T.C. SELÇUK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ - PDF
Download "T.C. SELÇUK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ"
1 T.C. SELÇUK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ TKĐ-GLĐ-ILGIN LĐNYĐT ĐŞLETMESĐ ÇG-1 PANOSUNDA ĐNKLĐNOMETRE VE MANYETĐK OTURMA KOLON ÖLÇER CĐHAZLARI ĐLE ŞEV DURAYSIZLIĞININ ĐZLENMESĐ Murat MIH YÜKSEK LĐSANS TEZĐ Maden Mühendisliği Anabilim Dalı Temmuz KONYA Her Hakkı Saklıdır
4 ÖZET YÜKSEK LĐSANS TKĐ-GLĐ-ILGIN LĐNYĐT ĐŞLETMESĐ ÇG-1 PANOSUNDA ĐNKLĐNOMETRE VE MANYETĐK OTURMA KOLON ÖLÇER CĐHAZLARI ĐLE ŞEV DURAYSIZLIĞININ ĐZLENMESĐ Murat MIH Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Maden Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Doç. Dr. Đhsan ÖZKAN 2011, 138 Sayfa Jüri Doç. Dr. Đhsan ÖZKAN Doç. Dr. Alpaslan TURANBOY Yrd. Doç. Dr. Celal AĞAN Açık ocak madenciliğinde ekonomi ve işletme güvenliği açısından şev tasarımı önemli bir yer tutmaktadır. Şev duraysızlığı can ve mal kayıplarına neden olabilmektedir. Açık ocak madenciliği sırasında şevin sürekli izlenmesi gerekir. Bu projenin planlandığı gibi sürdürülmesi için zorunludur. Bu tez çalışmasında, TKĐ-GLI-Ilgın Linyit Đşletmesi maden ocağı doğu şevinde görülen şev duraysızlığı yerinde ölçümlerle izlenmiştir. Şevde iki ayrı sondaj kuyusu yerinde ölçümler için açılmıştır. Yatay ve düşey deformasyonlar 7 ay boyunca sondaj kuyuları kullanılarak izlenmiştir. Saha ölçümleri inklinometre ve manyetik kolon ölçerler yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Sahada ayrıca aynı zaman süresince jeodezik ölçümler yapılmıştır. Ayrıca kaya malzemesi ve kaya kütle davranışını belirlemek amacıyla bazı kaya mekaniği deneyleri yapılmıştır. Ölçüm kuyularının Güney-Batı yönünde hareket ettiği belirlenmiştir. Bir başka değişle şevde ölçülen deformasyonların maden ocağının dip noktasına doğru olduğu anlaşılmıştır. Kuyuların 5. metresinde ölçülen en büyük deformasyonun yaklaşık 5-10 mm olduğu belirlenmiştir. Kuyuların bu noktalarından geçen bir dairesel kayma düzleminin olduğu tespit edilmiştir. Şev için ayrıca bu çalışmada duraylılık analizleri de yapılmıştır. Görgül analizler sonucunda güvenlik katsayısının 1 den az olduğu (F < 1) yanı şevin güvenli olmadığı belirlenmiştir. Görgül analizler yanında PHASE2 yardımıyla sayısal çözümleme yapılmıştır. Sayısal analiz sonucunda şevde dairesel kayma düzleminin olduğu ve şevin yenildiği anlaşılmıştır. Yerinde ölçüm sonuçları ile sayısal çözümleme sonuçlarının örtüştüğü ancak PHASE2 programının ön gördüğü deformasyonların daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Görgül şev analizi, Đnklinometre, Kaya kütle sınıflaması, Manyetik oturma, Sayısal şev analizi, Yerinde kaya mekaniği deneyleri. iv
5 ABSTRACT MASTER THESIS MONITORING OF SLOPE STABLE BY INCLINOMETER AND SETTLEMENT TUBE DEVICES AT ÇG-1 PANEL OF TKI-GLI-ILGIN LIGNITE OPERATĐON Murat MIH THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCE OF SELÇUK UNIVERSITY THE DEGREE OF MASTER OF SCIENCE IN MINING ENGINEERING Advisor: Assoc. Prof. Dr. Đhsan ÖZKAN 2011, 138 Pages Jury Assoc. Prof. Dr. Đhsan ÖZKAN Assoc. Prof. Dr. Alpaslan TURANBOY Asst. Prof. Dr. Celal AĞAN The slope design for economic and operational safety in open-pit mining is very important. The unstability which is seen in slope can cause loss of life and property. During open pit mining must be continuous monitoring of the slope. It is necessary to sustain the project as planned. In this thesis, the slope unstability seen in the eastern slope of the TKI-GLI-Ilgin lignite open-pit mine was monitored by in-situ measurements. Two bore holes were drilled for in-situ measuring. The horizontal and vertical deformations using in-situ bore holes measuring have been followed for 7 months. The field measurements were carried out by inclinometer and magnetic tube probes. During the same measuring