açıkocak madenc l ğ nde patlatma

AÇIKOCAK MADENCİLİĞİNDE PATLATMA
Doç. Dr. Deniz MAMUREKLİ5
Fırat TEKİN6
Erkan HAFIZOĞLU
ÖZET
Açıkocak ve taşocaklarında, yeraltındaki cevherin işletilmesi örtü tabakasını oluşturan
kayaçların çoğunlukla uygun patlatma işlemleri kullanılarak gevşetilmesi yapılır. Arzu
edilen patlatma sonuçlarına erişimin, bu işlemi takip eden süreçleri de doğrudan
etkilemesi beklenir. Bu nedenle, çoğu zaman kolay kontrol edilebilen ve bölgeye özel
patlatma programı gereklidir. Bu süreçler sırasında giderek artan patlayıcı tüketimi
patlatma-kaynaklı çevresel etkilerin kontrolünü önemli hale getirmektedir. Oluşan
rahatsızlıklar nedeni ile yapılan şikayetler, patlatma bölgesi çevresindeki yerleşimlerin
artmasına paralel olarak, fazlalaşarak sorumluları bu yan etkiler üzerinde daha sıkı
tedbirler almaya zorlamaktadır. Bu şikayetler ani patlatma şoku, toz ve çoğunlukla yer
sarsıntıları nedeni ile gelmektedir.
Bu makalede, patlayıcılar hakkında özet bilgi, patlatma teorisi hakkında bilgi
verilmektedir. Bunun yansıra, patlatma tasarımı üzerinde etkili, güncel teorik ve pratik
eşitliklerle ilgili, birçok faktör verilmektedir. Patlatmanın sonuç etkileri olarak,
gürültü, toz ve titreşim problemleri ve bu problemlerin kontrolünde alınması gerekli
tedbirler özetlenmektedir.
Anahtar kelimeler: Açıkocak, patlatma teorisi, patlatma tasarımı.
ABSTRACT
In open-pit mines and quarries, mining of ore beneath overlying burden is mostly
performed by the help of appropriate blasting processes in easing of the excavation of
adjacent rock. Reaching to required blast outcomes is expected to affect the succeeding
processes, directly. Therefore an easy control and site specific blast program is
necessary, most of the time. The control of blast-induced impacts on environment
becomes important with ever-increasing consumption of explosives during these
processes. The complaints against the disturbances increase with the same rate of
urbanisation around the blast sites enforcing the responsible executives to take more
stringent actions on these side-effects. These complaints come from instantaneous
blast shock, dust and mostly subsequent ground vibration impacts.
In this article, brief information on explosives, blasting theory and blast-induced
impacts on environment are described. Besides, many effective factors on blast design
related with theoretical and/or practical equations up to date are also given. As
aftermaths of blasting, noise, dust and vibration problems and precautions to control
these problems are summarized.
Keywords: openpit, blast theory, blast design.
5
6
Doç. Dr. Celal Bayar Üniversitesi, SMYO, Soma, 45500 Manisa
Öğr. Grv.Celal Bayar Üniversitesi, SMYO, Soma, 45500 Manisa
1. GİRİŞ
Bütün sektörlerde olduğu gibi madencilik sektöründe de talebi karşılamak amacı ile
üretim artışına olan ihtiyacın büyümesi tipik bir özellik olarak karşımıza
çıkmaktadır. Bu üretim artışının karşılanması için açık-ocak madenciliğinde gittikçe
artan kapasiteli kazı makinelerinin kullanımı tercih edilen bir yöntem halini almıştır.
Bu malzemenin en ekonomik şekilde yüklenmesi ve taşınması işlemleri ise, kazı
makinelerinin yükleme işleminden önce yapılması gerekli olan hazırlık işlerinin çok
daha etkin ve ekonomik olarak yapılmasına ve bu çalışmalardan en fazla yararın
sağlanmasına bağlıdır. Hazırlık aşamasında özellikle sert örtü tabakalarının
kazılabilirliği için kullanılan en temel yöntem "Patlatma İşlemi" yardımı ile kayacın
parçalanarak gevşetilmesi ve kazı makineleri için uygun boyutlu kırılmış kayaç
(pasa) hazırlanmasıdır.
Ayrıca, patlatma işleminin temel bir işlem olması nedeni ile, patlatma ekonomisini
etkileyen her parametrenin aynı zamanda bütün madencilik maliyetlerini de
doğrudan etkilemesidir. Bu nedenle patlatmaya ilişkin yapılacak çalışmalar,
patlatma işleminden en fazla yararı sağlayarak en iyi parçalanmayı elde etmek ve
patlatma sonucu çevreye verilebilecek zararın minimum düzeye indirilmesi
alanlarında yoğunlaşmış durumdadır. Bu nedenle, öncelikle patlatma teorisinin iyi
bilinmesinin yanı sıra patlatma tasarımı ve uygulama konusunda yeterince
deneyimin olması ayrıca önem taşımaktadır.
Bu çalışmada öncelikle patlatma işlemi, patlayıcılar, ateşleme sistemleri hakkında
geriye yönelik bilgiler aktarılmaktadır.
2. PATLAYICI MADDELER
Kimyasal patlayıcı maddeler, ısı, darbe veya sürtünme sonucu çevreden herhangi bir
elemanın, kimyasal katkısı olmadan çok hızlı bir reaksiyona giren, genellikle gaz
ürünler vererek ortam basıncında ani ve yüksek değişimlere neden olan (patlama),
organik veya inorganik bileşimlerdir. Kimyasal patlayıcı maddeleri 3 değişik grup
içersinde sınıflandırmak mümkündür (Tablo 1).
