Kayaçların kırılganlık özellikleri ile kazılabilirlik

KAYAMEK’2014-XI. Bölgesel Kaya Mekaniği Sempozyumu / ROCKMEC’2014-XIth Regional Rock Mechanics Symposium, Afyonkarahisar , Turkey
Kayaçların kırılganlık özellikleri ile kazılabilirlik parametreleri
arasındaki ilişkilerin incelenmesi
Investigation on relationships between brittleness properties and cuttability
parameters of rocks
S.Yaşar, A.O.Yılmaz, & M. Çapik
Karadeniz Teknik Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü, Trabzon
ÖZET: Kırılganlık kayaçların önemli mekanik özelliklerindendir. Kırılganlık aynı zamanda kazı
mekaniği açısından da önemli bir yer teşkil etmektedir. Kayaçlar kazı mekaniği açısından incelendiğinde iki
tür kazı profiline sahiptirler; kırılgan ve sünek profil. Kırılganlığın kesin bir tanımı yapılmamış olmasıyla
birlikte genellikle kayaçların mekanik özellikleri yardımıyla bulunabilmektedir. Kırılganlığın mekanik
dayanımlar yardımıyla bulunabilmesi için çeşitli kırılganlık indeksleri önerilmiştir. Ayrıca kırılganlığın
deneysel olarak bulunabilmesi için NTNU tarafından geliştirilen kırılganlık (S20) deneyi gibi darbe dayanımı
deneyleri ortaya atılmıştır.
Bu çalışmada 5 adet kayaç ve bir cevher örneğine tek eksenli basınç dayanımı, dolaylı çekme dayanımı,
kırılganlık (S20), küçük boyutlu kazı ve Cerchar aşındırıcılık indeksi deneyleri uygulanmıştır. Küçük boyutlu
kazı deneyi sırasında elde edilen kesme kuvveti (FC), normal kuvvet (FN) ve spesifik enerji (SE) değerleri ile
birlikte Cerchar aşındırıcılık indeksi (CAI) değeri ile kırılganlık indeksleri ve kırılganlık (S20) deneyi
sonuçları karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak tek eksenli basınç dayanımı ve dolaylı çekme dayanımlarının
çarpımı ile bulunan kırılganlık indeksi ile kazılabilirlik parametreleri arasında anlamlı ilişkilere ulaşılmıştır.
Kırılganlık (S20) deneyi ile kazılabilirlik parametreleri arasında anlamlı ilişkilere ulaşılamamıştır
ABSTRACT: Brittleness is one of the most crucial properties of rocks. Also brittleness has a critical point in
excavation mechanics. If rocks are investigated from the cutting mechanics’ point of view, rocks are groupped
in two types of cutting profiles. These are: brittle and ductile cutting profiles. Although there is no exact
definition of brittleness, it could be found via mechanical strenght parameters. A few index are suggested for
determination of brittleness with mechanical strength values. Furthermore some impact strength tests are
developed for assignment of brittleness like brittlenes test which is developed by NTNU.
In recent study some experiments are applied to five rock and an ore sample. These experiments are uniaxial
compressive strength, indirect tensile strength, brittleness (S20), small scale cutting test and Cerchar
abbrassivity index tests. Cutting force (FC), normal force (FN) and spesific energy (SE) values obtained from
small scale cutting rig and Cerchar abbrassivity index (CAI) value are compared with brittleness index and
brittleness (S20) test. As a result, Fair relationships are found between cuttability parameters and brittleness
index which is found by muliplication of compressive strength and tensile strength. However no significant
relationships are found between brittleness (S20) test and cuttability parameters.
l GİRİŞ
Kırılganlık kayaçların en önemli mekanik
parametrelerinden birisidir. Kırılganlık farklı
yükleme koşulları altındaki yenilme özellikleri ile
ilgili malzeme özelliklerindendir (Çopur vd.,
2003). Kırılganlıkla ilgili genel kural daha kırılgan
kayacın daha küçük deformasyonda kırıldığıdır.
Aynı zamanda kırılganlık kazılabilirlik parametresi
olarak da kullanılabilmektedir.
