LEE- Maden Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

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

Gözat

Türkiye'de maden işletme faaliyetleriizin süreçlerinin madencilik sektörüne etkileri

( 2020) Yıldız, Taşkın Deniz ; Kural, Orhan ; Aslan, Zehreddin ; 633683 ; Maden Mühendisliği Bilim Dalı

2023 yılında Türkiye'de maden ihracat hedefi 15 milyar ABD doları olarak hedeflenmiştir. İhracatı bu rakama çıkarabilmek için madencilikte yatırım sürelerini ve yatırım maliyetlerini azaltacak önlemlerin hızla alınması gerekmektedir. Türkiye'de maden işletme faaliyetlerinin gerçekleştirilebilmesi için yatırımcının ilk etapta maden işletme ruhsatı alması gerekmektedir. Maden mevzuatına göre, maden gruplarına göre değişen farklı ruhsat alanları ve süreleri öngörülmüştür. Maden işletme ruhsatından sonra maden işletme projesinde gösterilen faaliyetleri yapabilmek için işletme izninin alınması gerekmektedir. İşletme izin alanı, maden işletme ruhsat alanında bulunan maden rezervinin görünür rezerve indirgenmesi suretiyle belirlenir. İşletme izni, maden işletme ruhsat sahası içinde bulunan madenler için bütün izinlerin alınmış olduğunu ve maden üretimine bir engel kalmadığını gösterir. Dolayısıyla Türkiye'de maden işletme ruhsatı -1, 2 (a) ve 2 (c) maden grupları haricinde- maden arama faaliyetleri bitimi sonrasında alınan, maden üretimine başlanabilmesi için gerekli olan maden işletme izin süreci öncesinde bir ara dönemdir. Bu ara dönemde; maden işletme ruhsatı müracaatı; maden işletme ruhsat alanları, birleştirilmesi ve süresi; işletme projesi ve buna uygun olarak gerçekleştirilecek faaliyetler, gibi konular maden yatırımı yapacak yatırımcılar için bilinmesi gereken konulardır. Bu konularda yapılacak düzenlemeler maden yatırımlarının riskini azaltacak ve aynı zamanda çevreye duyarlı madenciliğin gelişmesine katkı sağlayacaktır. Türkiye'de maden mevzuatına göre; madencilik yapılabilmesi için, özel ya da kamu arazisi olup olmaması durumuna göre yetkili kurumlardan farklı izinlerin alınması, ya da özel arazi sahibi ile anlaşılması öngörülmüştür. Arazi sahibi ile maden yatırımcısının anlaşamaması halinde, madencilik faaliyetinde kamu yararı görülürse kamulaştırma gerçekleştirilir. Şüphesiz ki arazi sahiplerinin haklarının mevzuatla yeterli derecede sağlanması gerekmektedir. Ancak, maden alanları ile çakışan, özel mülkiyete konu olan yerlerde arazi mülkiyeti sorununun çözülemediği durumlar olmaktadır. Kamulaştırma izin süreci bazan 1,5 - 2 yıl sürebilmekte ve bu nedenle maden işletmeleri üretim faaliyetlerine başlayamamakta ve yatırımlarını kaybetme riskiyle karşı karşıya kalmaktadır. Özellikle özel arazi sahiplerinden ve bilirkişilerden kaynaklanan sebeplerle madencilik faaliyetleri için özel arazi edinimi ve kamulaştırma bedelleri piyasaya göre oldukça yüksek belirlenmektedir. Türkiye'de söz konusu mevzuat sorunlarını tespit edebilmek ve çözüm üretebilmek amacıyla 2018 yılı Mayıs, Haziran ve Temmuz aylarında Survey Monkey anket programı aracılığıyla maden işletmelerine, özel arazi edinimi ile kamulaştırmada yaşadıkları sorunlar ve bunlar için harcadıkları masraflar sorulmuştur. Uygulanan tüm mevzuat uygulamalarının maden yatırımcısına zaman kaybı yaratmayacak şekilde ortaya konması ve özel arazi edinimi ile kamulaştırmalardaki bedellerin maden yatırım riski oluşturmayacak şekilde düşürülmesi Türkiye'de madencilik sektörünün beklentisidir. Bu doğrultuda farklı mineral gruplarına göre, ve madenciliğin yapıldığı şehirlerin sosyal ve ekonomik gelişmişlik derecesine göre kamulaştırma bedellerinin maden yatırım tutarlarına oranları analiz edilmiştir. Kamulaştırma bedellerinin yüksek olmasında, ve kamulaştırma izin süreçlerinin uzamasında mevzuat uygulamalarının da etkisi olduğu tespit edilmiştir. Maden işletme faaliyetine başlanabilmesi için çakışan izin alanlarından biri de mera alanlarıdır. Türkiye'de mera alanlarında maden işletme faaliyetleri gerçekleştirebilmek için maden yatırımcılarından, maden işletme ömrü içerisinde bir defa olmak üzere, arazi ve ot kaybı gideri gibi birtakım bedeller istenmektedir. Bu bedellerin maden işletmelerinin yatırım tutarları içerisinde ne kadarlık bir pay aldığını tespit edebilmek amacıyla "Survey Monkey" anket programı aracılığıyla maden işletmelerine anket gerçekleştirilmiştir. Bu sorulara verilen cevaplarda mera bedelleri, her maden işletmesinin kendi yatırım tutarlarına ve yıllık ortalama işletme giderlerine oranlanmıştır. Anket sorusuna cevap veren tüm maden işletmelerinin mera alanları için ödedikleri tüm bedellerin 2018 yılı öncesi mevcut ve 2018 yılı sonrası hedeflenen yeni madencilik yatırım tutarları toplamına oranı tüm maden grupları için ortalama % 0,44'dür. Bu rakamlar dahi Türkiye'de maden işletmelerinden bir kez alınan mera bedellerinin, mevcut ve hedeflenen toplam yatırım tutarları içerisinde hiç de küçümsenmeyecek bir paya sahip olduğunu göstermektedir. Benzer şekilde, maden rezervleriyle çakışan orman alanlarında maden işletme faaliyetleri yapılabilmesi için maden yatırımcıları orman idaresine; orman arazi izin bedeli, ağaçlandırma bedeli ve (teminat, hizmet ve rapor gibi) diğer bedeller vermektedir. Bunlar içerisinde maden işletme faaliyetlerine başlamadan önce maden yatırımcılarının yatırım dönemi gideri olarak verdiği bedeller; ağaçlandırma bedelleri ve diğer bedellerdir. Maden işletmelerinin sadece yatırım döneminde orman idaresine verdiği bedellerin maden yatırım tutarları içerisinde aldığı paylar merak konusudur. Bu bedellerin her birinin maden yatırım tutarları içerisinde aldığı payların maden gruplarına göre değişimi analiz edilmiştir. Bu analize göre ankete katılan maden işletmelerinin yatırım tutarları içerisinde ağaçlandırma bedeli ortalama %3,44, diğer bedeller ise %0,72'lik bir pay almaktadır. İşletme döneminde her yıl ödenen orman arazi izin bedelleri dikkate alındığında, sadece yatırım döneminde bir kez ödenen bu bedeller, diğer maliyetlerin varlığında tek başına, maden işletmelerini ekonomik açıdan zorlayabilir. Maden işletme faaliyetlerine başlanabilmesi için özel/kamu arazisi mülkiyeti edinimi, ya da mera, orman ve tarım alanlarının tahsisi yetmemektedir. Maden işletme izni safhasına kadar madencilik sektörünün önüne birtakım engeller ortaya çıkmaktadır. Bu engellerin başında, izin başvuru sürelerinin uzun olması ve çok sayıda bürokratik işlemlerle karşılaşılması gelmektedir. Türkiye'de maden işletme ruhsatı ve işletme izni Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığına bağlı Maden ve Petrol İşleri Daire Başkanlığınca verilmekte, ancak halen günümüzde işletme faaliyetine geçilebilmesi için 8-10 farklı Bakanlığın 15-20 adet ayrı biriminden izinlerin alınması gerekmektedir. Maden işletme faaliyeti yapabilmek için bu kadar fazla sayıda kurumdan izin alınması gerekliliği, izin sürecinde gecikmelere ve yatırım kayıplarına sebep olmaktadır. Bu durum maden işletmelerinin toplam yatırım tutarları içerisinde ortalama % 21'lik bir yatırım kaybına sebep olmuştur. Oluşan bu durum, Türkiye'nin yatırım çekme endeksi ve diğer kategorilerde dünyadaki sırasının düşmesine ya da stabil olmamasına, birçok maden yatırımcısının Türkiye'de yatırım yapmaktan vazgeçmesine neden olmaktadır. İzin süreçlerinin belirli bir süre içinde tamamlanması maden yatırımcısı için büyük bir engeli ortadan kaldıracaktır. Maden şirketleri işletme izninin; işletme ruhsatının alınmasından itibaren 2-6 aylık bir süre içerisinde verilmesini istemektedir. Ruhsat güvencesinin arttırılması, maden yatırımlarındaki riskleri azaltarak madencilik sektörünün hızla gelişmesini sağlayacaktır. Maden işletme faaliyetlerinin gerçekleştirilip gerçekleştirilmemesi kararlarının verilmesinde, üretim ile yatırıma yönelik kriterlerin yanı sıra çevre kriterleri de etkili olmakta, bu doğrultuda Çevresel Etki Değerlendirmesi'ne göre madencilik projelerinin yapılıp yapılmamasına karar verilmektedir. Türkiye'de ÇED konusunda öngörülen tüm mevzuat ve uygulama sorunları, ÇED prosedürünün madencilik sektöründen istenme sayısının diğer sektörlere kıyasla oldukça fazla olduğu bir sonucu da beraberinde getirmiştir. Madencilik sektöründen ÇED istenme sıklığı, sadece madencilik sektörüne uygulanan bürokrasiyi değil, aynı zamanda bu sektörde yatırım kayıplarını da ortaya çıkarmaktadır. Çıkan sonuç Türkiye'de onlarca sayıda maden işletmesinin ÇED nedeniyle, yatırım tutarları içerisinde ciddi orandaki yatırımlarını kaybettiğini göstermektedir. Bu durum, diğer bir ifadeyle, Türkiye'de ÇED sürecindeki değerlendirmeler nedeniyle, ÇED izin süreçlerinin uzamasını ve bu sürecin ne zaman tamamlanacağının belli olmaması sonucunu ortaya çıkarmıştır. Türkiye'de ÇED'in, ve ÇED sürecinde 3 ay içerisinde bitirilmesi kural altına alınan diğer izinlerin uygulamada madencilik sektörüne ne kadar sürede verildiğini görebilmek amacıyla maden işletmelerine anket soruları yöneltilmiştir. Bu sorulara verilen cevaplar, Türkiye'de, ÇED sürecinde (arazi mükiyet izni ve işyeri açma ve çalışma ruhsatı gibi) diğer izinlerin, çoğunlukla, 3 ay ile 34 ay arası değişen bir süre zarfında maden işletmelerine verildiğini göstermektedir. Bu izin değerlendirme sürecinin kısaltılabilmesi için; ÇED prosedürü içerisinde başvuru yapıldıktan sonra, ve hatta ÇED izni verildikten sonra, diğer kurumlardan görüş istenmesi uygulamalarının kaldırılması gerekmektedir. Ayrıca, ÇED ve diğer görüş sorulan birim temsilcilerinin Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı bünyesinde kurulacak bir Komisyon vasıtasıyla ÇED ve diğer izinlerin verilmesi ve yönetilmesi gerekmektedir. Böylece izin sürecinde daha hızlı karar verilmesi sağlanacaktır. Yukarıda belirtilen tüm maden işletme faaliyetleri izinlerinin verilmesi birçok kamu kurumunu ilgilendiren bürokratik işlemleri gerektirmektedir. İşletme izni, maden ruhsat sahası içinde bulunan madenler için bütün izinlerin alınmış olduğunu ve maden üretimine bir engel kalmadığını gösterir. Ancak, halen Türkiye'de, işletme izni alındıktan sonra dahi yetkili Bakanlıklar dışında diğer kurumlardan görüş sorulması uygulaması devam etmektedir. Bu durum hukuken Maden Kanunu'na aykırılık teşkil etmekle kalmayıp, maden yatırımcılarının istenen izinlerin tümünü aldığı halde üretime başlayamadığı bir tablo ortaya çıkarmaktadır. Ayrıca maden işletme izni alınana kadar geçen süreler, maden üretim faaliyetlerinin gecikmesine ve hatta önemli derecede maden yatırımlarının kaybedilmesine yol açmaktadır. Oluşan bu tabloda, izin süreçleri konusunda yetkili kurumlar ve izin sürecindeki işleyiş hakkında sorunlar tespit edilmiştir. Çoğunluğuyla maden işletmeleri, izin sürecinde birden fazla kurumun yetkili olmasının, sektördeki öngörülebilirliği ortadan kaldırdığını düşünmektedir. Bu doğrultuda tüm maden işletme izin süreçlerinin tek çatı altında oluşturulacak bir Kurum tarafından yönetilmesi, maden yatırımlarının kaybedilmesini engelleyerek, madencilikle ilgili tüm süreçlerin hızlanmasını ve kolaylaşmasını sağlayacaktır.
Zonguldak taşkömürü havzası işletilebilir kömür damarlarının metan gazı içeriğinin belirlenmesi ve etkileyen bünyesel faktörlerin araştırılması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Özer, Samet Can ; Fişne, Abdullah ; 674602 ; Maden Mühendisliği

