YERALTI MADEN İŞLETMELERİNDE OCAK YANGINLARI

T.C. ÇALIŞMA VE SOSYAL GÜVENLİK BAKANLIĞI İş Teftiş Kurulu Başkanlığı YERALTI MADEN İŞLETMELERİNDE OCAK YANGINLARI İş Müfettişi Yardımcılığı Etüdü Ayşe BAYRAKTAR İş Müfettişi Yardımcısı Ankara-2013

İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER... i TABLO LİSTESİ... iii ŞEKİL LİSTESİ... iv 1 GİRİŞ... 1 2 EKZOJEN (AÇIK) OCAK YANGINLARI... 2 2.1 Ekzojen (Açık) Ocak Yangınlarının Kaynakları... 2 2.2 Ekzojen (Açık) Ocak Yangınlarının Önlenmesi... 3 2.3 Ekzojen Yangınlarla (Açık Ocak Yangınlarıyla) Savaş... 3 3 ENDOJEN OCAK YANGINLARI... 5 3.1 Oksidasyon... 5 3.2 Ocak Yangınlarının Zararları... 7 3.3 Ocak Yangınlarının Tespiti... 7 3.3.1 Koku... 7 3.3.2 Graham Endeksi... 8 3.3.3 Pratik Yöntemler... 10 3.3.4 Polonyalı Araştırmacıların İndeksi... 11 3.3.5 Tutuşabilirlik Tekniğine Dayalı Yöntem... 11 3.3.6 Teorik Yaklaşım... 11 3.3.7 Adyabatik Oksitlenme Tekniğine Dayalı Yöntem... 12 3.4 Kendi Kendine Yanmaya Etki Eden Faktörler... 12 3.4.1 Kömürün Yapısı... 13 3.4.2 Jeolojik Yapı... 14 3.4.3 Madencilik Uygulamaları... 15 3.4.4 Diğer... 19 3.4.5 Kömürün Kendiliğinden Yanmasına Ait Kuramlar... 19 i

3.4.5.1 Pirit Kuramı... 20 3.4.5.2 Bakteri Kuramı... 21 3.4.5.3 Oksidasyon Kuramı... 22 3.4.5.4 Nem Kuramı... 23 3.5 Endojen (Gizli) Yangınlarla Savaş... 24 3.5.1 Yanıcı Maddenin Uzaklaştırılması... 24 3.5.2 Isının Uzaklaştırılması... 25 3.5.3 Yakıcı Maddenin Uzaklaştırılması... 25 3.5.3.1 Su İle Doldurma (Ambuayaj)... 25 3.5.3.2 Atıl Gazların Kullanılması... 25 3.5.3.3 Galeri Cidarının Kaplanması... 25 3.5.3.3.1 Kaplama Malzemesinin Özellikleri... 26 3.5.3.4 Yangın Sahalarının Barajlanması... 31 4 SONUÇ VE DEĞERLENDİRME... 49 KAYNAKLAR... 50 ii

TABLO LİSTESİ Tablo 1 İnkübasyon Süresi İndeksleri... 11 Tablo 2 Adiyabatik Oksidasyon Yöntemine Göre Risk Sınıflaması... 12 Tablo 3 Kendiliğinden Yanmayı Etkileyen Başlıca Faktörler... 13 Tablo 4 Çeşitli Parametrelerin Kömür Oksidasyon Oranına Etkisi... 23 Tablo 5 Pilot Uygulama Kaplama Malzemesi Karışım Oranları... 30 iii

ŞEKİL LİSTESİ Şekil 1 Kömür Oksidasyon Reaksiyonu... 6 Şekil 2 Kömür Oksidasyon Mekanizması... 6 Şekil 3 Kendi Kendine Kızışmadan Oluşan Kokunun Sıcaklıkla Değişimi... 8 Şekil 4 Dönümlü ve İlerletimli Ayaklarda Hava Kaçakları... 17 Şekil 5 Ayak Arkasında Meydana Gelen Gaz Oranları ve CO/ O 2 Değeri... 18 Şekil 6 Taban Yolu Veya Lağımların Komuru Kestiği Noktalarda Meydana Gelen Kritik Zonlar... 18 Şekil 7 Kaplama Malzemesinin Tahkimat Arkasına Yerleştirilmesi... 28 Şekil 8 Fırça ve Kamalar Üzerinde Uygulanan Denemeler... 28 Şekil 9 Kırık ve Çatlakların Kaplama Malzemesi İle Kapatılması... 29 Şekil 10 Pilot Uygulama Kaplama Malzemesi Görüntüsü... 29 Şekil 11 Püskürtme Makinesi Görüntüsü... 30 Şekil 12 Çamur Dolgu Baraj... 32 Şekil 13 Tuğla Dolgu Baraj... 33 Şekil 14 Kil + Beton Baraj... 34 Şekil 15 Dar Beton Baraj... 35 Şekil 16 Küçük Eliptik Kesitli Baraj... 36 Şekil 17 Büyük Eliptik Kesitli Bar... 37 Şekil 18 Dikdörtgen Kesitli Baraj... 38 Şekil 19 Yatay Galeride Jibs Baraj Uygulaması... 42 Şekil 20 Başyukarıda Jibs Baraj Uygulaması... 41 Şekil 21 Başaşağıda Jibs Baraj Uygulaması... 42 Şekil 22 Jibs Barajda Enjeksiyon... 43 Şekil 23 Kaldırılan Kapılar... 45 Şekil 24 (a)dengeleme Galerisi.(b) Dengeleme Borusu... 45 Şekil 25 Dengelenmiş Yangın Barajı Görünümleri... 46 Şekil 26 Denge Barajı;... 47 Şekil 27 Denge Barajında Ventüri Yerleştirilmesi... 47 Şekil 28 Denge Barajında Vantilatör Yerleştirilmesi... 47 Şekil 29 İlerlerimli Ayaklarda Önlemler... 48 iv