Kimyasal
Patlayıcı Madde
Sınıflandırması
Patlayıcı
Pat. Duyarlılık
Hızı
M/S
PATLAMA ÇEŞİDİNE GÖRE
Kimyasal Formül
Dinamit, RDX,
Yüksek Şiddetli PETN, TNT, C-4
Aseton peroksit
Orta Şiddetli
Amonyum Nitrat
NH4NO3
Çok
Düşük
Nitroselüloz
Düşük Şiddetli
Barut
KNO3 + odun kömürü + S
Pamukbarutu
Yüsek azot içerikli
nitroselüloz
Balistit
nitroselüloz + nitrogliserin +
stabilizatör difenilamin
Yanıcı
Kordit N
Nitroguanidin+nitroselüloz +
nitrogliserin
MATERYAL BİLEŞİMİNE GÖRE
Açıklama
Bir şok veya ısı etkisi ile
tetiklenerek süpersonik hızlarla
yanan, yüksek parçalama etkisine
sahip patlayıcılar
Genelde gübre olarak kullanılan
ancak yüksek şoklarla tetiklenerek
patlayıcı etkisi gösteren genelde
gaz basınçları yüksek patlayıcılar.
Genelde
patlama(detonasyon)
dalgası şeklinde yayılmayan fakat
yanarak (deflagrasyon) kimyasal
sürecilerini
tamamlayan
patlayıcılar. Not edilmesi gereken
bir durum da bazı patlayıcı
maddelerin
heriki
kategoriye
birden dahil olabileceğidir. Örnek
olarak, nitroselüloz ateşlendiğinde
yanar, fakat kuvvetli bir başlatıcı
ile ateşlenirse patlar. Diğer bir
örnek, barut serbest halde
ateşlendiğinde yanarken, muhafaza
altında ateşlendiğinde patlar
Patlama
dalgası
şeklinde
yayılmayan
fakat
yanarak
(deflagrasyon)
sürecilerini
tamamlayan
kimyasallar.
(Dumansız yanıcılar)
roket yakıtı olarak kullanılır, ışık
ve duman çıkarark yanar ve
yüksek hazimde artık gaz ürünü
verir.
Hava taşıtı top mühimmatı olarak
kullanılır.
Barut:
KNO3 + odun kömürü + S
BİR
Amonal:
OKSİTLEYİCİ
İLE BİR YAĞ ANFO:
KARIŞIMLARI
Çedit:
NH4NO3 + Al (toz)
NH4NO3 + fuel oil
ClO3 veya Cl2O5 ve yağ
Dinamit
RDX
GENELDE BİR
DENGELEYİCİ PETN
İLE KARIŞIK
SAF
KİMYASAL
BİLEŞENLER
TNT
C3H6N6O6
8500 Düşük
C5H8N4O12
8300 Orta
C7H5N3O6
C-4
Aseton peroksit
Birincil
Patlayıcılar
Aseton + H2O2 + H2SO4
C9H18O6
7028 Çok
Düşük
Düşük
5300 Çok
yüksek
Stabilizatör olarak SiO2 tozları ve
reçine ile karışık Nitrogliserin
Cyclonite veya gerçek kimyasal
ismi cyclotrimethylenetrinitramin
dir.
RDX
genellikle
diğer
patlayıcılarla karıştırılarak askeri
veya
sivil
amaçlı
diğer
patlayıcıların yapımında, C-4 ve
Semtex, kulanılır.
pentaerythritol tetranitrate alevle
açık havada yanarken küçük bir
şok darbei ile patlayan ve
kapsülerde ve booster olarak diğer
duyarlılığı düşük patlayıcılarla
karıştırılarak kullanılır.
Trinitrotoluen, diğer patlayıcılara
temel teşkil eder.
Askeri amaçlı Plastik patlayıcı
Yüksek şok ve ısı duyarlı olup
profesyonel kimyacılar için bile
yaralanma tehlikesi oluşturur.
MATERYAL HASSASİYETİNE GÖRE
Son derece hassas olup patlatılmaları için çok az enerjiye gereksinim vardır. Genellikle, ikincil
patlayıcıların ateşlenmesini sağlayan başlatıcı olarak kullanılırlar.
7260 Orta
Tetril
C7H5N5O8
Kurşun azid
Pb(N3)2
Cıva fulminate
Hg(ONC)2
4500 Yüksek
4000 Çok
yüksek
4900 Yüksek
Kurşun stefenat
PbC6H(NO2)3O2
?
Tetrazen
İkincil
Patlayıcılar
C2H8N10O
Yüksek
Trinitrophenylmethylnitramine,
patlayıcı gücü TNT den fazla
olmasına
rağmen
genelikle
kararsızdır,
ancak
patlayıcı
kapsüller içinde kullanılabilir.
Patenti ilk olaraka Alfred Nobel
tarafından 1867 de patlatma
kapsülü olarak alınmıştır.
Kurşun trinitroresorcinat olarak da
isimlendirilir ve elektrik akımı
veya alev ile ateşlenmesini
geliştirmek amacı ile genelde
Pb(N3)2 ile birleştirilir.
1-guanyl-4nitrosoaminoguanyltetrazene,
kapsüller için veya patlayıcı olarak
tek başına kullanımı uygun
olmayıp booster olarak veya
capsüllerde
diğer
patlayıcı
maddelerle
karışık
olarak
kullanılır.
Heksanitromanitol (C6H2(NO2)3)2NH
6900 Düşük
DDNP
C6H2N4O5
6900 Yüksek
Diazodinitrophenel
Kısmen hassas olup patlatılabilmeleri için önemli miktar başlatma enerjisi veren detonatörler
gereklidir. Birincil patlayıcılara göre daha fazla güce sahip olduklarından yıkım, parçalama gibi
işlemlerde kullanılırlar.
