MADEN VE TÜNEL KAZILARINDA MEKANİZASYON 2018 2019 Güz 1. HAFTA Prof. Dr. Ali Osman YILMAZ
1. Hafta İçeriği Ders Planı Ders ile İlgili Genel Bilgiler Kaynaklar Giriş ve Tarihsel Gelişim Mekanize Kazı
Ders Planı
Ders ile İlgili Genel Bilgiler
Kaynaklar
Kaynaklar o o o o o o İnşaat ve Maden Mühendisliği için Uygulamalı Kazı Mekaniği. Nuh BİLGİN Mechanical Excavation in Mining and Civil Industries. Nuh BİLGİN, Hanifi ÇOPUR ve Cemal BALCI Maden Makineleri. Çelik TATAR Rock Excavation Handbook. Tamrock Tunelling and Tunnel Mechanics. Dimitrios Kolymbas Handbook of Tunnel Engineering (I & II). B. Maidl, M.Thewes, U. Maidl o Hardrock Tunnel Boring Machines. B. Maidl, L.Schmid, W.Ritz, M. Herrenknecht o o o o o Handbook of Mining and Tunnelling Machinery. B. Stack Ulaşımda Yeraltı Kazıları Sempozyumları - TMMOB Maden Mühendisleri Odası Maden Makineleri Sempozyumları - TMMOB Maden Mühendisleri Odası Konu ile İlgili Yapılmış Yüksek Lisans ve Doktora Tezleri Kazı Mekaniği ile ilgili süreli yayınlarda çıkan makaleler
Giriş ve Tarihsel Gelişim
Giriş ve Tarihsel Gelişim İnsanoğlu var olduğu günden beri kazı işeriyle uğraşmıştır. Bilinen ilk madencilik faaliyeti Fransa ve İngiltere de M.Ö 40.000-100.000 ye dayanan çakmaktaşı madenciliğidir. Buna rağmen kazı mekaniğinin anlaşılması son 50-60 yıla dayanmakta, kazının makinelerle yapılmaya başlaması ise biraz daha eskidir. Kazı mekaniği oldukça yeni bir bilim dalıdır ve gelişimini kömür madenciliğine borçludur. Mekanize olarak yapılan kazılar ilk olarak 19. yüzyılda başlamıştır.
Giriş ve Tarihsel Gelişim 1800 lerin başında tünel imalinde 2 farklı yöntem kullanılmaktaydı. Bunlar: Aç-kapa yöntemi Ahşap çerçeveler yardımıyla tünel kazısı ilerletilmekte ve anında tünel cidarı tuğla ile kaplanmaktaydı. Şekil: Eski yöntemle açılmış bir tünel Bu iki yöntem kohezif ve kohezif olmayan zemin koşullarında başarı ile uygulandı. Ayrıca bu yöntemler tünel içine akan su varlığında da başarı ile uygulandı ancak suya doygun zeminlerde kullanılamadı.
Giriş ve Tarihsel Gelişim Marc ve Isambard Brunel, Teredo Navalis isimli yumuşakçadan ilham alarak su altında tünel açmak için bir kalkan geliştirme fikrini ortaya attı. Teredo Navalis çenesiyle toprağı oymakta ve salgıladığı madde ile tünel cidarını kaplamaktaydı. İlk tünel kalkanı 1825-1843 yılında Thames Nehri altına açılacak tünel için Brunel tarafından imal edildi. Teredo (shipworm) Navalis Şekil: Brunel tarafından imal edilen tünel kalkanı
Giriş ve Tarihsel Gelişim İlk tünel makineleri tam cepheli değildi. Asıl gaye tünel aynasında oyuklar oluşturmaktı. Makinenin işi bittiğinde geride kalan kısım patlayıcı ve kazmalarla alınmaktaydı. Henri-Joseph Maus un 1846 yılında Mont Cenis (13.7km) Tüneli (İtalya-Fransa) için imal ettiği tünel açma makinesi bu kazı prensibine göre çalışmaktaydı. Makine aynada birbirine paralel oyuklar açarak aynayı 2 m genişliğinde ve 0.5 m yüksekliğinde 4 eşit taş bloğa bölmekteydi. Makine basınçlı hava ile çalışmaktaydı. Şekil: Maus tarafından imal edilen pnömatik tünel makinesi
Giriş ve Tarihsel Gelişim Charles Wilson 1851 yılında bir tünel açma makinesi imal etti ve 1856 yılında patentini aldı. Bu makine ilk tam cepheli tünel açma makinesi (TBM veya TAM) olarak adlandırılabilir çünkü modern TAM larının tüm özelliklerine sahipti. Makine 1853 yılında Hoosac Tüneli (7.64km) nde kullanıldı. Şekil: Wilson tarafından imal edilen tünel açma makinesi
Giriş ve Tarihsel Gelişim Frederick Beaumont tarafından 1882 yılında Channel Tüneli için iki adet tünel açma makinesi imal edilmiştir. Makineler iki kesici dönen kola sahipti ve kollar üzerinde yerleştirilmiş çelik keskiler bulunmaktaydı. Makineler basınçlı hava ile çalışmaktaydı. Makineler 1882-1883 yılları arasında başarılı bir şekilde kazıya devam etti ancak politik nedenler nedeni ile kazıya son verildi. Fransa tarafından 1840 m ve İngiltere tarafından 1850 m kazı yapıldı. Günlük mak. 25m ilerleme hızına erişilmiştir. Şekil: Beaumont tarafından imal edilen tünel açma makinesi
