LEE- Maden Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/19364

Gözat

Yazar "Hüdaverdi, Türker" ile LEE- Maden Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Basamak patlatmasında tasarım parametrelerinin patlatma verimliliği ve çevresel etki açısından değerlendirilmesi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Akyıldız, Özge ; Hüdaverdi, Türker ; 723965 ; Maden Mühendisliği
    Patlatma işlemi taş ocaklarında üretimin ilk adımı olduğu için kendisinden sonra gelen tüm aşamaları büyük ölçüde etkilemektedir. İşlemin amacı kaya kütlesini kırıcıya beslenecek ölçüde küçük parçalara ayırmaktır. Patlatma sonrası oluşan yığının boyutu ortalama parça boyutu ile temsil edilir. Ortalama parça boyutu yığındaki malzemenin yüzde ellisinin geçtiği elek açıklığı olarak tanımlanır ve genellikle görüntü işleme yazımları kullanılarak tespit edilir. Parça boyutunu etkileyen değişkenler kontrol edilebilen ve kontrol edilemeyenler olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Verimin maksimum düzeyde olması için kontrol edilemeyen değişkenlerin iyi şekilde belirlenmiş ve delik çapı, dilim kalınlığı, sıkılama mesafesi gibi kontrol edilebilen değişkenlerin buna göre seçilmiş olması gerekir. Kaya kütlesi patlayıcı madde marifetiyle parçalara ayrılırken titreşim, hava şoku ve kaya savrulması gibi bazı çevresel etkiler meydana gelir. Bu etkiler içerisinde özellikle titreşim büyük şehirlerde ve yerleşim yerlerine yakın ocaklarda endişe sebebi olmaktadır. Patlatma kaynaklı titreşimlerin uzak mesafelere kadar iletilebilmesi ve yapısal hasar verme olasılığı sebebiyle patlatma tasarımının sadece parçalanma değil çevresel etki de dikkate alınarak yapılması gerekir. Patlatma kaynaklı titreşimin yoğunluğunu etkileyen anlık şarj ve atım noktası ile ölçüm noktası arasındaki mesafe olmak üzere başlıca iki parametre vardır. Özel sismograflar yardımıyla ölçülen titreşimlerin hasar verme kapasitesi parçacık hızı ve frekans değerine bağlıdır. Dünyada birçok kurum tarafından güvenli parçacık hızı ve frekans değerleri tanımlanmış olup genellikle yüksek frekans değerlerinde yüksek parçacık hızına izin verilir. Örnek olarak, Endonezya standardı beş farklı yapı tipi tanımlayarak her biri için ayrı limit değeri getirmektedir. Alman, İsviçre ve İspanyol standartları yapıları üç gruba ayırarak daha az karmaşık bir sınıflandırma olanağı sunmaktadır. Bunun yanı sıra Brezilya ve Toronto standardı gibi bazı hasar kriterleri frekans değişimini dikkate almamaktadır. Son yıllarda patlatma kaynaklı titreşimleri ve parça boyutunu tahmin etmek amacıyla birçok çalışma yapılmıştır. Ancak bu çalışmaların büyük çoğunluğu sadece bir noktaya odaklanmaktadır. Bazı modeller sadece parçalanma tahmini yaparken diğerleri titreşim veya kaya savrulmasına odaklanır. Ancak hem parça boyutu hem de çevresel etkiye birlikte odaklanan bir çalışmaya ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada parça boyutunu ve parçacık hızını tahmin eden iki bağımsız model kurulmuştur. Modellerin kurulumu uyarlamalı ağ tabanlı bulanık çıkarım sistemi (ANFIS) yardımıyla yapılmıştır. ANFIS modellerinin mimarisinde genellikle göz ardı edilen ancak hem parça boyut dağılımında hem de titreşim yoğunluğu üzerinde oldukça etkili olan, katılık oranı bağımsız değişken olarak rol oynamaktadır. Katılık oranı basamak boyunun dilim kalınlığına oranı olarak tanımlanır. İstanbul gibi agrega ihtiyacının hızla değiştiği kentlerde ocaklardaki basamak yükseklikleri de değişebilmektedir. Bunun yanında tasarım parametrelerinin sabit kalması katılık oranını değişken hale getirir. Bu sebeple titreşim ve parçalanma üzerinde etkisi oldukça büyük olan katılık oranı ilk bağımsız değişken olarak seçilmiştir. Parçalanma modelinde diğer bağımsız değişken parçalanma üzerinde bir hayli etkili olan özgül şarjdır. Parçalanma tahmini regresyon analizi ve parça boyutunu tahmin etme amacıyla üretilmiş ilk denklem olan Kuznetsov denklemi ile