Dinamit
7028 Çok
Trinitrotoluen, Amatol, pentolit,
Düşük
tetritol, torpex, tritonal, pikratol,
ednatol gibi birçok patlayıcının
TNT
C7H5N3O6
ana maddesidir ve Triton, Trotyl,
Trilit, Trinol ve Tritolo gibi
isimlendirilir.
8500 Düşük
RDX birçok diğer patlayıcı
bileşenleri, hassaslık gidericiler
veya plastiklik verici maddelerin
RDX
Cyclotrimethylenetrinitramin
karışımlarından oluşmuştur ve
askeri amaçlı patlayıcılar için
temel oluşturur.
8300 Orta
Bilinen en kuvvetli patlayıcılardan
biridir. Sürtünme ve şoka karşı
TNT veya TETRİL göre daha
hassas olup asla tek başına
PETN
Pentaerythritoltetranitrat
patlayıcı
olarak
kullanılmaz.
Çeşitli
patlayıcıların
birincil
patlayıcısı
olarak
ve
PRIMAKORD’un
çekirdek
patlayıcısı olarak kullanılır.
HBX-1 ve HBX-3 olarak RDX,
TNT, toz aluminyum, ve Kalsiyum
Klorit karışımlı patlayıcılar olup
HBX
askeri amaçlı roket savaş başlıkları
ve sualtı ordudonatım malzemesi
kullanılır.
Çok
Amonyum Nitrat NH4NO3
Düşük
2,4,6-trinitrophenol Picric acid is
7480 Orta
both a useful explosive compound
Pikrik Asid
C6H3N3O7
and a precursor to other explosives
Today picric acid is more suited to
detonators or booster charges
Yüsek azot içerikli
Pamukbarutu
nitroselüloz
Düşük
En ucuz patlayıcılardan biridir
Jelignit
nitroselüloz un
nitrogliserin içersinde
çözünerek içersine ağaç
tozu ve NaNO3 veya KNO3
ilavesi ile oluşur
ve büyük çapta inşaat ve
madencilik
sektöründe
kullanılmaktadır.
Detanatörsüz patlamaz sadece
yanar. Bu nedenle emniyetle
depolanır. 1875 de Alfred
Nobel,
tarafından
bulunmuştur.
Materyal hassasiyetine göre (kimyasal reaksiyon başlatılabilmesi gerekli olan en az
enerji miktarı); Birincil Patlayıcılar, (örnek:, (, , , ,). İkincil Patlayıcılar, (örnek:, , , , ,
, tetril, , , jelignit) içersinde başlıca iki grupta sınıflandırabiliriz. Bu tip patlayıcılar
aşağıdaki gibi açıklanabilir:
1 Düşük patlatma sonrası basınca sahip olan, yanma sonucu etki gösteren
patlayıcılar
2 Yüksek patlayıcılar, son derece hızlı reaksiyon hızına, yüksek delik içi
basıncına sahip patlayıcılar
2.1. Birincil patlayıcılar; Nitrogliserin, nitrotoluen gibi patlayıcılardır. Bunlar
durağan olmayan bileşikler içerirler ve patlatma duranlılığı yüksek olan
maddelerdir. Kapsüller, başlatıcılar bu gruba girerler.
2.2. İkincil patlayıcılar; Dinamit türü patlayıcılardır. Bu grupta yer alan
patlayıcılar, birincil patlayıcılara ihtiyaç duyarlar.
2.3. Üçüncül patlayıcılar; Kuru patlayıcı maddeler ve sıvı patlayıcı maddeler
bu gruba girerler. Hem birincil hem de ikincil patlayıcılara ihtiyaç
duyarlar. ANFO bu grupta yer alan patlayıcılara bir örnek olarak
gösterilebilir. ANFO; %96 Amonyum nitrat, %4 Fuel-oil'den oluşur.
ANFO çok iyi uygulanırsa dinamitin %60'ı kadar bir etki yaratabilir.
Emniyet ve ekonomi açısından tercih edilir. Normalde patlatıldığında 927
kcal/kg'lık bir enerjiye ulaşılır. İçine alüminyum katılırsa ısıl değeri artar,
1470 kcal/kg'a çıkar.ANFO'nun yoğunluğu 0.9-1.0 arasında değişir.
ANFO'nun verimli bir patlayıcı madde olarak kullanılabilmesi için; homojen bir
mazot karışımı, optimum detonasyon hızını verecek bir yoğunluk ve kesiksiz, akıcı
granüllerden oluşan görünüm özelliklerinin yerine gelmesi beklenebilir.
Bu son özellik için, patlatma amacı ile kullanılacak amonyum nitrat, gerekli
kimyasal maddeler ile kaplanmış, poroz granüller halinde üretilmesi yoluna
gidilmiştir. Yani, amonyum nitrat prilleri kullanımı gündeme gelmiştir. Pril
sisteminin oluşturulması amacı ile amonyum nitrat, 25-30m. Yükseklikteki silindirik
kulelerden su ile karıştırılarak püskürtülür. Isı ve düşmenin etkisi ile buharlaşma
sonucu amonyum nitrat üzerinde delikli, gözenekli bir yapı oluşur. Bu yüzey alanı
çok fazla olan yapıya "pril yapısı" denir. Bu yapı sayesinde, reaksiyon miktarı artar,
kritik çap azalır.
