KAYALARIN DELİNEBİLİRLİĞİ

Transkript

1 KAYALARIN DELİNEBİLİRLİĞİ Sondajcılık Uygulamalarına Giriş Adil ÖZDEMİR Jeoloji Yüksek Mühendisi Ankara 2012 i

2 ii Giriş JENERİK SAYFASI OLUŞTURULACAK ii

3 ÖNSÖZ Delinebilirlik; bir matkabın kayaç içinde belirli bir zamanda kayacı delerek ilerlemesidir. Bir diğer ifade ile kaya kütlesinde delik delme kolaylığıdır. Delme hızı ise kayaç içerisinde, m/dk, cm/dk veya mm/dk olarak ölçülür. Delinebilirlik ile delme hızı aynı kavram olarak tanımlanabilir. Delinebilirlik kolay ya da zor olarak delme hızı ise hızlı ya da yavaş olarak ifade edilir. Delinebilirliğe etki eden birçok parametre vardır. Bunlar makine ve ekipmana bağlı parametreler (sondaj makinasının tipi, dönme hızı, baskı kuvveti, matkap tipi vb.), delme işlemine bağlı parametreler (delme yöntemi, makinanın çalışma performansı ve bakımı, sondörün deneyimi vb.) ile jeolojik parametreler (kaya tipi, kayaların mekanik özellikleri, süreksizlikler, mineral bileşimi) dir. Makine, ekipman ve delme işlemine bağlı parametreler kontrol edilebilir parametreler olup, jeolojik ve mühendislik özelliklerine bağlı parametreler ise kontrol edilemeyen parametrelerdir. Kaya delinebilirliğinde kontrol edilemeyen parametrelerin belirlenmesi (jeolojik ve mühendislik özelliklerinin), sondaj çalışmasında kullanılacak delme yöntemi, matkap türü, matkap dönme hızı, matkap üzerine uygulanacak yük miktarı, delme dizisi niteliği, pompa türü, dolaşım sıvısı/hava hızı ve hacmi, personel vb. gibi kontrol edilebilen parametrelerin en iyi şekilde seçilebilmesine (tasarım aşamasında) imkan vermektedir. Ayrıca, elde edilen veriler maliyet tahmininde ve sondaj çalışma sürelerinin planlanmasında kullanılabilecektir. Bu kitapta, Sondaj, Kayaların, Delinebilirlik, Mühendislik Özellikleri anahtar terimleri esas alınarak konu incelenmiş ve Kayaların Delinebilirliği ne sondajcılık uygulamaları açısından bir giriş yapmak amaç edinilmiştir. iii

4 Yazarın Yüksek Lisans Tezi nin çalışmasının bir ürünü olan bu çalışmanın sonuçlanmasında en önemli paya sahip olan, müracaat ettiğim her konuda beni içtenlikle karşılayan ve bilgi birikimini benimle paylaşan tez hocam sayın Doç.Dr.Nihat Sinan IŞIK a (Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü), mesleki yaşamımda yine kıymetli tecrübelerinden faydalandığım çok değerli hocam Prof.Dr. M.Yener ÖZKAN a (ODTÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü) Prof. Dr. Celal KARPUZ (ODTÜ Maden Müh. Bölümü) ve manevi destekleriyle beni hiçbir zaman yalnız bırakmayan ve onlardan çaldığım vakitler için beni affetmelerini beklediğim çok değerli eşime ve çocuklarıma teşekkürü bir borç bilirim. Adil ÖZDEMİR Jeoloji Yüksek Mühendisi Aralık 2011, Ankara iv

5 İÇİNDEKİLER Sayfa No ÖNSÖZ... iii TEŞEKKÜR... iv İÇİNDEKİLER... v ÇİZELGELER LİSTESİ.....vii ŞEKİLLER LİSTESİ... viii RESİMLERİN LİSTESİ... ix 1. GİRİŞ SONDAJ YÖNTEMLERİ Döner Sondaj Yöntemleri Kırıntılı döner sondaj yöntemi Karotlu döner sondaj yöntemleri Döner-Darbeli Sondaj Yöntemleri SONDAJ MATKAPLARI VE KAYA DELME MEKANİZMALARI Sondaj Matkapları Kırıntı örnek almaya uygun matkaplar Karot örnek almaya uygun matkaplar Kaya Delme Mekanizmaları Üç konili matkapların kaya delme mekanizmaları Elmaslı matkapların kaya delme mekanizmaları PDC matkapların kaya delme mekanizmaları SONDAJI ETKİLEYEN FAKTÖRLER Kayaların Jeolojik ve Mühendislik Özellikleri Dokusal özellikler Fiziksel ve mühendislik özellikleri Sondaj Parametreleri (Çalışma Koşulları) Üç konili matkapların çalışma koşullarını etkileyen faktörler Elmaslı matkapların çalışma koşullarını etkileyen faktörler v

6 Sayfa No 5. DELİNEBİLİRLİĞİN DEĞERLENDİRİLMESİ Kaya Delinebilirliğinde Sertliğin ve Aşındırıcılığın Etkisi Kaya Dokusunun Delinebilirliğe Etkisi Dayanım Özelliklerinin Kaya Delinebilirliğine Etkisi Bir Kaya Delinebilirliği Kriteri Olarak Krater Oluşumu Bir Kaya Delinebilirliği Kriteri Olarak Spesifik Enerji Delinebilirlik Analizinde Kullanılan Sayısal ve Deneysel Yöntemler Laboratuar deneyleri ile delme hızı tahmini YARARLANILAN KAYNAKLAR vi

7 ÇİZELGELERİN LİSTESİ Sayfa No Çizelge 4.1. Kayaçların Dokularına Göre Sınıflandırılması Çizelge 4.2. Doku ve Tane Boyu ile Delinme Hızı Arasındaki İlişki Çizelge 4.3. Kaya Formasyonu ile Delinme Arasındaki İlişki Çizelge 4.4. Kırılma Şekline Göre Delinme Durumu Çizelge 4.5. Tek Eksenli Basınç Dayanımlarına Göre Kayaçların Sınıflandırılması Çizelge 4.6. Mohs Sertlik Değerleri Çizelge 4.7. Mohs Sertlik Değerlerine Göre Kayaçların Sınıflaması Çizelge 4.8. Mohs Sertlik Skalasını Kullanan Yönteme Göre Kayaçların Aşındırıcılık Ortalama Sertlikleri Çizelge 4.9.Rosiwall Sertlik Skalası Çizelge 4.10.Rosiwall Sertlik Skalasını Kullanan Yönteme Göre Kayaçların Aşındırıcılık-Ortalama Sertlikleri Çizelge Bazı Yaygın Kayaç Tiplerinin Kuvars ve Silika İçerikleri Çizelge 4.12.Cerchar Aşınma İndeksi Kayaç Sınıflaması Çizelge Formasyona Uygun Matkap Seçimi Çizelge Kesintilerinin Kuyu Dışına Atılması İçin Gereken Hız Çizelge Kayaların Genel Özelliklerine Uygun Elmaslı Matkap Aralıkları Çizelge Tek Eksenli Basınç Dayanımı ile Yüzeyden Taneli Elmaslı Matkap Değerleri Arasındaki İlişki Çizelge 5.1. Kaya Koparma İşlemi İçin Spesifik Enerji Değerleri Çizelge 5.2. DRI Sınıflandırması vii

8 ŞEKİLLERİN LİSTESİ Sayfa No Şekil 1.1. Kaya Delinebilirliğini Etkileyen Parametreler... 3 Şekil 1.2. Kaya Delinebilirliğine Etki Eden Jeolojik Özellikler... 4 Şekil 2.1. Başlıca Sondaj Yöntemleri... 6 Şekil 2.2. Düz Dolaşımlı Döner Sondaj Yöntemi... 8 Şekil 2.3. Ters Dolaşımlı Döner Sondaj Yöntemi... 8 Şekil 2.4. Konvensiyonel Karotlu Sondajın Genel Modeli Şekil 2.5.Wire-Line Karotlu Sondajın Genel Modeli Şekil 2.6. Diğer Sondaj Yöntemleri Şekil 3.1. Konili Matkap Yapısı Şekil 3.2. Konili Matkap Terminolojisi Şekil 3.3. Çelik Dişli Üç Konili Matkap Şekil 3.4. Tungsten Karbid Dişli Üç Konili Matkap Şekil 3.5. Parmak, Balık Kuyruğu Ve Kanatlı Matkaplar Şekil 3.6. Kırıntı Örnek Almaya Uygun PDC Matkaplar Şekil 3.7. Karot Örnek Almaya Uygun PDC Matkaplar Şekil 3.8. Yüzeyden Taneli Elmaslı Matkap Şekil 3.9. Emprenye Elmaslı Matkap Şekil Kırıntı Örnek Almaya Uygun Elmaslı Matkaplar Şekil Vidyeli Matkabın Yapısı Şekil Kazma Etkisi İle Formasyonda Krater Oluşturma Evreleri Şekil Ezerek Parçalama İşlemi Şekil Delme İşleminde Kuvvetler Dengesi Şekil Elmaslı Matkapların Delme Mekanizmaları Şekil PDC Matkapların Delme Mekanizması Şekil PDC Kesici Elemanlarının Kayayı Sıkıştırma veya Baskı Kuvvetlerinden Ziyade Makaslama Mekanizması İle Parçalaması Şekil Makaslama ve Baskı Düzleminin PDC Kesici Elemanı İle İlişkisi viii

9 Sayfa No Şekil 4.1. Gerilme-Deformasyon Eğrisine Bağlı Spesifik Tahrip Enerjisi Grafiği Şekil 4.2. Cerchar Deneyi Aşındırıcılık Değerleri İle Mohs Sertlik Skalası Arasındaki İlişki Şekil 4.3. Değişik Koşullarda Matkap Yükü İle Kaya Parçalanması Arasındaki İlişki Şekil 4.4. Delme Hızı Üzerinde Matkap Baskısının Etkisi Şekil 4.5. Delme Hızı İle Matkap Dönüş Hızı Arasındaki İlişki Şekil 4.6. Yoğunluk ve Viskozitenin Delme Hızı Üzerindeki Etkisi Şekil 4.7. Tij İle Kuyu Duvarı Arasındaki Anülüs Alanı Şekil 4.8. En Uygun Sondaj Sıvısı Dolaşım Hızı ve Miktarı Değerleri Şekil 5.1. İndisler Arasındaki İlişkiler Şekil 5.2. Darbeli Sondajda Delme Hızı İle Doku Katsayısı Arasındaki İlişki Şekil 5.3. Dayanım Özellikleri İle Doku Katsayısı Arasındaki İlişki Şekil 5.4. Delinebilirlik İçin Teorik Ve Deneysel Eğriler Arasındaki İlişki Şekil 5.5. Sahada Sondaj Sırasında İlerleme Hızı - Enerji Tüketimi Matkap Ağırlığının Şekil 5.6. Eğriler Yardımı İle Delinebilirlik İndeksinin Bulunması Şekil 5.7. Talaş Oluşumu Şekil 5.8. Kırılganlık Deneyinin Şematik Görünümü Şekil 5.9. Minyatür Delme (Sievers) Aletinin Şematik Görünüşü Şekil Delme Hızı Oranı (DRI) Tayininde Kullanılan Diyagram RESİMLERİN LİSTESİ Sayfa No Resim 4.1. Shore Skeleroskop Aleti Resim 4.2. Cerchar Deney Aleti Resim 5.1. Mikromatkap Deney Düzeneği Resim 5.2. Diş batırma Deney Düzeneği ix

10

11 1. GİRİŞ Mühendislik ve araştırma-geliştirme çalışmalarında ulaşılmak istenen başlıca hedef gerek tasarlanan sistemin, gerekse geliştirilmek istenen ürünün maksimum performansa sahip olmasıdır. En iyi sonuçların elde edileceği şartları ortaya koyabilmek için öncelikle performansı belirleyen özellik belirlenir ve bu özelliği etkileyen faktörler incelenir. Ardından bu faktörlerin performansı belirleyen özellik üzerindeki etkilerinin tespit edilmesi ve en uygun kombinasyonun bulunması için (kontrol edilemeyen faktörler de gözetilerek) deneyler yapılır. Yapılan deneyler sonucunda elde edilen performans göstergesi değerlendirilerek optimum şartlar tespit edilir. Bu yaklaşım çerçevesinde yapılan deneyler sisteme sorulan soru, deney sonuçları da sistemin verdiği cevap olarak algılanabilir. Kritik olan nokta ise doğru cevabı alabilmek için doğru sorunun sorulmasının gerekliliğidir [Savaşkan ve diğ., 2004]. Günümüzde, insanoğlunun artan nüfusu nedeni ile gereksinimlerini karşılamak için yeraltı zenginliklerinin önemi daha da artmıştır. Yeraltı zenginliklerini insanoğluna ulaştırmak yani insanoğlunun kullanımına sunmak için ilk önce bu zenginliklere ulaşılması gereklidir. Bunun için yeraltı zenginliklerini kaplayan örtü tabakasının aşılması gereklidir. Yine aynı şekilde yerüstü ulaşımının yetersiz kaldığı durumlarda yeraltından ulaşımın gerekliliği ortaya çıkmıştır. Yerüstünden yeraltına bir yol yani bir geçidin açılması ve bu geçidin açılması içinde örtü tabakasının delinmesi gerekliliktir. Sadece yeraltındaki zenginliklere erişmek veya yeraltında yapılar oluşturmak için değil, yeryüzünde kayaca bağlı yapılar oluşturmak içinde kayaların delinmesi gereklidir. Kısacası, kayaların delinmesini gerektiren her durumda delinebilirlik kavramı ortaya çıkmaktadır. Delinebilirlik; bir matkabın kayaç içinde belirli bir zamanda kayacı delerek ilerlemesidir. Bir diğer ifade ile kaya kütlesinde delik delme kolaylığıdır. Delme hızı ise kayaç içerisinde, m/dk, cm/dk veya mm/dk olarak ölçülür. Delinebilirlik ile delme hızı aynı kavram olarak tanımlanabilir. Delinebilirlik kolay ya da zor olarak delme hızı ise hızlı ya da yavaş olarak ifade edilir. Delinebilirliğe etki eden birçok parametre vardır. Bunlar makine ve ekipmana bağlı parametreler (sondaj makinasının tipi, dönme hızı, baskı kuvveti, matkap tipi v.b.), delme işlemine bağlı parametreler (delme yöntemi, makinanın çalışma performansı ve bakımı, sondörün deneyimi v.b.) ile jeolojik parametreler dir (kaya tipi, kayaların mekanik özellikleri, süreksizlikler, mineral bileşimi). Makine, ekipman ve delme işlemine bağlı parametreler kontrol edilebilir parametreler olup, jeolojik ve mühendislik özelliklerine bağlı parametreler ise kontrol edilemeyen parametrelerdir [Özdemir, 2007]. 1

12 2 Sondaj Yöntemleri Delinebilirlik tayinlerinde, bu faktörlerden sadece bir tanesi değiştirilerek o faktörün delme hızı üzerindeki etkisi gözlenir. Delinebilirlik tayininde, farklı formasyonlar için ölçülen değerler karşılaştırılabilir olmalı, aynı ekipman ve eşit şartlar altında delme hızı ölçümü yapılmalıdır. Sondaj işlemi, birçok faktörden etkilenen karmaşık bir olaydır (Şekil 1.1). Matkap türü ve çapı, dönme hızı, baskı kuvveti, tork ve dolaşım sıvısı kontrol edilebilen parametrelerdir. Diğer yandan kayanın fizikomekanik özellikleri ve jeolojik koşullar (süreksizlikler, tabakalanma durumları, tane boyutu, matriks yapısı, gözeneklilik, çimentolanma derecesi ve aşındırıcı mineral oranı gibi kontrol edilemeyen faktörler) kaya delinebilirliğinde etkili olmaktadır (Şekil 1.2). Kayaların delinebilirliği ilerleme hızı, matkap aşınma miktarı, matkap ömrü ve diş batma gibi miktarı çeşitli kavramlarla tanımlanabilmektedirler. Kaya delinebilirliğinde kontrol edilemeyen parametrelerin belirlenmesi (jeolojik ve mühendislik özelliklerinin), sondaj çalışmasında kullanılacak delme yöntemi, matkap türü, matkap dönme hızı, matkap üzerine uygulanacak yük miktarı, delme dizisi niteliği, pompa türü, dolaşım sıvısı/hava hızı ve hacmi, personel vb. gibi kontrol edilebilen parametrelerin en iyi şekilde seçilebilmesine (proje aşamasında) imkan vermektedir. Ayrıca elde edilen veriler maliyet tahminlerinde ve sondaj çalışma sürelerinin planlanmasında kullanılabilecektir [Özdemir, 2007]. Delinebilirliğe etki eden kaya yapısına bağlı faktörler, kayanın oluşum sürecinden formasyonundan, Mohs sertliğine, tek eksenli basınç dayanımından kayacın birim hacim ağırlığına, kaya kütlesinin yapısal özelliklerinden (kırıkların durumu, çatlaklar v.b.), kayacın dokusal özelliklerine kadar birçok değişkene bağlıdır. Sondaj yöntemi sınıflaması birkaç kritere göre yapılabilir. En mantıklı sınıflama, kaya parçalanması için gerekli enerji türüne göre yapılabilir. Kayalarda birçok amaç için sondaj yapılır ve bu amaçla geliştirilen birçok yöntem, kayalarda başarıyla delme işlemleri gerçekleştirmiştir.

13 Sondaj Yöntemleri 3 Şekil 1.1. Kaya delinebilirliğini etkileyen parametreler [Thuro, 1997 den değiştirilerek] Kaya delmede birçok yeni yöntem deneyimlerle elde edilmiştir. Bunlardan en başarılı olan pratik uygulama mekanik parçalama işlemidir. Daha çok yumuşak kayaçların kesilmesinde uygulansa da bu yöntem yüksek basınçlı su püskürtmek suretiyle yapılmaktadır. Kayaca mekanik etki uygulama darbe veya dönme hareketi olmak üzere temelde 2 yöntemle yapılır. Bu iki etki birleştirilerek karma bir yöntem olan döner-darbeli sondaj yöntemi geliştirilmiştir. Sondaj, matkapla kayacın etkileşim yüzeyinin farklı kesme kuvvetlerinin etkisiyle parçalanmasıdır. Sondajın etkinliği, diğer bir deyişle sondaj matkabının delme hızı, matkap-kayaç ara yüzeyine uygulanan enerji türüne bağlıdır [Karanam ve Misra, 1998].

14 4 Sondaj Yöntemleri Şekil 1.2. Kaya delinebilirliğine etki eden jeolojik özellikler [Karaman, 2008] Herhangi bir sondaj yönteminin 3 ana fonksiyonel bileşeni vardır: 1. Sondaj Enerjisi (Kaynak) 2. Takım-Sondaj Dizisi (İletici) 3. Matkap (Uygulayıcı) Bunlara dördüncü bir bileşen olarak sondaj sıvısı eklenebilir. Sondaj sıvısı, kuyuyu temizleme, kırıntıları atma, matkabı soğutma ve aynı zamanda kuyu duvarlarını sağlam tutma görevindedir. Bu üç ana bileşen enerjinin kullanımıyla ilişkilidir. Bu kullanım şu şekilde olur; 1. Delgi, ilk hareketi verir. Enerjiyi orijinal şeklinden (hidrolik sıvı, havalı, elektrik veya yanmalı motor) mekanik hale çevirir. 2. Sondaj dizisi (tij vb.), enerjiyi matkaba aktarır.