yapılabilmektedir. Kurulan ANFIS modelinin başarısını ölçmek amacıyla hem regresyon analizi hem de Kuznetsov denklemi ile karşılaştırma yapılmıştır. ANFIS titreşim modelinde de daha önce değinilen sebeplerden ötürü katılık oranı ilk bağımsız değişken olarak seçilmiştir. Titreşim modelinde ikinci bağımsız değişken ise Hint standardında belirtilen ölçekli mesafe denklemidir. Her iki model de yalnızca iki bağımsız değişken içermektedir. Literatür araştırmasında görülmüştür ki mevcut parçalanma ve titreşim modellerine gereksiz birçok parametrenin dahil edilmesi ile modeller karmaşık ve kullanımı zor bir hale getirilmektedirler. Bu çalışmanın amacı parçalanma ve titreşimi aynı anda tahmin ederken bir yandan da sahada kullanılabilen modeller üretmektir. Dolayısıyla, bağımsız değişkenler İstanbul Cendere havzasında bulunan Akdağlar Madencilik A.Ş. ye ait agrega ocağında gerçekleştirilen arazi çalışmaları dikkate alınarak seçilmiştir. Bu çalışma kapsamında kurulan ANFIS titreşim modelinin başarısı hem regresyon analizi hem de geleneksel titreşim tahmin modelleri ile karşılaştırılarak analiz edilmiştir. Literatür araştırması sırasında mevcut modellerin genellikle kabaca ve sadece R2 veya mutlak hata ölçütleri dikkate alınarak değerlendirildiği görülmüştür. Ancak bu iki ölçütün yeterli olmadığı ve bazı dezavantajlar oluşturabileceği bilinmektedir. Bu sebeple her iki ANFIS modeli de mutlak, yüzde, simetrik ve ölçekli hata ölçütleri hesaplanarak detaylı olarak irdelenmiştir. Bu tezin ikinci aşamasında yapay sinir ağları ile modelleme yapılmış ve parçacık hızı ile frekans değerleri birlikte tahmin edilmiştir. Modelde bağımsız değişkenler ölçüm mesafesi, anlık şarj, dilim kalınlığı ve delikler arası mesafedir. Mevcut YSA modelinde bir gizli katman ve on üç nöron bulunmaktadır. Model kurulumu toplam 86 veri ile yapılmıştır. Son olarak ise 28 yabancı veri ile modelin test aşaması gerçekleştirilmiştir. Patlatma kaynaklı titreşimlerin hasar verme olasılığının sadece parçacık hızıyla değil baskın frekans ile de ilişkili olduğuna değinilmişti. Bu kapsamda YSA modeli ile tahmin edilen 15 titreşim verisi çeşitli yapısal hasar grafikleri ile sınıflandırılarak modelin başarısı test edilmiştir. Sonuç olarak neredeyse tüm titreşim verilerinin yapısal hasar kriterlerine göre aynı bölgede sınıflandırıldığı görülmüştür. Böylece mevcut YSA modelinin basamak patlatması tasarım parametreleri ve ölçüm mesafesi dikkate alınarak başarılı bir kestirim yapabildiği kanıtlanmıştır. Sahada çalışan mühendislerin, mevcut model yardımıyla, atım öncesinde planlanan parametrelerin hasar riski oluşturup oluşturmadığını analiz etmesi mümkün olabilecektir. Bu araştırma kapsamında odaklanılan diğer bir konu ise patlatma kaynaklı titreşimlere insanların verdiği tepkilerdir. Konu üzerinde oldukça az çalışma yapılmış olup gerekli özenin gösterilmediği düşünülmektedir. İnsan tepkileri özellikle büyük şehirlerde yerleşim yerlerine yakın ocaklar için sorun teşkil etmektedir. Patlatma kaynaklı titreşimlere verilen tepkiler genellikle hasar olasılığından değil titreşimin hissedilmesi sebebiyledir. İnsan tepkileri aynı yapısal hasarda olduğu gibi sadece parçacık hızına değil frekans değerine de bağlıdır. Yüksek parçacık hızları için frekans değeri arttıkça tahammül edilebilirlik de artar. Literatürde mevcut iki grafik yoluyla YSA modeli ile test edilen on beş titreşim verisi insan tepkilerinin kestirilmesi için kullanılmıştır. Bu aşamada insan tepkilerinin yaşa, sağlık durumuna, vücut pozisyonuna ve eğitim gibi değişkenlere de bağlı olduğu belirtilmelidir. Taş ocakları genellikle küçük ölçekli atımların yapıldığı ocaklardır. Mevcut modellerin daha büyük ölçekli üretim yapılan kömür ve metal madenlerinde denenmesi ile daha büyük delik çapları ve daha yüksek parçacık hızları için modellerin değerlendirilmesi mümkün olacaktır. Ayrıca çeşitli araçlar yardımıyla arayüz oluşturulabilirse modellerin kullanımı daha da kolaylaştırılabilir.