time, geodetic measurements from bore holes were also made. In addition, to determine rock material and rock mass behavior, some rock mechanical tests were carried out in mine field. It was determined that both bore holes were moved toward to South-West direction. In order words, the deformations measured in slope were towards bottom level of open-pit mine. It was noticed that the maximum deformation measured in bore holes were formed as approximately 5-10 mm in fifth meters of both bore holes. These points in the plane of the bore holes were found to be a circular shift. Slope stability analyses for this study also have been made. As a result of empirical analysis of the security coefficient is less than 1 (F <1), as well slope was determined to be unsafe. In addition, Numerical analysis is made with the help of PHASE2. As a result of the numerical analysis, it was noticed that the circular slip plane was failured. On-site measurement results coincide with the results of numerical analysis, but determined that the deformations predicted by PHASE2 program were higher than in-situ measurement. Keywords: Emprical slope analysis, Inclinometer, In-situ rock mechanics test, Numerical slope analysis, Settlement tube, Rock mass classification. v
6 ÖNSÖZ Bu tez çalışmamda bilgi ve deneyimlerini esirgemeyen, beni yönlendiren ve bana yardımcı olan danışmanım Doç. Dr. Đhsan ÖZKAN a, Maden Mühendisliği bölümü imkânlarından sınırsız yararlanmamı sağlayan Prof. Dr. Kemal GÖKAY a, yardımlarını esirgemeyen Arş. Grv. Mehmet MESUTOĞLU na, Maden Mühendisliği laboratuarı çalışmalarımda yardımcı olan Đbrahim KÜÇÜK e, TKĐ-GLĐ-Ilgın işletme müdürü Ahmet GĐTMEZ e, istihsal şube müdürü Đbrahim KAYA ya, başmühendis Seyit KAHVECĐ ye sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Ayrıca saha çalışmalarımda bana yardım eden Maden Mühendisliği öğrencileri; Yasin Yavuz KAZDAL a, Taner ÖZKAN a, Emir Đlker KIZILGÖL e ve Hülya TARAKÇI ya minnettarım. Ayrıca tezin değerlendirmesinde değerli katkılarını esirgemeyen tez jüri üyeleri Doç. Dr. Alpaslan TURANBOY ve Yrd. Doç. Dr. Celal AĞAN a teşekkürlerimi sunarım. Son olarak maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen aileme teşekkür ederim. Murat MIH KONYA-2011 vi
7 ĐÇĐNDEKĐLER ÖZET... iv ABSTRACT... v ÖNSÖZ... vi ĐÇĐNDEKĐLER...vii SĐMGELER VE KISALTMALAR... x 1. GĐRĐŞ Problemin Tanımı Çalışmanın Amacı Çalışmanın Đçeriği KAYNAK ARAŞTIRMASI Genel Açık Ocaklarda Şev Kayması ve Şev Kayma Türleri Dairesel kayma Düzlemsel kayma Kama tipi kayma Devrilme Açık Ocak Đşletmelerinde Gözlenen Şev Kayma Örnekleri Şev Kayması için Geliştirilen Đzleme Yöntemleri Jeodezik yöntemler Jeodezik olmayan yöntemler Đnklinometre cihazı Đnklinometrik ölçüm için hazırlıklar Đnklinometrik ölçümler Đnklinometrik ölçüm verilerinin değerlendirilmesi Manyetik oturma cihazı Manyetik oturma ölçümleri için hazırlıklar Manyetik oturma ölçümleri Manyetik oturma ölçümlerinin değerlendirmesi Şev Duraylılık Analiz Yöntemleri Görgül analiz yöntemleri Dairesel kayma diyagramları yardımıyla analiz yöntemi Dairesel kayma grafikleri yardımıyla analiz yöntemi Toplam gerilim (Φ = 0 º) analiz yöntemi Đsveç dilim yöntemi Etken gerilim analizi (Bishop yöntemi) Fellenius yöntemi Hoek ve Bray yöntemi Jumikis yöntemi Sayısal analiz yöntemleri vii
8 PHASE Tez Konusuyla Đlgili Yapılan Önceki Çalışmalar MATERYAL VE YÖNTEM Genel TKĐ-GLĐ-Ilgın Linyit Đşletmesi Kuruluş ve tarihçe Coğrafi konum ve ulaşım Đklim Sahanın Jeolojik Yapısı Sahanın genel jeolojisi Sahanın yapısal jeolojisi Sahanın hidrojeolojisi Rezerv Madencilik çalışmaları Saha Çalışmaları Ölçüm alanı ile ilgili bilgiler Sondaj çalışmaları Ölçüm kuyusu için hazırlıklar Đnklinometrik ölçüm çalışmaları Smart yazılımı Incli2 yazılımı Manyetik oturma ölçüm çalışmaları Jeodezik ölçümler Arazide gerçekleştirilen kaya mekaniği deneyleri Sahada deney numunelerinin belirlenmesi Schmidt sertlik değerini belirleme deneyi Nokta yükleme dayanım indeks deneyi Saha Yağış Durumu ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA Genel Đnklinometre Ölçümleri Üst kuyu ölçümleri Alt kuyu ölçümleri Değerlendirme Manyetik Oturma Ölçümleri Üst kuyu ölçümleri Alt kuyu ölçümleri Değerlendirme Jeodezik Ölçümler Üst kuyu ölçümleri Alt kuyu ölçümleri Şev Duraylılık Analizi Görgül analiz Grafiksel yaklaşım yardımıyla şev duraylılık çözümlemesi Diyagram yaklaşımı yardımıyla şev duraylılık çözümlemesi Sayısal analiz viii
