PATLATMA TEKNİKLERİ DERSİ
PATLAMANIN ÖNEMİ
Açık işletmecilikte kaya ve kömür (veya cevher) üstü dekapaj işlemlerinde gevşetme ve kırma genellikle delme-patlama yoluyla yapılır. Açık işletmelerde ve taş ocaklarında bu patlatmalar genelde basamak patlatması şeklinde uygulanır. Ancak az da olsa ülkemizde mağara usulü patlatma tekniğide uygulanmaktadır. Patlayıcı madde kullanarak kayaları (cevherleri) parçalama iyi bilinmesi ve üzerinde önemle durulması gereken bir konudur. Kayaların parçalanması konusu delik delme, patlatma, kazı-yükleme ve taşıma gibi birbirleriyle ilgili açık işletmecilik faaliyetlerini kapsar. Patlatma genellikle yanlış bir yorumla delik delme, kazı yükleme ve taşımadan bağımsız düşünülür. Patlatma ve delik delme maliyetleri yanında patlatılan malzemenin yüklenmesi taşınması kırıcılarda kullanılması ameliyesindeki maliyetlerde toplam açık işletme maliyetlerini etkilemektedir. Kırılan taşın parça boyutu (fragmentation önemli bir konudur. Parça boyutu için uygun bir delik düzeninde uygun çap ve boyda delikler delmeden patlatmanın başarılı olması mümkün değildir. Patlatmanın başarısı uygun patlayıcı madde ve ateşleme yöntemi seçimiyle de ilgilidir. Bu ve benzeri nedenlerle meydana gelen başarısız patlatma ise kazı-yükleme ve taşıma işlerinin zorluk derecesine ve iş hızına etki ederek bu işlerde verim düşüklüğüne ve maliyet artışlarına yol açar. Bu bakımdan patlatma konusunu delik delme, kazı ve yükleme ve taşıma işleri ile bir bütün olarak düşünmek gerekir.
Genellikle açık işletme mühendisinden büyük hacimli (milyonlarca m3) ve iyi parçalanmış
malzeme istenir. Her işletmenin fizibilite raporlarına göre plânladığı ve projelendirdiği (prevü edilen) patlatma miktarı belirlidir. Buna göre yıllık ve aylık iş proğramları hazırlanır. Bu proğramlarda patlatma yapılacak yerler belirlenir. Ancak günlük patlatmalarda bir seferde patlayacak delik adedinin (güvenlik açısından) bir üst limiti vardır. Daha fazla dekapaj daha çok sayıda deliğin patlatılmasını gerektirir. Böylece atım guruplarındaki delik adediatım gruplarının (delik sayısı artırılarak) büyütülmesi gerekir. Bu ise bir seferde atılan patlayıcı madde miktarının artması demektir. Patlayıcı miktarı arttıkça, meydana gelen yersarsıntısı da ona göre fazla olur ve basamakların bozulması ve şevlerde heyelan riskini artırır. Kayayı daha iyi parçalamak için ise delikleri daha sık delmek, her deliğe daha fazla patlayıcı madde koymak gibi tedbirler gerekir. Öte yandan patlatmanın emniyetle yapılması, çalışanlara, makinelere basamak ve yollara ve (varsa) yakındaki yerleşim yerlerine hiç zarar verilmemesi istenir. O halde açık işletme mühendisinin görevi hem kontrollü bir patlatma yapmak hem de istenen düzeyde parçalanmış ve amaçlanan miktarda kayayı kazıya hazırlamaktır. Bu görevini en iyi şekilde yapabilmek için açık işletmeci patlama olayını en iyi şekilde algılamak, patlayıcı ve ateşleyici cinslerini, patlatma prensiplerini, tasarım yöntemlerini bilmek ve olaya etki eden nedenleri en üst düzeyde araştırmak ve değerlendirmek ve birçok parametreyi en uygun şekilde bağdaştırmak zorundadır. Böylece en emniyetli ve en ucuz çözüme ulaşabilecektir.
Kayaların istenen düzeyde parçalanması işleminde açık işletmeciler üzerindeki ekonomik baskılar Şekil 1’de gösterilmiştir. Daha küçük parça istenildikçe daha küçük çaplı ve sık veya aynı çaplı fakat mutlaka daha sık delik delmek – deliklere daha fazla patlayıcı madde yerleştirmek gerektiğinden bu halde delme ve patlatma masrafları artar. Bununla birlikte atım sonucunda iyi parçalanmış ve kolay kazılabilir bir yığın kazı – yükleme, taşıma (ve cevherde kırma) harcamalarını azaltır. Diğer taraftan bunun tam tersi olarak daha iri parçalanma istendikçe delme ve patlatma maliyeti düşer, fakat yükleme, taşıma (ve kırma) harcamaları artar. Bu iki kalem harcama Şekil 1’de toplam harcama olarak birleştirilmiştir. Açık işletmecinin hedefi toplam harcama eğrisinin minimum olduğu noktanın tayini olmalıdır.
2. PATLAMA İLE PARÇALANMA OLAYI
Bir deliğe yerleştirilmiş ve yeterince sıkılanmış bir patlayıcı madde ateşlenince ne olur? Patlayıcı maddelerle kayaların kırılmasında rol alan fiziksel olaylar nelerdir? Bu sorulara verilecek yanıtlar patlama olayının cereyan tarzı ve parçalanma olayının iyi bir şekilde anlaşılmasına ve böylece daha iyi patlatma tasarımı ve uygulamasına geçilebilmesine olanak tanıyacaktır.
Kayaların parçalanmasında bir araç olarak patlayıcı maddelerin istenen sonucu yaratması, onların kayanın belirli bir bölümüne aniden ve çok büyük miktarda enerji verebilme kabiliyetinde yatar. Delikteki patlayıcı madde ateşlendiğinde bir saniyenin binde biri gibi çok kısa bir sürede olan hidrodinamik reaksiyon sonucu patlayıcı enerjisi çok yüksek basınç ve sıcaklıktaki gaz şeklinde açığa çıkar. Bu bölümde bu enerjinin kayaya nasıl uygulandığını ve kırılmanın nasıl meydana geldiğini inceleyeceğiz.
Delikteki patlayıcı ateşlendiğinde gaz şeklinde ortaya çıkan enerji deliği çevreleyen kaya üzerinde dev bir balyoz darbesi şeklinde etki yapar. Böylece deliği çevreleyen kayaya uygulanan çok büyük basınçlar kayanın kırılıp parçalanmasına yolaçar. İlk aşamada yer alan parçalanma olaylarını (birincil parçalanma mekanizmalarını) daha iyi anlayabilmek için deliğin basamak aynaları gibi serbest yüzeylerden uzakta, diğer bir deyişle sonsuz bir kaya ortamı içinde (adeta bir tarlanın ortasında) açıldığını düşünelim. Böyle bir delik kesiti Şekil 2’de gösterilmiştir (2).
Şekil 2 : Bir delik kesitindeki parçalanma olayları
Ortada görülen kısım patlayıcı maddenin yerleştirildiği deliktir (patlama bölgesi). Bu deliğin cidarı darbenin etkisiyle plastik deformasyona uğrar. Diğer bir deyişle delik cidarı yoğrulmuş hamur gibi şekil değiştirir. Plastik deformasyon bölgesi genellikle kaya özelliklerine göre bir veya birkaç milimetre genişliğindedir. Kil gibi plastik formasyonlarda kırılma olmaksızın deliğin genişlemesi şeklinde görülen bir deformasyon deliğin kovan yapması olarak adlandırılır.
Patlama boşluğu ve plastik deformasyon bölgesini parçalanma bölgesi (geçiş bölgesi) çevreler. Bu bölge iki alt bölgeden oluşur. İç tarafta kırılma bölgesi, bunun dışında çatlama bölgesi vardır. Kırılma bölgesinde kaya tamamen parçalanmıştır. Bu bölgedeki parçalanma darbe sonucu oluşan basınç birim deformasyon dalgasının (BDD) kayanın dinamik basınç birim deformasyon limitinden (plastic yield) fazla olması nedeniyle oluşur. Kırılma bölgesi genişliği genellikle delik çapının iki katından küçüktür (3). Bazı çok gözenekli kayalarda çok güçlü patlayıcılar kullanıldığında delik çapının 7.5 katına kadar genişlediği görülmüştür. Kırılma olayını yaratan BDD’nın şiddeti gittikçe azalır ve daha fazla kırılma yaratamaz. Ancak yarattığı yoğun ışınsal (yarıçap yönünde) basınç sonucu dalga cephesine teğet yönde dinamik çekme birim deformasyon dalgaları (ÇDD) oluşur. ÇDD dalgaları da kayanın dinamik çekme birimde formasyon limitini aştığı sürece ışınsal çatlamalar devam eder. Hem ışınsal (radyal) hem de teğet çatlakların olduğu çatlama bölgesi ışınsal çatlakların ucu ile sınırlanır. Çatlama bölgesi genişliğinin delik (şarj) çapının oniki katına kadar ulaştığı görülmüştür.
Patlamanın yarattığı basınç dalgası parçalanma bölgesindeki kırılma ve çatlama olaylarında enerjisinin bir kısmını harcadığından şiddetinin düşmesi (sönmesi) sonucu ve yakında serbest yüzey bulunmadığından elastik titreşim dalgası olarak sonsuz kaya ortamı içinde dağılır gider. Titreşimlerin olduğu bu bölgeye sismik bölge adı verilir.
Eğer yakında basamak aynası veya açık fay, açık eklem gibi süreksizlikler varsa bunlar birer serbest yüzey olarak etkirler. Sismik bölgede titreşimlere neden olan BDD bu serbest yüzeye geldiğinde, hava boşluğuna geçemeyerek yansır ve ÇDD haline dönüşür (Şekil 3). Bu yansıyan dalga yeterli şiddette ve genellikle kayaların çekme dayanımları çok düşük olduğu için kaya yaprak yaprak parçalanmaya başlar. Birbiri peşisıra gelen BDD’ları ÇDD’ları haline dönüştükçe dilim dilim koparılma olayı da devam eder. Dilimlenme olayı ikincil parçalanma mekanizmalarının ilkidir.
İkincil parçalanma mekanizmalarının ikincisi ise formasyon kontakt ve dokanaklarında görülür. İki ayrı cins kayanın deformasyon modülleri arasındaki fark arttıkça gelen BDD’sının bu formasyonlarda yarattığı deformasyonlarda farklı olur. Birim deformasyon farklılığının büyüklüğü tabakaların farklı hareketi sonucu makaslama çatlaması (shear fracturing) yaratır.
