Yeraltı Metal Madeninde Patlatma Sonrası Havalandırma Analizlerinde Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) Yönteminin Kullanımı

Yıl 2025, Sayı: 27, 1 - 19, 26.05.2025

Hasan B. Sarısan Yavuz Aydemir Güzin Gülsev Uyar Aksoy Okay Aksoy , Erdem Kaya

Öz

Bu çalışma, yeraltı madenciliğinde Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) teknikleri kullanılarak havalandırma sistemlerinin etkinliğini analiz etmeyi amaçlamaktadır. Özellikle bir metal madeni içerisinde gerçekleştirilen patlatma operasyonları sonrasında ortaya çıkan zehirli gazların yayılımı, tahliye süreleri ve havalandırma altyapısının bu süreçteki performansı değerlendirilmiştir. Simülasyonlarda, ANFO (Amonyum Nitrat-Fuel Oil) patlayıcısının tepkimesi sonucu oluşan karbon monoksit (CO), azot oksitler (NO, NO₂) ve amonyak (NH₃) gibi zehirli gazların dağılımı modellenmiştir. Analizlerde, 5.000.000 poly-hex eleman içeren yüksek çözünürlüklü bir hesaplama ağı kullanılmış ve sınır koşulları olarak maden işletmesinden elde edilen fan debileri uygulanmıştır. CFD sonuçları, gazların çoğunlukla 20 dakika içinde STEL (Kısa Süreli Maruziyet Sınırı) seviyelerinin altına düştüğünü, ancak bazı bölgelerde TWA (Zaman Ağırlıklı Ortalama) sınırlarının aşılabildiğini göstermiştir. Özellikle tali fan bulunmayan veya hava akışının yetersiz olduğu galerilerde CO ve NO₂ gibi gazların daha uzun süre kalıcı olduğu tespit edilmiştir. Elde edilen bulgular, yeraltı madenlerinde havalandırma sistemlerinin kritik bölgelerde yetersiz kalabileceğini ortaya koymakta ve sistem tasarımının iyileştirilmesine yönelik veri temelli çıkarımlar sunmaktadır. Ayrıca çalışma, acil durum senaryoları ve güvenlik planlamaları açısından CFD analizlerinin etkili bir mühendislik aracı olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Gelecek çalışmalarda yangın senaryoları, farklı patlatma modelleri ve saha verileri ile model doğrulama süreçlerinin ele alınması önerilmektedir.

Anahtar Kelimeler

Havalandırma, Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, Patlatma gazları, yeraltı madenciliği

Kaynakça

• Aksoy, C.O., Uyar Aksoy G.G., Fişne A., 2017. İMBAT MADENCİLİK A.Ş.’ye Ait Eynez-Karanlıkdere Yeraltı Kömür Ocağında CFD Analiz ile Havalandırma ve Acil Durumlara Yönelik İş Güvenliği ve Sağlığına Yönelik Faydalı Model Oluşturulması Teknik Raporu
• Aksoy, C.O., Aksoy, G.G.U., Fisne, A., Alagoz, I., Kaya, E., 2023. Investigation of a conveyor belt fire in an underground coal mine: Experimental studies and CFD analysis. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, vol. 123, no. 12. pp. 589–598
• Daloğlu, G., 2017. Yeraltı maden işletmelerindeki hava hızı ve metan davranışının hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) ile modellenmesi. Doktora Tezi, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi.
• Duda, A., 2024. The Impact of Atmospheric Pressure Changes on Methane Emission from Goafs to Coal Mine Workings. Energies, 17, 173.
• Komurlu, E., Demir, S., 2019. Length Effect on Load Bearing Capacities of Friction Rock Bolts. Periodica Polytechnica Civil Engineering, Vol. 63(3), 718-725
• McPherson, M.J., 1993. Subsurface Ventilation and Environmental Engineering. Springer.
• Ndenguma, F., 2014. A computational fluid dynamics model for investigating air flow patterns in underground coal mine sections. Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy.
• Prasad, N., Lal, B., 2021. Analysis of heat stress in an underground coal mine using computational fluid dynamics. Civil and Environmental Engineering, Birla Institute of Technology
• Sasmito, A.P., Birgersson, E., Ly, H.C., Mujumdar, A.S., 2012. Some approaches to improve ventilation system in underground coal mines environment- A computational fuid dynamic study. Minerals Metals Materials Technology Centre (M3TC), National University of Singapore
• Yi, H., Kim, M., Lee, D., Park, J., 2022. Applications of computational fluid dynamics for mine ventilation in mineral development. Energies, vol. 15, 8405.