Galeri ve Tünel Açma

4.1.2. Kesici Uçlarda Yüksek Su Jeti Kullanan Makineler


Galeri açma makinelerinin kesme performansını arttırmak amacıyla kesici uçlarla birlikte yüksek basınçlı su jeti kullanan makineler mevcuttur. Su jetinin kullanım avantajları;

a- Daha az kesme kuvveti gerektirmesi, daha sert kayaçların kesilebilmesi,
b- Kesme hızında artış,
c- Toz oluşumunda azalma,
d- Kıvılcım oluşunun önlenmesi,
e- Kesici uç aşınmasında azalma, daha uzun ömür

4.1.5. Galeri Açma Makinelerinin Kazı Verimini Etkileyen Parametreler

4.1.5.1. Makineye Bağlı Özellikler

1. Makinenin gücü, ağırlığı ve stabilitesi
2. Kesme kafasının tipi ve geometrisi
3. Pasa toplama ve taşıma kapasitesi

4.1.5.2. Çalışılan Yer ve Şantiyeye Bağlı Özellikler

1. Galeri boyutu, şekli, eğimi ve uzunluğu
2. Tahkimat şekli
3. Havalandırma imkanları
4. Standart hizmetler, güç ve su temini gibi
5. Pasa nakliye sistemi
6. Çalışma vardiya sayısı, çalışılabilir zamanın uzunluğu
7. Verimlilik teşviki
8. Kazı ekibinin tecrübesi


4.1.5.3. Makine Bakım Özellikleri

1. Makinenin kullanım yaşı ve durumu
2. Makineden faydalanma oranı
3. Bakımın uygun ve planlandığı şekilde yapılması
4. Bakım ekibinin iş tecrübesi
5. Yedek parça temini
6. Gerektiğinde aşınmış uçların değiştirilmesi

4.1.5.4. Kazılan Formasyonun Özelliği

1. Sertliği
2. Kırılganlığı
3. Aşındırıcılığı
4. Mineralojisi
5. Jeolojik süreksizlikler
6. Tabakaların ve şistozitenin kazı yönüne göre eğim ve doğrultusu

4.1.6. Geleneksel Metotlarla Kazı ile Galeri Açma Makineleriyle Kazının Karşılaştırılması

İlerleme hızının önemi kadar önemli olan diğer bir hususta galerinin sürülme masrafıdır. 1970 yılında Dortmunder Madencilik isimli bir şirket makine ile açılan bir galeri ile klasik yolla sürülen ( yani patlayıcı madde ve hidrolik yükleyicinin bulunduğu ) bir galeri ile masraflar bakımından karşılaştırmıştır. Klasik yollardan 5 ayda sürülen galeri 428 m olmuş ve burada ortalama 1762 DM/m lik’ bir maliyete mal olmuştur. Buna karşılık 4 ayda firmaya ait Eickhoff EV 100 modeli ile açılan 397 m ‘lik galeri maliyeti ortalama 1298 DM/m lik bir maliyetle bitmiştir.böylece makine ile galeri açma klasik yolla galeri açmanın ancak 2/3 üne mal olmuş bulunmaktadır.


Çizelge 4.1. Dinamitleme Yoluyla ve Continuous Miner ile Galeri Açmanın Karşılaştırılması


Aynı Damarda
Başka Damarda
CM Dinamitleme (YM yok)
CM Dinamitleme (Oran)
Dinamitleme (YM var)
CM (YM var)
İlerleme (m/gün)
22 4,4
5
4,5
5
Kazı randımanı (fm3/yevm)
3,2 1,1
3
2,5
1,3
İşletme masrafları (DM/fm3)
32 78
0,4
57
0,56


CM=Continuous Miner ; YM=Yükleme Makinesi

Çizelgedeki değerlerden göz önüne alınan durumlar için Continuous Miner ile elde edilen ilerlemenin dinamitle ilerleme yöntemine nazaran (masraflar sadece %40) 5 defa daha fazla olduğu anlaşılmaktadır.

