MÜHJEO 2015: Ulusal Mühendislik Jeolojisi Sempozyumu, 3-5 Eylül 2015, KTÜ, Trabzon

Transkript

1 Sondaj ve Kimyasal Analiz Verileri Kullanılarak Bir KireçtaĢı Ocağının 3-Boyutlu Cevher Modellemesi 3D Orebody Modeling of a Limestone Quarry Using Borehole and Chemical Analysis Data ġ. Aliyazıcıoğlu 1,*, K. Karaman 1, F. Cihangir 1, B. Erçıkdı 1, A. Kesimal 1 1 Karadeniz Teknik Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü, Trabzon (*aliyazicioglu@ktu.edu.tr) ÖZ: Trabzon Çimento Fabrikası na ait Taşönü (Araklı-Trabzon) endüstriyel hammadde ocağın da yılları arasında üç kez düzlemsel kayma meydana gelmiştir. Bu kaymalar sonrasında ocaktan malzeme temini durma noktasına gelmiştir. Bu nedenle heyelan sahasının kuzeyinde 5 adet araştırma sondajı yapılmıştır. Sondaj verileri 3-boyutlu olarak Geovia Surpac paket programında değerlendirilmiştir. Çalışma kapsamında hammadde içeriğindeki CaO (kalsiyum oksit) miktarı üç ayrı sınıfta (düşük, orta ve yüksek) modellenerek cevher modeli ortaya konulmuştur. Bu çalışma, heyelan sahasında üretim yapılması durumunda, kireçtaşı cevherinin toplam miktarı, CaO içerik modeli ve kazının ocağın hangi bölgesinden başlamasının daha ekonomik olacağını ortaya koymaktadır. Anahtar Kelimeler: Taşönü (Araklı-Trabzon) Kireçtaşı Ocağı, Cevher Modelleme, CaO Miktarı ABSTRACT: Belonging to Trabzon Cement Factory, in the Taşönü (Trabzon Araklı industrial raw material area, 3 planar failures occurred between 2005 and 2007 years. After these failures, raw limestone supply from the quarry came to a standstill. Therefore, 5 different exploratory drillings were bored north side of the landslide area. Drilhole data is evaluated in 3 dimensional (3D) model by Geovia Surpac program. In the scope of study, the content of CaO (calcium oxide) in limestone ore is modeled in 3 different classes (low, medium and high) as an orebody. This study indicates total amount of limestone orebody model, CaO content model and which region in topography would be more economical in order to start the reproduction in the limestone quarry. Keywords: Taşönü (Araklı-Trabzon) Limestone Quarry, Orebody Modeling, CaO Content 1. GĠRĠġ Ülke ekonomisine büyük katkılar sağlayan en önemli sanayi ürünlerinden biri çimentodur. Çimento genel olarak, doğal kireçtaşı ve kil karışımının yüksek sıcaklıkta ısıtıldıktan sonra öğütülmesi ile elde edilen hidrolik bir bağlayıcı madde olarak tanımlanmaktadır. Hammadde kalitesi ve üretimi çimento fabrikalarının ekonomisinde önemli bir rol oynamaktadır. Ancak hammadde sahalarında meydana gelen kütle hareketleri (şev duraysızlıkları), kaliteli cevher miktarının azalması veya bitmesi gibi problemlerden dolayı üretim miktarı iyice azalmakta, hatta durmaktadır. Bu problemlerin üstesinden gelmek için problemli sahada araştırma sondajları yapılmakta (Aliyazıcıoğlu vd., 2015) veya şev duraylılığı açısından sahanın mevcut durumu gözden geçirilmektedir (Karaman vd., 2013). Günümüz teknolojisinde, çimento hammaddesi üretiminin optimizasyonu için hammadde ve ocak geometrisinin 3 boyutlu (3D) olarak modellenmesi kaçınılmaz bir gerçektir. Bir maden yatağının değerlendirmesinde en önemli işlemlerden biri sondaj verilerinin doğru ve hassas bir şekilde modellenerek cevherin 3D olarak ortaya konulabilmesidir. Bir projenin başlangıcında yapılacak hataların en aza indirilmesi için rezerv miktarının ve tenör dağılımının doğru olarak belirlenmesi ve kalite dağılımının bilinmesi ekonomik olarak büyük önem taşımaktadır. Maden projesinin bilgisayar destekli olarak planlanması ve modellenmesi sayesinde sonuca klasik yöntemlere göre daha hızlı ve daha çabuk ulaşılabileceği gibi, yeni verilerle güncelleme olanağı da önemli bir avantaj oluşturmaktadır (Cebesoy, 1995; Selimoğlu, 2004). Bu çalışmada 3D modelleme tekniklerini etkin bir şekilde ortaya koyan Geovia Surpac 6.2 paket programından yararlanılmıştır. Surpac programı (URL-1, 2015) ile topoğrafik haritanın 3 boyutlu yüzey modeli haline getirilmesi, sondaj karotlarının modellenerek 351

