ARA KATLI GÖÇERTME YÖNTEMİ İLE BAKIR ÜRETİMİ * Copper Production by The Sublevel Block Caving Method M. Gökhan TÜRKMEN Mesut ANIL Maden Müh. Anabilim Dalı Maden Müh. Anabilim Dalı ÖZET Ara katlı göçertme yöntemi, bakır cevheri yer altı üretim yöntemlerinden birisidir. Bu yöntemin en önemli özelliği, düşük tenörlü ve az rezervli veya büyük rezerve sahip maden yataklarının işletilmesine imkân vermesidir. Bu çalışmada, ara katlı göçertme yöntemi, Siirt-Madenköy bakır ocağındaki uygulamalarıyla incelenmiştir. Anahtar Kelimeler : Ara katlı göçertme yöntemi, Bakır, Siirt-Madenköy ABSTRACT The sublevel block caving method is one of the underground production methods of copper ore. The most important property of this method is to enable of ore beds production in low grade and low reserve or large reserve. In this study, The sublevel caving method was investigated at applications of copper mine of Siirt-Madenköy. Key Words : Sublevel block caving method, Copper, Siirt-Madenkoy. Giriş Maden yatağının durumu uygulayacağımız yöntemin seçiminde en büyük faktör olmaktadır. Ancak unutulmaması gerekir ki maden yatağının bize değil de, bizim bu yatağa uymamız gerektiği ve bu yatak üzerinde en ekonomik, en uygun ekipmanın seçilmesi önemlidir. Dünyada mostra madenciliği bitme aşamasına gelmiştir. Buna paralel olarak yüksek tenörlü cevherlerin tükenmesi yerine düşük tenörlü yüksek rezervli cevherlerin kalması ve hammadde ihtiyacının artması yeraltı madenciliğini ve yer altı madenciğinde diğer yöntemlere göre daha ekonomik olan göçertme yöntemlerini ön plana çıkarmıştır. Yeraltı madenciliğinde göçertme yöntemlerinin tehlikesi ve maliyeti göz önüne alındığında bunun için teknolojik gelişmelerin zorunluluğu görülebilir. Bu yöntemin ülkemizde ve dünyada ilk olarak kömürde kullanıldığı bilinmektedir. Kömürün genel olarak damar halinde olması ve yan taşından kolaylıkla ayırt edilebilmesi bu yöntemin kolaylıkla uygulanmasını sağlamıştır. Literatürde de ara katlı göçertme yöntemden bahsedildiği görülmektedir ancak bu kömür dışında metalik madenlerde kullanımının yaygın olmaması durumu daha güç hale getirilmektedir. Sebebi ise metalik madenler ile kömürün yapısal farklılıkları yöntemin geleneksel kurallar ile kullanılamaması sorununu * Yüksek Lisans Tezi-MSc. Thesis 54
doğurmuştur. Buradan da anlaşılacağı gibi yöntem temel olarak aynıdır ancak cevherlerin oluşum farklılıkları ve cevherleşme geometrisi göçertme yöntemin detaylarında çok önemli değişiklikler meydana getirmektedir. Dünya bakır cevheri baz rezervi, bakır metali içeriği olarak toplam 940 milyon ton civarındadır. Bu rezervin 360 milyon tonu (yaklaşık %40 ı) tek başına Şili de bulunmaktadır. Rezerv bakımından şanslı diğer ülkeler ise, ABD (70 milyon ton), Çin (63 milyon ton), Peru (60 milyon ton), Polonya (48 milyon ton), Avustralya (43 milyon ton) ve Endonezya (38 milyon ton) şeklindedir (U.S Geological Survey, 2005). Siirt Madenköy bakır işletmesinde, fizibilite çalışmalarında, 1981 yılına kadar gerçekleştirilen 61 sondaj verilerinden yararlanarak %2,03 Cu tenörlü 24 milyon ton görünür+muhtemel bir rezerv hesaplanmıştır. Jeotektik etüdler sonunda yatağın ara katlı göçertme yöntemiyle işletilebileceği