15 Sondaj Yöntemleri 5 3. Matkap, sistemdeki enerji uygulayıcısıdır. Mekanik olarak kayaca etki eder ve delmeyi sağlar. Sondajda, matkabın kaya kütlesine girmesi iki ayrı işlem içerir. Bunlar; 1. Matkap-kayaç etkileşim yüzeyinde kaya kütlesini parçalamak 2. Sondaj boyunca kırılan formasyon parçalarını kaldırmak Bu iki işlem sondajın performansını etkiler. Sondaj aletinin uyguladığı gerilim, kayacın dayanımını aştığı anda, matkabın deliciliği başarıya ulaşmış olur. Kayacın delinmeye karşı gösterdiği bu direnç; delinme dayanımıdır. Fakat bu, bilinen dayanım parametrelerine eşdeğer bir dayanım türü değildir. Dahası, yaratılan gerilim alanı, istenen şekil ve boyutta bir delik oluşturabilmek için, delme işlemi yapılan yere doğrudan bir gerilimle uygulanmalıdır. Bu gerilimler doğada dinamik haldedir (zamana bağımlıdır). Fakat, delme sürecinde statik koşullara çok yakın ihmal edilebilir değerler alınır [Karanam ve Misra, 1998].

16 2. SONDAJ YÖNTEMLERİ Günümüz sondaj yöntemleri dönme ve darbe işlemine göre ikiye ayrılabilir (Şekil 2.1). Bunlar ; 1. Döner Sondaj Yöntemleri 2. Döner-Darbeli Sondaj Yöntemleri Şekil 2.1. Başlıca sondaj yöntemleri 6

17 Sondajı Etkileyen Faktörler Döner Sondaj Yöntemleri Döner sondaj yöntemleri, kırıntılı ve karotlu sondaj yöntemleri olarak ikiye ayrılabilir Kırıntılı döner sondaj yöntemleri Baskı (yük) altında dönen bir matkabın kesici dişleri aracılığıyla formasyonu parçalaması sonucu oluşan formasyon parçalarının bir dolaşım sıvısı (çamur veya su) ile dışarı atılması işlemidir. Bu yöntemde dönme ile koparma işlemi egemen olup, ilerleme baskı ve tork aracılığı ile sağlanmaktadır. Bu yönteme çamurlu sondaj yöntemi de denilmektedir. Kırıntılı döner sondaj yöntemi, sondaj sıvısının dolaşım şekline göre bünyesinde iki alt yöntemi barındırmaktadır. Bunlar; 1. Düz dolaşımlı döner sondaj yöntemi 2. Ters dolaşımlı döner sondaj yöntemi Düz dolaşımlı döner sondaj yöntemi Bu yöntemde, sondaj sıvısı olarak genellikle çamur kullanılmaktadır. Pompa ile havuzdan alınan sıvı takım içerisinden geçerek kuyu duvarı ile takım arasındaki boşluktan yükselir ve kuyu dışarısına çıktıktan sonra kanallar aracılığıyla tekrar havuza gönderilir (Şekil 2.2). Ters dolaşımlı döner sondaj yöntemi Bu yöntemde, sondaj sıvısı olarak genellikle çamur kullanılmaktadır. Havuzdaki çamur, yerçekimi ve kanallar vasıtasıyla kuyu ağzına gelir. Takım ile kuyu duvarı arasından kuyu tabanına kadar iner ve kuyuyu doldurduktan sonra matkap deliklerinden takım içerisine girer. Takım içerisine giren bu çamur bir pompa aracılığı ile emilerek tekrar havuzu boşaltılır (Şekil 2.3).

18 8 Sondajı Etkileyen Faktörler Şekil 2.2. Düz dolaşımlı döner sondaj yöntemi Şekil 2.3. Ters dolaşımlı döner sondaj yöntemi

19 Sondajı Etkileyen Faktörler Karotlu döner sondaj yöntemleri Karotlu sondajlar, kaya ve zeminlerin mühendislik özelliklerinin belirlenmesi (çatlak, dolgu, eklem sistemleri vb.) ve laboratuarda bir takım deneylerin yapılabilmesi veya bir maden sahasının aranması, değerlendirilmesi ve işletilebilirliğinin araştırılması amacıyla özel ekipmanlar kullanılarak yapılan sondajlardır. Karotlu sondaj yöntemleri, konvensiyonel (Şekil 2.4) ve wire-line (Şekil 2.5) sondaj yöntemleri olarak ikiye ayrılır. Karotlu sondaj çalışmalarında, karot alınabilmesi için kuyu içi ve dışarısında kullanılmak üzere değişik özellikte ekipmanlara gereksinim duyulmaktadır. Basit olarak takımın en alt ucunda bulunan matkap, sondaj makinasının morseti tarafından ve takım aracılığı ile döndürülmektedir. İlerleme için gerekli olan baskı, sondaj makinasının morseti tarafından takım üzerine uygulanmaktadır. Matkabın formasyon içerisine girmesi ile delme işlemi başlar. Matkabın içi boş olduğu için delinen formasyonun bir bölümü, silindir şeklinde kesilerek önce matkabın daha sonrada matkabın üst kısmında bulunan karotiyer içerisine girer. Bu silindir şeklindeki formasyon örneğine, karot adı verilmektedir. Belli bir uzunluğu olan karotiyer dolduğu zaman, tüm takım çekilerek kuyu dışarısına alınmaktadır. Matkap veya karotiyerin iç kısmında bulunan segman, karotu sıkı bir şekilde kavrayarak tutar ve manevralar sırasında karotun karotiyer içerisinden çıkmasını engeller. Matkabın formasyonu kesmesi sırasında, takım içerisinden pompa aracılığıyla su veya sondaj sıvısı basılmaktadır. Sondaj sıvısı, matkabın soğumasını ve kuyu tabanında yer alan kırıntıların kuyu dışarısına atılmasını sağlar. Konvensiyonel takımların tamamı, karot çapından bağımsız olarak aynı temel uygulama özelliklerini taşır ve karotun karotiyerden çıkartılması için karotiyer her dolduğunda takımın kuyudan tamamen çekilmesi gereklidir.

20 10 Sondajı Etkileyen Faktörler Şekil 2.4. Konvensiyonel karotlu sondajın genel modeli [Özdemir, 2009] Wire-line karotlu sondaj tekniğinin esasını, delme işlemi sonucunda elde edilen karotun kuyu dışarısına alınması için, tijlerin kuyu dışarısına çıkarılmasına gerek olmaması oluşturmaktadır. Wire-line karotlu sondajlarda kullanılan tijler, dış tüp ile aynı ölçüdedir ve iç tüp tijlerin içerisinde kolayca hareket edebilmektedir. Wire-line sondaj tekniğinde, iç tüp karot ile dolduktan sonra, ince bir çelik halata bağlı olan ve over shot (olta) adı verilen ekipman kuyuya indirilir. Over shot, iç tüp başlığının üst kısmında bulunan ve çam ağacı adı verilen parçayı kavrar. Halat kuyu dışarısına çekildiğinde, iç tüpün dış tüp içerisinde sabit bir şekilde durmasını ve geriye kaçmamasını sağlayan sustalar kapanır ve iç tüp serbest kalır. Daha sonra halat çekilmeye devam edilerek karotla dolu ve over shot ile tutulmuş olan iç tüp, tijlerin içerisinden kuyu dışarısına alınır. İç tüp boşaltılarak bakım ve kontrolü yapıldıktan sonra, tijler içerisinden halatla kuyu tabanına gönderilir. Kuyuda su varsa, iç tüp doğrudan doğruya tijlerin içerisinden atılır. Su kaçağı var veya kuyu kuru ise, over shot çelik halat ile indirilir. İç tüp dış tüp içerisine oturduğunda, iç tüp başlığında bulunan sus-

21 Sondajı Etkileyen Faktörler 11 talar kendiliğinden açılarak iç tüpün sabitlenmesini ve geriye doğru gitmesini önler. Bu işlem sonrasında, karotlu sondaj çalışmasına devam edilir. Şekil 2.5. Wire-line karotlu sondajın genel modeli [Özdemir, 2009]

22 12 Sondajı Etkileyen Faktörler 2.2. Döner-Darbeli Sondaj Yöntemleri Döner-darbeli sondaj yöntemi, darbenin matkaba iletilme şekline göre kuyudibi ve yerüstü çekiçli yöntem olarak ikiye ayrılabilir. Ayrıca, değişik formasyonlarda yaşanan sondaj güçlüklerini önlemek, her tür formasyonu güvenli bir şekilde delebilmek ve örnek alınabilmesini sağlamak amacıyla koruma borusu eşliğinde sondaj, burgulu sondaj, ters dolaşımlı kuyudibi tabancası ile sondaj vb. gibi özel sondaj yöntemleri de geliştirilmiştir (Şekil 2.6). Şekil 2.6. Diğer sondaj yöntemleri [Özdemir, 2009]

23 3. SONDAJ MATKAPLARI VE KAYA DELME MEKANİZMALARI 3.1. Sondaj Matkapları Sondaj matkapları, formasyonlardan örnek alma şekline göre iki grupta incelenebilir. 1. Kırıntı örnek almaya uygun matkaplar 2. Karot örnek almaya uygun matkaplar Kırıntı örnek almaya uygun matkaplar Bu matkaplar, üzerlerine uygulanan baskı (yük) ve dönme hareketi yardımıyla temasta oldukları formasyonu delerler. Bu delme işlemi, bir kesme ve öğütme işlemidir. Kesme ve öğütme işlemleri sonucunda oluşan kırıntılar, su ve sondaj çamuru veya diğer taşıyıcılar (hava vb.) ile kuyu dışına (yerüstüne) taşınırlar. Bu tür matkaplara, karotsuz ilerleme matkapları da denilmektedir. Üç konili matkaplar Üç konili matkaplar gövde, koniler ve koni yataklarından oluşmaktadır (Şekil 3.1 ve Şekil 3.2). Üç konili matkaplar, çelik ve tungsten karbid dişli olmak üzere ikiye ayrılır (Şekil 3.3 ve Şekil 3.4). Konili matkaplar aşınmaya dayanıklılığı artırılmış çelik alaşımlardan imal edilmektedir. Çamurlu ve havalı sondaj çalışmalarda kullanılabilecek özelliktedirler. Her tür formasyona uygun tipleri bulunmaktadır. Döner sondaj yönteminde en çok kullanılan matkap tipidir. 13

24 14 Sondajı Etkileyen Faktörler Şekil 3.1. Konili matkap yapısı Şekil 3.2. Konili matkap terminolojisi

25 Sondajı Etkileyen Faktörler 15 Şekil 3.3. Çelik dişli üç konili matkap Şekil 3.4. Tungsten karbid dişli üç konili matkap Parmak, balık kuyruğu ve kanatlı matkaplar Bu tip matkaplar, genellikle yumuşak ve taneli formasyonların delinmesinde kullanılmaktadır. Tek parça, birkaç veya daha fazla parçanın birleştirilmesiyle imal edilen matkaplardır (Şekil 3.5).

26 16 Sondajı Etkileyen Faktörler Parmak Balık kuyruğu Üç kanatlı Şekil 3.5. Parmak, balık kuyruğu ve kanatlı matkaplar PDC matkaplar PDC matkaplar petrol, jeotermal ve patlatma deliği sondajlarında başarıyla kullanılmaktadır. PDC matkaplar, pahalı olmalarına rağmen dikkatli kullanılmaları durumunda ömürleri oldukça uzun olmakta ve sondaj maliyetini önemli derecede düşürmektedirler [Özdemir, 2009]. PDC matkapların hem kırıntı hem de karot örnek almaya uygun türleri bulunmaktadır (Şekil 3.7 ve Şekil 3.8). Şekil 3.6. Kırıntı örnek almaya uygun PDC matkaplar

27 Sondajı Etkileyen Faktörler 17 Şekil 3.7. Karot örnek almaya uygun PDC matkaplar Karot örnek almaya uygun matkaplar Sondaj işlemi sırasında, bir taraftan delme işlemi devam ederken diğer taraftan da formasyondan kesilen malzemenin silindir boru şeklindeki örnek alıcı (karotiyer) içerisine girmesi sağlanır. Karot örnek alıcı (karotiyer) kullanılan sondaj çalışmalarında kullanılan matkaplara, karot örnek almaya uygun matkap denilmektedir. Elmaslı matkaplar Karotiyerlerin (karot örnek alıcı) ucunda yeralan, kesme işlemini yapan, yapısında doğal veya yapay elmasların bulunduğu matkaplara elmaslı matkap denilir. Bir elmaslı matkap üç ana birimden oluşmaktadır. Bunlar; 1. Elmas taneleri 2. Gövde 3. Matris Elmaslı matkapların hem kırıntı hem de karot örnek almaya uygun türleri bulunmaktadır (Şekil 3.8, Şekil 3.9, Şekil 3.10). Karot örnek almaya uygun elmaslı matkaplar, elmas tanelerinin matrise işlenme şekline göre ikiye ayrılmaktadır. Bunlar;

28 18 Sondajı Etkileyen Faktörler 1. Yüzeyden taneli elmaslı matkaplar 2. Emprenye elmaslı matkaplar Vidyeli matkaplar Tungsten karbid e sondajcılık dilinde vidye denilmektedir. Kesici yüzeyine vidye taneleri yerleştirilerek imal edilen, yumuşak formasyonların delinmesi için kullanılan matkaplara vidyeli matkap (vidye kron) denilmektedir ve bu matkaplar karotlu sondaj çalışmalarında kullanılmaktadır (Şekil 3.11). Şekil 3.8. Yüzeyden taneli elmaslı matkap Şekil 3.9. Emprenye elmaslı matkap

29 Sondajı Etkileyen Faktörler 19 Şekil Kırıntı örnek almaya uygun elmaslı matkaplar Şekil Vidyeli matkabın yapısı 3.2. Kaya Delme Mekanizmaları Üç konili matkapların kaya delme mekanizmaları Konili matkaplar, formasyonu matkap üzerine verilen baskı ve tork ile parçalar. Parçalanma olayı, iki türlü olmaktadır [Göktekin, 1991]; 1. Kazarak parçalama 2. Ezerek parçalama Kazarak parçalama, kolay delinebilen formasyon matkaplarının formasyonu parçalama şeklidir. Bu parçalama türünde, matkabın dişleri kayaca gömülür ve dönmenin etkisiyle dişler kayacı iterek talaş kaldırır gibi ince yapraklar halinde formasyondan parçalar koparır (Şekil 3.12). Özellikle kil türü formasyonlarda bu tür parçalanma söz konusudur [Göktekin, 1991].

30 20 Sondajı Etkileyen Faktörler Şekil Kazıma etkisi ile formasyonda krater oluşturma evreleri [Özdemir, 2009] a. Diş ile formasyon temasında formasyonun elastik şekil değiştirmesi b. Dişin temas ettiği yüksek gerilme bölgelerinde kesme çatlakları oluşumu c. Kesme çatlaklarının yüzey boyunca ilerlemesi ile parçalanma Ezerek parçalama, kolay delinemeyen formasyonlardaki parçalama şeklidir. Matkap dişleri, formasyon üzerine formasyonun tek eksenli basınç dayanımından daha fazla bir kuvvetle basar. Dişin bastığı yerdeki formasyon ezilerek ince toz haline gelir ve buraya gömülen dişin yükünü çevreye iletir. Oluşan kayma gerilmesi, formasyonun kayma dayanımını yenerek formasyonun parçalanmasını sağlar [Göktekin, 1991]. Böylece dişin altında bir krater oluşur (Şekil 3.13) Şekil Ezerek parçalama işlemi [Özdemir, 2009] 1. Dişin formasyona batması 2. Formasyonun tek eksenli basınç dayanımının yenilmesi 3. Tek eksenli basınç dayanımının yenilmesi ile kayma gerilmesi oluşması 4. Kayada krater oluşumu ve delme işleminin gerçekleşmesi

31 Sondajı Etkileyen Faktörler 21 Formasyonun parçalanması için gerekli olan enerji dişe gelen yüke, dişin formasyona çarpma hızına ve formasyon üzerinde kalma süresine bağlı olduğu için dişlerarası açıklığı fazla olan matkaplarda delme işi daha hızlı olur. Çünkü, dişler yüzeye daha hızlı çarparlar ve çarptıkları yüzeyde kalma süreleri daha fazladır [Özdemir, 2009] Elmaslı matkapların kaya delme mekanizmaları Elmaslı matkapların delme işlemini gerçekleştirebilmesi için, üzerlerine bir yük (baskı) uygulanması ve matkabın ekseni etrafında döndürülmesi gerekmektedir. Delme işlemi, matkabın baskı altında döndürülmesi sonucunda oluşan makaslama kuvvetinin kayacı plastik deformasyona uğratması ile gerçekleşmektedir. Bu makaslama kuvveti, matkap üzerine uygulanan baskı ve dönme işlevlerinin bileşkesidir [Heinz, 1985]. Şekil 3.14 de görüldüğü gibi, elmaslı matkabın verimli bir delme operasyonu yapabilmesi için bu baskı ve döndürme kuvvetleri arasındaki ilişkinin iyi bir şekilde ayarlanması gereklidir. Delme olayının anlaşılabilmesi için, matkabın kesme yüzeyinin iyi bir şekilde incelenmesi gereklidir. Matkabın kayayı delme yeteneği, kayanın sertliği ve dayanımına bağlıdır [Özdemir, 2009]. Şekil Delme işleminde kuvvetler dengesi [Sunay, 1966] Elmaslı matkapların başlıca 3 ana kaya delme mekanizması bulunmaktadır. Bunlar [Heinz, 1985];

32 22 Sondajı Etkileyen Faktörler 1. Yontma 2. Basınçla gevşetme 3. Kazıma ve aşındırma Yontma Yumuşak kayalarda elmas tanesi (taş), kaya ile temas ettiğinde kaya üzerinde yeterli derinlikte ve yerel bir makaslama gerilmesi oluşturur. Elmas tanesi, baskı altında döndürüldüğünde tarla sürmede kullanılan pulluğun oluk açması gibi kayada bir oluk oluşturur. Bu aşamada, normal yük kesme yükünden daha fazladır. Elmas taneleri matrise, birinin açtığı oluğu arkadan gelen tanenin derinleştirmesini sağlayacak şekilde yerleştirildikleri için bu işlemler sonucunda kayanın delinmesi sağlanır (Şekil 3.15A). Basınçla gevşetme Delinen kayanın basınç dayanımının yüksek olduğu ve her elmas tanesine delmeyi sağlayacak yeterli miktarda baskının verilmediği durumlarda, elmas tanesinin kayayı kesmesi kayada basınçla gevşeme şeklinde olur. Kesme sırasında bir elmas tanesi, kaya üzerinde bir noktadan geçerken tanenin izi basınç gevşemesi sebebiyle kayada çatlama oluşur. Ardarda ve yan yana gelen tanelerin oluşturacakları izlerin artması ve derinleşmesiyle delme işlemi gerçekleşir. Yüksek kapasiteli sondaj makinalarında, yumuşak kaya matkapları kullanıldığında basınç gevşemesi nedeniyle yerel yenilmeler oluşturularak delme işlemi gerçekleştirilir. Kaya yüzeyinde, yaklaşık mikron derinliğinde çatlaklar oluşur. Dönme işleminin etkisiyle elmas tanesi kaya yüzeyini tahrip etmeden geçmemektedir (Şekil 3.15B). Kazıma ve aşındırma Kazıma ve aşındırma şeklindeki delme işlemi genellikle çok sert kayalarda ve çok yüksek dönme hızlarıyla birlikte çalışıldığında oluşmaktadır. Kazıma ve aşındırma mekanizması, kayanın basınçla gevşetilmesine benzemektedir.

