Y. Doç. Dr. Metin ERSOY
Afyon Kocatepe Üniversitesi Afyon Meslek Yüksekokulu Doğal Yapı Taşları Teknolojisi Programı, Afyonkarahisar, metinersoy@aku.edu.tr
Öğr. Grv. Liyaddin YEŞİLKAYA
Afyon Kocatepe Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümü, Afyonkarahisar, yesilkay@aku.edu.tr
Maden Müh. Ahmet Lütfi DİNÇER
Tureks Mns Ocak İşletmeleri Sanayi ve Ticaret AŞ, Afyonkarahisar, aldincer@superonline.com
Mermer ve doğal taşların bulunduğu formasyonlar genellikle sağlam yapılar olduklarından, tahkimatsız büyük boşluklar açılmasına izin vermektedirler. Bu da mermer blokların, yeraltı üretim yöntemlerinden olan, oda-topuk yöntemi uygulanarak üretilebilmesi şansını doğurur. Günümüzde İtalya ve İspanya gibi mermer üretiminde önde gelen ülkelerde birçok ocakta yeraltı mermer işletmeciliği başarıyla uygulanmaktadır.
Ülkemizde ise mermer üretiminin hemen hepsi, çeşitliliğin ve rezervin yeterli olmasından dolayı, açık ocak yöntemleri uygulanarak yapılmaktadır. Açık ocak işletmeciliğinin en önemli dezavantajı, üretim faaliyetlerinden sonra çalışma alanında rekültivasyon çalışmaları gerektirmesidir. Bu yeniden doğaya kazandırma çalışmaları, işletmeciye ekstra maliyet yüklemekle birlikte üretim aşamasında işletmeyi, bazı sabırsız çevreci topluluk ve kuruluşların hedefi haline getirmektedir. Bu durum hem işletme sahiplerinin hem de mermer işletmeciliğinin yapıldığı bölge insanının rahatsız olmasına neden olmaktadır.
Yeraltı ocak işletmeciliğinde ise, yüzeyde herhangi bir faaliyet yapılmadığından çevre ile ilgili olumsuz faktörlerin en aza indirilmesiyle birlikte benzer nedenlerle çalışma izni verilmeyen birçok mermer ve doğal taş yatağının ekonomiye kazandırılma şansı doğmaktadır. Sonuç olarak, doğal yaşamın korunması ve üretim yapılabilecek alanların genişletilmesi bakımından yeraltı işletme yöntemi iyi bir seçenektir.
Yeraltı işletmeciliği;
• Örtü tabakasının kazılamayacak kadar sert ya da yataklanma yüzeyinin blok alınamayacak kadar çatlaklı ve verimsiz olması,
• Düz ocaklarda derinlik arttıkça çalışma alanının daralması, blok, moloz ve pasanın yüzeye taşınması maliyetinin artması,
• Yamaç ocaklarda kademeler ilerledikçe kaldırılması gereken örtü tabakasının artması,
• Yüzeyde herhangi bir tarihi yapı bulunması, bölgede yaşayan canlıların korunması ve yüzeyde bulunan tesislerin bozulmaması gibi durumlarda uygulanabilir.
Yeraltı mermer işletmeciliğinin uygulanabilmesi için özel malzeme ve kalifiye işçilik gerekmesinin yanı sıra yöntem, galeri sürülmesi ve kılavuz boşluklarının hazırlanması dışında açık ocak mermer işletmeciliğinin aynısıdır. Dolayısıyla açık ocak işletmeciliğinden yeraltı işletmeciliğine geçiş için gerekli ek yatırım miktarı korkulacak boyutlarda yüksek değildir. Bu yazıda yeraltı mermer işletmeciliğinde uygulanan üretim yöntemi hakkında bilgiler verilmiştir.
Yeraltı Mermer Ocaklarında Kullanılan Özel Makineler
Galerilerin açılması ve kılavuz boşluklarının oluşturulması faaliyetlerinde, tünel makinesi olarak adlandırılan kollu kesme makineleri ve zaman zaman elmas telle kesme makinesi kullanılır. Kollu kesme makineleri, açık işletmelerde kullanılan standart zincirli-kayışlı kollu kesme makinelerinin bir başka versiyonu olup kütleyi kesme prensipleri aynıdır.