1 GİRİŞ Ocak yangınları, insan ve oldukça önemli ulusal servet kayıplarına yol açabilmektedir. Yeraltında tahkimatın, bant tesislerinin, ihraç tesislerinin ve diğer yanıcı malzemenin yanması veya kendiliğinden yanma ile ortaya çıkan bu yangınlar iş sağlığı ve güvenliğinin tehlikeye girmesine yol açtığından üretim aksamasına veya tamamen durmasına neden olmaktadır. Grizulu ocaklarda, kontrol altına alınmayan ya da alınamayan yangınlar patlamalara neden olabilir. Ocak yangınlarında büyük rezervlerin terkedilmesinin yanısıra en büyük tehlike, yangınlar sonucu oluşan zehirli ve boğucu gazların çok sayıda ölüme neden olmasıdır. Önemli olan, yangının önceden sezilmesi ve önlenmesidir. Yangınların sınıflandırılması meydana geliş şekline, yerine ve dış görünüşüne göre yapılabilir. Meydana geliş şekli, yangının önceden sezilmesi ve yangınla mücadele bakımından önemli olduğundan, bu çalışmada bu yönde bir sınıflandırma esas alınmıştır. Bu çalışmada meydana geliş şekline göre ocak yangınlarının sebepleri, önlenmesi ve oluşan ocak yangınlarıyla başa çıkma yöntemleri anlatılmaktadır. 1

2 EKZOJEN (AÇIK) OCAK YANGINLARI Yüksek ısı sonucu meydana gelen yangınlardır. Isı kaynağı, yanan ortamın dışındadır. Sürtünme ısısı, açık alev, elektrik arkı vb.. 2.1 Ekzojen (Açık) Ocak Yangınlarının Kaynakları Band Tesislerindeki Yangınlar: Bu yangınların nedeni, bandın tambura sürtünmesi sonucu ortaya çıkan ısı olabilir. Kömür parçaları frenleyebilir ve sürtünmeyi sağlar. Bandın tahkimata sürtünmesi sonucu da ısı oluşabilir. Makaralar arızalı ise ve iyi dönmüyorsa sürtünme ısısı fazla olabilir. Dolayısıyla oluşan ısı ile kömür tozu yanar. Kuyu Vincindeki Yangınlar: Sürtünmenin neden olduğu yangınlardır. Makaranın halat altında dönmesi ile etrafa kızgın çelik tel parçaları sıçrayarak kömür tozunu yakabilir. Elektrik Donanımındaki Yanınlar: Kötü topraklama ve kısa devreler en önemli açık alev kaynakları olabilir. Bakımsızlık ve aşırı yükleme de bunlara eklenebilir. Ayrıca kayaç basıncı ve ateşlemeler sonucu kablo hasarları da açık alev kaynağı oluşturmaktadırlar. Kaynak İşleri Sonucu Oluşan Yangınlar: Kaynak işlerinden sıçrayan kıvılcım kömür tozunu yakabilir. Sıvı Yakıt Yangınları: Dizel lokomotifler için ocağa sokulan yakıt bir tehlike kaynağıdır. Ateşleme Sonucu Oluşan Yangınlar: Patlayıcı madde ateşlemeleri sırasında akkor haldeki kapsül ve teller kömür tozu ve diğer kolay yanıcı malzemeleri yakabilir. Patlamalar Sonucu Oluşan Yangınlar: Grizu ve kömür tozu patlamaları büyük yangınlara neden olabilir. Yangın, patlama alevinin son bulduğu, oksijenin bol olduğu yerde oluşur. Daha iç kısımda oksijen azlığından yangın olmaz. Açık Alevlerin Neden Olduğu Yangınlar: Açık alevli lambalar, çakmak ve kibrit alevi, sigara ateşi vb. nedenler önemli yangın kaynaklarıdır. Kesici-Kazıcı Makinaların Neden Olduğu Yangınlar: Kesici uçların sert kayaçlara rastlaması sonucu oluşan ısı önemli bir yangın kaynağıdır. Bu nedenle ve 2