2 görselleştirilmesi ve yüzey modeli ile birleştirilmesi, veritabanı oluşturularak jeoistatistiksel analizlerin yapılması, sondajlardan cevher yatağı modelleme, blok modelleme, yeraltı ve açık ocak madenciliği modellenmesi gibi işlevler yerine getirilebilmektedir (Aliyazıcıoğlu, 2012). Cevherin yüzeye yakın ya da yüzlek vermiş noktalarını tespit etmek, cevheri işlemede hangi açık ocak madenciliği yönteminin uygulanacağını belirleme adına önemlidir (Kennedy, 1990). Ayrıca, iyi yapılmış bir modelleme cevherin kestiriminde güvenilir bir yaklaşım sergilemesi yanında, rezervi en iyi şekilde temsil etmelidir (Arik, 1990). Bu çalışmanın konusunu oluşturan Trabzon Çimento Fabrikası nın hammadde ihtiyacını karşıladığı Taşönü (Araklı) kireçtaşı ocağında yapılmış olan araştırma sondajları 3 boyutlu olarak değerlendirilmiştir yılları arasında 3 kez düzlemsel kaymanın meydana geldiği ocakta, kireçtaşı temini durma noktasına gelmiştir. Üretimin kontrollü bir şekilde devam etmesi için heyelan sahasının kuzeyinde 5 adet karotlu araştırma sondajı yapılmıştır. Çimento üretiminde hammaddenin kimyasal içeriği ve miktarının doğru olarak modellenmesi, üretim planlamasında etkili olmakta ve maliyetleri azaltmaktadır. Bu kapsamda çalışma sahasındaki araştırma sondaj bulguları dikkate alınarak çimento hammaddelerinden biri olan kireçtaşı biriminin yayılımının Surpac programı kullanılarak 3D modellemesi yapılmış ve kireçtaşı cevherinin toplam rezervi belirlenmiştir. Ayrıca, Surpac programında 3 boyutlu yapılan modellemede kireçtaşı cevheri CaO içeriğine göre kendi içinde düşük, orta ve yüksek olmak üzere 3 farklı gruba ayrılmıştır. Sonuç olarak, çalışma sahasında üretim yapılması durumunda çimento hammaddesi olan kireçtaşı cevherinin toplam miktarı ve kazının hangi taraftan başlamasının ekonomik olacağı ortaya konmuştur. 2. ÇALIġMA SAHASININ ÖZELLĠKLERĠ Bu çalışmanın kapsamını oluşturan kireçtaşı ocağı Trabzon ili Araklı ilçesi Taşönü köyünde bulunmaktadır (Şekil 1) (Aliyazıcıoğlu vd., 2015). Çalışma sahasında Kireçhane Formasyonuna ait biyomikritik kireçtaşı, makro fosilli boşluklu kireçtaşı, kumlu-killi kireçtaşı gibi çeşitli kireçtaşları bulunmaktadır (Karaman vd., 2013). Şekil 1. Çalışma sahası yer bulduru haritası (Aliyazıcıoğlu vd., 2015) Çalışma sahasında yılları arasında 3 ayrı düzlemsel kayma meydana gelmiştir (Şekil 2) (Ceryan, 2009; Karaman vd., 2013). Yenilmelerin, kalınlığı yer yer 100 cm ye ulaşan ve eğim açıları 352