Slurry tip patlayıcı; çok verimli ve güvenli bir patlayıcı olan ANFO'nun tek zayıf
noktasının suya karşı olan dirençsizliği nedeni ile bu dezavantajı ortadan kaldırmak
için kullanılan patlayıcı maddelerdir. Torba haline getirilmiş, pompalanabilir
haldedir. İçine hava kabarcığı da katılabilir. Özellikle sulu deliklerde kullanılan,
etkin bir patlayıcıdır. Dezavantajı; pahalı olması ve kalori değerinin düşük olmasıdır
(760 kcal/kg gibi). Reaksiyon mekanizması daha yavaş olduğu için patlatma basıncı
bir anda gelip geçici değil, daha durağandır. Ayırma gücü çok daha etkindir. Çok
masif, sağlam kayaçlar için değil, orta sertlikteki ortamlarda kullanılır. Slurry tip
patlayıcılarda ana elemanlar; TNT ve sudur. Bu karışıma bazı kimyasal maddeler ve
hava kabarcığı da eklenebilir.
Emülsiyon patlayıcılar; Suya dayanıklı amonyum nitrat esaslı patlayıcı üretebilme
çabaları sonucu gündeme gelmiş olan patlayıcılardır. Bu tip patlayıcıların içeriğinde;
%90 NH4NO3 + H2O solüsyonunun %8 mineral-yağı, wax ve diğer katkı
maddelerinden oluşan karışıma %2 oranında mikro-balon ilave edilerek patlayıcı
özellik kazandırılmıştır. Doğrudan deliğe pompalanabilir yada kartuşlar halinde
kullanılabilir.
Madencilik alanında, patlatma işleminde ilk olarak, barut kullanılmış ve 1800
yılların başlarında emniyet kapsülleri ile barutun patlatılması yoluna gidilmiştir.
Daha sonraki yıllarda, kayacın kırılması, parçalanması için çok daha güçlü
patlayıcılara olan ihtiyaç nedeni ile bu alanda yeni çalışmalar yapılmış ve
nitrogliserin'in patlayıcı olarak
kullanımına başlanmıştır. Bu maddenin duraganlılığı çok düşüktür. Bu nedenle
üretimi kadar kullanımı da çok tehlikeli olduğundan 1864'te Alfred Nobel Dinamit
icadı ile ortadan kaldırılmıştır. Dinamit içinde nitrogliserin yada nitrotoluen ve
amonyum fosfat bulunur.
Bu icadın ardından, daha güçlü ve daha emniyetli olması açısından daha pek çok
patlayıcı madde kullanıma sokulmuştur.
2.1. Patlayıcı Maddelerin Karakteristikleri
Bu karakteristiklerden en önemli olanları şunlardır:
Detonasyon Hızı (VOD):
Patlamanın, patlayıcı içerisinde saniyede metre olarak ilerleme hızıdır. Bu hız çok
büyük deĞerlere sahiptir. 6000 m/sn'yi bulan patlamalar dahi mevcuttur. Özellikle
sert kayaçların parçalanmasında istenilen bir özelliktir. Patlayıcının detonasyon hızı
masif kayaçlarda gevşek kayaçlardakinden daha yüksektir.
Detonasyon hızı aşaĞıdaki eşitlikle hesaplanabilir:
VOD =
305( D − 25)
D: Kritik çap (mm)
0. 51 + 0. 071( D − 25)
Patlayıcı Kuvveti:
Ölçüsü yaptığı faydalı itir. Patlayıcı kuvveti şu faktörlere bağlıdır:
Patlatma basıncı; patlatma sonrası oluşan gaz miktarına bağlı
Asıl kırma özelliği; patlayıcının şok enerjisine bağlı
Patlayıcı kuvveti:
1. Mutlak kuvvet: 100 gram patlayıcının, kimyasal koşullara göre ortaya çıkardığı
jule cinsinden enerji miktarı
2. Bağıl kuvvet: patlayıcının, başka bir madde ile kıyaslanması gerekir. Daha çok
ANFO karşılaştırma ölçüsü olarak kullanılır.
Detonasyon Stabilitesi:
Patlamanın, patlatma deliği boyunca kararlı bir şekilde ilerleme özelliğidir.
Stabilitenin yüksek oluşu kolon içerisindeki diğer patlayıcı şarjlarının da
patlatılmasına yardımcı olur. Kararlılığın düşük olması halinde, kolon boyunca
varolan hava boşluğunun, patlamanın yayılmasını engelleyerek patlatma deliğinde
detonasyonun kesilmesi sonucunu doğurur.
Duyarlılık:
Patlayıcının, patlatılabilmesi için gerekli olan minimum enerji ihtiyacıdır.
Yoğunluk:
Patlayıcı maddenin, litresinin kg. Olarak veya cm3'ünün gram olarak ağırlığıdır.
Patlayıcının yoğunluğu, delikteki şarj konsantrasyonunu belirler. Patlatma dizaynları
için göz önüne alınacak en önemli parametredir.
Suya Dayanıklılık:
Patlayıcının suya dayanabilme yeteneği veya normal olarak patlayıcının daha sonra
patlamak şartı ile su altında kalabileceği süre olarak ifade edilir.
Kullanımda Emniyet:
Patlayıcı maddelerin taşınması ve kullanımı aşamasında hiçbir risk içermemesi
gerekmektedir. Bu amaç ile patlayıcılar üzerinde çeşitli testler yapılarak emniyetlilik
ölçümü gerçekleştirilir.
Patlama Basıncı:
Kayaçların ayrılmasında en önemli parametredir. Yoğunluk ile patlama hızının
karesinin çarpımına eşittir.