9 5. SONUÇLAR VE ÖNERĐLER Genel Sonuçlar Öneriler KAYNAKLAR EKLER ÖZGEÇMĐŞ ix
10 SĐMGELER VE KISALTMALAR A : 50 mm A+ : Referans yönü A- : Okuma yönü B : Dilimin genişliği (m) B+ : Okuma yönü B- : Okuma yönü c : Kohezyon (MPa) D : Derinlik (m) D ı : Numune çapı (cm) F ı : Çap düzeltme katsayısı h : Dilim yüksekliği (m) H : Şev (basamak) yüksekliği (m) H w : Su tablası yüksekliği (m) I s : Nokta yükleme dayanımı (MPa) I s(50) : Düzeltilmiş nokta yükleme dayanımı (MPa) i : Şev açısı (derece) L : Đnklinometre ölçüm uzunluğu (okuma aralığı, m) L ı : Numune boyu (cm) L1 : Her dilime etkiyen kuvvet L2 : Her dilime etkiyen kuvvet Ln : Dilimler arası etkiyen kuvvet Ln+1 : Dilimler arası etkiyen kuvvet P : Dilimin tabanında etkiyen toplam normal kuvvet (MPa) P ı : Yenilme yükü (kn) r u : Gözenek suyu basıncı oranı R : Kayma dairesinin yarıçapı (m) T : Dilimin tabanında etkiyen makaslama gerilmesi (MPa) u : Deformasyon (mm) U : Gözenek suyu basıncı (MPa) W : Dilim ağırlığı (kg) X : Şev açısı fonksiyonu X ı : Dilim merkezinden O dönme merkezine olan yatay mesafe (m) Y : Şev yüksekliği fonksiyonu Z 0 : Çekme çatlağının derinliği (m) α : Dilim tabanı eğim açısı (derece) β : Kayma düzlemi açısı (derece) Φ : Kayacın içsel sürtünme açısı (derece) ι : Dilim tabanının uzunluğu (m) θ : Algılayıcının uzun ekseninin düşeyle yapmış olduğu sapma açısı (derece) γ : Kayacın birim hacim ağırlığı (kn/m 3 ) σ c : Tek eksenli basınç dayanımı (MPa) σ t : Çekme dayanımı (MPa) AA ı A1 A2 A3 : 2010 yılı imalat haritası üzerinde kesit : Kaya bloğu : Kaya bloğu : Kaya bloğu x
11 BB ı : 2010 yılı imalat haritası üzerinde kesit B1 : Kuzey yönündeki basamakta kireçtaşı tabakası B2 : Doğu yönündeki basamakta kireçtaşı bandı C1 : Kömür üretim aynasındaki ilk tabaka C2 : Kömür üretim aynasındaki ikinci tabaka ÇG-1 : Kömür üretim panosu ÇG-2 : Kömür üretim panosu DEM : Sayısal yükseklik modeli DDA : Süreksizlik deformasyon analizi F : Güvenlik katsayısı Fx : Dikey eksendeki güvenlik katsayısı Fy : Yatay eksendeki güvenlik katsayısı GLĐ : Garp Linyit işletmesi GSI : Jeolojik dayanım indeksi ISRM : Uluslar arası kaya mekaniği derneği(international Society for Rock Mechanics) MPa : Birim alana etkiyen gerilme ( 1 MPa = 10 kgf/cm2 = 1000 kn/m 2 (kpa)) MTA : Maden Tetkik ve Arama R : Manyetik halka istasyon adı RDG : Sapma miktarı (mm) RIP : Direnç görüntü kesit RMR : Kaya kütle indeks puanı SMR : Şev kayma oranı SPT : Standart penatrasyon deneyi TDR : Zaman alanı tepki ölçme TKĐ : Türkiye Kömür Đşletmeleri YASS : Yeraltı su seviyesi xi
12 1 1. GĐRĐŞ 1.1. Problemin Tanımı Açık ocak madenlerinde çalışmaların emniyetli bir şekilde yürütülebilmesi için ocak şev duraylılığı önemli bir etken olmaktadır. Açık ocaklardaki şevlerin duraylılığı ise; bölgedeki yağış miktarı, yeraltı suyu, kaya kütle özellikleri ile ocakta yapılan delme-patlatma, kazı çalışmaları ve deprem gibi parametrelere bağlıdır. Ocak çalışmalarına bağlı olarak yukarıda belirtilen parametrelerin etkisiyle ocak şevlerinde zamanla hareketlilikler yaşanmaktadır. Bu olumsuz durum ocakta can ve mal güvenliğini tehlikeye sokabilmektedir Çalışmanın Amacı TKĐ-GLĐ-Ilgın Linyit işletmesi kömür açık ocağında bir şev duraysızlık probleminin olduğu tespit edilmiştir. Tez çalışmasında, sahada söz konusu olan kaya kütle hareketlerinin açılacak