Jeoteknik ve yapısal unsurların maden planlamasına etkisi

Abstract

Şev stabilitesi, açık ocak madenciliğinde önemli bir konudur ve şevlerin güvenli ve ekonomik şekilde tasarlanması için çeşitli analizler yapılır. Bu analizler, jeolojik, hidrojeolojik ve malzeme koşullarının belirlenmesi gibi ön analizler ve şev duraysızlığının özelliklerinin araştırılması gibi ayrıntılı analizleri içerir. Şev stabilitesi analizlerinin başlıca amaçları arasında şevlerin duraylılığının araştırılması, şev tasarımı parametrelerinin belirlenmesi, kayma mekanizmasının belirlenmesi ve duraylılığı arttırıcı yöntemlerin geliştirilmesi yer alır. Şev duraylılığı, çeşitli faktörlere bağlıdır. Öncelikle, şevin geometrik özellikleri, yani yüksekliği ve açısı, duraylılığı doğrudan etkiler; daha dik ve yüksek şevler kayma riskini artırır. Ayrıca, kaya içindeki süreksizliklerin eğimi ve yönü, şevin kinematik davranışını belirlerken, süreksizliklerin boyutu ve sıklığı da stabiliteyi etkiler. Yeraltı suyu koşulları da önemli bir rol oynar; çatlak ve boşluk suyu basıncı, kayma mukavemetini azaltabilir; çatlakları doldurarak ve donarak da şev stabilitesini olumsuz etkileyebilir. Yeraltı suyu koşullarının şev stabilitesi üzerindeki etkileri, özellikle boşluk suyu basıncının kayma mukavemetini azaltıcı rolü üzerine yapılan çalışmalarla vurgulanmıştır (Terzaghi, 1943; Duncan & Wright, 2005). Malzeme özellikleri açısından, kohezyon ve içsel sürtünme açısı, şevin güvenlik katsayısının hesaplanmasında kritik öneme sahiptir. Malzemenin yoğunluğu da stabiliteyi etkileyen bir faktördür. Ek olarak, patlatma sonrası oluşan sismik ivme, kaya kütlesinin dayanımı, iklim koşulları ve zaman gibi diğer etkenler de duraylılık analizlerinde göz önünde bulundurulmalıdır. Bu tüm faktörler, mühendislik uygulamalarında dikkatlice değerlendirilmelidir. Şev stabilite analiz yöntemleri, şevlerin güvenliğini değerlendirmek için çeşitli teknikler kullanır. Bu yöntemler arasında ampirik yöntemler, gerilme analiz yöntemleri, limit denge yöntemi, stereografik izdüşüm yöntemi ve fiziksel model yöntemleri yer alır. Ampirik yöntemler, deneysel verilere dayalı olarak geliştirilmiş yöntemlerdir ve gerçek gözlemler ile saha verileri kullanılarak stabilite tahminleri yapılır. Gerilme analiz yöntemleri ise fotoelastisite ve sonlu elemanlar yöntemi gibi tekniklerle, kayaların içindeki gerilme dağılımlarını inceler. Ampirik yöntemler, geçmiş saha verilerinden elde edilen deneyimlere dayanarak pratik şev tasarımı için güçlü bir araç sunar ve mühendislik uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır (Read & Stacey, 2009). Limit denge yöntemi, şevin stabilitesinin sınır koşullarını belirler. Bu yöntemde, kaymaya karşı koyan kuvvetler ile kaymaya neden olan kuvvetlerin dengelenmesi analiz edilir. Stereografik izdüşüm yöntemi, şevlerin geometrik analizinde kullanılır ve süreksizliklerin etkilerini değerlendirmek için grafiksel bir yaklaşım sunar. Fiziksel model yöntemleri ise, hareketsiz ölçekli model ve hareketli (kinematik) model yöntemlerini içerir; bu yöntemler, gerçek şev davranışlarını taklit etmek için fiziksel modeller kullanır. Şev stabilite analizlerinde hesaplanan güvenlik katsayısı (FoS), kaymaya karşı koyan kuvvetlerin kaymaya neden olan kuvvetlere oranıdır. FoS değeri 1.0 olduğunda, şev duraysızlık durumundadır ve bu koşul limit denge koşulu olarak adlandırılır. Limit denge yöntemleri, şev stabilite analizlerinde en yaygın kullanılan tekniklerden biri olup, kayma kuvvetleri ve direnci arasındaki dengeyi değerlendirme açısından kritik bir rol oynamaktadır (Bishop, 1955). Örnek olarak, bu tez çalışmasında konu edilen Kuşçamı açık ocak işletmesinde yapılan bir çalışmada, basamak geometrileri ve genel eğim açıları şev stabilite prensiplerine göre boyutlandırılmıştır. Bu analizler, jeoteknik veriler kullanılarak gerçekleştirilmiş ve güvenli bir şev tasarımı için kritik bir adım olmuştur. Çalışma sahasının jeolojisi, Batı Anadolu'da Büyük Menderes Grabeni ile Milas-Yatağan arasında yer alan bir alanı kapsamaktadır. Bu alanda Prekambriyen yaşlı gözlü gnays, granitik gnays, mikagnays ve metagabro gibi çeşitli metamorfik birimler bulunmaktadır. Ekonomik açıdan önemli olan feldspat ve kuvars yatakları, granitik gnayslar içinde yer alır. Arazi gözlemleri, ocak sahasında farklı yönelimli ana kırık hatları ve foliasyon düzlemleri tespit edilmiştir. Çalışma sahasının jeoteknik yapısı açısından, güvenilir bir jeoteknik veri tabanı oluşturulması, şev stabilite çalışmalarının temelini oluşturmaktadır. Bu bağlamda, sürekli zeminlerde Mohr-Coulomb yenilme kriteri, çatlaklı kaya kütlelerinde ise genelleştirilmiş Hoek-Brown yenilme kriteri kullanılmaktadır. Açık ocak sahasında yapılan jeolojik kesit çalışmaları, sahada karşılaşılan birimlerin tespit edilmesine olanak tanımaktadır. Ayrıca, mevcut sondajlar değerlendirilerek jeolojik dayanım indeks (GSI) değerleri belirlenmiştir. İşletme'nin mevcut basamak geometrisi, basamak yüksekliği 12 m, basamak açısı 60°-40°, basamak genişliği 8 m olacak şekildedir. Bu geometri uygulama pratikleri açısından kıymetli olup, bu geometrinin uygun olduğu birimlerde herhangi bir revizyon yapılmaması yoluna gidilmiştir. Ancak, sahada geometriye uygun olmayan birimlerde değişim yoluna gidilerek, düşük olan güvenlik katsayılarının kabul edilen sınırlara getirilmesine çalışılmıştır. Bu amaca yönelik olarak, basamak yükseklikleri 12 m kalacak şekilde basamak açılarının düşürülmesi ve jeoteknik basamak oluşturulması yoluna gidilmiştir.