Çan Açk Ocanda Patlatma Kaynakl Titreimlerin ncelenmesi The Analysis of Ground Vibrations Induced by Blasting at Çan Open Pit Mine Mehmet Aksoy, Ali Kahriman, Ümit Özer, Abdulkadir Karadoan, Kaan Özdemir stanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Maden Mühendislii Bölümü, Avclar, stanbul ÖZET Patlatmadan kaynaklanan titreim bileenlerinin tahmin edilmesi, yersarsnts ve hava oku ikayetlerini önlemede büyük önem tamaktadr. Bu çalmada; T.K.. Çan Linyitleri letmesi açk ocanda dekapaj kazs srasnda, patlatmadan kaynaklanan titreim ve hava oku gibi çevresel problemleri ölçerek, bu sahaya ait titreim parametrelerinin belirlenmesi amaçlanmtr. Bu çalma kapsamnda gerçekletirilen arazi çalmas esnasnda, söz konusu ocakta titreim ölçümlerine esas olacak atmlarda, sadece gerekli kantitatif ölçüm ve gözlemler yaplm, patlatma parametreleri de dikkatlice kaydedilmitir. Elde edilen veriler ve ölçümler istatiksel olarak analiz edilmitir. Bu analiz esnasnda, parçack hznn kestirimi için literatürde yaygn kullanma sahip 5 adet farkl maksimum parçack hz (PPV) tahmin denklemi kullanlarak sonuçlar karlatrlmtr. ABSTRACT Prediction of the vibration components induced by blasting has a vital importance in order to eliminate ground vibration and air blast problems. The aim of this study is to determine the vibration parameters of the Çan open pit mine owned by Turkish Coal Enterprise (TK) by measuring the blast induced ground vibrations and air blasts during the overburden removal. Within the scope of this study, only necessary quantitative measurements and observations has been done during the shots. The blasting parameters of these shots were also carefully recorded. Obtained data and measurements were statistically analyzed. During the statistical analysis of the collected data, five different predictor equations widely used in the literature were used to predict peak particle velocity (PPV) and The results and comparison of the predictor equations were presented. 1 GR yi bir patlatmadan beklenen en önemli unsurlardan biri atmn çevresel etkiler açsndan emniyetli olmasdr. Çevresel duyarllklar dikkate alndnda; patlatma kaynandan belirli bir uzaklkta bulunan bir yerleim biriminin ya da tesisin, patlatma sonucunda oluacak yersarsnts, ta savrulmas ve hava oku gibi sonuçlardan etkilenmemesi için, patlatma tasarmnda herhangi bir gecikme aralnda kullanlabilecek en fazla patlayc madde miktarn önceden belirleyebilmek ve kontrollü atmlar gerçekletirebilmek önemlidir. Patlatmadan kaynaklanan çevresel problemler, gelimi ülkelerde; ülkemize göre daha çok önceleri yaanmtr. Bu nedenle bu konularn çözümü ve konuyla ilgili baz standartlarn oluturulmas 205