İkincil parçalanma mekanizmalarının üçüncüsü çatlakların gaz basıncıyla açılıp uzamasıdır. Patlayıcı maddenin meydana getirdiği basınç altındaki gaz hem doğal ve hem de patlamayla yaratılmış çatlaklara girerek onları yarar ve kama etkisi yaratarak çatlakların uzamasına yolaçar. Hem deliği çevreleyen çatlakların uzaması ve hem de serbest yüzeyde deliğe doğru dilim dilim parçalanma sonucu arada çok dar bir kaya bölümü parçalanmamış olarak kalır. Bu kısım ise deliği ve çevreleyen çatlakları dolduran fakat henüz yeterli düzeyde olan gaz basıncı ile ileri doğru püskürtülerek parçalanır. İkincil parçalanma mekanizmalarının dördüncüsü olan gaz basıncının püskürtmesiyle parçalanma ile delik grubunun yeraldığı basamak bölümü tamamen parçalanmış ve bir miktar kabararak öne (ocak içine) doğru ötelenmiş olur. Böylece patlatılan kısmın parçalanması tamamlanır. Daha sonra son sıra (en gerideki) deliklerin gerisinde bulunan ve patlama sonucu basınç birimde formasyonuna maruz kalmış (sıkışmış olan) basamak bölümü önündeki yükün aniden kalkması sonucu birden ferahlar ve bunun sonucu olarak patlamanın gerisinde kalan basamakta aynaya paralel dik ve dike yakın çatlaklar oluşur. Sıkıştırılmış bir yayın aniden serbest bırakılması sonucu geri uzamasına benzer bir yolla basamağın arka kısımlarında paralel çatlakların oluşumu yük boşalmasıyla çatlama olarak adlandırılır. Böylece ikincil parçalama mekanizmaları da sona erer.
3. AÇIKİŞLETME DELME-PATLATMA TERİMLERİ
Açık maden işletmelerinde kazı sırasında oluşturulan ayrı kotlardaki her kademeye basamak, burada yapılan atımlara da basamak patlatması denilir. Her basamağın bir üst bir de alt kotu olup, bunların farkı basamak yüksekliğini (K) belirler (Şekil 4a, 4b). Basamak alnı kayanın sağlamlığına ve yapısına (fay, eklem, tabakalanma vb.) ve delik eğimine bağlı olarak dik veya 90o’den az meyilli şev oluşturur. Bu şev, basamağı oluşturan kayanın ikincil parçalanma
mekanizmaları ile parçalanmasını özendiren ve parçalanmış kayanın ileri fırlatılabilmesine imkan veren bir serbest yüzey olarak tanımlanır. Serbest yüzey ile birinci sıra delikler veya delik sıraları arası uzaklıklara dilim kalınlığı (B) adı verilir (Şekil 4a, 4b).
Şekil 4b : düşey delikler kullanılan atım
Bir atımın basamak patlatması olarak adlandırılabilmesi için dilim kalınlığı (B) basamak yüksekliği (K)’nın en çok yarısına (B≤K/2) eşit olmalıdır (4,5). Aynı sıradaki deliklerin birbirlerine olan uzaklıkları (S) ise deliklerarası mesafe olarak bilinir. Delik boyları (H) basamak tabanının düzgün ve tırnaksız olmasını sağlamak için basamak yüksekliğinden biraz fazla (H>K) delinir (Şekil 4) ve bu fazla kısım delik – taban payı (U) olarak adlandırılır. Deliğin dip kısmına konulan patlayıcı maddeye dip şarjı (hb) denilir. Bunun üzerinde bulunan şarja ise kolon şarjı (hp)
denilir. Genellikle basamak tabanına yakın kısımlarda kayanın parçalanması daha güç olduğundan dip şarjı, kolon şarjına göre miktarca ve kudretçe fazla olacak şekilde seçilir. Deliğin ağız tarafına patlayıcı maddeyi örtmek üzere ve deliği tamamen dolduracak şekilde konulan ve patlayıcı olmayan maddeden (çakıl, kum, kırmataş, delme makinası kırıntıları vb) oluşan tıkaca ise sıkılama (ho) denir.
4. PATLAMA SONUÇLARININ ETKİLEYEN VE PATLATMA TASARIMINDA GÖZÖNÜNDE ALINMASI GEREKEN ETKENLER
Patlatma işleminin başlıca iki amacı vardır. Bunlar, 1) Parçalama, 2) Kayanın ötelenmesi (yerdeğiştirmesi) dir. Parçalamadan amaç kayanın kazı makinasının kepçesine rahatlıkla girebilecek ve makinanın çalışmasını olumsuz yönde etkileyemeyecek ve patar atımı gerektirmeyecek boyutta kırılmış olmasıdır. Kayanın ötelenmesi veya ileri fırlatılması ise daha çok kırılan kayanın kabarması sonucu gereken hacim artışını karşılayarak yığının sıkı değil gevşek ve kolay kazılabilir olmasını temin etmek ve bazen de örneğin kömür üzerindeki son dekapaj diliminin patlatılmasında olduğu gibi taşıma masraflarını azaltmak için parçalanan kayanın yandaki kömürü alınmış dilime patlamayla atılmasıdır. Bu amaçlara ulaşılması ancak iyi bir patlatma tasarımıyla mümkündür. Patlatma tasarımı ise bilimle zenaat (ustalık) arasında oldukça karmaşık bir iştir (6). Olayın ustalık yönü patlatma mühendisinin tayin ve kontrol edemediği kaya özellikleri (dayanımı, yapısı, su durumu)gibi jeolojik etkenlerin iyi tanınması, anlaşılması ve doğru yorumlanmasında yatar. Örneğin kullanılacak patlayıcı madde cinsinin kaya özelliklerine gözönünde tutularak seçilmesi. Yeni açılacak bir ocakta kullanılacak delik çapını ve delik makinasını bir mühendisin seçebilme imkanı olabilir. Ama eskiden beri çalışan bir ocakta görevlendirilen patlatma mühendisinin mevcut makine ve delik çapıyla en iyi sonucu alacak şekilde diğer tasarım parametrelerin seçmesi de bir ustalık konusudur. Patlatma tasarımının bilimsel yönü daha çok mühendisin kontrolunda olan etmenleri kapsar.
İyi parçalanmış, kolay yüklenebilir gevşeklikte ve yükseklikte bir yığın elde etmek ve bu işlem sırasında çalışanlara, makinalara ve çevreye zarar vermemek bir çok etkene bağlıdır. Bunlar şöyle sıralanabilir (1, 6, 7):
- Kaya özellikleri
- Patlayıcı madde özellikleri, cinsi, seçimi, miktarı ve dağılımı - Delik yeri, çapı, eğimi ve boyu
- Patlatma geometrisi
- Basamak aynalarının şekli ve durumu - Pasa kabarmasının etkileri
- Delik düzeni tipinin etkileri
- Dilim kalınlığı ve deliklerarası mesafenin etkileri - Delik taban payının etkileri
- Sıkılamanın etkileri
- Atım grubu şekli ve boyutunun etkileri - Yemleme ve ateşleme düzeninin etkileri
- Ateşleme sırasının etkileri ve ateşleme yöntemleri - Gecikme zamanının etkileri.
4.1. KAYA ÖZELLİKLERİ
Kaya özellikleri atım sonucunu önemli ölçüde etkiler. Örneğin formasyon kili gibi plastik özellik gösteriyorsa kovan yapma ihtimali vardır. Bu durumda şok (darbe) enerjisinden çok gaz (yıkma) enerjisi fazla olan bir patlayıcı madde kullanmak, dilim kalınlığı ve deliklerarası mesafeleri dikkatle seçmek ve mümkün olduğunca az tutmak gibi önlemler gerekebilir. Kaya gevrek (kırılgan) fakat masif ise kayanın parçalanmasında birincil kırılma mekanizmalarının iyi iş görmesi bakımından patlayıcı maddenin yüksek kudretli ve yüksek patlama hızlı olmasına özen gösterilmelidir. Çok eklemli ve çatlaklı zayıf kayalarda formasyon zaten parçalanmış olduğundan düşük yoğunluklu ve düşük patlama hızlı fakat fazla gaz çıkaran patlayıcı maddeler tercih edilmelidir.
Formasyonun şu durumu da önemlidir. Sulu deliklerde kullanılacak patlayıcı maddenin suda çözünmeyen ve sudan etkilenmeyen cinsten olmasına özen gösterilmelidir.
Yukarıda belirtildiği gibi kayaların dayanıklılığı, eklem, fay, tabakalanma gibi yapısal unsurları ve su durumu patlatma tasarımı için önemlidir. Atchison (2) parçalanma işlemine etki eden kaya özelliklerini yoğunluk, dalga iletim hızı, karakteristik empedans, enerji yutma özelliği, basınç dayanımı, çekme dayanımı, değişkenlik durumu (homojen ve isotropik olmayışı), yapısal durumu (eklem, tabakalanma vb) olarak yeralmaktadır. Uygulamaların da gösterdiği gibi kayanın yoğunluğu arttıkça patlatılabilirliği da güçleşmektedir. Hemphill (8) bunların dışında kayanın elastik modülü (elastik katsayısı) arttıkça kayanın direncini arttığını ve kırılmasının zorlaştığını, Poisson oranının değişik olmasının ise kayanın önceden çatlatılabilirliğini (presplitability) kolaylaştırdığını söylemektedir. Tamrock (9) patlatma elkitabında kayanın patlatılabilirliğine etkiyen unsurlardan yapısal durumu, sağlamlığı, homojenitesi yanında kayanın kırılabilir, dövülebilir, çekilebilir veya esneyebilir olmasının da önemli olduğuna işaret edilmektedir. Dick ve arkadaşları (10) da kayanın sertliği, boşluklu olup olmadığı ve kil damarları, ayrışmış onlar vb. bulunup bulunmasının da önemli olduğunu eklemektedirler. Divriği Demir Madeninde yaptığımız bir çalışmada m3 başına gerekli patlayıcı madde miktarı ile kayanın darbe dayanımı arasında
oldukça yakın bir ilişki olduğu görülmüştür (11).