Patlama Empedansı:
Patlayıcı empedansı, yoğunluk ile patlama hızının çarpımına eşittir. Patlayıcı ile
kayaç arası enerji transmisyonu sağlayan bir sabittir.
Zep = ρe*VOD
Elde Edilebilecek Enerji Miktarı:
Deliğin bulunduğu ortamın yapısı enerji geçişini engelleyecektir. Ayrıca, gözenekler
de enerji geçişini engeller. Kayaç masif ise, daha iyi bir enerji iletimi gözlenir.
Fay ortamı, çevredeki kırık- çatlak yapıları nedeni ile enerji azalan bir oranda iletilir.
Bu yapılara, ortama göre düzenleme yapmak gerekir.
Kritik Çap:
Özellikle , kuru patlayıcı maddeler için geçerli bir parametredir. Kritik çapı
etkileyen faktörler:
Tanecik boyu
Reaktiflik
Yoğunluk
ANFO için bu çap, 7.5 cm. kadar iner. Tane boyunun azaltılması, toz haline
getirilmesi ile 2.5 cm kadar azaltma yapılabilir. Dizayn çalışmaları için oldukça
önemli bir özelliktir.
2.2. Ateşleme Sistemleri
Patlatma işlemlerinin başarısı, uygulanacak ateşleme elemanları ile ateşleme
yönteminin doğru seçimi ile direkt ilişkilidir. Önceleri, ateşleyici olarak emniyetli
fitiller kullanılmış ve kara barut bu fitiller ile ateşlenmiştir. Dinamitin kullanılmaya
başlaması sonucu, dinamitin emniyetli fitil ile kullanılamaması, şok yaratıcı bir
sisteme ihtiyaç duyulması sonucu cıva fulminatlı kapsüller kullanıma girmiştir.
Bunlar günümüzün modern kapsüllerinin temelini oluşturmuşlardır. Başlıca
ateşleme yöntemleri Tablo 2 de verilmektedir.
2.3. Ateşleme Düzenekleri
Ateşleme düzeneği en iyi zamanı verecek ve en iyi parçalanmayı oluşturacak şekilde
seçilmelidir. Başlıca kullanılan ateşleme düzenekleri:
Köşegensel
V-kesim
Dikdörtgen
3. PATLATMA TASARIMINI ETKİLEYEN PARAMETRELER
Başarılı bir patlatmanın yapılabilmesi için yukarıda anlatılan bütün kısımlar için,
yani; delik düzenekleri, patlayıcı türü, şarj miktarı, ateşleme sistemi, ateşleme
düzeneği ve mekanizması ve sıkılama işlemleri için amaca ve ortam koşullarına en
uygun seçimler yapılarak, bu sonuçlar ışığında dizaynı gerçekleştirmek gerekir.
İyi yapılamayan bir tasarım; neden olur:
Toz kaynağı
Aşırı gürültü
Kaya fırlamaları
Titreşim
Tablo 2 Başlıca ateşleme yöntemleri
Ateşleme
Yöntemi
Ateşleyici
Çeşidi
Açıklama
İnfilaklı Fitil
Elektriksiz
kapsüller
NONEL GT; Kısa gecikme aralıklarında ve saniyenin onda biri yada yarım saniyelik gecikme aralıklarına sahip
olabilirler. Kısa gecikme periyoduna sahip olanları basamak patlatmada, diğerleri tünel patlatmada kullanılır.
Bağlantı ve başlatım işlemleri için NONEL grubu başlatıcıları UB O yada infilaklı fitil kullanılabilir. NONEL UB
O ateşleyicileri, bir ucu kapalı, diğer ucunda kapsül bulunan bir NONEL tüpünden oluşur. İnfilaklı fitil ise az
miktarda patlayıcı madde içerenlerinden (5 g/m gibi) seçilmelidir. Basamak patlatmalarında NONEL tüp fitile bir
multiclip ile bağlanır. Tünel patlatmalarında ise bir NONEL Bunch Connector kullanılır. Standart tüp uzunlukları
4.8, 7.8 ve 15 metredir.
Hercudet
Nonel
UNIDET
Elektromanyetik
Dünyada çok yaygın olarak kullanılan ateşleme sistemlerinden birisidir. Emniyetli fitilden farklı olarak PETN
içerir ve kendiside kapsülle ateşlenir. Sürtünmeye ve çarpmaya karşı hassas değildir. Statik elektrikten etkilenmez.
Bu özelliği nedeni ile, elektrikli kapsül kullanımlarının sakıncalı olduğu ortamlarda ve uygun olmayan hava
koşullarında emniyetle kullanılabilmektedir. İnfilaklı fitil ile ateşlemede, bu ateşleyici için özel geliştirilmiş
gecikme elemanları kullanılır. Gecikme elemanının türüne göre bu gecikme 5-50 msn. Arasında değişebilir.
İnfilaklı fitiller metresinde içerdiği patlayıcı miktarına göre sınıflandırılır.
Bu kapsüller detonatör ile detonatöre bağlı bir plastik tüpten oluşur. Kablo şeklindeki plastik tüp içerisinde
bulunan reaktif madde ile iletilen şok aracılığı ile ateşleme gerçekleştirilmektedir. Sürtünme ve ateşten
etkilenmeyen bu kapsüller özel manyeto ile ateşlenmektedir. Elektriksiz kapsül deliğe yerleştirildikten sonra,
yüzeyde gecikme elemanları kullanılabilir. Bu nedenle gecikme zaman aralıkları değiştirilebilir. Değişik zaman
aralıkları için üretilebilirler.
