemini saptamış ve buradaki mermerlerin çeşitli özelliklerinin tayini amacıyla yapılan ayrıntılı laboratuvar ve arazi çalışmalarını ele almıştır. Mermerlerin ülkemizde ve dünyadaki durumu, geleceği ve potansiyeli gibi konular başta olmak üzere, mermerler ile ilgili olarak derlenen ayrıntılı bilgiler vermiş ve araştırmanın yapıldığı bölgenin jeolojisini de ayrıca sunmuştur. İncelemiş olduğu sahadaki mermerlerin mekanik ve fiziksel özelliklerini saptamak amacıyla sahanın tüm özelliklerini temsil eden çeşitli numuneler almış ve bunlar üzerinde bir dizi deneyler yapmıştır. Bu numuneleri kimyasal ve mineralojik özelliklerinin saptanması amacıyla yine bazı deneylere tabi tutmuştur. Araştırmacı yaptığı bu tüm deneylerin sonuçlarını göz önüne alarak sahadaki mermerlerin renk, kristal boyutu ve kullanım alanlarına göre bir sınıflandırma yapmıştır. Arazide gerçekleştirdiği ölçümler sonucu, sahadaki hakim eklem ve çatlaklar saptanarak blok alma olanaklarını araştırmış ve Afyon-İscehisar Bölgesi mermerleri için gerekli olan makine ve teçhizat seçimi sunmuştur. Yavuz (2003), blok mermer üretimini etkileyen jeolojik parametrelerin birincil ve ikincil jeolojik parametreler olarak iki ana grup altında toplanabileceğini, birincil jeolojik parametrelerin mermer ocakları içerisindeki blok boyutlarını direk olarak 24

25 sınırlayan süreksizlik düzlemleri (ilksel tabakalanma, tektonik kırık ve çatlaklar), ikincil parametrelerin ise blok mermer üretimini esnasında kayaç üzerinde oluşan gerilmeler neticesinde bulundukları yüzeyler boyunca kırılmalara neden olan kapalı-kılcal süreksizlik düzlemleri, foliasyon düzlemleri ile kayaç içerisinde renk ve desen homojenitesini bozan dolomitik zonlar, kalsit-zımpara bant ve mercekleri ile ayrışma olduğunu belirtmiştir. Ayrıca ikincil jeolojik parametrelerin blok mermer üretimi dışında, üretilen kaya bloklarının fabrikalarda kesilmesi ve işlenmesi aşamalarında sorun yaratan jeolojik parametreler olduğu da vurgulamıştır. Turanboy, (2003), Süreksizliklerle Sınırlandırılmış Kaya Bloklarının Üç Boyutlu Gösterimi ve Dağılımları adlı çalışmasında, kaya kütlelerinin içerisinde süreksizliklerle sınırlanmış doğal kaya bloklarının şekil, boyut ve dağılımlarını lineer ilişkiler ve çeşitli yaklaşımlarla incelemiştir. Geliştirilen matematiksel eşitlikler ve izometrik perspektif kurallarından kaya kütlesinin, içerdiği bloklarla birlikte üç boyutlu görüntülerini elde etmiştir. Geliştirilen modelde, kullanılan verilerle, kaya kütlesinin görünür yüzeyleri üzerindeki süreksizlikler arası mesafe ve eğim/eğim yönü değerlerini vermiştir. Elde edilen görüntülerde, kaya bloklarını topluca ve bireysel bloklar olarak sunmuştur. Karaca (2003), mermerlerin yataklanma şekillerini incelemiştir. Genel olarak mermer yataklarının (sert taşlar hariç) şekillenmesinde çökelme ortamı, metamorfizma ve tektonizma derecesinin önemini, yeraltı suyu ve iklim koşullarının da etkili olduğunu belirtmiştir. Buna göre mermerleri konumlarına göre kütlesel (masif) yataklar, mercekler ve düzensiz şekilli küçük kütlelerden oluşmuş yataklar olmak üzere üçe ayırmıştır. Kızılağaçlı (1988), Dünya da ve Türkiye de uygulanan mermerin üretim teknolojilerini incelemiştir. Tel Kesme Yöntemi ile blok üretiminin ayrıntılarını vermiştir. Tel kesme yöntemi için gerekli belli başlı makineleri (Tel kesme makinesi, Sondaj makinesi, Titano, Lastik Tekerlekli Kepçe, Jeneratör, Kompresör, Sayalama makinesi, Su ve Yakıt tankları, Elmas tel, Martipikör, Su hortumu, Çelik Halatlar, Kablo, Anahtar takımları, Projektör v.s.) ve ekipmanlarını tanımlamış ve o dönem için ülkemizde en çok kullanılan yöntem olan kamalama yönteminin üretim kayıplarını artırdığını bildirmiştir. 25