Kömür madenciliği tarihi boyunca metan gazı kaynaklı birçok ölümcül kaza yaşanmış ve yaşanmaya devam etmektedir. Türkiye'nin en kaliteli kömürlerinin bulunduğu Zonguldak Taşkömürü Havzası'nda yaşanan metan gazı kaynaklı kazalar sebebiyle yaşanan can ve üretim kayıpları, Havzada yapılan maden üretiminin yıllar içinde sürekli azaltılmasına yol açmıştır. Ürettiği taşkömürü miktarının 32 katını ithal eden Türkiye için Zonguldak Havzası stratejik öneme sahiptir. Buradan hareketle Havzada üretimin arttırılabilmesi için işgücünün iyileştirilmesi ve mekanize üretim yöntemleri ile pilot üretim çalışmaları başlatılmıştır. Ancak bu hedeflerin gerçekleştirilebilmesinin önündeki en önemli engel, havzadaki kömür damarlarının yüksek miktarda metan gazı içermesidir. Kömür damarlarının gaz içeriklerinin belirlenmesi, yeraltı madenlerinde iş sağlığı ve güvenliğini sağlamak ve madencilik faaliyetlerinin planlanmasında oldukça önemlidir. Gaz içeriği belirleme çalışmalarının amacı, doğru havalandırma veya drenaj tasarımının yapılabilmesi için maden atmosferine yayılan metan miktarını hesaplamak ve gaz/kömür püskürmesi potansiyelini ortaya koymaktır. Ayrıca serbest bir şekilde atmosfere salınan ve karbondioksit gazından 28-34 kat daha fazla sera etkisi olan metan gazının, üretim yapılan kömür damarı bünyesinde ne kadar bulunduğunun ve üretim faaliyetleri sırasında atmosfere ne kadar salım yapıldığının belirlenmesi kaçınılmaz hale gelmiştir. Bununla birlikte günümüzde kömür yataklarının metan gazı içerikleri, drene edilmek suretiyle alternatif bir enerji kaynağı olarak da değerlendirilebilmektedir. Gerçekleştirilen çalışma kapsamında, ülkemizde gazlı ocak sınıfına giren ve aşırı metan yayılımına bağlı sorunların sıkça görüldüğü Türkiye Taşkömürü Kurumuna (TTK) bağlı ocaklarda üretim ve hazırlık çalışmalarının sürdürüldüğü kömür damarlarının gaz içeriklerinin doğrudan yöntemle belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, kesmekte olduğu derinlikten vakum vasıtasıyla numune almak için özel olarak tasarlanmış yatay sondaj makinesi kullanılarak, numune alınması ve ISO18871 standardına göre damar gaz içeriklerinin belirlenmesi planlanmıştır. Söz konusu numune alma ve gaz içeriği belirleme sistemi Türkiye'de daha önce kullanılmamıştır. Bu yöntemin en önemli özelliği kömür numunelerinin kesildikleri andan itibaren 2 ila 3 dakika arasında sızdırmaz kaplara kapatılabilmesi ve delme işlemi ile numunenin sızdırmaz kaba alınması arasında geçen sürede yaşanan kayıpların (kayıp gaz) önlenmesidir. Söz konusu yöntem kullanılarak TTK tarafından işletilmekte olan 5 müessesedeki 15 kömür damarı yeraltından damar içine yapılan 81 adet yatay sondaj ile numunelendirilmiş ve gaz içerikleri belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre incelenen 15 damarın 9'unun (yüksek gaz içeriğinden düşüğe doğru; Hacımemiş, Acılık, Büyük, Sulu, Kalın, Domuzcu, Çay, Kurul, Tavan) gaz içeriği değerleri orijinal bazda 8 m3/t, kuru külsüz bazda 10 m3/t'yi geçtiği tespit edilmiştir. Kömür damarlarının gaz içerikleri, kömürleşme sürecinde ne kadar gaz oluşturabildiklerine ve ne kadarını depolayabildiklerine bağlıdır. Kömürün rankı, organik ve inorganik madde içeriği, nem içeriği, uçucu madde miktarı, organik içeriğin kompozisyonu ve gözenek karakteristiği gibi parametreler, kömürlerin geçirdikleri olgunlaşma süreçleri ve ne kadar gaz içerebileceklerine dair önemli bilgiler vermektedir. Gerçekleştirilen çalışmada, söz konusu parametrelerin damar gaz içeriği üzerindeki etkileri de araştırılmıştır. Her numunenin kısa kimyasal analizi yapılarak kömürlerin kimyasal bileşimleri ve gaz içeriği ile ilişkileri ortaya konmuştur. Ayrıca 30 adet numuneye petrografik analiz ve mikro/mezo gözeneklilik analizleri yapılarak gaz içerikleri ile ilişkileri incelenmiştir. Kısa analiz sonuçları incelendiğinde, kül değerleri oldukça farklılık göstermesine karşın (%4,37 - 48,38), nem ve uçucu madde değerleri birbirine yakın çıkmıştır. Örneğin farklı damar ve işletmelerden alınan kömür numunelerinin orijinal bazda nem değerleri ortalama %1,55 ± 1,08 ve uçucu madde miktarları ortalama 25,24 ± 4,29 civarında iken kül değerleri %4,37 ile 48,38 arasında değişkenlik göstermiş, 9,77 standart sapma ile %18,52 ortalama içeriğe sahip olmuşlardır. Çalışılan kömürler için bünye nemi çok küçük bir aralıkda değiştiğinden, gaz içeriği ile arasında bir ilişki tespit edilememiştir. Organik içeriğe göre çok daha küçük yüzey alanı olan kömür bünyesindeki inorganik maddenin, gaz içeriği üzerindeki negatif etkisi güçlü bir korelasyon katsayısı (r = 0,72) ile ortaya konmuştur. Kömürleşme sürecinin gaz içeriğine olan etkisinin araştırılması için yapılan petrografik analizlere göre kömürlerin vitrinit yansıması değerleri (Ro, max) %0,746 ile %0,998 arasında değişmekte olup ortalama %0,88 elde edilmiştir. Başka bir kömür rank göstergesi olan uçucu madde analizi sonuçlarına göre söz konusu kömürler orijinal bazda kütlece ortalama %25, kuru-mineral maddesiz bazda ortalama %32 uçucu madde içermektedir. Bu çalışmada incelenen kömürlerin yüksek uçuculu-A bitümlü kömür oldukları ve artan kömürleşme ile gaz içeriği arasında güçlü bir pozitif korelasyon olduğu bulunmuştur. Organik maddenin kökeni ve davranışının anlaşılması için maseral analizi yapılmış, söz konusu kömürlerde vitrinit grubunun %55 ile 86 arasında, inertinit grubunun %9 ile 29 arasında ve liptinit grubunun %2 ile 17 arasında değiştiği, dolayısıyla söz konusu kömürlerin koklaşmaya uygun miktarda vitrinit ve inertinit içerdiği, görece olarak düşük miktarda da inorganik malzeme içerdiği görülmüştür. Gaz içeriği ile maserallerin ilişkileri incelendiğinde, vitrinit grubu ile pozitif, liptinit ve inertinit grubu ile negatif ilişki tespit edilmiştir. Nano gözeneklilik karakteristiklerinin belirlenmesi için düşük basınç gaz adsorpsiyonu deneyleri yapılmıştır. Havza kömürleri için mikro gözenek yüzey alanı ortalaması 104,20 m2/g iken mezo gözenekler için ortalama yüzey alanı 0,73 m2/g'dır. Elde edilen sonuçlara göre, gazın depolandığı baskın yapının mikro gözenekler olduğu ve mikro gözenek yüzey alanı ve gözenek hacmi arttıkça gaz içeriğinin arttığı görülmüştür.
Türkiye maden ihracatı ekonomisi ve pazar yapısı: MINT ülkeleri ile karşılaştırılması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Başyiğit, Mikail ; Çopur, Hanifi ; 708279 ; Maden Mühendisliği

Türkiye zengin ve kompleks bir jeolojik geçmişe sahip olsa da bu zenginliğini maden ihracatına yansıtamamıştır. Kalkınma raporları ile ortaya koyulan maden ihracatı hedefleri tutturulamamıştır. Bu durumun çeşitli nedenlerden kaynaklansa da pazar yapılarının dikkate alınmaması, pazar yoğunlaşması, pazar bağımlılığı gibi sebepler de ihracat hacminin üzerinde etkilidir. Buradan hareketle maden ihracatı miktarının artırılması ve dalgalanma risklerine karşı daha dirençli hale getirilmesi için pazar yapılarının ve ihracatını etkileyen faktörlerin belirlenmesi önemlidir. Ayrıca pazar yapılarının yakın ekonomik büyüklükteki ülkeler ile karşılaştırılması içinde bulunulan durum hakkında bilgi sağlayacaktır. Gerçekleştirilen çalışma kapsamında, 2002-2020 yılları arasında Türkiye maden ihracatı önce toplam olarak sonra da ürün bazlı olarak ele alınmıştır. Toplam ihracat baz alınarak gerçekleştirilen pazar analizleri Türkiye maden ihracatının ve pazar yoğunlaşmasının 2013 yılına kadar arttığını, 2013 yılından sonra da azaldığını göstermektedir. Bu azalmanın, Çin'in Türkiye'den ithalat miktarının ve payının kaynaklandığı tespit edilmiştir. Bunun neticesinde Çin'in Türkiye'den maden ithalatında etkili parametreler araştırılmış ve baskın faktörlerin Çin'in kişi başı geliri ve Yuan'ın Lira karşındaki alım gücü olduğu belirlenmiştir. Çin'in ve pazar yoğunlaşmasının hangi mineral ürünleri üzerinde etkili olduğunun tespiti için ürün bazlı pazar yoğunlaşması analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizler, Çin'in ana ithalatçı olduğu tüm pazarlarda Çin'in büyümesine bağlı olarak daralma olduğunu ortaya koymuştur. Türkiye'nin ikinci büyük maden ihracatı partneri ABD'nin ithal ettiği ürün portföyü incelenmiş ve temel ithalat kaleminin işlenmiş mermer olduğu tespit edilmiştir. Bu nedenle işlenmiş mermer talebine etki eden faktörlerin belirlenmesi hedeflenmiştir. İşlenmiş mermer son tüketicinin ulaşabileceği bir maden ürünü olduğundan moda ve kişisel tercihlerin mermer talebi üzerinde etkili olduğu düşünülmüştür. Google Trends ile elde edilen trend verileri genel talep modelline eklenmiş ve modeli iyileştirmiştir. Benzer ülkelerin maden ihracatı pazarları incelenerek Türkiye'nin mineral ihracatındaki yeri ve pazar performansı bu ülkeler ile karşılaştırılmıştır. Bu ülkeler içinde en küçük pazar hacmine ve pazar yoğunlaşmasına sahip ülke Türkiye olmuştur. Son olarak maden ihracatı ile ekonomik büyüme arasındaki ilişki incelenmiş ve maden ihracatı ile ekonomik büyümenin eş bütünleşik olduğu yani birbirlerine etki ettikleri ortaya konmuştur
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.
Avdan kömür sahası özelinde çok damarlı kömür kaynaklarının modellenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Türkmen, Yusuf ; Öztürk, Cüneyt Atilla ; 733467 ; Maden Mühendisliği Bilim Dalı