33 Sondajı Etkileyen Faktörler 23 Elmas tanesi fazla miktarda parçalanmış bir bölgeyi çapraz olarak geçtiğinde, kesme derinliğinin çatlak derinliğine oranla çok küçük olduğu gözlenmektedir. Üç delme işleminde de bahsedildiği gibi, delme işleminde kayanın yenilmesi karmaşık bir işlemdir. Yontma tipi kesme ve basınçla gevşetme mekanizması yumuşak kayalar dışındaki bütün kayaçlarda etkili olup, birbirine benzemektedir. İlk olarak basınç gevşemesi nedeniyle çatlak oluşmakta ve çatlak büyüdüğünde kırıntılar kopmaktadır. Bununla birlikte, her seferde elmas tanesi belirli bir bölge üzerinden geçerken kayacı ezmekte ve bu ezilme işlemi kayanın alt yüzeyine de yansımaktadır (Şekil 3.15C). Delme işleminde hangi mekanizmanın gerçekleştiği, elmas tanesi cinsine, kayanın tane boyutu, sertliğine ve tek eksenli basınç dayanımına bağlıdır. Çatlak yayılma şekli, muhtemelen kayanın tane boyutunun bir işlevidir. Şekil Elmaslı matkapların delme mekanizmaları [Heinz, 1985]

34 24 Sondajı Etkileyen Faktörler PDC matkapların kaya delme mekanizmaları PDC matkaplarda, dişlerin kayayı kesmesi esnasında değişik safhalar vardır (Şekil 3.16). İlk aşamada, matkap dişleri ile kaya üzerinde bir makaslama kuvveti oluşturulur (Şekil 3.17). Bu makaslama kuvveti, kayacın dayanımı yenilinceye kadar artmaya devam eder ve bu esnada kırılma olmaz. Kayanın dayanımından fazla bir makaslama kuvveti uygulandığında kay a- dan parçalar kopar ve kuvvette bir düşüş olur. Böylece bir döngü tamamlanmış olur. Bundan sonra dişler serbest yüzeyde batmaya başlar. Şekil 3.18 de makaslama ve baskı (yük) düzleminin PDC kesici elemanı ile ilişkisi görülmektedir. PDC matkaplar birincil olarak makaslama hareketleriyle kayayı kesmekte olup, diğer matkaplar (örneğin taşlı, elmas ve emprenye elmas) kayayı kırma ve ezme olayları ile delmektedir (Şekil 3.19). Şekil PDC matkapların delme mekanizması [Ersoy, 2008] Şekil PDC kesici elemanlarının kayayı sıkıştırma veya baskı kuvvetlerinden ziyade makaslama mekanizması ile parçalaması [Ersoy, 2008]

35 Sondajı Etkileyen Faktörler 25 Şekil Makaslama ve baskı (yük) düzleminin PDC kesici elemanı ile ilişkisi [Ersoy, 2008] PDC matkapları kayayı makaslama hareketi ile keserek parçalamaktadır. Diğer matkaplar, örneğin elmas ve konili matkaplar kayayı kırarak, sıkıştırarak ve öğüterek parçalamaktadır. Makaslama hareketi ile kesme işlemi, sıkıştırma, kırma ve ezme işleminden daha az enerji tüketmektedir. Böylece sondajda, PDC matkaplarında daha az matkap baskısı uygulanmaktadır.

36 4. SONDAJI ETKİLEYEN FAKTÖRLER Sondaj işlemi, birçok faktörden etkilenen karmaşık bir olaydır. Matkap türü ve çapı, dönme hızı, baskı kuvveti, tork ve dolaşım sıvısı kontrol edilebilen parametrelerdir. Diğer yandan kayanın fizikomekanik özellikleri ve jeolojik koşullar (süreksizlikler, tabakalanma durumları, tane boyutu, matriks yapısı, gözeneklilik, çimentolanma derecesi ve aşındırıcı mineral oranı gibi) kontrol edilemeyen faktörler kaya delinebilirliğinde etkili olmaktadır. Sondaj birçok faktörce etkilenen karmaşık bir işlemdir. Bunlardan en önemlileri [Karanam ve Misra, 1998]; a. Matkap tipi ve geometrisi b. Uygulanan baskı ve dönme hızı c. Hava veya çamur püskürtmesi yapılan ortam ve püskürtme hızı d. Kaya özellikleri Bunlardan (a) ve (c) kontrol edilebilir sondaj parametreleriyken, (d) kontrol edilebilir bir parametre değildir. Sondaj yöntemlerinin performansı genelde kayaçların delinebilirliği ile ifade edilir. Bu, belirlenen bir kayaçta delmenin tahmini veya gerçek hızı olarak tanımlanır. Döner veya döner-darbeli sondaj yöntemlerinde, delinebilirlik indeksi, bu özelliğin bağıl kanıtı olarak göz önüne alınır. Delme indeksi, kullanışlı bir parametredir ve uygun sondaj tekniğini belirlemeye yardımcı olur. Yani, ortalama bir sondaj sonucu elde etmek için, döner sondaj veya döner-darbeli sondaj yöntemi kullanmak gibi. Aynı zamanda, delme işleminin standartlarını oluşturmada ve yapılan işin maliyetini ölçmede kullanılmaktadır. Ayrıca, tijlerin ve matkabın ortalama ömrünü belirlemeye de yardımcı olur. Kayacın delinebilirliğinin bilinmesi, sondaj matkap ve makinelerin üretiminin yapılması ve diğer mekanizmalar için büyük önem taşır. Kaya delinebilirliğinde kontrol edilemeyen parametrelerin belirlenmesi (kaya özelliklerinin), sondaj çalışmasında kullanılacak delme yöntemi, matkap türü, matkap dönme hızı, matkap üzerine uygulanacak yük miktarı, delme dizisi niteliği, pompa türü, dolaşım sıvısı /hava hızı ve hacmi, personel vb. gibi kontrol edilebilen parametrelerin en iyi şekilde seçilebilmesine (tasarım aşamasında) imkan vermektedir. Ayrıca elde edilen veriler maliyet tahminlerinde ve sondaj çalışma sürelerinin planlanmasında kullanılabilecektir. 26

37 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Kayaların Jeolojik ve Mühendislik Özellikleri Kaya delinebilirliği üzerinde etkili olan jeolojik ve mühendislik özellikleri, dokusal özellikler, fiziksel ve mühendislik özellikleri olmak üzere iki grup altında toplanabilir [Özdemir, 2007] Dokusal özellikler Kayalar genel olarak, volkanik, sedimanter ve metamorfik olmak üzere 3 e ayrılırlar. Kaya malzemelerinin davranışları, yapılarını oluşturan minerallerin ve mineral taneleri arasındaki matriks malzemesinin özelliğine bağlı olarak farklılık arz etmektedir. Kayaların dokusal özellikleri de, kaya malzemesini oluşturan mineral taneleri ve matrikse bağlı olarak farklılıklar gösterir. Çizelge 4.1 de kayaların dokularına göre sınıflandırılması Goodman (1989) tarafından gerçekleştirilen çalışmadan alınarak verilmiştir. Kaya dokusu, Williams ve diğ. (1982) tarafından, kristalleşme derecesi, tane büyüklüğü veya taneleşme ve kayayı oluşturan bileşenler arasındaki yapı veya geometrik ilişkiler olarak tanımlanmıştır. Bunun yanında, Howarth ve Rowlands (1987) ise, taneler arası ilişkiler ve tanelerin geometrik özellikleri olarak tanımlamışlardır. Bu tanımlamalardan hareket ederek, kaya dokusunun, kaya malzemesini oluşturan tanelerin birbirilerine bağlanmalarının sağlanabildiği ortamlar olarak tanımlamak mümkündür.

38 28 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Çizelge 4.1 Kayaların dokularına göre sınıflandırılması [Goodman, 1989]

39 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 29 Kayaların dokusal özelliklerinin tespitinde, kaya dokusunu oluşturan tanelerin geometrik özelliklerinin, ince kesitlerden alınan mikroskop görüntüleri ile tanımlanması gerekmektedir. Bu geometrik özellikler ise şu şekilde özetlenebilir; tane şekli, açısı, tanelerin birbirine bağlanma derecesi, tanenin özelliklerinin birbiriyle olan ilişkisi ve matriksin büyüklüğü. Kayaların dokusal özelliklerini belirleme konusunda Howarth ve Rowlands (1987) tarafından gerçekleştirilen çalışma son derece önemlidir. Bu çalışmada araştırmacılar, dokuyu oluşturan tanelerin şekilsel özelliklerinden faydalanarak doku katsayısı (TC) kavramını öne sürmüşlerdir. Bu durum kayaların dokusal özelliklerinin sayısallaştırılmasını sağlamış ve bu sayede kayaların mekanik özellikleri, fiziksel özellikleri ile dokusal özellikleri arasında bir ilişkinin var olup olmadığı konusunda araştırmalar yapmak mümkün olmuştur. Bunun yanında kayaların minerolojik, dayanım ve benzeri özellikleri ve TC arasındaki ilişkiler farklı araştırmacılar tarafından araştırılmış ve sonuçlar değerlendirilmiştir. Howarth ve Rowlands (1987) gerçekleştirmiş oldukları çalışma ile TC kavramını öne sürmenin yanında, kayaların tek eksenli basınç dayanımları, çekme dayanımları, elastik modülleri ve sondaj ilerleme hızları ile dokusal özellikler arasındaki ilişkileri araştırmışlardır. Yapılan çalışmalar sonucunda, özellikle sondaj ilerleme hızı ile TC arasında son derece yüksek bir korelasyon bulunmuştur. Bunun yanında, tek eksenli basınç dayanımı ve çekme dayanımı ile TC arasında da önemli korelasyona sahip ilişkiler bulunmuştur. Özellikle sert kaya grubuna ait kayalar üzerinde yapılan araştırmalar, TC ile çekme ve basınç dayanımları arasında son derece önemli ilişkilerin olduğunu göstermektedir. Kaya dokusu ve tane boyu, delinebilirliği etkileyen faktörlerden biridir. Tane boyları ince ve doku kompakt (yoğun) olduğu zaman delinebilirlik düşmektedir. İri tane boyuna ve daha gözenekli dokuya sahip kaya türlerinde ise delinebilirlik yüksektir. Tane şekli, delme hızı üzerinde etkili bir özelliktir. Köşeli taneli kayalarda yapılan ilerleme miktarı, yuvarlak taneli kayalarda yapılan ilerleme miktarından daha azdır. Ayrıca, köşeli tane içeren kayalarda, matkap aşınma miktarı da fazladır. Çizelge 4.2 de doku ve tane boyutuna göre delinme hızları verilmiştir.

40 30 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Çizelge 4.2. Doku ve tane boyu ile delinme hızı arasındaki ilişki [Wilbur, 1982] Fiziksel ve mühendislik özellikleri Kayaçların fiziksel özellikleri olarak anılan özellikleri, bir kayayı diğer kayalardan farklı kılan ve kayanın yapısına bağlı olarak değişen özelliklerin toplamı olarak tanımlanabilir. Bu özellikler kayanın oluşumuna ve doku ve bileşen kompozisyonuna bağlı olarak farklılık arz etmekte olup, kaya malzemesinin tanımlanmasında önemli roller üstlenmektedir. Mekanik özellikler ise, kaya malzemesinin dinamik ve statik yükler altındaki davranış modellerini temsil eden özellikler olarak sınıflandırılabilir. Mekanik özelliklerin tayini gerek laboratuar gerekse arazide gerçekleştirilen deneyler ile elde edilir. Delinebilirlik özellikleri ise, kaya yapılarında açılacak sondaj, tünel, galeri, kuyu ve benzeri yapıların açılması esnasında kaya malzemelerin delme işlemlerine ne derece direnç göstereceğinin anlaşılabilmesini tespit eden özelliklerdir. Bunun yanında kaya malzemelerin delinebilirliği, delme işlemini gerçekleştirecek olan makinelerin performansları üzerinde de etkili olmaktadır. Bu sebepten dolayı, makine performanslarını temsil eden parametrelerde kayaların delinebilirlik özellikleri ile birlikte değerlendirilebilir. Bir kayacın delinebilirliğinde incelenen önemli fiziksel ve mühendislik özellikleri; yoğunluk, birim hacim ağırlık, gözeneklilik (porozite), su emme, doluluk ve boşluk oranı, dayanım, sertlik, aşındırıcılık vb. dir.

41 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 31 Yoğunluk ve birim hacim ağırlık Yoğunluk (p) ve birim hacim ağırlığı (y) kayaların birim hacimlerinin ağırlığını vermesi açısından son derece önemlidir. Birim hacim ağırlık deneylerinin yanında delinebilirliğe etkisinden dolayı gözeneklilik (porozite) ve buna bağlı boşluk hacmi ve boşluk oranlarının hesaplanmasında fayda vardır. Kayadaki gözeneklilik artışı, kaya dayanımının azalmasına neden olmaktadır. Yüksek gözenekli kayaların delinebilirliği yüksektir. Süreksizliklerin durumu, kırıklar ve çatlaklar Kaya kütlesinin genel yapısı delme işleminin etkinliğinde önemli rol oynar. Kaya kütlesinin yapısı ile kaya delinebilirliği arasında önemli bir ilişki vardır. Eklemli kaya yapılarında sondaj yapmak, sağlam kaya yapılarına oranla çok daha zordur. Aşırı eklemli, süreksizlik araları açık bölgelerde sondaj yapmak beraberinde birçok sorun getirmektedir. Bu formasyonlarda, sondaj işlemi sırasında matkabın sıkışması delinebilirliğin düşmesi açısından en büyük etkendir. Eklem sistemlerindeki en önemli karakteristik özellik, süreksizlikler arasındaki mesafedir. Kayanın delinebilirliği, bu mesafeye bağlıdır. Süreksizlikler arası mesafe, kaya kütlelerinin kalitelerinin sınıflandırılmasında kullanılan önemli bir parametredir. Bu mesafe azaldıkça, delme ortamının sürekliliği de azalacak, bunun sonucunda, delinebilirlikte azalacaktır. Yapılan araştırmalarda elde edilen sonuçlara göre, 1 metre ve üzerindeki süreksizlikler arasındaki mesafelerde, delme işlemi daha etkili olmaktadır. 50 cm ve altındaki mesafelerde ise, delinebilirlik çok düşüktür [Hoseinie, 2008]. Delinebilirliğe etki eden süreksizlikler ile ilgili bir diğer önemli özellikte, süreksizliklerin açıklıkları ve bu açıklıkları dolduran dolgu malzemesinin varlığıdır. Arası kapalı çatlarlar veya eklemlerin olduğu durumların, delinebilirlik üzerine çokta olumsuz bir etkisi yoktur. Açık eklemlerin bulunması, matkabın eksenden sapmasına, temizlik elemanlarının (basınçlı hava, su vb.) buralardan kaçmasına ve matkabın kilitlenmesine neden olmaktadır. Süreksizlikleri dolduran dolgu malzemesi ana kayadan daha yumuşaksa, matkap bu süreksizlikler boyunca ilerlemek isteyeceğinden, delinebilirlik azalacaktır. Tam tersi durumlarda ise, delinebilirlik etkilenmeyecektir. Kısacası, süreksizlik dolgu malzemesinin delme işlemi yapılan kayadan daha sert veya aynı sertlikte olması delinebilirliğe olumsuz bir etki yapmayacaktır. Yapılan araştırmalarda, daha küçük yapılı dolgu malzemelerinin olduğu süreksizliklerde delinebilirliğin olumsuz yönde etkilendiği görülmüştür. Bu gibi durumlarda, delik dibindeki ufalanmış kayanın dışarı çıkması zorlaşmaktadır ve sonuçta yine delinebilirlik olumsuz yönde etkilenmektedir [Wilbur, 1982].

42 32 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Eklemlerin eğimi de delinebilirliği etkileyen faktörlerdendir. Eklemler sondajın sapmasına ve bunun sonucunda delme yükü ile delinme performansı olumsuz yönde etkilenmektedir. Dolgu malzemesi ile dolmuş eklem takımlarında eğime bağlı olarak delme işlemi sırasında ve sonrasında, kuyu içerisine dolabilir bu durumda matkabın sıkışmasına neden olabilir. Sondaj yönü ile eklem yüzeyi arasındaki açı artar ise, delinebilirlik kolaylaşabilir [Wilbur, 1982]. Çizelge 4.3 de kaya formasyonu ile delinme durumu arasındaki ilişki verilmiştir. Süreksizliklerin içerisinde daha küçük boyutlu kırık ve çatlaklarıda (mikroçatlak) sayabiliriz. Delinebilirlik tanımında kırıklar, bir çekiç darbesi ile kayacın nasıl kırılacağını ifade eder. Masif kırıksız kayalar daha yavaş delinirken, dayanımı düşük kayalar daha hızlı delinmektedir [Wilbur, 1982]. Çizelge 4.4 de kırılma şekline göre delinme durumu verilmiştir. Çizelge 4.3. Kaya formasyonu ile delinme durumu arasındaki ilişki [Wilbur, 1982]

43 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 33 Çizelge 4.4. Kırılma şekline göre delinme durumu [Wilbur, 1982] Tek eksenli basınç dayanımı Kayaların dayanım özellikleri, yaygın olarak dünyanın her tarafında standart olarak elde edilebilir olduklarından uzun zaman delinebilirlik ölçütü olarak kullanılmışlardır. Fakat tek eksenli basınç dayanımı kayacın aşındırıcılık, kırılganlık ve süreksizlik gibi özellikleri hakkında bir fikir vermemektedir. Dayanım, delinebilirliği etkileyen en önemli unsurlardan birisidir. Bu nedenle matkap çalışma koşulları, kaya dayanımlarına göre saptanmalıdır. Aksi takdirde, matkap çok kısa sürede ömrünü tamamlayacaktır. Kayanın tek eksenli basınç dayanımı arttıkça kaya delinebilirliği azalmaktadır. Kaya delinebilirliği çalışmalarında, kayaların dayanım özellikleri tek eksenli basınç, tek eksenli çekme (Brazilian) ve nokta yük deneyleri yapılmak suretiyle belirlenmektedir. Nokta yük dayanım testi, kayaların dayanımlarına göre sınıflandırılmasında ve anizotropilerinin belirlenmesinde yaygın olarak kullanılan bir indeks deneydir. Tek eksenli basınç dayanımı, kayaçların en önemli mühendislik özelliğidir. Tek eksenli basınç dayanımı birçok kayaç sınıflama sisteminde kullanılan en önemli parametredir. Çünkü kayacı oluşturan malzemenin sağlamlığı, genel kaya kütlesinin dayanımını arttırmaktadır. Tek eksenli basınç dayanımını etkilen önemli faktörlerin başında; kayacı oluşturan mineraller ve dağılımları, mikro çatlaklar, porozite, yoğunluk, elastisite v.b. gelmektedir. Düşük poroziteli kayaçlar genelde yüksek yoğunluk değerlerinde olmakla birlikte, yüksek basınç dayanımları, düşük yoğunluk değerli kayaçlar düşük basınç dayanımı vermektedir. Çizelge 4.5 de tek eksenli basınç dayanımlarına göre kayaların sınıflandırılması verilmiştir.