26 Tonçer (2005), yapmış olduğu doktora tezinde Diyarbakır Hani yöresindeki mermer ocaklarının blok alma olanakları, fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikleri açısından değerlendirilmesini incelemiştir. Çalışmasında sahanın tüm özelliklerini temsil eden farklı ocaklardan alınan numuneler üzerinde ISMR ve TS 699 a göre deneyler yapmış ve bu mermerlerin fiziksel, kimyasal, mekanik, mineralojik ve petrografik özelliklerini araştırmıştır. Deney sonuçlarını TSE ve ASTM standartlarına göre yorumlamıştır. Hesaplanan değerlerin birbirine yakın olduklarını gözlemlemiştir. Buna göre Diyarbakır-Hani mermerlerinin izotropik özelliğe sahip olduğunu vurgulamıştır. TS 699 standartlarına göre yapılan deneyler sonucunda sahip olması gereken fiziksel ve mekanik özelliklerinin birçoğunun sınır değerlerine sahip olduğunu gözlemlemiştir. Ersoy (1991), Konya-Ladik mermerlerinin jeomekanik özellikleri ve işletmeciliği konulu bir çalışma yapmış ve bu yörede yer alan gri-beyaz renklerdeki iki mermer örneğinin fiziksel ve mekanik özelliklerini belirlemiş ve sınıflandırmıştır. Ersoy, bu çalışma sonucunda Ladik yöresindeki mermerlerin iç ve dış duvar kaplaması, tezgah masa üstü ve özel iç dekorasyon malzemesi olarak kullanılabileceğini, ancak sürtünme ile aşınma oranının yüksek olması nedeniyle kristal boyutlarına göre gri-mavi mermerlerin orta, beyaz mermerlerin ise orta-düşük sınıfa dahil olduklarını, işlenme özellikleri, jeolojik kusurlarına göre A sınıfı mermer olduklarını belirlemiştir. Daha sonra mermer işletme yöntemi olarak elmaslı tel testere yöntemi ile üretimi önermiştir. Polat (2002), yaptığı çalışmada elmas telle blok mermer üretiminde dokusal ve bileşimsel kayaç özelliklerinin ve kayaçların doku katsayısı değerlerinin, kesim sırasında elmas boncuklarda meydana gelen aşınmalara etkisini ve mermerlerin elmas telle kesimde dokusal özelliklerin etkisini ortaya koymuştur. Özçelik ve arkadaşları (2006), tarafından yapılan çalışmada, model elmas telli kesme makinesinin geliştirilmesi ve elmas telle blok doğaltaş üretiminde işletme ekonomisini en fazla etkileyen elmas boncuk aşınmalarının, kesilen kayaçların fiziki ve mekanik özelliklerinin yanı sıra kesme ekipmanının çalışma koşullarından kasnak devir hızı ve makine titreşimi ile olan ilişkileri ortaya konulmuştur. Yapılan bu çalışma sonucunda sert taşlarda yüksek devirde kesim yapıldığı zaman aşınmanın fazla olduğu görülmüş, yumuşak kayaçlarda ise kasnak devrindeki artışın kesim hızına daha fazla etki ettiği belirlenmiştir. 26