  • Öge
    Patlatma kaynaklı yer sarsıntısı tahmininde uyarlamalı bulanık çıkarım sistemi (ANFIS), destek vektör makineleri (SVM) ve gauss süreç regresyonu (GPR) tekniklerinin kullanımı
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-03-17) Ağan, Yaşar ; Hüdaverdi, Türker ; 505191003 ; Maden Mühendisliği
    Günümüzde uygulanan madencilik faaliyetlerinde cevher üzerindeki örtü tabakasını kaldırmak ve cevhere ulaşmak için kullanılan en etkili ve ekonomik yöntem delme – patlatma işlemidir. Verimli bir patlatma operasyonu ile her sertlikteki kaçak parçalanabilir ve istenen boyutta malzeme elde edilebilir. Patlatma işleminin başarılı bir şekilde gerçekleşebilmesi için patlatma parametrelerinin uygun olarak seçilmesi gerekmektedir. Patlatma üzerinde etkin değişkenler kontrol edilebilen ve kontrol edilemeyen parametreler olmak üzere iki başlık altında incelebilir. Kontrol edilebilen parametreler patlatma tasarım parametreleridir. Bu parametreler teknik olarak belirlenip değiştirilebilirken, kontrol edilemeyen parametrelerin teknik olarak ayarlanması mümkün değildir. Formasyon özellikleri, süreksizlikler, faylanma ve kayacın fiziksel ve mekanik özellikleri kontrol edilemeyen değişkenlere örnek olarak verilebilir. Patlatma operasyonlarının ekonomik verimliliğinin yanı sıra, çevresel etkilerinin de dikkatle değerlendirilmesi gerekmektedir. Patlatma operasyonu bütüncül bir bakış açısıyla planlanmalıdır. Patlatma tasarım parametrelerinin değişimi çevresel etkilerin oluşumunda önemli rol oynayabilir. Tasarım parametreleri delikler arası mesafe (S), dilim kalınlığı (B), basamak yüksekliği (H), sıkılama mesafesi (T), alt delme (U) ve delik boyu (L) olarak sıralanabilir. Tasarım parametreleri yer sarsıntısı, hava şoku, kaya fırlaması ve toz oluşumu ile doğrudan bağlantılıdır. Patlatma işleminin yukarıda belirtilen çevresel etkilerinden en önemlisi yer sarsıntılarıdır. Bunun nedeni, yer sarsıntılarının daha geniş bir alana yayılmasıdır. Bu tez kapsamında patlatma kaynaklı yer sarsıntısı incelenmiştir. Patlatma kaynaklı yer sarsıntılarını kabul edilebilir seviyelere indirebilmek için sarsıntı seviyesinin tahmin edilmesi gerekmektedir. Bu amaçla, regresyon analizine dayanan klasik yöntemler kullanılarak en yüksek parçacık hız (ppv) tahmini yapılmıştır. En yüksek parçacık hızını (ppv) tespit etmek amacıyla patlatma sismografları kullanılmıştır. Sismograf düşey, boyuna ve yanal olmak üzere üç yönde parçacık hızı ölçebilen bir jeofon ve ölçülen verilerin aktarıldığı bir kayıt cihazından oluşmaktadır. Arazide ölçülen veriler daha sonra bilgisayara aktarılmakta, özel bir yazılım yoluyla yer sarsıntısı dalgalarının ayrıntılı bir analizi gerçekleştirilebilmektedir. Bu çalışmada klasik yöntemlerden biri olan, ABD Madencilik Bürosu (USBM) tarafından geliştirilen ölçekli mesafe (SD) denklemi kullanılmıştır. Patlatma bölgesi ile jeofonun konumlandırılacağı nokta arasındaki mesafe el tipi GPS cihazları ile ölçülmüş ve gecikme başına anlık şarj miktarı gözetilerek en yüksek parçacık hızı (ppv) tahmini yapılmıştır. Kullanılan bir diğer klasik yöntem ise regresyon denklemi aracılığıyla tahmini ppv değerlerine ulaşmaktır. Bu çalışmada elde edilen tahmin denklemi istatistiksel analiz yazılımı