Application of durability analysis with different rock mass classification systems in mine galleries: A case study of Yahyalı/Kayseri Pb-Zn quarry

Öz

This study covers field and laboratory studies on Rock Mass Characterization carried out in the main gallery of an underground Lead-Zinc (Pb-Zn) quarry located in the Yahyalı/Kayseri region. With detailed studies on rock material and rock mass, stability analysis was carried out by calculating all relevant parameters of Rock Mass Rating (RMR), Rock Mass Quality (Q) and, Geological Strength Index (GSI) systems. The results have shown that, considering the existing section of the main gallery opened within the limestone formation, it can generally survive for many years without support, provided that local support is applied in the necessary sections. However, it should not be forgotten that mines are dynamic structures and constantly change with operation. Rock mass conditions may change with engineering errors such as uncontrolled blasting. Although this conclusion has been reached with the rock mass classification systems used, the application of support must be continued and constantly inspected in locations where sudden rock mass quality changes may occur (especially ore zones, fault zones, melting gaps) and in places that pose danger.

Anahtar Kelimeler

• Rock mass classification
• RQD
• RMR
• Q
• GSI

Maden galerilerinde farklı kaya kütle sınıflama sistemleri ile durabilite analizi uygulaması: Yahyalı/Kayseri Pb-Zn ocağı örneği

Öz

Bu çalışma Yahyalı/Kayseri bölgesinde kurulu bulunan bir yer altı Kurşun-Çinko (Pb-Zn) ocağının ana nakliyat galerisinde gerçekleştirilen Kaya Kütlesi Karakterizasyonu ile ilgili saha ve laboratuvar çalışmalarını kapsamaktadır. Kaya malzemesi ve kaya kütlesi üzerinde yapılan detaylı çalışmalarla Kaya Kütle Puanlaması (RMR), Kaya Kütle Kalitesi (Q) ve Jeolojik Dayanım İndeksi (GSI) sistemleri ilgili tüm parametreler hesaplanarak duraylılık analizi yapılmıştır. Sonuçlar kireçtaşı formasyonu içerisinde açılan ana galerinin mevcut kesiti dikkate alındığında gerek duyulan bölümlerde lokal tahkimat uygulaması yapılması koşuluyla genel olarak tahkimatsız uzun yıllar ayakta kalabileceğini göstermiştir. Ancak madenlerin dinamik yapılar olduğu ve üretimle birlikte sürekli değişim geçirdikleri unutulmamalıdır. Kaya kütle koşulları, denetimsiz patlatma gibi mühendislik hataları ile değişebilecektir. Kullanılan kaya kütle sınıflama sistemleri ile her ne kadar bu sonuca varılmış olsa da, ani kaya kütle kalitesi değişimlerinin olabileceği lokasyonlarda (özellikle cevher zonları, fay zonu, erime boşluğu) ve tehlike arz eden yerlerde tahkimat uygulamasına mutlaka devam edilmelidir ve sürekli olarak denetlenmelidir.

Anahtar Kelimeler

• Kaya kütle sınıflaması
• RQD
• RMR
• Q
• GSI

Kaynakça

1. K. Karaman, F. Cihangir, S. Demirel, A. Kesimal, Kaya kütlesi deformasyon modülünün farklı yöntemlerle belirlenmesi. Yerbilimleri, 35(3), 141-168, 2014. https://doi.org/10.17824/huyuamd.68314.
2. A. Sakcalı, Pirinkayalar tüneli (Erzurum, Türkiye) giriş ve çıkış portallarının sayısal modellenmesi: örnek vaka çalışması. Konya Journal of Engineering Sciences, 9(4), 1025-1039, 2021. https://doi.org/10.36306/ konjes.859345.
3. E.B. Aygar, Evaluation of new Austrian tunnelling method applied to Bolu tunnel’s weak rocks. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 12, 541-546, 2020. https://doi.org/10.1016/ j.jrmge.2019.12.011.
4. C. O. Aksoy, K. Ogul, I. Topal, S. C. Ozer, V. Ozacar, E. Posluk, Numerical modeling of non-deformable support in swelling and squeezing rock. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 52, 61-70, 2012. https://doi.org/10.1016/ j.ijrmms.2012.02.008.
5. G. Barla, Full-face excavation of large tunnels in difficult conditions. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 8(3), 294-303, 2016. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2015.12.003.
6. K. Terzaghi, Rock Defects and Loads on Tunnel Supports. In: R.V. Proctor, T. White (eds), Rock Tunnelling with Steel Support, 1. Commercial Shearing Co., Youngstown, OH, 15-99, 1946.
7. M. M. Blumenthal, Toroslarda yüksek Aladağ silsilesinin coğrafyası, stratigrafisi ve tektoniği hakkında yeni etüdler. Maden Tetkik ve Arama Enstitüsü Yayınları, Seri D, No: 6,136 s., 1952.
8. S. Metin, E. Göğer, İ. Bingöl, O. Baydar, B. Erdoğan, Tufanbeyli dolayının Kambriyen ve Tersiyer kayaları. Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni, 16, 82-100, 1973.