27 2. GENEL BİLGİLER 2.1 Mermer Ocak İşletmeciliğindeki Gelişmeler Mermer ocak işletmeciliği, uygarlık dönemlerinin ilk tarihlerinde başlamış, temel prensipleri değişmemekle beraber, yüksek üretim kapasitelerini sağlayan mekanizasyonun bu alana gelmesiyle günümüzdeki şeklini almıştır. Milattan önceki tarihlerde insanlar kol gücüyle çalışmaktaydı. Hititlere, Paflagonyalı lara, Frikya, Karya ve Lidyalı lara ait yapılar ve desenler bu insanların, taştan ne kadar ve nasıl yararlandıklarını çok iyi göstermektedir. Yurdumuzda da Afyonkarahisar bölgesinde, işletilmiş mermer ocaklarındaki artıklar içinde, madeni paraların bulunması, büyük çapta ilk mermer çıkartılmasının MÖ. 900 sıralarında başladığını gösteren bilinen ilk tarihsel belgedir. Daha sonraları Roma ve Bizanslıların büyük mermer bloklarla yaptıkları binalar, sütun ve sütün başlıkları, heykellerdeki renk ve sanat açısından bugünün insanlarını hayret içinde bırakmaktadır. İlk çağlardan bu yana mermer ülkesi olarak bilinen Anadolu dan eski zamanlarda dünya pazarlarında aranılan çeşitli tip ve kalitede mermer bulunduğu ve dünya piyasasında çok önemli bir rol oynadığı tarihi kaynaklardan anlaşılmaktadır. Anadolu Selçuklarına ve Osmanlı Türklerine ait camii, han, hamam, kervansaray ve medreselerin duvar, kapı ve pencerelerindeki oyma ve kabartmalar, geometrik şekiller ve figürler o devirde ileri bir mermer işleme tekniğinin varlığını kanıtlamaktadır. Ayrıca Osmanlı eserlerinde görülen renkli mermerler ve süslemeler, mimari zevkin örnekleridir. Daha sonraki yıllarda taş a verilen önem ve ondan yararlanma gitgide azalmıştır. Fakat 19.yy da Avrupa da mermer ocak işletmeciliğinde mekanizasyona yönelinmesi ve yeni ekonomik işletme yöntemlerinin ortaya konması ile mermere verilen önem bir anda artmıştır. İtalya da 19.yy ın sonlarından itibaren mermer ocak işletmeciliğinde çok büyük patlama yaşanmıştır. Özellikle Hellis Tel Keme Makinesi nin geliştirilmesi bu olayda büyük rol oynamıştır (Karaca 2003). Günümüzde mermer üretim yöntemleri hızla gelişmektedir. Teknolojideki gelişmelere ayak uyduran ülkeler dünya mermer pazarında söz sahibi olmakta ve pastanın büyük dilimini kapmaktadır. Gelişen mermer üretim yöntemleri iyi takip edilmeli ve mermer ocağının özelliğine uygun olan üretim metodu belirlenip, büyük bir dikkat ve titizlikle uygulanmalıdır. 27

28 2.2 Mermer Madenciliğinde Ocak Tasarımı Mermer ocak tasarımı gerçekleştirilirken öncelikle mermer yatağına ait özelliklere en iyi uyumu sağlayacak ocak yeri ve işletme şeklinin seçimi gereklidir. Bu aşamadan sonra yatak şartlarına uygun üretim yönteminin belirlenmesi gelir. Mermer ocak yeri, jeolojik, tektonik ve renk-desen haritalarında ideal alanların çakıştığı yerlerde açılır. Bu yerler kimi zaman bir tepe, düzlük, yamaç olabilir. Mermer ocak şekillerinin şematik görünümleri Şekil 2.1 de verilmiştir. Şekil 2.1 Mermer ocak şekilleri A (Çukur ocak), B (Açık çukur ocak), C (Yamaç ocakları çok basamaklı kazı), D (Yamaç ocakları tek basamaklı kazı), E (Zirve ocağı), F (Tepe açık çukur ocak), G (Yer altı ocakları), D V(Derrick vinç), K V(Kule vinç); B G (Blok galerisi). (Erguvanlı ve Yüzer 1985). 28