Kayaçlar kazı profili açısından incelendiğinde
ikiye ayrılır. Bunlar, kırılgan ve sünek kazı
profilleridir. Kazı profillerine ait kuvvet-zaman
grafikleri
incelendiğinde
şu
çıkarımlar
yapılabilmektedir: Sünek kayaçların kazısında
kuvvet belirli bir değere kadar yükselmekte ve
küçük dalgalanmalarla birlikte o değerde sabit
kalmaktadır. Kırılgan kazı profilinde ise kuvvet
belirli bir değere yükselip ardından düşmekte ve
tekrar yükselip düşmektedir. Bu iniş çıkış döngüsü
kazı bitimine kadar devam etmektedir. Bu döngü
parça koparma (chipping) olayı sebebiyle
gerçekleşmektedir. Şekil 1’de sünek ve kırılgan
kazı profillerine ait örnek kuvvet zaman grafikleri
görülmektedir.
B3 
 c x t
2
(3)
Burada; σc tek eksenli basınç dayanımı, σt çekme
dayanımıdır. Kırılganlığın ampirik yöntemler
dışında deneysel olarak belirlenebilmesi amacı ile
bir takım darbe dayanım deneyleri ortaya
atılmıştır. Protodyakonov tarafından önerilen darbe
dayanım deneyi bunlardan bir
tanesidir
(Protodyakonov, 1963). Bu deneyde kırılganlık şu
formül yardımı ile belirlenmektedir:
B4  m c
(4)
Burada, m oluşan küçük parçaların yüzdesidir.
Diğer bir darbe dayanım deneyi ise NTNU’da
geliştirilen kırılganlık (S20) deneyidir (Blindheim
ve Bruland, 1998). Bu deneyde 11,2 mm’nin
altındaki tanelerin yüzdesi kırılganlık miktarı
olarak belirlenmektedir.
Şekil 1. Sünek ve kırılgan kazı profillerinin örnek
kuvvet-zaman grafikleri (Deketh, 1998).
Kırılganlığın kesin bir tayin yöntemi olmamakla
birlikte artan kırılganlıkla kayaçların şu özelliklere
sahip oldukları bilinmektedir (Hucka ve Das,
1974):
 Düşük uzama değeri
 Çatlak yenilmesi
 Küçük tanelerin oluşumu
 Basınç dayanımının çekme dayanımına
oranının yükselmesi
 Yüksek esneklik
 Yüksek içsel sürtünme açısı
 Batma sırasında çatlak oluşumu
Kırılganlık, kazılabilirlik parametresi olarak
kullanılmaktadır.
Kaya
kazılabilirliğinin
laboratuvarda tayini için birtakım deney setleri
imal edilmiştir. Bunlar tam boyutlu kazı seti ve
küçük boyutlu kazı setidir.
Tam boyutlu kazı deneyinde gerçek keskiler ve
büyük kaya parçaları ( 70 cm x 50 cm x 50 cm )
kullanılabilmektedir. Kazı makinelerinde keski
kuvvetlerinin bulunmasında en kesin yöntem tam
boyutlu kazı deneyinde kesme yapmaktır. Bu kazı
setinde farklı tipte keskilerde kullanılabilmektedir.
Keskilere gelen kesme kuvveti, normal kuvvet ve
yanal kuvvet dinamometre vasıtasıyla ölçülerek
bilgisayara gönderilmektedir (Feridunoğlu ve
Bilgin, 2010). Şekil 2’de tam boyutlu kazı setinin
şematik görünümü görülmektedir.
Kırılganlık tayini genellikle ampiriktir ve
çoğunlukla tek eksenli basınç dayanımı ve çekme
dayanımı değerlerinden yararlanılarak bulunur.
Literatürde karşılaşılan bağıntılardan bazıları şu
şekildedir (Hucka ve Das, 1974 ve Altındağ,
2002):
c
t
 t
B2  c
c t
B1 
(1)
(2)
Şekil 2. Tam boyutlu kazı setinin şematik
görünümü
Küçük boyutlu kazı seti bir kayacın kazılabilirlik
tayininin
doğrudan
yapılabilmesi
için
geliştirilmiştir. Deney, Uluslararası Kaya Mekaniği
Derneği (ISRM) tarafından standart deney yöntemi
olarak önerilmiştir Deneyde 76 mm veya daha
küçük çaplı karot numuneleri veya 20 cm x 10 cm
x
10
cm
boyutlarında
blok
numune
kesilebilmektedir. Şekil 3’te, İstanbul Teknik
Üniversitesi Kazı Teknolojileri ve Maden
Makineleri Laboratuvarı’nda bulunan küçük
boyutlu kazı seti görülmektedir.