Giriş ve Tarihsel Gelişim 1916 yılında dayanımı düşük kayaçlarda galeri açabilmek için «Eisener Bergmann» isimli günümüzde continuous miner olarak adlandırılan makinelere benzeyen bir makine imal edildi. Makine dikdörtgen kesitli galeriler açmaktaydı. Şekil: Eisener Bergmann
Giriş ve Tarihsel Gelişim ABD de 1910 ile 1920 yıları arasında malzeme alanındaki gelişmeler özellikle yeni darbeli delicilerin ve kömür kazı makinelerinin yapılmasını sağlamış, bugünkü modern kazı makinelerinin tasarım temelleri atılmıştır. Şekil: Kömür kazısında kullanılan bir potkabaç makinesi Şekil: Kömür kesme makinesi Şekil: Auger makinesi ile kömür kazısı
Giriş ve Tarihsel Gelişim İlk continuous miner (sürekli kazıcı) patenti 1943 yılında Harold Silver tarafından alındı. Joy Manufacturing bu patenti satın alarak seri üretime geçti. Üretiminden sonra kömür üretimini önemli ölçüde arttırmıştır. Şekil: Sürekli kazıcı Video
Giriş ve Tarihsel Gelişim İlk kollu galeri açma makinesinin patenti F2 markası ile 1949 yılında Dr. Z. Ajtay tarafından alındı. Roadheaderlar Macar kömür madenlerinde kullanıldı. Günümüzde inşaat ve maden sektöründe yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Şekil: Kollu galeri açma makinesi Video
Giriş ve Tarihsel Gelişim Tünel açma makinelerinde (TAM) yaşanan en büyük gelişme 1953 yılında maden mühendisi James Robbins tarafından imal edilen TAM dir. Bu makine Güney Dakota daki Oahe Barajı için imal edilmiştir. Toronto'daki bir uygulamada günde 38 m'lik ilerleme gerçekleşmiştir. Bu uygulama, TBM'lerin yumuşak ve orta sert kayaçlarda ekonomik olarak kullanılabileceğinin ilk göstergesi olmuştur. Şekil: James Robbis tarafında geliştirilen ilk TBM
Giriş ve Tarihsel Gelişim Tünel açma makineleri farklı kayaç koşullarında dairesel kesitli tünel kazarlar. Sert kayaç veya kum ya da hepsinin bir arada bulunduğu koşullarda kazı yaparlar. Tünel çapı 1 metreden 19 metreye kadar değişebilir. TBM in diğer ismi Mole dur. Dünya nın en büyük tünel açma makinesi Orlovsky Tüneli için imal edilen Herrenknecht marka makinedir.
Giriş ve Tarihsel Gelişim Şekil: Tünel açma makinesi (TAM) Video
Giriş ve Tarihsel Gelişim Ereğli kömür İşletmeleri (EKİ) Zonguldak kömür ocaklarında sabanlı kazı denemeleri ile kollu galeri açma makinesi kullanımı, 1970 li yıllarda Prof. Dr. Şinasi Eskikaya tarafından gerçekleştirilmiştir. 1978 yılında TKİ Orta Anadolu Linyitleri İşletmesinde tam mekanizasyon ile kazı ve hazırlık projesi başlatmıştır. 1981 yılında Şanlıurfa Tünellerinide kollu galeri açma makinesi kullanılmıştır 1982 Çayırhan Yeraltı işletmesinde sabanlı üretim ile yarı mekanize kömür üretimi 1986 yılında da tanburlu kesici-yükleyici ilk tam mekanize üretime başlanmıştır. 1992 yılında İstanbul Metrosu inşaatında önce tam cephe galeri açma makinesi kullanılmış, fakat istenilen randıman alınmadığından hidrolik delicilerle kazı yapılmıştır. 1997 yılından itibaren TKİ Garp Linyitleri İşletmesi Ömerler yeraltı ocağında tam mekanize üretim ve hazırlık çalışmaları başlatmıştır İzmir Metrosu yapımında tam cepheli galeri açma makinesi kullanılmıştır.
Mekanize Kazı
Mekanize Kazı o Madencilik ve inşaat sektöründe, yeraltı yapılarının önemi ülkemizde gün geçtikçe artmaktadır. o Madenlerde hızlı-yüksek üretim kapasitesi ve düşük maliyet ile sağlamanın tek yolu mekanizasyona geçilmesidir. o Mevcut mekanize kazı araçlarında kullanılan ileri teknoloji sayesinde mekanik kazıcılar çok aşındırıcı formasyonlar dışında hemen hemen tüm formasyonlarda kazı yapabilecek modellere sahiptirler.