kesici makinaların kullanımlarının artmasıyla arın yangınları önemli miktarda çoğalmıştır. 1 2.2 Ekzojen (Açık) Ocak Yangınlarının Önlenmesi Bant tesislerinde yangın oluşumunu engellemek için band tesisinin iyi döşenmesi ve sık sık kontrolü gerekir. Bant fazla yüklenmemelidir. Bant nakliyat ünitelerinde bandın yandan sürtünmesi engellenmelidir. Bant etrafındaki kömür tozu birikintileri temizlenmelidir. Buna ilaveten ısı yükselince band tesisini durdururan ve su püskürten bir koruyucu donanım kullanılabilir. Kuyu vincinin makara tesisatının kontrol ve muayeneleri yapılmalıdır. Potansiyel patlama tehlikesi olan ortamlarda kullanılacak tüm ekipmanlar ATEX uyumlu ve Exproof (Patmalaya Dayanıklı) özellikte olmalıdır. Ocak içindeki elektrikli ekipmanların topraklama ve elektrik ile ilgilil diğer kontrollleri düzenli yapılmalı, kaçak akıma karşı gerekli önlemler alınmalıdır. Kaynak yapılacak yerde risk altında olan alan ıslatılmalı, buralarda yangın söndürücü ve taş tozu hazır bulundurulmalıdır. Yakıt yangınlarına karşı yakıt donanımları bakımlı tutulmalı ve dizel lokomotiflerin egsoz gazları soğutulmalıdır. Ocakta patlayıcı gaz ve tozların birikmesi engellenmeli ve bu gaz ve tozlar güvenli sınırlar içinde tutulmalıdır. Açık alevli lambalar, çakmak ve kibrit alevi, sigara ateşi gibi açık alev kaynaklarının ocağa sokulması kesin olarak önlenmelidir. Kullanılan kesici uçlardan kaynaklanan yangınlar su ile soğutularak önlenmelidir. Ocak içinde statik elektriğe karşı gerekli önlem alınmalıdır. 2.3 Ekzojen Yangınlarla (Açık Ocak Yangınlarıyla) Savaş Bu tip yangınlarda ortam havasının kuru olması ve hava hızı, yangının yayılma hızını etkileyen faktörlerdir. Yangının yayılmasını engelleyecek ya da azaltacak tuğla duvarlar, taş tozu barajları gibi zonlar oluşturulmalıdır. Yanmaz tahkimat malzemeler tercih edilmelidir. Ocak içine su şebekeleri döşenmeli ve su 1 Erdil Ayvazoğlu, Türkiye Kömür İşletmeleri Kurumu Teknoloji ve Uygulama Geliştirme Projesi Havalandırma, İstanbul, 1986, s. 96, 97. 3

alım noktaları uygun ve kolay ulaşılabilir yerlere olmalıdır. Ocak içindeki ısı yaratabilecek ekipmanların bulunduğu yerlere, yanıcı kimyasalların kullanıldığı yerlere, tamirhanelere, lokomotif garajlarına ısıya duyarlı otomatik yangın söndürücüler yerleştirilmelidir. Ayrıca özellikle riskli alanlarda ve kontrol noktalarında taşınabilir yangın söndürme cihazları hazır bulundurulup kullanılmalıdır. Yangın söndürücü çeşitlerinden bazıları aşağıdaki gibidir; Kuru Yangın Söndürücüler: Sıvı ve ahşap yangınlarında sodyum bikarbonat, amonyum sülfat veya amonyum fosfat püskürtücüler kullanılır. Açığa çıkan ve inert olan CO 2 yagını söndürür. Köpüklü Söndürücüler: 1/20-1/30 oranında suya ilave edilen köpük maddeleri, akaryakıt ve elektrik yangınları için iyi söndürücülerdir. Karbon Dioksitli Söndürücüler: Basınç altındaki karbondioksit püskürtüldüğü zaman -79 oc de donar ve kar oluşturur. Kar ısınında gaz açığa çıkar ve yangını söndürür. Karbon dioksidin tehlike yaratması söz konusu olduğu için düşük hava hızlarının olduğu veya kapalı yerlerde uygulanır. Su ile Söndürme: Yangınların su ile söndürülmesi söz konusudur. Ancak su, ağaç malzeme yangınlarında merkeze, kömür yangınlarında ise çevreye sıkılmalıdır. Aksi halde patlayıcı gaz meydana gelir. Hareketli Köpük ile Söndürme: Yangının önüne, temiz hava tarafına ve bütün kesite bir tekstil veya tel kafes gerilir ve üzerine köpük (latex) püskürtülür. Bu halde oksijen kesilmiş olur ve yangın söner. Ancak patlayıcı gaz tehlikesi var ise uygulanmamalıdır. 2 2 Ayvazoğlu, s. 98. 4