Enerji, günümüzde olmazsa olmaz ihtiyaçlardan birisidir. Günden güne önemi artan birçok türü bulunan enerjinin en önemli türlerinden birisi de elektrik enerjisidir. İnsan hayatında ve gündelik yaşamda oldukça önemli bir yer tutan elektrik, gelişime katkı sağlamakla birlikte gelişmişlik seviyesinin artmasıyla elektriğe duyulan ihtiyaç da artmaktadır. Evlerde kullanılan birçok cihazın elektrikle çalışması, sanayide kullanılan makine ve ekipmanların neredeyse tamamının elektrik enerjisine ihtiyaç duyması bir yana, dijitalleşme ile birlikte kullanılan elektrikli ve elektronik aletlerinin sayısı günden güne çoğalmakta, bunlara duyulan ihtiyaç giderek fazlalaşmakta ve bütün bunlar hayatlarımızda vazgeçilemez bir yer tutmaktadır. Bütün bunların yanında, elektrikli araçlar gibi yenilikçi teknolojik gelişmelerin ilerlemesine bakıldığında, önümüzdeki yıllarda elektriğin, insan hayatı için oksijen kadar gerekli bir yer tutacağı yadsınamaz bir gerçektir. Elektrik, evlerde, sanayide, hastanelerde, okullarda, devlet dairelerinde ve aklımıza gelebilecek hemen her yerde kullanıcısına bir priz ya da bir anahtar kadar yakınken, üretim ve iletim süreçleri olarak oldukça kapsamlı proseslerden geçmektedir. Elektrik enerjisi, birçok üretim yöntemi ile elde edilebilmektedir. Bunlar rüzgâr, güneş gibi yenilenebilir enerji kaynakları olabildiği gibi doğal gaz, kömür ve fosil yakıtlar gibi yenilenemeyen kaynaklardan elektrik üretimi halen oldukça yaygın kullanılan yöntemlerdendir. Son yıllarda yalnızca ülkemizde ve bölgemizde değil bütün dünyada yaşanan ekonomik krizlerin, savaşların, politik sürtüşmelerin ve enerji darboğazlarının neticesinde, enerjide dışa bağımlılığı azaltmanın hayati öneme sahip olduğu gerçeği, ciddi ve acı bir şekilde kavranmıştır. Bu sebepten, yerli kaynaklardan elektrik üretimi, ülkeler için en temel hedeflerden birisi haline gelmektedir. Ülkemiz için elektrik üretim yöntemleri içerisinde fosil yakıtlardan elektrik üretimi oldukça yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Ülkemizde gerek EÜAŞ gerekse özel sektör tarafından gerçekleştirilen elektrik üretiminde fosil yakıtların payı yaklaşık yüzde 60 oranındadır. Ancak ithal doğalgaz ve ithal kömür ile elektrik üretimi, fosil yakıtlardan elektrik üretimi içinde yüksek bir orana sahiptir. Yerli kömürden üretilen elektrik miktarı toplam üretilen elektrik miktarının yalnızca yüzde 14'üne denk gelmektedir. Yerli kömür kaynaklarının ekonomiye ve üretime kazandırılması, termik santrallerin yerli kömür ile beslenmesi ülkemiz enerji politikaları içerisinde mühim bir yer tutmaktadır. Bu sebeple, yerli kömür kaynaklarından işletilebilir verimliliğe sahip olanların tespiti, değerlendirilmesi, planlanması ve işletilmesi büyük önem arz etmektedir. Kömür, madencilik üretim yöntemleri ile üretimi gerçekleştirilen bir yeraltı kaynağıdır. Madencilik faaliyetlerinin riski yüksek olmakla birlikte ekonomik olup olmadığı da üretim planlamaları için oldukça önemlidir. Bir maden yatağının işletilmesinin optimum koşullarda gerçekleştirilebilmesi için öncelikle düzgün bir planlamaya ve modellemeye ihtiyaç duyulmaktadır. Yeraltındaki kaynağın tespiti, fizibilitesi, analizi, modellenmesi ve kalitesinin belirlenmesi, üretim aşamalarından önce yapılması gereken işlemlerdendir. Böylelikle kaynağın miktarı ve kalitesi, buna paralel olarak ekonomik açıdan ve verimlilik açısından işletilebilir olup olmadığı, işletilebilir ömrü, işletme yöntemi gibi kilit sorulara cevap bulunmuş olacaktır. Sahada öncelikle jeolojik araştırmalar ve çalışmalar gerçekleştirilmektedir. Yeraltındaki kaynağın tespiti için sondajlar yapılmaktadır. Sondajlardan elde edilen karot numuneleri jeolojik açıdan incelenmekte ve bu sondajlarda yer alan formasyonlar ile litolojiler belirlenmektedir. Her bir sondaj için kot değerleri ile birlikte cevher, kömür ve yan kayaç tanımlamaları yapılmaktadır. Sondajlarda yer alan cevher ya da kömür numuneleri analiz edilmektedir. Analiz sonuçlarında maden yatağının sondajlarda yer alan kısımlarının kalite değerleri tayin edilmektedir. Tüm bu veriler kayıt altına alınmakta ve modelleme çalışmalarında kullanılmaktadır. Maden yataklarının planlanmasında ve kaynak modellemede entegre madencilik yazılımları kullanılmaktadır. Bu yazılımlar, sondaj verilerinden üç boyutlu katı model oluşturulabilmesini ve ocak tasarımının yapılabilmesini sağlamaktadır. Maden yataklarının üç boyutlu modellenmesinde kullanılan yazılımlardan birisi de yerli bir program olan NETPROMine yazılımıdır. Bu çalışmada, Avdan kömür sahasına ait sondaj verilerinden yola çıkılarak sahada yer alan kömürün NETPROMine programı ile modellemesi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca sahadaki kömürün kalite değerleri jeoistatistiksel kestirim yöntemleri ile modellenmesi amaçlanmıştır. Sondaj verileri incelenmiş, düzenlenmiş, litoloji ve ham örneklem verileri ile karşılaştırılmış, değerlendirilmiş ve NETPROMine programına yüklenenilecek dosyalar haline getirilerek uygun formatta hazırlanmıştır. Sondaj verileri programa yüklenmiş, sondajlarda yer alan litolojik tanımlamalar da litoloji dosyası yüklenerek gerçekleştirilmiştir. Kömür için ham örneklem kayıtları, kalori, kül, kükürt, nem ve uçucu madde değerlerinden oluşmaktadır. Sahadaki kömüre ait kalite parametreleri NETPROMine'a tanımlanmış ve ham örneklem verileri de programa yüklenmiştir. Sondajlarda yer alan kömürün ortalama litolojik kalınlığı 1,05 metre olarak hesaplanmıştır. Jeoistatistiksel kestirim işlemleri için gerekli olan örneklem verisinin elde edilebilmesi için kompozitleştirme işlemi gerçekleştirilmiştir. Kompozit uzunluğu 1,20 metre olarak belirlenmiştir. Kompozitleştirme işleminden sonra sahada yer alan kömürün kalori, kül, kükürt, nem ve uçucu madde değerlerine ait histogramlar, hem ham örneklem verisi için hem de kompozit veri için incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Ayrıca kalori değerinin kül, kükürt, nem ve uçucu madde yüzdesi karşısındaki değişimi saçılım grafikleri ile incelenmiş ve beş farklı eğilim için korelasyonları hesaplanmıştır. Sondaj kayıtları ile litolojik veriler incelenmiş ve sahada yer alan kömürün Sekköy ve Yenidere formasyonu olmak üzere iki farklı formasyonda olduğu tespit edilmiştir. Kömürün her bir formasyon içerisinde damarlar halinde yataklandığı görülmüştür. İki farklı kömür zonu, birçok kömür damarı ile arakesme diye adlandırılan yan kayaçların katmanlar halinde bulunmasından oluşmaktadır. Üretim kaynaklı kirlenmenin önüne geçebilmek ve daha doğru bir kaynak kestirimi yapabilmek için kömürün damarlar halinde modellenmesine karar verilmiştir. Damar tanımları, her iki formasyon için, sondajlarda yer alan kömürün Z (kot) değerleri hesaplanarak yapılmıştır. Sekköy formasyonu için 12, Yenidere formasyonu için 9 farklı damar tanımı yapılmıştır. Her bir damar için damar sınırları belirlenmiş ne NETPROMine'da çizilmiştir. Damar sınırları çizilirken sondajlar arası ortalama mesafe, sondaj etki alanı ve kömürün mostra verdiği yerdeki topoğrafya dikkate alınmıştır. Kömürün katı modelinin oluşturulabilmesi için her bir damar için alt ve üst yüzeyler oluşturulmuştur. Yüzey oluşturma yöntemi olarak ters uzaklık kestirimi yöntemi tercih edilmiştir. Yüzeyler arası katı model oluşturma yöntemiyle kömür damarlarına ait katı modeller oluşturulmuştur. Kalite kestirim işlemi için gerekli olan blok modele ait parametreler, sahanın boyutları ve kömür damarlarının kalınlıkları göz önüne alınarak belirlenmiş ve katı modelden blok model üretilmiştir. Jeoistatistiksel kestirim yöntemi olarak krigleme yöntemi tercih edilmiştir. Krigleme için gerekli olan variogramlar oluşturulmuştur. Öncelikle düşey kuyuiçi deneysel variogram, sonra her iki formasyon için yönsüz deneysel variogramlar ve tüm saha için yönsüz deneysel variogram incelenmiştir. Deneysel variogramların, küresel variogram modeline uygun olduğu belirlenmiş ve bu model için variogram parametreleri elde edilmiştir. Sahadaki anizotropiyi incelemek için variogram haritası incelemesi yapılmış ve sahanın izotropik olduğu tespit edilmiştir. Elde edilen her bir yönsüz variogram için ayrı ayrı krigleme işlemi yapılmıştır. Kriglemeler çapraz doğrulama yöntemi ile kontrol edilerek gerçek veriler ile kestirilmiş veriler karşılaştırılmıştır. Çapraz doğrulama sonucunda en yüksek korelasyon ve en düşük hatanın elde edildiği krigleme ile blok model üzerinde blokların kalori değerinin kestirimi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen kestirim sonuçları kalori aralıklarına göre tematik olarak verilmiştir. Ayrıca kalori aralıklarına göre hacim ve tonaj verileri, kalori tonaj değişimleri, ortalama kalori değerleri sunulmuştur.
Süreksizlikler arası mesafe ve süreksizlik kutupsal yöneliminin açık işletme kaya şevlerinde yer değiştirme davranışına etkisinin araştırılması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-01-22) Coşkun, Hacer Büşra ; Tunçdemir, Hakan ; 505181009 ; Maden Mühendisliği

