LEE- Maden Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

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

Gözat

Konu "Açık ocak madenciliği" ile LEE- Maden Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    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.
  • Öge
    Basamak patlatmasında tasarım parametrelerinin patlatma verimliliği ve çevresel etki açısından değerlendirilmesi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Akyıldız, Özge ; Hüdaverdi, Türker ; 723965 ; Maden Mühendisliği
    Patlatma işlemi taş ocaklarında üretimin ilk adımı olduğu için kendisinden sonra gelen tüm aşamaları büyük ölçüde etkilemektedir. İşlemin amacı kaya kütlesini kırıcıya beslenecek ölçüde küçük parçalara ayırmaktır. Patlatma sonrası oluşan yığının boyutu ortalama parça boyutu ile temsil edilir. Ortalama parça boyutu yığındaki malzemenin yüzde ellisinin geçtiği elek açıklığı olarak tanımlanır ve genellikle görüntü işleme yazımları kullanılarak tespit edilir. Parça boyutunu etkileyen değişkenler kontrol edilebilen ve kontrol edilemeyenler olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Verimin maksimum düzeyde olması için kontrol edilemeyen değişkenlerin iyi şekilde belirlenmiş ve delik çapı, dilim kalınlığı, sıkılama mesafesi gibi kontrol edilebilen değişkenlerin buna göre seçilmiş olması gerekir. Kaya kütlesi patlayıcı madde marifetiyle parçalara ayrılırken titreşim, hava şoku ve kaya savrulması gibi bazı çevresel etkiler meydana gelir. Bu etkiler içerisinde özellikle titreşim büyük şehirlerde ve yerleşim yerlerine yakın ocaklarda endişe sebebi olmaktadır. Patlatma kaynaklı titreşimlerin uzak mesafelere kadar iletilebilmesi ve yapısal hasar verme olasılığı sebebiyle patlatma tasarımının sadece parçalanma değil çevresel etki de dikkate alınarak yapılması gerekir. Patlatma kaynaklı titreşimin yoğunluğunu etkileyen anlık şarj ve atım noktası ile ölçüm noktası arasındaki mesafe olmak üzere başlıca iki parametre vardır. Özel sismograflar yardımıyla ölçülen titreşimlerin hasar verme kapasitesi parçacık hızı ve frekans değerine bağlıdır. Dünyada birçok kurum tarafından güvenli parçacık hızı ve frekans değerleri tanımlanmış olup genellikle yüksek frekans değerlerinde yüksek parçacık hızına izin verilir. Örnek olarak, Endonezya standardı beş farklı yapı tipi tanımlayarak her biri için ayrı limit değeri getirmektedir. Alman, İsviçre ve İspanyol standartları yapıları üç gruba ayırarak daha az karmaşık bir sınıflandırma olanağı sunmaktadır. Bunun yanı sıra Brezilya ve Toronto standardı gibi bazı hasar kriterleri frekans değişimini dikkate almamaktadır. Son yıllarda patlatma kaynaklı titreşimleri ve parça boyutunu tahmin etmek amacıyla birçok çalışma yapılmıştır. Ancak bu çalışmaların büyük çoğunluğu sadece bir noktaya odaklanmaktadır. Bazı modeller sadece parçalanma tahmini yaparken diğerleri titreşim veya kaya savrulmasına odaklanır. Ancak hem parça boyutu hem de çevresel etkiye birlikte odaklanan bir çalışmaya ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada parça boyutunu ve parçacık hızını tahmin eden iki bağımsız model kurulmuştur. Modellerin kurulumu uyarlamalı ağ tabanlı bulanık çıkarım sistemi (ANFIS) yardımıyla yapılmıştır. ANFIS modellerinin mimarisinde genellikle göz ardı edilen ancak hem parça boyut dağılımında hem de titreşim yoğunluğu üzerinde oldukça etkili olan, katılık oranı bağımsız değişken olarak rol oynamaktadır. Katılık oranı basamak boyunun dilim kalınlığına oranı olarak tanımlanır. İstanbul gibi agrega ihtiyacının hızla değiştiği kentlerde ocaklardaki basamak yükseklikleri de değişebilmektedir. Bunun yanında tasarım parametrelerinin sabit kalması katılık oranını değişken hale getirir. Bu sebeple titreşim ve parçalanma üzerinde etkisi oldukça büyük olan katılık oranı ilk bağımsız değişken olarak seçilmiştir. Parçalanma modelinde diğer bağımsız değişken parçalanma üzerinde bir hayli etkili olan özgül şarjdır. Parçalanma tahmini regresyon analizi ve parça boyutunu tahmin etme amacıyla