44 34 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Çizelge 4.5. Tek eksenli basınç dayanımlarına göre kayaların sınıflandırılması [ISRM, 1978] Kaya numunelerinde basınç dayanımı, üzerine uygulanan basınç kuvvetine karşı, kayaların kırılmadan önceki dayanma yeteneği olarak tanımlanır. Kısacası, kayaçların kırılmaya karşı gösterdikleri dirençtir. Düzgün geometrik şekilli numunelerin basınç dayanımlarının bulunmasında kullanılan en yaygın yöntemdir. Tek eksenli basınç dayanımı deneyleri ile birlikte deformasyon deneyi de yapılabilir. Deformasyon, delinebilirlik çalışmalarında kayacın davranışını kavrayabilmek açısından önemlidir. Deformasyon deneyi ile bulunabilecek bir diğer kavram ise spesifik tahrip enerjisi (Destruction Specific Energy, SEDES) kavramıdır. Delinebilirlik kavramına referans olabilecek bir kavram olan spesifik tahrip enerjisi (SE DES), deformasyon deneyi sonunda elde edilen a - e grafiğinin altında kalan alan olarak hesaplanır. Daha açık ifadeler ile tanımlamak gerekirse, kaya içinde yeni yüzeyler veya yeni çatlaklar için gereken enerji miktarıdır. Birimi genellikle kj/m 3 olarak ifade edilir [Ersoy, 2003]. Şekil 4.1 de gerilme-deformasyon eğrisine bağlı spesifik tahrip enerjisi grafiği verilmiştir. Şekil 4.1. Gerilme-deformasyon eğrisine bağlı spesifik tahrip enerjisi grafiği [Ersoy, 2003]

45 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 35 Sertlik Bir kayacın sertliği, kayanın minerallerini bir arada tutan bağ kuvveti dolayısıyla çizilmeye karşı gösterdiği dirençtir. Sertlik belirlemede, Mohs sertliği, Shore Scoleroscope indeksi, Schmidt çekici sertliği indeksi ve NBC koni delici sertliği, darbe dayanım indeksleri kullanılmaktadır. Mohs Sertlik Skalası (Çizelge 4.6 ve Çizelge 4.7) Avustralyalı mineralog Friedrich Mohs ( ) tarafından 1824 yılında önerilmiştir. Çizelge 4.6. Mohs sertlik değerleri [NAST, 1955] Mineral Sertlik Elmas 10 Korindon 9 Topaz 8 Kuvars 7 Feldspat 6 Apatit 5 Fluorit 4 Kalsit 3 Jips 2 Talk 1 Çizelge 4.7. Mohs sertlik değerlerine göre kayaların sınıflaması [Hoseinie, 2008]

46 36 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Shore Skeleroskopu ile yüzey sertliğinin ölçülmesi Bu yöntemde, belirli bir ağırlığa (~ 2,40 gr) sahip elmas veya sertleştirilmiş metal uçlu bir çekice, sabit bir (~ 25 cm) yükseklikten yatay durumda konumlandırılmış bir numune üzerinde serbest düşme yaptırılır. Bu çekiç, örneğin yapısına göre enerjisinin bir kısmını yüzeyde deformasyon oluşturacak şekilde numuneye aktarır kalan enerjisi ile de numune üzerinden zıplamaktadır. Çekicin zıplama yüksekliği, skeleroskobun kadranından okunmaktadır (Şekil 4.2). Numunelerin pratikte her noktada homojen bir yapı göstermeyeceği düşünülerek numunelerden en az 20 okuma yapılmaktadır. Bunun için numune yüzeyleri 5 mm aralıklara bölünerek numune yüzeyinin farklı noktalarından ölçümler yapılmaktadır. Ölçüm yapılacak numunelerin, en az 10 cm 2 yüzey alanına ve 1 cm kalınlığa sahip olması gerekmektedir [Karpuz ve Hindistanlı, 2006]. Shore sertlik değeri, yapılan ölçümlerin ortalaması olarak kabul edilmektedir. Resim 4.1. Shore skeleroskop aleti Delinebilirlik için uygun sertlik ölçümü, Shore Skeleroscope sertliğidir. Çünkü; Shore sertliği tane boyutu ve şeklini, tanelerin birbiriyle bağlanma oranı ve türü gibi kaya niteliklerini örneklemekte yani ölçümlerinde bu özellikleri yansıtmaktadır [Ersoy, 1998].

47 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 37 Aşındırıcılık Kayaların aşındırıcılığı, delme faaliyetlerinde önemli bir rol oynamaktadır. Kayanın aşındırıcılık özelliklerinin artması genel olarak, delme hızını düşürmekte ve buna bağlı olarak maliyetleri de olumsuz yönde etkilemektedir. Bu nedenle, son yıllarda kayaların aşındırıcılıklarının önceden belirlenmesine yönelik çalışmalar hız kazanmıştır. Bu çalışmaların genellikle kuvars miktarı, kuvars tane çapı, çimentolanma maddesinin sağlamlığı, aşındırıcı minerallerin geometrisi ve kayanın mekanik dayanımı üzerinde yoğunlaştırmış oldukları dikkati çekmektedir. Kayaların aşındırıcılığının ölçümü için ileri sürülen yöntemler Petrolojik Yöntemler ve Mekanik Yöntemler olmak üzere ikiye ayrılır [West, 1981]. Petrolojik yöntemler Petrolojik yöntemler, kayanın mineralojik bileşiminin sayısal tahminine ve kayanın içerdiği minerallerin sertliklerinin bilinen değerleri ile bunun kombine edilmesine bağlıdır. Kaya sertliğini belirlemede Mohs Sertlik Skalası ve Rosiwall Sertlik Skalası olmak üzere 2 tür yöntem kullanılmaktadır. Her iki yöntemde de mineralojik bileşim, kayanın bir örneğinin ince kesitlerinin petrolojik incelenmesiyle veya kaya 0.1 mm den daha küçük taneler içerirse X- ışınları difraksiyonu analizi ile belirlenmektedir. Her mineralin kaya içerisindeki oranı ile o mineralin sertliği çarpılmakta ve tüm kaya için sayısal bir değer vermek için bulunan değerler toplanmaktadır. Ortalama Sertlik olarak tanımlanan bu değer, kayanın aşındırıcılığının bir ölçüsü olarak kullanılmaktadır. Mohs sertlik skalasını kullanan yöntem Bu yöntemde, kayaların ortalama sertliğini belirleyebilmek için öncelikle kaya içerisindeki minerallerin hacimce yüzdeleri bulunmaktadır. Daha sonra kaya içerisindeki her mineralin Mohs sertlik skalasına göre sahip oldukları sertlik değeri ile hacimce oranları çarpıldıktan sonra bulunan değerler toplanmakta ve elde edilen sonuç kayanın ortalama sertliğini vermektedir. Mohs skalasını kullanan petrolojik yöntemin bazı örnekleri Çizelge 4.8 de verilmiştir. Çizelgede görülen kayaların aşındırıcılıklarına göre azalan bir sıra ile kumtaşı, granit, çamurtaşı ve kireçtaşı şeklinde sıralanmaktadırlar. Mohs sertlik skalasını kullanan yöntemin bir dezavantajı, sertlik numaralarını bildiğimiz şekilde sıralamanın yerine, miktarsal ölçümler şeklinde ele almasıdır. Mohs sertlik skalası; daha sert mineralin daha yumuşak olanı çizme yeteneğine dayalı bir sertlik skalasıdır. Bu skalanın kayalara değil sadece minerallere uygulanabilmesi önemli bir dezavantajdır [West, 1981].

48 38 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Çizelge 4.8. Mohs sertlik skalasını kullanan yönteme göre bazı kayaların aşındırıcılık - ortalama sertlikleri [West, 1981] Rosiwall sertlik skalasını kullanan yöntem Rosiwall sertlik skalası; standart aşındırıcı bir tozla muamele edilen minerallerin karakteristiğine dayalı bir sertlik skalasıdır. Mohs sertlik skalasında sertlik numaralarının miktarsal ölçümler şeklinde ele alınmasıyla ortaya çıkan dezavantaj, korindon la (zımparayla) ilişkili minerallerin sertliğini miktarsal olarak ifade eden Rosiwall skalasının kullanımı ile ortadan kaldırılmıştır (Çizelge 4.9). Dört farklı kaya için Çizelge 4.10 da örnekler verilmiştir. Kayalar bu skalaya göre, azalan bir şekilde kumtaşı, çamurtaşı, granit ve kireçtaşı şeklinde sıralanmıştır. Sıralanma, Mohs skalasını kullanan yöntemde verildiği gibi bütünüyle aynı değildir. Aşındırıcılığın bir ölçütü olan kuvars içeriğine göre bir sıralama yapılacak olursa, kayaların Rosiwall ın sertlik skalasını kullanan yöntem tarafından verildiği gibi aynı sırada sıralandığı görülebilir. Kuvars, Rosiwall ın skalasında kayayı oluşturan diğer minerallerden daha fazla aşındırıcıdır. Mohs skalası gibi, Rosiwall skalası da sadece minerallere uygulanabilmektedir. Aşındırıcılığın ölçütü ortalama sertlik te, tane boyu, köşeli olma durumu ve kayaçtaki minerallerin bağlantısının sağlamlığı gibi faktörler her iki yöntemde de hesaba katılmamıştır [West, 1981].

49 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 39 Çizelge 4.9. Rosiwall sertlik skalası Mineral Sertlik Elmas Korindon 1000 Topaz 175 Kuvars 120 Feldspat 37 Apatit 6.5 Fluorit 5 Kalsit 4.5 Jips 0.25 Talk 0.03 Çizelge Rosiwall sertlik skalasını kullanan yönteme göre bazı kayaların aşındırıcılık - ortalama sertlikleri [West, 1981] Kuvars içeriği Kuvars içeriği ya ince kesitlerden veya X-ışınları difraksiyonu ile belirlenir ve bazen kaya aşındırıcılığının bir ölçütü olarak kullanılır. Bu yöntemin

50 40 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi avantajı, tam bir mineralojik analiz yapmaktansa, sadece kuvars içeriğini ölçmenin çok daha çabuk ve basit olmasıdır. Bu yöntemin dezavantajları ise, tek bir minerale aşındırıcılık belirlenmesi ve tane boyutu, tane şekli ve taneler arası bağlantının sağlamlığı gibi faktörlerin hesaba katılmamış olmasıdır. Mc Feath Smith [West, 1981] kayaların aşındırıcılık özelliklerini açıklamak için kuvars içeriğinin yalnız başına yeterli olmadığını belirtmiştir. Eğer kaya ince taneli malzeme içerirse (0.1 mm den küçük taneler), ince kesitleri inceleyerek kuvars tanelerini teşhis etmenin zorluğundan dolayı kuvars içeriği gerçek değerinden daha az olarak tahmin edilebilmektedir. Bu nedenle, ince taneler içeren kayalarda X-ışınları difraksiyonu yöntemi tercih edilmektedir. Schimazek aşınma indeksi Schimazek ve Knatz [West, 1981], kayaların petrografik analizlerine dayanarak bir aşınma indeksi geliştirmişlerdir. Aşınma indeksi şu bağıntıdan elde edilir. F = Q.d.t Burada; F : Aşınma indeksi (N/mm), Q : Kayanın kuvars içeriği (%), d : Ortalama kuvars tane boyutu (mm), t : Kayanın çekme dayanımı (N/mm 2 ) Eğer kuvars tane boyutu mm den küçükse d = mm kabul edilir, zira bu değerin altındaki taneler keski aşınmasını etkilememektedir [West, 1981]. Bağıntı incelendiğinde, kayanın kuvars içeriği bağıntıda çarpan durumundadır. Çok yüksek dayanıma sahip bir kaya aynı zamanda sıfıra çok yakın bir değerde kuvars içerirse, bu eşitliğe göre kayanın aşınma indeksinin çok düşük olduğu neticesine varılır. Dolayısıyla, bu tür kayalarda yapılacak kazı esnasında galeri açma makinasının keski sarfiyatının düşük olacağı ve yapılan kazının ekonomik olacağı düşünülebilir. Ancak, keski aşınmasına sebep olan faktörlerden en önemlileri kayanın mekanik dayanımı ve kuvars içeriği olmasına rağmen, kuvars içeriği sıfıra yakın olduğu zaman kayanın mekanik dayanımı hiç dikkate alınmamış olur. Yani kayanın kuvars içeriği sıfıra yakın olduğu zaman aşınma indeksi, kayanın mekanik dayanımı ne olursa olsun sıfır değerindeymiş gibi gözükür. Halbuki, kuvars içermeyen ve çok yüksek dayanıma sahip kayalar da önemli ölçüde keski aşınmasına neden olabilmektedir. Bu nedenle, dayanım faktörüne kuvars içeriği veya aşındırıcılık faktörünün ilave edilmesiyle elde edilecek olan bağıntının daha umut verici olabileceği önerilmektedir [West, 1981].

51 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 41 Silika içeriği Kayaların silika (SiO 2) içeriğinin, kayaların aşındırıcılığının bir ölçütü olabileceği önerilmektedir. Silika içeriği, kayacın toz haline getirilmiş bir örneğinin kimyasal analizi ile belirlenir. Bir kayanın silika içeriği, kayada sadece ne kadar kuvars olduğunu değil aynı zamanda feldspat, mika ve kil mineralleri gibi silikat minerallerinin miktarını da yansıtmaktadır. Çizelge 2.12 de bazı yaygın kaya tiplerinin kuvars ve silika içerikleri verilmiştir. Mineral taneleri arasındaki bağlantının sağlamlığı, tanelerin boyutu ve köşeli olma durumları gibi faktörler daha önce anlatılan yöntemlerde olduğu gibi burada da dikkate alınmamaktadır. Eğer, kayada aşındırıcı mineral olarak kuvars hakimse o zaman kuvars içeriği silika içeriğinden daha iyi bir aşındırıcılık ölçütü olacaktır [West, 1981]. Silika içeriği ve kuvars içeriği terimleri bazen karıştırılmakta ve yanlış kullanılmaktadır [West, 1981]. Kuvars oranı, kayadaki saf serbest silikat oranı olup, mikroskop altında ince kesitten veya X-ışınları yöntemi ile tespit edilmektedir. Toplam silikat oranını ise serbest saf kuvars oranı ve diğer silikat minerallerinin silisyum oranı (olivin, piroksen, amfibol, kil, feldispat, epidot, mika vb.) oluşturmaktadır. Bu içerik kimyasal analiz yöntemi ile saptanmaktadır [Ersoy, 1998]. Çizelge Bazı yaygın kaya tiplerinin kuvars ve silika içerikleri [West, 1981] Mekanik yöntemler Kaya aşındırıcılığının ölçülmesi için birçok mekanik deney bulunmaktadır. Bu deneylerden kaya delinebilirliğinde kullanılanları ilerleyen bölümlerde açıklanmıştır.

52 42 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Keski aşınma deneyi Deneyde özel olarak yapılmış bir keski tutucusu tarafından tutulan bir keski kullanılır [West, 1981]. Deneyin avantajı, tünel açma makinalarında kullanılan keskilerle aynı malzemeden yapılan ve benzer şekildeki keskilerle kayanın karot örneği üzerinde yapılabilmesidir. Cerchar deneyi Koniklik açısı 90 olan keskin bir çelik uç, 7 kgf lik bir yük altında uygun boyuttaki (30 mm 3 ) mengeneye sıkıştırılmış olan kayanın yüzeyine uygulanır (Şekil 4.13). Daha sonra kaya örneğini tutan mengene, hareket ettirme kolunun 10 kez çevrilmesi suretiyle 10 mm yavaşça hareket ettirilir ve bu yerdeğiştirme ölçekten kontrol edilir. Deneyin 1 dakika içinde tamamlanması gerekir. Bu işlemden sonra yük kaldırılır ve çelik uçta meydana gelen aşınma yüzeyi ölçülür. Aşınma yüzeyinin karşıt çapları boyunca 2 ölçüm yapılır. Ortalama değer alınır ve mm deki aşınma yüzeyi çapı 10 la çarpıldıktan sonra kayanın aşındırıcılığı elde edilir. Kayanın aşındırıcılığı için ortalama bir değer verebilmek için kayanın tek bir örneği üzerinde bir kaç ölçümün yapılması gerekir. Her örnek üzerinde yeterli bir sayı olarak belirlenen 5 deney yapılması önerilmektedir [West, 1989] Cerchar indeksini esas alan bir aşındırıcılık sınıflaması Çizelge 4.12 de verilmiştir. Şekil 4.4 de ise, Cerchar indeksi ile Mohs sertlik skalası arasındaki ilişki gösterilmiştir. Bu deney kullanıldığında kaya aşındırıcılığının tane boyutu ile hızlı bir şekilde arttığı gözlenmiştir. Kayaların Cerchar aşınma indeksindeki artışlar, matkabın delme hızını düşürmektedir. Cerchar deney ölçümleri; kayadaki sert ve aşındırıcı minerallerden (toplam silisyum oranı) önemli oranda etkilenmektedir. Mineral sertliği magmatik kayaların Cerchar deney ölçümlerinde, mineral aşındırıcılığı tortul kayaların Cerchar deney ölçümlerinde önemli rol oynamaktadır. Bu nedenle aşınma indeksi ile delinen kayadaki toplam silisyum içeriği arasında iyi bir ilişkilendirme mevcuttur [Ersoy, 1998].

53 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 43 Resim 4.2. Cerchar deney aleti

54 44 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Çizelge Cerchar aşınma indeksi kaya sınıflaması [Sauna ve Peters, 1981] Şekil 4.2. Cerchar deneyi aşındırıcılık değerleri ile mohs sertlik skalası arasındaki ilişki [West, 1989]

55 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 45 Kayaların aşındırıcılık özelliği, kaya ile temas eden matkap gövdesinde ve özellikle matkap dişlerinde oluşan aşınmanın tahmini için göze alınması gereken en önemli parametredir. Bir sondaj işleminde bu özellikler iyi tespit edilerek uygun matkap tipi seçilmelidir. Cerchar Aşınma İndeksi ve Schimazek F Aşınma Faktörü en fazla kullanılan aşınma ölçüm yöntemleridir Sondaj Parametreleri Üç konili matkapların çalışma koşullarını etkileyen faktörler Üç konili matkapların çalışma koşullarını etkileyen faktörler şunlardır [Özdemir, 2007] ; - Formasyon özelliklerine uygun matkap seçimi - Matkaplar üzerine uygulanacak yük (baskı-ağırlık) - Matkap döndürme hızı - Matkap kesintilerinin kuyu dışına atılma hızı Formasyon özelliklerine uygun matkap seçimi Matkaplardan istenilen verimin alınabilmesi için, delinecek formasyonun aşındırıcılık ve tek eksenli basınç dayanımı değerinin bilinmesi gerekmektedir. Bu özelliklerinin bilinmesi, formasyonun delinmesi için kullanılacak en iyi matkabın seçilmesini sağlayacaktır. Çünkü, matkap üretiminde formasyonların delinebilirlik özellikleri dikkate alınmaktadır. Formasyona uygun matkap seçimi Çizelge 4.13 de verilmiştir. IADC kodu ile başlayan (tungsten karbid dişli) matkaplar yüksek delme hızı sağlamak için geliştirilmiştir. En iyi delme hızını sağlayacak yük ve dönme hızı ile delme yapamayacak duruma gelinceye kadar çalıştırılırlar. Ömürleri saat kadardır. Gerekli yük ve dönme hızında çalıştırılmazlarsa istenilen delme hızları elde edilemez. Aynı dönme hızı ve yük ile çalışan farklı IADC kodlu çelik dişli matkapların, ilerleme hızlarında dahi %15-20 farklılıklar olabilmektedir. Problem farklı IADC kodlu matkapların, farklı çalışma şartları için tasarlanmasından kaynaklanmaktadır [Aytekin, 2004].