29 2.2.1 Mermer Ocak İşletme Şekilleri ve Seçimi Mermer yatakları, dağ, tepe ve ova gibi çeşitli morfolojik yapılarla beraber, yüzeyde ve çeşitli derinliklerde, farklı dayanım, yapı ve jeolojik özelliklere sahip olarak görülürler. Mermer yatağına ait bu gibi özelliklere bağlı olarak ocak işletmeleri de öncelikle Yerüstü Ocakları ve Yeraltı Ocakları olmak üzere iki gruba ayrılır Yerüstü Ocakları Yerüstü ocaklarının ayrımında esas olan morfolojik noktalar ovalar ve tepelerdir. Buna göre yerüstü ocakları Ova Ocakları ve Tepe Ocakları olmak üzere iki gruba ayrılır. Ova ocaklarında belirgin özellik, tüm çalışmanın topoğrafik seviyenin altında olmasıdır. Ocağın dört yanının dik ve dike yakın ocak aynasınca çevrelendiği ova ocakları Çukur Ocaklar olarak adlandırılır (Şekil 2.2). Yöntem, granit gibi sert taşlar, bazı mermer formasyonları gibi masif yataklar ve dik dalımlı tabakalar veya daykların işletilmesine uyum sağlar. Ocağın genişliği derricks (Eklemli) vinç etki alanı ile sınırlıdır. Ocağın daha geniş bir alana yayılması durumunda birkaç derricks vinç çalıştırılır ve gerekli görülen hallerde ocak duvarlarının desteklenmesi amacıyla ocak çubukları arasına emniyet topukları bırakılır. Üretim ocak duvarlarına asma olarak kurulan geçici platformlar yardımıyla gerçekleştirilir. İşçilerin ocak içi ulaşımı katlar arasına kurulan dik merdivenlerle sağlanır. Yerüstü mermer ocaklarında üretim metre derinliğe kadar ekonomik olarak uygulanabilir (Conti 1986). Şekil 2.2 Çukur ocak ve işletme şekli (Ersoy ve Osmanoğlu 1993). 29

30 Ova ocaklarının bir şekli de Açık Çukur Ocaklar dır. Bu ocaklar yatık veya düşük eğimli her türlü yatağın işletilmesinde tercih edilir. Kazı mostradan başlar ve yatağı dalım yününde devam eder. Ocak içi nakliyat katlar arası kurulan rampalar ve derricks vinçler yardımıyla gerçekleştirilir. Ova ocaklarında önemli maliyetlerden biri meteorolojik ve yeraltı kaynaklı suyun ocak dışına atılmasıdır. Çalışmaların yeraltı su seviyesi altında sürmesi durumunda pompa sistemleri ile su seviyesinin düşürülmesi gereklidir (Ersoy ve Osmanoğlu 1993). Yerüstü ocaklarının diğer bir türü de dağlık, tepelik morfolojilerde bulunan Tepe Ocakları dır. Tepe ocakları Yamaç Ocakları, Zirve Ocakları ve Tepe Açık Çukur Ocakları olmak üzere üç grupta toplanabilir (Şekil 2.3). Yamaç ocakları bütün kazı yüzeylerinin ocak taban seviyesinin üzerinde olduğu ve tepe yamaçlarının işlendiği ocaklardır. Tipik şekilleri anfi-tiyatro ya benzer. Dağ ve tepe çıkıntılarında görülen sağlam ve az çatlaklı mermerlerin üretilmesinde, düşük yamaç eğimi ve kalın yataklanma için çok basamaklı, dik yamaç eğimi veya düşük eğimli ince yatak için tek basamaklı kazı yöntemi uygulanır. Bu ocaklar her basamak sırası veya her bir basamak için birden fazla ocak tabanına sahip olabilirler. Basamaklar uygun rampa serileriyle stok sahasına bağlanır. Çalışma kolay ulaşılan ve taşıma yapılan alt basamaklardan başlar. Zirve ocakları ise tepe ve dağ zirvelerinde yatağın üst tabakalardan başlayarak, dilimler halinde, yukarıdan aşağı işletilmesi ile oluşturulur. Tepe açık çukur ocakları ise dağlık alanlardaki yamaç ocaklarının genişlemesi ile oluşurlar. Tepe ocaklarında, üretim öncesi zorlu morfolojik koşullarda yol yapımı gerekmektedir. Formasyonların kırılma ile ikincil geçirgenliğe sahip olması nedeniyle önemli su atımı problemleri görülmez. Kar ve soğuk, çalışma şartlarını güçleştirir ve yıllık çalışma süresini sınırlar (Ersoy ve Osmanoğlu 1993). Şekil 2.3 Yer üstü ocak şekilleri (Ersoy ve Osmanoğlu 1993). a) Zirve açık ocağı, b) Tepe açık çukur ocağı. 30