4.1.7. Galeri Açma Makineleri Hakkında Genel Bir Değerlendirme

Son 40 sene içinde büyük gelişim gösteren bu makineler gittikçe artan bir sayıda kullanılmaya başlanmış ve günümüzde de yalnızca madencilikte değil inşaat mühendisliği alanında da yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu makineler düşük dayanımlı kayaçlardan orta sert dayanıma kadar olan formasyonlarda kullanılmaktadır. Kanalizasyon, ulaşım ve benzeri amaçlarla tünel ve kanal açılması ihtiyacı, bu işlerle uğraşan müteahhit firmalarını, bugüne kadar sadece madenciliğe mahsus olan “yumuşak ve sert taşlarda galeri açma problemi” ile karşı karşıya bırakmıştır. Bunun sonucu olarak çok yakın zamanlarda da, özellikle inşaat mühendisliği açısından, gene en sert taşları bile delip geçmek için “sert kayaç makineleri” nin gelişimi kaçınılmaz bir zorunluluk olarak ortaya çıkmış bulunmaktadır. Ayrıca bu makinelerle galeri ilerleme randımanı artmış, galeri açma maliyeti de azalmıştır. Yine direkt makineye bağlı olmamakla birlikte bir diğer üstünlüğü de nakliye, havalandırma, su atımı vs. gibi çeşitli donanımların bir yeni kullanma alanı için daha çabuk serbest kalmaları, dolayısıyla onlara yatırılan sermayeden çok daha iyi yararlanabilme olanağının doğmuş olmasıdır.

Madencilik için “sahanın çabuk açılması, yeni işletme yerlerinin çabucak tesisi ve geri dönüş galerilerinin işletme başlayıncaya kadar olan muhafazası zamanının kısalması” gibi ilave bazı yararlar daha vardır.

Ekonomik üstünlüklerinin yanı sıra tünel açılması işlerinde, patlayıcı madde ile yapılacak bir çalışmanın mümkün olmadığı yerler ile meskun mahallerin altına isabet eden az derin kısımlarda, tünel ve kanal açma işlerinde Galeri Açma Makinelerinin kullanılması adeta bir zorunluluk haline gelmektedir. Dolayısıyla patlayıcı madde kullanılmasındaki bütün emniyet tedbirlerine de gerek kalmamaktadır. Bunun yanında galeri duvarlarını düzgün açması da önemli bir üstünlüktür. Ayrıca galeri açma makinelerinin bir diğer önemli avantajı da dinamitleme yöntemindeki kaçınılmaz olan arazi çatlatılmasının meydana gelmeyişi ve galeri yüzeyinin çok daha düzgün bir şekilde açılabilmesidir. Bunların sonucunda tahkimat işi hafifler ve yapımı da kolaylaşır.

Galeri açma makinelerini tam kesit ve kısmi kesitli diye ikiye ayıracak olursak tam kesit galeri açma makinelerinde bütün aynanın aynı anda kazılması prensibinin gereği olarak bu makinelerde keskiler tüm galeri yüzeyini kavrayacak şekilde dizayn edilmişlerdir. Bunun bazı dezavantajları vardır. Artık aynaya yanaşmak mümkün değildir, dolayısıyla keskilerin değiştirilmesi zorlaşmıştır ve tahkimat ancak makineyi takiben arka kısımda yapılabilmektedir.

Kısmi kesitli makinelerde ise makine genişliği galeri kesitinin sadece bir kısmını işgal ettiği için kazı yapılan galeri yüzeyine kolayca ulaşılabilmekte, keskiler değiştirilebilmekte ve tahkimat makinenin yan kısmında, gereğinde aynaya kadar yapılabilmektedir. Paletli yürüme düzenine sahip kısmi kesit açma makineleri genellikle tahkimatı da yapılmış olan galeride, demontaj etmeye gerek kalmadan geriye doğru hareket edebilmektedir.

Galeri açma makinelerinde dikkat edilmesi gereken diğer bir önemli noktada çalışılmakta olan galerinin eğimidir. Eğimin artması makinenin açılmakta olan galeri yüzeyine uygulayabileceği baskı kuvvetini artırır yada azaltır. Yeraltında eğim aşağıya doğru ise makinenin kesme performansı uygulayacağı baskı kuvvetinin artmasından dolayı artacaktır. Tam tersi durum içinse fizik kurallarından ötürü baskı kuvveti düşecektir ve kazı performansı da düşecektir. Ayrıca bu sorun kesici kafanın geometrisinin bozulması yönünde de etkide bulunacaktır.

Bu alanda kullanılan makinelerin çok özel yapıda olması ve ülke genelinde az sayıda bulunması vb. nedenlerle mesleğin icrası için özel eğitim gerekmektedir. Bu meslekte kullanılan makine ve ekipmanların üretimi ülkemizde gerçekleştirilmemektedir. Bu nedenle kullanılan makine ve ekipmanlar ithal edilmekte, teknoloji kullanımı bakımından bu alanda ileri sayılan ülkeler seviyesine yakın bir çalışma standardı izlenmektedir.

Teknolojik gelişmeler bu mesleği de doğrudan etkilemekte, iş güvenliği, kalite ve verimliliği artırmaktadır. Teknolojik yenilikler sonucu ortaya çıkan yeni malzeme, alet ve makine kullanımının bilinçli bir şekilde çalışanlara aktarılması ve eğitim yoluyla niteliklerinin yükseltilmesi giderek önem kazanmaktadır.