4.2. Patlayıcı Madde Özellikleri, Cinsi, Seçimi, Miktarı ve Dağılımı 4.2.1. Patlayıcı Madde Özellikleri
Bugün piyasada satılan pek çok cins patlayıcı madde vardır. Günümüzün patlayıcı maddeleri daha emniyetli, daha güvenilir ve daha etkilidir. Her patlayıcı maddenin kendine özgü özellikleri ve uygulama alanı vardır. Yanlış patlayıcı madde veya uygun patlayıcı madde uygun olmayan biçimde kullanıldığında sonuçlar tehlikeli, maliyeti yüksek ve üretim verimi düşük olur (12). Bu nedenle patlayıcı maddelerin birbirleriyle karşılaştırılmasında, seçim ve kullanılmasında göz alınan bazı özellikleri şöyledir (4, 8, 9, 10, 13, 14, 15),
- Gücü (kudreti) - Patlama (ateşleme) hızı - Yoğunluğu - Suya dayanıklılığı - Dona dayanıklılığı - Gaz özellikleri (öldürücülüğü) - Patlama ısısı ve özgül gaz hacmi - Hassasiyeti
Patlayıcı maddenin “gücü” onun içerdiği enerji miktarının veya iş yapma kabiliyetinin bir göstergesidir. Dinamitlerin ama gücü içerdiği nitrogliserin yüzdesi olarak ifade edilmektedir. Örneğin %60 normal dinamit ağırlıkça %60 oranında nitrogliserin içerir. Ancak dinamitlerdeki bu güç tanımı yanlış anlamalara yol açabilmektedir. Şöyle ki %60’lık dinamit, %30’luk dinamite göre iki kat kuvvetli anlamını taşımaz (8, 13, 14). Ancak örneğin %40’lık amonyum nitratlı dinamit %40’lık normal dinamitle aynı kudrettedir demek doğru bir tanım olur.
Patlayıcı maddelerin kudretini daha çok, yaygın olarak bilinen belirli bir patlayıcı maddeye (%35 NGL içeren dinamite veya “Blasting Gelatine”) göre vermek tüm dünyada kullanılan bir yöntemdir. Bu karşılaştırma yönteminde iki türlü kudret karşılaştırması yapılır. Birincisi “ağırlıkça kudret” olup herhangi bir ağırlıktaki patlayıcı maddenin gücü, aynı ağırlıktaki Blasting Gelatin’in kudretinin %’si olarak tanımlanır. İkincisi “hacimce kudret” olup herhangi bir hacimdeki patlayıcı maddenin aynı hacimdeki Blasting Gelatin’in kudretinin %’si olarak tanımlanır.
Patlayıcı madde seçiminde önemlidir. Patlama hızı ile patlayıcı maddenin delik içindeki yoğunluğunun çarpımı olan patlayıcı empedansı kayanın yerinde yoğunluğu ile basınç dalgası yayılma hızının çarpımı olan kaya özyapısal empedansına yakın olmalıdır (9). Patlama hızı, düşük hızlı patlayıcı maddelerde 1500-2500 m/sn., yüksek hızlılarda 2500-7000 m/sn arasında değişir. Patlama hızı patlayıcı madde cinsi, çapı, patlayıcının sıkışmışlık şarj esnasında derecesi, sıcaklık ve yemleme miktarı gibi faktörlerden etkilenir. Her patlayıcı cinsi için bir kritik çap vardır ki bu çapın altında olduğunda patlayıcı madde patlamaz. Genel olarak çap, delik içinde sıkışmışlık derecesi, sıcaklık ve yemleme miktarı arttıkça patlayıcıların patlama hızları artır. Şekil 5 patlayıcı madde çapı ile patlama hızı ilişkisini göstermektedir.
Şekil 5 : Patlayıcı madde çapının patlama hızını etkilemesi
Patlayıcı maddelerin yoğunlukları da önemlidir. Genel olarak yoğunluğu fazla olan patlayıcı kullanmak demek aynı hacimde daha fazla patlama enerjisi bulundurmak demektir. Kartus (okum) şeklinde satılan dinamitlerde yoğunluk örneğin 5 kg’lık kolideki lokum adedi kıyaslanarak bulunabilir. Örneğin 5 kg’lık bir kolide A cinsi dinamitten 40 adet, B cinsi dinamitten ise 5 kg’lık kolide 30 adet lokum varsa (lokum boyutları aynı olmak şartıyla) B tipi dinamitin yoğunluğu daha azla demektir. Patlayıcı madde yoğunluğu kg/cm3 olarak verilir.
Özellikle ANFO gibi taneli ve deliğe dökülebilir patlayıcı maddelerin delik dışındaki yoğunluğu kadar delik içindeki yoğunluğu da önemlidir. Eğer ANFO deliğe basınçlı hava ile üflenirse delik içindeki yoğunluğu (sıkışmışlığı) artar. Örneğin dışarıda yoğunluğu 0.8-1.0 kg/cm3 arasında
değişen ANFO deliğe sıkıştırılarak şarj edildiğinde yoğunluğu 1.2-1.25 kg/cm3’e kadar
arttırılabilir. Ancak patlayıcı maddeleri sıkıştırmanın da bir sınırı vardır. Çünkü çok fazla sıkışan patlayıcı madde patlamaz, şoka duyarsız olur. Örneğin ANFO yoğunluğu 1.25 kg/cm3’den fazla
ise patlamayabilir.
Patlayıcı maddelerin delik içindeki miktarları da genellikle kg/m (delik metrajı başına miktar) olarak ifade edilir. Şekil 6 deliğe dökülebilir veya pompalanabilir patlayıcı maddelerin yoğunluğu ile delik çapı bilindiğinde delik metrajı başına patlayıcı madde miktarını vermektedir. Lokum tipi patlayıcı maddeler deliği tamamen doldurmayacağından Şekil 6’da delik çapı yerine, (lokum çapı ve sopayla sıkıştırılma derecesi de gözönüne alınarak bulunan) lokum demeti ortalama çapı kullanılabilir.
Patlayıcı maddelerin suya dayanıklılıkları da önemlidir. Özellikle sulu deliklere konulacak patlayıcı maddelerin suya dayanıklılıklarının iyi veya çok iyi olması gerekir. Orta
derecede suya dayanıklılar da delikte uzun süre bekletilmemek şartıyla açık ocaklarda kullanılabilir. Suya dayanımı olmayan patlayıcı maddeler kısmen veya hiç patlamayarak kaza riski ve ekonomik kayıp doğurur.
Patlayıcı madde patlama reaksiyonu sonucu bazı gazlar oluşturur. Bunlar CO2, CO, N2,
NO2 gibi gazlardır. Bazıları zehirleyici, bazıları boğucu olan bu gazlar havalandırmanın yetersiz
olduğu yer altı işlerinde özellikle önemlidir. Açık ocak patlatmalarında gazların öldürücü tehlikesi çok azdır.
Patlama ısısı ve özgül gaz hacmi de patlayıcı madde seçiminde önemlidir. Patlama ısısı, patlayıcı madde patladığında ortaya çıkan enerji miktarı olup kcal/kg olarak ölçülür. Özgül gaz hacmi ise normal şartlar (0oC ve ? civa basıncı) altında 1 kg patlayıcı maddeden patlama sonucu çıkan
gazların hacmidir. Kayada yapılan iş veya gaz basıncı etkisi hem patlama ısısı ve hem de gaz hacmine bağlıdır. Gazların sıcaklıkla genleşmesi üzerine ısı enerjisinin %30-40’ı doğrudan kayanın parçalanmasına harcanır. Patlayıcı maddelerin patlama sonucu çıkardığı ısı ve gaz hacmi arttıkça patlayıcı madde daha çok iş yapar.
Patlayıcı maddelerin hassasiyeti ateş alma kabiliyetlerinin bir göstergesidir. Bu bakımdan patlayıcı maddeler çok hassas, az-hassas gibi sınıflara ayrılabilir. 8. numara kapsülle doğrudan ateşlenebilen (tüm dinamit cinsleri) patlayıcılar çok hassas grubuna girer. Az-hassas olanlar 8. no kapsülle doğrudan ateşlenemezler ve patlayıcı karışımlar sınıfına girerler (10). Bunlar örneğin ANFO ve yarı-akışkan (slurry) patlayıcı karışımlardır. Bu patlayıcılar bazı durumlarda (şartlar uygunsa) doğrudan ateşlenebilirler. Örneğin karışıma giren katkı maddeleri çok ince öğütülmüşse, yoğunluğu fazla ise, çapı fazla ise, su yoksa, özellikle sıcaklık ve sıkıştırılmışlık fazla ise doğrudan 8. no kapsülle ateşlenebilirler. Hassasiyet aynı zamanda ateşleme başladıktan sonra patlayıcı maddenin patlamayı devam ettirebilme kabiliyetinin de bir göstergesidir. Öte yandan hassasiyet, darbe, sürtünme veya şokla ve alevle kazanan ateşlenebilme özelliğini de gösterir. Diğer bir deyişle taşıma ve kullanma koşullarını da belirler.
Patlayıcı maddelerin depoda bozulmadan uzun zaman kalabilirlikleri, emniyetle depolanabilmesi için özel bina ve tedbirler gerektirip gerektirmeme derecesi de patlayıcı madde seçim ve kullanılmasında rol oynar.
4.2.2. Patlayıcı Madde Cinsleri
Yukarıda açıklanan özellikleri gözönüne alındığında bugün endüstride yaygın olarak kullanılan ve ticari piyasada önemli yeri olan patlayıcılar şunlardır.
A – Ateşleyici patlayıcılar
B – Yüksek hassasiyetli patlayıcılar C – Patlayabilir karışımlar
A – Ateşleyici Patlayıcılar
Bunlar çok hassas ve patlaması çok kolay patlayıcılardır. Adından da anlaşılabileceği gibi bunlar diğer patlayıcıların ilk ateşlenmesinde diğer bir deyişle kapsül (ve infilaklı fitil) imalatında kullanılırlar. Bakır veya aluminyum yüksüklere konurlar ve bunların patlamasıyla meydana gelen çok şiddetli darbe veya şok daha az hassas olan esas patlayıcı maddeyi patlatır.
Kapsül imalatında kullanılan bu patlayıcılar büyük miktarda gaz çıkarmaz ve doğrudan kaya patlatma işlerinde kullanılmaz. Ancak yerel ve çok kuvvetli şok yarattıklarından dinamitleri ateşlemekte kullanılırlar.