31 Yeraltı Ocakları Yeraltı ocakları örtü tabakasının açık ocak işletmeciliğine olanak vermediği, mekanik özellikleri yüksek ve doğal çatlakların sınırlı olduğu, kıymetli mermerlerin işletmesinde uygulanır. Ocak ya kuruluşundan yeraltı ocağı olarak tasarlanır veya çukur ocakların ocak dibinden yanlara gelişmesi ile yeraltı ocağına dönüşür (Cappuzi 1980). Üretim oda-topuk yöntemi ile oda ve topukların düzenli ve düzensiz seçilmesine göre iki şekilde yapılır (Resim 2.1). Resim 2.1 Yeraltı mermer ocağında oda-topuk şeklinde üretim (Ersoy ve Osmanoğlu 1993). Düzenli topuklar, masif ve homojen yataklarda plan görünümü kare ve dikdörtgen olan oda ve topuklarla gerçekleştirilir. Oda yükseklikleri genellikle metre, genişlik ve boyları metredir (Conti 1986). Odalar genişliklerinin %15-%25 ne sahip topuklar tarafından desteklenir ve tahkimat teknikleri (tavan civataları) uygulanarak topuk dayanımları arttırılır (Power 1985). Odaların oluşturulmasına tüm oda boyunca 2-31

32 3 metre yükseklikte açılan blok galerisinin tüm oda tavanı boyunca genişletilmesi ile başlanır. Blok galerileri zincirli kesiciler, elmas tel testereleri ile açılır. Bu aşamadan sonra izotropik yataklarda ticari boyutlarda (zincirli kesicilerle 2-3 metre basamak yüksekliği seçilerek) veya homojen olmayan yataklarda 8-10 metrelik kazı basamakları oluşturularak (elmas tel ile) üretim yapılır derece eğimli, tabakalı yataklar, tabaka düzlemine dik oluşturulan topuklar yardımı ile üretilir. Buna bağlı olarak ocak tabanı eğimlidir (Power 1985). Düzensiz topukların boyutları, çatlakların karmaşık geliştiği yataklarda çatlakların yerel derecesine göre belirlenir. 2.3 Mermer Üretim Yöntemleri Mermer ocak işletmeciliğinde amaç, mermer fabrikaları ve piyasanın istediği boyutlarda kırıksız ve çatlaksız blok çıkartmaktır. Mermer ocaklarında mermer üretimi için, kayacın özelliklerine, mermer zonunun kalınlıklarına, duruş pozisyonlarına göre kesimler planlanmaktadır. Kayaçların mekanik ve fiziksel özelliklerine göre de blok kesme makineleri belirlenir. Ocaklarda kullanılacak makinelerin tasarımlarını bilmek, işletmenin verimliliğini arttırmanın yanında makinelerin ömürlerinin uzaması demektir (Görgülü 1994). Üretim metotları açık ocak ve yer altı ocak işletmeleri olarak iki şekilde incelenir. Ocakta üretime geçilebilmesi için işletilecek mermerin yeterli miktarda ve kalitede olması istenmektedir. Kaliteden kasıt, renk, desen, sertlik, sağlamlık, dış etkenlere dayanıklılık, homojenlik gibi özelliklerdir. Yeterli rezerve sahip ve istenilen kalitede bulunan bir mermer yatağının, ocak açılarak ekonomik olarak işletilebilmesi için ek bir takım özelliklere de sahip olması gerekir. Yapısal özellikler olarak bilinen bu özellikler şu şekilde sıralanabilir. a) Tabakalanma durumu, b) Çatlak durumu c) Faylanma durumu d) Kıvrımlanma durumu, e) Erime boşlukları, mağaralar, f) Yeraltı suyu durumu, 32

33 g) Örtü malzemesi kalınlığı, h) Ayrışma zonun kalınlığı, ı) Bünyesindeki yabancı madde varlığı. Tüm bu kriterlerin değerlendirilmesinden sonra işletme metodu seçilerek üretime geçilebilmektedir (Görgülü 1994). Mermer yatağının üzerindeki örtü tabakasının ekonomik olarak elverişli olması durumunda açık ocak işletmeciliği tercih edilir. Genellikle mermer yataklarının üzerinde fazla kalınlıkta örtü tabakası bulunmamakla birlikte açık işletmelerde dekapaj işlerinde kullanılan ekipmanların çoğu aynı şekilde mermer açık işletmelerinde de kullanılabilir. Mermer yatakları genellikle geniş mostra vermekte ve üst kısımlarında kalınlıkları 0,5 3 metre arasında değişen yanık olarak tabir edilen ayrılmış zonlar bulunmaktadır. Bu zonlar problem oluşturmamakta, ayrılmamış kısımlarla üretilmekte ve atılmaktadırlar (Görgülü 1994). Açık ocak mermer üretim yöntemleri genel olarak; 1). Eski Yöntemler, 2). Klasik Yöntemler, 3). Diğer Yöntemler. olmak üzere üç grupta incelemek mümkündür Eski Yöntemler Günümüz teknolojisin hızla gelişmesiyle eski yöntemler yerini klasik yöntemlere bırakmıştır. Eski yöntemlerle mermer üretimi genel olarak; eski çağ üretim yöntemleri, patlayıcılarla üretim yöntemi, diskli kesicilerle üretim yöntemi ve helezon telle kesme ile üretim yöntemidir. Eski üretim yöntemlerinden eski çağ üretim yöntemleri, elle ve ilkel aletlerle yapılan bir üretim yöntemi olduğundan teknik olarak bir değer ifade etmemektedir. 33