4.2. Tünel Açma Makinelerine Genel Bir Bakış

2 – 12 m arasında değişen çaplarda kazı yapabilecek şekilde tasarlanmışlardır. Bazı özel genişletme makineleri 3 m çaplı pilot kazı deliğini 15 m çaplı hale getirebilecek şekilde tasarlanmıştır. Bu makinelerin uzunlukları 12 – 25 m arasındadır. TAM 3 ana bölümden oluşur. Kuyruk kısmı, gövde kısmı ve yüz kısmıdır. Kuyruk bölümü; kaplama tesisi için, konveyör tesisi için, platform için gerekli olan kaldırma kollarını içermektedir. Gövde bölümü; operatör çemberi, hidrolik ve elektrikli sistemleri, motorlar, jeneratörler, dişli sistemi ve çalışma platformu gibi üniteleri içermektedir. Kesici kafada değişik formasyonlar için farklı kesici uçlar kullanılmaktadır. Kesici tipte uçlar ve dişler yumuşak tip formasyonların kazılmasında kullanılmaktadır. Disk tipte keskiler tüm kayaç türlerinde ki kazılarda kullanılabilmektedir. Dış gövde, makinenin yapısına göre sayısı 2 – 8 arasında değişen demirleme ayakları taşır. Bu ayaklar kazı esnasında makineyi yerinde tutmakta ve sağ – sol yapmayı ayarlamaktadır. Ayrıca üst tarafında kazılmış olan malzemeyi arkaya nakleden bir bant bulunmaktadır. TAM ‘i üzerinde lazerli yön verme sistemleri ; kazı sırasında birçok makine parametresinin izlenmesine olanak veren izleme ve veri transferi sistemleri ile makine performansını otomatik olarak optimize eden PLC sistemleri kullanılmaktadır.

Tünel açma makinelerinin genellikle, metro, otoyol, demiryolu tüneli inşaatları ve maden ocağı galerileri yapımında büyük ölçekli işletmelerce kullanıldığı gözlenmektedir. Türkiye’de bu alanlardaki gelişme ve yatırımlar devam etmektedir.

Tünel Açma Makinelerinin (TAM) ilk uygulamaları ise roadheader ‘lardan sonra olmuştur. 1970 ‘lerden sonra teknolojik gelişmelerin bir sonucu olarak TAM ‘nin performansları senelere bağlı olarak artmaktadır. TAM bugün en sert formasyonlarda bile başarıyla kullanılmaktadır. Basınç dayanımı 2500 kg/cm2 olan bir granit formasyonunda, 7 m çapında bir makine günde kolaylıkla 8-9 m ‘lik kazı hızlarına ulaşabilmektedir.

İngiltere kömür ocaklarında yapılan mukayeseli bir çalışma da, klasik yöntemle açılan bir galerinin maliyetinin tam cepheli bir tünel açma makinesi ile açılan galeri maliyetinin hemen hemen aynısı olduğunu göstermiştir, buna rağmen mekanize kazı hızı 3 misli daha fazla olmuştur.

Tünel Açma Makinelerinde elektrik ve hidrolik donanımların kumanda aletleri operatör mevkiinde toplu halde bulunmaktadır. Makineyi burada idare etmek için bir işçi yeterli olmaktadır. Bu büyük makinelerin yönsel idareleri önceleri çok zordu. Ancak şimdi “Lazer Işınları” sayesinde artık çok büyük uzunluktaki galeri sürülmesinde ve kurba (Dönemeç yada Viraj) olan hallerde bile, santimetrelerle ölçülebilecek kadar büyük bir hassasiyetle yönsel idare mümkün olabilmektedir.

Bugün bir roadheader ‘ın fiyatı kullanılma durumuna, güç ve ağırlığına bağlı olarak 700.000 $ ile 2.000.000 $ arasında, TBM ‘nin fiyatı ise 2.000.000 $ ile 8.000.000 $ arasında değişmektedir.

4.2.1. Tünel Açma Makinelerinin Sınıflandırılması

4.2.1.1 Tünel Açma Makinelerinin Çaplarına Göre Sınıflandırılması

4.2.1.1.1. Tünel Açma Makineleri

Çapı 3,7 m ‘den fazla olan tünellerin açılmasında kullanılır.

4.2.1.1.2. Mini Tünel Açma Makineleri

Mini TBM ‘ler ilk olarak tek eksenli basma dayanımı 117 mPa ile 207 mPa arasında olan bir kayada 2,1 m çapında bir tünelin açılmasında kullanılmışlardır. Mini TBM ‘ ler, yatayda 30 ila 45 arasındaki açılarda 1,5 m ile 3,7 m çaplı tünellerin açılmasında kullanılırlar. Bu tüneller genel olarak, ana tünellere çeşitli açılarda başlanan yan tünellerdir.