belirlenmiştir (Kayhan ve ark., 1984). Materyal ve Metot Materyal Yeraltı işletmesinde uygun üretim yönteminin tespiti temel mühendislik görevidir. Bu görev işletme tekniğinin kapsamıyla iç içe olarak bağıntılı olan işletme yöntemi ve planlanması ile ocağın genel planlanması ve üretim faaliyetlerini içermektedir. Burada mümkün olabilen bir dizi yöntemden en iyisi tercih edilmelidir. Bu işe genel olarak işletme metodu ve planlanması ile başlanılmalıdır. Yöntem seçiminde öncelikle iki kriterin dikkate alınması gereklidir. Birinci kriter işletme tekniğinden beklenen şartlara bağlıdır, ikinci kriter ise maden yatağının çevresinde mevcut olup değiştirilemeyen etkenlerden oluşur. Bu etkenler her şeyden önce altyapı, jeolojik yapı, maden yatağının madencilikle ilgili çok değişken özelliklerini içeren çevre şartlarıdır. Park Elektrik Madencilik Sanayi ve Ticaret A.Ş., 18 Mart 1994 tarihinde tekstil sektöründe faaliyet yapmak üzere kurulmuştur. Şirket, Ekim 1997 yılında sermayesinin %29,16 unu temsil eden hisse senedini halka arz etmiştir. Tekstil sektöründe yaşanan kriz nedeniyle yeni faaliyet alanlarında çalışabilmesini sağlamak amacıyla 02.06.2000 tarihinde faaliyet konusu genişletilmiş, enerji ve madencilik sektöründe çalışma imkânı yaratılmıştır (Park Elektrik, 2006). Siirt Madenköy İşletmesi, Güneydoğu Anadolu Bölgesi nde, Siirt İli nin kuzeydoğusunda, Şirvan ilçesi nin doğusunda yer almaktadır. Madenköy Şirvan a 19 km lik asfalt yol ile Şirvan Siirt e 25 km lik asfalt yol ile bağlıdır. Çalışma alanına arazi aracı ile Siirt ten l saatte ulaşılabilmektedir. Maden yatağı Güneydoğu Anadolu Ofiyolit kuşağında, yastık lavlar içinde bulunur (Şekil 1). 55
Şekil 3. Çalışma Alanı Yer Bulduru Haritası Çalışma alanında, doğu- batı uzanımlı silisleşme, kloritleşme, serisitleşme ve killeşme gösteren bir alterasyon alanı izlenmektedir. Alterasyona uğramış yastık lavlar yer yer yastık lav yapılarını korumuşlardır. Pirit ve kalkopirit saçınımları içeren ve ayrışmaya uğrayan kayaç örneklerinin analizinde %0,46-0,60 Cu bulunmuştur. Eski işletmeden kalan curufların analizinde ise %1,5-3 Cu saptanmıştır (Borchert, 1958). Siirt Madenköy Bakır Yatağı Güneydoğu Anadolu Kenar Kıvrımları tektonik birimleri ve Bitlis Metamorfik Masifi arasında şaryaj zonu üzerinde yer alır. 30-60 km genişliğindeki bu şaryaj zonu 500 km lik bir mesafe boyunca batıdan- doğuya doğru uzanır. 56
Bu kuşak boyunca batıdan doğuya Sivrice (Helezür)-Elazığ, Maden-Ergani- Elazığ, Lice Mizak ve Karadere-Diyarbakır ve Madenköy-Siirt bakır yatakları yer alır. Yatağın yer aldığı Siirt yöresinde birimler yaşlıdan gence doğru şöyledir: Paleozoik yaşlı Bitlis Metamorfitleri, Eosen yaşlı Sason Filişi, Eosen yaşlı Toptepe Konglomeraları ve Eosen yaşlı Madenköy Spilitleri. Spilitik-porfiri spilitik lav akıntıları Volkanik elemanlı çakıltaşı Rekristalize kireçtaşı elemanlı çakıltaşı Orta Eosen Çamurtaşı Spilitik-porfiri spilit (yastık lavlı) Porfiri spilitik ve spilitik yastık lavlar arasında tedrici geçişler görülür ve porfiri spilitler arasında diyabazik dayk sokulumları izlenir. Rekrizistalize kireçtaşı elemanlı çakıltaşları ile çamurtaşları düşey ve yatay yönlerde devamlı geçiş gösterirler. Volkanik