sondaj kuyuları içerisinden inklinometre ve manyetik oturma ölçer cihazları ile izlenmesi amaçlanmıştır. Bu izleme çalışmalarının zamana bağlı olarak uzun dönemde gerçekleştirilmesi, sahada bazı kaya mekaniği deneylerinin yapılması ve ayrıca kaya kütle sınıflama indeks değerinin belirlenmesi tez çalışmasının ilk hedefidir. Đlk hedefe ait çalışmaların sonucunda oluşturulan veri tabanı kullanılarak gerçekleştirilen şev duraylılık analizleri ise bu çalışmanın ikinci ana amacını oluşturmuştur Çalışmanın Đçeriği Tez çalışması; giriş, kaynak araştırması, materyal ve yöntem, araştırma sonuçları ve tartışma, sonuçlar ve öneriler olmak üzere 5 bölümden oluşmaktadır. Giriş bölümü; problemin tanımı, çalışmanın amacı ve içeriği ile ilgili bilgilerin sunulduğu alt başlıklardan oluşmaktadır. Kaynak araştırması bölümü; açık ocaklarda şev kayması ve şev kayma türleri, açık ocak işletmelerinde gözlenen şev kayma örnekleri, şev kayması için geliştirilen izleme yöntemleri, şev duraylılık analiz yöntemleri ve tez konusuyla ilgili yapılan önceki çalışmalar ile ilgili bilgilerin yer aldığı alt başlıklardan oluşmaktadır.
13 2 Materyal ve yöntem bölümü; TKĐ-GLĐ-Ilgın Linyit Đşletmesi, sahanın jeolojik yapısı, gerçekleştirilen madencilik çalışmaları ve sahada gerçekleştirilen ölçüm sistemlerinin kurulması ile ilgili bilgilerin sunulduğu alt başlıklardan oluşmaktadır. Araştırma sonuçları ve tartışma bölümü; inklinometre ölçümleri, manyetik oturma ölçümleri, jeodezik ölçümler ve değerlendirmeleri ile birlikte şev duraylılık analizi ile ilgili bilgilerin yer aldığı alt başlıklardan oluşmaktadır. Sonuçlar ve öneriler bölümü ise; bu tez çalışması sonucunda ulaşılan sonuçlar ve önerilerden oluşmaktadır.
14 3 2. KAYNAK ARAŞTIRMASI 2.1. Genel Gelişen teknolojiye bağlı olarak büyük kapasiteli ve hacimli iş makineleri geliştirildikçe açık ocak madenciliğinde de ocak derinlikleri oldukça artmıştır. Bugün 400 metre derinliklerine inen açık ocak madenleri mevcuttur (Özkan ve Özşen, 2010). Açık maden ocağını çevreleyen kaya kütlesinin duraysızlığı çalışmaları engellemektedir. Uygulayıcı ve tasarımcı mühendisler, en az dekapaja neden olacak şev geometrisini tercih etmektedirler ancak bu kaya kütle ve madde yapısı ile şekillenmektedir. Hatta oluşturulan şev tasarımına en uygundur denildikten sonra bile duraysızlık gündeme gelebilmektedir. Dikkate alınmayan duraysızlıklar, mutlaka işletmedeki işlerin aksamasına hatta can ve mal kayıplarına neden olabilmektedir. Bu bölümde; açık ocaklarda şev kayması ve şev kayma türleri, açık ocak işletmelerinde gözlenen şev kayma örnekleri, şev kayması için geliştirilen izleme yöntemleri, şev duraylılık analiz yöntemleri ve tez konusuyla ilgili yapılan önceki çalışmalar konu başlıkları altında detaylı bilgiler sunulmuştur Açık Ocaklarda Şev Kayması ve Şev Kayma Türleri Karayolu ve demiryolu yarmaları, baraj yamaçları, açık ocak şevleri teknik olarak mühendisler tarafından tasarlanan mühendislik yapılarıdır. Bu yapılarda genel eğim açısı, jeolojik yapılar, kaya malzeme ve kütle özellikleri yapının duraylı olup olmayacağını belirler. Bu temel arazi parametreleri ayrıca yağış miktarı, deprem ve çevresel etkiler gibi parametreler tarafından da etkilenir. Duraysızlık, sözü edilen parametrelerin hepsinin birden etkilenmesi ile bazen küçük bir hızla bazen yüksek bir hızla, kaya kütlesinin kendi ağırlığı ile aşağı doğru kayması olarak tanımlanır. Bu istenmeyen bir durumdur. Mühendislik yapılarının haricinde doğal yamaçlar üzerinde kurulan yerleşim birimleri de bazen benzer riskler altında olabilir. Bu çalışmada hem doğal yamaçlar hem de açık maden ocakları için eğimli yapı şev olarak tanımlanmıştır. Mühendislik açısından şevlerde ve doğal yamaçlarda karşılaşılan kayma türlerini inceleyen Hoek ve Bray (1981) e göre kayma türlerinin aşağıdaki gibi sınıflandırılabileceğini belirtmişlerdir (Şekil 2.1).