Bir kaya şevinin stabilite analizi geoteknik mühendisliğinin en önemli problemlerinden birisidir. Stabiliteyi ve yenilmeyi etkileyen en önemli parametrelerden birisi de kaya kütlesindeki süreksizliklerdir. Bu tez çalışmasında süreksizlik özelliklerinden; süreksizlikler arasındaki mesafe ve süreksizlik yönelimleri üzerinde durulmuş ve bunların şev stabilitesine ne oranda etkisinin olduğu sayısal çözümleme ile irdelenmiştir. Ilk olarak süreksizliklerin geometrileri belirlenmiştir. Süreksizlikler arasındaki mesafeler 400cm, 200cm, 130cm, 60cm, 40cm ve 20 cm olarak belirlenmiştir. Bu mesafeler, kaya kütle siniflandirma sistemlerinden birisi olan RMR'de süreksizlikler arası mesafelere atanan puanlama aralığına denk gelecek şekilde belirlenmiştir. 20cm süreksizlik aralığında süreksizlikler arası mesafeler daraldığı için sayısal çözümlemeleri yapılamamıştır. Bu sebeple 5 süreksizlik aralığında çalışmalar tamamlanmıştır. Süreksizlik yönelimleri için 0 ile 180 derece arasında belirli bir algoritmaya göre 12 adet farklı açı kuramsal olarak belirlenmiştir. Bu açılar 0, 22.5, 30, 45, 60, 67.5, 90, 112.5, 120, 135, 150 ve 157.5 derecedir. 40 cm süreksizlik aralığı için 135 derece süreksizlik yöneliminde maksimum iterasyon sayısı aşıldığı için çözümleme yapılamamıştır. Toplamda 59 adet ortam için çözümleme yapılmıştır. 5 süreksizlik aralığından her birisi için bu 12 adet süreksizlik yönelimlerinin sırası ile RS2 programında sayısal çözümlemeleri yapılmıştır. Bu sayede şev üzerinde ve gerisinde ne oranlarda yer değiştirme miktarının gerçekleşeceğini belirlemek hedeflenmiştir. Süreksizliklerin her bir geometrik durumunda yer değiştirme miktarlarının hesaplanabilmesi için sonlu elemanlar yöntemi ile hesaplamalar yapan RocScience RS2 programında çözümlemeler yapılmıştır. Bununla beraber güvenlik faktörünün de belirlenmesi için kayma mukavemeti indirgeme (SSR) analizleri de yapılmıştır. Bu analizler sonucunda, program kritik SRF olarak adlandırılan mukavemet indirgeme faktörü belirler ve bu faktör şevin güvenlik faktörü ile eşdeğer bir sonuç verir. Yapılan toplam 59 adet durum analizinin her birinde kritik SRF (güvenlik katsayısı) 1.29'un altına düşmemektedir. Bu ortamların analizleri yapılırken şev geometrisi, kaya kütlesinin jeomekanik parametreleri ve arazi gerilmesi sabit tutulmuştur. Süreksizlik aralıkları ve yönelimleri ikili kombinasyonlar halinde değişmiştir. RS2 programında tüm ortamların çözümleme işlemleri tamamlanıp, yer değiştirme verileri elde edildiğinde, şev aynasından içeriye doğru ve paralel olacak şekilde iki metre aralıklarla (0m, 2m, 4m, 6m, 8m ve 10m) sorgu noktaları belirlenir. Yer değiştirme miktarları ve yenilme yüzeyi bu etkilenme bölgelerine göre değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre; en yüksek yer değiştirme miktarı 400cm süreksizlik aralıklarında, 90 derece süreksizlik yöneliminin bulunduğu ortamlarda ve 6 metre den sonraki etkilenme bölgeleri üzerinde olduğu ortaya konulmuştur.
Sentetik fiber donatılı püskürtme beton uygulamasında fiber donatı narinlik oranının betonun tokluk indeksine etkisi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-13) Bayraktaroğlu, Lühan Arda ; Öztürk, Cüneyt Atilla ; 505181011 ; Maden Mühendisliği

Piramitlerin yapıldığı milattan önce 2500'lü yıllarda, gevrek yapı malzemelerinin süneklik kazanabilmesi için kerpiç yapılarda saman parçaları gibi doğal takviye kaynakları kullanılmıştır. Günümüzde ise kerpiç yapısı betona, içerisinde yer alan donatı vazifesini üstlenen saman ise fibere evrilmiştir. Tünel uygulamalarında kullanılan tahkimat sistemi geçmişten bugüne gelişmekte olan teknolojiye paralel olarak yenilenmektedir. Ağaç kütükleri ile başlayan donatılandırma serüveni, çelik tahkimat sistemleri ile pekişmiş olup, bugünlerde ise tünel yapıları hem pratik hem de dayanıklı olan fiber donatılı beton ile güçlendirilmektedir. Sürekli üretim anlayışı, verimliliği yüksek planlamanın ön planda olması, tahkimat sisteminin uygulanmasında zaman muhakemesinin iyi yapılmasını oldukça kritik bir noktaya taşımaktadır. Günümüz uygulamalarında beton karışımına eklenen fiber donatının miktarı, geometrisi, narinliği ve uzunluğu, betonun mekanik davranışını etkileyen faktörler arasında yer almaktadır. Dolayısıyla fiber donatı narinlik durumu ve tokluk sınıflaması arasındaki ilişki gözetilirken fiber donatının başta uzunluk olmak üzere mekanik davranışa etki edebilecek tüm faktörleri takip edilmelidir. Geçmiş çalışmalarda prizma beton numuneleri üzerine yapılan araştırmalar, fiber donatı narinlik oranının betonun çökme, işlenebilme, çatlak ağzı açılma deplasmanı gibi değerlerinde kayda değer değişikliklere sebebiyet verebildiğini ortaya çıkartmıştır. Bir diğer yaklaşım olarak fiber donatı miktarının beton matrisine etkisi yine söz konusu çalışmalar kapsamında değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgular üzerinden fiber donatıların betona çekme mukavemeti kazandırdığı yorumu yapılabilir. Özellikle beton yol, endüstriyel zemin ve yol bariyerleri gibi dökme betonu uygulamalarında, bir diğer ifadeyle noktasal ve yayılı yük altında çalışacak zemin yapılarında, fiber donatılı betona ait çatlak ağzı açılma deplasman değerleri statik rapor hazırlanması esnasında kullanılmaktadır. Her ne kadar dökme beton uygulamalarından elde edilen verilerde fiber donatıların, beton performansına olumlu etkileri takip edilebiliyor olsada, püskürtme beton uygulamasının, doğası gereği içerisinde barındırdığı hava ve kimyasal katkı olan priz hızlandırıcı faktörlerinin göz ardı edilmemesi gereklidir. Aynı zamanda tez kapsamında enerji tokluk seviyesinin belirlenmesi için EN 14488-5 standardına göre alınan beton numunelerinin boyutları ve test sırasındaki çatlak deplasman genişlikleri, statik rapor için ihtiyaç duyulan EN 14651 standardından oldukça farklıdır. Sonuç olarak püskürtme beton uygulamaları için ayrıca fiber narinlik oranına göre deneyler yapılması ihtiyacını gün yüzüne çıkartmıştır. Şev ve tünel yapılarında, oluşan deformasyonların hızlıca karşılanabilmesi noktasında püskürtme beton uygulamaları kritik öneme sahiptir. Bununla beraber yer altı madenciliğinde fiber donatı kullanımının değerlendirilmesi öncesinde kaya kütlesi kavramının bir bütün olarak incelenmesi, kayaç, sağlam kaya ve süreksizliklerin tespiti elzemdir. Kaya kütlesinin genel davranışı incelenirken kayacın Q çizelgesine göre araştırması yapılmalıdır. 1970 yılında geliştirilen Q sistemi, kayanın birbirinden farklı altı parametresi aracılığı ile hesaplanmakta ve tünel yapısını istisnai iyi ile istisnai kötü arasında dokuz farklı bölüme ayırmaktadır. Sistem, aynı zamanda her bir bölüm için kazı destek önerisinde bulunmaktadır. Burada fiber donatılarla alakalı durum incelendiğinde özellikle iyi, orta, zayıf, çok zayıf yapı sınıflamasında 500 ila 1000 Joule arasında değişen enerji absorbe etme kapasitesi sistem içerisinde aranmaktadır. Aynı zamanda Q sistemi incelenirken sentetik fiber donatıların paslanmaz yapıda olması, süneklik ve esneklik kabiliyeti, aşındırıcı ortamlardaki direnci gibi avantajları ön plana çıkmıştır. Q sisteminde önerilen fiber donatılı betonunda sentetik fiberin fiziksel özellikleri bu tez kapsamında incelenmiştir. Araştırmanın altında yatan ana unsular ilk etapta narinlik oranının etkilediği fiber adedi, dolayısıyla çatlak köprüleme yeteneği, nihayetinde elde edilen çatlak kontrolü ile enerji tokluk indeksindeki değişimler ön plana çıkmıştır. Balıkesir İli, Balya İlçesi sınırları içerisinde özel bir madencilik firmasında Kasım 2021 tarihinde gerçekleştirilen deneysel çalışmalarda aynı beton reçetesi içerisine farklı narinlik oranlarındaki fiber donatılar test edilmiştir. Tek bir üretici tarafından aynı desen yapısında tedarik edilen fiber donatıların betonun mekanik özelliklerine etkisi bu çalışma kapsamında incelenmiştir. Sentetik lifli betonun tokluk, eğilme sünekliği, enerji yutma ve yük taşıma kapasiteleri gibi performanslarının belirlenmesi amacıyla her bir fiber tipi için en az dört adet olmak üzere toplam 16 adet TS EN 14488-5 standartlarına uygun 60 cm * 60 cm * 10 cm ölçülerinde plak numunesi ve fiber içeriği tayini, birim ağırlık ve basınç dayanımı testleri için, 32 adet 10 cm * 20 cm ölçülerinde silindir numunesi hazırlanmıştır. Taze beton deneylerinin tamamı özel maden işletmesinde gerçekleştirilirken, sertleşmiş beton deneyleri sentetik fiber donatı üretici firmanın beton laboratuvarında tamamlanmıştır. Deneysel çalışma süresince tek bir beton reçetesi takip edilmiş olup, çalışma başlamadan, ilgili reçetenin sahada uygulanabilirliği test edilmiştir. Fiber donatılar maden işletmesi beton santralinde yer alan fiber dozajlama makinesi yardımıyla karışıma eklenmiş olup, karışım beton mikserine aktarılmadan önce santral bunkerinde yaklaşık 60 saniye boyunca iyice harmanlanmıştır. Buradaki amaç fiber donatının beton içerisinde homojen olarak dağılımının korunması olarak açıklanabilir. Santralde tamamlanan karışım sekiz metreküp beton taşıma kapasitesine sahip miksere aktarılmıştır. Akabinde sırasıyla çökme, birim ağırlık deneyleri tamamlanmış ve 28 gün kürde tutulmak üzere basınç dayanım testine tabi tutulacak silindir numuneleri alınmıştır. Yaş beton numune alım işlemini takiben beton mikseri yaklaşık 25 dakika mesafe katederek uygulama noktasına ulaşmıştır. Püskürtme beton uygulamasını yapacak olan makinenin beton beslemesi yapıldığı bölgesinde yer alan ızgara yapısı, fiber donatılı beton akışına uygun hale getirilmiştir. Bu sayede fiberlerin herhangi bir tıkanıklığa ya da topaklanmaya maruz kalmadan akışı mümkün kılınmıştır. Püskürtme beton uygulamasından alınan panel numunelerinin üzeri püskürtme işlemi tamamlanır tamamlanmaz TS EN 14488-5 standardında bahsedildiği gibi kalınlığı 10 cm olacak şekilde düzeltilmiştir ve 24 saat boyunca yerinden hareket ettirilmeden sabit halde bırakılmıştır. Numuneler ertesi gün kürlenme işlemine tabi tutulacakları alana nakledilmiş ve hem silindir numuneleri hem de panel numuneleri 28. günde sentetik fiber donatı üretici firmanın beton laboratuvarında kırıma tabi tutulmuştur. Sentetik fiber donatıların tahkimat elemanı olarak sağladığı faydalar, betonarme yapısına kazandırdığı eğilme performansı, çatlakların köprülenmesi, enerji tokluk değerlerinin artırılması, ani kırılma ve göçmelerin önlenmesi, geri sekme miktarının azaltılması, demir işçiliğine dayalı imalat, montaj hatalarının elimine edilmesi, maliyetlerin düşürülmesi ve daha güvenli bir çalışma ortamı yaratılması şeklinde sıralanabilir. Nitekim tez çalışması kapsamında söz konusu sentetik fiber donatıların farklı narinlik oranlarında betonarma yapısına kazandırdığı enerji tokluk değerileri yani bir diğer ifade ile beton yapısının parçalanana dek absorbe ettiği toplam enerji seviyeleri araştırılmış ve elde edilen sonuçlar altı başlık halinde yorumlanmıştır. Dört farklı narinlik oranının değerlendirildiği deneysel çalışma süresince narinlik oranı ve tokluk indeksi arasında lineer bir ilişki kurulabildiği sonucuna ulaşılmıştır. Öte yandan çalışmalarda kullanılan hem + serisinde sabit çap altında hem de normal seride sabit çap altında fiber boyunun artması enerji absorbsiyon seviyesinin yükselmesi şeklinde sonuçlanmıştır. Bunlara ek olarak narinlik oranı ile enerji tokluk indeksindeki maksimum tepe yük arasındaki ilişki araştırılmış ancak sonuçların neredeyse fiberli ve fibersiz tüm numunelerde benzer netice verdiği görülmüştür. Bu durum maksimum tepe yük değerinin beton matrisi ile; tokluk değerinin ise fiberli beton kompozit yapısının bir sonucu olması şeklinde yorumlanmıştır. Silindir numuneler üzerinden elde edilen basınç dayanım değerleri ve narinlik oranı arasındaki ilişki değerlendirilirken fiber donatıların basınç dayanımı üzerinde olumlu yahut olumsuz herhangi bir etki oluşturmadığı görülmüştür. Narinlik oranı ile doğrusal ilişkiye sahip birim hacimdeki fiber sayısı, kırımı tamamlanan plakların arka yüzeyinde gözle görülür şekilde ortaya çıkmıştır. Bu durum aynı zamanda çökme testinde de gözlenmiştir. Sabit uzunluk ve azalan çap etkisi incelendiğinde, artan fiber adedinin enerji tokluk indeksine pozitif yönde etki ettiği görülmüştür. Diğer bir deyişle çatlağın genişlemesini önlemek için ortamda daha fazla fiber donatı yer almış, bu sayede daha geniş bir yüzey alanı elde edilmiş ve neticesinde artan aderans ile beton daha uzun süre yük taşıyabilir hale gelmiştir. Bu netice betonun enerji yutma kapasitesinde artış olarak takip edilmiştir. Beton yoğunlukları üzerinden bir değerlendirme yapıldığında, taze betondan alınan numune ağırlığının hacme bölünmesiyle elde edilen yoğunluk değerlerinde rasyonel bir bağlantı kurulamamıştır. Yani fiber donatının beton birim ağırlığına etki etmediği sonucuna ulaşılmıştır. Enerji tokluk değerleri incelendiğinde tüm sonuçların 700 ila 1000 J arasında yani beş ve altı destek kategorisinde konumlandığı görülmüştür. Bu durum artan narinlik oranında daha düşük dozaj artışlarıyla bir üst destek kategorisi olan 1000 J değerinin arandığı 7'ye geçilebileceği şeklinde yorumlanabilir. Benzer şekilde elde edilen sonuç, narinlik oranının, beton optimizasyonu, maliyeti ve işlenilebilirliği hususlarında, önemli bir mühendislik parametresi olarak değerlendirilebileceği şeklinde değerlendirilebilir.
Performance prediction and optimization of raise boring machines (RBMs)