3 ENDOJEN OCAK YANGINLARI 3.1 Oksidasyon Endojen ocak yangınları kendi kendine kızışma soncu oluşan yangınlardır. Bu tür yangınların oluşumunda dış etken (dışarıdan ısı alma) yoktur. Asıl neden oksidasyon ısısıdır. Kömürün kendiliğinden yanmasıyla ilgili olarak, genelde, kabul edilen teori, uygun atmosferik koşullarda kömürün oksijeni absorbe etmesine (oksidasyona) dayanmaktadır. Kömürle oksijen arasında dışa ısı veren bir kimyasal tepkime söz konusudur. Kömür yüzeyleri havayla temas eder etmez oksidasyon olayı başlamaktadır. Ocakta, normal koşullar altında, dışa verilen ısı alınmakta ve oksidasyon, yavaş bir biçimde ve bir kızışma tehlikesi doğurmaksızın sürmektedir. Ancak, bazı durumlarda dışa verilen ısı, ortamdan ayrılamamakta ve sıcaklık giderek artmaktadır. Sıcaklık arttıkça ortamda yeterli oksijen varsa oksidasyon hızı da artmakta ve buna bağlı olarak kömürün sıcaklığı yükselmektedir. Kömürün tutuşma sıcaklığına (kritik sıcaklık) ulaşıldığında ise, yanma olayı baş göstermektedir. Özetle, sınırlı miktarda hava, bir yandan oksidasyon için gerekli oksijeni sağlarken, diğer yandan, oluşan ısıyı uzaklaştırmakta yetersiz kalarak ortamda sıcaklık artışının ve kendiliğinden yanmanın başlıca nedeni olmaktadır. 3 Bu tür yangınlar, kendi kendine yanma, kendiliğinden yanma veya gizli yangınlar olarak da isimlendirilirler. Kaynak oksidasyon ısısıdır. Oksijen, kömür tarafından absorbe edilir ve bu absorbsiyon sonucu 1 2 o C sıcaklık artışı olur. Bu reaksiyon her sıcaklıkta olur. Ancak, hava miktarı çok fazla ise oluşan ısı taşınır ve tehlike kalmaz. Aksi halde hava tamamen kesilmelidir. Sözü edilen reaksiyon, daha önceden de bilindiği gibi, aşağıdaki gibi olur: 2 C + O 2 2 CO + 2420 kcal/kgc 2 CO + O 2 2 CO + 5660 kcal/kgc Reaksiyon tekrarlanırsa sıcaklık artar ve kömür özelliklerine bağlı olarak, yaklaşık 175 O C de yanar. Grizulu ortamda ise patlama olabilir. Metal madenleri (sülfürlü, piritik cevherler vd.) de yangına müsaittir. Örneğin, 2 FeS 2 + 7 O 2 + H 2 O 2 FeS 4 + 2 H 2 SO 4 + 624 kcal/kgc 3 Vedat Didari, Madencilik Dergisi- Yeraltı Ocaklarında Kömürün Kendiliğinden Yanmaı ve Risk İndeksleri, Cilt XXV, Sayı No:4, 1986, s.30. 5

Daha önce de belirtildiği gibi, oksidasyon için kömür ve oksijenin varlığı yeterlidir. Ancak kendi kendine yanma için, oluşan ısının taşınmaması gerekir. Bu nedenle, ramble boşlukları, göçükler, çatlamış topuklar, silolar vb. yerler yangın için çok elverişlidirler. Duyu organlarıyla ilk yangın belirtilerinin anlaşılmasına kadar geçen zamana inkübasyon periyodu denir. Bu periyot, birkaç saat ya da haftalarca sürebilir. Terleme (su buharının yoğunlaşması) gibi önemli belirtilerin görülmesi ile indikasyon periyodu başlar. Terlemeden sonra CO ve CO 2 oluşumu artar ve koku duyulur. Bu halde, artık olgunlaşma periyodu başlamıştır. Elverişsiz şartlarda, birkaç saat içinde yangın başlar. 4 Kömür oksidasyon reaksiyonunda meydana gelen olaylar aşağıda özetlenmiştir. 1. adım = Kömür/oksijen komplekslerinin oluşması, 2. adım = Bu komplekslerin bozuşması, CO 2 ve H 2 O üretimi veya daha duraylı grupların (karboksil, karbonil ve eter grupları) oluşması 3. adım = Bu grupların bozuşması ve değişik gazların çıkması, (Sıcaklık > 100 C) 4. adım = Alifatik yapının son adım kaybedilmesi ile CO, CO 2 ve H 2 üretilmesi Şekil 1 Kömür Oksidasyon Reaksiyonu (Swan ve Evans, 1979) Kömürün fiziksel oksidasyon oranını etkileyen faktörler de Wade (1988) tarafından Şekil 2'de özetlenmiştir. Şekil 2 Kömür Oksidasyon Mekanizması (Demirbilek, 1988) 5 4 Ayvazoğlu, s. 98,99. 5 Ahmet H. Onur, H. Köse, E. Yalçın, G. Konak, H.Yenice, D. Karakuş, A. Gönen, M. V. Özdoğan, A. Tosun, Yeraltı Kömür Ürtm Faal. Ocak Yangınlarının Önlenmesinin Araştırılması-GLİ Tunçbilek Ömerler Mekanize Yeraltı Ocağı Uygulaması, 2012, s. 10,11. 6

3.2 Ocak Yangınlarının Zararları Yeraltında olası bir yangının yaratabileceği tehlikeler şu şekilde sıralanabilir: Yangın nedeniyle ölüm ya da yaralanma, Kömürün kendiliğinden yanması neticesinde ortaya çıkan karbon monoksit gazı zehirlenmesi nedeniyle ölüme yol açabilecek şekilde zarar görme, Bırakılan topukların açık alev ya da için için yanması neticesinde tavan göçmelerinin oluşması, Yanma neticesinde kömürün kaybedilmesi, Yangın barajları arkasında ekonomik olarak işletilebilir rezervlerin bırakılmak zorunda kalınması. 6 3.3 Ocak Yangınlarının Tespiti Kendiliğinden yanmaya etkisi olan pek çok faktör bulunmaktadır. Olayla sistemli olarak savaşmak için genelde en uygun bulunan yaklaşım biçimi, damar, pano ya da stoklar için bir indeks değeri saptayarak önlemleri buna göre tasarlamaktır. Bu tür bir indeksi saptamanın çeşitli yöntemleri bulunmaktadır. Çalışmaların özünü, indeksi belirlenecek yerden alınan kömür örneklerini laboratuvarlarda inceleyerek kendiliğinden yanmaya yatkınlıklarını belirlemek ve saha hakkındaki gözlemlere ve deneyime dayanarak çevresel koşulları değerlendirmek oluşturmaktadır. 7 Bu bölümde bu tür çalışmalar tanıtılacaktır. 3.3.1 Koku Burada önemli olan husus, kendi kendine yanmanın başlangıcının duyu organlarıyla tespitine güvenilmeyeceğidir. Çünkü bir koku hissedildiği anda oksidasyon merkezindeki ısının 150 o C ye yaklaşmış bulunduğu ve dolayısıyla çok geç kalınmış olduğu bellidir. Gerçeten de yangın kokusunu karakterize eden etilen ve propilendir. Bu gazların oluşumunun ise ancak 100 o C nin üzerinde söz konusu olduğu tespit edilmiştir. 8 Şekil 3 te kendi kendine oluşan kokunun sıcaklık ile değişimi gösterilmektedir. 6 Nehar Eroğlu, Micheal John Gouws, Madencilik- Kömürün Kendiliğinden Yanmasına Ait Kuramlar, 1993, Cilt XXXII, Sayı No:2, s. 14. 7 Didari, s. 32. 8 Ayvazoğlu, s. 99. 7