15 Dairesel kayma Malzeme çok zayıf olduğunda, bir zemin (toprak) şevinde veya döküm harmanında ya da sık eklemli, kırılmış kaya kütlesinde olduğu gibi, kayma yine bir süreksizlik boyunca gerçekleşir ancak kayma yüzeyi daireseldir (Şekil 2.1a) Düzlemsel kayma Tabakalanma gibi bir süreksizlik düzleminin, şev yönünde eğimli ve sürtünme açısından daha büyük bir yatımla olması durumunda meydana gelmektedir. Arduvaz gibi belirgin yapısal düzene sahip kayalarda bu kayma türü gerçekleşir (Şekil 2.1b) Kama tipi kayma Đki süreksizlik düzlemi oblik olarak şev yüzeyini keserek, onların kesişim doğrusu şev yüzeyine çakıştığında ve bu doğrunun eğimi sürtünme açısından büyük olduğunda bu kayma türü gerçekleşir (Şekil 2.1c) Devrilme Yüksek eğimli süreksizliklerle ayrılarak kolonlu bir yapıya sahip sert kayalarda bu kayma türü gerçekleşir. Şekil 2.1d de bu durum görülmektedir. Şekil 2.1. Şev kayma türleri (Hoek ve Bray, 1981)
16 Açık Ocak Đşletmelerinde Gözlenen Şev Kayma Örnekleri Ülkemizde gerçekleştirilen açık ocak madencilik çalışmalarında sıkça karşılaşılan şev duraysızlığına tipik iki örnek TKĐ-Muğla-Yatağan ve Afşin-Elbistan ocağından sunulmuştur (Şekil 2.2) yılında gerçekleşen Afşin-Elbistan Çöllolar ocağındaki 50 milyon m 3 lük şev kayması, 9 kişinin can kaybına ve birçok iş ekipmanının toprak altında kalmasına neden olmuştur. Şekil 2.2. Açık ocak madenlerinde gözlenen şev kayma örnekleri 2.4. Şev Kayması için Geliştirilen Đzleme Yöntemleri Şevlerde kaya kütlesi içerisinde zamanla oluşan yer değişimlerinin uzun zaman diliminde izlenmesi gerekmektedir. Şevlerde zamanla meydana gelebilecek yer değişimleri izlemek üzere, jeodezik ve jeodezik olmayan birçok yöntem geliştirilmiştir. Çizelge 2.1 de bu yöntemler ve kullanılan cihazlar sunulmuştur. Çizelge 2.1. Jeodezik ve jeodezik olmayan yöntemler (Kalkan, 2009) Jeodezik Yöntemler Aliynman ölçmeleri Klasik konum ölçmeleri Uydu tabanlı konum ölçmeleri Hassas trigonometrik nivelman Hassas geometrik nivelman Laser scaner tekniği Đnterferometrik SAR görüntü tekniği Jeodezik Olmayan Yöntemler Eğim ölçmeleri Deplasman ölçmeleri Uzunluk değişim ölçmeleri Boşluk suyu basıncı ölçmeleri Düşeyden ayrılma ölçmeleri Derz ölçmeleri Çatlak Ölçmeleri Kullanılan Cihaz ve Donanımlar Teodolit, laser optik, invar tel vs. Total station, teodolit ve uzaklıkölçer GPS, Glonas ve Galilo alıcıları Hassas total station, teodolit ve uzaklık ölçer Presizyonlu nivelman donanımı Laser scanner SAR uydu görüntülerinin değerlendirilmesi Ölçme Donanımları Đnklinometre Settlement tube (Manyetik oturma) Ekstensometreler Piezometreler Reserved pendulum Jointmetreler Crackmetreler
17 Jeodezik yöntemler Jeodezik yöntemlerde yer değişim izleme işlemi, Çizelge 2.1 de belirtilen cihazlar yardımıyla hareketin oluşacağı bölgenin yüzeyindeki noktalara yerleştirilen izleme noktalarıyla yapılmaktadır. Bu yöntemde topografik yüzeyin yer değişimleri izlenebilmektedir (Şekil 2.3). Şekil 2.3. Jeodezik yöntemler (Sisgeo, 2006) Jeodezik olmayan yöntemler Jeodezik olmayan yöntemler Çizelge 2.1 de belirtilen cihazlar yardımıyla jeodezik yöntemlerin tam aksine, izleme işlemi hareketin gerçekleştiği bölgede noktasal olarak yapılabilmektedir (Şekil 2.4). Bu başlık altında tez konusunun temelini oluşturan inklinometre ve manyetik oturma cihazlarının çalışma prensibi aşağıda sunulmuştur. Şekil 2.4. Jeodezik olmayan yöntemler (Sisgeo, 2006) Đnklinometre cihazı Đnklinometre cihazı, bir algılayıcı (prob) yardımıyla sahada açılmış sondaj ölçüm kuyusunun eksenindeki düşey açısal sapmaları ölçmeye yarayan bir alettir.