(Graduate School, 2022-09-09) Mamaghani Shaterpour, Aydın ; Çopur, Hanifi ; 505142010 ; Mining Engineering

Raise Boring Machines (RBMs) continue to find extensive application in the mining and tunnelling industries because of the many advantages compared with drill and blast methods. These machines as the fast, safe, and efficient excavation machines are used for different purposes such as excavation of ventilation and ore transport shafts in the mines, switching lines between underground subway tunnels (horizontal), and ventilation shafts in the road and railway tunnels. In the conventional raise boring method, the machine is set up on the upper level of the two levels to be connected. Then, a small diameter hole (pilot hole) is drilled by a sealed bearing tricone bit to the lower level. Once the rod (drill string) breaks into the opening on the target level, the pilot bit is removed and a reamerhead with roller button cutters is connected to the rods and raised back up towards the upper level. The debris and cuttings from the reamerhead during drilling fall on to the lower level and from there a conventional method is used to take them out. Although a high price in foreign currency is paid for purchasing these machines, sometimes the performance (productivity) of the machines would be too low, rod jamming, and shaft deviation problems might be encountered. Consequently, the selection and design of these machines according to the project and excavation environment, predicting accurately their performance, and maximization (optimization) of the performance become very important in terms of the economics of the project in the feasibility and planning stages. Predicting the performance of an RBM is one of the important subjects in mechanized shaft / raise excavation to estimate costs and job completion time that directly affects the project economics. The parameters affecting the selection, design, and prediction of the performance of an RBM can be classified into three general categories: mechanical (machine-related) parameters, geological / geotechnical parameters, and operational parameters. A suitable RBM should be selected / designed for the geological / geotechnical conditions to be encountered during the shaft excavation. Utilizing the highest rotational speed and correct bit load for specific rock formation could lead to an optimum rate of penetration and bit service life. Cutters with larger row spacing are suitable for reaming in softer rocks. However, cutters with narrow spacing are suitable for reaming in very hard and tough rocks where the thrust forces cannot be fully utilized. Identification of fault zones and broken ground along the shaft alignment are the key requirements for successful shaft excavation with RBMs. A comprehensive rock-testing program is the most important requirement for the assessment of RBMs, and by use of the obtained data from the rock-testing program the best-suited raise bore machine for each project could be selected. Samples of all different rock types in the excavation area should be included in the laboratory studies. Moreover, site preparation plays an important role in the elimination of delay and increasing the efficiency of the raise boring operation. Load per cutter, reamerhead diameter, geological formation, and inclination of the shaft are some important factors affecting the torque requirements. Increasing shaft diameter causes additional torque effort on the drill string and reamer stem. In addition, with the increase in diameter, there is a greater potential for instability of the shaft walls and the advancing face of the shaft. The basic aim of this thesis research is to propose new empirical and deterministic models for proper selection, design, and prediction of operational and performance parameters including daily advance rate, rotational speed, weight on bit (pushing force of tricone bit), net reaming thrust (pulling) force, tricone bit / reamerhead torque and power, unit penetration rate, instantaneous penetration rate, field specific energy, and machine utilization rate of RBMs. In order to reach the goals of this thesis, firstly, the related mine and tunnel sites are visited for obtaining information on the geology of the field, the applied excavation method, and the specifications of the RBMs; collecting rock samples from the formation(s) excavated; and collecting field operational-performance data. The obtained rock core samples are used for the determination of the physical-mechanical properties and indentation tests, and block samples are used for the full-scale linear cutting tests. The experimental studies start by determining some important physical-mechanical properties of intact rock samples including uniaxial compressive strength, indirect (Brazilian) tensile strength, static and dynamic elasticity modulus and Poisson's ratio, acoustic wave velocities (P and S wave velocities), Schmidt hammer, Shore scleroscope, Cerchar abrasivity, and petrographic analysis. Rock Quality Designation (RQD) values are also determined based on geotechnical reports of the related sites. Then, indentation tests (by an insert tip with a diameter of 22.2 mm and width of 11 mm) are performed on the core samples from the fields and rectangular rock pieces obtained from the remnants of the block samples. Finally, a series of full-scale linear cutting tests in five different rock types (diabase, granodiorite, skarn, limestone-1, and limestone-2) with a 305 mm (12 inches) diameter button (kerf) cutter having an insert tip width of 11 mm are performed to generate a new RBM performance database. This research demonstrates the challenges of collecting long-term operational data in raise boring operations. Although this thesis includes raise boring operation data collected over six years, it has some limitations such as the number of data, rock mass parameters, different reamerhead diameters, and different raise inclinations. The models presented in this study are limited by the data content, the upper and lower limits of the data, and the assumptions made on a few issues mentioned in this thesis. The results of the experimental studies indicate that the mechanical properties of the rock samples vary in a wide range and the collected rock samples are in all types of geological origins (sedimentary, igneous, and metamorphic). In the inclined raise-bored shafts static elasticity modulus and Brazilian tensile strength could be good predictors for the field specific energy of reaming operations. In addition, the operational parameters of pilot hole drilling and the physical-mechanical properties of rocks may be used to predict the performance parameters of reaming in both vertical (90°) and inclined (70°) raise-bored shafts. Moreover, direct and indirect deterministic approaches are able reliably to predict the unit penetration and instantaneous penetration rates of RBMs. Besides, indentation tests indicate that the brittleness index of rocks may be predicted by using the velocity of the S-wave and the Cerchar abrasivity index parameters. Finally, this study shows the feasibility of using the power function on the relationships between the indentation force and the penetration values for predicting the performance of RBMs. The outcome of this study establishes a new database to assist on predicting the performance parameters of RBMs. The proposed empirical and deterministic models in this study can be used by the designer engineering companies, contractor companies, and project owner institutions in the feasibility and planning stages of the projects.
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.
Yeraltı açıklıklarında geleneksel yöntemlerle belirlenen tavan yükü yaklaşımlarının sayısal çözümleme yöntemleri ile karşılaştırılması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-03-30) Dönmez, Hüseyin Onur ; Tunçdemir, Hakan ; 505191001 ; Maden Mühendisliği