3 20 30 º arasında değişen bir kil tabakası üzerinde gerçekleştiği belirtilmiştir (Ceryan, 2009). Kil tabakası ve heyelan sahasındaki şevlerin eğim yönlerinin aynı olması kaymayı kolaylaştıran en önemli sebeplerden biri olarak gösterilmesinin yanında (Ceryan vd., 2009), ocakta şev eğimlerinin düzensiz ve dike yakın olması, kontrolsüz yapılan patlatmalar ve bölgeye aşırı miktarda yağış düşmesi de şev duraysızlığını tetikleyici etkenler olarak belirtilmiştir (Erçıkdı vd., 2006). (a) (b) Şekil 2. Heyelan sahasından bir görünüm (a) ve jeolojik enine kesit (b) (Karaman vd., 2013). 3. SONDAJ ÇALIġMALARI VE DEĞERLENDĠRĠLMESĠ Üretimin emniyetli ve ekonomik bir şekilde yapılması için, heyelan sahasındaki şevlerin duraylılık açısından bir risk içerip içermediği ve cevher varlığının hangi kalitede olduğunun araştırılması önemli olmaktadır. Bu amaçla, heyelan sahasının kuzey ve kuzeybatısına denk gelen bölgesinde 5 adet araştırma sondajı yapılmıştır. Sondajların derinliği, başlangıç ve bitiş metrajları ile kireçtaşının kalınlığı Çizelge 1 de verilmiştir. Çizelge 1 den de görüldüğü gibi, SK-4 ve SK-5 sondaj noktalarında diğer sondaj noktalarına nazaran daha kalın kireçtaşı kesilmiştir. Sondaj No. SK-1 SK-2 SK-3 SK-4 SK-5 Çizelge 1. Araştırma sondajları derinlik ve kalınlık verileri Kireçtaşı başlangıç Kireçtaşı bitiş Sondaj derinliği derinliği derinliği ( m ) (m) (m) Kireçtaşı kalınlığı (m) Kireçtaşının yayılımı, sondaj noktaları ve duraysız şevlerin konumu Şekil 3a daki topoğrafik haritada gösterilmiştir. Elde edilen sondaj bilgileri, kireçtaşı oluşum metrajları ve koordinat bilgileriyle birlikte veri tabanı oluşturularak Surpac programında modellenmiştir. Ayrıca, sahaya ait düzlemsel kayma sonrası değişen topografya, topoğrafik haritada eş yükselti eğrileri kullanılarak 3 boyutlu hale getirilmiştir (Şekil 3b). Sondaj verileri değerlendirilerek yapılan 3 boyutlu modellemeden sonra, heyelan bölgesinin kuzeyinde kalan bölge dikkate alınarak işletme sahasının topoğrafik harita sınırları içindeki cevher sınırı çizilerek sondaj loglarından kesitler alınmış ve kesitler arası üçgenleme yöntemiyle 3 boyutlu cevher modeli oluşturulmuştur (Şekil 4). Cevher modeli ile topoğrafik harita bir araya getirildiğinde, 4 numaralı sondajın bulunduğu bölgede cevherin yüzeye çıktığı gözlemlenmiştir. 353

4 N (a) Şekil 3. Topoğrafya, sondajlar ve litoloji bilgileri (b) Şekil 4. Topoğrafya ve sondajlarla birlikte cevher modeli 354