Gecikmesiz
Adi kapsüllerin yarattığı zamanlama sorununu ortadan kaldırmak ve deliklerdeki patlayıcıları, istenilen zamanda
elektrikli
ve milisaniye mertebesinde aralıklar ile patlatabilmek için, elektrikli kapsüller kullanıma girmiştir.
kapsüller
Yarım saniye
gecikmeli
elektrikli
kapsüller
Mili
saniye
gecikmeli
elektrikli
kapsüller
Nonel GT Özellikle elektriksel kökenli yangınların ve tehlikelerin olası olduğu durumlarda kullanılabilmesi nedeni ile büyük
bir avantaja sahiptir. NONEL ateşleyicisinin fonksiyonu elektrikli-gecikmeli kapsüllerin işlevine benzer ancak
buradaki kabloların ve kapsülün yerini, içinde şokun iletiminin yapıldığı plastik bir tüp almıştır. Plastik tüpün dış
çapı 3mm.'dir. İç kısmı reaktif bir madde ile kaplanmıştır. Bu madde yardımı ile şok dalgası yaklaşık 2000 m/sn
hızla iletilebilir.
En güvenli ve emniyetli ateşlemeler NONEL sistem patlatma makineleri ile gerçekleştirilir. Bu makineler:
HN1; Basit ve elde taşınabilir, sert metal alaşımdan yapılı,
PN1; Basınçlı hava ile çalışan aletlerdir.
NONEL
Elektrikli Ateşleme
Elektriksiz Ateşleme
Emniyetli Fitil Eski bir ateşleme yöntemidir. İlke olarak, kapsül içindeki birincil şarjı alevle patlatmaya dayanır. Bu adi kapsülün
(Adi kapsül) kullanımında, deliklerin düzenli bir sırada patlatılmasına olanak yoktur. Gecikme uygulanamaz.
Bu sistem ile sınırsız sayıda gecikme periyodu sağlanabilir. Sistem, 500 msn'lik gecikmeli bir detonatör ve 17, 25
ve 42 msn. gecikmeli yüzey NONEL bağlantıları içerir.
Bu sistemin temel elemanı, 500 msn. gecikmeli U500 olarak bilinen detonatördür. Standart tüp uzunlukları, 4.8,
6.0, 7.8 ve 15.0 m'dir.
Sistem gaz ile çalışmaktadır. Gaz; %60 hava + %40 gaz karışımı şeklinde kullanılmaktadır. Gaz, CH ve H 'den
4
2
oluşur.
Kaçakların önlenmesi amacı ile bir koku mekanizması kurulmuştur. Sistem başlıca dört aşama içerir:
Bağlantı aşaması; Seri ve paralel bağlama yapılabilir.
Nitrojen veya hava ile akış basıncı (flow pressure) ve kaçakların test edilmesi
Şarj işlemi; Borulara gaz verme işlemi
Ateşleme; Gaz herhangi bir ateşleyici ile ateşlenir.
Detonasyon sonrası 2400 m/sn'lik dalgalar iletiliyor. Gecikme doğal olarak sağlanıyor.
Buraya kadar görülen sistemler, direkt olarak iletim mekanizması ile patlatılan sistemlerdi. Yeni geliştirilen
metotlar ise "Elektromanyetik Ateşleme Metotları" dır. Bunlardan bazıları:
Elektromanyetik alan özelliklerinden yararlanılarak geliştirilen bir sistemdir. Œu birimlerden oluşur:
Osilatör (frekans yayıcı)
Nissan RCB
Mercek şeklinde bir anten (frekans verici)
Sistemi:
Frekansları alan sarımlar (coil)
Sistemde, kapasitör ile 550 Hz.'lik bir manyetik alan yaratılıyor. Bu alan frekans olarak patlatma yapılacak alana
iletiliyor ve burada, elektrik akımına çevriliyor. Bir diot yardımı ile alternatif akım doğru akıma çevrilerek
kondansatörde sığalanır. Belirli bir değerden sonra patlatma gerçekleşir.
Sistemin dezavantajı; gecikmenin uygulanamamasıdır. Dolayısıyla, vibrasyona dikkat edilmelidir.
Magnedet
Nissan RCB sistemine benzer ancak daha yüksek frekanslar kullanılır (KHz düzeyinde). Doğru akımla patlatma
Sistemi:
yapılması nedeni ile kaçaklara karşı emniyetlidir. Bu sistem için gecikme uygulanabilir.
Hem çevreye zarar vermeleri açısından hem de patlayıcı enerjisinin boşa harcanması
bakımından, bu problemlerin önüne geçmek gerekir.
Patlatma tasarımında etken olan önemli diğer faktörlerden bazıları şunlardır:
İstenilen Fragmantasyon Ölçüsü:
Kullanılan patlayıcı miktarı ve dilim kalınlığına bağlıdır. Dizaynı etkileyen
parametrelerden birisidir. Fragmantasyon derecesi, yükleme-taşıma ekipmanının
boyutlarına göre ayarlanır. Gücü düşük olan patlayıcılar için, dilim kalınlığı ve
delikler arası mesafe daha fazla olmalıdır. Büyük dilim kalınlığı ve delikler arası
mesafe, daha büyük kaya fragmantasyonu oluşturur. Bu durumda delme maliyeti
azalır. Ancak, daha büyük blokların yüklenme-taşınması gerekeceğinden, yükleme
ve taşıma ekipmanlarının bakım-onarım maliyetleri artacaktır. Maliyetlerin
optimizasyonu gerekir.