Günümüzde artan nüfus ve kentleşme oranı insanların sınırlı alanlarda büyük kitleler halinde yaşamasına neden olmaktadır. Bu durum beraberinde birtakım sorunlar getirmektedir. Yeryüzündeki alanlar giderek yetersiz hale gelmekte ve insanların yaşam standartlarını olumsuz etkilemektedir. Ulaşım olumsuz etkilenen bu yaşam standartlarından biridir. Bu nedenle daha güvenli ve konforlu bir ulaşım için karayolu ve demiryolu tünelleri büyük önem arz etmektedir. Aynı zamanda artan nüfusun ihtiyaçlarını karşılayabilmek adına üretim miktarları da artmaktadır. En önemli hammadde kaynağımız olan yeraltı zenginliklerimiz, doğası gereği kıt kaynaklar olduğundan üretim seviyeleri gittikçe derinleşmektedir. Bu da yeraltı madenciliğinin giderek yaygınlaşmasına ve daha derin seviyelerde çalışılmasına neden olmaktadır. Bu iki örnek göstermektedir ki yeraltı yapılarına olan ihtiyaç son derece fazladır ve giderek artmaktadır. Bir yeraltı mühendislik yapısında arzu edilen en önemli husus yapının kullanım ömrü boyunca güvenli bir şekilde ayakta kalmasını sağlamaktır. Bu nedenle planlama aşamasında doğru tahkimat sisteminin seçimi büyük önem arz etmektedir. Seçilecek tahkimat sistemi taşıyıcılık ve ekonomiklik olmak üzere iki ana şartı birlikte sağlamalıdır. Doğru tahkimat sisteminin seçilebilmesi ve boyutlandırılabilmesi için öncelikle tahkimat sistemine etkiyecek yüklerin belli bir yakınsaklıkla ortaya konulması gerekmektedir. Tavan yükünün tahminine yönelik teoriler 20. yüzyılın başlarında oluşmaya başlamıştır. Teoriler bu alanda çalışan mühendislerin tecrübelerini sayısal verilere ve eşitliklere dönüştürmesiyle başlamış ve sonrasında çalışılan farklı ortamların sınıflandırılmasıyla devam etmiştir. 1960'larda ilk olarak havacılık sektöründe kullanılan ve hızla her mühendislik dalında kullanım alanı bulan sonlu elemanlar yöntemi, yeraltı yapılarına da uygulanmış ve çeşitli bilgisayar yazılımları geliştirilmiştir. Bu çalışma kapsamında 3 farklı kaya ortamı için aynı boyutlarda açılan bir tünele etkiyecek tavan yükleri önce geleneksel teorilerle, sonrasında sayısal çözümleme yöntemi esaslı yazılımlarla hesaplanmış ve sonuçlar değerlendirilmiştir. Literatürdeki vaka analizlerinden faydalanılarak seçilen zayıf, orta ve iyi ortamlar için bu çalışma kapsamında ele alınan tavan yükü teorileriyle tahkimata etkiyecek yükler hesaplanmıştır. Aynı ortamlar RocScience'ın sonlu elemanlar yöntemini esas alan RS2 yazılımında modellenmiştir. Gerlime azaltma yöntemi kullanılarak her bir ortam için RS2'den elde edilen sonuçlarla arazi tepkime eğrileri oluşturulmuş ve tahkimata etkiyecek yükler tespit edilmiştir. Aynı ortamlar RocScience'ın RocSupport yazılımında oluşturularak RS2'den elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Geleneksel yöntemlerle ve RS2 ile yapılan analizler at nalı kesitli bir tünel veya galeri için yapılmıştır. Ancak RocSupport yalnızca tam dairesel kesitli açıklıkların modellenmesine imkan sağlamaktadır. Bu nedenle oluşturulan modellerin karşılaştırılmasında bir sorun yaşanmaması adına RocSupport'ta modellenen aynı açıklıkta dairesel kesitli tüneller aynı ortamlar için RS2'de tekrardan modellenmiştir. RS2'de tahkimatsız ve tahkimatlı arazi tepkime eğrileri çizilmiştir ve tahkimat yerleştirildiğinde arazi tepkime eğrilerinden elde edilen yer değiştirmelerin teoriyle parallel olarak sınırlandığı teyit edilmiştir. Tahkimatsız RS2 ve tahkimatsız RocSupport arazi tepkime eğrileri arasında yüksek tahmin yeteneğine sahip ilişki tespit edilmiştir. Önceki yargılara göre RocSupport tek başına tahkimat tasarım yazılımı olarak kullanılmamakla beraber, ele alınan kaya ortamı ve kesit için RS2 ile RocSupport sonuçları arasında yer değiştirmeler açısından yüksek dereceli ilişkiler bulunduğundan benzer ortamlar için yer değiştirme değerlerinin tahmin edilebileceği görülmektedir.
Ground control principles based on retrospective analyses from actual site conditions in open pit mining

(Graduate School, 2024-01-29) Bulgurcu, Murat Tolunay ; Öztürk, Cüneyt Atilla ; 505211007 ; Mining Engineering

Ground control is a crucial aspect of open pit mining as it ensures the safety of workers, equipment, and the surrounding environment. Stable ground conditions play a vital role in preventing accidents such as slope failures and rockfalls, which can cause injuries and equipment damage. Moreover, it facilitates consistent operations, optimizing production schedules while reducing maintenance costs. Neglecting ground control can lead to hazardous conditions, which can impact safety, operational efficiency, and overall costs. Hence, it is paramount to implement robust ground control measures in open pit mining. Georadar and InSAR technologies play a crucial role in open pit mining. Georadar helps to create images of the subsurface, identify geological structures, and detect potential hazards beneath the surface. This information is helpful in planning excavations, assessing slope stability, and making important decisions regarding ground stability in open pit environments. InSAR technology provides precise measurements of ground deformation, which is essential for monitoring slope movements and minimizing risks associated with instabilities. Both these technologies contribute significantly to improving safety measures, optimizing mining operations, and enabling proactive decision-making regarding ground stability in open pit mining. In open pit mining operations, the type of failure experienced by different materials is influenced by various factors such as the geological composition, distribution of stress, water content, and mining techniques employed. It is crucial to understand these failure types to implement suitable ground control measures, use appropriate support systems, and design mining plans to mitigate risks associated with specific material failures. In this thesis, actual site conditions from Hanönü open pit copper mine were used to understand the relation between slope stability investigations based on limit equilibrium methods, finite element methods, and deformations from mining operations. Georadar and InSAR data were used to determine deformation areas and magnitudes in the research area. For each area, the FoS (factor of safety), and SRF (strength reduction factor) values were determined using the back analysis method, and their conditions were discussed. Threshold limits were considered while analyzing the values. The thesis aims to investigate the deformation amount in mm. In addition to that, these data are comparison of each other. Discussion of the compared data and determination of the analyses. The thesis aims to investigate ground control principles based on site conditions and analytical investigations. The purpose is to comprehend the effectiveness of slope stability investigation methods using numerical and analytical solutions. The analyzes were prepared according to both LEM (limit equilibrium method) and FEM (finite element method) methods and the results were presented. The thesis aims to reconcile the deformation and stability results (Factor of safety and strength reduction factor) of the discussion results with the threshold limit determined according to the stability results. All these comparisons are shared step by step as output. It is supported with tables, graphs, and figures. According to all graphical, numerical, and visual analysis studies, the results have been revealed and concluded.
Investigation of vibrations created during TBM excavation and rock cutting

(Graduate School, 2024-06-11) Ateş, Uğur ; Çopur, Hanifi ; 505132005 ; Mining Engineering

Tunnel Boring Machines (TBMs) are widely employed in infrastructure projects due to their high advance rates and providing a safe working environment. The TBMs should be operated in accordance with the geological conditions to achieve optimal excavation rates. The majority of contractors, especially the ones working in remote locations, predominantly depend on the geological information provided during the tender phase or undertake a limited number of supplementary geotechnical investigations prior to starting projects. Especially in remote locations that characterized by a limited geological data, the expertise of the crew becomes highly significant. Although the most effective way of assessing geological conditions during tunnel excavation involves examining the excavation face, contractors often hesitate to halt excavation for face inspections unless deemed necessary or forced by contractual obligations. Furthermore, the application of closed-face soft ground TBMs often renders face inspections impractical. Although alternative techniques such as probe drilling or geophysical methods could be applied in the TBMs, these approaches require considerable amount of time, with some geophysical methods still undergoing development. Given the reluctance of contractors to allocate resources towards new geological studies and the necessity for continuous geological information it becomes evident that a system capable of providing real-time information to the TBM crew regarding the encountered geological conditions is required. Since the TBMs vibrate during excavation, utilizing vibrations to understand the geological conditions ahead seems practical. In this context, field measurements of the vibrations generated during excavation by TBMs have been investigated for ground identification in various studies. However, TBMs include too many influential factors and noise sources that impact the vibrations (e.g., multiple cutters on the cutterhead, motors and other parts in shield and backup area, etc.), requiring a deeper understanding of vibrations specifically arising from the rock cutting process within a more controlled environment. Even some authors focused laboratory analyses and investigated the vibrations generated during rock cutting tests, these experiments remain fairly limited. The principal objective of this study is to understand the vibrations generated during the TBM excavation and provide a system that could give information to the site crew regarding the geological conditions on the excavation face. To reach this goal, a special vibration data recording system has been developed and installed onto four Earth Pressure Balance Tunnel Boring Machines (EPB TBMs), excavating in three different project sites; that are Mecidiyeköy-Mahmutbey Metro Line, Umraniye-Atasehir-Goztepe Metro Line and European Region Potable Water Transmission Tunnel. The employed vibration recording system comprises accelerometers, analog-digital converters, and a dedicated computer running custom-designed data recording software tailored for the purpose of this project. Initial deployment and testing of the system took place at the Mecidiyekoy-Mahmutbey Metro Line project site. Following this initial implementation, the system underwent further refinement, with the addition of new features and hardware enhancements. A total of 6 km tunnel excavation was monitored, and vibration data continuously recorded in three orthogonal directions (x, y, and z). The influence of geological conditions including soils and hard rocks, EPB TBM operating parameters (thrust, torque, face pressure, cutterhead rotational speed, penetration rate), cutter damages/breakages, positions and types of accelerometers, and TBM diameters on vibration were investigated. During vibration analysis, primarily Root Mean Square (RMS) and interval RMS vibrations, together with different vibration statistics were used. A comprehensive analysis was conducted on the collected TBM vibration data, incorporating geological information, site shift reports, and disc changing logs. This analysis revealed a significant influence of geological and lithological variations on the vibration patterns generated during excavation. In particular, moderately strong to strong correlations were observed between interval RMS acceleration values and rock mass parameters such as Rock Quality Designation (RQD) and Geological Strength Index (GSI). The analysis yielded a clear trend, an increase in rock strength corresponds to rise in TBM vibrations, while vibrations greatly reduced in the case of weathered rocks and soils. The presence of short weathered zones was distinguishable in the vibration data. This characteristic suggests that the measurement has the potential to serve as an early warning system for detecting geological transitions during TBM excavation. Furthermore, an acceleration threshold value of 1g, representing the percentage of data points surpassing this limit, is established as an effective marker for distinguishing between different lithological units. It is observed that the vibrations recorded in TBMs could exceed 10g. The analysis also revealed an influence by the operational parameters of TBMs and conditions of the cutters on the vibrations. Notably, it was observed that broken disc cutters produce distinct high-amplitude vibrations. Considering the noise sources in TBMs, it is acknowledged that there is a need for a better understanding of vibrations created during the rock cutting process under more controlled environment. With this objective, laboratory rock cutting tests were conducted using a Full-Scale Linear Rock Cutting Machine (FLCM) equipped a 17-inch constant cross section (CCS) disc cutter. To record vibrations, FLCM was equipped with five accelerometers. Three different rock samples were used (siltstone, mudstone and beige marble) having uniaxial compressive strength values ranging from 21 to 82 MPa. During the experiments, it was discovered that the beige marble sample exhibited two distinct mineralogical characteristics on its left and right sides.
Bir altın madeninde yeraltı üretim geometrilerinin ve tahkimat sisteminin jeoteknik esaslara göre belirlenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-06-12) Toker, Fatma Zehra ; Öztürk, Cüneyt Atilla ; 505211003 ; Maden Mühendisliği