Galeri açma işinde kullanılan makineler:
• Standart kollu kesme makinesi
• Sütunlu kollu kesme makinesi
• Mekanize kollu kesme makinesi
• Elmas telle kesme makinesi şekilde listelenebilir.
Standart kollu kesme makinesi: Açık ocak işletmeciliğinde kullanılan versiyonundan tek farkı, kesici kolun makine gövdesinin üst kısma da yönlendirilerek, oturduğu zemine göre gövde yüksekliği kadar daha yüksekten kesim yapabilmesidir (Şekil 1). Bu da galeri ya da kılavuz boşluklarının açılmasında taban ve tavan kesimlerini mümkün kılar.
Sütunlu kollu kesme makinesi: Makine, ana hatlarıyla iki sütun arasına yerleştirilmiş bir köprü ve köprünün üzerinde hareket eden koldan ibarettir (Şekil 2). Köprü sütunlar üzerinde yukarı-aşağı hareket ettirilirken, kesme grubu da köprü üzerinde sağa-sola hareket ettirilir. Böylece makinenin ve kolun durumuna göre yatay ve düşey kesme yarıkları açılabilir.
Mekanize kollu kesme makinesi: Bu makineler kesici grubun mekanik bir taşıyıcıya ya da iş makinesine monte edilmiş şekilleridir (Şekil 3). Çalışma esnasında makine, hidrolik kaldıraç ünitesi ile yerden bir miktar kaldırılır, böylece gövde sabitlenmiş olur. Sonra kesici grubu taşıyan ünite kesme arınına paralel olarak yere dik konuma getirilir ve tavan-taban arasına hidrolik pompalar vasıtasıyla sıkıştırılır. En son kesici grup, planlanan kesme düzlemine göre düşey kesim için dikey konuma, yatay kesim için yatay konuma getirildikten sonra kol boyu mesafesinde kesim işlemi gerçekleştirilir.
Elmas telle kesme makinesi: Kılavuz sürme işlemlerinde kullanımı nadir de olsa, ilk yatırım maliyetini düşük tutmak için tercih edilebilir. Makine, özel tasarlanmış sondaj makineleriyle birlikte kullanılır. Bu makineler tavan taban arasına hidrolik pistonlarla sıkıştırılmış bir direk üzerinde çalışır ve standart delicilere göre daha geniş delikler açar (yaklaşık 25 cm). Delme işlemi, kesimi yapılacak kütlenin dört köşesinden planlanan derinliğe kadar yapılır (kılavuz galerisi tavan-taban köşeleri). Sonra tijlerin ucuna monte edilen makaralar üzerinden elmas tel geçirilerek deliğin dibine kadar itilir ve tijler sabitlenir. Telin, elmas telle kesme makinesinin volanından da geçirilmesiyle kesime hazır hale gelinir.
Yeraltı Üretim Tekniği
Günümüzde yeraltı mermer üretimi, yeraltı maden işletme yöntemlerinden olan oda-topuk yöntemi uygulanarak yapılmaktadır. Basit şekliyle yöntem, odalar şeklinde boşluklar açılması (blok üretimi) ve boşluklar arasında tavanın kontrolünü sağlamak için formasyonun bir bölümünün dokunulmadan bırakılması (topuk) şeklindedir. Topukların tavanı tutabilmesi için basınç altında ezilmeyecek kadar sağlam olması ve iki topuk arasında kalan tavanın kırılmadan durabilmesi gerekir. Emniyet topuklarının boyutları tabakaların mukavemetine ve örtü tabakasının kalınlığına göre hesaplanır. Derinlik arttıkça bırakılması gereken topuk boyutları büyür, kayıp artar. Az derinlik ve dayanıklı formasyon olması durumunda güvenli bir şekilde ve az kayıpla çalışılabilir, aksi halde tavanı tutmak zorlaşır. Kaybı azaltmak, topuk boyutlarını küçültmekle mümkündür. Bunu sağlamak amacıyla, zaman zaman tavan tabakası, bir üst tabakaya tavan cıvatalarıyla tutturularak topuklar arası dayanım artırılır. Yöntemin en büyük avantajı basit oluşu, dezavantajı da diğer yeraltı maden üretim yöntemlerine göre kayıp oranının yüksek oluşudur.