elemanlı çakıltaşları rekzistalize kireçtaşı elemanlı çakıltaşlarının üzerine gelir. Etüd edilen sahanın hemen kuzeyinde yukarıda sözü edilen Orta Eosen yaşlı spilitik lav akıntıları tekrar izlenmektedir. Etüde yapılan sahada ana tektonik hatların yakınlarında farklı boyutlarda ve özellikte birçok fay gelişmiştir. Faylanmalardan dolayı güneyden kuzeye doğru kademeli olarak çökmüş bloklar izlenir (Yıldırım ve Alyamaç, 1976). Metot Yer altı maden işletmelerinde uygun üretim yöntemi seçimi birçok parametre göz önüne alınarak yapılmaktadır (Cummins, 1973; Hustrulid, 1982). Bu parametrelerden başlıcaları şunlardır; Cevher geometrisi ve şekli (kalınlık, uzanım, eğim, derinlik vb.); Rezerv miktarı; Tenor ve tenor dağılımı; Cevher-yantaş kontak durumu; Jeolojik ve tektonik yapı; Cevher ve yan kayaçların sağlamlık durumu; Su durumu; Yeryüzü koşulları; Ekonomik koşular ve Diğer. Ara katlı göçertme yönteminde, yüzeydeki örtü tabakası göçertilir, ara katlar arasındaki cevher alınır ve genel madencilik yönü aşağıya doğrudur. Cevher alındıkça yukarıdan göçme olur. Sadece artık kaya göçertildiğinden cevher klasik yollarla delinip patlatılıp üretilir ve genelde fan şeklinde delikler delinir. Şekildeki yöntemde tavan taşı eninde sonunda göçeceği için birincil ve ikincil açıklıklar taban taşında açılmıştır. Ara kat galerileri ve rekuplar yakın ara katlardaki göçüklerden etkilenmeyecek şekilde yerleştirilmişlerdir. Dolayısıyla bir ara katta delinen fan şekilli delikler diğer ara kattan çıkar. Tasarım ve operasyon pratikleri açısından ara katlı göçertme yöntemi en ilerlemiş madencilik yöntemidir. Göçertmenin karmaşıklığından ve kontrol gereksiniminden dolayı iyi mühendislik kaçınılmazdır. Ara katlı göçertmedeki tasarım parametreleri göçertme mekanizması ile ilgilidir. Göçertme mekanizması kaya mekaniğinin bir dalıdır ve konsolide olmuş maddelerin çökmesi ile onların yerçekimi etkisiyle akması konularıyla ilgilenir. Yöntemde cevher delinip patlatılarak akmasına rağmen kaya altı boşaltıldığı için göçer. Karışımı engellemek için aşırı dikkat harcanması gereklidir. 57
Göçertmeli yöntemlerin bir başka karakteristiği de madencilikten önce geniş çaplı hazırlık gerektirmesidir. Ara katlı göçertmeli yöntemde üretimin %15-20 si hazırlık sırasında gerçekleştirilir. Hazırlık çalışmalarının büyük bir kısmını nakliye ve ara katlardaki yatay galerilerdir. Şekil 2 de ara katlı göçertmeli üretim yöntemi verilmiştir. Dik veya dike yakın damarlarda yöntem damarın geometrisine bağlı olarak dar damarlarda boylamasına geniş damarlarda ise enlemesine uygulanabilir. Fakat cevher yatağı yassı, yatay bile olsa yeteri kalınlığa sahipse yine yöntem uygulanabilir. Nakliye katlarında veya opsiyonel olarak ara katlarda galeri ve rekuplar ağ oluştururlar (grid). Çok sayıda birbirine bağlı açıklıklar önemli bir şekilde nakliyeyi ve havalandırmayı kolaylaştırır. Maden ara katlı göçertmeli yöntemde kömür dışı madencilikte kullanılan genellikle dizel motorlu mobil ekipmanlar sayesinde geniş çaplı mekanizasyon uygulaması mümkündür. Yoğun hazırlık çalışmaları gerektiren bu yöntemde ileri mekanizasyon uygulamaları büyük fayda sağlamıştır. Bunun yanı sıra bütün madencilik uygulamaları da mekanize olarak yapılmaktadır. Şekil 2. Ara katlı göçertme yöntemi. 58