Şekil 3. Küçük boyutlu kazı seti
Numune sabitlendikten sonra kesme açısı -5o,
temizleme açısı 5o ve genişliği 12,7 mm olan kama
uçlu keski ile 5mm kesme derinliğinde kazı
yapılmaktadır (McFeat-Smith ve Fowell, 1977’den
alıntılayan, Bilgin ve Shahriar, 1988). Kesme
sırasında oluşan kuvvetler gerilimölçer ile
donatılmış dinamometre ile bilgisayara kayıt edilir.
Mekanize kazı keskilerin kayacı parçalaması
esasına dayanmaktadır (Bilgin, 1989). Farklı keski
türleri ile kazıdaki yenilme türleri ile ilgili farklı
teorik açıklamalar bulunmaktadır. Bunlardan
bazıları, çekme çatlağı, elastisite teorisi ve
plastisite teorisidir. Tüm durumlarda benzer
mekanizmalar bulunmaktadır: Keski kayacın içine
battığında yüksek basınç gerilmelerine bağlı olarak
ezilmiş bir bölge oluşmaktadır ve çekme
gerilmeleri dairesel dalgalar halinde ezilmiş
bölgenin etrafında yayılmaktadır (Özdemir, 1995).
Eğer kayaç kırılgan ise gerilme dalgaları çekme
çatlaklarını oluşturmaktadır. Sünek yenilme
profilinde kesme, çekme çatlaklarının yerini
almaktadır. Gerçekte, mekanik kırılma işlemi,
çekme ve kesme yenilmesi türlerinin her ikisini de
farklı derecelerde içinde barındırmaktadır (Çopur
vd., 2001).
Genel bir görüş olarak kırılganlık mekanize kazı
ile ilişkilendirilmiştir (Çopur vd., 2003). Birçok
araştırmacı mekanize kazı ile kırılganlık arasındaki
ilişkileri incelemeye çalışmıştır. Evans ve
Pomeroy’a göre keskinin darbe enerjisi
kırılganlıkla ters orantılıdır (Evans ve Pomeroy,
1966). Bir araştırmacı 3 farklı kömür numunesi
üzerinde yaptığı yerinde kazılabilirlik deneyleri
sonucunda spesifik enerjinin kırılganlıkla doğru
orantılı olarak arttığını göstermiştir (Singh, 1987).
Altındağ, farklı çalışmalardan elde ettiği ham
verileri inceleyerek yayınladığı çalışmasında, tek
eksenli basınç dayanımı ve çekme dayanımının
çarpımı ile elde edilen kırılganlık indeksinin
artması ile spesifik enerjinin arttığını tespit etmiştir
(Altındağ, 2003). NTNU’daki bir grup bilim adamı
kırılganlık (S20) deneyini tünel açma makinelerinin
performans
tahmininde
kullanmışlardır
(Trondheim, 1994). Diğer araştırmacı (1) ve (2)
no’lu bağıntılarda verilen kırılganlık indeksleri ile
tünel açma makinelerinin ve sondaj makinelerinin
performansları
arasında
anlamlı
ilişkilere
ulaşmıştır (Kahraman, 2002). Bir araştırmacı
yaptığı çalışmada (3) no’lu bağıntıda verilen
kırılganlık indeksi ile sondaj makinelerinin
performansları arasında korelasyon elde etmiştir
(Altındağ, 2002). Çopur vd., batma deneylerinden
elde edilen kırılganlık indeksi ile kazı verimliliği
arasında anlamlı ilişkiler elde etmişlerdir (Çopur
vd., 2003). Bir grup araştırmacı tayin ettikleri kaya
kütlesi kırılganlık indeksi ile kömür işletmesinde
çalışan kollu galeri açma makinesinin anlık kazı
hızının arttığını, keski tüketim miktarının
azaldığını göstermişlerdir. Daha önce yapılan
çalışmalardan da görülebileceği gibi kırılganlığın
kazı ve delgi performansları üzerine etkileri
konusunda çelişkili sonuçlar ortaya çıkmaktadır.