amacyla çeitli sistematik aratrma programlar yürürlüe konulmutur. Bu programlarn sonucunda "Kontrollü Patlatma Tekniinin lkeleri" gelitirilmitir (Kahriman 1995). Günümüzde patlatma sonucu oluan yersarsntlar ve hava okunun etkilerini belirlemek ve gerekli önlemleri alabilmek için aratrmaclar ve bilim adamlar tarafndan deneysel çalmalar sürdürülmektedir. Ayrca, bu konularda çeitli yasal hükümler de gelitirilmeye çallmaktadr (Kahriman 2004, Kahriman ve dierleri 2006) Bu çalmann amac; T.K.. Çan Linyitleri letmesi açk ocanda dekapaj kazs srasnda, patlatmadan kaynaklanan titreimlerin ölçülerek, bu sahaya ait titreim parametrelerinin belirlenmesidir. Bu parametrelerin belirlenmesinde, literatürde verilen be adet titreim tahmin denklemi kullanlmtr. Ayrca, daha önceden çeitli aratrmaclar tarafndan bu saha için önerilen denklemler dikkate alnmtr. bulunan kömürlü sahann güneyinde ve 500 m geniliinde Kocaba Çay Vadisi bulunmaktadr. Vadinin rakm 70 m olup, Havza'nn en çukur yeridir. Havza'nn en yüksek yeri ise heyelanlar nedeniyle hasar gördüü için nakil edilmi olan eski Çavuköy'üdür. Mevki ad Adamkapa Tepesi olup 276 m yüksekliktedir. Çan Havzas akarsu bakmndan oldukça zengin durumdadr (Parlak 1997). 1.1 Jeoloji ve Kayaç Özellikleri Çalmalarn yapld TK Çan linyit açk ocandaki stratigrafik dizili üç ana bölümden olumaktadr. Bunlar, Neojen öncesi, Neojen ve Neojen sonras devrelerine ait formasyonlardr. Formasyonlarn genel durumu ve özellikleri ekil 2 de verilmitir (Parlak 1997). ÇALIMA SAHASI Çalma, T.K.. Çan Linyitleri letmesi açk ocanda gerçekletirilmi ve yer bulduru haritas ekil 1'de verilmitir. Çan Açk Oca, Çan ilçe merkezinin bitiiinde, Çanakkale il merkezine 79 km uzaklktadr. ekil 2. Çan Linyit Havzasna Ait Stratigrafik kesit. ekil 1. Çan Açk Oca yer bulduru haritas Sahann güneyinden ve Kocaba Vadisi yatandan Çan-Çanakkale karayolu geçmektedir. letme faaliyetleri nedeniyle bu yolun güzergah deitirilmitir. Çan ilçesinin yükseklii ortalama 85 m, kömürlü sahann yükseklii ortalama 150 m civarndadr. letme faaliyetleri nedeniyle büyük bir ksm heyelan etkisi altnda 2 YÖNTEM Söz konusu ocaktaki patlatmal kazda, atmlarda uygulanan patlatma paternleri, delik düzenleri ve patlayc arjlar; söz konusu firmann yetkilileri tarafndan sistematik olarak uygulana gelen ekliyle (herhangi bir müdahalede bulunulmadan) gözlemlenmi ve ölçümler bu ekildeki çalmalara anlk olarak uygulanmtr. 206
Gecikme bana düen patlayc madde miktar, her bir delik için planlanan patlayc maddenin kontrollü bir ekilde arj edilmesiyle belirlenmitir. Atm noktalar ile yer sarsnts ve hava oku ölçüm istasyonlar arasndaki mesafeler GPS kullanlarak belirlenmitir. Patlayc madde olarak, ocakta geleneksel olarak kullanld anlalan ANFO ve sulu deliklerde Powergel Magnum S-600, yemlemede ise Powergel Magnum kullanlmtr. Ateleme, baz atmlarda gecikmeli elektrikli kapsüllerle, baz atmlarda da elektriksiz kapsüllerle yaplmtr. zlenen atmlar için genellikle uygulanan tasarm parametreleri Çizelge 1 de verilmitir. Çizelge 1 deki deerler dikkatlice incelendiinde atm geometrisi parametreleri arasnda (basamak yükseklii-delik çap, delik çap-dilim kalnl ve basamak yükseklii- dilim kalnl bata olmak üzere) bir uyumsuzluun olduu