56 46 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Matkap üzerine uygulanabilecek yük sınırlı ise, işi yapabilecek en yumuşak matkap tipi seçilmelidir (Genel eğilim daha sert matkabın seçilmesi şeklindedir). Aynı seri içerisinde ise en az taban kontağı yapan (en az diş içeren) matkap seçilmelidir. Bu kural uygulanırken, en az sapmalı matkabın seçilmesine dikkat edilmelidir. Sapma miktarı fazla olan matkaplar, düşük yüklerde gevrek formasyonlarda hızlı delgi yapamamakta ve kilitlenmiş bir koni gibi delme hızında düşmeye neden olmaktadırlar. Sapma miktarı küçük olan matkaplar aynı zamanda kuyunun sapma eğilimini azaltmaktadır [Aytekin, 2004]. Gevrek (kırılgan) formasyonlarda, tungsten karbid dişli matkap seçimi çok daha hassastır. Komşu IADC kodlu matkaplar arasında %50 ye varan delme hızı farklılıkları oluşabilmektedir. Aynı seri içerisindeki farklı alt kategori matkapları arasında dahi matkap üzerine uygulanan farklı yüklerde delme maliyeti açısından farklılıklar olabilmektedir metrenin altındaki derinliklerde bazı formasyonlar plastik davrandıkları için, bu tip formasyonların sondajında IADC kodu 7 ve 8 ile başlayan matkaplar kullanılmamaktadır. Bu tip matkaplar kullanıldığında, ilerleme hızı m/saat a kadar düşmektedir. Böyle bir durumda, çelik dişli sapmalı matkaplar kullanılarak delme hızı 3 m/saat e kadar çıkartılabilir [Göktekin, 1991]. Tungsten karbid dişli matkapların fazla yük ve dönme hızında çalıştırılmasının sebebi, tabanda dişlerin oturmadığı ve koparmadığı yüzeyin çelik dişlilere göre %70 fazla olmasıdır. Etkin parçalama için fazla yükleme gerekir. Dişlerarası açıklık çelik dişli matkaplara oranla daha fazla olduğu için parçalanma yüzeyi azdır.

57 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 47 Çizelge Formasyona uygun matkap seçimi [Özdemir ve Haspolat, 2006].

58 48 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Uygun matkap seçimi yapıldıktan sonra kuyuya indirilen matkabın çalışması sırasında, gerekli özen gösterilmelidir. Yeni matkap, kuyu tabanına çöken kırıntıların dışarı atılması ve çarpmalardan dolayı matkaba zara vermemek için döndürülerek ve dolaşım yapılarak kuyu tabanına indirilmelidir. Eğer çaptan düşmüş bir kuyuya yeni bir matkap indirilecek ise, matkabın sıkışmasını önlemek için takım inişinin yavaş ve dikkatli yapılması gerekir. Her matkabın, kuyu tabanında oluşturduğu bir modeli vardır. Yeni matkabın kendi modelini oluşturabilmesi için gerekli olan süre, çekilen matkabın yıpranma derecesine bağlıdır. Normal baskı ve dönme hızı değerleri uygulanmadan önce en az cm ilerleme yapılmalı daha sonra uygun değerlere getirilmelidir. İyi bir kuyu hidroliği ve düşük katı maddeli sondaj akışkanları kullanılması uygun matkap delme hızının oluşması için bir gereksinimdir. Sondaj akışkanı, matkabın temiz kalmasını, yatak ömrünün uzun olmasını ve yüksek delme hızlarına ulaşılmasına yardım etmektedir. Yeterli matkap yükü Sondaj çalışmalarında, delme işleminin gerçekleşmesi için matkap üzerine yük verilmesi gerekir. Bu yük hidrolik olarak veya ağırlık boruları ile sağlanmaktadır. Matkap üzerine verilecek yükün kg/inç değerleri arasında olması istenir. Matkap üzerine yeterli yük verilmez ise veya fazla verilirse, matkapta tasarım yapısına göre diş kırılmaları, dengesiz diş ve yatak aşınması gibi sorunlar gözlenir. Matkap üzerine yük verilirken göz önünde bulundurulması gereken hususlar şunlardır; - Matkap çapı - Matkabın imalatsal özellikleri (yatak yapısı vb.) - Formasyon delinebilirliği - Tij dayanımı - Motor gücü Bir matkabın yataklarının alabileceği maksimum baskı ton civarındadır [Bilgin, 1991]. Matkap çapı arttıkça, koni yatakları da büyümekte dolayısıyla matkap daha dayanıklı olmaktadır. Matkap üzerine uygulanabilecek maksimum yük bağıntı (1) den, uygun matkap yükü ise bağıntı (2) den hesaplanabilir [Praillet, 1990].

59 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 49 (1) Maksimum matkap yükü (Ib) = 810 D 2 D = matkap çapı (inç) (2) W o = S c x D/5 Burada, W o= uygun matkap yükü (pound), S c= formasyonun tek eksenli basınç dayanımı (psi), D= matkap çapı (inç) Örneğin, 9 7/8 matkap maksimum 36 ton ( lb) baskıya dayanacaktır. İnç başına baskı bulunup psi cinsinden optimum kayaç basıncı bulunur; ( : 9 7/8) x 5 = psi (280 MPa). Bu matkap 280 MPa dan daha yüksek dayanımlı kayaçlarda kullanılırsa delme hızı düşecektir veya delme hızı aynı tutulursa dişler aşınacaktır. Daha düşük dayanımlı kayaçlarda ise, daha düşük baskı ile aynı delme hızı elde edilir [Kahraman, 1995]. En uygun yükün bağıntı (2) den hesaplanan değerin +/- %10 kadar olduğu saha deneyleri ile tespit edilmiştir. İdeal matkap yükünün hesaplanmasında kullanılan diğer bir bağıntı aşağıda verilmiştir [Bilgin ve diğ., 1993]. W i= S c x D/2 Burada, W i = ideal matkap yükü (kg/cm), S c= basınç dayanımı (kg/cm 2 ), D = matkap çapı (cm) Matkapların taşıyabilecekleri yük yapıları yanı sıra, büyüklüklerine de bağlıdır ve matkap çapının inç ine verilecek yük olarak belirtilmektedir. Örneğin 2000 kg/inç değeri, matkabın her inç çapı başına 2000 kg yük verilmesi gerektiğini ifade eder. Matkap yükü ile kaya parçalanması arasındaki ilişki Daha önceki bölümlerde belirtildiği gibi, matkap üzerine uygulanacak çok az veya çok fazla yük matkabın iş görememesine neden olabilir. Çünkü, değişik IADC kodlu matkaplar, değişik diş aşınma ilkelerine göre imal edilmişlerdir. Bununla birlikte, birçok sondajda matkap ömrünü koni yatak ömrü tayin etmektedir. IADC kodu büyük olan matkap yataklarının dayanımı, küçük IADC kodlu matkaplara oranla daha fazladır. Koni yatak ömrü ile matkap üzerine verilen yükü karşılaştırmak için yeterli saha verileri olmaması nedeniyle, en uygun ağırlığı belirlemek oldukça güçtür. Ayrıca, matkap üzerine uygulanabilecek maksimum yükün bilinmesi gereklidir. Maksimum yük, matkabın kullanılmak üzere tasarlandığı formasyonda dişlerin %80 veya daha fazlasının formasyona

60 50 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi gömüleceği ağırlıklardır. Matkap üzerine uygulanacak maksimum yük matkap IADC kodu ve çapına bağlıdır. Ekonomik matkap kullanımı için, kullanılacak matkap çapı ve IADC koduna bağlı olarak verilen bu maksimum ağırlıkların aşılmaması gereklidir. Uygun matkap yükü bu maksimum yükten %20-30 daha azdır. Keçeli masuralı yataklar için matkap yükü %8 ile %10 oranında daha az ve sürtünme yataklı matkaplar için %10 ile %12 daha fazladır. Uygun yük miktarının aşılması, matkapların koni kabuğu üzerinde dönmesine diğer bir deyişle dişlerin tamamen formasyona gömülmesi ve koni kabuğunun formasyonla temas etmesine neden olabilir [Aytekin, 2004]. Şekil 4.5 de görüldüğü gibi yetersiz yüklerde, matkap dişleri istenen kesme/koparma derinliğine ulaşamamakta ve delme hızı düşük olmaktadır. Yeterli yüklerde, matkap dişleri istenen kesme/koparma derinliğine ulaşmakta ve delme hızı yüksek olmaktadır. Aşırı yüklerde ise kopan parçalar, matkap elemanları arasına sıkışmaktadır. Bu durum, delme hızını azalttığı gibi matkap ömrünü de kısaltmaktadır. Şekildeki bütün durumlarda, matkabın döndürülme hızı aynıdır.

61 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 51 Şekil 4.3. Değişik koşullarda matkap yükü ile kaya parçalanması arasındaki ilişki [Özdemir, 2007]

62 52 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Yeterli döndürme hızı Matkabı döndürmenin temel sebebi, bir kesme işlemi sonucunda matkabı yeni bir kesme pozisyonuna getirmektir. Matkap ömrünü etkileyen faktörler arasında matkap döndürme hızı da önemli bir paya sahiptir. Delinebilirliği düşük formasyonlarda dev/dk,delinebilme özelliği olan formasyonlarda dev/dk, yüksek delinebilme özelliği olan formasyonlarda ise dev/dk döndürme hızları tavsiye edilmektedir [Bilgin ve diğ., 1993; Cummins, 1973]. Çok yumuşak kayaçlarda ise dev/dk değerlerine kadar çıkılmaktadır [Moore, 1986]. Delme hızını artırmak için baskı sabit tutulup dönme hızı artırılmalıdır [Praillet, 1990]. Fakat dönme hızının fazla artırılması matkabı aşındıracaktır. Genel kural, zor delinebilen ve aşındırıcı formasyonlarda yüksek baskı ve düşük dönme hızı, kolay delinebilen formasyonlarda ise düşük baskı ve yüksek dönme hızı uygulamaktır [Moore, 1986]. Matkap kesintilerinin kuyu dışına atılma hızı Matkabın kesintilerinin, kuyu tabanından en kısa sürede uzaklaştırılması gerekir. Aksi durumda, kesintiler matkap dişlerinden uzaklaştırılana kadar bir öğütme-küçültme işlemine uğrayacaktır. Bu işlem, matkapta güç kaybına dolayısıyla delme hızının düşmesine neden olur. Matkap kesintilerinin kuyu dışına atılma hızının sayısal değeri, kullanılan sondaj yöntemine bağlıdır. Çamur dolaşımlı sondaj yöntemi ile çalışılırken, matkap kesintilerinin kuyu dışına etkili bir şekilde atılması için gereken çamur pompası debisi şu şekilde hesaplanabilir [Gümüşay, 1974]. V = 25 x Q / D 2 d 2 Burada; V: Tij ve kuyu cidarı arasından çamurun yükselme hızı (m/dk), Q = çamur pompası debisi (m 3 /dk), D = kuyu çapı (m), d = tij çapı (m) Kuyu tabanında matkabın kestiği kırıntıların hareketi, kırıntı çap ve yoğunluğu ile ilişkilidir. Çamur pompasının kırıntıları kuyu dışına istenilen hızda atamaması durumunda, kırıntılar büyük taneler şeklinde kuyu dibine çöker ve matkap tarafından öğütülerek çamurun taşıyabileceği boyuta indirgenir. Sonuçta, delme hızının azalması ile birlikte matkap ömrü de kısalır. Ayrıca, sık sık takım sıkışmaları ve kopmaları meydana gelebilir. Sondaj çamurunun 0.5 cm boyutundaki kırıntıları kuyu dışına atabilmesi arzulanan bir durumdur. Kuyu dışına, 0.5 cm den daha küçük boyutlu kırıntıların gelmesi (matkabın taneleri öğütmesi) istenmeyen bir durumdur. Matkabın formasyondan 1 cm ye yakın boyutta kırıntılar kopartması yüksek delme hızı, matkabın daha fazla metraj

63 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 53 yapması ve kırıntıların çamur havuzunda daha kolay çökelmesi için istenir [Gümüşay, 1974]. Uzun tecrübe ve araştırmalar sonucunda, matkabın kestiği kırıntıların kuyu dışına hızlı bir şekilde atılabilmesi için, dolaşım sıvısının kuyu dışına doğru minimum yükseliş hızının 7.6 m/dk olması gerektiği tespit edilmiştir. Bu yükseliş hızından daha düşük hızlarda, kuyu tabanında kırıntı miktarı artmakta ve kırıntı çökelmesi nedeniyle takım sıkışmaları gözlenmektedir. Tespit edilen bu değer, kırıntı yoğunluğu ile dolaşım sıvısı yoğunluğunun eşit olması durumunda geçerli olup, dolaşım sıvısı yoğunluğu düşük ise alt sınır olarak kabul edilen 7.6 m/dk lık değerin artırılması veya sıvı yoğunluğunun kesilen kırıntı yoğunluk değeri düzeyine yükseltilmesi gerekir. Yapılan hesaplar dolaşım sıvısı olarak su kullanıldığı takdirde geçerlidir [Gümüşay, 1974]. Yoğunluğu dolaşım sıvısı yoğunluğundan farklı olan formasyonlar delinirken, matkabın kestiği kırıntıların yerçekimi nedeniyle kuyu dışına atılma hızlarında % 25 lik bir düşüş olacaktır. Bu durumda, matkabın kestiği kırıntıların kuyu dışına hızlı bir şekilde atılabilmesi için dolaşım sıvısı hızının % 25 oranında artırılması gerekecektir [Gümüşay, 1974]. Sondaj hidroliği hesaplarında göz önünde bulundurulması gereken hususlar şunlardır [Özdemir, 2007]; 1. Kum ve çakıl gibi, tane irilikleri ve yoğunlukları fazla olan formasyonlar delinecekse, dolaşım sıvısı hızı en az 7.6 m/dk olmalıdır. 2. Dolaşım sıvısı olarak su yerine çamur kullanıldığında, kesilen kırıntılar ile dolaşım sıvısı arasındaki yoğunluk farkı ve yerçekimi etkisi nedeniyle kırıntı düşüşü azalacaktır. Dolaşım sıvısı olarak su yerine çamur (su + bentonit) kullanmak daha faydalıdır. 3. Dolaşım sıvısında polimer kullanılması, çamurun taşıma gücünü artırır. Bu durumda, kırıntıların kuyu tabanından hızlı bir şekilde uzaklaştırılmasını dolayısıyla delme hızının artmasını sağlar. 4. Matkap ve tij çapı arasındaki fark ne kadar az olursa dolaşım sıvısı hızı da o kadar fazla olacaktır. 5. Büyük çaplı açılacak kuyularda büyük çaplı tij ve yüksek kapasiteli çamur pompası kullanılması doğru bir uygulama olacaktır. Düz hava dolaşımlı sondaj yönteminde ve patlatma sondajlarında (hava soğutmalı üç konili matkap ve kompresör ile matkap kesintilerinin kuyu dışına atılması için gereken hız m/dk arasındadır. Matkap kesintilerinin kuyu dışına atılması için gerekecek hız Çizelge 4.14 de verilmiştir. Bu değeri, formasyonun özgül ağırlığı etkilemektedir. Bu sistem ile sondaj yapılırken

64 54 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi matkap kesintilerinin kuyu dışına uygun şekilde atılması için gerekecek kompresör debisi aşağıdaki bağıntıdan hesaplanabilir [Jimeno ve diğ., 1995]. Q = 224 x D 3/2 Burada, Q = kompresör debisi (m 3 /dk), D = kuyu çapı (m) Çizelge Kesintilerinin kuyu dışına atılması için gereken hız [Yıldız ve Köse, 2003 den değiştirilerek] Formasyon Havanın kuyu dışına çıkış hızı (m/sn) Delinebilirliği Minimum Maksimum Kolay Normal Zor Elmaslı matkapların çalışma koşullarını etkileyen faktörler Matkap seçimi Matkap seçimi, delme hızını doğrudan etkilemektedir. Elmas taş kalitesi, taş iriliği, su kanalı sayısı ve tipi, karat ağırlığı, matris özelliği delme hızına etki eden en önemli matkap özellikleridir. Elmas taşın kalitesi, yapay veya doğal oluşuna ve kristal yapısına göre farklılıklar göstermektedir [Özdemir ve Özdemir, 2006]. Herhangi bir kayada en iyi delme hızının elde edilebilmesi için kayanın genel durumuna ve özelliklerine uygun matkabın seçilmesi gereklidir. Çizelge 4.15 de kayaların genel durumu ve uygun s.p.c (taş/karat, elmas iriliği) aralıkları, Çizelge 4.16 da ise tek eksenli basınç dayanımı ile yüzeyden taneli elmas matkap s.p.c. değeri arasındaki ilişki verilmiştir. Matkap dönüş hızı ve baskı miktarı En iyi delme hızının elde edilebilmesi için matkap dönüş hızı ve matkap üzerine uygulanacak baskının birlikte irdelenmesi gereklidir. Dönüş hızı ve baskı, kayaç özelliklerine göre saptanmalıdır. Dönüş hızı ve baskı miktarları, imalatçı firmanın önerdiği değerlerdir. Uygulamada ise, delme sırasında elde edilen değerler daha geçekçi olmaktadır [Özdemir ve Özdemir, 2006]. Şekil 4.4 ve Şekil 4.5 de matkap dönüş hızı ve matkap üzerine uygulanan baskı ile delme hızı arasındaki ilişki verilmiştir.

65 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 55 Çizelge Kayaların genel özelliklerine uygun elmaslı matkap s.p.c. aralıkları [Onan, 1992] SERTLİK KAYA GENEL DU- ÖZELLİK S.P.C RUM (taş/karat) ŞEYL YAPIŞKAN TEBEŞİRTAŞI SAĞLAM ORTA AŞINDIRICI YUMUŞAK ORTA SERT SERT ÇOK SERT TALK YAPIŞKAN ALÇITAŞI KIRIKLI ORTA KİREÇTAŞI AŞINDIRICI ÇAMURTAŞI YAPIŞKAN KİREÇTAŞI SAĞLAM ORTA KUMTAŞI AŞINDIRICI DOLOMİT SLEYT RİYOLİT BAZALT MANYEZİT KIRIKLI PORFİRİT ORTA ANDEZİT DİYORİT AŞINDIRICI KİREÇTAŞI DOLOMİT MERMER SAĞLAM ORTA ÇÖRT AŞINDIRICI ŞİST GRANİT GNAYS RİYOLİT GABRO ANORTİZİT KIRIKLI ORTA ANDEZİT DİYORİT AŞINDIRICI KUVARSİT SAĞLAM ORTA ÇÖRT AŞINDIRICI ÇAKMAKTAŞI KIRIKLI ORTA TAKONİT İTABİRİT AŞINDIRICI

66 56 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Çizelge Tek eksenli basınç dayanımı ile yüzeyden taneli elmaslı matkap s.p.c. değerleri arasındaki ilişki [Datc, 2003] * Datc, 2003, ince taneli formasyonları delmek için yüzey taneli elmaslı matkapları önermemekte, bu tip formasyonlarda iyi bir performans için emprenye matkapların kullanılmasını tavsiye etmektedir. Şekil 4.4. Delme hızı üzerinde matkap baskısının etkisi [Akün, 1997]

67 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 57 Şekil 4.5. Delme hızı ile matkap dönüş hızı arasındaki ilişki [Onan, 1992] Sondaj sıvısı özellikleri, miktarı, kuyuda dolaşım hızı ve basıncı Sondaj sıvısı özellikleri, miktarı, kuyuda dolaşım hızı ve basıncı, delme hızına etki eden en önemli faktörlerden birisidir. Dolaşım sıvısının debisi, viskozitesi, akma değeri, yoğunluğu, jelleşmesi, ph değeri ve katı madde içeriği kontrol edilebilen özellikleridir. Şekil 4.6 da görüldüğü gibi yoğunluğun artması, delme hızı üzerinde ani bir düşüş yaratmaktadır. Fakat, belirli bir noktadan sonra ise bu etki zayıflamakta ve sabitlenmektedir. Viskozitenin artması ise, delme hızında daha yavaş bir azalma yaratmaktadır. Viskozite ile delme hızı arasındaki bağıntı ters orantılıdır. Düşük viskoziteli bir sondaj sıvısı, en iyi delme hızının elde edilmesini sağlamaktadır [Özdemir ve Özdemir, 2006].

