BL Orhaneli letmesi Gümü p nar Köyü Patlatma Risk Etüdü BL Orhaneli Management Gümü p nar Village Blasting Risk Assessment H.Ayd n B LG N ODTÜ Maden Mühendisli i Bölümü, Ankara H. Sinan NAL N TROMAK A.., Ankara ÖZET N TROMAK A.. BL -Orhaneli Linyit letmesinde patlatma hizmetlerini yürütmeye 4 May s 2005 tarihinde patlatma hizmetine ba lam t r. BL letmesinin çok yak n nda Gümü p nar Köyü bulunmakta olup, köylüler geçmi te aç k ocak kömür madeni i letmesinde yap lan basamak usulü patlatmalar n yol açt yer sars nt lar ndan zaman zaman ikayetçi ve tedirgin olmu lard r. Hatta baz lar binalar nda çatlamalar oldu u iddias yla bu hususu dava konusu yapm lard r. Bu nedenle, ara t rma ekibi taraf ndan, i e ba lamadan önce mevcut jeolojik yap ve Gümü p nar Köyündeki binalar n halihaz r durumu da göz önüne al narak bir durum tespiti ve patlatma kaynakl muhtemel yer sars nt lar için bir risk analizi ara t rmas gerçekle tirmi tir. Yap lan inceleme, analiz ve de erlendirmeler neticesinde gerek Gümü p nar halk n n duydu u tedirginli i en aza indirecek gerekse de binalarda hasar riskini ortadan kald racak en uygun sonuçlara ba ar yla ula lm t r. Bu ba lamda risk durumu ara t r lm, maden sahas risk bölgelerine ayr lm, binalarda hasara yol açmamak amac yla izin verilebilecek sars nt h z üst s n r de eri belirlenmi, buna göre hangi bölgede ve kaç metre mesafe dahilinde, binalara hasar vermeyecek biçimde ayn anda (ayn gecikmede) kaç kilogram patlay c maddenin güvenle patlat labilece i saptanm t r. Ayr ca al nmas gerekli görülen teknik ve idari tedbirler belirlenmi ve önerilmi tir. ABSTRACT N TROMAK A.. has started providing blasting services at BL Orhaneli Open Pit Coal mine on 4th of May 2005. Within the close neighborhood of BL Orhaneli Coal Mine Gümü p nar Village is located and the residents of this village has suffered from blasting induced ground vibrations in the past. Moreover some of the villagers have carried their complaints to the court. Due to this fact, research team has performed a blast-induced ground vibrations risk assessment study before the blasting work is started, by considering the geology of the area and the current condition of the buildings in the Gümü p nar village. After the monitoring studies, analysis and evaluation works, necessary results required for minimizing the complaints of Gümü p nar villagers and eliminating the risk of damaging the buildings were achieved succesfully. In order to achieve these results, risk potentials were investigated, mine and village site were divided into risk areas and allowable ground vibration limit values were determined with the suitable blastable charge per delay for each of these risk areas, separately. In addition, necessary technical and managerial precautions were recommended. 1 197
1 G R BL -Orhaneli Linyit letmesinde patlatma hizmetleri ihalesini N TROMAK A.. kazanm ve BL letme Müdürlü ü ile N TROMAK A.. aras nda imzalanm bulunan sözle me gere i N TROMAK A.., 3 May s 2005 günü yer teslim tutana n imzalayarak 4 May s 2005 tarihinde patlatma hizmetine ba lam t r. BL letmesinin çok yak n nda Gümü p nar Köyü bulunmakta olup, köylüler geçmi te yerüstü kömür madeni i letmesinde yap lan basamak usulü patlatmalar n yol açt yer sars nt lar ndan zaman zaman ikayetçi ve tedirgin olmu lard r. Hatta baz lar binalar nda çatlamalar oldu u iddias yla bu hususu dava konusu yapm lard r. Bu nedenle N TROMAK A.. i e ba lamadan önce mevcut jeolojik yap ve Gümü p nar Köyündeki binalar n halihaz r durumu da göz önüne al narak bir durum tespiti ve patlatma kaynakl muhtemel yer sars nt lar için bir risk analizi ara t rmas yap lmas için çal malar ba latm t r. Çal malar, Orta Do u Teknik Üniversitesi Maden Mühendisli i Bölümü yönetim ve denetiminde gerçekle tirilmi olup 2.5 ayl k yo un ve titiz bir çal ma süreci sonunda tamamlanm t r. Yap lan inceleme, analiz ve de erlendirmeler neticesinde gerek Gümü p nar halk n n duydu u tedirginli i en aza indirecek gerekse de binalarda hasar riskini ortadan kald racak optimum sonuçlara ba ar yla ula lm t r. Bu ba lamda risk durumu ara t r lm, maden sahas risk bölgelerine ayr lm, binalarda hasara yol açmamak amac yla izin verilebilecek sars nt h z üst s n r de eri belirlenmi, buna göre hangi bölgede ve kaç metre mesafe dahilinde, binalara hasar vermeyecek biçimde ayn anda (ayn gecikmede) kaç kilogram patlay c maddenin güvenle patlat labilece i saptanm t r. Ayr ca al nmas gerekli görülen teknik ve idari tedbirler belirlenmi ve önerilmi tir. 2 YAPILAN ÇALI MALAR Ara t rma ekibi Orhaneli letmesine giderek 15 Nisan 2005 günü çal malar na ba lam t r. 15 Nisan 2005 günü i letme yetkilileri ile ve ayr ca köy muhtar ile görü ülerek ba lanan çal malara daha sonra i letmede yürütülen patlatma faaliyetleri hakk nda bilgiler al narak devam edilmi ve saha gezilerek incelenmi tir. Bu incelemede kömür madeninin s n rlar ile en yak ndaki binalar aras ndaki mesafeler ara t r lm, yap lacak sars nt ölçümleri için güzergahlar belirlenmi tir. Ara t rma taraf ndan yap lan sars nt ölçümleri 15 Nisan 2005 ile 15 Haziran 2005 tarihleri aras nda letmede yap lan tüm patlatmalar kapsayacak ekilde kesintisiz devam etmi tir. 4 May s 2005 tarihinden sonra patlatma i ini Nitromak A.. devir alm t r. Bu tarihten 15 Haziran 2005 tarihine kadar geçen zaman içerisinde Nitromak A.. nin yapt patlatmalar 7 ayr güzergah üzerinden ölçülmü tür. Üniversite ve Nitromak A.. taraf ndan yap lan 2 ayl k çal ma sonunda tek delik patlatmalar ve grup patlatmalar dahil toplam 643 adet sars nt ölçümü al nm t r. Bu ölçüm kay tlar n n 583 adedi mevcut hatlar üzerinde olu turulan istasyonlarda ve zeminde, 60 adedi ise kömür oca s n r na en yak n binalarda ve daha önce TK taraf ndan yap lan patlatmalar s ras nda sars nt lardan ikayeti olan köylülerin evlerinde al nm t r. Ayr ca kontrol amac ile 1 Temmuz 2005 tarihinde e zamanl olarak hem zeminde, hem de binalarda olmak üzere 17 adet daha sars nt ölçümü yap lm ve kay t al nm t r. Böylece çal ma döneminde yap lm olan sars nt ölçümlerinin toplam say s 660 a ula m t r. 198 2
3 YEN PATLATMA DÜZENLER SIRASINDA ALINAN KAYITLARIN DE ERLEND RMES 4 May s 2005 tarihi öncesinde yap lan BL - Grup patlatmalar ve tek delik patlatmalar s ras nda yap lan ölçümlerin sonuçlar risk ön analizi yap larak de erlendirilmi tir. Bu de erlendirme sonucunda önceden uygulanan delik düzenleri daralt larak ve patlay c miktarlar k s tlanarak yeni patlatma düzenleri geli tirilmi ve mesafeye ba l olarak gecikme ba na güvenle patlat labilecek patlay c miktarlar saptanm ve önerilmi tir. Haz rlanan yeni patlatma düzenleri ve önerilen patlay c miktarlar n n uygulanmas s ras nda al nan sars nt kay tlar n n de erlendirmesi a a da sunulmu tur. 3.1 Ölçülen Sars nt H zlar n n De erlendirilmesi Yeni düzen ile yap lan patlatmalar, binalara 150 m ve daha uzak mesafelerde gerçekle tirilmi tir. En yüksek sars nt h z, 130 m mesafede ve bo (bina bulunmayan) arazide 16,00 mm/s olarak ölçülmü tür. Bo arazide kaydedilen di er yüksek h zlar 14,60 mm/s, 13,59 mm/s, 12,45 mm/s, 10,66 mm/s ve 10,40 mm/s dir. Binalara yak n kesimde ve zeminde ölçülen yüksek h zlar s ras ile 7,37 mm/s, 6,22 mm/s, 5,96 mm/s, 5,72 mm/s dir. A.B.D. Aç k Ocak Maden Bürosunun (Siskind, 2000) kriterleri 92-1524 m aras nda de i en uzakl klarda yap lacak patlatmalar için 25,40 mm/s (1 in/s) sars nt h z na izin vermektedir. Buna göre yap lm olan bütün patlatmalar s ras nda binalara yak n kesimde zeminde kaydedilen sars nt h zlar standarda uygundur. A.B.D. Maden leri Genel Müdürlü ü taraf ndan dü ük frekansl sismik dalgalar ve eski yap lar için izin verilen de er 12,7 mm/s bulundu undan yine kaydedilmi olan tüm ölçümler standarda uygun bulunmu tur (Siskind vd., 1980). 199 3 Ancak bu durum binalarda hasar riski bulunmad anlam na gelmemektedir. Gelecekte de patlatmalar n denetim alt nda yap lmas zorunlu bir durum olarak kar m za ç kmaktad r. Her ne kadar verilen düzenler ve önerilen miktarlar patlatmalar n güvenli bir ekilde devam etmesini garanti alt na almay amaçlasa da insan faktörü ve hata pay daima göz önünde bulundurulmal d r. 3.2 Sismik Dalga Hakim Frekanslar stisnai durumdaki yüksek frekanslar ç kart ld nda zeminde yol alan patlatma kaynakl sismik dalgalar n frekanslar n n 2,22 ile 12,18 Hz aras nda de i ti i görülmektedir (Bilgin vd., 2005). Bu durum ise köyde bulunan 1-2 veya 3 katl binalar n rezonansa girmesine uygun bir ortam yaratmaktad r. Ayr ca rezonans durumu sars nt genli inin binada bir veya birkaç kat artmas na neden olabilmektedir (Dowding, 1992). Genlik büyümesi ise binalara hasar verme riski bulundu unu göstermektedir. Dü ük frekansl sismik dalgalar insanlar n sars nt y kolayca hissetmelerine ve endi eye kap lmalar na neden olmaktad r (Siskind vd., 1980). Bu durum da göz önünde bulundurularak risk analizi çal mas nda emniyetli tarafta kalmak için izin verilebilir sars nt h z olarak, A.B.D. Aç k Ocak Maden Bürosu taraf ndan daha tutucu olarak nitelenen A.B.D. Maden leri Genel Müdürlü ü (USBM,1980) standard nda öngörülen de er (12,7 mm/s) esas al nm t r. Sözü edilen 12,7 mm/s en yüksek parçac k h z de eri; binalar n sadece s valar nda gözlenebilecek, saç teli inceli inde k lcal çatlak dahi yaratmamak amac ile öngörülen de erdir. Di er bir deyi le binalar n iskeletinde ve ta y c duvarlar nda hiçbir olumsuz etki yaratmaz. Buna ra men Gümü p nar Köyünde oturanlar n duydu u tedirginli i gidermek ve rezonansa giren binalar n sars nt y büyütme faktörü göz önüne