B – Yüksek Hassasiyetli Patlayıcılar
Bütün cins dinamitle bu gruba girerler. Bunların patlama hızı genellikle 2500-7500 m/sn’dir. Patlamaları bir kapsülün verdiği ani ve çok şiddetli şok ile başlar ve patlama sonucu çok
miktarda ve yüksek basınç altında gaz çıkarırlar. Böylece kaya şokla parçalanır ve gaz basıncıyla ileri püskürtülür. Bunların çeşitleri şöyledir (8, 9, 10, 14):
Nitrogliserin esaslı dinamitler, Amonyum nitratlı dinamitler, Jelatin dinamitler,
Yarı-jelatin dinamitler Antigrizutin
Nitrogliserin esaslı dinamitler taneli bir yapıya (görünüme) sahiptir. Nitrogliserin yanısıra nitroselüloz, hatta talaş içerirler. Nitrogliserin diatomit veya kizelgur’a (SiO2) emdirilir.
Kartuşlar erimiş muma batırıldığından suya dirençleri yeterli düzeydedir. Anma kudretleri içerdikleri nitrogliserin yüzdesi ile ifade edilir. Örneğin %35, 50 gibi gaz özellikleri bakımından tehlikelidirler.
Amonyum nitratlı dinamitlerde taneli görünümlüdür. Bu dinamitlerde nitrogliserin miktarı çok azaltılmıştır. Nitrogliserin hassaslaştırıcı olarak kullanılır. Esas enerji kaynağı amonyum ve sodyum nitrattır. Bu dinamitler ısı ve şoka daha az hassas, suya daha az dirençlidirler. Gaz özellikleri hem nitrogliserin hem de amonyum nitrat esaslı dinamitler genellikle açık ocaklarda dip şarjı veya yemleyici olarak kullanılırlar. Bunların kartuşları sudan etkilenmemeleri için deliğe kırılmadan atılmalıdır. Jelatin ve yarı-jelatin dinamitler sudan etkilenmeyecek bir yapıya sahiptirler. Bu dinamitlere ilave edilen nitrokoten (selüloznitrat) nitrogliserin ile birleşerek kıvamlı ve yapışkan bir jel oluşturur. Nitrokoton yüzdesi arttıkça yapışkanlıkta artar.
Nitrokoton ile nitrogliserini çözündürerek elde edilen suya dirençli jel suda erimez ve dinamit katkı maddelerini birbirine yapıştırır.
Normal jelatin dinamitler (amonyum nitratsız) yüksek su dirençleri ve yoğunlukları, plastiklikleri ve gas özellikleri ile depolanabilirliklerinin iyi olmalarıyla tanınırlar. Jelatin dinamitler genellikle çok sert kayaların patlatılmasında ve sıva tipi atımla patar parçalamada kullanılırlar.
Amonyum nitratlı jelatin dinamitler, normal jelatin dinamitlerdeki nitrogliserin yerine amonyum nitrak ikamesiyle yapılmışlardır. Fiyatları daha ucuz, kudretleri ve suya dirençleri daha azdır. Gaz özellikleri iyi olmakla birlikte depolanabilirlikleri kötüdür. En çok, %40 anma kudretli olanları yumuşak veya orta-sert kayaların patlatılmasında kullanılır.
Yarı jelatin dinamitler amonyum nitrat esaslı dinamitlerin ucuzluğu ile jelatin dinamitlerin su direnç özelliklerini taşıyacak şekilde yapılmışlardır. Gaz özellikleri iyi, sıcağa dayanıklılıkları ve depolanabilirlikleri zayıftır. Genellikle önçatlatma (presplitting) uygulamalarında kullanılır. Antignizutin dinamitler yer altı kömür madenlerinde metan ve kömür tozu patlatmalarını önlemek üzere yapılmışlardır. Nitrogliserin, amonyum nitrat, nitrokoton gibi katkıların dışında özellikle alev bastırıcı ve soğutucu sodyumklorit içerirler.
C – Patlayabilir Karışımlar
Açık ocaklarda esas delik şarjı olarak kullanılan başlıca iki türlü patlayabilir karışımlar vardır. Bunlar
- Kuru patlayıcı karışımlar (ANFO)
- Sulu patlayıcı karışımlar (Slurry, Water Gel, Emulsiyon)
Patlayabilir karışımlar adından da anlaşılabileceği gibi kendi başlarına patlayabilir özellikte olmayan iki veya daha fazla maddenin karıştırılmasıyla oluşturulur. Bu iki maddeden
biri yakıt (fuel) diğeri oksitleyici (oxidizer) dir. Patlayabilir karışımların en büyük özelliği, doğrudan doğruya 8. nolu kapsülle patlatılamayışları ve dinamit gibi kuvvetli ateşleyiciler (yemleme) gerektirmeleridir.
C.1. Kuru Patlayıcı Karışımlar
Yapımında su kullanılmayan ve 8. nolu kapsülle patlatılamayan her karışım kuru patlayıcı karışım olarak adlandırılacaktır. En bilinen örneği, ANFO olarak adlandırılan amonyum nitrat (AN) ve 2 No. fuel oil (FO), (veya mazot) karışımıdır. İsveçli Norrbin ve Ohisson amonyum nitratın (AN) bazı hassaslaştırıcılar ve nitrogliserinle kullanılabileceğinin patentini 1867’de almış olmalarına rağmen (5, 15), ANFO’nun endüstriyel düzeyde kullanımına 1950’li yıllarda geçilmiştir (5, 8, 14, 15).
Amonyum nitrat toz (kristalize) veya hap (prill) şeklinde olabilir. Hap şeklinde AN çok aşamalı bir işlemden sonra (doğal) gaz + hava → kuru amonyak; amonyak + nitrik asit → AN çözeltisi elde edilen AN çözeltisinin 30-60 m yükseklikteki bir kuleden fiskiye ile püskürtülme sonucu damlacıkların aşağıya düşene kadar katılaşmaları ile elde edilir (15). Bu haplar soğutulur, kurutulur ve yüzeyleri diatomit ile kaplanarak yapışmaları önlenir. Haplar da aynen kristalize AN’da olduğu gibi standard torbalarda satılır. Hapların en büyük avantajı gözenekli olmalarıdır. Gözenekler;
1 – AN’ın mazotu daha iyi emme ve tutmasını 2 – Daha hassas olmalarını sağlarlar.
Yoğunluğu 0.8-0.85 gr/cm3 olan toz AN’a karşın, hap AN yoğunluğu 1.4-1.5 gr/cm3
olabilmektedir (15).
ANFO en basit biçimde ağırlıkça %94.3 oranında AN ve %5.7 oranında mazot (2. no fuel oil) karıştırılarak yapılır. Bazı hallerde karışıma odun kömürü, odun talaşı veya diğer hidrokarbonlarda yakıt olarak (mazot yerine) konulabilir, hatta nem ve sertleşme önleyici maddeler de eklenebilir. Yakıt oranı %5.5 ile 6 arasında ANFO en yüksek enerji verimine ve patlama hızına ulaşır. Eğer O2 azlığı (yakıt %6’dan fazla) varsa enerjisi az olur ve CO gibi
zehirleyici gaz çıkarır.O2 fazlalığı var ise (yakıt %5’den az) bu kez de verim düşer ve tehlikeli
NO, NO2 gazları çıkar, ANFO patlatıldığında açık sarı duman vermesi iyidir. Portakal rengi-açık
kahverengi duman ise yetersiz yakıt durumunu gösterir ki bu iyi karıştırılmamaktan veya ANFO bekleyince mazotu süzülerek ayrıldığından ve AN suda çözündüğünden olabilir.
ANFO’dan iyi verim almak için nitrata iyice ezerek topaksız ve toz halinde olmasını sağlamak ve doğru oranda mazot ile iyice karıştırmak gereklidir. Bunu sağlamak için karıştırıcı olarak bir betoniyer kullanılabilir. Mazotun süzülmesini önlemek için ANFO’yu kullanılacağı zaman hazırlamak veya %1 oranında odun talaşı eklemek iyi birer önlem olabilir.
ANFO’nun başarılı kullanılması başka bazı faktörlere de bağlıdır. Bunların başında şarj çapı gelir. ANFO deliklere dökülerek konuluyorsa şarj çapı delik çapına eşit olur. Şarj çapı arttıkça patlama hızı artar. Bu da ANFO’nun daha kısa zamanda patlaması ve gücünü kayaya daha yoğun biçimde uygulaması ve daha iyi iş yapması anlamına gelir. ANFO’nun patlayabileceği en az çap ?. Bu çapta patlama hızı 2400 m/s olup, ANFO’nun bu çapta patlayabilmesi özel koşullara bağlıdır. Hap ANFO 2'' çaplı delikte 2800 m/s hızla patlayabilir. Toz (kristalize) ANFO’nun kesin olarak patlayabileceği çap 3'' olup, patlama hızı 3170 m/s dir. ANFO çapı 10'' aştıktan sonra patlama hızı artmaz.
ANFO’nun verimli patlamasında önemli diğer bir husus şarj yoğunluğudur. Delik dışında yoğunluğu 0.8-0.85 gr/cm3 olan ANFO, deliğe basınçlı hava ile püskürtülerek delik içi
(şarj) yoğunluğu 1.2 gr/cm3 kadar artırılabilir. Bu durum da ANFO en yüksek verimle patlar.
Uygulamada genellikle ANFO deliğe dökülürse yoğunluğu 0.9-0.95 gr/cm3, basınçlı havayla şarj
edilirse 1.1-1.15 gr/cm3 olur. Yoğunluğun 1.2 gr/cm3 den fazla olması da zararlıdır. Bu durumda
Geçmişte bazı açık ocaklarda delik dibindeki yeme (dinamite) ilk ateş ANFO’nun ortasından geçen infilaklı fitille verilmiş, ancak fitilin yukarıdan aşağıya doğru ilerleyen infilaki sonucu ANFO sıkıştığından patlamadığı durumlar görülmüştür. Bu nedenle infilaklı fitille ateşlemede ANFO deliğe dökülecek olursa, sıkışmaya rağmen yoğunluğu 1.2 gr/cm3 değerinin altında kalır ve
ANFO patlayabilir. Diğer seçenekler de yemlemenin yukarı taraftan yapılması veya ateşlemenin ya elektrikli kapsülle veya şok tüpü (NONEL) ile yapılması olabilir.