Araştırma Bulguları Park Elektrik A.Ş. ye ait Siirt-Madenköy bakır yatağında uygulanan ara katlı göçertme yönteminde galeri kesitleri genel olarak 5x5 m 2 olarak tasarlanmışsa da yer yer zeminin gevşek olması nedeniyle galeri yüksekliği 8 m ye kadar yükselmektedir. Hazırlık aşamasındaki delik düzeni (patern) 5x5 m 2 ayna kesitine göre düzenlenmiştir ancak uygulamada zeminin sertliğine göre değişmektedir. Ara katlı göçertme yöntemi ile üretim patlatmaları yapılabilmesi için öncelikle uygun hacimde serbest yüzey oluşturulması gerekmektedir. Delmepatlatma ile oluşturulması planlanan bu serbest yüzey, paralel delik veya yelpaze çekme patlatma yöntemleri ile açılabilir (Orica Engineer Training Program-Package No. 17). Bu aşamada serbest yüzeyin yelpaze çekme metodu ile oluşturulması kararlaştırılmış, patlatma dizayn ve planları bu doğrultuda oluşturulmuştur. Gerek jumbo deliciyle delinen deliklerin (68mm) gerekse simba delici (76mm) ile delinen deliklerin doldurulması sürecinde yine insan gücüne bağlı süreçler etkilidir. Belirlenmesi gereken öncelikli hususlar delik delme işlemi başlamadan önce tamamlanması gereken işler ve doldurma sırasında gerekli olan ekipmanın tam zamanında üretim alanına getirilmesidir. Delinen deliklerin doldurulmadan önce kontrol edilmesi, temizlenmesi, tıkalı deliklerin belirlenerek açılması ve doldurma işleminin bitirilmesiyle patlatma işlemi gerçekleştirilmektedir. Bu iş akışı sağlıklı biçimde sağlandığında zaman kazanımı sağlanacağından en üst düzeyde sorunlar yaşanmayacaktır. Ocakta yapılan katlar arası patlatmalara yönelik bilgiler aşağıdaki çizelgede yer almaktadır (Çizelge 1). Çizelge 1. Katlarda yapılan atımlara yönelik bilgiler. Katlar 1300 1280 1260 1220 Toplam Delik sayısı 30 159 13 14 216 Delik boyları (m) 4-9 4-14 4-10 10 Delik çapları (mm) 76-64 76-64 76-64 76 Atım sayısı 1 8 5 1 15 Patlayıcı madde bilgiler E-1100 (kg) 600 3100 2780 500 6980 Dinamit (kg) 22 367 78 14 481 Excel kapsül (adet) 30 150 113 14 307 Elek.kapsül (adet) 1 8 5 1 15 Fitil (m.) 20 159 85 4 268 Mayıs-Temmuz 2007 dönemi içerisinde katarsı cevher üretimi 1300, 1280 ve 1260 katlarında yapılmıştır. İlk önce 1280 katında başlayan kat patlatmaları sırasıyla 1260 ve en son 1300 katlarında devam etmektedir. 1260 katının mevcut planı aşağıdaki gibidir. Taralı alanlar üretimin bittiği bölgeleri göstermektedir. Sarı kalın çizgiyle gösterilen alan cevher sınırları, içi boş olan ve beyaz renkli olan alanlarda kat arası üretimi yapılacak alanlardır (Şekil 3). Buna göre; 59
Üretim Yapılacak Toplam Uzunluk = ( ) 306m. Ortalama genişlik = 5.57m Ortalama delik boyu = 14m Ortalama tüvenan cevher yoğunluğu = 3gr/ton İse beklenen cevher miktarı; = 306 x 5.57 x 14 x 3 = 71.585,64 ton % 70 verimle nakliye edilmesi planlanan cevher = 0,7 x 71585,64=50109,9 ton cevher beklenmektedir. Bu değer tek delici makine ve tek patlatma ekibi ile düşünüldüğünde bir kat için daha önceden üretim yapılan bölgelerdeki üretim miktarına göre değerlendirilse I. durum, yeni bir iş akışıyla değerlendirilse II. durum üzerinden bir termin planı yapılabilir. Şekil 3. 1260 Katı, kat ve üretim planı. I. Durum: Bir ay içerisinde yapılabilecek patlatma sayısı üzerinden hesap yapılarak sonuca ulaşılabilmektedir. Buna göre; Üretilmesi planlanan cevher miktarı = 71585,64 Bir içerisinde yapılabilecek max. Patlatma sayısı = 9 adet patlatma Bir patlatma için elde edilecek cevher miktarı = 71585,64 / 9 = 7953,96 ton Bir patlatmada nakliye edilecek cevher miktarı ( ) = 5567,7 ton şeklinde bulunur. İş akışı gösterilen biçimde sağlanırsa bu rakamı yine bu sisteme göre 60