18 7 Đnklinometrelerin esas kullanım amacı yer yüzeyinden belirli bir derinlikte meydana gelmesi beklenilen yatay hareketlerin gözlemlenmesidir. Bunun için ölçüm borusu genellikle düşey veya düşeye yakın bir açıyla yerleştirilir ve böylece kuyu içerisindeki yatay hareketlerin ölçümüne olanak sağlar. Boru ekseninde gerçekleşen açısal sapmalar trigonometrik fonksiyonların yardımıyla deformasyon değerlerine dönüştürülür. Đnklinometre cihazının başlıca kullanım alanları; i. Şevlerde ve dolgularda kayma bölgesinin belirlenmesi. ii. Dolgu barajlarında baraj setindeki kayma oturmaların izlenmesi. iii. Kazıklarda veya istinat yapılarında oluşan yatay hareketlerin gözlenmesi. iv. Dolguların veya yumuşak zemin üzerinde yapılan diğer yapıların oturmalarının gözlenmesi. v. Yatay deformasyonlardan yola çıkılarak eğilme momentlerinin hesaplanmasıdır. Đnklinometrik ölçüm seti genel olarak üç bileşenden oluşmaktadır. Bunlar; hassas bir şekilde ölçüm yapabilen taşınabilir bir algılayıcı, algılayıcının ölçtüğü değerleri hafızasına kaydeden ve aynı zamanda bir elektrik güç kaynağı olarak da kullanılan okuma ünitesi ve ölçüm yapan algılayıcının okuma ünitesiyle bağlantısını sağlayan ölçekli kablodur (Özcan, 2008). Đnklinometre ölçüm cihazının bahsedilen kısımları Şekil 2.5 de sunulmuştur. Şekil 2.5. Đnklinometre cihazı bileşenleri (Sisgeo, 2006)
19 Đnklinometrik ölçüm için hazırlıklar Đnklinometrik ölçüm yapılabilmesi için öncelikle ölçüm borusundan daha geniş çaplı ve istenen derinlikteki sondaj kuyusu açma işlemi gerçekleştirilir. Daha sonra ölçüm borusunun sondaj kuyusuna yerleştirilmesi ve ölçüm yapılabilir hale gelecek şekilde diğer işlemler tamamlanır. Ölçüm borusu, 1,5-3,0 m uzunluğunda ve değişik çaplarda, plastik malzemeden yapılmıştır. Bu borunun içinde ölçüm sırasında algılayıcı tekerleklerinin yerleştirildiği birbirine dik açılar yapan 4 adet kılavuz ray bulunmaktadır (Şekil 2.6). Ölçüm borusu hareket beklenen bölgede sondaj kuyusuna art arda eklenerek yerleştirilir. Sondaj kuyusu hareket beklenen bölgeden 3-5 m daha derin olmalıdır. Bu şekilde hareket olan yerde deformasyonların ölçülmesi sağlanacaktır. Ölçüm borusu yerleştirildikten sonra çimento-bentonit-su karışımı malzeme kuyu ile ölçüm borusu arasına doldurulur. Böylece ölçüm borusu bu karışım içerisinde sabitlenir (Özcan, 2008). Bu işlem Şekil 2.7 de görülmektedir (Machan ve Bennett, 2008). Şekil 2.6. Ölçüm borusu ve bileşenleri ((Sisgeo, 2006) Şekil 2.7. Ölçüm borusunun kuyuya yerleştirilmesi (Machan ve Bennett, 2008)
20 Đnklinometrik ölçümler Ölçüm borularının sondaj kuyusu içerisine yerleştirilmesi tamamlandıktan ve boru çevresine yapılan çimento-bentonit karışımının donmasından hemen sonra sondaj kuyusu inklinometre ölçümlerine hazır hale gelmiş olacaktır. Şekil 2.8 de görüldüğü gibi ölçümün alınabilmesi için algılayıcının en üst tekerleği referans olarak seçilen A+ yönüne getirilir ve okuma ünitesi ile bağlantısı sağlanarak kuyu tabanına kadar özenli ve yavaş bir biçimde indirilir. Referans yönü, ölçüm borusunun sondaj kuyusuna yerleştirilmesi esnasında, Kuzey yönünün her iki tarafı için 45 o şartını sağlayacak şekilde ayarlanmalıdır (Ertürk, 1996). Şekil 2.8. Đnklinometre cihazının kuyuya yerleştirilmesi (Graham, 1989) Ölçümlerin alınabilmesi için algılayıcının kuyu tabanına değmesi gerekmektedir. Algılayıcı kuyu tabanına indirildikten sonra inklinometre aletinin daha doğru ölçüm yapabilmesi için yaklaşık 10 dakika inklinometrenin ortam sıcaklığına uyum göstermesi beklenmelidir. Đnklinometre ile okuma ünitesi arasındaki bağlantıyı sağlayan 0,5 m aralıklara bölünmüş olan ölçekli kablo ile algılayıcı yukarı doğru çekilir ve ölçüm kuyusu ağzındaki sabitleyici kıskaç yardımıyla sabitlenir. Kayıt cihazının ekranında görülen ölçüm değerleri hafızasına kaydedilir (Şekil 2.9). Bu işleme algılayıcının kuyu başına gelmesine kadar 0,5 m okuma aralıkları ile devam ettirilir (Ertürk, 1996).