görülmektedir. Çeitli iletme artlarndan kaynaklanan ve zorunlu olarak bu ekilde düzenlenen atmlarda, patlaycnn enerjisini, kaya parçalama iinde yeterince kullanamayaca ve daha çok sismik dalgaya dönüecei ve atm kontrolünün yaplamayaca açktr. Dolaysyla her ne kadar bu bildirinin konusu olmamakla birlikte iletmelerde öncelikle patlatma tasarm ve optimizasyonu yaplmal, teknikekonomik ve çevresel açdan olumlu sonuçlar elde edilmelidir. Çizelge 1. Atmlarda uygulanan patlatma tasarm parametreleri Delik Çap (D), (mm) 165 Delik Eimi (), ( O ) 90 Delik Uzunluu (H), (m) 7 Basamak Yükseklii (K), (m) 7 Dilim Kalnl (B), (m) 4 Delikler Aras Mesafe (S), (m) 4,5 Patlatmadan kaynaklanan titreimler ve hava oku; Çan ilçesi ve letme binalar yönlerinde olmak üzere farkl noktalardan 8 ayr (3 adet 8 kanall Instantel MiniMate Plus, 3 adet 4 kanall Instantel MiniMate Plus ve 2 adet de White Mini-Seis model) titreim ölçer cihaz ve ekipmanyla ölçülmütür. Cihazlar konumlandrlrken mesafenin etkisini belirlemek amacyla ocaa yakn noktalar bilinçli bir ekilde seçilmitir. Çalma kapsamnda, sahada yaplan atmlarn Çan ilçesinin ocaa yakn bölgesindeki yaplara etki edip etmediinin belirlenebilmesi açsndan, atmlarla Çan ilçesi arasnda daha fazla noktadan ölçüm alabilmek için, titreim ölçer cihazlar, ilk 17 atmda ekil 3 de gösterilen istasyon noktalarna ve 18 25 arasndaki atmlar srasnda ekil 4 de gösterilen istasyon noktalarna kurulmutur. ekil 3. 1 17 arasndaki atm noktalar ve ölçüm istasyonlarnn konumlar 207
ekil 4. 18 25 arasndaki atm noktalar ve ölçüm istasyonlarnn konumlar 3 ÖLÇÜM SONUÇLARI VE DEERLENDRMES Çalma kapsamnda, Çan Linyit Sahasnda gerçekletirilen 21 atmda 209 olay, test atm olarak da 4 atmda 37 olay, toplamda da 25 atmda 246 olay cihazlar tarafndan kaydedilmitir. Örnek tekil etmesi bakmndan kaydedilen bu olaylarn birkaçnn ölçüm parametreleri Çizelge 2 de verilmitir. Çizelge 2. Baz Atmlara Ait Ölçüm Deerleri Atm No 1 10 Cihaz No PPV mm/s F Hz W Kg SD BE10688-1 16 8,39 505 16,07 BE10688-2 15,5 22,3 505 15,35 BE10773-1 18,7 34,1 505 19,91 BE10773-2 6,98 19,7 505 20,25 BE10687-1 10,2 42,7 505 24,50 BE10687-2 9,27 10,9 505 23,35 BE10707 13,6 26,9 505 16,93 W1458 10,41 25,6 505 28,52 W1455 2,794 8,8 505 57,72 BE10772 5,33 8 505 27,38 BE10708 15,6 32 505 29,86 BE10688-1 1,14 8,98 404 60,97 BE10688-2 1,27 10,4 404 59,98 BE10773-1 0,762 9,66 404 64,75 BE10773-2 0,635 10,4 404 64,92 20 BE10687-1 0,762 32 404 69,28 BE10687-2 0,762 13,8 404 68,04 BE10707 0,762 10,4 404 60,77 W1458 0,76 34,1 404 72,71 W1455 * 404 101,8 BE10772 1,78 25,6 404 55,38 BE10708 1,14 30,1 404 68,69 BE10688-1 5,97 8,98 455 28,88 BE10688-2 5,46 9,14 455 28,97 BE10773-1 1,14 7,76 455 61,60 BE10773-2 1,14 7,11 455 62,22 BE10687-1 3,05 9,14 455 37,04 BE10687-2 3,56 9,14 455 36,42 BE10707 1,02 32 455 96,40 W1458 0,762 6 455 78,40 W1455 * 455 69,89 BE10772 0,762 7,76 455 169,9 BE10708 * 455 105,1 PPV maksimum parçack hz F frekans W atmda kullanlan toplam arj SD ölçekli mesafe * Uzaklk nedeniyle yeterli genlikte titreim dalgas olumadndan cihaz tarafndan kayt alnamad. Daha sonra bu veriler, bilgisayar ortamna aktarlarak parçack hz tahminine yönelik analiz yaplmtr. Bu analiz esnasnda, literatürde yer alan genel tahmin denklemlerinden 5 tanesi; USBM, Ambraseys-Hendron, Langefors-Kihlstrom (Khandelwal ve Singh, 2007), Birch-Schaffer (Ceylanolu ve Arpaz 2001) ve Bilgin 208