4.2.1.1.3. Mikro Tünel Açma Makineleri

Micro tünel açma makineleri, yumuşak zeminlerde su, lağım, elektrik ve telefon kanallarının açılması için geliştirilmişlerdir. Bununla birlikte, sert ve orta sert kayalarda gerçekleştirilmesi düşünülen madencilik ve tünelcilik uygulamalarında da kullanılabilen makineler geliştirilmiştir. Tam cepheli kazı yapan, çapı 1,5 m den küçük olan, bir yeraltı açıklığını bir diğer yeraltı açıklığı ile veya yüzeyle birleştirilen kazı makineleri micro tünel açma makineleri olarak adlandırılmaktadır. Yeni geliştirilen BorPak sisteminde tahrik ve itme sistemi başyukarı içinde kesici kafa üzerinde bulunmaktadır. Alt kotta bulunan kesici kafa, üst kota doğru 450 ‘den büyük açılarda kazı yapar. Makine içinde, kazılan malzemenin alt kota aktarıldığı bir boşluk bulunmaktadır. Bu makinelerin havalandırma başyukarı, cevher nakliye kuyuları, kaçış yolları ve su drenaj galerilerinin açılmasında kullanılmaları planlanmaktadır.

4.2.2. Tünel Açma Makinelerinin Avantaj ve Dezavantajları

Bu mekanize sistemin avantajlarından, kazı, pasa nakliyesi ve tahkimat sistemlerinin birbirinden bağımsız olarak tam otomasyon şeklinde sürekli yapılabilmesidir.

TAM ‘nin asıl avantajı makine tarafından açılan yuvarlak ve düzgün kesittir. Bu kesitler çok sağlamdırlar ve dolayısıyla ya tahkimat hiç ihtiyaç göstermezler ya da çok az bir tahkimat gerektirirler.

TAM bir diğer avantajı da ; galerinin yan duvarlarına karşı basit bir şekilde tespit edilebilmeleri ve böylece aynada çalışan keskilerin dönme momenti ve itme kuvvetinden dolayı meydana gelen reaksiyon kuvvetlerini alabilmeleridir. Bu durum bilhassa sert kayaçların kazılmasında çok önemli bir faktördür. Dolayısıyla sert kayaçlarda açılacak galeriler için en uygun makine tipidir.

Mekanize kazı sistemlerinin, delme – patlatma yöntemine nazaran en önemli avantajlarından biri, kayaç formasyonlarının kırılıp çatlamaması ve aşırı sökülmenin en az olmasıdır. Buna bağlı olarak tahkimat masrafları önemli ölçüde azalmaktadır. Yine delme – patlatmaya oranla sessiz işlem yapabilme özelliğinden dolayı oluşan titreşimlerin çok düşük seviyede olması avantajlarından birisi olmaktadır.

TAM ve roadheader ‘ların avantajları ; hızlı kazı hızı, emniyet, sürekli pasa nakli ve tahkimat sistemlerinin kullanılabilmesi ve havalandırma kolaylığıdır. Uniform ebatlı pasa çıkması bu pasanın dolgu, agrega olarak muhtelif işlerde kullanılabilmesine imkan vermektedir. Daha az sayıda çalışacak personel gerekliliği, dolayısıyla maliyet düşüşü önemli olmaktadır.( Her vardiyada yaklaşık olarak 5 – 12 personel yeterli olamktadır.)

TAM ‘nin dezavantajı ise belirli bir çap içinde kesim işlemi yapabilmeleri ve bu çapın çok az değiştirilebilir olmasıdır. İlk açılan galeride makinenin amortismanını sağlamadığı durumlarda alıcı firmalar için bu bir risk demektir. Çünkü açılacak ikinci bir galerinin boyutları bilinmemektedir. Bu makineler için diğer dezavantajlar ise ; kazı yapılan galeri yüzeyinin artık insan için ulaşılabilir durumda olmamasıdır ki buda keski değişimleri için çok önemlidir. Tahkimatın ancak makineyi takiben sonradan yapılabilmesi ve makinenin tahkimat yapıldıktan sonra kurulu halde geri hareketinin artık çok zor olacağı montaj ve demontaj işleminin ise uzun ve masraflı olması hususlarıdır.

Mekanize sistemin en büyük dezavantajı ilk yatırımlarının yüksek olması, makinelerin nakil ve montaj süreleridir. Kısa tüneller için TAM operasyonlarının çok yüksek maliyetlere ulaşması bir dezavantajdır. Çok sert ve aşındırıcı formasyonlarda keski masrafları tüm kazı maliyetinin %30 ‘u olabilmektedir. Bu makinelerde yatayda sınırlı bir dönüş yarıçapı vardır. Bazı makineler için bu 100 –125 m, bazıları içinse 225 – 300 m olmaktadır.

[AyTeK54]

tşkler arkadaşım