Bu çalışmada, literatürde daha önce karşılaşılan üç
farklı kırılganlık indeksi ve kırılganlık deneyi
sonuçları küçük boyutlu kesme deneyinden elde
edilen kesme kuvveti, normal kuvvet ve spesifik
enerji değerleri ve Cerchar aşındırıcılık indeksi
değeri ile karşılaştırılarak daha önce elde edilen
farklı sonuçların hangisiyle örtüştüğü incelenmeye
çalışılmıştır.
2 DENEYSEL ÇALIŞMALAR
Deneysel çalışmada kullanılan örnekler Doğu
Karadeniz Bölgesi’nin çeşitli illerinden temin
edilmiştir. Çalışma süresince 5 farklı kayaç ve 1
cevher
numunesi
kullanılmıştır.
Kayaç
örneklerinin adları ve temin edildikleri yerler
Çizelge 1’de gösterilmiştir. Numune temininin
ardından karot alma, tek eksenli basınç dayanımı,
dolaylı çekme dayanımı, küçük boyutlu kesme
deneyi
ve
Cerchar
aşındırıcılık
deneyi
gerçekleştirilmiştir.
Çizelge 1. Kayaç
alındıkları yerler
numunelerinin
Numune Adı
Kireçtaşı I
Bazalt
Kumtaşı
Kireçtaşı II
Tüf
Bakır
adları
ve
Alındığı Yer
Gümüşhane
Gümüşhane
Gümüşhane
Trabzon
Bayburt
Trabzon
2.1 Tek eksenli basınç dayanımı deneyi
Tek eksenli basınç dayanımı deneyleri 54 mm çapa
sahip
karot
numuneleri
üzerinde
gerçekleştirilmiştir. Boy/çap oranı, 2/1 olacak
şekilde karot numuneleri kesilerek düzeltilmiştir.
Yükleme hızı 1kN/sn olarak sabitlenmiştir.
Laboratuvarı’nda
gerçekleştirilmiştir.
şartları şu şekilde belirlenmiştir:
Kesme derinliği
Kesme açısı
Temizleme açısı
Keski genişliği
Keski ucu
Deney
: 5 mm,
: -5o,
: 5o,
: 12,7 mm,
: Tungsten karbid,
% 10 kobalt.
Deney, 54 mm’lik karot örnekleri üzerinde
gerçekleştirilmiştir. Karot örnekleri numune
kutusuna yerleştirilmiş ve deney başlatılmıştır.
Ardından kazı sırasında keskiye gelen üç boyuttaki
kuvvetler dinamometre vasıtasıyla elektrik yüküne
dönüştürülmüştür. Arabirimler sayesinde elektrik
yüküne çevrilen kuvvet kgf cinsinden bilgisayara
saniyede 2000 veri hızıyla kaydedilmiştir. Şekil
4’te Kireçtaşı II numunesinin kazısı sırasında
oluşan kuvvetlerin kaydedilmesiyle oluşan kuvvetzaman grafiği görülmektedir. Bu çalışmada
yalnızca kesme kuvveti ve normal kuvvete yer
verilmiştir, yanal kuvvet ihmal edilmiştir.
2.2 Dolaylı çekme dayanımı deneyi
Dolaylı çekme dayanımı deneyleri 54 mm’lik karot
numunelerine uygulanmıştır. Numunelerin boy/çap
oranı, 1/2 olarak alınmıştır ve deney sırasındaki
yükleme hızı 0,2 kN/sn olarak sabitlenmiştir.
2.3 Kırılganlık (S20) deneyi
Kırılganlık deneyi (S20), darbe sonucu kayacın
kırılmaya karşı gösterdiği direncin dolaylı
ölçülmesini belirleyen bir deney yöntemidir
(Yaralı ve Kahraman, 2011). Öncelikle kırıcıda
kırılan numune 16 mm ile 11,2 mm elek arasında
sınıflandırılır. 16 mm üstü malzeme yoğunluk
tayini için kullanılır. 16 mm ile 11,2 mm arasında
kalan malzemeden 2,65 g/cm3 eşdeğer yoğunluk
için 500 g örnek hazırlanır. Örnek, numune
kutusuna yerleştirilir. 14 kg ağırlığındaki tokmak
20 kez kutunun üzerine düşürülür. Ardından
kutudan çıkarılan numune 11,2 mm elekten elenir
ve elek altı malzeme hassas terazide tartılır. Elek
altındaki malzeme ilk ağırlığa bölünerek
kırılganlık değeri bulunur.