68 58 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Şekil 4.6. Yoğunluk ve viskozitenin delme hızı üzerindeki etkisi [Akpınar, 1999] Kuyuya basılan sondaj sıvısı miktarı, lt/sn veya lt/dk olarak ifade edilmektedir. Pompa tarafından tijler içerisinden kuyuya basılan sondaj sıvısı miktarını sınırlayan bazı faktörler vardır. Bu sınırlamalar çoğunlukla; kesit alanlarının daraldığı yerler olan manşonlarda, karotiyer başlıklarındaki su kanallarında, çift tüplü karotiyerlerde iki gömlek arasında, elmaslı matkapların su kanallarında ve takım dizisi ile kuyu duvarı arasındaki boşluk olan anülüste oluşmaktadır. Dolayısıyla, kuyuya basılan sondaj sıvısı miktarının istenilen seviyede tutulabilmesi ve sınırlayıcı bölümlerin aşılabilmesi için ilk önce belirli bir basınca gereksinim bulunmaktadır [Özdemir ve Özdemir, 2006]. Kuyuya basılması gereken sondaj sıvısının, aşağıdaki fonksiyonları sağlaması için yeterli düzeyde olması gerekir. Bu fonksiyonlar [Özdemir ve Özdemir, 2006] ; 1. Optimum delme hızının elde edilmesi 2. Matkabın soğutulması 3. Kırıntıların taşınarak kuyu dışarısına atılması 4. Takımın çeşitli bağlantı yerlerinde oluşabilecek sızıntıların karşılanmasıdır. Yukarıda yazılı olan bu 4 fonksiyonun yerine getirilebilmesi için yeterli miktarda sondaj sıvısının kuyuya basılmasının gerekliliği ortadadır. Yetersiz miktarda basılacak olan sondaj sıvısı, bu dört fonksiyonu yerine getiremeyeceği için elmaslı matkabın yanmasına, delme hızının düşmesine veya takım sı-

69 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 59 kışmasına sebep olacaktır. Bu duruma karşın aşırı miktarda basılacak olan sondaj sıvısı da, bazı sakıncalar doğurmaktadır. Bunlar [Özdemir ve Özdemir, 2006]; 1. Gereksiz güç sarfedilip maliyetin artırılması 2. Özellikle yumuşak formasyonlarda, karot erimesi ve karot yüzdesinin düşmesine sebep olunması 3. Kuyu çapının genişlemesine veya daralmasına neden olunması 4. Elmaslı matkap matrisinin, aşırı derecede ve kısa sürede aşınarak elmas tanelerinin dökülmesine ve matkabın zamanından önce elden çıkması 5. Matkap üzerine uygulanan baskı miktarını azaltması olarak sıralanabilir. Sondaj sıvısının, takım ile kuyu duvarı arasında bulunan anülüsten yükselirken belirli bir hıza sahip olması gereklidir. Böylece, kırıntıların da sondaj sıvısı ile kuyu dışarısına atılması gerçekleşecektir. Tersi durumda, kırıntıların kuyu içerisinde kalması sebebiyle, kuyu arızaları ve takım sıkışmaları meydana gelecektir. Şekil 4.7 de takım ile kuyu arasındaki anülüs alanları, Şekil 4.8 de de kuyudaki anülüs alanına bağlı olarak basılması gereken sondaj sıvısı miktarları verilmiştir. Tij manşonlarında ve bağlantı kısımlarında meydana gelen su sızıntılarının yüksek miktarda olması da, kuyuya basılacak sondaj sıvısı miktarını ve dolaşım hızını etkileyecektir. Bu sızıntı miktarları; bağlantı dişlerinin aşınmışlığı ve eskiliği, kullanılan tij çaplarının küçülmesi, kuyu derinliği ve sondaj sıvısının basıncının yüksek olması ile orantılı olarak artmaktadır. Bazı durumlarda, kuyuya uygun miktarda sondaj sıvısı basılmasına karşın, bu sıvı tijlerin bağlantı yerlerinden kaçarak, elmaslı matkaba yeterli miktarda su ulaşmasını engellemektedir. Bu durumda, sondör kuyudan suyun dolaştığını görmesi nedeniyle farkında olmaksızın elmaslı matkabın yanmasına veya takımın sıkışmasına sebep olabilmektedir. Bu hususta, çok dikkatli davranılması ve gereken tedbirlerin alınması gereklidir [Özdemir ve Özdemir, 2006]. Yeterli miktardaki sondaj sıvısının kuyuya basılabilmesi için, bu sıvının yeterli basınç altında olması gereklidir. Karotlu sondaj çalışmalarında genel olarak, sondaj sıvısının uygun olarak sağlanabilmesi için yüksek basınç değerlerine gereksinim duyulmaktadır [Özdemir ve Özdemir, 2006].

70 60 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Şekil 4.7. Tij ile kuyu duvarı arasındaki anülüs alanı [Geogem, 2006] Şekil 4.8. En uygun sondaj sıvısı dolaşım hızı ve miktarı değerleri [Geogem, 2006] Sondaj kuyularında basınç değerlerine etki eden çok çeşitli faktörler bulunmaktadır. Bunlar [Özdemir ve Özdemir, 2006];

71 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 61 Sondaj sıvısı miktarı Basınç değeri, basılan sondaj sıvısı miktarının artırılmasından büyük ölçüde etkilenmektedir. Sondaj sıvısı miktarında yapılacak olan % 40 oranındaki bir artış, basınç değerinin iki katına çıkartılmasını gerektirmektedir. Tijler Özellikle içleri paslı tijler ve manşonlar, basınç artışına neden olmaktadır. Ayrıca, dış çapları nispeten daha geniş olan W-serisi ve wire-line tijler kullanıldığında, anülüs alanı daha dar olduğu için basınç değeri artmaktadır. Karotiyer Karotiyer tüplerinin paslı, karotiyer başlığındaki su kanallarının pis ve dar olması vb. gibi durumlar basıncın artmasına neden olmaktadır. Elmaslı matkaplar Elmaslı bir matkaptaki su kanalı sayısı ne kadar fazla ise, basınç değeri de o oranda düşük olmaktadır. Ayrıca, elmas tane iriliği ve taşların matris dışında kalan yüksekliklerinin fazla olması da, bir ölçüde basınç miktarının daha düşük olasını sağlamaktadır. Delinen formasyon özelliği Formasyon özelliği, çalışma basıncını doğrudan etkileyen faktörlerden birisidir. Killi kayaçlarda, özellikle matkap üzerinin sarılması nedeniyle basınç değerleri artmaktadır. Delme işlemi sırasında iri taneli kırıntıların oluştuğu formasyonlarda, oluşan kırıntıların karotiyer çevresinde bir köprüleme ve sıkıştırma yaparak basıncın yükselmesine neden olabilmektedir. Ayrıca, yıkıntılı formasyonlarda anülüs çıkışları tıkanabileceğinden yüksek çalışma basınçlarının oluşmasına sebep olmaktadır. Uygulanan işlemler Muhafaza borularının sürülmesi sırasında, anülüs alanının çok dar olması sebebiyle ve özellikle yıkıntılı bölümler geçilirken çalışma basıncının çok yüksek değerlere çıkartılması gerekebilmektedir [Özdemir ve Özdemir, 2006];. Genel olarak, her sondaj kuyusu kendine has bazı özel niteliklere sahiptir. Hiçbir zaman, yan yana ve aynı koşullar altında yapılan iki sondaj dahi, aynı özellikleri göstermemektedir. Bu genelleme, sondaj sıvısı basınç değerleri içinde geçerlidir. Basınç, her şeyden önce sondaj sıvısının kuyuya basılması için gereklidir. Kuyu derinleştikçe, sondaj sıvısı basıncının da yükselmesi gereklidir. Ayrıca; kuyu çapı, kullanılan takım özellikleri, sondaj sıvısı türü veya çamur kullanılması gibi faktörler basınç değerinin doğrudan etkilemektedir.

72 62 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Önde gelen bazı karotlu sondaj kuruluşları tarafından, 1200 m derinliğe kadar, N-çaplı standart takım ile yapılan karotlu sondaj çalışmalarında aşağıdaki basınç değerleri uygulanmaktadır [Özdemir ve Özdemir, 2006]; 14 kg/cm 2 : m derinliklerde 21 kg/cm 2 : m derinliklerde 28 kg/cm 2 : m derinliklerde 35 kg/cm 2 : m derinliklerde 42 kg/cm 2 : m derinliklerde Bu değerler, özellikle bağlantı ve tij tiplerinde yapılacak değişiklikler ile düşürülebilmektedir. Normal çalışma koşullarında, kg/cm 2 arasındaki basınç değerleri yeterli olmaktadır. Bazı sondörler, nispeten yüksek basınçla çalışmanın sondaj verimini etkilediğine inanmaktadırlar [Özdemir ve Özdemir, 2006].

73 5. DELİNEBİLİRLİĞİN DEĞERLENDİRİLMESİ Kayaların delinebilirliğinin değerlendirilmesi için literatürde birçok öneri sunulmuştur. Bunlardan bazıları ilerleyen sayfalarda tartışılmıştır Kaya Delinebilirliğinde Sertliğin ve Aşındırıcılığın Etkisi Maddenin sertliği, çok yüzeysel tanımlanmış bir terimdir. Buna rağmen mühendislik uygulamalarında sertlik; sert mineral bileşimi ve gücü, dayanım ve matriks malzemelerinin bağ yapma kapasitesi olarak referans alınır [Karanam, 1994 ; Singh, 1973]. Literatürde, sertliği belirlemek için birçok yöntem vardır. Knoop ve Vicker sertlik deney yöntemleri kullanılarak, kayaların mikrosertlikleri saptanabilir [Das, 1974; Singh, 1969]. Bu yöntem, standart bir elmas ucun, yüzeyden ne kadar derine indiğini ölçmeye dayanır. Ulusal Kömür Kurulu (NCB) koni delici deneyi de aynı ilkeye sahiptir ve kayacın sertlik indeksini vermektedir. Başka bir ilke de, elastisite modülüne dayanmaktadır. Aynı zamanda, kayaların sertliğini saptamada kullanılır [Singh, 1973; Furby, 1964; Shepherd, 1951]. En çok bilinen yöntemler, Schmidt Çekici, Shore Skleroskop [Shepherd, 1951] ve Skelrograf [Singh, 1973] tır. Bahsi geçen bu yöntemler, pek çok amaçla kaya delinebilirliğini tespit etmede başarılı olan yöntemlerdir (Şekil 5.1 a, b, c, d) Genel olarak sert kayaların delinebilirliğinin zor olduğu kabul edilir. Yumuşak kayalarla karışmış olan sert kayaları delebilmek diğer kayalardan daha kolay olabilir. Bu nedenle, kaya sertliği delinebilirlik için tek başına güvenilir bir rehber değildir. Delinebilirlik, minerallerin sertliğinden ziyade, hangi sert minerallerin bağ yaptığıyla ilgilidir. En yüksek delinme hızı, Nevyeli nin Cuddalore kumtaşında (Chennia, Hindistan) tespit edilmiştir [Atkinson ve Cassapi, 1984]. Bu kumtaşında kuvars oranı oldukça yüksektir. Buna rağmen sert minerallerden oluşmuş olan kumtaşının mineraller arası bağı zayıf olduğu için bu sonuç elde edilmiştir. Aşındırıcılık, malzemeye ait ana özelliklerden biri değildir ve bunun değerini saptayan basit bir indeks de yoktur. Aslında, kayaları keserken alet aşınma oranı, kayanın aşındırabilirliği ile ilgili bir değer olarak kabul edilmektedir [Atkinson ve Cassapi, 1984; Atkinson ve diğ., 1986]. Cerchar aşındırıcılık indeksi deneyi ve mikromatkap delme deneyi, kayaların yaklaşık aşındırıcılığını alet aşınma hızından yola çıkarak tespit etmeyi amaç edinmektedir (Şekil 5.1 e, f). Kayanın aşındırıcılığı ile delinebilirliği arasındaki bağıntı için, yani ilerleme hızı için gerekli çalışmalar yapılmıştır. Darbeli sondajda, kaya aşındırıcılı- 63

74 64 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi ğının artması, ilerleme hızını azaltmıştır. Bunun tersi olarak elmaslı sondajda, aşındırıcılığı yüksek olan kayalarda (örneğin kumtaşı) ilerleme hızı yüksek olarak tespit edilmiştir [Karanam, 1994]. Bu zıtlık, kumtaşı gibi yüksek aşındırıcılığa sahip kayaçların, elmaslı matkabı aşındırarak sivrileştirmesiyle kanıtlanmıştır. Şekil 5.1. İndisler arasındaki ilişkiler [Sing, 1989] a) İşlenebilirlik indeksi-sert minerallerin ağırlıklı ortalaması b) İşlenebilirlik indeksi-cerchar aşındırıcılık indeksi c) İşlenebilirlik indeksi-aşınma katsayısı d) Sert minerallerin ağırlıklı ortalaması-aşınma katsayısı e) Cerchar aşındırıcılık indeksi-sert minerallerin ağırlıklı ortalaması ve f) Cerchar aşındırıcılık indeksi-aşınma katsayısı

75 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Kaya Dokusunun Delinebilirliğe Etkisi Kaya dayanımını ve delinebilirliği etkileyen dokusal etkiler: tane boyu, tane şekli, tane kenetlenme (paketlenme) derecesi, gözeneklilik (çatlak ve gözenekler), tane yönelimi ve tane sınırlarının doğasıdır. Dayanım özellikleri, tanelerin yüzdesi ve çimento malzemesi araştırmada yer alan nitelikleridir [Karanam ve Misra, 1998]. Şekil 5.2 de darbeli sondajda delme (ilerleme) hızı ile doku katsayısı arasındaki ilişki verilmiştir. Şekil 5.2. Darbeli sondajda delme (ilerleme) hızı ile doku katsayısı arasındaki ilişki [Howrath ve Rowlands, 1987] Howrath ve Rowlands (1987) ye göre, doku katsayı değeri istatistiksel olarak kaya dayanımı ve delinebilirlik verileriyle hayli yüksek korelasyon değerine sahiptir (Şekil 5.3). Sondaj testi, hem darbeli hem de döner sondaj yön-

76 66 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi temlerini içermektedir. Doku katsayısı, delinebilirlik ve kaya dayanım özellikleri için kullanılabilir bir araçtır [Karanam ve Misra, 1998]. Şekil 5.3. Dayanım özellikleri ile doku katsayısı arasındaki ilişki [Paone ve diğ., 1966 ] a) Tek eksenli basınç dayanımı (UCS), kuru b) Brazilian disk çekme dayanımı (UTS), kuru c) Statik tanjant young modulü (Estatik), kuru 5.3. Dayanım Özelliklerinin Kaya Delinebilirliğine Etkisi Sondaj işleminde kaya; çekme, basınç ve makaslama gerilmelerinin etkisiyle yenilmektedir. Bu yenilme, uygulanan kuvvete göre değişir ve delinebilirliğin bu fiziksel özelliklerden biriyle ilişkili olması beklenir. Elmaslı sondaj ve diğer döner sondaj yöntemleri Paone ve Bruce (1963), yüzeyden taşlı elmaslı matkaplarla delinebilirlik çalışmaları yapmış ve kayanın delinebilirliğinin, delmeye dayanımla doğrudan ilişkili olduğu sonucuna varmışlardır. Bu çalışmada, ilerleme derinliği/dönme hızı, kaya özelliklerinden şu formülle tahmin edilmiştir; =

77 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 67 Burada; δ : İlerleme derinliği/devir (cm), T: Uygulanan tork (N-m), μ : Sürtünme direnci katsayısı, Fv : Matkap üzerine uygulanan baskı (N), γ : Ortalama yarıçap (cm), S : Kayanın delinme dayanımı (MPa), A : Alan (cm 2 ) Delinme dayanımı için basınç dayanımının önemi, elmaslı matkapların kesme hareketi üzerindeki deneysel çalışmalara dayanmaktadır. Bu deneylere göre, düşey gerilim sıkışma gerilimini geçtiğinde kaya çatlamaktadır [Karanam ve Misra, 1998]. Şekil 5.4 de delinebilirlik için teorik ve deneysel eğriler arasındaki ilişki verilmiştir. Şekil 5.4. Delinebilirlik için teorik ve deneysel eğriler arasındaki ilişki [Paone ve diğ., 1966]

78 68 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Yüzeyden taşlı elmaslı bir matkabın delme kapasitesine ait istatistiksel regresyon analizlerine göre [Paone ve Bruce, 1963; Paone ve Madson, 1966], basınç dayanımı, Shore sertliği ve kayanın kuvars içeriği ilerleme hızını etkileyen faktörlerdir. Yapay elmaslı matkaplar için en belirleyici parametreler; Young modülü, makaslama modülü, aşındırıcılık, kuvars içeriği ve basınç dayanımıdır. Aslında genel düşünce, hiçbir fiziksel özelliğin tek başına belirleyici olmamasıdır. Tüm fiziksel özellikler, birbiriyle bağlantılıdır [Karanam ve Misra, 1998]. Diğer döner matkap tipleriyle ilgili benzer çalışmalar, birbirine yakın sonuçlar içermektedir [Howrath ve Adamson, 1988]. Döner sert metal matkapların ilerleme hızı, belirleyici şekilde kayanın basınç dayanımı ile bağlantılıdır [Ducklet ve Bates, 1981]. Ducklet ve Bates (1981) tarafından petrol kuyusu elmaslı matkabının ilerleme hızının tahmini için geliştirilmiş olan ampirik eşitlik aşağıdaki gibidir. ROP = ( ) Burada, ROP : İlerleme hızı, m/dk; WDI : Elmasa yüklenen ortalama yük, N/m 2 ; RPM : Dönme hızı, dev/dk; IHSI : Birim alana düşen hidrolik beygir gücü (hp), hp/cm 2.; AFL : Çamur sıvısı kayıp oranı cm 2 /30 dk; EFS : Etkin formasyon dayanımı, MPa. Eşitlikte yer alan etkin formasyon dayanımı (EFS), tek eksenli basınç dayanımı (UCS) ve matkap altındaki hidrostatik basıncın toplamıdır. Howrath (1986) yumuşak formasyonlarda üç konili döner matkapların ilerleme hızını tahmin etmek için bir model geliştirmiştir. Bu modelde, matkap üzerindeki ağırlık, dönme hızı, matkap çapı, matkap çeşidi ve kayanın ilerleme hızına dayanımını parametre olarak kullanmıştır. Geliştirilen model, boyutsal analiz ve genelleştirilmiş karşılık eğrileri ile oluşturulmuştur [Karanam ve Misra, 1998]. R = ( + ) -1 Burada, R: İlerleme hızı, m/saat; a,b,c : Katsayılar; RPM : Dönme hızı, dev/dk; S : Sondaj dayanımı, kpa.; W : Matkap üzerindeki ağırlık, N ; D : Matkap çapı, cm

