+90 539 879 34 36 - 90 0533 317 41 10 - +90 0534 549 06 48 - +90 0530 828 36 34 info@jehamamuhendislik.com.tr
.PNG "JEHAMA MÜHENDİSLİK"){kind=logo}
YERALTI KÖMÜR MADENLERİNDE SIVI KARBONDİOKSİT (CO₂) İLE KAYA DELME VE PATLATMA SİSTEMİ
Yeraltı kömür madenlerinde Sıvı Karbondioksit (CO₂) kullanan Kaya Delme ve Patlatma Sistemi, patlatma benzeri bir mekanizma ile kazı yaparken patlayıcı olarak sınıflandırılmayan bir sistemdir. Bu nedenle, depolama, taşıma veya kullanım için özel bir izin gerektirmez. Sistem, sıvı CO₂'yi ısıtarak gaza faz geçişi sağlayarak çalışır ve kaya veya kömür damarındaki en küçük çatlaklara nüfuz eden güçlü bir itme kuvveti oluşturarak bunların parçalanmasını ve serbest yüzeye doğru itilmesini sağlar. Geleneksel patlayıcıların aksine, faz geçişli CO₂ sistemleri parçalanmaya neden olmaz, bunun yerine kayayı çatlatır. Bu işlem sırasında CO₂, kama benzeri bir şekilde en küçük çatlaklara nüfuz eder ve diyabatik genleşme ve iç sistemden çekilen enerji nedeniyle sıcaklık -78°C'ye kadar düşerek kırık parçaları büyük parçalar halinde açık yüzeye doğru 1 ila 2 metre iter.
Sistem, uygun derinlik ve çapta önceden delinmiş deliklere yerleştirilen faz geçiş CO₂ ile doldurulmuş özel bir çelik tüp içerir. 120 MPa mukavemetli çelik tüp, bir ısıtıcı ve bir kopma diskinden oluşur. Dolgu veya kablo arayüzleri aracılığıyla 12V DC akü kaynaklarına ve/veya gaz önleyici patlatıcılara (ateşleyicilere) bağlanır. Isıtıcı, sıvı CO₂'yi 1170°C'ye ısıtarak 600 kat hacim genleşmesine neden olur ve bunun sonucunda 250 MPa (2,5 ton/cm²) iç basınç oluşur. Bu basınç, kopma diskini kırar ve gazın tüpün ucundaki nozullardan süpersonik olarak salınmasına neden olur. Bu deşarj milisaniyeler içinde gerçekleşir ve patlayıcı patlamayı taklit eden bir şok dalgasına benzer. Ancak titreşim, toz veya parça sıçraması üretmediği için etki patlatma yerine çatlama olarak tanımlanır.
FAZ GEÇİŞLİ CO₂ VE KONVANSİYONEL PATLAYICILAR ARASINDAKİ ISIL DÖNGÜ FARKI
CO₂ gazının ani salınımı sırasında önemli bir soğuma meydana gelir ve ortam -78°C'ye düşer. Buna karşılık, konvansiyonel patlayıcılar (örneğin dinamit) ortam sıcaklığını +2800°C'ye kadar yükseltir. Çoğu kömür damarı kendiliğinden yanmaya karşı oldukça hassastır ve dinamitten kaynaklanan yoğun ısı büyük yangınlara ve metan (gripedi) patlamalarına yol açabilir. Özellikle Türkiye'deki Soma ve Amasra Taşkömürü İşletmeleri'ndeki ölümcül patlamalar, konvansiyonel patlatmalarla tetiklenen bu tür yangınlardan kaynaklanmıştır.
TC TÜRKİYE SERT KÖMÜR İŞLETMESİ (TTK) TARAFINDAN UYGULAMA
CO₂ sisteminin denemeleri 1997 ve 2002 yıllarında Amasra Yeraltı Taşkömürü İşletmesi'nde gerçekleştirilmiş ancak başarısızlıkla sonuçlanmıştır. 2004 yılında aynı tesiste denemeler yeniden başlatılmıştır. 1956'dan beri dünya çapında kullanılan CARDOX Sistemi, yeni bir delik tasarımı ve patlatma başlığı ile modifiye edilerek 2 ila 2,5 kat daha fazla kömür üretimi sağlanmıştır. Modifiye patlatma başlıkları ile kaya kazısında da olumlu sonuçlar elde edilmiştir. Birçok TTK işletmesinde çeşitli başarılı saha uygulamaları gerçekleştirilmiştir. Eğimli, dikey ve yatay kömür damarları, galeriler, enine kesitler ve başlıklar dahil.