Delik Çapı:
Delik çapı seçiminde; jeolojik ortamın özelliği, arzu edilen fragmantasyon derecesi
ve delme maliyeti önemlidir. Çok az süreksizlik içeren kaya kütlesini parçalamak
için küçük çaplı fakat daha küçük delikler arası mesafeye sahip düzeneklerin
kullanılması halinde, daha küçük kaya fragmantasyonu elde edilir. Yani, delik sayısı
artırılarak kaya fragmantasyon boyutu değiştirilebilir.
Patlatma dizaynı yapılırken, serbest yüzeyden en fazla yararlanmak amacı ile sıralar
arası mesafe eşit iken, ilk sıra delikler ile ayna arası mesafe biraz daha fazla tutulur.
Düzgün ayna oluşturulabilmesi amacı ile splitting adı verilen, daha küçük delikler
delinir. Bu delikler ayna sınırlaması amacı ile basamağın en sonunda yer alır.
Daha düzgün bir aynanın oluşturulabilmesi için kullanılan bir diğer yöntem ise Hava
Yastıklı Patlatma (Air Cushion Blasting) yöntemidir. Bu yöntemde, havanın
sıkıştırılması prensibi kullanılarak daha az patlayıcı kullanılarak, daha iyi bir ayna
stabilitesi sağlanmaya çalışılır.
4. PATLATMA TEORİSİ:
Patlatma, çok hızlı yanma ve yüksek basınçlı gazların oluşumu ile gerçekleşir.
Patlatmanın meydana geldiği noktadan başlayarak çeşitli zonlar oluşur.
Patlatmada amaç; stres ortamı yaratarak kayaçların çekme dayanımını artırıp,
mümkün olduĞunca azenerji harcayarak kayacı kırmaktır. Kayacın dayanımı
arttıkça çatlak oluşumu artar. Darbe miktarı çatlakla doĞru orantılıdır ve şişme
özelliĞine baĞlıdır. Çatlak yapılarının oluşumu gaz basıncına deĞil, şoka baĞlıdır.
Kayaç patlamadan başlıca üç aşamada etkilenir:
İlk aşama, patlatmanın olduğu noktadan başlar ve delik duvarlarındaki kırılmalar ile
genişleme oluşur.Bu zona, Oluşum bölgesi yada patlatma boşluğu adı verilir. İkinci
aşama, patlatma boşluğunun hemen etrafını saran kısımdır. Kompresyon gerilim
dalgası, kayaç içinde ses dalgaların yayılma hızına eşit hızda, delikten her yöne
doğru yayılır. Bu dalga, serbest kayaç yüzeyine karşı yansıdığında, kaya kütlesi ile
serbest yüzey arasında çekme gerilimlerine neden olurlar. Kayacın çekme
mukavemeti geçildiğinde, kayaç kırılır. Bu zona, geçiş bölgesi adı verilir. Bu bölge
içinde de bazı alt-bölgeler yer alır.
Şekil 2. Delik çevresindeki bölgeler
Bunlar; ufalanma ve çatlak bölgeleridir. Teoride, geçiş bölgesi patlayıcı tarafından
yaratılan yüksek düzeydeki basıncın ani olarak düştüğü noktada başlar. Ani düşüş
enerjisinin şok dalgaları, plastik akma, ufalanma ve çatlama gibi olaylara neden olur.
Çatlaklar, ışınsal uzantılara sahiptir. Üçüncü aşamada, serbest hale geçen gaz büyük
bir basınç ile çatlak yapılarına girer ve çatlakları genişletir. Eğer patlama deliği ile
serbest yüzey arasındaki mesafe doğru olarak hesaplanmış ise, bu arada yer alan
kaya kütlesi ileri doğru hareket edecektir. Bu bölgelerin bitiminde, katı ortamın
sismik tahribattan sonra, orijinal yapısına döndüğü bölge başlar (Sismik bölge). Asıl
gözlemler bu bölgede yapılır. Ölçümlerde; genlik ve frekans ölçümleri ve bu
değerlerin patlatma yerinden itibaren nasıl değiştiği saptanmaya çalışılır.
4.1. Sismik Dalgalar ve Özellikleri:
Patlatma sonucu yer katmanı içinde, deliğin hemen çevresinde, basınç dalgaları
oluşur. Bu dalgalar yayılmaya başlar, patlatma noktasından uzaklaştıkça stabiliteye
ulaşır ve Sismik dalga (titreşim dalgası) adını alır. Sismik dalga hareketi, katı, sıvı ve
gaz ortamlarda dalganın birim zamana meydana getirdiği sıkıştırma etkisinin ortaya
koyduğu, yerdeğiştirme özelliğidir. Dalga hareketi ile enerji iletimi sağlanır. Böyle
bir taşınımın gerçekleştirilmesi, ortama uygulanan başlatıcı ve ortamın tanecik
yapısının sapmasına neden olan kuvvetler ile sağlanır. Taneciklerin yerdeğiştirme
hareketi, kohezyon kuvvetini aşarsa elastik olmayan (geri dönüşsüz), bağ kuvvet
sınırları arasında kalıyorsa elastik bir deformasyona neden olur. Elastik bir dalga
hareketi sonunda kütlesel bir nakil yoktur. Sadece ortamı oluşturan hareketin denge
durumundan sapması ile oluşan bir enerji geçiş hareketi sözkonusudur. Böyle bir
geçişte iki tür hız rejimi vardır:
Meydana gelen sismik dalganın, ortamın yoğunluğu ile ilgili olarak, ortamdan bağıl
geçiş hızı (dalganın kendi hızı)
Dalganın geçişi sırasında, dalga enerjisi ile oluşan tanecik salınımı (ppv; tanecik
hızı). Bu hız lokal olarak tespit edilir. Aşağıdaki eşitlik ile hesaplanabilir:
−n
 D 
 * Empirik * e −αD
ppv = K * 
 W
D : Mesafe, patlatma noktası ile algılayıcı arası uzaklık
W: Bir anda patlayan deliklerdeki şarj miktarı (en az 9 ms altındaki patlama
aralıkları tek patlama kabul edilir)
n: Bölge jeolojisine bağlı sabit
K: Enerji iletim sabiti (patlayıcı dizaynına bağlı sabit)
α, Jeolojik faktörlere bağlı bir sayıdır. Dalganın ortamdan geçerken enerjisinin
azıldığını göstermesi bakımından negatif işaretlidir.