(1998) denklemleri kullanlm ve sonuçlar karlatrlmtr. Bu denklemler Çizelge 3 de verilmitir. Çizelge 3. Tahmin denklemleri Tahmin Denklem Ad Denklemi PPV 100 10 1 y = 874,05x -1,5335 R 2 = 0,7829 USBM (Duvall and Fogelson, 1962) Ambraseys Hendron (1968) Langefors Kihlstrom (1978) Birch ve Schaffer (1983) ppv ppv ppv K R 1 / 2 W d K R 1 / 3 W d K W d 2 / 3 R ppv K * R * W d 0,1 1 10 100 1000 SD ekil 5. USBM tahmin denklemi PPV 100 10 1 y = 2505x -1,5295 R 2 = 0,7957 Bilgin ve dierleri (1998) PPV: maksimum parçack hz (mm/s) R ppv K 1 / 2 W d R : mesafe (m) W d: gecikme bana düen maksimum arj (Kg) B: dilim kalnl (m) K,, saha sabitleri * B Bu genel denklemler kullanlarak yaplan regresyon analizleri sonucunda, sahaya ait sabitler bulunmutur. Bunlara ek olarak, Kahriman (2002) tarafndan ayn saha için önerilmi olan ve aada verilen tahmin denklemi de kullanlmtr. ppv 191 R 1 / 2 W d 1, 1 3 Çizelge 3 te verilen ilk üç denklemde, mesafe (R) ve gecikme bana düen maksimum arj miktar (W d ) ölçekli mesafe (SD) olarak tek bir bamsz deikene indirgendiinden dolay, regresyon analizi esnasnda, basit regresyon modellerinden biri olan Üs lü modeli kullanlmtr. ekil 5, 6 ve 7 de srasyla USBM, Ambraseys- Hendron ve Langefors-Kihlstrom denklemleri için PPV SD grafikleri ve denklemleri verilmitir. 0,1 1 10 100 1000 ekil 6. Ambraseys-Hendron tahmin denklemi PPV 30 25 20 15 10 5 SD y = 2,0812x 3,2141 R 2 = 0,4886 0 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 ekil 7. Langefors-Kihlstrom tahmin denklemi Geriye kalan dier iki tahmin denkleminden biri olan Birch denkleminde, mesafe (R) ve gecikme bana düen maksimum arj miktar (W d ) iki bamsz deiken olarak denklemde yer almtr. Bilgin denkleminde ise mesafe (R) ve gecikme bana düen maksimum arj miktar (W d ) ölçekli mesafe (SD) olarak tanmlanm ve dilim kalnl (B) deikeni de denkleme eklenmitir. Bu iki denklemde de bamsz deiken says 2 olduu için, regresyon analizinde, Çoklu regresyon modellerinden biri olan dorusal olmayan (nonlinear) regresyon modeli kullanlmtr. Bu analizler sonucunda elde SD 209
edilen denklemler ve korelasyon katsays (r) deerleri Çizelge 4 te verilmitir. Çizelge 4. Denklemler ve korelasyon katsaylar Tahmin Denklemi Denklemi r USBM 1,5335 (Duvall and R Fogelson, ppv 874,05 1 / 2 1962) W d 0,885 Ambraseys Hendron (1968) Langefors Kihlstrom (1978) Birch ve Schaffer (1983) Bilgin (1998) vd 1,5295 R ppv 2505 0,892 1 / 3 W d 3,2141 W 2,0812 d ppv 2 / 3 R 1,383 ppv 2680,88* R * W d 1, 2 7 R ppv 12,158 B 1 / 2 W d 0, 3 3 2,567 0,699 0,805 0,791 