uygulayıp beklenen cevher miktarını alırız. Buna göre sırasıyla patlatmaların hangi aralıklarla hangi vardiyalarda yapılabileceği ilgili proje yöneticileri ile planlanabilir. II. Durum: Her patlatma için aynı anda bir sonraki stope içerisinde delme işlemi yapıldığı modeli uygularsak elde edilecek cevher miktarını daha kısa zamanda el etmek mümkündür. Yine I. durumdaki verileri kabul edecek olursak bir patlatmada cevher tonajını elde etmiş oluruz. Bir patlatmada nakliye edilecek cevher miktarı ( ) = 5567,7 ton İki durum arasındaki iş akışını inceleyerek bir analiz yaptığımızda net olmasa da bir sonuç çıkara biliriz. Burada sağlıklı olmayan bir ay içerisinde katlar arası üretiminin tüm faaliyetler içerisindeki R = oranını hesaplamamız gerekir. Eldeki verilere dayanarak bu oranın çok sağlıklı elde edilmesi mümkün değildir ancak diğer durum için işlerin sıralı bir biçimde yapılması sonucunda toplam vardiya olarak bu veriler elde edilebilir. Buna göre iki durum içinde benzetim yaparak aşağıdaki analize ulaşabiliriz. Bir nakliye için gerekli zaman = 3 vardiya Toplam nakliye için gerekli zaman = 3 x 9 = 27 vardiya Bir delme patlatma işi için gerekli zaman = 1,7 vardiya Toplam delik delme için gerekli zaman = 1,7 x 9 = 15,3 vardiya Toplam = 27 + 15,3 = 42,3 vardiya Toplam vardiya içerisinde aynı anda başlayan işlerin diğer duruma göre oranını %50 olarak kabul edelim yani; Delik delme işi I. durumda nakliye ile birlikte en fazla toplam delme patlama sayısının yarısı kadar iş yapmış olarak kabul edilirse; Toplam delme işlemi süresi = 15,3 x 0,5 = 7.65 vardiya Buna göre yeni toplam iş süresi = 27,5 + 7,65 + 5 (beklenmeyen işlerin kaybettirdiği toplam süre) = 40,15 vardiya (= 321,2 saat) Bir ay içerisinde toplam iş yapılan vardiya sayısı = 90 vardiya Bu verilere göre; A1 = 40,15 / 90 = % 44,6 II. durum için de delme işlemi kontrollü olarak uygun iş akışına göre yapılacağından delme patlatma ve nakliye döngü içerisinde olacağından iş kaybı için öngörülen süreyi toplam nakliye süresine ekleyerek gerekli zamanı bulabiliriz. Döngü içerisinde ki boş zaman = 3 1,7 = 1,3 vardiya Boş zamanda Katlararası üretimi için kullanılacak zaman = 0,5 vardiya Geriye kalan zaman = 0,8 vardiya x 9 = 7,2 vardiya Toplam zaman = 7,2 + 27 = 34,2 vardiya (en kötümser zaman) Bir ay içerisinde toplam iş yapılan vardiya sayısı = 90 vardiya Bu verilere göre; 61