Altın, dünya ekonomisinde önemli rol oynayan değerli bir metaldir. Yeraltı madenciliği bu metali elde etmenin en yaygın yöntemlerinden biri olup üretimin güvenli ve sürdürülebilir bir şekilde yürütülebilmesi için kaya mekaniği ve jeoteknik prensiplerin dikkate alınması çok önemlidir. Bu bağlamda yeraltı maden işletme yöntemine uygun olarak ihtiyaç duyulan üretim geometrilerinin jeoteknik yapıya uygun şekilde belirlenmesi, doğru zamanda yerleştirilen doğru tahkimat sisteminin kullanılması ve arazi kontrol prensipleri aynı şekilde büyük önem arz etmektedir. Bu çalışmada, bir yeraltı altın madeni üretim yönteminin kaya mekaniği ve jeoteknik ilkeleri doğrultusunda değerlendirilmesi yapılarak, madencilik faaliyetlerinin güvenli ve sürdürülebilir bir şekilde yürütülmesine katkıda bulunulması amaçlanmıştır. Gizlilik esasları sebebiyle sahaya ilişkin veriler, tez kapsamında kısmi olarak paylaşılmıştır. Çalışma kapsamında öncelikle bir altın madeni bölgesinde yer alan çalışma alanının jeolojik yapısı, bölgesel jeoloji ve yapısal jeoloji açısından değerlendirilmiştir. Bu bağlamda, ilk olarak çalışmada yeraltı açıklıklarının tahkimatı ve üretim boyutları parametrelerinin belirlenmesi üzerine çalışılmıştır. Tahkimat tasarımları üretim galerileri için gerçekleştirilmiştir. Her litoloji için 5 m açıklıklar dikkate alınarak Q değerlerine göre tahkimat sınıfları belirlenmiştir. Sonrasında, yeraltı tasarımı üzerinden litolojiye ve açıklığın kullanım amacına uygun olarak tahkimat tasarımları gerçekleştirilmiştir. Analitik çalışmalar ile üretim galerilerinde 1 no'lu tahkimat sınıfı uygulaması sonucu elde edilmiştir. Yeraltı madencilik faaliyetlerinde optimum üretim ve güvenlik faktörleri göz önünde bulundurulduğunda, tahkimat uygulamalarının yanı sıra üretim boyutlandırmaları da stabiliteyi sağlama aşamalarından biridir. Bu çalışmada, altın madeni yeraltı çalışmaları kapsamında üretim geometrileri jeoteknik yapıya göre boyutlandırılmıştır. Ara katlı dolgulu üretim yöntemi dikkate alınarak, analitik çalışmalar ile üretim bacasının tasarımı ve boyutlandırılması gerçekleştirilmiştir. Q değeri dikkate alınarak, farklı pano boyları için her bir litolojik birim değerlendirilmiştir. Bu çalışmada, 30 m, 50 m, 80 m, 100 m, 150 m ve 200 m pano boyları üzerinde çalışılmıştır. Ayrıca, üretim uzunluğuna karar vermek için de benzer bir çalışma yapılmıştır. Bu değerlendirmeler sonucunda, 50 m pano uzunluğu ve 5 x 5 m üretim açıklıkları için 15 m üretim uzunluğu ve üretim yüksekliği uygun görülmüştür. Bu sonuçlara bağlı kalarak oluşturulan nümerik analizler, yeraltı altın madeni üretim faaliyetlerinin güvenliğini ve verimliliğini artırmak amacıyla gerçekleştirilmiştir. RS2 programı kullanılarak yapılan bu analizlerde, seçilen üretim yöntemi, üretim bacalarının boyutları ve tahkimat sistemlerinin performansı detaylı bir şekilde incelenmiştir. Nümerik analizler, kaya kütlesindeki gerilme ve deformasyon dağılımlarını, tahkimat sistemlerinin dayanıklılığını ve potansiyel tehlikeleri simüle ederek, üretim sürecinin güvenli ve sürdürülebilir bir şekilde yönetilmesine olanak tanımıştır. Bu sayede, madencilik faaliyetlerinde karşılaşılabilecek riskler minimize edilerek, optimal üretim koşullarını sağlayacak senaryolar türetilip çalıştırılmıştır.
Kömür damarı gaz içeriği belirleme yöntemlerinin değerlendirilmesi ve yapay sinir ağları ile tahmin modellerinin geliştirilmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-06-12) Bozdoğan, Samed ; Fişne, Abdullah ; 505211009 ; Maden Mühendisliği

Karbon içeriği yüksek, yanıcı, kimsayal ve fiziksel olarak heterojen yapıda organik bir sedimanter kayaç olarak tanımlanan kömür, bitkisel kökenli malzemenin uzun jeolojik zaman dilimleri boyunca yer altına gömülmesi ile ortaya çıkan yüksek basınç ve yüksek sıcaklık etkilerinin beraberinde getirdiği kimyasal, fiziksel ve yapısal bozunmalar sonucunda oluşmaktadır. Kömürleşme olarak isimlendirilen bu süreçte, biyojenik gaz oluşumu ve termojenik gaz oluşumu olarak isimlendirilen iki temel mekanizma sonucunda farklı bileşimlere sahip gazlar oluşmaktadır. Kömür bünyesindeki organik içeriğin mikroorganizmalar tarafından parçalanması esnasında düşük sıcaklıklarda gaz oluşumu biyojenik gaz oluşumu olarak, yüksek sıcaklık ve basıncın etkisiyle kömürün kimyasal bağlarında meydana gelen bozunmalar sonucunda gaz oluşumu ise termojenik gaz oluşumu olarak tanımlanmaktadır. Oluşan gazlar, kömürün bünyesinde depolanabilmekte ve bu sebeple kömür damarları gaz ihtiva eden formasyonlar olarak tanımlanmaktadır. Kömür damarlarında gaz sorpsiyonu mikro gözeneklerde (< 2 nm) adsorbe halde, klit – çatlak sistemi ile mezo (2 – 50 nm) ve makro gözeneklerde (> 50 nm) serbest halde, çatlak sistemindeki su içerisinde absorbe olmuş halde olmak üzere üç farklı mekanizma ile açıklanmaktadır. Kömür damarlarının sorpsiyon kapasitesi ise sıcaklık, basınç, kömürleşme derecesi, maseral bileşimi, gözeneklilik, nem ve kül içeriği, efektif gerilme gibi çok sayıda parametreden etkilenmektedir. Bu kompleks sorpsiyon mekanizması sonucunda kömür bünyesinde depolanan gaz miktarı genellikle kömürün maksimum gaz tutma kapasitesinin altında kalmakta, kömür damarları doğada çoğunlukla gaz bakımından tamamen doygun halde bulunmamaktadır. Birim kömür kütlesinin ihtiva ettiği gaz hacmi ise "gaz içeriği" olarak tanımlanmaktadır. Kömür damarlarının bünyesinde depolanan bu gaz içeriği, farklı bileşimlere sahip olabilse de yüksek oranlarda metan içermesi sebebiyle kömür kökenli metan olarak da isimlendirilmektedir. Kömür kökenli metan, patlayıcı özelliği sebebiyle madencilik tarihi boyunca çok sayıda ve büyük ölçekte maden kazasının oluşmasında rol oynamıştır. Oluşturduğu risklerin yanı sıra kömür kökenli metan, günümüzde artan enerji taleplerini karşılamak adına ankonvansiyonel gaz kaynağı olarak değerlendirilmekte ve ekonomik olarak üretimi gerçekleştirilmektedir. Yeraltı kömür madenlerinde grizu ile mücadele amacıyla havalandırma ve drenaj sistemlerinin tasarlanmasında, ekonomik olarak üretim gerçekleştirilecek kömür damarlarında rezervuar çalışmalarında ve atmosfere yayılacak metan miktarlarının öngörülmesinde gaz içeriği parametresinin belirlenmesi kritik önem taşımaktadır. Kömürün gözenekli ve heterojen yapısı gereği kömür damarlarında gaz sorpsiyonu, yayılımı ve taşınımı geleneksel gaz rezervuarlarından ayrışmakta ve bu sebeple geleneksel gaz rezervuar değerlendirme yöntemleri kömür damarlarında uygulanamamaktadır. Kömür damarlarında depolanan gaz miktarının belirlenmesi adına günümüze dek çok sayıda gaz içeriği belirleme yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntemler başlıca doğrudan (direkt) yöntemler ve dolaylı (indirekt) yöntemler olmak üzere iki ana sınıfta incelenmektedir. Temel olarak kömürlerin gaz tutma kapasitesinin tahmin edilmesi veya ölçülmesi amacıyla geliştirilen dolaylı (indirekt) yöntemler, adsorpsiyon izotermi ve ampirik eşitlikleri kapsamakla beraber genellikle gaz içeriğini aşırı tahmin etmektedir. Doğrudan (direkt) yöntemler ise desorpsiyon deneylerinin ihtiyaç duyduğu zamana göre yavaş desorpsiyon yöntemler (USBM yöntemi, Değiştirilmiş USBM yöntemi, GRI yöntemi, Smith & Williams yöntemi, Eğri uydurma yöntemleri) ile hızlı desorpsiyon yöntemler (Avustralya standart yöntemi, CSIRO – CET yöntemi) olmak üzere iki ana başlıkta sınıflandırılmakta ve toplam gaz içeriğini kayıp gaz miktarı (Q1), yayılan gaz miktarı (Q2) ve artık gaz miktarı (Q3) olmak üzere üç ana bileşene ayırarak incelemektedir. Farklı doğrudan yöntemler, bu bileşenlere ait farklı ölçüm ve tahmin prosedürleri barındırmakta veya geliştirilme amacına bağlı olarak bileşenlerin yalnızca ikisinin belirlenmesine gereksinim duymaktadır. Günümüzde bir endüstri standardı haline gelmiş, yaygın kullanım alanı bulunan ve güvenilirliği en yüksek yöntem olarak sınıflandırılan USBM doğrudan yöntemi ise her üç bileşenin yüzeyden alınan karot numuneler kullanılarak belirlenmesini önermekte ve yüksek maliyet ile uzun zaman gerektirmektedir. Hızlı karar ve aksiyonların alınabilmesine adına kömür damarlarında gaz içeriğinin mümkün olan en kısa sürede, düşük maliyetler ve yüksek güvenilirlik ile belirlenmesi maden ve petrol endüstrisinin ortak bir ihtiyacı konumundadır. Bu çalışmada, USBM doğrudan yöntemine kıyasla daha kısa zaman ve düşük maliyet ile güvenilir sonuçlar ortaya koyabilecek gaz içeriği belirleme yöntemleri araştırılmıştır. Bu doğrultuda, farklı kömürleşme derecelerine ve gaz içeriklerine sahip Eskişehir – Alpu, Manisa – Soma ve Zonguldak kömür havzalarından alınan numuneler üzerinde çalışmalar gerçekleştirilmitir. Çalışmaya konu olan her bir havzada öncelikle saha çalışmaları gerçekleştirilmiş ve karotlu sondaj faaliyetleri esnasında numuneler alınarak sızdırmaz kanisterlere yerleştirilmiş, USBM yöntemi kullanılarak gaz içeriği belirleme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Desorpsiyon ölçümlerinin tamamlanmasının ardından numuneler üzerinde kısa kimyasal analiz çalışmaları gerçekleştirilmiş ve numunelerin ASTM D388 standardına göre kömürleşme dereceleri Alpu numunesi için linyit B, Soma numunesi için alt Bitümlü C, Zonguldak numunesi için ise düşük uçuculu bitümlü olmak üzere sınıflandırılmıştır. Sonrasında numunelere ait desorpsiyon verileri ile Smith & Williams yöntemi, Amoco eğri uydurma yöntemi, analitik yöntem ve Kim eşitliği yöntemleri uygulanmış, elde edilen sonuçlar karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Bu analizlere göre, Alpu havzasında USBM yöntemi ile 1,12 cm3/g olarak belirlenen gaz içeriğine en yakın sonuç Amoco eğri uydurma yöntemi kullanılarak 1,00 cm3/g olarak, Soma havzasında USBM yöntemi ile 2,78 cm3/g olarak belirlenen gaz içeriğine en yakın sonuç Smith & Williams yöntemi ile 1,96 cm3/g olarak, Zonguldak havzasında USBM yöntemi ile 11,23 cm3/g olarak belirlenen gaz içeriğine en yakın sonuç ise analitik yöntem kullanılarak 10,01 cm3/g olarak belirlenmiştir. Farklı kömürleşme dereceleri ve gaz içeriği değerlerine sahip örneklerde her bir yöntemin USBM yöntemine kıyasla gösterdiği performans değişiklik göstermiş, konvansiyonel gaz içeriği belirleme yöntemleri ile tekrarlanabilir ve güvenilir sonuçlar elde etmenin numune özelliklerine bağlı olduğu görülmüştür. Bu doğrultuda, havza özelinde mümkün olan en kısa süre içerisinde sonuç verebilecek, düşük maliyet ve yüksek güvenilirliğin hedeflendiği yapay sinir ağları temelli tahmin modeli geliştirme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Çalışmalara ait veri seti farklı lokasyon ve derinliklere ait, Alpu kömür havzası A damarından toplamda 90 adet numune, Soma kömür havzası kM2 damarından ise toplamda 60 adet numune oluşturmaktadır. Zonguldak havzasına ait veri seti sınırlı olduğu için tahmin modeli geliştirme çalışmalarına dahil edilmemiştir. Tahmin modellerinde kısa kimyasal analiz sonuçları ve derinlik bilgisi girdi parametresi olarak, USBM doğrudan yöntemi ile elde edilmiş orijinal bazda gaz içeriği değerleri ise çıktı parametresi olarak kullanılmıştır. Model geliştirme sürecinde Matlab R2022b paket programı ve "Neural Net Fitting" araç kutusu kullanılmış ve her iki havzaya ait veri setleri %70 eğitim, %15 doğrulama ve %15 test verisi olacak şekilde dağıtılmıştır. Modellerde öğrenme algoritması olarak Lavenberg – Marquardt yöntemi, gizli katmanlarda aktivasyon fonksiyonu olarak hiperpolik tanjant fonksiyonu ve çıktı katmanında ise doğrusal fonksiyon kullanılmıştır. Farklı gizli katman ve nöron sayıları seçilerek farklı modeller geliştirilmiş, modellerin hata miktarları ve bellek tüketimleri göz önüne alınarak aşırı uyumdan uzak, uygun gizli katman ve nöron sayıları tercih edilmiştir. Bu çalışmalar sonucunda, Alpu havzası A damarı için 1 gizli katman ve 14 nörondan oluşan yapay sinir ağı ile geliştirilen tahmin modelinde yüksek determinasyon katsayısı (R2 = 0,90) elde edilirken, Soma havzası kM2 damarı için 1 gizli katman ve 20 nörondan oluşan yapay sinir ağı ile geliştirilen tahmin modelinde görece daha düşük bir determinasyon katsayısı (R2 = 0,76) elde edilmiştir. Alpu havzası A damarı için geliştirilen tahmin modelinin havzada gerçekleştirilecek çalışmalarda yüksek güvenilirlik ile kullanılabileceği, Soma havzası kM2 damarı için geliştirilen tahmin modelinin ise güçlü bir ön değerlendirme aracı olarak kullanılabileceği görülmüştür.
Coal gas content prediction on Kinik coalfield, Soma Basin with machine learning methods