Şekil 3 Kendi Kendine Kızışmadan Oluşan Kokunun Sıcaklıkla Değişimi 9 3.3.2 Graham Endeksi Ayvazoğlu çalışmasında Esas olan kendi kendine yanmanın erken tespit edilmesi ve pano kapatılmasına gerek kalmaması için, ocak havasındaki karbon monoksit ve hidrojenin ölçülmesi gerekir. Karbon monoksit bir yangın olayının en belirgin ve kararlı göstergesidir. Hidrojen de kömür oksidasyonunun bir ürünüdür ama oluşumu azdır ve tespiti henüz pratik değildir. Ne var ki, ocak havasındaki karbon monoksit miktarı, havalandırma miktarına bağlıdır. Ayrıca, karbon monoksit oluşumunun başka kaynakları (ateşlemeler, dizel lokomatifleri vd. gibi) da vardır. Bu nedenle, havalandırma miktarından bağımsız olan oluşan karbon monoksit miktarının tüketilen oksijen miktarına oranı ki buna Graham Endeksi veya Graham Katsayısı denir, kullanılabilir. Başka bir deyişle, karbon monoksit oluşumu bir yanma sonucu ise, bir oksijen tüketimi de söz konusudur. Bu oran, aşağıdaki eşitlikten hesaplanır: K= (Karbon monoksit oluşumu)/(oksijen tüketimi).100 = % Örneğin bir hava analizinde CO 2 %0,59 CO %0,004 CH 4 %0,65 O 2 %19,93 Tespit edilmiş ise, 9 Ayvazoğlu, s. 99. 8

Graham Endeksi K= 0,004/(78,83.20.93/79.04-19,93).100=0,43 bulunur Her ocakta yangın olmasa bile oksidasyon vardır. Dolayısıyla belirli bir karbon monoksit oluşumu ve oksijen tüketimi söz konusudur. Bu, her ocak için, normal sayılabilecek bir Graham Endeksinin varlığını ortaya koyar. Bu nedenle, eğer Graham Endeksi ile çalışılacaksa, ocağın normal endeksi tespit edilmeli ve bundan sonra endeksteki değişklik gözlenmelidir. Katsayı 0,2 civarında ise bir tehlike yok demektir. 0,5 in üzerindeki ve azalmayan bir katsayı oksidasyonun arttığını gösterir. 1,0 değerinde tehlike söz konusudur ve etkin mücadele başlatılmalıdır. Katsayının 2,0 ye ulaşması çok tehlikeli bir durumu belirtir. Katsayının 3,0 e ulaşması bir yangın belirtisidir. Kapatılmış yangınlı sahalara ait katsayılar çok daha büyük olabilir. Tespit edilen bir katsayıdaki artış % 0,1-0,5 arasında ise bir tehlike olmadığı kabul edilebilir. % 0,5 1,0 lik artış bir tehlike işaretidir. Yangın sırasında %10 artış görülebilir. Graham Katsayısı oksidasyonu belirtir ama derecesini tam olarak göstermez. Çünkü oksidasyon merkezinden gelen havayı seyrelten havada karbon monoksit var ise katsayı küçülür. Doğrudan doğruya yangınlı sahadan alınan numuneler üzerinde hesaplama yapılıyorsa bir sorun yoktur ve elden edilen katsayı gerçek değerdir. Havalandırma miktarından bağımsız olan katsayının kullanılması sırasında bazı hataların doğabileceği unutulmamalı ve göz önünde bulundurulmalıdır. Yangınlı sahadan gelen havayı seyrelten hava içinde de karbon monoksit var ise katsayı gerçek değerden daha küçük hesaplanır. Örneğin, yangın merkezinden gelen hava içindeki CO miktarı A ve bunu seyrelten hava içindeki CO miktarı B ve seyrelmiş hava (karışım hava) içinde yangından gelen havanın oranı p ise, Karışım içinde yangından gelen havadaki CO miktarı p/100.a ve seyrelten havadaki CO oranı (100-p)/100.B = 100/100.B-p/100.B şeklinde ifade edilebilir. Bu halde karışım içindeki CO, bu ikisinin toplamı olacaktır. Bu da, p/100 A+100/100 B- p/100.b = p/100 (A-B)+B dir. Aynı şekilde, oksijen tüketimleri, benzer olarak ve sırasıyla a ve b ile gösterilirse, karışının oksijen tüketimi de p/100.a+(100-p)/100.b= p/100.a+100/100.b-p/100.b = p/100 (a-b)+b olacaktır. Bu halde karışımdan hesaplanacak Graham Katsayısı 9