34 Patlayıcı maddelerle üretimde, sıralı birkaç delik açılması, zayıf patlayıcıyla doldurulması ve kütlenin patlatılması, sonra sağlam kalan parçaların toplanması şeklinde yapılmaktaydı. Bu yöntem de günümüzde de farklı şekillerde uygulanmaktadır (Yeşilkaya 1996). Diskli kesicilerle üretim yönteminde blok kesme işlemi, bir ray üzerinde hareket eden makineye monte edilmiş kesici bir disk vasıtasıyla gerçekleştirilmiştir. Bu yöntemde yeterli büyüklükte disklerin üretilememesi ve kesme derinliğinin disk yarıçapı ile sınırlı olması sonucu istenen kesme derinliğine ulaşılamamıştır (Eleren ve Ersoy 2007). Helezon telle kesme yöntemin ise az fireli çalışılabilmesine rağmen ilk yatırım maliyetinin yüksek olması, planlama ve üretim aşamasının karmaşıklığı ve küçük bir aksaklıkta üretimin tamamıyla durması yüzünden günümüzde uygulanmamaktadır. Kesme işlemi, üç kat ters sarımlı, salyangoz kabuğu görünümlü, yüksek karbonlu çelik telin, bir ana kasnak (önceleri buhar makinesi daha sonraları dizel ve elektrikli motorlu bir makinenin döndürdüğü) tarafından döndürülmesi ve yardımcı kasnaklar vasıtasıyla tüm ocakta açılmış delikleri dolaşması şeklinde gerçekleşir. Dolaşım sırasında kesim yüzeylerine zımpara tozu, silis kumu, kuvarsit veya çakmak taşı ile su beslenir (Şekil 2.4) (Onargan ve Köse 1997; Karaca, 2001; Onargan vd 2005). Şekil 2.4 Helezon telle kesme yönteminin sembolik görünümü (Eleren ve Ersoy 2007). 34

35 2.3.2 Klasik Yöntemler Günümüz açık mermer ocaklarında en çok uygulanan yöntemlerdir. Teknolojinin hızla gelişmesiyle üretim hızında ve verimde yüksek değerlere ulaşılmasına olanak sağlamıştır. Açık mermer ocaklarında uygulanan klasik yöntemlerin en çok kullanılanları; delme çatlatma yöntemi (üçlü kama), elmas tel kesme yöntemi ve kollu kesiciler ile üretim yöntemidir Delme Çatlatma Yöntemiyle Üretim İş gücünün ucuz olduğu yerlerde, hiçbir yatırım gerektirmediğinden, yaygın olarak kullanılmaktadır (Ersoy 1991). Bu yöntemde, mermer yatağının fiziksel yapısı ve jeolojik süreksizlikler, son derece önemli bir noktayı teşkil etmektedirler. Kama, balyoz, murç, madırga ve kaşık gibi basit el aletlerinin kullanıldığı bu yöntemde, bloğun mermer yatağından koparabileceği yerin iyi tespiti gerekmektedir (Tombul 1992). Bu yöntem mermerin zayıf yerinden çatlatılması esasına dayandığından üretim kayıpları çok yüksek olmaktadır (DPT 1977). Yöntem, genellikle blok alınacak taşın kütle halinde bulunmadığı, sistematik olmayan, gelişigüzel süreksizliklerin görüldüğü yataklarda uygulanmaktadır (Erguvanlı ve Yüzer, 1985). Birincil ve ikincil çatlak sistemleri, tabakalanma yüzeyleri, mevcut el aletleri ve çalışma durumu gibi hususlar dikkate alınarak koparılacak blok belirlenmektedir (Ersoy 1991). İşaretlenen blokta yataklanma yönünde, aralarında cm ara bırakılarak açılan kama yuvalarına kamaların yerleştirilerek çakılması ile gerçekleştirilmektedir. Bir sırada 8-12 cm boyunda, 4-6 cm genişliğinde ve 6-10 cm derinliğinde kama yuvası açılmaktadır. Bu kama yuvalarının açılmasında keski ve balyoz kullanılmaktadır. Usta bir işçinin bu tip kama yuvalarından bir saatte 5-8 adet açması mümkündür. Bloğu masif olan kütleden koparmak için, delik çapından daha kalın çivi çakılır ve bunlar çıkartılmamaktadırlar. Bu çivilere 4-10 kg ağırlığındaki balyozlarla vurulmaktadır. Bütün çivilere aynı sayıda darbe vurmaya dikkat edilmelidir. Her darbeden sonra çivi, eksen etrafında döndürülmelidir. Metal kaşıkla kırılan parçalar alınmalıdır. Bu yöntem, patlatma yapılamayan ve mekanize olmaya imkân vermeyen ocaklarda halen kullanılmaktadır (Resim 2.2) (Eleren ve Ersoy 2007). 35