2.4 Küçük boyutlu kesme deneyi
Küçük boyutlu kesme deneyi İstanbul Teknik
Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü Kazı
Teknolojileri
ve
Maden
Makinaları
Şekil 4. Kireçtaşı II numunesinin kuvvet-zaman
grafiği
2.5 Cerchar aşındırıcılık deneyi
Cerchar aşındırıcılık deneyinde 90o uç açılı, 2000
kg/cm2 çekme dayanımına sahip HRC (Rockwell)
sertliği 55 olan uçlar kullanılmaktadır. Deney
aletine yerleştirilen ucun altına örnek yerleştirilir.
70 N yük altında örneğin üzerine oturtulan uç 1 cm
çekilir. Kullanılan uç mikroskop altında
incelenmek üzere kodlanarak kaldırılır. Her uç tek
sefer kullanılmıştır. Deney karot kesme testeresi ile
düzeltilmiş yüzeylere uygulanmıştır. Her örnek
üzerinde 3 deney yapılmıştır. Deneyin ikinci
aşamasında uçlar Leica marka mikroskop altında
40x büyütme altında incelenmiştir. Yatık olarak
mikroskop altına konulan uçlardan birbirine 90o
olacak şekilde ölçüm alınmıştır. Uçtaki her 1/10
mm’lik körelme 1 Cerchar’a (CAI) eşit olmaktadır.
Bilgisayardan alınan iki görüntü ve ucun deneyden
önceki orijinal hali Şekil 5’te verilmiştir.
Orijinal uç
Şekil 5. Bakır
görülmektedir
örneğinde
kullanılan
uç
Çizelge 3. Küçük boyutlu kesme deneyi ve Cerchar
aşındırıcılık indeksi deneylerinin sonuçları
Numune
Adı
FC/d,
kgf/mm
Kireçtaşı I
Bazalt
Kumtaşı
Kireçtaşı II
Tüf
Bakır
76,53
93,92
45,61
33,80
31,90
140,31
Numune
Adı
Kırılganlık indeksleri B1, B2 ve B3 ile kırılganlık
(S20) deneyi sonuçları bu çalışmada kazılabilirlik
parametreleri olarak tanımlanan kesme kuvveti,
normal kuvvet, spesifik enerji ve Cerchar
aşındırıcılık deneyi sonuçları ile karşılaştırılmıştır.
Parametreler arasındaki ilişkilerin varlığı belirli bir
metodolojiye uyarak ortaya konulmuştur. Bu
yöntemde parametreler arasındaki korelasyon
katsayısı göz önüne alınmıştır. Parametreler
arasındaki ilişkiler Çizelge 2’ye göre incelenerek
korelasyon katsayısı 0,5’ten büyük olan
parametrelerin arasında ilişki olduğu öne
sürülmüştür.
Kireçtaşı I
Bazalt
Kumtaşı
Kireçtaşı II
Tüf
Bakır
Çizelge 2. Korelasyon katsayısına göre ilişkinin
kuvveti (Kalaycı, 2010).
0,00-0,25
0,26-0,49
0,50-0,69
0,70-0,89
0,90-1,00
SE,
MJ/m3
CAI
37,28
42,85
28,56
17,35
18,03
70,57
1,03
0,94
0,70
0,47
2,69
0,55
Çizelge 4. Mekanik deneyinin sonuçları
3 BULGULAR
r
FN/d,
kgf/m
m
238,31
310,62
82,35
17,11
20,49
469,7
İlişki kuvveti
Çok zayıf
Zayıf
Orta
Yüksek
Çok yüksek
Kesme deneyleri gerçekleştirilirken teknik
zorunluluklardan
dolayı
farklı
kesme
derinliklerinde
deneyler
gerçekleştirilmiştir.