79 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 69 Özet olarak, elmaslı ve diğer döner sondaj yöntem matkaplarının ilerleme hızının tahmini için tek eksenli basınç dayanımı (UCS) en kullanışlı parametredir. Döner-darbeli sondaj yöntemleri Hava tahrikli darbeli yöntemli bir sondaj makinesi ile yapılan saha delinebilirlik testinde, delme hızı ve görgül (ampirik) delme hızı indeksi (DRI) arasında yakın bir bağlantı olduğu gösterilmiştir [Howrath, 1986; Semer-Olsen ve Blindheim, 1970]. Delme hızı oranı indeksi (DRI), sondaj için önemli olan kaya özellikleri olan sertlik, dayanım, kırılganlık ve aşındırıcılık özelliklerini ifade etmektedir. Bu indeks, çeşitli kayaçlardan alınan verilerle saptanmıştır [Howrath, 1986; Semer-Olsen ve Blindheim, 1970]. DRI değeri ne kadar fazla ise, kayanın delinebilirliği o kadar büyük olmaktadır. Rabia ve Brook (1981), yaptıkları çalışmada darbeli sondajda delme hızının tahmini için ampirik bir eşitlik bulmayı amaçlamışlardır. Bu eşitlikte, ilerleme hızı, delme (çalışma) basıncı, Shore sertliği (SH) ve kaya darbe sertliği sayısı (RIHN) kullanılmıştır. PR = C [ ] Burada, PR : İlerleme hızı, m/saat; a,b,c : katsayılar; OP : Çalışma basıncı, MPa; RIHN : Kaya darbe sertliği sayısı; SH: Shore sertliği RIHN [Brook, 1977; Misra, 1972], Protodyakanov (1962) düşürme deneyinin geliştirilmiş halidir. 9 sert kaya örneği ile laboratuar ortamında yapılan darbeli sondaj çalışmaları [Paone ve diğ., 1969], basınç dayanımı, Shore sertliği ve Statik Young modülü ile delme hızının oldukça iyi bir ilişkisi olduğunu göstermektedir. Daha iyi bir bağıntı, her kaya için bir kaya dayanım katsayısı (CRS) değeri kullanılarak geliştirilmiştir [Paone ve diğ., 1969]. CRS yöntemi, Protodyakanov deneyinin değişik bir versiyonudur. Rabia ve Brook (1981) deneyindeki yöntemin benzeri olarak kullanılmıştır. Delinebilirlik indeksinin amacı, CRS değerini kullanışlı hale getirip, deney örneği kayanın birim hacmine düşen gerekli enerji miktarını saptamaktır. Bununla birlikte, sondaj makinesi ve matkap performansı belirlenebilir. Bu sayede darbeli sondajda ilerleme hızı bulunabilir [Karanam ve Misra, 1998]. R=

80 70 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Burada, R: İlerleme hızı, inç/dk; P : İş oranı lb/dk; D : Matkap çapı, inç; E ν: Hacimsel spesifik enerji, lb/inç 3 Tandanant ve Unger (1975), değiştirilmiş bir CRS yaklaşımı kullanmıştır. 5 farklı çalışma basıncında, darbeli sondajda gerçek ilerleme hızlarıyla iyi bir ilişki gösteren bir eşitlik geliştirmişlerdir: = Burada, R/P : İlerleme hızı/delicinin birim güç çıkışı, inç/ft/lb; f: Kaya dayanım katsayısı (CRS); A : Delinen kuyunun alanı, inç 2 ; K : Ölçek faktörü Inf = 0.47 (d-1.5), d: Delinen kuyunun çapı dır. Hartman (1959) tarafından geliştirilen delme hızı modeli, düşürme deneyinden elde edilen matkap krater değerini, matkabın kayayı delme davranışını ifade eden bir parametre olarak kullanmıştır. Şöyle ki; PR = Burada, PR : İlerleme hızı, cm/dk; V : Düşürme deneyinde tek bir darbede oluşan krater hacmi cm 3 ; B: Darbe sayısı adet/dk; W : Matkap döndürme sayısı, A : Kuyu alanı, cm 2 Bütün bu çalışmalar, hiçbir kaya özelliğinin tek başına döner-darbeli sondajda bir kayanın kırılma özelliklerinin belirlenmesinde kullanılamayacağını göstermektedir. Sondaj değişkenlerinin çokluğu, delme modellerini formüle etmeyi zorlaştırmaktadır. Uygulamada kullanımı çok az olan veya hiç gelişim göstermeyen görgül (ampirik) deneyler ve modeller bu tip çalışmalar için kaynaktır ve bu görgül deneyler, döner-darbeli sondajda ilerleme hızının tahmininde en başarılı olan yöntemlerdir [Karanam ve Misra, 1998] Bir Kaya Delinebilirliği Kriteri Olarak Krater Oluşumu Darbe yükü çalışmalarının önemi, sondajcılık alanında oldukça dikkate alınmasıdır. Kaya üzerinde, keski ağzının çarpması temel hareketi meydana getirmektedir. Döner matkaplar ve darbeli-titreşimli aletler vb. gibi bilinen birçok yöntemde durum aynıdır. Döner sondajda, hareketi dönen matkap sağ-

81 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 71 lasa da tek bir dişin kayaca ilk darbesi esas alınmaktadır [Karanam ve Misra, 1998]. Darbeli sondajda, kaya delinebilirliğinin belirlenebilmesi için yapılacak işlerden birisi farklı darbe deney düzenekleri ile krater hacmi oluşturmaktır. Simon (1964, 1956), darbeli sondajda düşürme deneyi ile formasyonda krater oluşumunu ve temel kaya yenilme kriterini saptamak için kapsamlı bir deney programı hazırlamıştır. Bu çalışmada, darbeli sondajda ilerleme hızının tahmini için şu eşitlik önerilmiştir. R= Burada, PR: İlerleme hızı, inç/dk; P : Kayadan çıkan mekanik güç lb/dk; P t : Eşik güç inç.lb/dk; d : Kuyu çapı, inç ; S : Sondaj dayanımı, lb/inç 2 Bu eşitlikten S değeri belirlenir. Bu değerin tersi, kaya delinebilirlik indeksini verir. Bu eşitliğin değiştirilmiş bir verisyonu önemli bir parametre olan delicinin altında oluşan krater hacmini V vermektedir. Geliştirilmiş hali şu şekildedir [Karanam ve Misra, 1998] ; R = B = Burada, V st : İz matkabın ortalama krater hacmi; D : Matkap çapı, cm/dk; N : Diş sayısı; f : darbe sıklığı Basit laboratuar iz deneyi, 2a = 4 mm çaplı bir iz matkabın oluşturacağı krater hacmi ve iz dayanımı S st için kaya delinebilirliği hakkında çok değişik bilgi vermektedir [Karanam ve Misra, 1998].

82 72 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 5.5. Bir Kaya Delinebilirliği Kriteri Olarak Spesifik Enerji Spesifik Enerji (SE) kavramı, kaya delinebilirliğinin değerlendirilmesinde kullanılmak üzere Teale (1965) tarafından önerilmiştir. Teale (1965) SE yi, kayanın birim hacmini koparmak için gerekli enerji olarak tanımlamıştır. Paithankar ve Misra (1976) da, yeni yüzey alanı oluşturma için kullanılan enerji terimi olarak kullanmışlardır (Şekil 5.5 a,b). Teale (1965), kopartılan kaya parçası boyutu ile SE nin ters orantılı olduğunu göstermektedir. SE nin en küçük değeri, temel bir kaya özelliği olarak alınabileceğine işaret etmektedir. SE, sondaj sırasında tek eksenli basınç dayanımına karşılık gelmektedir. Mellor (1965), SE ile tek eksenli basınç dayanımını (C 0) şu bağıntı ile ilişkilendirmektedir. Yüksek tek eksenli basınç dayanımına sahip çeşitli kireçtaşlarında, üç konili matkaplarla yapılan döner sondajlarda oldukça yüksek SE v değerleri gözlenmiştir. Döner sondaj yöntemi ile delinen bir kayanın SE değeri aşağıdaki eşitlikle belirlenebilir [Chugh, 1992]. SE v = Burada; W : Matkap üzerindeki yük (kg); N : dönme hızı (dev/dk); d : Matkap çapı (mm); PR : İlerleme hızı (m/dk) SE v C 0 x 10-9

83 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 73 (a) (b) Şekil 5.5. Sahada sondaj sırasında ilerleme hızı - enerji tüketimi matkap ağırlığının etkisi a) Sahada sondaj sırasında ilerleme hızı üzerinde enerji tüketimi etkisi [Karanam, 1994] b) Sahada sondaj sırasında enerji tüketimi üzerinde matkap ağırlığının etkisi [Karanam, 1994]

84 74 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Tanımlanan koşullarda SE v, kırılma mekanizması parametrelerinin esas özelliği olabilir ve ihmal edilebilir. SE v, kaya delme sırasında kuyu derinliği, kırıntı kaldırma yöntemi, matkap tipi, matkap biçimi ve matkap boyutundan bağımsızdır. Paone ve diğ. (1969), Schmidt (1974), Tandanand ve Unger (1975), Unger ve Fumanti (1972) bu varsayımları kullanarak geniş bir kaya çeşidi için spesifik enerji değeri belirlemişlerdir. Belirlenen bağıntı şu şekildedir; SE v = Burada; SE V : Spesifik enerji, kg.cm/cm 3 ; P 0 : Delme yöntemi güç çıkışı, kg.cm/dk; d : Matkap çapı, cm; PR : İlerleme hızı (cm/dk); T r : (0.7) transfer katsayısı Wooton (1974), düşürme deneyinde enerji girişi ile yeni yüzey alanı yaratma arasındaki daimi doğrusal ilişkiyi 0.99 korelasyon katsayısı ile göstermektedir. Yavaş sıkışma deneylerinde, enerji girişine karşılık yeni yüzey alanı grafiği önemsiz bir eğrileşme sunmaktadır. Her iki deneyin sonuçlarında, aynı kaya için farklı iki SE indeksi değeri ortaya çıkmaktadır. Yüzey alanı enerjisi, kayanın kırılma şekline bağlıdır. Wooton (1974), enerji girişi ile yeni yüzey alanı oluşturmanın uygulanan yükün boyutuna bağlı olduğunu göstermektedir. Spesifik enerji, iki benzer yöntemi karşılaştırırken veya herhangi bir delme ünitesinin en uygun çalışma koşullarının saptanması için kullanılışlıdır. Bazı tipik spesifik enerji değerleri Çizelge 5.1 de verilmiştir.

85 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 75 Çizelge 5.1. Kaya koparma işlemi için spesifik enerji değerleri [Chugh, 1992 den değiştirilerek] Spesifik Enerji Ekipman / Matkap Kuyu Çapı (m) Kayaya Uygulanan Güç (Hp) (kwh/m 3 ) Kaya Dayanımı Kaya Dayanımı kg/cm 2 >2000 kg/cm 2 Darbeli Darbeli Darbeli Konili Balta Elmas Döner sondaj spesifik enerji değerleri, darbeli sondaja oranla geniş bir aralık sunmaktadır. Spesifik enerji değerinin yüksek olduğu durumlarda, çalışmanın maliyeti yüksek olacaktır [Karanam ve Misra, 1998]. Bu bölümde, temel bir kaya özelliği olmayan spesifik enerji anlatılmıştır. Bu bölümden çıkarılabilecek sonuç, yalnızca spesifik enerji değeri kullanılarak delme performansının tahmin edilemeyeceğidir [Karanam ve Misra, 1998]. Bir kayanın sadece tek bir fiziksel veya mekanik özelliği doğrudan delinebilirlikle ilişkilendirilemez. Kaya delme olayı, kayanın çeşitli özellikleri ve kaya yenilme mekanizması ile ilişkilidir. Sertlik, dayanım özellikleri, aşındırıcılık, tane boyu ve şekli, taneler arasındaki ilişki vb. kaya delinebilirliğini bütünleşik olarak etkilemektedir. Pek çok araştırmacı, herhangi bir kayanın delinebilirliğinin en iyi şekilde belirlenebilmesi için çeşitli çalışmalar yapmışlardır. Sonuçta, kaya delinebilirliğinin en iyi şekilde herhangi küçük bir kaya örneği üzerinde mikromatkap deneyi ile basit ve ucuz olarak belirlenebileceğini göstermektedir [Karanam ve Misra, 1998].

86 76 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 5.6. Delinebilirlik Analizinde Kullanılan Deneysel Yöntemler Kayaların delinebilirliği; dayanım, kırılganlık, aşındırıcılık ve süreksizlik özelliklerinden etkilenmektedir. Delinebilirlik tayininde, bu özelliklerden bir kaçı birlikte değerlendirilir. Kaya delinebilirliğinin tahmini, araştırmacıları uzun süredir meşgul etmektedir. Uluslararası Kaya Mekaniği Derneği nin (ISRM) kayaların kazılabilirlikleri ve delinebilirlikleri konusunda kurduğu komisyon 1987 de Montreal de toplanmıştır. Bu komisyon tarafından delinebilirlik tayininde birkaç deney yönteminin bir arada yorumlanması tavsiye edilmektedir. Delinebilirliğin güvenilir olarak saptanması ancak çeşitli deney yöntemlerinin birlikte uygulanması ile gerçekleşir. Fakat, bu yöntem genellikle pahalı olmaktadır. En güvenilir ve başarılı sonuçları, laboratuar spesifik enerji ve aşındırıcılık deneyi gibi özel olarak tasarlanan ve delinebilirliğe etki eden çeşitli özellikleri birlikte irdeleyen deney yöntemleri vermektedir [Özdemir, 2007]. Delinebilirlik deney yöntemlerinin, kaya delinebilirliğinin saptanmasında kullanılması için belirli özelliklere sahip olması gerekir. Deney yönteminin basitliği, ucuzluğu, sonuçlarının yeniden elde edilebilir olması bu özellikler arasında sayılabilir. En önemlisi, deneyden elde edilen değerlerin kayanın delinebilirliği hakkında doğru sonuçlar vermesi ve yöntemin standart olarak uygulanabilir olmasıdır [Özdemir, 2007] Laboratuar deneyleri ile delme hızı tahmini Kayalarda yapılacak sondaj çalışmalarında delme hızının tahmin edilmesine yönelik olarak birçok laboratuar deney yöntemi bulunmaktadır. Bunlar, döner ve döner-darbeli sondaj yöntemleri özelinde incelenebilir. Döner sondajda laboratuar deneyleri ile delme hızı tahmini Döner-darbeli sondajda kayaç özellikleri ile delinebilirlik arasındaki ilişkinin belirlenebilmesi için bir takım deneylerin yapılması gereklidir. Bunlar; mikromatkap ve/veya diş batırma deneyi ve kayaların diğer özelliklerine bağlı deneylerdir (tek eksenli basınç deneyi, gözeneklilik belirleme deneyleri, shore sertlik deneyi, birim hacim ağırlık deneyi ve deformasyon deneyi). Mikromatkap deneyi Mikromatkap deneyinde, 3.18 cm çaplı matkaplar kullanılmaktadır. 60 dev/dk lık dönme hızı ile 90 kg lık bir itme yükü ile deneyler yapılmaktadır

87 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 77 (Resim 5.1). İlerleme 2.4 mm derinliğe ulaşınca delme işlemine son verilerek toplam zaman ölçülür (her 0.8 mm derinlikte bir zaman ölçülerek toplam zaman bulunur). Dişteki aşınma miktarı tayin edilir. Dişteki aşınma miktarı, delinme özellikleri ortalama olarak belli olan kayaların yer aldığı cetvellerle karşılaştırılarak kayanın delinebilirlik katsayısı belirlenir [Jimeno ve diğ., 1995]. Resim 5.1. Mikromatkap deney düzeneği [Özdemir, 2009] Diş batırma deneyi Batırma deneylerinde, matkaplardan çıkarılan değişik türdeki dişler üzerine, laboratuar ortamında kaya örneği parçalanıp bir oyuk oluşuncaya kadar yük uygulanmaktadır (Resim 5.2). Sonuçta yük-batma eğrisi elde edilir. Bu eğrinin eğimi yani oluşan oyuğun derinliğinin uygulanan yüke bölümü α (kg/mm) delinebilirlik indeksi olarak tanımlanmaktadır (Şekil 5.6). Bu değer delinebilirliği bilinen kayaların delinebilirlik indeksi ile karşılaştırılarak, kullanılacak matkap türü, ömrü, matkap üzerine uygulanacak yük (baskı) miktarı ve ortalama delme hızı belirlenir [Kahraman, 1997]. Eğriler sürekli ve süreksiz olmak üzere iki çeşittir. Bu durumlar kayaların plastiklik özelliklerinden ve dişin uç açısından kaynaklanmaktadır. Plastik ve kırılgan kayalarda diş batarken belli bir yükten sonra kayadan bir parça (talaş) kopar, batma derinliği aniden artarken yükte de düşme görülür. Dolayısıyla eğri sürekli olur. Kırılgan olmayan kayalarda ise, talaş oluşmadığı için eğri süreklilik arz etmektedir. Talaşın oluştuğu yük değerinin %50 sinden çizilen teğetin eğiminden delinebilirlik indeksi bulunur [Kahraman, 1997].

88 78 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Resim 5.2. Diş batırma deney düzeneği [Jimeno ve diğ., 1995] Şekil 5.6. Eğriler yardımı ile delinebilirlik indeksinin bulunması [Kahraman, 1997]

89 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 79 Batırma tepkisi Kama şeklindeki bir matkap dişinin kayaya batması üç aşamaya ayrılabilir. Bunlar [Kahraman, 1997]; a. Kamanın kaya ile teması sırasında kaya yüzeyindeki pürüzlerin ezilmesi b. Kayanın plastik deformasyonu c. Kamanın alt ucundaki ezik kısmın oluşması Artan yük ile kamanın meydana getirdiği gerilmeler, ezik kısım tarafından kayaya iletilir. Gerilmelerin belli bir değere ulaşmasından sonra kaya yüzeyine doğru ani bir çatlama meydana gelerek küçük bir parça (talaş) kopar. Bu olaya talaş oluşumu denmektedir (Şekil 5.7). Talaşlanma ile ani bir gerilme boşalması meydana gelir ve kama-kaya arasındaki kuvvette düşme görülür [Kahraman, 1997]. Kuyu tabanındaki gerilme durumu karmaşık ve delme işlemi birçok etkene bağlı olduğundan batırma sorununun çözümlenmesinde bazı basitleştirici kabuller yapılmaktadır. Kayanın homojen, izotrop ve katı-plastik olduğu varsayılır [Kahraman, 1997]. Şekil 5.7. Talaş oluşumu [Kahraman, 1997]. Döner sondajda, delme hızının (delinebilirliğin) tahmini için literatürde bulunan teorik ve görgül (ampirik) formüller şu şekildedir [Özdemir, 2009; Kahraman, 1997];

90 80 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 1- Teale (1965) formülü: DH = Burada; DH = delme hızı, N = dönme hızı, T = tork, A = delik kesit alanı, SE = spesifik enerji 2- Morris (1969) formülü: DH = 17N Burada; DH = delme hızı (m/h), N = dönme hızı (dv/dk), = penetrasyon deneyinde matkap dişinin batma miktarı (mm), F = talaş oluşturmak için gerekli kuvvet (kg), W = matkap baskısı (kg), C = diş sayısı 3- Clark (1979) formülü: = k( ) 2 Burada; DH = delme hızı, N = dönme hızı, D = matkap çapı, k = sabit, W = matkap baskısı, = delinebilirlik direnci 4- Warren formülü [Howart, 1986] DH = ( + ) -1 Burada; DH = delme hızı, A,b,c = sabitler, Sd = delinebilirlik direnci (kpa), D = matkap çapı, N = dönme hızı, W = matkap baskısı

91 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Praillet (1990) formülü: W = DH= Burada; DH = delme hızı, W = matkap baskısı, N = dönme hızı, dayanımı, D = matkap çapı = basınç 6- Karpuz ve diğ. (1990) formülü: DH = Burada; DH = delme hızı, W = matkap baskısı, N = dönme hızı, D = matkap çapı, = basınç dayanımı 7- Pandey ve diğ. (1991) formülü (Laboratuar delme deneyinden) ; DH = log DH = log DH = log DH = log f Burada; DH = delme hızı (cm/dk), = basınç dayanımı, = çekme dayanımı, = kesme dayanımı, f = protodyakonov indeksi (kaya dayanım katsayısı)

92 82 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 8- Wijk (1991) formülü: = DH = kn ( ) 3/2 Burada; DH = delme hızı, K = sabit, N = dönme hızı, Sc = matkap diş sayısı, W = matkap baskısı, D = delik çapı, = stamp test dayanım indeksi (Mpa), C = diş sayısı 9- Maurer formülü [Wijk, 1991]: DH = Burada; DH = delme hızı, K = sabit, N = dönme hızı, S d = delinebilirlik direnci, D = matkap baskısı 10- Baurer formülü [Wijk, 1991]: DH = Burada; DH = delme hızı (ft/h), = basınç dayanımı (psi), N = dönme hızı (dv/dk), W = matkap baskısı (Ib), D = matkap çapı (inç)

93 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Eskikaya ve diğ. (1993) formülü: DH = Burada; DH = delme hızı (cm/dk), K = kayaç özelliklerine bağlı bir katsayı, N = dönme hızı (dv/dk), W = matkap baskısı (kg), = delinebilirlik indeksi (kg/mm), D = matkap çapı (cm), C = 6-7 arasında değişen bir katsayı 12- Kahraman (1999) formülü: Konik dişli matkap için; DH = 3.20 Kürsel dişli matkap için; DH = 3.35 Burada; DH = delme hızı (m/h), N = dönme hızı (dv/dk), W = matkap baskısı (kn) α = delinebilirlik indeksi (kn/mm), D = matkap çapı (cm) Döner-darbeli sondajda laboratuar deneyleri ile delme hızı tahmini Döner-darbeli sondajda kaya özellikleri ile delinebilirlik arasındaki ilişkinin belirlenebilmesi için bir takım deneylerin yapılması gereklidir. Bunlar; kırılganlık ile Sievers minyatür delik delme deneyleri ve kayaların diğer özelliklerine bağlı deneylerdir (tek eksenli basınç deneyi, gözeneklilik belirleme deneyleri, shore sertlik deneyi, birim hacim ağırlık deneyi ve deformasyon deneyi).