FAZ GEÇİŞLİ CO₂ SİSTEMİNİN TEKNİK GEREKÇELERİ
Sistem, özellikle sert kaya oluşumlarında neredeyse sıfır toksik kimyasal emisyonla daha verimli kırılma sağlar. Kazı ve yükleme makinelerinin performansını önemli ölçüde artırır ve soğutma etkisi kömür madenciliğinde önemli bir güvenlik avantajı sağlar. Mekanik kazının mümkün olmadığı alanlarda patlatma olmazsa olmaz hale gelir. Patlatma yönteminin seçimi, genel madencilik verimliliği üzerinde kritik etkilere sahiptir. Bu nedenle, patlatma parametrelerinin jeolojik ve fiziksel saha özelliklerine göre özelleştirilmesi hayati önem taşır ve Faz Geçişli CO₂ Sistemi önemli bir alternatif olarak ortaya çıkar.
YERALTI KÖMÜR MADENLERİNDE DİNAMİTLE YAPILAN KONVANSİYONEL PATLATMANIN TOKSİK ETKİLERİ
TTK Amasra’da gerçekleştirilen 15 günlük zaman çalışmasına göre:
Kömür üretim alanları: İşçiler günde en az 4 saat 150–300 ppm CO’ya maruz kalmıştır.
Geliştirme başlıkları: İşçiler günde en az 2 saat 400–500 ppm CO’ya maruz kalmıştır.
İş Sağlığı ve Güvenliği Komisyonuna göre kabul edilebilir CO maruziyet seviyeleri şöyledir:
50 ppm – 8 saat
100 ppm – 2 saat
200 ppm – 1 saat
300 ppm – 30 dakika
500 ppm – 2 saat – Bayılma
1000 ppm – 1 saat – Bayılma
2000 ppm – 30 dakika – Bayılma
3000 ppm – Dakikalar içinde ölüm
Bu değerler, günümüz koşullarında pnömokonyoz ve diğer mesleki hastalıkların kaçınılmaz olduğunu göstermektedir. TTK'nın tazminat ödemelerinin büyük bir kısmı dinamit kullanımından kaynaklanan sağlık sorunlarından kaynaklanmaktadır. CO₂ sistemleri benimsenirse, meslek hastalığı tazminat maliyetleri ve ölümcül kaza talepleri %70'e kadar düşebilir.
SONUÇ
26/06/2005 tarihinde, TTK Genel Müdürlüğü Verimlilik Dairesi Başkanlığı'na CO₂ sisteminin olumsuz değerlendirmesine olumlu bir teknik raporla karşılık veren bir ek rapor sundum. Bu rapor, son derece zehirli ve patlayıcı bazlı dinamit kullanımının derhal durdurulmasını ve Faz Geçişli CO₂ Delme ve Patlatma Sisteminin acilen uygulamaya konulmasını talep ediyordu. Çinli şirketler, 2014 yılından bu yana, "CDPTB" adı altında bu sistemi açık ocak madenciliği basamaklarında, yeraltı kömür işletmelerinde ve altyapı projelerinde (metro gibi) benimsemede dünyaya öncülük ediyor. Hatta 2021'de dinamiti yasaklayarak sistemi temiz enerji uyumlu, çevre dostu bir çözüm olarak tanıttılar.
Sistemin yüzey madenlerine uyarlanması nispeten kolay olsa da, yeraltı galerilerine ve kömür damarlarına uygulanması yüksek teknik beceri gerektiriyor ve bunu başarıyla kanıtladık. Proje devam etseydi, Paris Anlaşması gibi iklim protokolleriyle uyumlu, küresel bir teknoloji ihracatı haline gelebilir ve emisyonları önleyerek ve toksik patlayıcıları ortadan kaldırarak CO₂ yakalama teknolojilerini bile geride bırakabilirdi.
REKABET DEĞERLENDİRMESİ İÇİN BİR NOT:
Patlayıcı olarak sınıflandırılmasa da, Faz Geçişli CO₂ Delme ve Patlatma Sistemi 237-285 MPa iç tüp basıncına ulaşır. Oysa kayaya yalnızca 4,7 ila 5,2 MPa basınç iletir. Böyle bir basıncın 50-250 MPa dayanımlı kayayı nasıl kırabileceği sorulabilir. Bu proje tam da bu ilkeye dayanmaktadır ve biz de bu ilkenin arkasındayız.