üretilmiş ilk denklem olan Kuznetsov denklemi ile yapılabilmektedir. Kurulan ANFIS modelinin başarısını ölçmek amacıyla hem regresyon analizi hem de Kuznetsov denklemi ile karşılaştırma yapılmıştır. ANFIS titreşim modelinde de daha önce değinilen sebeplerden ötürü katılık oranı ilk bağımsız değişken olarak seçilmiştir. Titreşim modelinde ikinci bağımsız değişken ise Hint standardında belirtilen ölçekli mesafe denklemidir. Her iki model de yalnızca iki bağımsız değişken içermektedir. Literatür araştırmasında görülmüştür ki mevcut parçalanma ve titreşim modellerine gereksiz birçok parametrenin dahil edilmesi ile modeller karmaşık ve kullanımı zor bir hale getirilmektedirler. Bu çalışmanın amacı parçalanma ve titreşimi aynı anda tahmin ederken bir yandan da sahada kullanılabilen modeller üretmektir. Dolayısıyla, bağımsız değişkenler İstanbul Cendere havzasında bulunan Akdağlar Madencilik A.Ş. ye ait agrega ocağında gerçekleştirilen arazi çalışmaları dikkate alınarak seçilmiştir. Bu çalışma kapsamında kurulan ANFIS titreşim modelinin başarısı hem regresyon analizi hem de geleneksel titreşim tahmin modelleri ile karşılaştırılarak analiz edilmiştir. Literatür araştırması sırasında mevcut modellerin genellikle kabaca ve sadece R2 veya mutlak hata ölçütleri dikkate alınarak değerlendirildiği görülmüştür. Ancak bu iki ölçütün yeterli olmadığı ve bazı dezavantajlar oluşturabileceği bilinmektedir. Bu sebeple her iki ANFIS modeli de mutlak, yüzde, simetrik ve ölçekli hata ölçütleri hesaplanarak detaylı olarak irdelenmiştir. Bu tezin ikinci aşamasında yapay sinir ağları ile modelleme yapılmış ve parçacık hızı ile frekans değerleri birlikte tahmin edilmiştir. Modelde bağımsız değişkenler ölçüm mesafesi, anlık şarj, dilim kalınlığı ve delikler arası mesafedir. Mevcut YSA modelinde bir gizli katman ve on üç nöron bulunmaktadır. Model kurulumu toplam 86 veri ile yapılmıştır. Son olarak ise 28 yabancı veri ile modelin test aşaması gerçekleştirilmiştir. Patlatma kaynaklı titreşimlerin hasar verme olasılığının sadece parçacık hızıyla değil baskın frekans ile de ilişkili olduğuna değinilmişti. Bu kapsamda YSA modeli ile tahmin edilen 15 titreşim verisi çeşitli yapısal hasar grafikleri ile sınıflandırılarak modelin başarısı test edilmiştir. Sonuç olarak neredeyse tüm titreşim verilerinin yapısal hasar kriterlerine göre aynı bölgede sınıflandırıldığı görülmüştür. Böylece mevcut YSA modelinin basamak patlatması tasarım parametreleri ve ölçüm mesafesi dikkate alınarak başarılı bir kestirim yapabildiği kanıtlanmıştır. Sahada çalışan mühendislerin, mevcut model yardımıyla, atım öncesinde planlanan parametrelerin hasar riski oluşturup oluşturmadığını analiz etmesi mümkün olabilecektir. Bu araştırma kapsamında odaklanılan diğer bir konu ise patlatma kaynaklı titreşimlere insanların verdiği tepkilerdir. Konu üzerinde oldukça az çalışma yapılmış olup gerekli özenin gösterilmediği düşünülmektedir. İnsan tepkileri özellikle büyük şehirlerde yerleşim yerlerine yakın ocaklar için sorun teşkil etmektedir. Patlatma kaynaklı titreşimlere verilen tepkiler genellikle hasar olasılığından değil titreşimin hissedilmesi sebebiyledir. İnsan tepkileri aynı yapısal hasarda olduğu gibi sadece parçacık hızına değil frekans değerine de bağlıdır. Yüksek parçacık hızları için frekans değeri arttıkça tahammül edilebilirlik de artar. Literatürde mevcut iki grafik yoluyla YSA modeli ile test edilen on beş titreşim verisi insan tepkilerinin kestirilmesi için kullanılmıştır. Bu aşamada insan tepkilerinin yaşa, sağlık durumuna, vücut pozisyonuna ve eğitim gibi değişkenlere de bağlı olduğu belirtilmelidir. Taş ocakları genellikle küçük ölçekli atımların yapıldığı ocaklardır. Mevcut modellerin daha büyük ölçekli üretim yapılan kömür ve metal madenlerinde denenmesi ile daha büyük delik çapları ve daha yüksek parçacık hızları için modellerin değerlendirilmesi mümkün olacaktır. Ayrıca çeşitli araçlar yardımıyla arayüz oluşturulabilirse modellerin kullanımı daha da kolaylaştırılabilir.