al narak hasar riskini ortadan kald rmak için; izin verilebilir sars nt h z 5,08-6,35 mm/s olarak kabul edilmi tir. Di er bir deyi le daha tutucu olarak nitelenen A.B.D. Maden leri Genel Müdürlü ü (USBM, 1980) standard na ek olarak 2-2.5 güvenlik katsay s uygulanm t r. 4 RDELEME VE DE ERLEND RME 4.1 zin Verilebilir Sars nt H z Binalarda hasar yaratmamak amac ile frekansa ba l olarak zeminde izin verilebilecek sars nt h zlar n dikkate alarak yap lan yorumlar sonucunda 15 Nisan-1 Temmuz 2005 tarihleri aras nda ölçülen sars nt h zlar n n her iki standarda da uygun oldu u belirlenmi tir. Bu saptamaya kar n, ileride anlat laca üzere rezonansa giren binalarda genlik büyümesi saptanm bulundu undan, herhangi bir risk almamak ve binalarda k lcal (saç teli inceli inde dahi) çatlak yaratmamak için zeminde izin verilebilir sars nt h zlar USBM,1980 de izin verilen de er dü ürülerek, ekil 1 de verilen ocak bölgelerinden, BÖLGE-1 ve BÖLGE-2 için 5,08 mm/s, BÖLGE-3 için ise 6,35 mm/s olarak esas al nm t r. Söz konusu bölgeler, patlatma kaynakl sismik dalgalar zemin özelliklerine ba l olarak farkl sönümlenme özelli i gösterdi i için olu turulmu tur. 4.2 Gecikme Süresi artmas oldu u anla lm t r. Köyde oturanlar tedirgin etmemek amac ile 42 ms delikler aras gecikmenin en uygun oldu u kanaat na ula lm t r. Bundan sonraki patlatmalar s ras nda da ayn s radaki delikler aras nda 42 ms uygulanmas uygun bulunmu tur. S ralar n ayr ayr patlat lmas n n hiç bir sak ncas bulunmad, bunun yan s ra kapsül tasarrufu sa lad, s ralar birbirine ba lan p tek patlatma grubu olu turulmas halinde en uygun s ralar aras gecikmenin 201 ms oldu u anla lm t r. 4.3 Ate leme Yönü Ara t rma döneminde, Risk Ön Raporunda da belirtildi i gibi, patlatma delikleri s ralar köy yönünde olu turulmu ve ate leme köye en yak n olan delikten ba lat lm t r. Bu uygulaman n yararl bulundu u, özellikle yüzeye yak n yap lan patlatmalarda ve oca a yak n olan binalar için sismik dalgalar n köy yönünde etkisinin azalmas na yard mc oldu u anla lm t r. Önerilen ate leme yönünü gösteren ema ekil 2 de sunulmu tur. Ara t rma döneminde ve daha sonra denetim amaçl yap lan sars nt ölçüm çal malar s ras nda yukar da sözü edilen iki öneriye de sürekli olarak uyuldu u memnuniyetle gözlenmi tir. Bu uygulamalara devam edilmelidir. 5 UYGULANMASI ÖNER LEN PATLATMA DÜZEN Çal ma döneminde Risk Ön Raporunda önerildi i üzere delikler aras nda ço unlukla 42 ms gecikme uygulanm t r. Bu gecikme süresinden iyi sonuç al nd anla lm t r. Sars nt kay tlar ndan saptanan hakim frekanslar göz önüne al nd nda delikler aras nda 67 ms gecikmenin daha da uygun olabilece i kanaat na ula lm ve bir kaç kez denenmi tir. Ancak köylülerden olumsuz görü ler al nm t r. Bunu nedeninin toplam patlatma ve dolay s yla sars nt süresinin 200 4 Yedi ayr hat boyunca yap lan sars nt ölçüm sonuçlar incelenip sismik dalgalar n zeminde yay lma kural n belirleyen ampirik formüller her hat için saptand nda, sars nt sönümlenmesinin oca n de i ik kesimlerinde farkl biçimde gerçekle ti i anla lm t r. Bu durum oca n de i ik kesimlerinde bulunan faylar nedeniyle bir blo un di erine göre a a veya yukar at lm olmas sebebiyle zemin özelliklerinin farkl olmas ndan kaynaklanmaktad r.