Kesme kuvveti (FC) ve normal kuvvet (FN)
derinliğe bağlı olarak lineer olarak artmaktadır
(Roxborough ve Rispin, 1973, Roxborough ve
Pedroncelli, 1982, Bilgin, 1977 , Roxborough,
1985 ve Bilgin vd., 2006). Bundan dolayı kesme
kuvveti (FC) ve normal kuvvet (FN) derinliğe (d)
bölünerek normalize edilmiştir.
σc,
MPa
88,51
120,07
62,83
50,88
63,71
108,97
σt,
MPa
S20,
%
10,44
10,21
5,31
3,66
8,73
11,8
49,02
36,07
44,35
61,19
51,73
49,21
Çizelge 5. 3 farklı kırılganlık indeksi
Numune
Adı
Kireçtaşı I
Bazalt
Kumtaşı
Kireçtaşı II
Tüf
Bakır
B1
B2
B3
8,48
11,76
11,83
13,90
7,32
9,23
0,79
0,84
0,84
0,87
0,76
0,80
462,02
612,96
166,81
93,11
278,97
642,92
Burada; normalize edilmiş kesme kuvveti (FC/d),
normalize edilmiş normal kuvvet (FN/d), spesifik
enerji (SE), Cerchar aşındırıcılık indeksi (CAI), tek
eksenli basınç dayanımı (σc), dolaylı çekme
dayanımı (σt), kırılganlık (S20), B1, B2 ve B3
kırılganlık indeksleridir.
Çizelge 6. Korelasyon katsayıları matrisi
FC/d
FN/d
SE
CAI
B1
B2
B3
S20
-0,20
-0,22
-0,22
-0,29
-0,08
-0,09
0,09
-0,19
0,90
0,93
0,85
0,73
-0,41
-0,47
-0,39
-0,15
Çizelge 7. Korelasyon katsayıları matrisi
B3
-0,09
-0,02
-0,60
Kesme Kuvveti, FC/d,
kgf/mm
Çizelge 6 ve 7’ye göre, kazılabilirlik parametreleri
ile kırılganlık indeksleri ve deneyi arasındaki
ilişkiler incelenmiştir. Yalnızca korelasyon
katsayısı 0,50’den büyük olan ilişkilerin grafikleri
oluşturulmuştur.
50
0
200
400
SE = 0,0729B3 + 8,3534
60
R² = 0,7232
40
20
0
0
200
400
600
800
Kırılganlık İndeksi, B3
Şekil 8. Spesifik enerjinin kırılganlık indeksi ile
değişimi
150
FC/d= 0,164B3 + 8,494
R² = 0,8096
100
0
Spesifik Enerji, SE,
MJ/m3
B2
600
800
Kırılganlık İndeksi, B3
Cerchar Aşındırıcılık
İndeksi, CAI
S20
B1
80
3
2,5
CAI
2 = 0,0026B3 + 0,0868
R² = 0,5297
1,5
1
0,5
0
0
200
400
600
800
Kırılganlık İndeksi, B3
Şekil 9. Cerchar aşındırıcılık indeksinin kırılganlık
indeksi ile değişimi
500
FN/d= 0,7286B3 - 84,299
400
R² = 0,8606
300
200
100
0
0
200
400
600
800
Kırılganlık İndeksi, B3
Kırılganlık, S20, %
Normal Kuvvet, FN/d,
kgf/mm
Şekil 6. Kesme kuvvetinin kırılganlık indeksi ile
değişimi
70
60
50
40
30
20
10
0
y = -0,0214x + 56,66
R² = 0,3583
0
200
400
600
800
Kırılganlık İndeksi, B3
Şekil 7. Normal kuvvetin kırılganlık indeksi ile
değişimi
Şekil 10. Kırılganlık değerinin kırılganlık indeksi
ile değişimi
Şekil 6-10’daki grafikler ve korelasyon katsayıları
matrisleri
incelendiğinde
şu
çıkarımlar
yapılabilmektedir.