K= ( p/100 (A-B)+B)/(p/100 (A-B)+B).100 olur. Görülüyorki, b, yani seyrelten havadaki oksijen tüketimi pozitif ise, oran küçülecektir ve yanılgıya düşmek söz konusudur. Katsayı hesaplanırken kullanılan azot (N 2 ) oranı, ölçülebilen başlıca gazların (O 2, CO 2, CH 4 ) oranlarının toplamının 100 den farkı olarak bulunur. Eğer CO 2 ve CH 4 ten başka gazlar da varsa, bahsedildiği gibi yapılan N 2 tayini hatalı olur. Daha hassas çalışma için diğer gazların da ölçülmesi gerekir. Küçük CO oluşumları kararsızdır ve dolayısıyla katsayı hesaplamalarında dalgalanma olabilir. CO ve CO 2 oluşumundan da O 2 tüketimi olabileceği gösterilmiştir. Kullanılan diğer bir oran Trickett Oranı dır. TR = (p%co2+0,75%co-0,25%h2)/((0,265%n2-% O2)=(Oksijen Tüketimi)) Bu oran uygun numune alınıp alınmadığının ve ayrıca yangının cinsinin tespiti için kullanılır. Eğer TR = 1,6 dan büyük ise alınmış olan numunelerden kuşkulanmak gerekir. Ağaç yangınlarında TR = 0,6-1,6; Kömür, akaryakıt ve band yangınlarında TR = 05-1,0 ve Metan yanmasında TR = 0,4 0,5 değerleri arasındadır. Oranın kullanılmasının bir yararı, oranın yangınlı sahadan gelen havanın seyrelmesi halinde de değişmemesidir. Bu nedenle, hava çıkış kuyusundaki analizlerde etkili bir şekilde kullanılabilir. demiştir. 10 3.3.3 Pratik Yöntemler Bir panoda üretim çalışmalarının başlangıcından ilk kızışma belirtilerinin ortaya çıkışına değin geçen süre, "inkübasyon süresi" olarak bilinmektedir. Aynı damarlarda daha önce çıkan yangınlarla ilgili bilgilere dayanarak bu süreleri bir indeks olarak kullanmak düşünülebilir. 11 Tablo 1 de İnkübasyon Süresi İndeksleri gösterilmiştir. 10 Ayvazoğlu, s. 100-102. 11 Didari, s. 32. 10

Tablo 1 İnkübasyon Süresi İndeksleri İnkübasyon Süresi (ay) İndeks Değeri Yatkınlık Derecesi Didari, s. 32. 0-3 >40 Çok Yüksek 3-9 20-40 Yüksek 9-18 10-20 Orta >18 1-10 Düşük 3.3.4 Polonyalı Araştırmacıların İndeksi Olpinski ve arkadaşları tarafından geliştirilen "Yangın Riski İndeksi"; kurukülsüz kömür örneğinde belirlenen kendiliğinden yanma derecesine bağlı bir sayı ile işletme ve havalandırma yöntemi, işletmenin derinliği ve havalandırmanın yoğunluğu, göçükte kalan kömür ve göçüğe olan hava kaçakları, damarın ıslaklığı gibi çevresel parametrelere verilen sayısal değerlerin toplamından oluşmaktadır. İndeks değerine göre koşullar güvenli ya da güvensiz olarak gruplandırılmaktadır. 12 3.3.5 Tutuşabilirlik Tekniğine Dayalı Yöntem Feng ve arkadaşları tarafından uygulanan bir yöntem, kömürün kendiliğinden yanmaya yatkınlığını gösteren bir indeks ile çevresel koşulları belirleyen bir indeksin saptanmasını esas almaktadır. Kendiliğinden Yanma İndeksi, laboratuvarda kömür örneğinin kendiliğinden yanmaya bağlı sıcaklık derecesi ve ısınma hızına bağlı olarak saptanan bir yatkınlık indeksi ile kömür kayıpları, çatlaklanma derecesi, havalandırma basınç farklılığı gibi parametrelere dayalı olarak belirlenen bir çevresel indeksin çarpımından oluşmaktadır. İndeksin toplam değerine göre damarlar, düşük, orta ve yüksek yatkınlık gruplarına ayrılmaktadır. 13 3.3.6 Teorik Yaklaşım Banarjee, kendiliğinden yanmayı etkileyen 10 adet faktör (yüzey alanı, kısmi 02 basıncı, oksitlenme süresi, sıcaklık ve nem ile kömür ve yapısındaki kayaç 12 Didari, s. 32. 13 Didari, s. 32,33. 11