36 Resim 2.2 Delme çatlatma yöntemi (Anonim 2003). Bu yöntemin en büyük avantajı, basit oluşu ve ilk yatırım maliyetinin diğer yöntemlere göre en az oluşudur. Dezavantajı ise, üretim hızının düşüklüğü, kayıpların yüksek oluşu, blok biçimlerinin düzensizliği, çalışmanın gürültülü ve tozlu oluşu ve patlayıcı kullanıldığı durumda daha tehlikeli oluşudur (Eleren ve Ersoy 2007) Elmas Telle Kesme Yöntemiyle Üretim Elmas telle kesme yöntemiyle mermer üretimine, helezon çelik tel sisteminde silisli kumun yanında tungsten karbür gibi aşındırıcılar kullanılmasına rağmen istenilen verimin elde edilememesinden sonra başlanmıştır. Bu durumun yapılan araştırmalarda kayaç ile aşındırıcı arasındaki sertlik farkından ve aşındırıcı sıvı filminin bozulmasından ve istenilen basıncın sağlanamamasından kaynaklandığı tespit edilmiştir. Bu problemin üstesinden gelebilecek en iyi aşındırıcının elmas olduğuna karar verilmiştir. Araştırmalardan yıllar sonra, 1978 yılında elmas tel kesme sistemi ilk olarak İtalya nın Carrara mermer bölgesinde bulunan Apuan mermer ocağında denenmiştir. İlk tel kesme sistemi sınırlı performansa sahip olup, yalnız düşey kesim yapabilmekteydi (Conti 1986). Ancak sonraları her türlü kesimde başarıyla uygulanabilen makineler geliştirilmiştir. Elmas telin çalışma esası; kesilecek yüzeylerde düşey ve yatay olarak açılan iki delikten geçirilen elmas telin makinenin volanından (kasnağından) geçirilerek iki ucunun birleştirilmesi ve motor tarafından volanın hareketiyle elmas telin kayacı kesmesidir. Kesme işlemini sağlayan gergi kuvveti, elmas tel kesme makinesinin bir ray üzerinde geriye hareketi ile sağlanmaktadır (Şekil 2.5). 36

37 Şekil 2.5 Elmas tel kesme yönteminin yanal şematik görünümü (Özçelik 1999). Elmas telle kesme yöntemi, özellikle çatlak ve eklemlerinden açılarak çıkartılan mermer kütlelerinin bloklara bölünmesi yönteminden daha ekonomiktir. Çatlak ve eklem sistemi çok gelişmiş mermer ocaklarında elmaslı tel kesme yönteminin kullanılması, verim artırılmasına bir katkıda bulunmayacağı gibi aksine üretim veriminin düşmesine de neden olabilmektedir. Bu yöntem yüksek kesme kapasitesi, ucuz maliyeti, kullanım kolaylığı gibi özellikleri ile diğer yöntemlerden daha avantajlı olabilen bir sistemdir (Tombul 1992). Resim 2.3 Elmas tel kesme makinesi ile düşey kesim (Üçkar mermer ocağı). 37