Masif ve ağsal cevher örneklerinin mineralojik ve jeomekanik açıdan incelenmesi

Öz

Kayaçların jeomekanik özellikleri, madencilikten tünelciliğe kadar çeşitli jeoteknik uygulamalar için temel bir gerekliliktir. Öte yandan, metalik madenlerin çıkarılması, destek sistemlerinin planlanması ve üretim yönteminin seçimi için cevher ve çevresindeki kayaların jeomekanik özelliklerinin belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Kayaçların jeomekanik özellikleri kapsamlı bir şekilde incelenmiş olsa da, cevherli kayaçlar üzerine yapılan araştırmalar sınırlıdır. Dolayısıyla, bu araştırmada ilk olarak aynı üretim aynasından alınan masif ve ağsal olmak üzere farklı cevherleşme tiplerinin jeomekanik ve mineralojik özellikleri incelenmiş olup her bir numune için tek eksenli basınç dayanımı (UCS), nokta yükü dayanım indeksi (PLI), endirekt çekme dayanımı (BTS), Schmidt çekici geri sıçrama sertliği (HR), ultrasonik P dalga hızı (UPV), yoğunluk ve gözeneklilik değerleri belirlenmiştir. Ayrıca, cevher örneklerinin mineralojik özellikleri X-ışını difraktometresi (XRD) ve parlak kesit analizleri ile elementel dağılımları ise güncel bir analiz tekniği olan alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM) ile incelenmiştir. Ayrıca, tüm cevher örneklerinin (aynı ve farklı üretim aynalarından alınanlar) dayanım tahminine yönelik dayanım dönüşüm faktörü (k) ve dönüşüm oranları (R) belirlenmiştir. UCS/PLI oranından elde edilen ortalama k değeri 13.98 ve UCS/BTS oranından elde edilen ortalama R değeri ise 11.24 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca, sıfır-kesişim regresyon analizlerinden elde edilen katsayılar da (UCS=13.90×PLI ve UCS=11.20×BTS) bu ortalama oranlarla yüksek derecede örtüşerek sonuçların tutarlılığını göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

• Cevherleşme
• jeomekanik özellikler
• dayanım

Mineralogical and geomechanical investigation of massive and stockwork ore samples

Öz

Geomechanical properties of rocks are a fundamental requirement for various geotechnical applications ranging from mining to tunnelling. On the other hand, determination of the geomechanical properties of ore and surrounding rocks is of great importance for the extraction of metallic minerals, planning of support systems and selection of the production method. Although the geomechanical properties of rocks have been extensively studied, research on ore rocks is limited. Therefore, in this study, the geomechanical and mineralogical properties of different mineralisation types, including massive and stockwork, taken from the same production faces were first investigated and uniaxial compressive strength (UCS), point load strength index (PLI), indirect tensile strength (BTS), Schmidt hammer rebound hardness (HR), ultrasonic P wave velocity (UPV), density and porosity values were determined for each sample. In addition, the mineralogical properties of the ore samples were analysed by X-ray diffractometer (XRD) and polished section analyses, and the elemental distributions of the ore samples were examined by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), which is an up-to-date analysis technique. In addition, strength conversion factor (k) and conversion ratios (R) were determined for strength estimation of all ore samples (from the same and different production faces). The average k value obtained from the UCS/PLI ratio was 13.98 and the average R value obtained from the UCS/BTS ratio was 11.24. In addition, the coefficients obtained from the zero-intercept regression analyses (UCS=13.90×PLI and UCS=11.20×BTS) were highly consistent with these average ratios, indicating the consistency of the results.

Anahtar Kelimeler

• Ore mineralisation
• geomechanical properties
• strength

Kaynakça

1. [1] Karaman K. “Farklı dayanıma sahip kireçtaşlarında dönüşüm faktörünün gözeneklilikle ilişkisi”. 3. Bilsel Internatıonal Aspendos Scıentıfıc Researches Congress, Antalya, Türkiye, 12-13 October 2024.
2. [2] Bieniawski ZT. “Engineering classification of jointed rock masses”. Transaction of the South African Institution of Civil Engineers, 15, 335-344, 1973.
3. [3] Kahraman S, Günaydın O, Fener M. “The effect of porosity on the relation between uniaxial compressive strength and point load index”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 42, 584-589, 2005.
4. [4] Cevizci H, Şentürk A. “Denizli pembesi ve Muğla leylağı mermerlerinin jeomekanik özelliklerin belirlenmesi”. Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 26, 99-107 2011.
5. [5] Karaman K, Kesimal A. "Kayaçların tek eksenli basınç dayanımı tahmininde nokta yükü deney yöntemleri ve porozitenin değerlendirilmesi". Madencilik Maden Muhendisleri Odasi Dergisi, 51(4), 3-14, 2012.
6. [6] Karaman K, Kesimal A, Ersoy H. “A comparative assessment of indirect methods for estimating the uniaxial compressive and tensile strength of rocks”. Arabian Journal of Geosciences, 8(4), 2393-2403, 2015.
7. [7] Mallı T, Yetkin ME, Özfırat MK, Kahraman B. “Numerical analysis of underground space and pillar design in metalliferous mine”. Journal of African Earth Sciences, 134, 365-372, 2017.
8. [8] Özkan İ, Mesutoğlu M, Kızıltaş Z. “Stress-strain-electrical resistance behavior of Kars-Kağızman rock salt under uniaxial compressive”. 12th Regional Rock Mechanics Symposium, Trabzon, Türkiye, 3-5 October 2018.