Yeraltı mermer ocaklarında iki ana üretim sistemi uygulanabilir. Bunlardan birincisi galeriler sürülmesi ve bu galerilerin genişletilerek üretim alanları (oda) oluşturulması şeklindedir. Bu üretim şekli, kazanılması planlanan bölgenin ocağa giriş noktasına yakın olduğu durumlarda uygulanır ve büyük girişli ocaklar olarak tanımlanabilir.
İkincisi ise, galeriler sürüldükten sonra planlanan üretim alanlarının tavanında kılavuz boşlukları oluşturulması ve bu kılavuz boşluklarının tabanından galeri tabanına kadar, açık işletmelerde olduğu şekliyle, kazanılarak odaların oluşturulmasıdır. Bu üretim şekli de ocağa giriş noktası ile üretimi planlanan bölge arasının uzak olması durumunda uygulanır ve küçük girişli ocaklar olarak tanımlanabilir.
Galerilerin açılması
Galeri açılması kısaca, kılavuz yolunun sürülmesi ve arkasından basamaklar oluşturularak blokların üretilmesi işleminden ibarettir (Şekil 4).
Kılavuz yolunun sürülmesi sırasında kollu kesme makineleri kullanılır. Kollu kesme makinesi ilerleme yönüne paralel yerleştirilir, kolonu taşıyan sütunlar tavan ve taban arasına sabitlenir ve galeri genişliği boyunca tavan, taban ve tavan-taban arası orta noktadan olmak üzere paralel üç kesme yapılır.
Bu kesimlerden sonra makinenin pozisyonu düşey kesim yapılmak üzere ilerleme yönüne dik konuma getirilir ve galerinin sağ, orta ve sol yanlarından tavandan tabana paralel düşey üç kesme daha yapılır.
Böylece ilerleme yönüne doğru birbirini kesen üçer düzlem veya arka kesimi yapılmamış dört adet blok oluşturulmuş olur. Bu blokların bulunduğu yerden çıkarılması işlemi çatlatarak-keserek ya da parçalayarak olmak üzere iki şekilde yapılabilir.
Kesme alanından iki bloğun çıkarılmasından sonra ayna düzleminde kalan girinti ve çıkıntılar kırılarak alınır, ortam temizlenir. Diğer iki bloğun çıkarılmasında da aynı yöntemler uygulanabilse de, blokların kazanımı açısından daha çok arka kesim yapılır. Arka kesim, sütunlu kollu kesici ile çalışılan ocaklarda elmas telle kesme makinesi ile, mekanize kollu kesicilerle çalışılan ocaklarda ise makinenin kesme grubunun açılan boşluğa yerleştirilmesi ve yan kesim yapması şeklinde gerçekleştirilir.
Açılan kılavuz yollarının, çalışma mesafesi kadar (10-15 m) gerisinden, planlanan galeri yüksekliğine göre bir veya iki basamak oluşturularak ilerleme gerçekleştirilir. Basamakların oluşturulması ve kesme işlemi, açık işletmelerde uygulanan U kanal açma şeklindedir. En çok uygulanan yöntem taban kesiminin kollu kesicilerle, iki yan kesimlerin de delerek ve elmas telle kesilmesi şeklindedir.
Arka kesim ise elmas telle ya da kollu kesici (kol boyu basamak yüksekliğinde olmalı) ile gerçekleştirilebilir.
Kılavuz boşluklarının açılması
Kılavuz boşluklarının açılması işleminde, kılavuz yollarının açılmasında kullanılan kollu kesme makineleri kullanılır. Yöntem birbirine dik iki kılavuz yolunun açılması ve yolların sınırladığı hacmin ilerletimli veya dönümlü olarak kazanılması şeklinde özetlenebilir. Kılavuz boşluğunun genişletilmesi aşamasında çalışılacak dilimin iki yüzeyi serbesttir ve çalışma şekli kılavuz yollarının sürülmesinden daha kolaydır. Dilimler kazanılırken, kollu kesici tavan-taban yatay kesimleri için ilerleme yönüne göre paralel konumdayken, kılavuz genişleme yönü doğrultusunda da düşey kesimi gerçekleştirebilir. Aynı şekilde ilerleme yönü doğrultusunda düşey kesim için dik konumdayken de genişleme yönü doğrultusunda tavan-taban yatay kesimi gerçekleştirebilir. Bloğun tamamen serbestleşmesi için de, arka kesimler, elmas telle kesme makinesi ile kolayca yapılabilir. Mekanize kollu kesicilerle çalışma daha kolay ve pratik olduğundan kademeli çalışma alanları oluşturulmasına gerek kalmadan düz şeritler halinde de çalışılabilir.