bandlarının ısı iletkenlikleri, konveksiyon ve radyasyonla olsı kayıpları, pano çalışma süresi) ve bu faktörlere yüksek ya da düşük derecede etkisi olabilecek 22 adet işletme parametresi (kömürün yapısı, jeoloji, işletme, havalandırma ile ilgili koşullar) belirlemiştir. Yöntemin pratiğe aktarılabilmesi için yalnızca düşük ya da yüksek olarak tanımlanan etkilerin daha ayrıntılı bir sınıflandırması gerekmektedir. 14 3.3.7 Adyabatik Oksitlenme Tekniğine Dayalı Yöntem Güney ve Hodges, tarafından geliştirilen laboratuvar tekniğinde kömür örnekleri, ocak ortamını karakterize eden adyabatik deneme aygıtında zaman-sıcaklık ilişkileri saptanmak üzere incelenmektedir. Bu teknikle kömürün kendiliğinden yanmaya yatkınlığı belirlenmekte ve Bystron-Urbanski tarafından kömür stokları için geliştirilen bir indeksleme tekniğinin ocaklara uygun olarak değiştirilmiş bir şekli, çevresel indeksin saptanmasında kullanılmaktadır. Panolar, toplam indeks değerine göre, düşük, orta, yüksek ve çok yüksek yatkınlık gruplarına ayrılmaktadır. 15 Tablo 2 Adiyabatik Oksidasyon Yöntemine Göre Risk Sınıflaması Risk Sınıflaması Adiyabatik Deney Sonuçları İlk Sıcaklık Artışı Toplam Sıcaklık Artışı ( C) Yanma Risk İndeksi Toplam Yanma Riski İndeksi Kuluçka Dönemi (ay) Çok Yüksek >2. 0 >7. 0 8 >4 0 0-3 Yüksek 1.2-2.0 4.5-7.0 4 21-40 3-9 Orta 0.6-1.2 2.5-4.5 2 11-20 9-18 Düşük <0. 6 0-2.5 1 1-10 >1 8 Onur, Köse, Yalçın, Konak, Yenice, Karakuş, Gönen, Özdoğan, Tosun, s. 12., (Singh ve Demirbilek, 1986) 3.4 Kendi Kendine Yanmaya Etki Eden Faktörler Bazı kömürlerin kendi kendine yanmaya çok yatkın olduğu ve bazılarının olmadığı, hatta bazı damaların tavanının yandığı ama tabanının yanmadığı, bir uzun ayağın dibinin yandığı halde başının yanmadığı vb. olaylar bilinmektedir. Bunun nedeni, başka bir deyişle oksidasyonu başlatan ana neden henüz bilinmemektedir. 14 Didari, s. 33. 15 Didari, s. 33. 12

Ana nedenin organik ve anorganik kükürt olduğuna uzun yıllar inanılmıştır. Ama bunun gerçek olmadığı, kükürtün başlamış bir kızışmayı ancak hızlandırdığı tespit edilmiştir. Ne olursa olsun kendi kendine yanmaya etkilerinin olduğu bilinen faktörler aşağıda sıralanmıştır. 16 Tablo 3 Kendiliğinden Yanmayı Etkileyen Başlıca Faktörler Çevre Koşulları Kömür Yapısı Jeolojik Yapı Madencilik Uygulaması 1.Kömür damarlarında faylanmalar 1. Göçükte kömür kaybı 2. Zayıf ve bozulmuş 2. Gerilme boşalması 1. Düşük ranklı formasyonlar 3. Sığ damarlarda tasman 2. Yüksek nemli 3. Düşük kalite kömür nedeni ile yüzey ile bağlantı 3. Yüksek piritli bantları içeren kalın 4.Kalın damarlarda göçertme yöntemi ile 4. Kırılganlığı kömür damarları üretim, damarda kısmi üretim yüksek 4. Sığ damarlar 5.Havalandırmada anormallikler, engeller, 5. Birbirine yakın birden dengesizlikler, yüksek basınç farkı, vb. fazla damar Kontrolü Olanaksız Kontrolü Olanaklı K.K. Feng, Chakravorty, R.N. ve Cochrane, Spontaneous Combustion-A Coal Mining Hazard, CIM Bulletin, Cilt. 66, 1973, s 75-84 3.4.1 Kömürün Yapısı Rank: Düşük ranklı kömürler oksidasyona daha yatkındırlar. Örneğin, bitümlü kömürler antrasite göre daha hızlı bir biçimde oksitlenirler. Kül İçeriği: Yüksek kül içeriği olan kömürler (karbon miktarı azaldığından dolayı) kendiliğinden yanmaya daha az yatkın olacaklardır. Ancak, kül içindeki kireç, soda, demir bileşikleri vb. malzemelerin oksidasyonu hızlandırıcı, alüminyum ve silis gibi malzemelerin ise yavaşlatıcı etkisi olabileceği görülmüştür. Tane Boyutu: Oksidasyon, doğrudan yüzeyle ilgili bir olay olup, kömür ne denli ince taneliyse (yüzey alanı ne denli fazlaysa) oksidasyon o denli fazla olacaktır. Gevrek kömürlerin yanmaya daha yatkın oldukları bilinen bir olgudur. Göçüklerde oluşan yangınlar, önemli ölçüde, tavan veya tabanda bırakılan (alınamayan) kömürün ayak arkasında ufalanmasından kaynaklanmaktadır. Keza, gerek damar ve gerekse yan taşlardaki çatlak ve yarıklarda bulunan ezilmiş kömürler daha kolay yanabilmektedirler. Kömürde açılan yollarda, tahkimata bitişik kısımlardaki ufak 16 Ayvazoğlu, s. 102, 103. 13