9. [9] Yetkin ME. “Metalik madenlerde topuk boyutlarındaki değişimin gerilme dağılımına etkisi”. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 22(6), 1459-1468, 2022.
10. [10] İskender Y. TTK Kozlu ve Üzülmez Müesseselerindeki Kömür ve Yan Kayacın Jeomekanik Özelliklerinin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon, Türkiye, 2024.
11. [11] Karaman K, Şahinoğlu E, İskender Y. “Kömür dayanımının tahmininde dönüşüm faktörü ve dayanım oranının kullanımının araştırılması”. Türkiye 23. Uluslararası Kömür Kongresi ve Sergisi, Zonguldak, Türkiye, 12-13 Eylül 2024.
12. [12] Luo P, Fang X, Li D, Yu Y, Li H, Cui P, Ma J. “Evaluation of excavation method on point load strength of rocks with poor geological conditions in a deep metal mine”. Geomechanics and Geophysics for Geo-Energy and Geo-Resources, 9(90), 1-17, 2023.
13. [13] Karaman K, Kolaylı H. “Effects of olivine alteration on micro-ınternal structure and geomechanical properties of basalts and strength prediction in these rocks" Sustainability, 16(13), 5490, 2024.
14. [14] Karaman K, Şahinoğlu E, Alp İ, Kesimal A, Yılmaz AO. "İleri mikroskopi yöntemleri ile parlak kesit analizleri". Nature Sciences, 12(4), 1-8, 2017.
15. [15] Prabhu RS, Priyanka R, Vijay M, Vikashini GRK. “Field emission scanning electron microscopy (Fesem) with a very big future in pharmaceutical research”. International Journal of Pharmacy and Biological Sciences, 11(2), 183-187, 2021.
16. [16] Temizkalb A. Bilgisayarlı Tomografi (μCT) ve mla (Mineral Liberation Analyzer) Verilerinin Korelasyonu ve Mineral Karakterizasyonunda Kullanımının Araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi, Ankara, Türkiye, 2023.
17. [17] Can NM, Çelik İB. “Proses mineralojisi: cevher hazırlamadaki önemi, ölçüm yöntem ve araçları-Bölüm I”. Madencilik, 48(1), 43-53, 2009.
18. [18] Tahır OYM, Karaman K. “Dönüşüm faktörünü kullanarak nokta yükü dayanım indeksinden bazaltların tek eksenli basınç dayanımının tahmini”. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 11(4), 1242-1249, 2021.
19. [19] ASTM. “Standard Test Methods for Compressive Strength and Elastic Moduli of Intact Rock Core Specimens under Varying States of Stress and Temperatures”. ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, USA. D7012-23, 2023.
20. [20] Ulusay R, Hudson JA. The Complete ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 1974-2006. 1st ed. Ankara, Turkey, Kozan Ofset, 2007.
21. [21] Chen ZL, Shi HZ, Xiong C, He WH, Wang HZ, Wang B, Dubinya N, Ge KO. “Effects of mineralogical composition on uniaxial compressive strengths of sedimentary rocks”. Petroleum Science, 20(5), 3062-3073, 2023.
22. [22] Karaman K, Alp İ, Kesimal A, Yılmaz AO. "Investigation of the relationships between compressive strength and some physical parameters of pyrite-containing rocks". Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 19(1), 248-255, 2019.
23. [23] Şahin M, Ulusay R, Karakul H. “Point load strength ındex of half-cut core specimens and correlation with uniaxial compressive strength”. Rock Mechanics and Rock Engineering, 53(8), 3745–3760, 2020.
24. [24] Sheorey PR. Empirical Rock Failure Criteria. 1st ed. Rotterdam, Holland, Balkema AA, 1997.
25. [25] Ramamurthy T. “Shear strength response of some geological materials in triaxial compression”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts, 38, 683–697, 2001.
26. [26] Kahraman S, Fener M, Kozman E. “Predicting the compressive and tensile strength of rocks from ındentation hardness ındex”. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 112, 331–339, 2012.