Bloğun çekilmesi ve taşınmasının kolaylaştırılması amacıyla, genellikle tavan-taban arası orta düzlemde de yatay kesme işlemi yapılır. Bloğun olduğu yerden alınması da, blok gövdesine kanca ve tokalar tutturularak çekme vinçle ya da halatla iş makinesine bağlanarak sürüklenmesi şeklindedir.
Oda ve Topukların oluşturulması
Ocakta kılavuz boşluklarının oluşturulması işlemi topuk sınırlarına kadar devam eder (Şekil 5). Kılavuz boşluğunun tabanı üretim alanının üst yüzeyidir. Yan yüzeyi de galeri duvarı olduğundan oda şeklinde üretilmek istenen hacmin iki yüzeyi serbest hale gelmiş olur. Bu aşamada, galerilerin açılması işleminde basamakların ilerletilmesi gibi, U kanal açılarak kütlenin üçüncü yüzeyi de serbest hale getirilir. U kanal açma işleminde, alt kesimde standart kollu kesici makineler kullanılırken yanal yüzeyler önce delerek sonra elmas telle keserek serbest hale getirilir. Kütlenin arka kesimi de elmas telle kesilerek kazanılır. Kanal açma işleminde kazanılan kütle sayalanarak bloklar üretilir ve yeryüzüne taşınır.
Elmas telle kesme işleminde makine, klasik uygulamalardan farklı olarak, kılavuz boşluğunda yani kesilecek kütlenin üst kotunda çalıştırılır. Bu yüzden kanal açma ve normal üretim sürecine geçilmeden önce, kılavuz boşluğunun elmas telle kesme makinesinin çalışabileceği alan kadar açılması zorunludur. Aksi durumda elmas telle kesme makinesinin galeri boşluğunda çalıştırılması gerekir ki bu hem malzeme hem de blok nakliyatını engellediği gibi işlem sırasında tel kısaltma sayısını da artıracağından verimli çalışılamaz.
Kanal açıldıktan sonra üretim bölgesinde açık işletme yöntemlerine uygun, üç yüzeyi serbest basamaklar oluşturulmuş olur. Genellikle üretim şekli, alt kesimlerin standart kollu kesicilerle, yan ve arka kesimlerin de delerek ve elmas telle kesilerek yapılması şeklindedir ve seri üretim yapılabilir.
Sonuç ve Öneriler
Yeraltı üretim yöntemi, açık ocak işletme yöntemlerine göre ekstra yatırım gerektirse de, üstteki düşük kalite tabakalar çalışılmadan, doğrudan daha derindeki iyi blokların üretilebilmesiyle öne çıkmaktadır. Ayrıca seçimli üretim yapılabilmesi, yani formasyonun blok verimi iyi olan bölgelerinin çalışılması diğer bölgelerinin topuk olarak bırakılabilmesi, böylece üretim sonucu açığa çıkacak ve atık döküm sahalarında depolanacak olan pasa miktarının da en aza indirilmesi, doğal çevrenin korunması bakımından önemlidir. Madencilik faaliyetlerinin sona ermesinden sonraki aşamalarda da çalışma sahalarında rekültivasyon için yatırım gerektirmemesi ve açılan yeraltı boşluklarının gerek depo, sığınak gerekse turistik amaçlı kullanılabilmesi yeraltı üretim şeklinin bir başka avantajıdır. Çalışma koşulları bakımından da yılın her ayı ve tüm gün aynı iklim koşulları altında çalışılabilmesi, üretim kapasitesinin en üst seviyeye çıkartılmasını mümkün kılar.