94 84 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Delme hızı indeksi (DRI) Delme hızı indeksi (DRI), deneysel uygulamalardaki delinebilirliği tam olarak işaret etmez. Fakat, ilerleme hızının hesaplanmasına yardımcı olur. Aynı zamanda kayanın delinmeye karşı gösterdiği en yüksek dayanımı temsil eder. DRI ya da delme hızı indeksi, Norveç Teknoloji Enstitüsü (Norwegian Institu of Technology) SINTEF de 1960 lı yıllardan itibaren kayaların delinebilirliği için yapılan çalışmaların toparlanması ile geliştirilmiştir [Yaralı ve Soyer, 2007] yıllından itibaren İskandinav ülkelerinde delinebilirlik konusunda standart bir deney haline gelmiştir. Delme hızı indeksi (DRI), kırılganlık ve minyatür delme (Sievers) deneyleri sonucunda grafikten bulunmaktadır. Bu iki deneyde kullanılan deney aletlerinin orijinali Norveç Bilim ve Teknoloji Üniversitesi SINTEF Kaya ve Zemin Mekaniği Laboratuvarında [Norvegian University of Science and Technology (NTNU) SINTEF Rock and Soil Mechanics] bulunmaktadır. Bu deney yöntemi, özellikle sert kaya kazılarındaki delme performansının tahmininde kullanılmaktadır [Yaralı ve Soyer, 2007]. Bu deneylerden elde edilen sonuçlar, DHİ ile kayaların delinme özelliklerinin doğru ve güvenilir bir şekilde tahmin edilebileceğini ortaya koymuştur. DHİ, iki nicelik temelinde hesaplanmaktadır. Bunlar [Dahl, 2003]; 1. Kırılganlık değeri (S 20) 2. Sievers değeri (Sj) Kırılganlık deneyi ve değeri (S 20) Kırılganlık değeri, kolay kırılabilirlik deneyi ile hesaplanmaktadır. Devam eden darbelerle kayanın kırılmaya karşı olan direncinin ölçüldüğü bir deneydir. Deney 1943 yılında, N. von Matern ve A. Hjelmer tarafından İsveç te geliştirilmiştir. Çeşitli kullanım amaçları için deney birkaç kez modifiye edilmiştir. Kırılganlık deneyi, 1950 lerin sonundan bugüne kaya delinebilirliğinin tayininde kullanılmaktadır [Dahl, 2003]. Şekil 5.8 de kırılganlık deneyinin şematik gösterimi verilmiştir.

95 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 85 Sievers deneyi ve değeri (Sj) Sievers değeri hesaplanmasında minyatür delik delme deneyi yapılır. Bu deney, kayanın yüzey sertliğinin (veya oyulmaya karşı direncinin) ölçülmesinde kullanılır. Bu deney, 1950 lerde H. Sievers tarafından geliştirilmiştir [Dahl, 2003]. Şekil 5.9 da minyatür delik delme aletinin şematik görünümü verilmiştir. Şekil 5.8. Kırılganlık deneyinin şematik görünümü [Dahl, 2003] Şekil 5.9. Minyatür delme (Sievers) aletinin şematik görünümü [Dahl, 2003]

96 86 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi DRI değeri, Sj değeri tarafından düzeltilmiş kaya kırılganlık değeridir. Delme hızı indeksi (DRI), Şekil 5.10 da verilen diyagram kullanılarak bulunur. Diyagram üzerinde kırılganlık deneyinden elde edilen S 20 değeri ve Sievers minyatür delme deneyinden elde edilen Sj değeri kesiştirilerek DRI değeri belirlenir ve Çizelge 5.2 gibi sınıflandırılır. Şekil Delme hızı oranı (DRI) tayininde kullanılan diyagram [Dahl, 2003] Çizelge 5.2. DRI sınıflandırması [Dahl, 2003] Sınıf DRI Aşırı Düşük 25 Çok Düşük Düşük Orta Yüksek Çok Yüksek Aşırı Yüksek 83

97 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 87 Döner-darbeli sondajda, delme hızının (delinebilirliğin) tahmin edilmesi için literatürde bulunan teorik ve ampirik formüller şu şekildedir [Özdemir, 2009; Kahraman, 1997]; 1- Hartman (1962) formülü: DH = Burada; DH = delme hızı, V = krater hacmi, = darbe frekansı, = matkaptaki kanat sayısı, A = delik kesit alanı 2- Protodyakonov (1962) formülü: DH = Burada; DH = delme hızı (dk/m), d = delik çapı (mm), f = protodyakonov indeksi, G = pnömatik tabanca gücü (kw) 3- Bailey (1967) formülü: DH = (Pa p) 3/2 ( ) 1/2 Burada; DH = delme hızı, n = verim, SE = spesifik enerji, d = delik çapı, P = işletme basıncı, A p = piston alanı, S = strok, W p = piston ağırlığı

98 88 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi 4- Coates (1970) formülü: DH = Burada; DH = delme hızı, n = verim, b pm = darbe frekansı, Ap = piston kesit alanı, S = strok, SE = spesifik enerji, A = delik kesit alanı 5- Hustrulid (1971) formülü: DH = Burada; DH = delme hızı (cm/dk), E = piston enerjisi (kg-cm), bpm = darbe frekansı (darbe /dk), Tr = enerji transfer katsayısı, A = delik kesit alanı (cm 2 ), SE = spesifik enerji (kg-cm/cm 3 ) 6- Schmidt (1972) formülü: DH = Burada; DH = delme hızı (cm/dk), G = piston gücü (kgm/dk), Tr = enerji transfer katsayısı, SE = Spesifik enerji (kgcm/cm 3 ), D = matkap çapı (cm) 7- Tandananad ve Unger (1975) formülü: DH = In K d = 0.47(d-1.5) Burada; DH = delme hızı (inç/dk), G = piston gücü (ft Ib/dk), A = delik kesit alanı (inç 2 ), Kd = düzeltme faktörü, D = delik çapı (inç), f = geliştirilmiş protodyakonov indeksi

99 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi Pathinkar ve Misra (1980) formülü: Log DH = ( )logse log( ) Burada; DH = delme hızı (cm/dk), = matkap uç açısı, =piston enerjisi (kgm), SE = Spesifik enerji (kgm/cm 3 ), b pm = darbe frekansı (darbe/dk), A = delik kesit alanı (mm 2 ) 9- Rabia ve Brook (1980) formülü: DH = Burada; DH = delme hızı, DD = Darbe dayanım sayısı, SH = Shore sertliği, P = işletme basıncı, a,b,c = katsayılar 10- Wijk (1989) formülü: DH = Burada; DH = delme hızı, C = diş sayısı, V = krater hacmi, f = protodyakonov indeksi, D = matkap çapı 11- Kahraman (1999) formülü: Kuyudibi çekici kullanılacaksa, DH = 3.24 Burada; DH = delme hızı (m/dk), P = çalışma basıncı (bar), d = piston çapı (mm),

100 90 Delinebilirliğin Değerlendirilmesi R n = Schmidt çekici (N-tipi) geri darbe sayısı Yerüstü çekici kullanılacaksa, DH = 0.47 Burada; DH = delme hızı (m/dk), b pm = darbe sayısı(darbe/dk), eksenli basınç dayanımı (MPa), q = kuvars içeriği (%) = tek

101 YARARLANILAN KAYNAKLAR Akkoç, E. Agregaların mekanik ve dokusal özellikleri arasındaki ilişkilerin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, İTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 102 (2002). Akpınar, K. Su Kuyularının Açılması ve İşletilmesi, Sorunlar ve Çözümleri, Ankara, 696 (1999). Akün, M.E. Effect of operational parameters and formation properties on drillability in surface set diamond core drillings. ODTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 251 (1997). Akün, M.E. ve Karpuz, C. Türkiye deki arama operasyonlarında, operasyon parametreleri ve formasyon özelliklerine bağlı olarak ilerleme hızlarının iyileştirilmesi, Madencilik Dergisi, 1,17-24 (1992). Atkinson, T. and Cassapi V.B. The prediction and reduction of abrasive wear in mine excavating machinery, I. Mech. E., (1984). Atkinson, T., Cassapi, V.B. and Singh, R.N. Assessment of abrasive wear resistance potential in rock excavating machinery. Int. J. Min. Geo. Engg.,3, (1986). Aytekin, A. Matkaplar, MTA Hizmetiçi Eğitim Semineri, Diyarbakır, (Yayımlanmamış) (2004). Bilgin, N., Maden İşletmelerinde Kullanılan Deliciler. Çalışma Şartları ve Ekonomisi, İTÜ Maden Fakültesi, 49 (1991). Bilgin, N., Eskikaya, Ş. Dinçer. T. TKİ de kullanılan geniş çaplı rotari delicilerin performans analizi. Türkiye 13.Madencilik Kongresi, (1993). Brook, N. The use of irregular specimens for rock strength tests. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 4, (1977). Chugh, C.P. High Technology in Drilling and Exploration, Oxford & IBH, 780 (1992). Dahl, F. DRI, BWI, CLI Standarts, NTNU, 21 (2003). Das, B. Vickers hardness concept in the light of Vickers impression. Int. J. Rock Mech. & Min. Sci.,11:85-89 (1974). Datc., Product Catalogue, Fransa, 418 (2003) Ducklet, C.P. and Bates, T.R. Predicting diamond bit drilling rates, World Oil, (1981). 91

102 92 Yararlanılan Kaynaklar Ersoy, A., Sondaj Teknikleri ve Uygulamaları, Nobel Kitabevi, 350 (2008). Ersoy, A., Automatic drilling control based on minimum drilling specific energy using PDC and WC bits, Mining Technology: IMM Transactions section A, 112, (2003). Ersoy, A., Waller, M. D., Textural characterisation of rocks, Eng. Geology, 39, (1995). Ersoy, A., Polikristalin elmas matkapların kömür yan kayaçlarında delme verimliliği, Sondaj Sempozyumu, (1998). Furby, J., Tests for rock drillability, Min. Quarry Engg., Vol.30, (1964). Geogem, Diamond Core Drilling Bit Manual, China, 206 (2006). Goodman, R. E. Introduction to Rock Mechanics, John Wiley & Sons, Kanada, 562 (1989) Göktekin, A., Sondaj Tekniği, İTÜ Maden Fakültesi Yayını, 431 (1991). Gümüşay, E., Su Sondaj Matkaplarının Kullanılması, Bakımı ve İmalatı Üzerine Düşünceler, DSİ Yayını,137 (1974). Hartman, H.L., Basic studies of percussion drilling, Mining Engineering, N.Y.,11, (1959). Herdan, G., ve Smith, M.L., Small particale statistics, Elseveir, Houston, 66 (1953). Heinz, W.F., Diamond Drilling Handbook, South African Drilling Association, 517 (1985). Hoseinie, S.H., Aghababaei, H., Pourrahimian, Y. Development of a new classification system for assessing of rock mass drillability index (RDi), International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 45, 1 10 (2008). Howrath, D.F., ve Rowlands, J.C., Quantitative assessment of rock texture and correlation with drillability and strength properties, Rock Mech.Rock Eng., 20, (1987). Howrath, D.F. and Adamson, W.R., Performance characteristics of a small-scale rotary boring machine instrumented with large drag pick, Int. J. Rock Mech. Min. Sci, 26, (1988). Howrath, D.F. Review of rock drillability and borability assessment methods, Trans. Int. Min. Metall, (1986). ISRM, Commission on standardization of laboratory and field tests, Suggested methods for the quantitative description of discontinuities in rock masses, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr., 15 (6): (1978).

103 Yararlanılan Kaynaklar 93 Jimeno, C.L., Jimeno, E.L. and Carcedo, F.J.A. Drilling and Blasting of Rocks, A.A. Balkema., 391 (1995). Kahraman, S., Konili matkaplar, seçim kriterleri ve sınıflandırılması, Jeoloji Mühendisliği Dergisi, 47, (1995). Kahraman, S., Açık işletmelerde uygun delme-patlatma şartlarını veren bir modelin geliştirilmesi, İTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 327 (1997). Karaman, E., Sert kayaçlarda delinebilirlik tayini, Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 55 (2008). Karanam, R.U.M. and Misra, B., Principles of Rock Drilling, AA Roterdam, 265 (1998). Karanam, R.U.M., Experimental and theoretical investigations of impregnated diamond core drilling in rocks, Ph.D. Thesis, HT, Kharagpur, (1994). Kırgız ve Hindistanlı, M.A. 2006, Kaya Mekaniği İLkeleri ve Uygulamaları, Maden Müh. Odası Yayını Longyear, Diamond Products Field Manual, (1987). Mellar, M., Normalization of specific energy, Int. J. Rock Mech. Sci, Vol.9, pp (1965). Misra, B., Correlation of rock properties with machine performance, Ph.D. thesis, (1972). Moore, P.L., Drilling Practices Manual, USA, (1986). Nast, P.H., Drillers Handbook on Rock, Davey Compressor Company, Kent Ohio, Tunnel Engineering Handbook, Ed. Bickel, Jon, O. ve Kuesel, (1955). Onan, M., Karotlu sondajlarda ilerleme hızına etki eden faktörlerin araştırılması, Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi,113 (1992). Özdemir, A., Sondaj Tekniğine Giriş, 2. Baskı, Mattek Matbaası,74 (2009). Özdemir, A., Kayaların delinebilirliğini etkileyen jeo-mühendislik özellikleri, Sondaj Dünyası Dergisi, 5, (2007). Özdemir, A. ve Haspolat, Z., Sondaj çalışmalarında kullanılan üç konili matkapların seçimi için yeni b r yaklaşım, 59.Türkiye Jeoloji Kurultayı, 435 (2006). Özdemir, A. ve Özdemir, M., Jeoteknik Etüt Sondajları, Belen Yayıncılık, 234 (2006). Öztürk, A., Kayaç dokusal özelliklerinin sınıflandırılması ve kaya mühendisliği uygulamaları, Doktora Tezi, İTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, 197 (2006).

104 94 Yararlanılan Kaynaklar Paithankar, AG. and Misra, G.B., A critical appraisal of the protodyakonov index, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 13, (1976). Paone, J., Bruce, W.E and Virciglio, P.R., Drillability studies-statistical regression analysis of diamond drilling, RI-USBM-6880, (1966). Paone, J. and Bruce, W.E., Drillability studies-diamond drilling, Rl-USBM 6324, (1963). Paone, J. and Madson, D., Drillability studies-impregnated diamond bits, RI-USBM 6776, (1966). Paone, J. Madson, D. and Bruce, W.E., Drillability studies laboratory-percussive drilling, RI-USBM-7300, (1969). Praillet, R., Blasthole Drilling-Rotary Drilling and The Four Kingdoms, WME, Sept., (1990). Protodyakonov, M.M. Mechanical properties and drillability of rocks, Proc. of the Fifth Symp. Rock Mechanics, (1962). Rabia, H. and Brook, N., the Effects of apparatus size and surface area of charge on the impact strength of rock, Int. J. Rock Mech. Min. Sci, Vol.18., (1981). Sauna, M. and Peters, J., The cerchar abrasivity indeks and it relation to rock mineralogy and petrography, Rock Mechanics, 15, 1-18 (1981). Savaşkan, M., Taptık, Y. ve Ürgen, M., Deney tasarımı yöntemi ile matkap uçlarında performans optimizasyonu, İTÜ Mühendislik Dergisi, 3, (6): (2004). Schmidt, R.L., Drillabiliry studies percussive drilling in the field, RI-USBM-7684, (1974). Selmer-Olsen R. and Blindheim, O.T., On the drillability of rock by percussive drilling, Proc. of Second Congress of the Int. Soc. for Roc. Mech.,3:, (1970). Shepherd, R., Physical properties and drillability of mine rocks, Water Power, Vol.3., , , , (1951). Simon, R., Theory of rock drilling, Sixth Annual Drilling and Blasting Symp., 1-4 (1956). Simon, R., Transfer of the stress wave energy in the drill steel of percussive drill to the rock, Int J. Rock Mech. Min. Sci., 1: (1964). Singh, D.P. The drillability of rocks, Min. Sci. and Eng., 5, (1973).

105 Yararlanılan Kaynaklar 95 Singh, D.P., Drillability and physical properties of rocks, Proc. Rock Mech. Symp., Australia, (1969). Singh, S.P., A simple criterion of machinability of hard rocks, Int. J. Min. Geol. Eng,. 7, (1989). Sunay, N., Elmas Kron ve Karot Randımanı, MTA Enstitüsü Yayını, No: 131, 39 (1966). Tandanand, S. and Unger, H.P., Drillability determination-a drillability index for percussion drills, R.I.-USBM-8073, (1975). Teale, R., The concept of specific energy in rock drilling, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2, (1965). Thuro, K., Drillability prediction: geological influences in hard rock drill and blast tunnelling, Geol Rundsch, 86, (1997). Unger, H.F. and Fumanti, R.R., Percussive drilling with independent rotation, RI-USBM-7692, (1972). West, G., A review of rock abrasiveness testing for tunneling, Procedings of the International Sypmposium on Weak Rock, (1981). West, G., Rock abrasiveness testing for tunneling, Rock Mech. Min. Sci. and Geomech. Abstr., Vol. 26, No.2, (1989). Wilbur, L. D., Rock Tunnels, Tunnel Engineering Handbook, Ed. Bickel, Jon, O. ve Kuesel, T. R, (1982). Williams, H., Turner, F. J., ve Gilbert, C. M. Petrography: an introduction to the study of rocks in thin sections, W. H. Freeman Company, San Francisco, (1982). Wootton, D., Aspects of energy requirements for rock drilling, Ph.D. Thesis, Leeds Univ., (1974). Yaralı, O. ve Soyer, E., Tünel açma makinalarının performans analizinde kullanılan delme oranı indeksinin (DRI) tahmini, 2. Ulaşımda Yeraltı Kazıları Sempozyumu, (2007). Yıldız, R. ve Köse, H., Açık İşletmelerde Delik Delme Metodları ve Delici Makinalar, Kütahya, 218 (2003).