21 10 Şekil 2.9. Đnklinometre algılayıcısının sondaj kuyusu içerisinde hareketi ve veri kaydı (Sisgeo, 2006) Đnklinometre ölçümleri iki yönlü ve dört yönlü olmak üzere iki ayrı şekilde yapılabilmektedir. Dört yönlü ölçüm sisteminde; ilk okumada alınan A+ ve B+ (Şekil 2.8) ölçümlerinden sonra oluşabilecek hatalı okumaların giderilmesi ve her derinlik için alınan okumaların doğruluğunun kontrol edilebilmesi için algılayıcı yüzeye çıktıktan sonra 180º çevrildikten sonra tekrar özenli ve yavaş bir biçimde kuyu tabanına indirilir ve ilk okumadaki yol izlenerek A- ve B- yönlerindeki okumalar alınır. Đki yönlü diğer ölçüm sisteminde ise; ilk okumada alınan A+ (Şekil 2.8) ölçümlerinden sonra oluşabilecek hatalı okumaların giderilmesi ve her derinlik için alınan okumaların doğruluğunun kontrol edilebilmesi için algılayıcı yüzeye çıktıktan sonra 180º çevrildikten sonra tekrar özenli ve yavaş bir biçimde kuyu tabanına indirilir ve ilk okumadaki yol izlenerek A- yönlerindeki okumalar alınır.
22 11 Ölçüm borularının yerleştirilmesi tamamlandıktan ve boru çevresine yapılan çimento-bentonit karışımının donmasından sonra sondaj kuyusunun eğri olarak açılmış ve kayma hareketinin hızlı bir şekilde gelişeceği göz önünde bulundurularak ilk okuma alınır ve bu okuma sıfır okuması olarak adlandırılır. Diğer bir deyişle, inklinometre borusunun tesis edilmesini izleyen sürede deformasyon yapmadan önceki konumu belirlenmelidir. Çünkü sıfır okuması daha sonra yapılacak ölçümlerde referans olarak kullanılacaktır. Ölçüm aralığının sıklığı kuyuda gözlenen deformasyonun büyüklüğüne bağlı olarak seçilmelidir. Sorunlu bölgelerde açılan kuyularda okuma aralıkları daha kısa seçilirken, hızlı bir kayma hareketinin olmadığı kuyularda daha uzun seçilmektedir. Đnklinometre okumalarının 15 günde bir yapılması önerilir (Ertürk, 1996). Okuma dönemleri, okuma sonuçlarının değerlendirilmesine göre değiştirilebilir. Hareketin olacağı yön olarak kabul edilen ve referans noktası olarak tayin edilen A+ yönünde meydana gelecek yanal hareketlerin yeri ve büyüklüğü, 0,5 m de bir algılayıcı ile alınan okumalarda farklı sapma açılarının hesaplanması sonucu saptanabilmektedir. Algılayıcı kuyu tabanına indirilip her 0,5 m de bir yukarı çekilerek alınan ölçüm değerleri algılayıcının bulunduğu derinliklerde, ölçüm borusunun düşeyle yaptığı açısal sapma miktarını göstermektedir (Şekil 2.10). Şekil Đnklinometre ile düşeyden sapmanın ölçümü (Sisgeo, 2006) Ölçüm sonunda kaydedilen A+, A-, B+, B- değerleri kullanılarak kuyu eksenindeki yatay sapma değerleri aşağıdaki eşitlik ile hesaplanmaktadır (Ertürk, 1996);