9. O. Tekeli, Toroslarda, Aladağların yapısal evrimi. Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni, 23(1),11-14, 1980.
10. O. Tekeli, A. Aksay, B. M. Urgun, A. Isik, Geology of the Aladag mountains. In International Symposium on the Geology of the Taurus Belt, Ankara-Turkey, Proceedings (Ed: O. Tekeli, and M.C. Göncüoğlu), 143-158, 1984.
11. O. Koptagel, A. Efe, F. Ceyhan, Göynük Pb-Zn cevherleşmesinin (Yahyalı-Kayseri) kökeni. Türkiye Jeoloji Bülteni, 41(2), 53-62, 1998.
12. R. Ulusay, H. Sönmez, Kaya kütlelerinin mühendislik özellikleri. TMMOB Jeoloji Mühendisleri Odası Yayınları, No: 60, Ankara. 2007.
13. Z. T. Bieniawski, Engineering Classification of Jointed Rock Masses. Civil Engineering= Siviele Ingenieurswese, 12, 335-343, 1973.
14. Z. T. Bieniawski, Engineering Rock Mass Classifications, Wiley, New York. pp 251, 1989.
15. N. Barton, R. Lien, J. J. R. M. Lunde, Engineering classification of rock masses for the design of tunnel support. Rock Mechanics, 6, 189-239, 1974. https://doi.org/10.1007/BF01239496.
16. E. D. Grimstad, Updating the Q-system for NMT. In Proceedings of the International Symposium on Sprayed Concrete-Modern use of wet mix sprayed concrete for underground support, Fagemes, Oslo, Norwegian Concrete Association, 1993.
17. E. Hoek, E. T. Brown, Practical estimates of rock mass strength. International Journal of Rock Mechanics and mining Sciences, 34(8), 1165-1186, 1997. https://doi.org/10.1016/S1365-1609(97)80069-X.
18. E. Hoek, P. Marinos, M. Benissi, Applicability of the Geological Strength Index (GSI) classification for very weak and sheared rock masses. The case of the Athens Schist Formation. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 57, 151-160, 1998. https://doi.org/10.1007/s100640050031.
19. H.Sonmez, R. Ulusay, Modifications to the geological strength index (GSI) and their applicability to stability of slopes. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 36(6), 743-760, 1999. https://doi.org/10.1016/S0148-9062(99)00043-1.
20. H. Sonmez, R. Ulusay, A discussion on the Hoek-Brown failure criterion and suggested modifications to the criterion verified by slope stability case studies. Yerbilimleri, (26), 77-99, 2002.
21. D.U. Deere, Geological Consideration, In: K.G. Stagg, O.C. Zienkiewicz (Eds.), Rock Mechanics in Engineering Practice. Wiley, London, 1968.
22. ISRM, The Complete ISRM Suggested Methods Rock Characterization, Testing and Monitoring: 1974-2006, Editors: R. Ulusay, J.A. Hudson, ISBN: 978-975-93675-4-1, Kozan Ofset, Ankara, Turkey, p 613, 2007.
23. ISRM, Rock Characterization, Testing and Monitoring – Commission on Standardization Laboratory and field Results. Suggested Methods for Determining Hardness and Abrasiveness of Rocks, Part 4, p:102-103, Pergamon, Oxford, 1981.
24. N. Barton, V. Choubey, The shear strength of rock joints in theory and practice. Rock Mechanics, 10, 1-54, 1977. https://doi.org/10.1007/BF01261801.
25. R.E. Goodman, Methods of Geological Engineering in Discontinuous Rocks, 1976.
26. N. Barton, E. Grimstad, The Q-system following twenty years of application in NMT support selection. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts, 32(5), 232A, 1995.
27. E. Hoek, E. T. Brown, Empirical strength criterion for rock masses. Journal of the Geotechnical Engineering Division, 106(9), 1013-1035, 1980. https://doi.org/10.1061/AJGEB6.0001029.
28. E. Hoek, P. K. Kaiser, W. F. Bawden, Support of Underground Excavations in Hard Rock, AA Balkema, Rotterdam. 1995.
29. A. Palmstrom, The volumetric joint count- a useful and simple measure of the degree of jointing. 4th Int. Congress IAEG, New Delhi, 221–228, 1982.
30. A. Palmstrom, Application of the volumetric joint count as a measure of rock mass jointing. Proceedings International Symposium on Fundamentals of Rock Joints, Sweden, 103- 110, 1985.
31. A. Palmstrom, RMi-a system for characterizing rock mass strength for use in rock engineering. Journal of Rock Mechanics and Tunneling, Technique, India, L-2, 69- 108, 1996.