ANFO doğrudan doğruya 8 no.lu kapsülle ateşlenemez. Bu nedenle bir yem kullanmak gereklidir. Yemler her çeşit dinamit olabilir. Yurtdışında bu maksatla imal edilmiş (300 gr, 500 gr gibi değişik ağırlıklarda paketlemiş özel yemler vardır. Türkiye’deki uygulamalarda ANFO miktarının %3-5 oranında dinamit kullanıldığı görülmektedir. Böyle bir oranın bilimsel ve teknik gerekçesi yoktur. Divriği demir madeninde yaptığımız bir araştırmada (17) 150-300 kg ANFO konulan deliklerde 2.5 kg dinamitin yem olarak kullanıldığı görülmüştür. Yem miktarı 1 kg’a kadar düşürüldüğünde de başarılı ateşleme yapılabildiği kanıtlanmıştır. Bu konuda otoriteler miktar belirtmemekte, önemli oran faktörlerin;
a – Yemin patlama hızının ANFO patlama hızından çok daha yüksek olması b – Yem çapının, delik (ANFO şarj) çapına yakın olması.
olduğunu vurgulamaktadırlar (4, 7, 15).
ANFO fiyatı nitrogliserin esaslı dinamit fiyatının en az dörtte biri, en çok yarısı kadar olabilmektedir. Bu ucuzluğu nedeniyle açık ocak madenciliğinde en çok kullanılan patlayıcı maddedir. Türkiye’de Kasım 1985 fiyatıyla AN’ın tonu 167.000 TL’dır. Nakliye, mazot karıştırma işçiliği de konulduğunda bu fiyat 210.000 TL’ye ulaşmaktadır. Diğer taraftan aynı tarihte GOM II dinamitin tonu 560.000TL, jelatinitin 500.000 TL’dır. Bu durumda ANFO fiyatı bu dinamit fiyatlarının sırasıyla %38’i ve %42’si oranındadır.
ANFO’nun hassasiyeti daha düşük olduğundan taşıması ve kullanması daha emniyetlidir. Özellikle deliğe dökme olarak konulduğunda deliği tümüyle doldurur. Bu fiziksel kavramanın %100 olması demektir. Fiziksel kavrama faktör patlayıcı çapı/delik çapı olarak ifade edilir. Bu faktör %100 olduğunda patlayıcı madde delik duvarına temas ettiğinden enerjisini (darbesini) kayaya hiçbir kayıp olmaksızın verebilir ve patlatma verimi yüksek olur.
Yukarıda sayılan yararları yanısıra ANFO’nun sakıncaları da vardır. Bunlar; a) Suya dirençsiz oluşu,
b) Düşük patlama hızı, c) Düşük yoğunluğu,
d) Delik doldurma süresinin uzunluğu,
Bu sakıncaları fazla delik hacmi gerektirmesine, verimsiz patlamalar sonucu oluşan sıkı yığınlarda ekskavatör randıman düşüklüğüne, tırnak problemine, yol açarak maliyet artışlarına neden olabilmektedir. Sulu patlayıcı karışımlar ANFO’nun bu sakıncalarını gidermek için imal edilmişlerdir.
C2. Nolu Patlayıcı Karışımlar
Sulu patlayıcı karışımlar amonyum, sodyum kalsiyum gibi nitrat tuzları (oxidizer), madeni yağlar, mazot, aluminyum gibi yakıtlar (fuel) ve mikrocam balonlar, veya TNT gibi hassaslaştırıcıların suda çözündürülmesi veya askıda tutulması ile yapılırlar. Sulu, patlayıcı karışımlar, sulu deliklerde patlamayan ANFO’ya bir seçenek olarak geliştirilmişlerdir. Başlıca türleri;
a – Çamursu karışımlar (Slurry)
b – Yarı – akışkan karışımlar (Water – gel)
c – Krema tipi karışımlar (Emulsiyon) olarak adlandırılır.
Aslında yarı-akışkan karışım, tam bir çamursu karışımdır ve bu iki terim birbiri yerine kullanılır (10). Krema tipi karışımlar çamursu veya yarı-akışkan karışımlardan fiziksel özellik ve görünüm olarak farklı olup, işlev bakımından aynı ödevi görürler. Her üç karışımı bir ailenin fertleri olarak saymak uygundur.
Çamursu karışımlarda (tüm sulu karışımlar bundan böyle bu şekilde anılacaktır) su oranı %5 ila %40 arasında değişir. Diğer katkı maddeleri de örneğin AN %40-%70, TNT %20-%35 oranlarında konulabilir. Diğer bir deyişle sonsuz çeşitte çamursu patlayıcı karışım yapmak mümkündür.
Sulu patlayıcı karışımların su direnci jelatin dinamitlerinkine eşit veya daha fazla olup, “çok iyi” olarak tanımlanabilir. Ancak her cins için kesin olmayıp, kompozisyonuna uygun kullanılıp kullanılmadığına da bağlıdır. Çamursu karışımların enerji içeriği kompozisyonuna bağlı olarak 700 kcal/kg ile 1460 kcal/kg arasında değişir. Yoğunlukları ise çoğu 1.1-1.35 gr/cm3 arasında
olmak üzere 1.05-1.8 gr/cm3 değerindedir. Görüldüğü gibi yoğunlukları suyun yoğunluğundan
fazla olduğundan sulu deliklerde kolayca dibe çökerek suyu delikten dışarı atar ve suda erimediği ve su ile karışmadığı için yüksek verimle patlar.
Enerji içerikleri ve yoğunlukları gibi patlama hızları da kompozisyonuna göre 3500 m/sn-5500 m/sn arasında değişir. Patlama hızı aynı zamanda delik çapına göre de değişir (Şekil 5).
Yoğunluklarının fazla olmasının bir yararı da belirli çaptaki (hacimdeki) bir deliğe daha fazla patlayıcı enerjisi yerleştirmesi mümkün kılmasıdır. Bunu bir örnekle açıklamakta yarar vardır: Yoğunluğu 1 kg/dm3 olan ANFO (927 kcal/kg), deliğin bir dm3 hacmine 1 kg miktarında
konulabilecek ve sonuçta 927 kcal enerji verecektir. Yoğunluğu 1.4 kg/dm3 olan çamursu karışım
ise bir dm3 hacime 1.4 kg miktarında konulabilecek ve enerji verimi düşük (760 kcal/kg) olsa bile
sonuçta 1.4 kg x 760 kcal/kg = 1064 kcal toplam enerji verecektir. Böylece kaya iyi parçalanabilecek veya aynı deliğe daha fazla enerji yerleştirilebildiği için deliklerarası mesafeler büyütülebilecek ve daha randımanlı madencilik yapılabilecektir. Ancak burada çamursu patlayıcıların ANFO’ya göre çok daha pahalı olduğunu belirtmek yararlı olacaktır. Ancak aluminyum ve TNT içermeyen karışımlar daha güçsüz ve daha az yoğun olmalarına rağmen ucu oldukları için sulu deliklerde ANFO’ya seçenek olabilir. Maliyet yönüne ileride değinilecektir.
Çamursu patlayıcı karışımlar, yemle patlatılabilecek kadar hassas, fakat dinamit gibi kazaen (darbe, şok, alev) kolayca patlamıyacak hassasiyettedirler. Ancak yine de bunlar bir patlayıcı maddedir ve dikkatle taşınmalı ve kullanılmalıdır. Emniyetlilikleri dinamitlerden fazladır. İçerisinde TNT olmayan çamursu dinamitlerin katkı maddeleri kendi başlarına patlayıcı özellik göstermediklerinden bunların taşınması çok emniyetlidir. Ancak karışım hazırlandıktan sonra patlayıcı madde oluşmuştur ve dikkatle kullanılmalıdır.
Çamursu patlayıcı karışımları ateşlemek için ne tür ve miktar yem gerektiği ilgili firmadan öğrenilmelidir. Çünkü hassasiyeti kompozisyonuna göre değiştiğinden her yem, her cins çamursu patlayıcı karşımı ateşleyemez. Hazırlama tesisinde veya delikte fazla beklemesi veya yakınındaki bir atımın basıncı nedenleriyle hava kabarcıkları (veya mikro cam baloncukları) kaçmış bir çamursu patlayıcı karışım duyarsız olabilir ve patlamayabilir.
Öte yandan ateşlemede infilaklı fitil kullanılacaksa, delik çapına ve fitil gücüne bağlı olarak infilaklı fitiller çamursu patlayıcı karışımların ateşlenmesinde kötü etkiler yapabilir. Bu nedenle infilaklı fitil kullanılacaksa, çamursu karışımı imal veya dizayn eden firma ile konuşmakta yarar vardır.
Sulu patlayıcı karışımlar kıvamlarına (akışkanlıklarına) göre ya dökülebilir veya pompalama gerektirir özelliktedir. Bu bakımdan genellikle özel kamyonlarla deliklere şarj edilir. Plastik torbalar içinde satılan ve torbalı olarak deliğe şarj edilenleri de vardır.
Sulu patlayıcı karışımlar teknolojisi çok yeni ve henüz gelişme safhasındadır. O bakımdan bu tür patlayıcı madde kullanmak isteniyorsa, uzmanlara, danışmak, literatürü takip etmek ve çok değişik firmalardan (ocağı gezdirip koşulları gösterdikten sonra) teklif istemek akıllıca bir yoldur.
Çamursu patlayıcı karışımların yararları suya dirençli oluşları, delik doldurma işleminin hızlı olması, deliği tamamen doldurması (fiziksel kavrama %100) ve sudan ağır olarak sayılabilir. Sakıncaları ise ANFO’dan pahalı olması, yurtdışından temin edilebilmesi ve çok çatlaklı boşluklu kayalarda formasyona sızarak (kaybolacak) maliyeti arttırmasıdır.
4.2.3. Patlayıcı Madde Seçimi
Patlayıcı maddelerin başlıca özellikleri ile cinslerini önceki altbölümlerde gördük. Böylece patlayıcı maddelerin cins ve özelliklerini gözönüne alarak kullanacağımız patlayıcı maddeyi seçebilecek düzeye geldik. Ancak patlayıcı madde seçimine etki eden başka faktörler de vardır. Bunlar fiyat (maliyet), istenen parçalanma derecesi, kaya koşulları, delik makine parkı, delik çapı durumu, iklim durumu gibi şantiye koşulları, emniyetlilik ve temin edilebilirliktir.
İstenen parçalanma derecesi ve yığın gevşekliği kazı makinasına bağlıdır. Örneğin bir Dreglayn bir ekskavatöre göre (diğer koşullar aynı) daha iyi parçalanma gerektirir. Çünkü halatlı
olduğundan doldurmada kepçeye kumanda etmek çok güçtür. Ayrıca istenen parçalanma derecesi ekskavatörün kepçe büyüklüğüne göre değişir. Küçük kepçeli ekskavatör randımanlı yükleme için iyi kırılmış (küçük) parça gerektirir.