yüksek korelasyon katsays ise Ambraseys- Hendron denkleminden elde edilmitir. Test atm olarak yaplan 4 atmda kaydedilen 37 olay için, bu 5 denklem ve ek olarak da Kahriman denklemi kullanlarak PPV tahminleri yaplmtr. ekil 8 te ölçülen ve tahmin edilen PPV grafii verilmitir. Ayrca daha ayrntl görmek amacyla, test atm olarak yaplan 22. atmda kaydedilen 11 olaya ait maksimum parçack hz ile, dier denklemleri (Langefors denklemi hariç) kullanarak tahmin edilen parçack hzlar için sütün grafii oluturulmutur (ekil. 9). Test atmlarnda ölçülen ve tahmin edilen PPV ler arasndaki ortalama, minimum ve maksimum mutlak deiim miktarlar Çizelge 5 te verilmitir. Bu tablodan da görülecei üzere, en düük korelasyon katsays deeri Langefors- Kihlstrom denkleminden elde edilmitir. En ekil 8. Ölçülen ve Tahmin edilen PPV deerleri 210
ekil 9. Test amaçl 11 olaya ait kaydedilen ve tahmin edilen parçack hzlar Çizelge 5. PPV mutlak deiim miktarlar Tahmin denklemi PPV Mutlak Deiim Miktar (mm/s) PPV ölçülen PPV tahmin Ortalama St Sapma Min. Maks. USBM 1,58 1,43 0,024 6,009 Ambraseys Hendron 1,0 0,83 0,052 2,776 Langefors Kihlstrom 3,3 1,65 0,972 6,392 Birch ve Schaffer 1,1 0,89 0,020 2,989 Bilgin 1,86 1,32 0,002 4,441 Kahriman 1,51 1,89 0,002 7,951 Bu çizelge ve ekil 8, 9 incelendiinde, Langefors-Kihlstrom denklemi haricinde kalan dier 5 denklem birbirine yakn sonuçlar verdii görülmütür. Bununla beraber, PPV 10 mm/s altndaki hzlarda gerçekletiinde, Kahriman denkleminin, ölçülen deerlere, Ambraseys-Hendron ve Bilgin denklemlerinden daha yakn deerler tahmin ettii görülmekle birlikte, PPV 10 mm/s nin üzerindeki hzlarda gerçekletiinde ise, Kahriman denkleminin, ölçülen deerlerden uzaklat, dier iki denklemin ise ölçülen deerlere daha yakn sonuçlar ürettii görülmütür. Korelasyon katsays, ortalama, standart sapma, minimum ve maksimum mutlak deiim miktarlar dikkate alndnda, bu saha için, Ambraseys Hendron denkleminin kullanlmas daha uygun görülmütür. Ancak, parçack hz tahmininde, dier 4 denkleminde, önerilen denkleme yakn sonuçlar verdii dikkate alnmaldr. 4 SONUÇ Bu aratrma kapsamnda, Çan ilçesi yerleim alanna oldukça yakn olan Çan Açk Ocanda, çevresel duyarlklar dikkate alnarak, patlatmadan kaynaklanan titreim deikenlerinin tahminine yönelik çalmalar yaplmtr. Bu çalmalar esnasnda, literatürde yaygn olarak kullanlan 5 tane PPV tahmin denklemi ile saha için daha önceden Kahriman tarafndan önerilen denklem dikkate alnmtr. Yaplan istatiksel analizler sonucunda görülmütür ki, Langefors- Kihlstrom denklemi haricinde, dier denklemlerin PPV yi tahmin etmede birbirlerine yakn sonuç verdii açkça görülmütür. Özellikle, bu saha için daha önceden Bilgin ve dierleri (1998) ve Kahriman (2002) tarafndan önerilen denklemlerle, bu çalmada önerilen Ambraseys-Henderson denklemi arasnda, PPV yi tahmin etmeye yönelik genelde ciddi bir fark olmad anlalmtr. Bu nedenle, bu saha için bu üç denklemin de kullanlabilecei görülmütür. Ancak, PPV 10 mm/s nin altndaki hzlarda gerçekletiinde, Kahriman denkleminin, ölçülen deerlere, Ambraseys- Hendron ve Bilgin denklemlerinden daha 211