5 Ayrıca, sondajlardan alınan kireçtaşı karot örneklerinin kimyasal analiz sonuçlarında elde edilen CaO(%) değerlerine göre cevher, (düşük), (orta) ve (yüksek) aralıklarda olmak üzere, üç ayrı gruba ayrılmıştır. Bu veriler ışığında üç ayrı cevher modeli oluşturulmuştur. Cevher modelinin yandan görünümü Şekil 5 de verilmiştir. Şekilde kırmızı renk yüksek CaO içeriğini (heyelan sahasının kuzeybatısı) sarı ile gösterilen bölge ise orta içeriğe sahip CaO değerlerini göstermektedir. Oluşturulan 4 ayrı cevher modelinin (toplam, düşük, orta ve yüksek CaO içeriğine göre modeller) hacim hesaplamaları yapılmıştır. Yapılan hesaplamalar sonucunda ortaya çıkan hacimleri Çizelge 2 de verilmiştir. Şekil 5. CaO içeriğine göre ayrı ayrı oluşturulmuş cevher modeli Çizelge 2. CaO içerikli cevher miktarları ve toplam cevher miktarı CaO içeriği (%) Sınıflandırma Cevher miktarı (m 3 ) Düşük CaO Orta CaO 283, Yüksek CaO 900,601 Araştırma sondajlarına göre yapılan modelleme sonucunda heyelan bölgesinin kuzeyinde yaklaşık %53 ü yüksek CaO ve %32 si orta CaO içeriğine sahip toplamda 900 bin metreküp kireçtaşı rezervi hesaplanmıştır. Ayrıca, yüksek CaO içerikli cevherin 4 ve 5 numaralı sondaj kuyuları bölgesinde yoğunlaştığı, bu bölgenin heyelan alanının kuzeybatısında ve yüzeye yakın olması sebebiyle ocakta üretime devam edilmesi durumunda, bu bölgede açık ocak üretimi yapılması önerilmektedir. Ancak unutulmamalıdır ki, rezervi hesaplanan alanın iyileştirme yapılmadığı sürece (şev duraylılığı açısından) gelecekte meydana gelebilecek olası duraysızlıklardan etkilenebileceği açıktır. Bu nedenle heyelan bölgesinin üretime geçilmeden önce duraylılığı kontrol altına alınmalıdır. 4. SONUÇLAR VE ÖNERĠLER Bu çalışmada heyelan sahasının kuzeyinde yapılan 5 adet araştırma sondaj bulguları 3-boyutlu olarak Gemcom Surpac paket programında değerlendirilmiş ve farklı miktarlarda CaO (kalsiyum oksit) içeriği belirlenmiştir. Sondajların değerlendirilmesiyle, hammadde CaO içeriğine göre 3 farklı sınıfa ayrılmıştır. Buna göre; ocakta kaliteli cevher miktarı %53, orta kalitedeki cevher ise % 32 civarında olup, toplam 900 bin metreküp kireçtaşı rezervi hesaplanmıştır. Ayrıca, yüksek CaO içerikli cevhere heyelan alanının kuzeybatısında 4 ve 5 numaralı sondaj kuyularında rastlanılması ve cevherin yüzeye yakın olması sebebiyle bu bölgede açık ocak üretiminin yapılması tavsiye edilmiştir. 355

6 Bu çalışma, heyelan sahasında üretim yapılması durumunda, kireçtaşı cevherinin toplam miktarı, CaO içerik modeli ve kazının ocağın hangi bölgesinden başlamasının daha ekonomik olacağını ortaya koymuştur. Ayrıca, ocakta üretime devam edilmesi durumunda öncelikli olarak heyelan bölgesinin gerekli iyileştirmeler yapıldıktan sonra üretime geçilmesi önerilmiştir. 5. KAYNAKLAR Arik, A., Effects of search parameters on kriged reserve estimation. International Journal of Mining and Geological Engineering, 8, Aliyazıcıoğlu, Ş., Örnek bir bakır madeninin Surpac programı ile modellenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon. Aliyazıcıoğlu, Ş., Karaman, K., Kesimal, A., Cihangir, F., Erçıkdı, B., Bir kireçtaşı ocağında (Araklı-Trabzon) sondajların 3 boyutlu analizi yoluyla kaya şev duraylılığı değerlendirmesi. Türkiye 24. Uluslararası Madencilik Kongresi ve Sergisi-IMCET 2015, Antalya. Cebesoy, T., Bilgisayar destekli Etibank Seydişehir Doğankuzu açık işletmesinin yüzey topoğrafyasının ve boksit yatağının 3 boyutlu olarak modellenmesi. Madencilikte Bilgisayar Uygulamaları Sempozyumu, D.E.Ü, Mühendislik Fakültesi, Maden Mühendisliği Bölümü, İzmir Ceryan, N, Taşönü kalker ocağındaki (Trabzon) kaya şevleri duraylılığının olasılık yöntemle analizi ve kazılabilirlik. Doktora Tezi, KTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon. Ceryan, N., Çellek, S., Kesimal, A., Taşönü (Araklı/Trabzon) heyelanının kayma düzlemindeki killerin mühendislik özellikleri. 14. Ulusal Kil Sempozyumu, Trabzon. Erçıkdı, B., Cihangir, F., Kesimal, A., Düzlemsel kaymanın oluştuğu bir kireçtaşı ocağında güvenlik katsayılarının belirlenmesi. İstanbul Üniversitesi Yerbilimleri Dergisi, 19(2), Karaman, K., Erçıkdı, B., Kesimal, A., The assessment of slope stability and rock excavatability in a limestone quarry. Earth Sciences Research Journal, 17(2), Kennedy, B.A., Surface Mining. Second edition, Society for Mining, Metallurgy and Exploration (US). Selimoğlu, Ö., Bilgisayar destekli entegre açık işletme tasarımı ve planlaması. Yüksek Lisans Tezi, İTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul. URL-1, 356