Daha
önce
literatürde
karşılaşılan kırılganlık indeksleri ile kazılabilirlik
parametreleri karşılaştırıldığında, B1 ve B2
kırılganlık indekslerinin bu veri grubu için
kazılabilirlik parametreleri üzerinde herhangi bir
etkisine rastlanmamıştır. Ancak Altındağ (2000)
tarafından önerilen gevreklik (B3) indeksinin
kazılabilirlik parametreleri üzerinde kuvvetli
etkileri olduğu görülmektedir. B3 indeksi ile kesme
kuvveti ve normal kuvvet arasında çok kuvvetli bir
ilişkiye ulaşılmıştır. Ayrıca B3 indeksi ile spesifik
enerji ve Cerchar aşındırıcılık indeksi arasında
kuvvetli ilişkiler elde edilmiştir. Kırılganlığın kazı
verimliliği üzerindeki etkileri konusunda çelişkili
bulgular olmasına rağmen bu çalışmadaki sonuçlar
Altındağ (2003)’ün elde ettiği sonuçlar ile
örtüşmektedir.
Bu sonuçlara ek olarak kırılganlık (S20) deneyi ile
kazılabilirlik parametreleri arasında zayıf ilişkilere
ulaşılmıştır. Ayrıca kırılganlık indeksi B3 ile
kırılganlık (S20) değeri arasında orta kuvvette ters
orantılı bir ilişki elde edilmiştir.
5 SONUÇLAR
Kırılganlık kaya ve kazı mekaniği açısından
önemli bir yer teşkil etmektedir. Ancak
kırılganlığın kazı mekaniğindeki yeri henüz tam
belirlenebilmiş değildir. Bu çalışmada daha önce
literatürde karşılaşılmış olan kırılganlık indeksleri
ile küçük boyutlu kesme deneyinden elde edilen
parametreler karşılaştırılmıştır. Bu incelemelerin
Altındağ (2000) tarafından önerilen sonucunda tek
eksenli basınç dayanımı ile dolaylı çekme
dayanımının çarpımı ile tanımlanan kırılganlık
indeksi (B3) ile kesme kuvveti (FC), normal kuvvet
(FN), spesifik enerji (SE) ve Cerchar aşındırıcılık
indeksi (CAI) değerleri arasında kuvvetli ve çok
kuvvetli ilişkilere ulaşılmıştır. Bu sonuçlar
literatürde karşılaşılan bazı sonuçlar ile
örtüşmektedir. Ayrıca kırılganlık (S20) deneyi ile
kırılganlık indeksi (B3) arasında ters orantılı orta
kuvvette bir ilişki elde edilmiştir. Kırılganlık
deneyi (S20) ile diğer kırılganlık indeksleri arasında
herhangi bir ilişki elde edilememiştir. Ayrıca
kırılganlık (S20) deneyi ile kazılabilirlik
parametreleri arasında zayıf ilişkilere ulaşılmıştır.
TEŞEKKÜR
Yazarlar, gerek deneysel çalışma bölümünde
yardımlarını esirgemeyen gerekse de tecrübelerini
paylaşmaktan kaçınmayan İstanbul Teknik
Üniversitesi Maden Fakültesi Maden Mühendisliği
Bölümü öğretim üyeleri Prof. Dr. Nuh BİLGİN’e,
Prof. Dr. Hanifi ÇOPUR’a, Doç. Dr. Cemal
BALCI’ya ve Yrd. Doç. Dr. Deniz TÜMAÇ’a
sonsuz teşekkürlerini sunarlar. Ayrıca yazarlar
laboratuvar çalışmalarındaki yardımlarından dolayı
Arş. Gör. Emre AVUNDUK’a ve Arş. Gör.
Ramazan ÇOMAKLI’ya şükranlarını bildirirler.
KAYNAKLAR
Altındağ, R., 2000. Darbeli delme performans analizlerinde
kayaç gevrekliğinin rolü, V. Ulusal Kaya Mekaniği
Sempozyumu, Ekim, Isparta, Bildiriler Kitabı, 105-112.
Altındağ, R., 2002 The evaluation of rock brittleness concept
on rotary blast holed drills. Journal of South African
Institute of Mining and Metallurgy, January/February, 6166.
Altındağ, R., 2003. Correlation of spesific energy with rock
brittleness concepts on rock cutting. Journal of South
African Institute of Mining and Metallurgy, April, 163171.
Bilgin, N., 1977. Investigation into mechanical cutting
characteristics of some medium and high strength rocks,
Ph.D. Thesis, Newcastle Upon Tyne University, England,
332 pp.