yakn deerler tahmin ettii görülmütür. Bununla birlikte, PPV 10 mm/s üzerindeki hzlarda gerçekletiinde ise, Kahriman denkleminin, ölçülen deerlerden uzaklat, dier iki denklemin ise ölçülen deerlere daha yakn sonuçlar ürettii görülmütür. Bu saha için hangi denklemin kullanlaca seçilirken, bu durum dikkate alnmaldr. Ayrca, iletmede uygulanan atm geometrisi parametreleri dikkatlice incelendiinde, aralarnda bir uyumsuzluun olduu görülmütür. Çeitli iletme artlarndan kaynaklanarak zorunlu olarak bu ekilde düzenlenen bu atmlarda, patlaycnn enerjisini kaya parçalama iinde yeterince kullanamayaca ve daha çok sismik dalgaya dönüecei ve atm kontrolünün yaplamayaca açktr. Bu nedenle, iletmelerde öncelikle patlatma tasarm ve optimizasyonu yaplmal, teknik-ekonomik ve çevresel açdan olumlu sonuçlar elde edilmelidir. TEEKKÜR Bu aratrma srasnda, gerek arazi çalmalarnda gerekse dier faaliyetlerde her türlü yardmda bulunan Aksu Madencilik San. ve Elk. Ürt. Tic. A.. nin yetkililerine ve çalanlarna teekkür ederiz. Bu çalma, stanbul Üniversitesi Bilimsel Aratrma Projeleri Yürütücü Sekreterlii (Proje No: 429/13092005) ve Devlet Planlama Tekilat (Proje No: 2005K120990) tarafndan desteklenmitir. Yazarlar, stanbul Üniversitesi Bilimsel Aratrma Projeleri Yürütücü Sekreterlii ve Devlet Planlama Tekilat na finansal destekleri için teekkür eder. KAYNAKLAR Bilgin, H.A. Esen, S. Klç, M. 1998. TK Çan Linyit letmesinde patlatmalarn yol açt çevre sorunlarnn giderilmesi için aratrma, ODTÜ, Nihai Rapor, 19 21, Ankara Ceylanolu A., Arpaz E., 2001, Belirli bir Kaya Kütlesinde Oluturulan Yer Sarsntlarnn Ölçümü ve Deerlendirilmesi. Türkiye 17. Uluslar aras Madencilik Kongresi ve Sergisi TUMAKS 2001, 19-22 Haziran 2001, ANKARA, pp 39-45 Kahriman, A., 1995, Sivas Ula Yöresi Sölestit Cevheri ve Yankayaçlar çin Optimum Patlatma Koullarnn Aratrlmas ve Kayaç Özellikleri le likilendirilmesi Doktora Tezi., Cumhuriyet Üniversitesi Kahriman A., 2002, Analysis of ground vibrations caused by bench blasting at Can Open-pit Lignite Mine in Turkey. Environmental Geology (2002) 41:653 661 Kahriman, A., 2004, Analysis of parameters of ground vibrations produced from bench blasting at A Limestone Quarry, Soil Dynamics and Eartquake Engineering, 24, Elsevier, London, U.K, pp. 887-892. Kahriman, A., Ozer, U., Aksoy, M., Karadogan, A., Tuncer, G., 2006, Environmental impacts of bench blasting at Hisarcik Boron open pit mine in Turkey, Environmental Geology, (2006) 50: 1015-1023 Khandelwal M and Singh TN., 2007. Evaluation of blast-induced ground vibration predictors. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 27 (2007) pp 116 125. Parlak, T.,1997. Bir Termik Santral Besleyecek Kömür Sahasnn Açk letme Dizayn ve Planlamas, Doktora Tezi, stanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, stanbul, 1997. 212