ekil 1 Mesafeye Ba l Olarak Farkl Miktarda Patlay c Madde Ate lenecek Bölgeler ekil 2 Önerilen ate leme yönü 5 201
Di er bir deyi le A-1 Panosunun bulundu u ocak kesimi Ana Fay n kuzeyinde yeralmaktad r ve tektonizma s ras nda yukar at lm bloktad r. Bu nedenle kömür damar ve üzerindeki marnl seviyeler yüzeye daha yak nd r. Oysaki A3-2/A Panosu Ana Fay n güneyinde yeralmakta ve a a dü mü bloktad r. Bu kesimde yüzeye en yak n olan tüf seviyeleri daha kal nd r. Kömür damar ve üzerindeki marnl seviyeler daha derinlerde (alt kotlarda) yer almaktad r. Di er bir deyi le oca n kuzey ve güney bölümlerinde, ayn kotta farkl kaya cinsleri bulunmakta, tabaka kal nl klar de i im göstermektedir. Ayr ca A-1 Panosunda bulunan tali faylar n yönelimleri ile e imleri A3-2/A Panosunda mevcut faylar n yönelimleri ve e imlerinden farkl l k göstermektedir. Bunun d nda A3-2/A Panosunda de i ik jeolojik zamanlarda olu mu farkl do rultuda ve köyden uzakla an ba ka fay sistemleri de bulunmaktad r. Bu gibi nedenlerle sismik dalga sönümlenmesi oca n de i ik kesimlerinde farkl l k gösterdi inden oca n bölümlere ayr lmas ve her bölüm için ayr ayr mesafe-güvenli patlay c miktar cetveli haz rlanmas zorunlu ve uygun bulunmu tur. Kömür oca üç bölgeye ayr lm t r. Bunlar BÖLGE-1, BÖLGE-2 ve BÖLGE-3 olup ekil 1 de gösterilmi tir. 5.1 Gecikme Ba na Patlay c Miktar ekil 1 de tan mlanan her bölge için mesafegecikme ba na güvenli patlay c madde miktarlar n n saptanmas nda, analizlerde kullan lan TK BL, tek delik ve N TROMAK A.. patlatmalar ndan yararlan lm t r. Ayr ca USBM,1980 de izin verilen sars nt h z, çal malar sonucunda tayin edilen emniyet katsay lar kullan larak ve dü ük dalga frekanslar gözönünde bulundurularak dü ürülmü ve k sa mesafeler için küçük ayarlamalar yap lm t r. Gecikme ba na güvenle ate lenebilecek patlay c miktarlar hesab nda Bölüm 4.1 de verilen 202 6 h zlar kullan lm t r. Uzak mesafeler için ise frekans dü üklü ü ve yüzey dalgalar n n bask n ve hasar olu umunda belirleyici oldu u hususlar dikkate al narak güvenli patlay c miktarlar sabit tutulmu tur. Ayr ca oca n Gümü p nar Köyüne çok yakla m olmas nedeni ile k sa mesafelerdeki binalara hasar verilmemesi daha fazla önem arzetmekte olup, uzak mesafelerdeki evleri dikkate alarak patlay c miktar saptamak uygulanabilir ve gerçekçi de ildir. A a da BÖLGE-1, BÖLGE-2 ve BÖLGE-3 için tespit edilen gecikme ba na patlat labilecek patlay c miktarlar verilmi tir. BÖLGE-1 BÖLGE-2 BÖLGE-3 L (m) Q (kg) L (m) Q (kg) L (m) Q (kg) 50-50 - 50-100 - 100-100 - 125 13 125 16 125 18 150 16 150 21 150 26 175 21 175 31 175 31 200 26 200 36 200 41 225 31 225 41 225 51 250 31 250 51 250 63 300 41 300 51 300 63 350 41 350 51 350 63 400 41 400 51 400 63 450 41 450 51 450 63 500 41 500 51 500 63 5.2 Kömür Patlatmalar nda Gecikme Ba na Patlay c Miktar Kömür patlatmas 2005 y l nda k sa vadede (1 y l içinde) sadece A-1 Panosunda yap lmaktayd. Hem BL tesislerinde çal anlar hem de köyde ya ayanlar tedirgin etmemek amac yla kömür patlatmalar nda mesafeden ba ms z olarak önerilen miktar gecikme ba na 21 kg d r. Bu miktar en çok 26 kg a ç kar labilir. Daha yüksek miktarlar n kullan lmas kesinlikle sak ncal d r. Bunun nedeni kömür ile üzerindeki kayalar n fiziksel özelliklerindeki farkl l klar ve çok iyi geli mi tabakalanma düzlemlerinin mevcudiyetidir.