Bilgin, N. ve Shahriar K., 1988. Madenlerde mekanize kazı
için bir ölçme sisteminin geliştirilmesi ve Amasra
Karbonifer Havzasına uygulanışı, Türkiye 6. Kömür
Kongresi, Mayıs, Zonguldak, Bildiriler Kitabı, 13-28.
Bilgin, N., 1989. İnşaat ve maden mühendisleri için
uygulamalı kazı mekaniği, Birsen Yayınevi, Istanbul, 192
s.
Bilgin, N., Demircin, M.A., Çopur, H., Balcı, C.,
Tunçdemir, H. ve Akçin, N., 2006. Dominant rock
properties affecting the performance of conical picks and
the comparison of some experimental and theoretical
results , International Journal of Rock Mechanics and
Minining Science, 43, 1, 139–156.
Blindheim, O.T. ve Bruland, A., 1998. Boreability testing.
Norwegian TBM tunneling 30 years of experience with
TBMs in Norwegian Tunnelling, Norwegian Soil and
Rock Engineering Association, 11, 29-34.
Çopur, H., Tunçdemir, H., Balcı, C, Öztürk C.A., 2001. A
brittleness concept based on indentation tests for
assessment of rock cuttability, International Symposium
on Mine Planning and Equipment Selection, November,
New Delhi, Proceedings Book, 783-788.
Çopur, H., Bilgin, N., Tunçdemir, H. ve Balcı, C., 2003. A
set of indices based on indentation tests for assessment of
rock cutting performance and rock properties, Journal of
Southern African Institute of Mining and Metallurgy,
103, 9, 589-600.
Deketh, H.J.R., Grima, M.A., Hergarden, I.M., Giezen, M.,
Verhoef, P.N.W., 1998. Towards the prediction of rock
excavation machine performance, Bulletin of Engineering
Geology and The Environment, 57, 1, 3-15.
Evans, I., Pomeroy,C.D., 1966. The strength fracture and
workability of coal. Pergamon, 277 s.
Feridunoğlu, C. ve Bilgin, N., 2010. Kayaç kazılabilirliğinin
tayini için taşınabilir kayaç kesme deney aletinin
geliştirilmesi, Itüdergisi, 9, 3, 66-74.
Hucka, V. ve Das, B., 1974. Brittleness determination of
rocks by different methods. International Journal of Rock
Mechanics and Mining Science and Geomechanics
Abstracts, 11 389-392.
Kahraman, S., 2002. Correlation of TBM and drilling
machine performances with rock brittleness. Engineering
Geology, 65 269-283.
Kalaycı, Ş., 2010. SPSS Uygulamalı çok değişkenli istatistik
teknikleri, Asil Yayınevi, Ankara, 426 s.
McFeat-Smith, I. ve Fowell, R. J., 1977. Correlation of rock
properties and the cutting performance of tunneling
machines, Conference on Rock Engineering, Proceedings
Book, Newcastle, 581-602.
Özdemir, L., 1995. Mechanical mining. Short Course
Notebook. Colorado School of Mines, Mining
Engineering Department.
Protodyakonov, M. M., 1963. Mechanical properties and
drillability of rocks. 5th Rock Mechanics Symposium,
Proceedings Book, Pergamon, Oxford, 103-118.
Roxborough, F.F. ve Rispin, A., 1973. The mechanical
cutting characteristics of the lower chalk, Tunnels and
Tunnelling, January, 45-67.
Roxborough, F.F. ve Pedroncelli, E.J.,1982. A practical
evaluation of some coal cutting theories using a
continuous miner, The Mining Engineer, 142, 252, 145–
155.
Roxborough, F.F., 1985. Research in mechanical rock
excavation: progress and prospects. Rapid Excavation
Tunneling Conference, Las Vegas, Proceedings Book,
225–244.
Singh, S.P., 1987. Criterion for the assessment of the
cuttability of coal. Underground Mining Methods and
Technology. In: Szwilski, A.B., Richarda, M.J. (Eds.),
Elsevier, Amsterdam, 225-239.
University of Trondheim, 1994. The Norwegian Institute of
Technology, Hard Rock Tunnel Boring, No: 1-94, 164 s.
Yaralı, O. ve Kahraman S., 2011. The drillabilty assessment
of rocks using the different brittleness values, Tunnelling
and Underground Space Technology, 26, 406-414.

Download Report