kullanılarak çoklu regresyon yöntemi ile bulunmuştur. Bu amaçla, tahmin edilmek istenen parametre en yüksek parçacık hızı (ppv) bağımlı değişken, seçilen tasarım parametreleri ise bağımsız değişken olarak atanmıştır. Modele dahil edilen bağımsız değişkenler delikler arası mesafe/dilim kalınlığı oranı, basamak yüksekliği/dilim kalınlığı oranı ve ölçekli mesafe değeridir. Sonuç olarak, parçacık hızı tahmini için iki farklı klasik yöntem kullanılmış, tahmin edilen değerler ölçülen gerçek değerler ile karşılaştırılmıştır. Yukarıda belirtilen klasik tahmin yöntemlerinin yanı sıra çeşitli esnek hesaplama yöntemleri ve makine öğrenmesi teknikleri de yer sarsıntısı tahmini amacıyla kullanılmaktadır. Özellikle son yıllarda makine öğrenmesi ile oluşturan modellerin klasik modellere karşı elde ettiği üstünlükler, yeni yöntemlere olan ilgiyi artırmıştır. Bu tez kapsamında uyarlamalı bulanık çıkarım sistemi (ANFIS), Destek Vektör Makineleri (SVM) ve Gauss Süreç Regresyonu (GPR) kullanılarak klasik yöntemlerden ayrı olarak üç farklı model oluşturulmuştur. ANFIS, Jang tarafından geliştirilmiş bir Sugeno bulanık modelidir ve if-then kurallarını tanımlamak için hibrit bir öğrenme algoritması ile birlikte en küçük kareler ve geri yayılımlı gradyan iniş yöntemlerinin bir kombinasyonunu kullanmaktadır. Bu kuralları tanımlarken girdi parametreleri ve üyelik fonksiyonlarını kullanarak tek bir çıktı vermektedir. SVM ve GPR modelleri ise hem regresyon hem de sınıflandırma için kullanılmaktadır. Farklı tekniklerin kullanımı yer sarsıntısına alternatif yaklaşımların geliştirilmesini sağlamıştır. Oluşturulan modeller klasik ölçekli mesafe denklemi ve çoklu regresyon denklemi ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma yapılırken modellerin performansını değerlendirmek için ortalama mutlak hata (OMH), ortalama karekök hata (OKH), ortalama mutlak ölçekli hata (OMÖH), ortalama karekök ölçekli hata (OKÖH), ortalama mutlak yüzde hata (OMYH), simetrik ortalama mutlak yüzde hata (sOMYH), varyans yüzde oranı (VYO), Nash-Sutchliffe Efficiency (NSE) ve determinasyon katsayısı kriterleri kullanılmıştır. Bu tez kapsamında titreşim tahmin modeli oluşturmak için toplamda 95 adet titreşim ölçüm verisi alınmıştır. Bu verilerin 69 adedi tahmin modelini kurmak için, geriye kalan 26 verisi ise modeli test etmek için kullanılmıştır. ANFIS, SVM ve GPR modellerinde ortalama mutlak hata (OMH) değeri sırasıyla 1,42, 1,82 ve 1,46 olarak bulunmuştur. Ayrıca bu modellere ait ortalama karekök hata (OKH) değerleri de sırasıyla 1,84, 2,57 ve 2,29'dur. Test verilerine ait determinasyon katsayısı ise sırasıyla 0,90, 0,79 ve 0,84 civarındadır. Buna karşılık, geleneksel yöntemler ile oluşturulan USBM ve çoklu regresyon modelleri için OMH değeri sırasıyla 2,03 ve 2,41'dir. Bu modellerin OKH değerleri ise 2,97 ve 3,02'dir. Test verilerine ait determinasyon katsayı ise sırasıyla 0,75 ve 0,73 civarındadır. Makine öğrenmesi yöntemlerinin kullanımı mühendislik ve madencilik alanında günden güne artmaktadır. Bu yöntemler ile problemlerin çözümü daha hızlı ve kolay bir şekilde gerçekleşmektedir. Bu çalışmada, makine öğrenmesi yöntemlerinin patlatma kaynaklı yer sarsıntısı tahmininde başarı ile uygulanabileceği öngörülmüştür.