A2 = 34,2 / 90 = % 38 ise; A1 > A2 durumu ortaya çıkar. Önümüzdeki dönem içersinde kaba olarak ikinci bir katsayıda yeni bir döngü üzerinden hesaplanabilir. B katsayısın da tek bir seferde bir delici makine daha faaliyete girecek biçimde sistem döngüsünü tekrar gözden geçirebiliriz. Bu durumda kısaca bir hesap yapacak olursak; Bir delme patlatma işi için gereken zaman 1.7 ise aynı şekilde iki işlem için 3.4 vardiya olarak kabul edebiliriz. Toplam nakliyeyi de 6 vardiyadan hesaplarsak toplamda elde edilen tüvenan cevher miktarını arttırarak hem A hem de B katsayılarında avantaj sağlayan bir durum ortaya çıkarır. Bu durum için döngünün tekrar sağlıklı verilerle birlikte değerlendirilerek düzenlenmesi gerekir. Son olarak istatistiksel olarak hesapladığımız bir seferde nakliye edilebilir cevher miktarı üzerinden hesap yaparsak 3350,8 ton cevher bir seferde nakledilirse toplam 10 patlatmada 33500 ton cevher üretimi bu yöntemle gerçekleştirilir. Bu değer şimdiki iş akışında beklenen cevher değeri olarak önümüzdeki dönem için yapılacak kaba hesaplamalarda baz alınabilir. Tartışma ve Sonuçlar Yapılan hesaplamalarla katlar arası üretimi için iş akışına yönelik uygulama örnekleri kat planlarına ve üretim planına göre değerlendirilmiştir. Göze çarpan en önemli aksaklıkları şu şekilde sınıflandırabiliriz; organizasyonel aksaklıklar, operatörlerle ilgili aksaklıklar, aynı anda yapılabilecek işlerin sıralı yapılması sonucunda oluşan aksaklıklar ve diğer zaman kaybı yaratan sorunların oluşturduğu aksaklıklar. Bu aksaklıkları tek başlarına ya da birlikte değerlendirerek üretim içerisinde oluşabilecek aksaklıkları olasılıklı olarak analiz etmek mümkündür. Üretimdeki aksaklıkları önlemek için şu çalışmalar yapılabilir; CPM (criticle path method) analizi yapılarak uygun ana ve ara iş döngüleri oluşturularak kontrollü biçimde işin yapılması sağlanabilir, sonraki dönemlere ait kat arası üretimi tüvenan cevher getirileri yaklaşık değerlerle bulunarak termin programı oluşturulabilir, uygulama ile ilgili benzetimler yapılarak öncelikli ve sonraki aşamada yapılacak işlerle ilgili gerekeli bilgiler sağlanmış olur, üretim içerisinde belirlenmiş olan iş akışına göre makine bakım onarım zamanları belirlenebilir ve önceden önlem alarak işin aksamaması sağlanabilir ve tahkimat sarf malzemeleri, patlayıcı maddeler ve sarf malzemeleri ve ilgili diğer malzemelerin üretim planına göre değerlendirilerek planlanabilir. Burada unutulmaması gereken üretimin en önemli kısmını teşkil eden bu iki aşama doğru planlandığı takdirde hem üretim kaybına sebep olacak aksaklıkları hem de finansal açıdan gereksiz harcamaların önüne geçilmesinde fayda sağlar. Park Elektrik A.Ş. ye ait Siirt Madenköy bakır yatağında uygulanan arakatlı göçertme yönteminde dolgu yönteminin uygun olmadığı üretim sürecinde gözlem ve deneyimlere dayanılarak anlaşılmıştır. 62
Kaynaklar BORCHERT, H., 1958. Türkiye'de inisiyal ofiyolitik mağmatizmaya ait krom ve bakır cevheri yatakları. MTA Yayınları No:102, Ankara. CUMMINS, K. W. 1973. Trophic Relations of Aquaticinsects. Annu. Rev. Entomol. 18: 183-206. KAYHAN, F., YILDIRIM, R., ULUTÜRK, Y., 1984, Siirt Madenköy Copper Deposit SE-Turkey, XXVII. Geologorum Conventus, V.XI pt. 2 p. 223 C.C.C.P. 1984. PARK ELEKTRİK, 2006, 2006 Yılı Faaliyet Raporu, Ankara. U.S. GEOLOGICAL SURVEY, (Mineral Commodity Summaries), 2005, United States Government Printing Office, Washington, p.55, 2005. YILDIRIM, R., ve ALYAMAÇ, F., 1976. Siirt İi, Madenköy-Hürmüz Yöresi Jeoloji Etüdü: M.T.A. Derleme Rap. No: 5811, 20 s. (yayımlanmamış). 63