Enerji yayınımı için etkin parametreler şunlardır:
Ortamın sönümlenme katsayısı
Jeolojik yapı
Dalga türü
Ortamdaki süreksizlikler
Frekans
Dalga geliş açısı
Başlatıcı kaynağın kuvveti
Sismik dalga ilerlemesinin iki türü vardır:
Yüzey dalgaları: Yer yüzeyinden ilerleyen dalgalar
Yapısal dalgalar: Yer katmanlarından yayılan dalgalar
Yapısal Dalgalar: Bünye dalgaları adını verdiğimiz Primer ve Sekonder dalgalar (P
ve S- dalgaları) bu grup içinde yeralır.
P-Dalgaları: Her tür dalganın başlangıcı primer dalgalardır. Bunlara kompresyon
dalgaları adı da verilir. Frekansları 50 Hz'in üzerinde, hızları ise 5000-6000 m/sn
aralıĞındadır.
Taneciklerin sıkıştırılması ile oluşurlar. Bu nedenle primer
dalgalar adını alırlar. Kayıt merkezlerine ilk olarak ulaşan dalgalardır. Hız eşitlikleri
aşaĞıdaki gibidir:
Vp =
4
B+ G
3
ρ
(m/sn)
B: Bulk modülüs
ρ:YoĞunluk (kg/m3)
G: Rijidite modülü (Pa)
P-dalgaları, her ortamda yayılabilir.
S-Dalgaları: Frekansları 30-40 Hz olan, hızları P-dalga hızlarının 2/3'ü oranında
olan ve kayıt merkezlerine ikincil olarak gelen dalgalardır. Yayılma doĞrultusuna
dik düzlem üzerinde hareket eden dalgalar olmalarıdır. Hız eşitlikleri şu şekildedir:
Vs =
G
ρ
Gevşek moleküler yapıya sahip olan ortamlarda (hava ve su gibi) gözlenemezler.
Katı cisimlerin düzlem kısımlarında ilerlerler. Birbirinden uzaklaştırıcı bir harekete
sahip olmaları nedeni ile daha çok koparıcı, çatlatıcı bir özelliĞe sahiptir.
Patlatmada serbest yüzey bırakılmasının sebebi de, P-dalgalarının S-dalgalarına
dönüşümünün saĞlanmasıdır. S-dalgaları kayaç içerisinde her yönde ilerleyebilirler.
Yüzey dalgaları:
Rayleigh dalgaları (R-dalgaları)
Love dalgaları: Yatay hareketin sözkonusu olduĞu dalgalardır.
Hidrodinamik dalgalar (H-dalgaları)
Couple dalgalar (C- dalgaları)
R-Dalgaları; Tanecik hareket şekline baĞlı olarak, eĞik silindir şeklinde bir dalga
yapısı oluşur. Hızları, ortamın özelliklerine baĞlı olarak 800-1600 m/sn arasındadır.
Frekansları çok düşüktür. Bu nedenle , düşük frekanslarda enerji daha iyi korunur
prensibinden hareketle, ençok zarara neden olan dalga türleridir. DoĞal frekans ile
oldukça
uyumludur. Dalga enerjisi çok uzaklara kadar taşınabilir.
5. SONUÇLAR
Açık ocak madencilik metotlarına olan talebin her geçen gün artmasına bağlı olarak,
patlatma sistem ve teorisi konusunda yapılan çalışmalarda her geçen gün
artmaktadır. Bu çalışmada da gördüğümüz gibi özelikle ateşleme yöntemlerine
ilişkin çok önemli gelişmeler elde edilmiştir.
Ayrıca, patlatma teorisi tam olarak açıklanamasa bile büyük ölçüde ortaya
konulabilmiştir.Günümüzde yapılan çalışmalar daha çok, patlatmanın çevreye
verebileceği hasarları en aza indirmek ve aynı zamanda da bu yolla boşa harcanan
patlatma enerjisinden yararlanabilmek konusunda yoğunlaşmıştır. Yapılacak bütün
tasarım çalışmalarında, bu yeni gelişmeler de göz önüne alınarak, ortam koşullarına,
elde bulunan sermayeye yapılacak optimum bir seçim yapılmalıdır.
6. KAYNAKLAR
1. ERKOÇ, Ö.Y., “Kaya Patlatma Tekniği”, Patlatma Teknikleri Seminer Notları,
İstanbul- M.K.E.K. Barutsan A.Ş., 1990.
2. OLOFSON, S.O., “Applied Explosives Technology for Costruction and
Mining”, 1991.
3. MAMUREKLİ, D., “Blast-Induced Ground Vibration Modelling in Open-Pit
4.
5.
Mines”, Doktora Tezi, Nottingham-UK, 1993.
MAMUREKLİ, D., “Açık-ocak Madenciliğinde Patlatma ve Çevresel Etkileri”,
Yüksek Lisans Ders Notları, 1996.
TÜRKOĞLU, A.V., “Patlatmanın Yeraltı ve Yerüstü Yapıları Üzerindeki
Etkileri”, Bitirme Ödevi, HÜ 1985.