Kaya koşulları da önemlidir. Yumuşak veya çok çatlaklı kayalarda düşük yoğunluklu, düşük güçlü patlayıcılar, sert ve masif kayalarda ise yüksek yoğunluklu ve güçlü patlayıcılar iyi sonuç verir. Kil gibi plastik formasyonlarda da fiziksel kavrama oranını düşürmek veya daha çok gaz basıncı verebilen patlayıcı kullanmak gerekebilir.
Mevcut delme makine parkının delebileceği bir delik çapı vardır. Kullanılacak patlayıcı madde bu çap ile uyum sağlayacak biçimde seçilmelidir. Bugün 2''-15'' arasında değişen çaplarda delik delen makinalar vardır. Delik çapı küçüldükçe daha hassas ve gücü yüksek patlayıcılar, delik çapı büyüdükçe daha az hassas, daha az güçlü patlayıcılar (ANFO, slurry) en ucuz ve en verimli patlamayı sağlarlar. Kullanılacak patlayıcı madde seçiminde delik delme maliyeti de önemlidir. Ayrıca kayanın sertliği, yoğunluğu ve masifliği arttıkça delik delme maliyeti de artar. Böyle kayada ucuz olduğu için ANFO kullanmak, delik maliyetinin fazlalığı nedeniyle toplam maliyetin artmasına neden olur. Bu durumlarda delme + patlatma maliyetini en aza indirecek optimum çözümün bulunması gereklidir. Çoğu hallerde patlayıcı madde gücü ve yoğunluğunun ayarlayarak (ANFO’ya Alüminyum ilave etmek ve basınçlı havayla şarj etmek Slurry kompozisyonunu değiştirmek gibi) da optimum çözüm bulunabilir.
Kuru deliklerde kaya koşullarına uyum sağlayan her tür patlayıcı madde kullanılabilir. Ancak büyük çaplı deliklerin düşük maliyetle delinebildiği kuru formasyonlarda en ucuz patlatma ANFO ile gerçekleştirilebilir. Kısmen sulu deliklerde su seviyesine kadar suya dayanıklı (slurry vb.) sudan üstte ise ANFO gibi patlayıcılar kullanılabilir. Ancak dip şarjı olarak slurry, kolon şarji olarak ANFO kullanılması düşünülen hallerde, artan patlayıcı madde maliyeti kazı, yükleme ve taşıma maliyetlerindeki düşüş ile karşılanmalıdır. Benzer şekilde dip şarjı/kolon şarjı uygulaması büyük atım gruplarında kullanılacaksa delme maliyetinden yapılacak tasarruf, patlatma ve onu izleyen işlemlerde olacak maliyet artışlarını aşmalıdır.
Sulu patlayıcı karışımları ancak çok sulu deliklerde kullanmak ucuz olur. Eğer seyyir bir motopompla sulu atmak mümkünse bu halde de ANFO kullanmak daha ucu çözüm olabilir. Bu durumlarda Slurry maliyeti ile ANFO + drenaj maliyeti karşılaştırılmalıdır. Delikler kuru olsa bile delme maliyeti yüksekliği nedeniyle ucuz ANFO yerine, daha seyrek delinmiş düzendeki (daha az maliyet) deliklerde daha pahalı Slurry’i kullanmak cazip olabilir ve toplam maliyeti azaltabilir.
Patlayıcı maddelerin seçiminde depolama, hazırlama, taşıma kolaylıkları ile mevcut personelin eğitim durumu da göz önüne alınmalıdır. Bu özellikle emniyet açısından önemlidir.
Bir diğer faktörde patlayıcının kolay temin edilebilirliğidir. Örneğin yurtdışı kaynaklara bağımlı bir patlayıcı maddenin gelişinde aksamalar olması ocakta işlerin durmasına ve maliyet artışına sebep olabilir.
İklim durumu da hem depolama ve hem de kullanılış bakımından önemlidir. Örneğin ANFO’yu Amazon gibi bir havzada depolamak bozulmasına neden olabilir. Özellikle 8. No kapsül hassas (TNT’li) Slurry’lerde çok düşük sıcaklıklarda patlamayabilir.
4.2.4. Patlayıcı Maddenin Delikteki Miktarı ve Dağılımının (Şarj Şeklinin) Etkileri
Her deliğe konulan patlayıcı madde miktarı, deliğin etki (patlatma) alanlarına giren belirli bir hacimdeki kayanın patlatılmasına yeterli olmalıdır. Diğer bir deyişle kullanılan delik çapı, istenen düzeyde patlatma yapmaya yetecek miktardaki patlayıcı maddeyi alabilecek hacmi sağlamalıdır. Yeterli miktardaki patlayıcı delik çapının çok geniş olması nedeniyle delik dibinde kalıyorsa (Şekil 7a) patlayıcı madde basamakta düşey yönde iyi dağıtılmamış demektir. Diğer bir değişle şarja yakın olan basamak alt kısımlarında parçalanma iyi olacak, buna karşılık sıkılamanın olduğu basamak üst kısımlarında zayıf parçalanma ve iri bloklar (patar) oluşacaktır. Şekil 7b ise plan görünüş olarak geniş çaplı ve birbirinden uzak deliklere konulmuş şarj ile küçük çaplı ve birbirine yakın deliklere konulmuş şarjlar arasındaki farkı göstermek için verilmiştir. Burada her iki uygulamada patlatılacak basamakların aynı hacimde olduğunu ve kullanılan patlayıcı madde toplam miktarlarının eşit olduğunu vurgulayalım. Bu durumda patlayıcı madde, büyük delik uygulamasında daha büyük fakat daha uzak kütleler halinde kayaya dağıtılmış olmaktadır. Küçük delik uygulamasında ise patlayıcı madde daha küçük ve daha sık kütleler halinde daha iyi serpiştirilmiş olmaktadır. Bu tarlaya gübrenin büyük ve uzak öbekler halinde yığılmasıyla, iyice serpiştirilmesi arasındaki farka benzemektedir. Daha iyi serpiştirilmiş gübreden daha iyi sonuç alınabileceği gibi, daha iyi dağıtılmış patlayıcıyla daha iyi parçalanma elde edilir.
Yukarıda da vurgulandığı gibi deliklere şarj, kayanın parçalanmasında maliyet-etkinlik en iyi (maksimal) olacak şekilde yerleştirilmelidir. Kısa deliklerde, daha pratik ve maliyet etkinlik daha iyi olduğu için sürekli şarj kullanılmalıdır. Uzun (derin) deliklerde, maliyet-etkinlik değil ama teknik randıman en yüksek olduğundan kademeli şarj kullanılmalıdır (Şekil 8).
Zayıf ve kuvvetli kayaların ardalanmalı olarak bulunduğu deliklerde şarj kademeleri kuvvetli kaya, sıkılama kademeleri zayıf kaya bantlarına yerleştirilmelidir (Şekil 8). Aksi uygulandığı takdirde patlayıcı madde zayıf kayayı sıkıştırmakla kalacak (delik kovan yapacak) ve zayıf kaya bile yeterince parçalanamayacaktır. Sert kaya bandı ise çok az parçalanacak ve iri bloklar oluşacaktır.
Patlayıcı maddenin patlamasıyla yaratılan basınç birim deformasyon dalgası (BDD şiddeti şarj boyu/şarj çapı oranı ile doğru orantılıdır. Hagan (7) şarjın boy/çap oranı 0’dan 20’ye kadar arttırıldığında BDD şiddetinin de arttığını ancak 20’den sonra sabit kaldığını söylemektedir. İyi parçalanma oluşumu için, şarj boy/çap oranı 20’den az ise dilim kalınlığı (B) da azaltılmalıdır. Örneğin 8 inç çapındaki (20 cm) bir deliğe konan ANFO’dan maksimum BDD alabilmek için ANFO şarjı boyunun 20 cmx20 =400 cm veya 4 m olması gerektiği bulunur.
Basamak yüksekliği / delik çapı (K/d) oranının 60’dan az olduğu açık işletmelerde delikler iki kademeli şarja uygun uzunlukta değildir. Kademeli şarj K/d oranı 60’dan büyük olduğunda kullanılmalıdır (7). Delme maliyetinin yüksekliği veya elde mevcut delik makinalarının geniş çaplı olması nedenleriyle, küçük çaplı deliklere geridönüş olmayacağından, birçok açık işletmeler kademeli şarj uygulaması için basamak yüksekliğini (K/d < 60) arttırmaktadırlar.
Devamlı şarjın özellikleri şöyledir;
- Delik doldurma işlemi basit, zaman kısa ve maliyeti azdır. - Patlama sonucu oluşan yığın daha gevşektir.
- Daha fazla şarj kullanıldığından pahalıdır.
Kademeli şarj özellikleri ise yukarıda sayılanların tamamen tersidir.
Açık işletmelerde çok sıralı atımlarda yüksek etkinlik için, özellikle basamak aynalarının az meyilli, deliklerin ise dik olduğu durumlarda, ön-sıra deliklerde şarj boyu ve dağılımı çok önemlidir. Ön-sıra şarjları çok uzun tutulursa şarjın üst taraftan püskürmesi olasılığı nedeniyle hava şoku ve fırlayan kaya oluşur (Şekil 9a). Ön-sıra deliklerde şarj boyu kısa tutulursa, üst tarafta parçalanma yetersiz olacağından ikinci sıra deliklerinin üst kısımlarında dilim kalınlığı (yük) çok artar ve atım başarısız olur (Şekil 9b). Bu sorun (ön sıra deliklerde tepeden tabana aynı dilik kalınlığı sağlanarak) basamak aynasına paralel delikler delerek giderilebilir.
Patlayıcı maddenin (şarjın) deliğe yerleştirilmesinde ve şarj boyunun saptanmasında genellikle aşağıda verilen bağıntılar kullanılır (4, 5, 9, 18).
Dip Şarj Boyu, hb = 1.3 x B (Dilim kalınlığı) Sıkılam Boyu, ho = B
Delik Boyu H ise
Kolan şarjı boyu, hp = H – 2.3 x B
Deliklere patlayıcı madde yerleştirme seçenekleri için bazı örnekler Şekil 10’da verilmiştir (5). Bu seçeneklerde kullanılan patlayıcı madde cinsleri, fabrikasyon patlayıcı maddeler, %35 NGL dinamit, Anmonit (hap ANFO) ve nabit (toz patlayıcı madde) olmak üzere üç çeşit, ocakta hazırlanan patlayıcı maddeler, ANFO ve AN-TNT Slurry’si olarak iki çeşittir.