23 12 RDG = ± L.Sinθ (2.1) Eşitlik 2.1 de; RDG : Sapma miktarı (mm) L : Đnklinometre ölçüm uzunluğu (okuma aralığı, m) θ : Algılayıcının uzun ekseninin düşeyle yapmış olduğu sapma açısı (Derece)(º) dır. Eşitlik 2.1 deki ± hareketin yönünü ifade etmektedir. Sapma miktarı, sapma açısının sinüsü ile doğru orantılıdır. Yani hareket beklenen A+ yönünde giderek artıyorsa sapma açısı θ da artar ve böylece ölçüm değerinin artmasına neden olacaktır. Eşitlik 2.1 de hesaplanan sapma değerleri, sapma açıları çok küçük olduğunda ise çok küçük değerler olarak hesaplanacaktır. Đşlemleri basitleştirmek için Eşitlik 2.1 de bulunan sapma miktarları 100 ile çarpılır (Ertürk, 1996). Buna göre; RDG (10 2 mm) = ± L.Sinθ.100 (2.2) eşitliği elde edilir. Đnklinometre borusunun en üst tekerliği A+ rayında iken kuyunun her 0,5 metresindeki sapma miktarları Eşitlik 2.2 kullanılarak hesaplanır. Bu sapma miktarları algılayıcının orta noktasının bulunduğu derinliğe aittir (Ertürk, 1996) Đnklinometrik ölçüm verilerinin değerlendirilmesi ISRM (2007) tarafından sunulan standartlar kılavuzunda bu deney için çalışma yöntem ve değerlendirme prosedürü sunulmuştur. ISRM (2007) standart föyünde örnek olarak verilen bir çalışmanın verileri kullanarak ilgili hesaplamalar, bu tezde ayrıntıları görülecek şekilde yeniden düzenlenmiş ve sunulmuştur. Đlk olarak derinliğe karşılık Kuzey (A+) ve Güney (A-) yönlerindeki başlangıç referans okuma sonuçları Çizelge 2.2a da, ilk okuma sonuçları ise Çizelge 2.2b de ve ikinci okuma sonuçları ise Çizelge 2.2c de sunulmuştur. Çizelge 2.2a da Kuzey (A+) Güney (A-) yönlerindeki, tarihinde yapılan referans okumanın sonuçları sırasıyla; açı değerleri, Eşitlik 2.2 ye göre hesaplanan deformasyon değerleri, açı fark değerleri, deformasyon fark değerleri ve kabul (0) değerleri verilmiştir. Referans okumasındaki deformasyon fark değerleri sıfır kabul edilmektedir.
24 13 Çizelge 2.2a. Referans ölçüm ( ) sonuçları (ISRM, 2007) Derinlik D (m) Kuzey Açı (A+) (º) Kuzey (A+) Deformasyon u (mm) Güney Açı (A-) (º) Güney (A-) Deformasyon u (mm) Açı Farkı (º) Deformasyon Farkı u (mm) 1,0 0, , , ,5 0, , , ,0 0, , , ,0 0, , , ,5 0, , , ,0 0, , , ,0 0, , , ,5 0, , , ,0 0, , , ,0 0, , , ,5 0, , , ,0 0, , , ,0 0, , , ,5 0, , , ,0 0, , , ,0 0, , , ,5 0, , , ,0 0, , , ,0 0, , , ,5 0, , , ,0 0, , , ,0 0, , , ,5 0, , , ,0 0, , , ,0 0, , , ,5 0, , , ,0 0, , , ,0 0, , , ,5 0, , , ,0 0, , , Kabul Çizelge 2.2b de Kuzey (A+) Güney (A-) yönlerindeki, tarihinde yapılan ilk okumanın sonuçları sırasıyla; açı değerleri, Eşitlik 2.2 ye göre hesaplanan deformasyon değerleri, açı fark değerleri, deformasyon fark değerleri, ilk okumadaki deformasyon fark değerlerinden (Çizelge 2.2b), referans okumasındaki deformasyon fark değerlerinin (Çizelge 2.2a) çıkarılmasıyla elde edilen değişim değerleri ve değişim değerlerinin toplanması (aşağıdan yukarı toplama) sonucu belirlenen toplam değişim değerleri sunulmuştur.
SOMA LİNYİT AÇIK OCAĞINDA OLUŞAN DEFORMASYONLARIN İNKLİNOMETRİK YÖNTEMLE İZLENMESİ. Hakan ÖZŞEN 1, Atakan Cengiz KURT 2
S.Ü. Müh. Bilim ve Tekn. Derg., c.3, s.3, 2015 Selcuk Univ. J. Eng. Sci. Tech., v.3, n.3, 2015 ISSN: 2147-9364 (Elektronik) SOMA LİNYİT AÇIK OCAĞINDA OLUŞAN DEFORMASYONLARIN İNKLİNOMETRİK YÖNTEMLE İZLENMESİ