6 SONUÇ VE ÖNER LER BL Orhaneli Kömür Aç k Ocak letmesinde 2005 y l nda yap lmakta olan ve gelecekte de yap lmaya devam edilecek olan patlatmalardan kaynaklanan yer sars nt lar n n Gümü p nar Köyünde bulunan binalarda hasar yaratmamas ve ya ayanlar tedirgin etmemesi amac ile 15 Nisan 1 Temmuz 2005 döneminde gerçekle tirilen ara t rma ve inceleme çal malar s ras nda saptanan bulgular, var lan sonuçlar ve al nmas gerekli görülen teknik ve idari tedbirler belirlenmi ve a a da önerilmi tir. 1) Ocak 100 m geni li inde köy topu u b rak larak köye çok yakla m bulundu undan özensiz patlatma yap lmas halinde yap sal hasar olu ma riski bulunmaktad r. Bu nedenle patlatmalar n kontrollü yap lmas ve zaman zaman sars nt ölçümü gerçekle tirilerek denetlenmesi gerekli ve zorunludur. 2) Ara t rma döneminde ölçülüp kaydedilen sars nt lar n de erlendirilmesi için A.B.D. Aç k Ocak Maden Bürosu ve Maden leri Genel Müdürlü ü standardlar birlikte kullan lm t r. Zeminde izin verilen h zlar, A.B.D. Aç k Ocak Maden Bürosu standard nda 19,05 mm/s, A.B.D. Maden leri Genel Müdürlü ü standard nda 12,7 mm/s olarak belirlenmi tir. 15 Nisan 1 Temmuz 2005 tarihleri aras nda ölçülen sars nt h zlar n n tümünün her iki standarda da uygun oldu u belirlenmi tir. 3) Zeminde yol alan sismik dalgalar n hakim frekanslar n n büyük ço unlukla 3 Hz ile 10 Hz aras nda de i ti i ve dü ük frekans s n f na girdi i tespit edilmi tir. Dü ük frekansl sismik dalgalar n zeminde büyük yerde i imler, binalarda ise büyük birim deformasyonlar yaratt bilindi inden ve ayr ca Gümü p nar köyündeki yap lar hiçbir mühendislik hizmeti görmedi inden ve lay k yla yap l p yap lmad taraf m zca 203 7 bilinmedi inden bölgelere göre farkl emniyet katsay lar uygulanm t r. Buna göre zeminde BÖLGE-1 ve BÖLGE-2 de 5,08 mm/s, BÖLGE-3 de 6,35 mm/s sismik h za izin verilmi tir. 4) Mevcut ko ullar alt nda 120 m den daha k sa mesafe içinde patlatma yap lmas önerilmemektedir. 5) Kömür patlatmalar için gecikme ba na önerilen ola an miktar 21 kg d r. Bu miktar en çok 26 kg a ç kar labilir. 6) Ayn s radaki delikler aras en uygun gecikme süresinin 42 ms oldu u saptanm olup bugüne kadar oldu u gibi bundan sonra da 42 ms uygulanmas önerilir. 7) S ralar aras nda en uygun gecikme süresinin 201 ms oldu u saptanm olup bugüne kadar oldu u gibi bundan sonra da 201 ms uygulanmas önerilir. 8) S ralar n ayr ayr patlat lmas n n hiçbir sak ncas bulunmad tespit edilmi tir. 9) Delik s ralar n n köy yönünde olu turulmas n n ve ate lemenin köy taraf ndan ba lat lmas n n yarar uygulamada görülmü tür. Bu uygulamalara devam edilmelidir. 10) Patlatma ile parçalanmas zor olan konglomera gibi kayalarda patlatmadan iyi verim al nmas için, gecikme ba na izin verilen patlay c miktar art r lmamal d r. Bu sorunun çözümü, delik düzenleri daralt larak sa lanmal d r. KAYNAKLAR Siskind, D. E., Stagg, M.S., Kopp, J.W., Dowding, C.H., 1980, Structure Response and Damage Produced by Ground Vibration From Surface Mine Blasting, USBM RI 8507, United States Department of the Interior, 75 pages. Siskind, D.E., 2000, Vibrations From Blasting, International Society of Explosives Engineers, 120 pages.
Dowding, C.H., 1992, Monitoring and Control of Blast Effects, SME Mining Engineering Handbook, pp. 746-760 Bilgin, H.A., nal, H.S. ve Büyüky ld r m, K., 2005, BL Orhaneli letmesi Gümü p nar Köyü Patlatma Risk Etüdü, Proje Kod No: 05-03-05-2-00-08, ODTÜ, Ankara, 86 sayfa. 8 204