4.3. DELİK YERİ, ÇAPI, EĞİMİ, BOYU 4.3.1. Delik Yeri
Delik düzeni patlatma mühendisince saptanır. Başlıca delik düzenlerinden (kare, üçgen, dikdörtgen vb.) birini seçmiş olan mühendis, yapmış olduğu patlatma hesabına göre deliklerarası mesafeleri de saptamış bulunur. Deliklerin verilen düzende ve mesafelerde delinmesi önemlidir. Şekil 11 düzgün bir düzende ve eşit uzaklıklarda delinen deliklerde, her deliğin (veya patlayıcı maddenin) etki alanını gösteren dairelerin nasıl uygun bir biçimde kesiştiklerini ve en az seviyede patlatmadan etkilenmeyen (şarj kudretinin erişemediği) kısım kaldığını göstermektedir. Şekil 12 ise deliklerin tasarlanan yere delinmemesi durumunda delik etki alanlarının uygunsuz şekilde kesiştiklerini göstermektedir. Bu durumda dairelerin fazla çakıştıkları kısımlarda kayanın aşırı kırılması, dairelerin kesişmediği yerlerde ise yetersiz parçalanma meydana gelmektedir. Yetersiz parçalanma bölgeleri basamak taban kısmında tırnaklar (parçalanmamış kaya yükseltileri) basamak üst kısımlarında ise patarlar (ekskavatörün kepçesine sığmayan bloklar) oluşturmaktadır. Bu nedenle delinecek delik yerlerinin önceden ölçülüp, kazık dikilerek belirlenmesi deliklerin istenen düzende delinmelerini sağlayacaktır. Bu durumda delik yeri şaşırsa bile bu çok az ve ihmal edilebilir olacaktır. Telafi edilebilir delik hata payını İsveçliler (4, 5, 18) F = 0.05 + 0.03 x K, Finliler (9) ise F=0.05 + 0.03 x H olarak almaktadırlar. Örneğin 12 m yüksekliğindeki bir basamakta (F=0.05 + 0.03 x 12 = 0.41 m) delik hata payının 41 cm veya daha az olması ihmal edilebilirlik için gereklidir.
4.3.2. Delik Çapı
Delik çapı (d) nin seçimi; - Patlatılacak kayaç özelliklerine - İstenen parçalanma derecesine - Basamak yüksekliğine
- Çap arttıkça sağlanabilecek delme maliyetindeki azalmaya bağlıdır.
Kaya sert ve masif ise hem delik delme masraflarını azaltmak, hem de en iyi parçalanmayı sağlamak için küçük delik çapları gerekir. Yumuşak ve orta-sert kayalarla, çok çatlaklı formasyonlarda geniş çap daha uygundur. Küçük parça istendikçe delik çapı küçültülmeli, büyük parça isteniyorsa delik çapı büyütülmelidir.
Açık ocaklarda basamak yüksekliği mevcut ekskavatör kapasitesine göre seçilir. Delik çapı da belirlenen basamak yüksekliğine (veya basamak yüksekliğinin belirlediği maksimum dilim kalınlığına) göre seçilir. Bu konuda değişik yaklaşımlar vardır. Gastafsson (4) ve Nitro Nobel (18) delik çapı (d) ile dilim kalınlığı (Bmax) arasındaki ilişkiyi, Bmax ≤ K/2 koşuluyla
Bmax = 45 x d (metre) olarak tanımlar.
Langefors ise dilim kalınlığı (B), deliklerarası uzaklık (S), kaya patlatılabilirlik katsayısı )c) , patlayıcı madde ağırlıkça kudreti (s) ve delik içindeki yoğunluğu (P) ve atım güçlük katsayısı (f) ile delik çapı arasındaki bağıntıyı
Tamrock (9), delik çapının basamak yüksekliğinin %0.5 ile %1’i arasında olması gerektiğini savunmaktadır. Hagan (7) ve diğer bazı uzmanlar da maksimum delik çapının basamak yüksekliğinin 1/40 – 1/80 (%2.5-%1.25) arasında değiştiğini açık ocaklarda yaptıkları gözlemlerde görmüşlerdir. Örneğin 15 m yükseklikteki bir basamakta 9'' (229 mm) çapında delik kullanılıyorsa d/K oranı (229/15000) %2 olur (veya d = K/65).
Küçük çaplı delik uygulandığında delme, yemleme, ateşleme maliyetleri artar, şarj, sıkılama ve devreyi bağlama işlemleri emek-yoğun olur. Delik çapı büyükse sözkonusu maliyetler düşer, işçilik azalır. Ancak büyük çaplı deliklerin bir sakıncası vardır. Büyük çaplı delik kullanıldığında deliklerarası mesafeleri arttırmak gerektiğinden, bu durum çatlaklar arası uzaklıklar fazla (iri bloklu) olan formasyonlarda her bloğa bir delik isabet etmemesi ile sonuçlanacak ve parçalamanın yetersiz olmasına yol açacaktır (Şekil 13).
4.3.3. Delik Eğiminin Etkileri
Açık ocaklarda delikler ya dik veya meyilli olarak delinir. Piyasada hem eğimli hem de dik delikler delebilecek ekipman olmasına karşın uygulamada daha çok dik delik kullanılır. Buna karşılık basamak aynaları daima eğimli bir şev oluşturur. Bu durumda deliğe doldurulmuş patlayıcı maddenin önündeki, parçalaması ve atması istenen yük delik dip tarafında fazla, üst tarafında az olur (Şekil 14). Bu ise daha önce de değinilen (Şekil 9) gürültü, hava şoku, fırlayan-kaya sorunları ve yetersiz parçalanma sonucunu yaratır.
Bu sorunun çözümü aynaya paralel eğimli delik delinmesidir (Şekil 15). Eğimli delik delmek daha zordur ama aşağıda sıralanan pek çok yararı vardır,
- Patlatma sonucunda daha ufak parça ve daha gevşek yığın elde edilir. - Sabit dilim kalınlığı (B) vererek tabanda Bmax aşılması riskini yokeder.
- Alt basamaktaki aşırı çatlamalar nedeniyle bu basamakta olabilecek delme zorluklarını azaltır.
- Şarjın geri tepmesini önleyerek geri-çatlatmayı azaltır. Böylece düzgün ayna, duraylı şev oluşur.
- Daha fazla sayıda delik sırası ile atımı mümkün kılar.
- Dilim kalınlığı ve deliklerarası mesafelerin artışına yol açarak patlatma randımanı artışına neden olur (Şekil 15).
- Tabanda tırnak kalması sorununu azaltır veya yokeder. Bazı sakıncaları da şöyle sıralanabilir:
- Eğimli deliği delmeye başlamak zordur. - Delik yeri şaşırması fazla olabilir.
- Delme operatörleri üzerinde yakın kontrol gerektirir. Bu kontrol deliğin istenen yönde meyilli delinmesi için gereklidir.
4.3.4. Delik Boyu
Delik boyu arttıkça, delme sırasında olabilecek delik sapması da artar. Bu durum basamak alt kısımlarında dilim kalınlıkları (B) ile deliklerarası mesafelerin (S) hatalı olmasına yolaçabilir. B ile S olması gerekenden az ise parçalanma fazla, çok ise parçalanma yetersiz olur.
Delikler dik ise delik boyu, H = K + U; delikler eğimli ise H = k (K+U) bağıntıları ile bulunur (Şekil 16). Bu bağıntılarda:
H = Delik boyu
K = Basamak yüksekliği U = Delik – Taban – Payı K = Eğim Faktörü
Düzgün ve yatay bir basamak taban profili oluşturabilmek için deliklerinin taban seviyelerinin aynı kotta olması gerekir. Bunu sağlamak için düzgün basamaklarda eşit boyda, engebeli basamaklarda ise değişik boyda delikler delmek gerekir (Şekil 17a). Düzgün basamakta eşit boyda olmayan deliklerden kısa olanı önde ise tabanda tırnak kaldığı gibi arka sıralardaki deliklerinde başarısını etkiler (Şekil 17b). Delik boyu çok fazla olursa Şekil 17c’de belirtilen sakıncaları yaratır. Delik boylarının etkisi Şekil 18’de de açıklanmıştır.
4.4. PATLATMA GEOMETRİSİ
4.4.1. Basamak Aynalarının Şekli ve Durumu
İyi parçalanmış ve gevşek (yeterince ileri fırlatılmış) bir yığın elde edebilmek aşağıda verilen koşullarda zordur,
- Ayna delik ekseniyle çok büyük bir açı oluşturuyorsa (ayna paralellikten çok uzaksa, Şekil 19a).
- Delik aynayı küçük bir açıyla atıyorsa (Şekil 19b). - Ayna önceki atımlarda biraz çatlatılmadı ise
- Ayna önceki atımdan kalan pasa ile engellenmişse (Şekil 19c).
En başarılı atımlar, ya paralel, aynaya yeterince yakın (kesme açısı büyük) ve önündeki eskiden kalma pasa yığınlarıyla engellenmemiş deliklerle yapılır. Aynadaki yığın ve düzensizlikler atım serbestisini (serbest yüzey fonksiyonunu) etkileyerek parçalamayı yetersiz kılar. Atımlar daima serbest yüzeye doğru yapılmalıdır. Bir önceki atımın yarattığı çatlaklardan patlatma gazları atmosfere kaçarak, yetersiz parçalanma sorununa yolaçabilir.
4.4.2. Pasa Kabarmasının Etkileri
Bilindiği gibi kayalar parçalanınca kabarır. Diğer bir deyişle kayanın yerinde hacmi, kaya kırılınca artar. Parçalar küçüldükçe hacim artışı da artar. Ateşleme gecikmesiz kapsüllerle yapılıyorsa tüm delikler (öndekiler ve arkadakiler) aynı anda patladığından kabarma az fakat yığın sıkı ve kazması güç olur. Gecikmeli kapsül kullanımında yeterli gecikme zamanı ile doğru ateşleme sırası uygulandığında kabarma fazla ve yığın gevşek ve kazması kolay olur.