Mekanize Kazı YER ALTI MADENCİLİĞİ ÜRETİM Kesici yükleyici Continuous miner (Sürekli kazıcı) Potkabaç makineleri Saban Delici jumbolar HAZIRLIK Kollu galeri açma makineleri (Roadheader) Continuous miner (Sürekli kazıcı) Mekanize kuyu açma makineleri Tarama makineleri Tam cepheli tünel açma makineleri (TBM) Delici jumbolar ÜRETİM Kepçeli ekskavatörler Kepçeler Yerinde taş kesme makineleri Roc (delici makine) AÇIK İŞLETME VE TAŞOCAĞI HAZIRLIK Riperler Döner kepçeli ekskavatörler Draglayn Kepçeler Hidrolik monitörler Deliciler
Mekanize Kazı Kesici yükleyici Continuous miner (Sürekli kazıcı) Potkabaç makinesi Delici jumbo
Mekanize Kazı Kömür sabanı Ekskavatör (Hidrolik kırıcı ile) Draglayn Draglayn
Mekanize Kazı Kuyu Açma Makinesi Başyukarı Açma Makinesi
Mekanize Kazı Delici (Roc) Döner kepçeli ekskavatör Riper
Mekanize Kazı Kazı Makinesi Üreten Firmalar Tünel Açma Makinesi (TAM) Galeri Açma Makinesi (GAM) Tamburlu Kesici-Yükleyici Robbins (ABD) Joy (ABD) Joy (ABD) Mitsubishi (Japonya) DBT (Almanya) DBT (Almanya) Komatsu (Japonya) Eickhoff (Almanya) Eickhoff (Almanya) Lovat (Kanada) Anderson (İskoçya) Anderson (İskoçya) Wirth (Almanya) Wirth (Almanya) Famur Kawasaki (Japonya) Sandvik (İsveç) Dosco (İngiltere) Dosco (İngiltere) Atlas Copco (İsveç) Mariette (ABD) Herrenknecht (Almanya) Edeco (İngiltere) Voest Alpine (Avusturya) Voest Alpine (Avusturya) A.E. Yates Microtunnelling Construzione Marconi (İtalya) (İngiltere) Paurat (Almanya) Mindev ( İngiltere)
Mekanize Kazının Avantajları ve Dezavantajları AVANTAJLARI Emniyet Tahkimat İşçilik Pasa nakli Devamlılık Hızlı ilerleme DEZAVANTAJLARI İlk yatırım maliyeti Kayaç sertliği ve aşındırıcılığı Ekipman temini Montaj ve demontaj süreleri Havalandırma ve toz Güç temini Tecrübe Tünel uzunluğu
Mekanize Kazının Avantajları Emniyet: Makine ile kazı patlayıcı madde ile kazıdan daha emniyetlidir. Zemin titreşimleri az olduğu için, özellikle şehir altındaki tünel ve boşlukların kazısında makine ile kazı zorunlu olmaktadır. Tahkimat: Klasik yönteme nazaran aşırı sökülme %20 daha azdır, buna bağlı olarak taşınacak pasa miktarı azalmış olur, tahkimat daha kolay yapılır. İşçilik: Düz ve kalifiye işçi sayısı daha azdır. Pasa nakli: Pasa tane ebadı dağılımı üniform olduğundan, taşıma bant gibi sürekli sistemlerle daha hızlı ve kolaydır. Devamlılık: Kazı, pasa nakli ve tahkimat birbirinden bağımsız yapılabilmektedir. Hızlı ilerleme *: Eğer şartlar uygunsa klasik yönteme nazaran çok daha büyük ilerleme hızları elde edilebilmektedir. * İstanbul metrosu, delme patlatma ve hidrolik kırıcı kullanılarak açılmıştır ve günlük ilerleme bir kaç metre olarak gerçekleşmiştir. İzmir Metrosunda ise tam cepheli tünel açma makinesi kullanılmış ve günlük ilerleme 22 m ye kadar çıkmıştır
Mekanize Kazının Dezavantajları İlk yatırım maliyeti: İlk yatırım masrafları yüksektir. Kayaç sertliği ve aşındırıcılığı : Bazı durumlarda keski masraflarının tüm kazı maliyeti içerisindeki payları büyük boyutlara ulaşabilir. Ekipman temini: özel şatlar için tasarlanmış bir kazı makinesinin temini bazen bir yıl sürebilmektedir. Montaj ve demontaj süreleri: Yeraltı madenciliğinde kullanılacak kazı makinelerinin kuyu ve desandri gibi yerlerden geçirilip taşınmaları için sökülüp yerlerinde tekrar monte edilmeleri gerekebilir, bu süre yaklaşık 3-4 ay olabilir. Havalandırma ve toz: Kazı sırasında açığa çıkan ısı ve toz havalandırma sorunları oluşturabilir. Güç temini: Bazı kazı makinelerinin güçleri 1000 HP yi aşabilmektedir. Gerekli enerji önceden planlanmalıdır. Tecrübe: Kazı ekibinin ön tecrübesi maliyetleri büyük ölçüde azaltabilir. Tünel uzunluğu: Bir defada sürülebilecek tünel uzunluğu belirli bir değerin üzerinde olmalıdır.
SUNUM SONU