Ülkemizde gerek kömür gerekse metal madenleri için, yeraltı üretim tekniklerinin birçoğu uzun yıllardır uygulanmaktadır. Dolayısıyla mermer sektöründe de uygulanabilmesi için gerekli teknolojik bilgi ve deneyim mevcuttur. Ayrıca, açık ocak şeklinde çalışılan mermer sahalarında yeraltı yöntemine geçişte, ana üretim şeklinin açık işletmedekinin aynı olmasından dolayı, hem makine donanım yatırımı hem de kalifiye eleman istihdamı bakımından fazla zorluklarla karşılaşılmayacaktır.
Ülkemizde tercih edilmeyen yeraltı üretim şeklinin, devlet tarafından vergi indirimi, ucuz kredi, ÇED muafiyeti vb. desteklerle özendirilmesi, hem mermer üretiminde daha çevreci çalışılmasına hem de yasal kısıtlamalardan dolayı faal olmayan birçok mermer sahasının ekonomiye kazandırılmasına yardımcı olacaktır.
Yararlanılan Kaynaklar
Akkoç, T., 2003, Derin Mermer Yataklarının Yeraltı Üretim Yöntemleriyle İşletilebilirliğinin Araştırılması, Dokuz Eylül Ün. Fen Bil. Enst. Yüksek Lisans Tezi, İzmir, 147.
Anon (a) Chain Saw Machines for Ornamental Stone Quarries Exploitation, Costruzioni Meccaniche Fantini Srl Torino, Italy, 48.
Anon (b), 2009, http://www.benettigroup.com/store/listprod.asp?idCategory=78.
Anon (c), 2009, http://www.fantinispa.it/us/products/csm/csm.html
Anon (d), 2009, http://www.m.godden.btinternet.co.uk/quarrying_info.htm
Anon (e), Aplication of The Chain Saw Macchine to Modern Systems of Exploitation Stone Quarries, Costruzioni Meccaniche Fantini Srl Torino, Italy, 58.
Anon (f), Katalok, Benettimacchine, A. Benetti Macchine S.r.l.Carrara, Italy, 28.
Anon (g), 2009, http://www.quarryscapes.no/QLM_november_06.php
Anon (h), Katalok, Korfmann Lufttechnik GmbH, Germany
Cotman I., Fornaro M., 2000, Innovative Underground Exploitation Methods: The “Istrian Yellow” Case, Le Cave di Pietre Ornamentali Torino, İtaly, 215-220.
Erdoğan M., 1997, Yeraltı Mermer İşletmeciliği ve Tasarım İlkeleri,Türkiye II. Mermer Sempozyumu Bildiriler Kitabı, Afyon, 43-51.
Ersoy M., Yeşilkaya L., 2009, Mermer Blok Üretiminde Yeraltı ve Açık Ocak İşletme Şekillerinin Karşılaştırılması, Natura-Sektör, Sayı 5, 90-93.
Gonzalez-Nicieza C., Alvarez-Fernandez M.I., Menendez-Dyaz A., Alvarez-Vigil A.E., 2006, A Comparative Analysis of Pillar Design Methods and its Application to Marble Mines, Rock Mechanics and Rock Engineerings, 39 (5), 421–444.
Karaca Z., 2001, Mermer Madenciliği, Dokuz Eylül Ün. Torbalı Meslek Yüksekokulu Yayınları No:1, İzmir, 159.
Kaynar A., 1995, Yeraltı Mermer Madenciliği ve Ülkemizdeki Geleceğine Bir Bakış, Türkiye I. Mermer Sempozyumu Bildiriler Kitabı, Afyon, 29-36.
Köse H., Tatar Ç., 1997, Madenlerde Yeraltı Üretim Yöntemleri, Dokuz Eylül Ün. Müh. Fak.Yayınları No: 14, İzmir, 206.
Kulaksız S., 2007, Doğaltaş (Mermer) Maden İşletmeciliği ve İşleme Teknolojileri, TMMOB Maden Mühendisleri Odası, Ankara, 634.
Neugebauer, Erich, 2008, A new way to tackle safety in underground operations, Mining & Construction No 3, 12-13.
Onargan T., Köse H., Deliormanlı A. H., 2006, Mermer, TMMOB Maden Mühendisleri Odası, Ankara, 324.
Saltoğlu S., 1979, Madenlerde Yeraltı Üretim Yöntemleri, İstanbul Teknik Ün., İstanbul, 178.