Kolay kazı-yükleme yapabilmek için malzemeye en az %25 kabarma imkanı tanınmalıdır diyen Hegan’a (7) karşı, Tamrock (9) %30-40 kabarma imkanı tanınacak şekilde patlatma tasarımı yapılmalıdır demektedir. Langefors kabarmayı temin etmek için 2:1 eğimli deliklerde şarj boyunun 0.04 x K kadar, 3:1 eğimli deliklerde şarj boyunun 0.08 x K oranında arttırılmasını tavsiye etmektedir. K > 2xBmax olan yüksek basamaklarda kabarma için ekstra şarj
özellikle gerekir.
4.4.3. Delik Düzeni Tipinin Etkileri
Açık maden ocaklarında basamak patlamalarında kullanılan başlıca delik düzenleri Şekil 20’de verilmiştir. Bunlardan kare düzeninde dilim kalınlıkları, deliklerarası mesafeye eşit alınır. Diğer bir deyişle delikler bir karenin dört köşesini oluşturacak şekilde delinir. Bu düzende delikler birbiri arkasına geldiğinden basamak içinde patlayıcı madde iyi dağıtılmamış olur ve iriparça ve tırnak oluşum riski artar. Bu düzen daha çok yumuşak malzemelerin (örneğin kömür) patlatılmasında tatminkar sonuçlar verir. Şeşbeş delik düzeninde ise delikler bir eşkenar üçgenin üç köşesini oluşturacak şekilde delinir. Bu düzende deliklerarası mesafe, dilim kalınlığının %15’i (S=1.15 x B) değerinde olup, patlayıcı madde basamak içinde daha iyi dağıtılmış olur. İsveç düzeninde ise delikler çok fazla şaşırtılarak (S=4xB) deliklerarası mesafenin dilim kalınlığının dört katına eşit olması sağlanır. Bu düzende aynı sıradaki deliklerin birbirleriyle yardımlaşması daha az olacağından bu düzen daha çok masif, homojen ve sert yapıdaki kayalar için uygundur.
Halen birçok işletmeciler işaretlemesi ve delmesi kolay olduğundan kare veya dikdörtgen delik düzenlerini kullanmaktadır. Bununla birlikte gittikçe daha açık bir şekilde anlaşılmaktadır ki şeşbeş delik düzeni daha etkilidir. Ayrıca bu düzen gecikmeli kapsülle ateşlemede, ateşleme sırası ve böylece atım yönünü değiştirebilmede son derece esneklik imkanı verir.
4.4.4. Dilim Kalınlığı ve Deliklerarası Mesafenin Etkileri
Dilim kalınlığı ve deliklerarası mesafe daha önce tanımlanmıştı (Şekil 4). Buna göre dilim kalınlığı (B) ön sıra delikler ile şey aynası veya iki delik sırası arasında serbest yüzeye dik yöndeki uzaklıktır (delik önündeki yüktür). Deliklerarası uzaklık ise aynı sıradaki delikler arasındaki uzaklık olup deliklerin (kollaşması) yardımlaşması bakımından önemlidir.
Belirli patlatma koşulları altında, uygun şekilde parçalanmış ve gevşetilmiş kaya hacminin maksimum olduğu ve makul taban koşulları (tırnaksız) sağlayan bir en uygun dilim kalınlığı (B0)
vardır. B0 öyle olmalıdır ki, patlatma gazlarının atmosfere yayıldığı ana kadar gazlar bütün
enerjilerini kayaya parçalama işinde kaybetmelidirler.
Ocakta uygulanan dilim kalınlığı B, en uygun dilim kalınlığı B0’dan az olduğundan basınç
dalgasıyla (darbeyle) parçalanma artar, fakat gaz (püskürtme) enerjisiyle kırılma azalır. B < B0
olduğunda basınçla oluşan çatlaklar aynaya uzanır ve gazlar bu çatlaklardan kaçarak enerjilerini boşa harcarlar. Hava-şoku ve fırlayan – kayada olan artışların parçalanma ve yığın gevşekliği aleyhine olduğunu söylemeye gerek yoktur. Şikayetlere yol açmalarına ilaveten, hava-şoku ve fırlayan kaya olguları patlatma enerjisinin randımansız kullanımının (düşük verimin) en açık işaretleridir. B > B0 olduğunda, delikteki patlayıcı maddenin önündeki yük fazla demektir. Bu
durumda patlatma enerjisinin çoğu birincil kırılma mekanizmalarında (darbeyle kırılma ve çatlamada) harcanır. Serbest yüzeyden yansımayla parçalanma (dilimlenme) ve çatlakların açılıp uzamasıyla parçalanma çok az veya yetersiz olur. Bunun sonucu olarak kırılma yetersiz, yığın sıkışık ve randıman düşük olur. Ayrıca parçalanan malzemenin ileri fırlatılması yeterli düzeyde (veya hiç) olmadığından geriye kalan enerji aşırı yersarsıntılarına ve geri çatlatmaya neden olur. Daha önceden atılmış pasa kaldırılmadan yapılan atımlarda durum budur. Diğer bir deyişle B > B0
olduğunda malzeme sadece yukarı doğru kabarır ve yersarsıntısı ile geri çatlamaya yolaçar. Bu olay merminin geri tepmesine benzer.
Çok sıralı atımlarda ön-sıra deliklerin dilim kalınlığının fazla olmaması çok önemlidir. Gecikmeli kapsüllerle ikinci sıra delikler ateşleninceye kadar geçen süre içinde, eğer ilk sıra şarjlar kendi dilimini kaya kütlesinden koparmayı başaramaz ise, dilimlerin birbiri peşisıra koparılması asla başarılamayacak, parçalanma ve yığın gevşekliği azalacak ve hem yersarsıntıları hem de geri çatlatma artacaktır.
Kuvvetli ve masif kayalarla, çok iri bloklu formasyonlarda iyi parçalanma istendiğinde B ve S oldukça küçük olmalıdır. İri parça isteniyorsa veya formasyon çok çatlaklı (parçalanmayı çatlaklar kontrol ediyor) ise B ve S büyük alınabilir. Genellikle maksimum dilim kalınlığı Bmax = 45 x d
(delik çapı) alınır (1, 4, 5, 9, 18). Ancak hem optimum dilim kalınlığı (B0) hem de optimum
deliklerarası mesafenin (S0) tespiti pekçok faktöre bağlıdır. Bunlar;
- Delik çapı
- Basamak yüksekliği - Kaya özellikleri
- Patlayıcı madde özellikleri
- İstenen parçalanma, yığın gevşekliği ve ileri fırlatmadır.
Tamrock (9) en uygun dilim kalınlığının, B0 = 25 – 40d (m) olduğunu söylerken Hagan (7) B0 = 20
ve Nitro Nobel (18) Bmax = 45 x d koşulu ve delik delma hata payını F = 0.05 + 0.03H (m) alarak
B0 = Bmax – F bağıntısını kullanmaktadırlar. Langefors (5)
(S/B) fcP.S 33d B0=
bağıntısını vermektedir. Bu formüldeki diğer semboller Bölüm 4.3.2.’de tanımlanmış bulunmaktadır.
Dilim kalınlığı ile basamak yüksekliği ilişkisine gelince Langefors (5) yüksek basamakları K ≥ 1.8 x B, Gustafsson (4) ise K ≥ 2 x B olarak tanımlamaktadır. Alçak basamakları ise Langefors (5) K < 1.8 x B, Gustafsson (4) K < 2 x B olarak tanımlamaktadırlar. Açık ocaklardaki basamaklar “yüksek basamak” sınıfına girmektedir.
B0 değeri, zayıf ve kuvvetli basamakların ardalanmalı olduğu basamaklarda, kuvvetli
kaya damarlarında yeterli parçalanma sağlayacak şekilde olmalıdır. Tabakalı (sedimanter) kayalarda, basamak tabanında istenen, kesmeyi sağlamalıdır (parçalanma çok önemli değildir).
Kuvvetli patlayıcı maddeler kullanıldığında B ve S değerleri artırılabilir. Zayıf kudretli patlayıcılar kullanıldığında B ve S azaltılmalıdır.
İstenen parçalanma derecesine göre; iri parça isteniyorsa d, B, S değerleri büyütülmeli, küçük parça istendiğinde küçültülmelidir. B ve S küçük tutulduğunda yığın gevşek, kazı işlemi kolay, büyük tutulduğunda yığın sıkı, kazı zor olur. Benzer şekilde, kırılan kayanın ileri fırlaması B ve S küçük olduğunda fazla, büyük olduğunda az olacaktır.
Deliklerarası mesafe S0, B0 değeri saptandıktan sonra hesaplanır. Bunun nedeni S0 ile B0
ilişkisinin delik düzenine bağlı olmasındandır. Kare delik düzeninde S0 = B0 olur; dikdörtgen
düzeninde S0/B0 oranı 1 ila 1.5 arasında değişir. Eşkenar üçgen şeşbeş düzeninde S0 = 1.15 x B0
dır.
4.4.5. Delik Taban Payının Etkileri
Delik taban payı (0) deliğin basamak taban seviyesi altında kalan kısmıdır. Açık işletmelerde hızlı ve ucuz kazı-yükleme ve taşıma işlemleri basamak taban seviyesinde parçalanmanın iyi olmasını gerektirir. Bu da uygun bir delik taban payı uygulamasını zorunlu kılar. Eğer hiç taban payı verilmemişse veya gereğinden az ise basamak taban seviyesinde iyi kesilemeyecek ve tırnak veya yüksek taban problemleri oluşacaktır. Gereğinden çok delik taban payları da aşağıdaki sorunları yaratacaktır;
- Delme ve patlatma harcamalarında artış - Yer sarsıntılarında artış
- Basamak tabanında istenmeyen çatlamalar. Böylesine çatlamış bir formasyon (bir alt basamak) delinirken matkap ve tij sıkışmaları, delme güçlükleri, deliğin yıkıntı yapması ve delik düzenlerinin bozulması çok olasıdır.
- Patlamada düşey yönde hareketlerin artışı. Bu durum hem geri çatlamaya hem de arka sıralarda bulunan henüz ateşlenmemiş deliklerin kablo veya fitillerinin kopmasına yolaçar.
Delik taban payı uzunluğu kaya tipinden ve delik eğiminden etkilenir. Delik taban payı sert kayalarda normalden biraz uzun eğimli deliklerde biraz kısa olmalıdır. Delik taban payı hesabında Hoek (1) U = 0.2 – 03xB Gustafsson (4), Langefors (5), Nitro No bel (18) U = 0.3xB, Tamrock (9) U = 0.3 x 0.4xB bağıntılarını kullanırken Hagan (7) U = 8xd (özel hallerde 10-12d) bağıntısını önermektedir.