(Graduate School, 2024-06-12) Akdaş, Satuk Buğra ; Fişne, Abdullah ; 505211010 ; Mining Engineering

Coal has been used by humanity since ancient times, becoming widespread with steam engines, and is now a complex energy source that is beginning to be replaced by alternatives. While coal is used as a direct source of energy, it also serves as a source rock that produces various fluids, primarily carbon-based gases. Its multiple functions and the presence of various quality and quantity reserves in many countries fundamentally extend the lifetime of coal. Moreover, the presence of methane and other natural gas components in coal makes it capable of contributing to natural gas reserves as an effective alternative when coal is phased out. This study introduces a novel data-driven methodology for interpreting the nonlinear challenge of analyzing the total desorbed gas content in coal seams. The investigation is centered on a low-rank coal reserve situated in the Kınık coalfield, where the United States Bureau of Mines (USBM) direct desorption method was employed to project the total desorbed gas content for underground mining operations. Utilizing core samples obtained during the reserve and gas content analysis, machine learning models were developed. These models were trained with coal properties data, including depth, moisture, ash, volatile matter, and calorific value, in correlation with the total desorbed gas content. Various machine learning algorithms, namely multiple linear regression, support vector machine, and artificial neural network, were utilized to predict the total desorbed gas content in the Kınık coalfield. Hyperparameter tuning was applied to optimize the machine learning models, and the most effective model was chosen based on its regression accuracy and computational efficiency. The raw data analysis, facilitated by pairplot, revealed associations between parameters and their direct influence on the total gas content in coal seams. Sensitivity analysis was performed to assess the impact of coal properties on total desorbed gas content. The selected model was then applied to predict the total desorbed gas content at a specific location in the coalfield. The study's outcomes offer valuable insights and recommendations for the analysis of unconventional reservoirs and the prediction of petrophysical systems using machine learning techniques. In essence, this research underscores the potential of machine learning in tackling nonlinear challenges within the geological domain and proposes a promising avenue for future investigations in this field.
Açık ocak işletmelerinde optimum orta ve uzun dönem üretim planlaması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-07-02) Hasözdemir, Kürşat ; Erçelebi, Selamet Gürbüz ; 505192001 ; Maden Mühendisliği

Maden üretim projelerinin ekonomik olarak sürdürülebilir olması hem işletmelerin hem de yer altı kaynaklarına sahip olan ülkelerin ekonomik gelişimleri açısından büyük önem arz etmektedir. Yüksek tenörlü cevher yataklarının sınırlı olması nedeniyle madencilik yatırımlarının uzun vadede zarara uğramaması adına, açık ocak madenciliğindeki çalışmaların uzun ve orta vadeli üretim planlamaları stratejik olarak yürütülmelidir. Bu bağlamda açık ocak işletmeceliğinde uzun vade üretim planlaması, maden sahasının hangi bölgesinin kazılacağı, kazılacak bölgelerin üretimin hangi aşamasında kazılacağı ve hangi yöntemle zenginleştirileceğini belirleme çalışmalarını içermektedir ve bu planlama sırasında öncelikli hedef, maden yatağının ekonomik değerinin maksimize edilmesidir. Bu prosedürün yönetilebilirliğini arttırmak için, maden yatakları blok model olarak bilinen 3 boyutlu veri setleri olarak tanımlanmaktadır. Bu model içindeki her bir blok, mevcut cevher miktarı, atık malzeme miktarı, içerdiği değerli mineralin tenörü ve bu bloğun kazılması ile elde edilmesi beklenen ekonomik değeri dahil olmak üzere cevher kütlesine ilişkin farklı özellikleri içermektedir. Büyük ölçekli maden yatakları yüz binlerce veya milyonlarca bloktan oluşabilmekte olup bu blok modeller kullanılarak yapılacak uzun vadeli üretim planlaması çalışmaları, kullanılan bilgisayarların donanım kapasitelerini aşabilmektedir. Bu sebeple bazı problemlerin çözümü çok uzun sürebilemekte hatta bazen çözülmesi mümkün olmamaktadır. Bu çalışmanın amacı büyük ölçekli açık ocak işletmelerinin uzun vade üretim planlaması yapılırken kaşılaşılan problemlerin üstesinden gelebilecek bir yöntem geliştirilmesidir. Bu amaçla, geleneksel olarak kullanılan iç-içe geçmiş açık ocaklar yöntemi ve karışık tam sayı programlama modelinin bir arada kullanıldığı hibrit bir yöntem önerilmiştir. Problemin karmaşıklığını ve boyutunu azaltmak için nihai ocak sınırı içerisinde kalan blokların parametrik analizi sonucu elde edilen yuvalanmış açık ocak sınırlarından faydalanılarak tam sayılı modelin bazı karar değişkenleri önceden belirlenmekte ve optimuma yakın sonuçların daha kısa sürede çözülmesi hedeflenmektedir. Önerilen yöntemin uygulamalarına ilişkin detaylı açıklamalara yer verildikten sonra, uygulanabilirliğinin ve efektifliğinin gösterilmesi amacıyla benzer çalışmalarda kullanılan MineLib isimli veri setinden faydalanılmıştır. Elde edilen sonuçlar, geleneksel tamsayılı programlama modeli kullanılarak üretilen çözüm ve bu alandaki diğer ilgili çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Önerilen yöntemin parametrik analiz ve blokların öncelik kısıtlarının belirlenme aşamaları programlanırken C++ programlama dili kullanılırken, tam sayı modelleme, çözümlerin ayıklanması ve görselleştirilmesi aşamaları için Phyton programlama dili kullanılmıştır. Tam sayı programlama modelinin çözülmesi için GUROBI çözücüsü kullanılmıştır. Kullanılan bilgisayar Intel(R) Xeon(R) W-1350 @ 3,30 GHz işlemci ve 16 GB RAM kapasitesine sahiptir. Elde edilen bulgulara göre önerilen yöntem, nispeten küçük ve orta ölçekli maden yataklarının uzun vade üretim planlaması problemini çözerken net bugünkü değeri %98'e kadar korurken çözüm süresini %95'e kadar kısaltabilmektedir. Ayrıca önerilen yöntemin uygulanması ile, standart karışık tam sayılı model ile çözülmesi donanımsal eksiklikler sebebiyle mümkün olmayan büyük ölçekli maden yatakları için makul zaman dilimi içinde uygulanabilir çözümler elde edilebilmektedir. Bu sayede değişik üretim kapasiteleri, değişen cevher satış fiyatı veya üretim maliyeti gibi durumlarda oluşabilecek değişik üretim planlaması senaryolarının hesaba katılmaları mümkün olabilmektedir. Önerilen yöntemin en belirgin dezavantajı, karışık tam sayı modelin kısıtlarının sabitlenmesi sebebiyle olası çözüm alternatiflerinin sınırlanmasıdır. Bu durum bazı blok modeller için elde edilen net bugünkü değerin düşük olmasına sebep olmaktadır. Son olarak önerilen yöntem için iyileştirme olanakları ve gelecek araştırma olasılıkları paylaşılmıştır.
EPB TBM'lerde kullanılan köpüklerin özelliklerinin killi bir zeminin şartlandırılmasına etkileri

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-07-10) Çınar, Osman Faruk ; Çopur, Hanifi ; 505211008 ; Maden Mühendisliği

Tez çalışmasının temel amacı köpük karakteristikleri (köpük kimyasalı yoğunluğu, köpük yarı-ömrü, köpük plastikleşme etkisi) ile şartlandırma karakteristiği (optimum FIR, penetrasyon, güç tüketimi, yapışma, kesme dayanımı) arasındaki ilişkileri-trendleri incelemektir. Ayrıca, şartlandırma deney sonuçları arasındaki ilişkiler-trendler de incelenmiştir. Deneylerde üç baz köpük, iki aşınma önleyici ve bir anti-kil (yapışma önleyici) köpük kimyasalı kullanılmıştır. Deneylerde kullanılan köpük kimyasallarının özellikleri köpük kimyasalı yoğunluğu, köpük yarı-ömrü deneyleri ve köpüğün plastikleşme etkisi (standart kum-köpük karışımında yayılma tablası) deneyi ile ölçülmüştür. Zemin numunesinin karakteristiklerini belirlemek amacıyla doğal nem içeriği, Atterberg kıvam limitleri (likit ve plastik limitler) ve boyut dağılım deneyleri (elek analizi ve hidrometre) yapılmıştır. Zemin+köpük karışımının karaktersitiklerini belirlemek için güç ve yapışma ölçümlü mikser deneyi, konik penetrometre deneyi ve cep tipi kanatlı kesme (vane shear) deneyi yapılmıştır. Zemin+köpük karışımının karaktersitiklerini ve köpüğün plastikleşme etkisini belirlemek için kullanılan köpükler sabit köpük konsantrasyonunda (Cf = %3), sabit köpük genleşme oranında (FER = 15) ve sabit su içeriğinde (Wn = % 67) üretilerek, köpük enjeksiyon oranı %0 ile %40 arasında değiştirilmiştir. Bu çalışma sonucunda köpük yarı-ömrü arttıkça, yapışma ve kesme dayanımının arttığı görülmüştür. Bu durum kil numunelerde daha düşük yarı-ömürlü (dolayısı ile genellikle daha ucuz) köpük kimyasallarının tercih edilmesi gerektiğini göstermektedir. Ancak, yarı-ömrün çok düşük olması da köpüğün işlevini tam olarak yerine getirememesi riski oluşturabilecektir. Şartlandırma deneylerinin kendi aralarındaki ilişkilere bakıldığında ise yapışma ölçümlü karıştırma deney sonuçları kullanılarak zemin + köpük karışımının kesme dayanımının tahmin edilebileceği görülmüştür.

Gözat

Çıkarma tarihi ile LEE- Maden Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri