Kil içeren kayaçların şişme davranışının araştırılması ve görgül tahkimat tasarımı

Abstract

Şişme ?montmorillonit ve anhidrit gibi şişen mineraller içeren kayaçların, su ile fiziko-kimyasal reaksiyonu sonucu hacimlerinin artması? şeklinde tanımlanmaktadır. Dünyanın pek çok ülkesinde ve Türkiye`de şişen zemin ve kayaçlar bulunmasına rağmen şişme davranışının pek bilinmemesi ve önem verilmemesi nedeniyle sürekli olarak tekrarlanabilen şişme problemleriyle karşılaşılmaktadır. Şişen mineraller, gerilme rahatlaması ve suyun başlıca rolü oynadığı şişme davranışını önlemenin en etkili yolu, mühendislik yapılarının tasarımında üç eksenli şişme deneylerinden elde edilen şişme gerilmesi ve şişme deformasyonu verilerinin kullanılmasıdır.ISRM Şişen Kayaçlar Komisyonu tarafından tek eksenli deneyler için sunulan standartların öneri şeklinde olması, üç eksenli deney düzeneklerinin az olması, üç eksenli deneyler için henüz bir standart geliştirilememiş olması gibi nedenlerden dolayı şişen ortamlarda tasarım çoğunlukla tek eksenli verilere dayanmaktadır.Yeraltı kömür işletmelerindeki yumuşak ve düşük dayanımlı kayaçların, çatlak ve süreksizliklerden sızan yeraltı suyu ve/veya havadaki nemi bünyelerine alarak şişmesi sonucu, oluşturulan açıklıklarda tahkimat, nakliyat, havalandırma sorunlarına ve ekstra işçilik-malzeme maliyetine neden olmaktadır. Çanakkale'nin Çan ilçesi Yeniçeri köyünde bulunan Kalan Madencilik A.Ş.'ye ait yeraltı linyit ocağı da bu tür sorunların yoğun olarak yaşandığı ocaklardan birisidir.Tez çalışmanın amacı, Çan Yeniçeri Yeraltı Linyit Ocağı'nda (Kalan Madencilik A.Ş.) şişme problemlerine neden olan yeşilimsi gri kil (YGK) ve kırmızımsı ve bordo renklerdeki kiltaşının (KBK), tek ve üç eksenli şişme deneyleri ile şişme gerilmesi ve şişme birim deformasyonunun nicel olarak belirlenerek tek ve üç eksenli şişme davranışının tanımlanması, mineralojik analizlerin yapılması ve deney verilerinden yola çıkarak şişme problemlerini önleyecek bir tasarımın önerilmesidir.Çalışmanın ikinci ve üçüncü bölümlerinde, şişen kayaçlar, şişme davranışına etki eden faktörler, şişme problemleri ve önlemleri ve şişme deney yöntemleri özetlenmiştir. Dördüncü bölümde, Çan Yeniçeri Yer altı Linyit Ocağı'nın jeolojisi, şişme problemleri incelenmiş ve kil (YGK) ve kiltaşının (KBK) tek ve üç eksenli şişme parametreleri, indeks özellikleri ve mineralojik içerikleri belirlenmiştir. Beşinci bölümde, şişme verileri ve kaya kütlesi sınıflama sistemlerine göre tahkimat önerilerinde bulunulmuştur. Sonuç olarak, işletmede yaklaşık 7 MPa şişme basıncı oluşturan kil ve kiltaşının neden olduğu problemlerin simektit ve kaolonit minerallerinden kaynaklandığı tespit edilmiştir. Şişme problemlerini tarama yöntemi ile çözmeye çalışan işletmeye göze alabileceği tahkimat maliyetine göre farklı tahkimat tasarımları önerilmiştir.

Swelling is defined as ?the increase in the volume of rocks containing swelling minerals such as montmorillonite and anhydrite due to the physicochemical reaction between the rock and water?. Although there exists swelling soils and rocks all around the world and in Turkey continuous swelling problems have been being encountered due to the lack of knowledge and ignorance of swelling behavior. The most important method to prevent swelling behavior in which swelling minerals, stress relief and water are the main parameters is the utilization of swelling stress and deformation data obtained by triaxial swelling tests.Design in swelling mediums is mostly based on uniaxial data since the standards proposed by ISRM Commission on Swelling Rocks for uniaxial tests are in the form of recommendations, triaxial sets are not highly available and there is no standard developed for triaxial tests.In underground coal enterprises, soft and low-strength rocks as a result of swelling to take in their structures seeping groundwater from cracks and discontinuities and / or moisture in the air cause support, haulage, ventilation problems and extra labor-material costs in createdopenings. Kalan Mining Enterprises Co., located in the Yeniçeri Village of Çan town, Çanakkale, belonging to the underground lignite mine is one of these types of problems were experienced intensively.The aim of the thesis is to quantitatively determine the swelling stress and strain by uniaxial and triaxial swelling tests, greenish-gray clay (YGK) and reddish and purple colored claystone (KBK) which can cause swelling problems in Çan Yeniçeri Underground Lignite Mine (Kalan Mining Co., Ltd.) and to make mineralogical analyzes and to propose a design based the experimental data to prevent swelling problems.The second and third chapters of the study, the swelling rocks, the factors affecting the behavior of swelling, swelling, problems and measures, and swelling test methods were summarized. In the fourth chapter, the geology and swelling problems of Çan Yeniçeri Underground Lignite Mine are were examined and the uniaxial and triaxial swelling parameters, index properties and mineralogical content were determined of clay (YGK) and claystone (KBK). In the fifth chapter, Support recommendations according to the swelling data and rock mass classification systems were made. As a result, it was found that smectite and kaolinite minerals was responsible for problems due to the clay and claystone forming swelling pressure of about 7 MPa in mine. The mine trying to solve swelling problems by the shaving off method according to different designs can afford the cost of support were suggested.