göçüklerdeki kömür parçalarının da yanabildikleri yaşanan durumlardandır. Oksidasyon hızının, dış yüzey alanının küb köküyle orantılı olarak arttığı saptanmıştır. 17 Rutubet: Bünye ve çevre rutubeti olarak ele alınması gerekir. En kötü durum, kuru kömür ve rutubetli ortamdır. Bu halde, su buharının kuru kömür üzerinde yoğunlaşması sırasında önemli miktarda ısı açığa çıkar ve oksidasyonu hızlandırır. Bu nedenle, ocak havasını rutubetlendiren kaynaklar yok edilmelidir. Kükürt: Kükürtün çabuk ve kolay yanıcı olması, oksidasyon hızını arttırmaktadır. Petrografik Yapı: Farklılıklar olduğu bellidir, ama kesin bir yargı henüz yoktur. Füsit bakımından zengin kömürlerin daha yatkın olduğu sanılmaktadır. 18 Petrografik bileşenlerden parlak olan kısımların (özellikle vitren) mat olanlara göre daha kolay oksitlendikleri ve bazı eksinit tiplerinin vitrinit ve inertinite göre daha hızlı oksitlendikleri söylenebilmekle birlikte, kesinleşmiş kanıtlar bulunmamaktadır. Metan: özellikle çok gazlı ocaklarda metanın kömür yüzeylerinin hava ile temasını engelleyici bir faktör olması olanaklıdır Kanada kömürleri üzerinde yapılan bir çalışmada yüksek metan içeriğine sahip olan damarların oksidasyona daha az yatkın oldukları saptanmıştır. 19 Porozite ve Isı Geçirgenliği: Hava ile temas ve ısının saklı kalması bakımından önemlidir. 3.4.2 Jeolojik Yapı Derinlik: Kayaç basıncı artar. Çatlamalar olur. Sıcaklık da artınca inkubasyon süresi azalır. Derin ocaklarda jeotermal gradyan artışı ve artan arazi basıncı nedeniyle kırıklanan ve ezilen topuklar kendiliğinden yanmaya ortam hazırlamaktadır. 20 Tektonik: Tektonik ile ezilmiş kömürler kendi kendine yanmaya daha yatkındır. 21 17 Didari, s. 30 18 Ayvazoğlu, s. 103 19 Didari, s. 30. 20 Didari, s. 31. 21 Ayvazoğlu, s. 103 14

Damar Kalınlığı: Az iletim nedeniyle ısı birikimi olur. Birkaç kat halinde üretilmek zorunlu olabilir ve dolayısıyla kömürün hava ile teması artar. 22 Kalın damarlar, gerek kömürün yan taşlara göre düşük olan ısı iletkenliği gerek arada oksitlenmeye çok yatkın bir band içerme olasılığının yüksek oluşu ve gerekse ayak gerisinde fazlaca kömür bırakılmasının kaçınılmaz oluşu nedenleriyle kendiliğinden yanmaya daha yatkındırlar. 23 Sovyet araştırmacıları kalınlığı 1,5m'nin altında olan damarlarda riskin az, 3m.'den kalın damarlarda ise riskin fazla olduğunu belirtmektedirler. 24 3.4.3 Madencilik Uygulamaları Dönümlü ve dolgulu çalışmaların kendiliğinden yanma olasılığını azalttığı bilinmektedir. Ayrıca, uzun süre bekleyen ayaklarda göçük yangınlarının daha çok oluşması, yüksek arın ilerleme hızının olayı engelleyebilecek bir unsur olduğunu göstermektedir. Ayak arkasının tam oturmuş olması, hava kaçaklarını engelleyeceğinden önem taşımaktadır. Dolgunun, boşlukları iyi dolduracak bir biçimde (örneğin pnömatik dolgu) yapılması gerekmektedir. Ayak arkasında kesilmeden bırakılan ağaç tahkimat ya da alınamayan çelik tahkimat, göçük içinde hava dolaşımına yol açacağından, sakıncalı olmaktadır. 25 Damar içi galeriler kullanılacakları zaman sürülmelidir. Topuk bırakılmamalı veya küçük tutulmalıdır. Topuk yanından ayak hazırlanmamalıdır. 26 Kazı Hızı: Sıcaklık artışı zamanının bir fonksiyonudur. Hızlı kazıda galeriler kısa zaman tutulur. Ramble Şekli ve Cinsi: Sıkı ramblede hava kaçağı ve dolayısıyla oksidasyon azdır. Rambleye şlam akıtılması sızdırmazlık için iyidir. Ayak arkasında kaçağı azaltmak için, eski imalat içinde ve ayaktan 100 m. uzaklıkta bir galeri sürülür ve rahat havalandırma sağlanır. 27 Havalandırma Koşulları: Bir ocak kesiminde yüksek basınç farkları, kırılmış topuklara, damar kısımları içine ve göçük sahasına fazla oranda hava kaçağına yol açacaktır. Hava miktarının artırılması amacıyla, ocak vantilatörünün değiştirildiği ya 22 Ayvazoğlu, s. 103 23 Didari, s. 31. 24 Onur, Köse, Yalçın, Konak, Yenice, Karakuş, Gönen, Özdoğan, Tosun, s. 10,11. 25 Didari, s. 31,32. 26 Ayvazoğlu, s. 103 27 Ayvazoğlu, s. 103 15