DÜŞEY MADEN KUYULARINDA BETON TAHKİMAT KALINLIKLARININ BELİRLENMESİNE YÖNELİK BİR TASARIM YAKLAŞIMI

Öz

Yeraltı maden ocaklarında kuyu duraylılığı çok önemlidir. Kuyu cidarında yapılacak olan tahkimat bunu sağlayabilmektedir. Bu çalışmada, 9m çaplı ve 900m derinliğe ulaşan düşey bir kuyunun beton tahkimat kalınlıkları, iki boyutlu sayısal analizler ile belirlenmiştir. Sayısal analizlerde farklı derinlik (Z), tek eksenli basma dayanımı (σci), kaya kütle sınıflama sistemi (M-RMR), kuyu kazısında patlatmaya dayalı çevre kayacın örselenme durumu (D) parametreleri kullanılmıştır. 9 m çaplı kuyunun sırasıyla 100, 300, 500, 700 ve 900 metrelerinin her birinde M-RMR değerinin 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 olduğu durumlarda ve tek eksenli basma dayanımının 50MPa koşulu altında ve ayrıca patlatmaya dayalı kuyu çevre kayaçlarında oluşan örselenme (D=0 ve D=0.5) durumuna bağlı sayısal analizler Phase2 yazılımı ile yapılmıştır. Sonuç olarak parametrik bu çalışmada, toplam 100 senaryo analiz edilmiştir. Her bir senaryo için C20 sınıfı beton ile optimum beton tahkimat kalınlıkları (tc) belirlenmiştir. Phase2 yazılımından sırasıyla, en büyük asal gerilme (σ1), toplam yerdeğiştirme (U), kuyu çevre kayacında oluşan yenilen element sayısı, dayanım faktörü (SF) ve yenilme bölgesi kalınlığı (ht) belirlenmiştir. Oluşturulan veri tabanı yardımıyla beton tahkimat tasarımı için bütünleyici 10 abak hazırlanmıştır. Kaya kütle sınıflama değerinin (M-RMR) bilinmesi durumunda; geliştirilen ilgili abak kullanılarak kuyu çevre kayacında yenilme bölgesi kalınlığı (ht), beton tahkimat kalınlığı (tc) ve bu beton tahkimatın uygulanması sonucunda kuyu cidarında oluşacak yerdeğiştirme miktarı (U) belirlenebilmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Beton tahkimat,Maden kuyusu,Sayısal çözümlemeler

A Design Approach for Determination of Concrete Support Thickness in Vertical Mine Shafts

Abstract

Stability in underground shafts is very important. Shaft lining can supply it. In this study, the concrete support thicknesses of a vertical shaft of 9 m diameter and reaching a depth of 900 m were determined by 2D numerical analysis. In numerical analysis different depths (Z), uniaxial compressive strength (σci), rock mass classification system (M-RMR) and also the surrounding rocks situation based on blasting (D) parameters were used. In each of the nine-meter-diameter shafts has 100, 300, 500, 700 and 900 meters where the M-RMR value is 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 and the uniaxial compressive strength 50MPa and also situation formed in shafts surrounding rocks based on blasting (D = 0 and D = 0.5) the numerical analysis were made by Phase2 software. As a result, in this parametric study, a total of 100 scenarios were analysis. The optimum thickness (tc) of concrete support with C20 class concrete have been identified for each scenario. The maximum principal stresses (σ1), total displacement (U), the number of yielded elements formed in the surrounding rocks, strength factor (SF) and thickness of yielded region (ht) respectively were determined. Using Phase2 software 10 integrated charts were prepared. By data base to determine of concrete support thickness If the rock mass classification value (M-RMR) is known the thickness of yielded surrounding rocks (ht), concrete support thickness (tc) the total of displacement (U) to be formed in the shaft can be determined.

Keywords

• Concrete support,Mine shaft,Numerical analysis

Kaynakça

1. Barton, N. R., Lien, R., Lunde, I., 1974, “Engineering Classification of Rock Masses for the Design of Tunnel Supports”, Rock Mechanics, Vol.6(4), pp.189–239.
2. Bieniawski, Z. T., 1989, Engineering Rock Mass Classifications: A Complete Manual for Engineers and Geologists in Mining, Civil, and Petroleum Engineering, John Wiley & Sons.
3. Bieniawski, Z.T., 1973, “Engineering Clasification of Jointed Rock Masses”, Civil Engineer in South Africa, Vol. 15 (12), pp.335–343. Carranza-Torres, C., Fairhurst, C., 2000, “The Elasto-Plastic Response of Underground Excavations in Rock Masses that Satisfy the Hoek-Brown Failure Criterion”, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol. 36(6), pp. 777–809.
4. Geniş, M., Acun, D., 2015, “Kuyu Duraylılığının Analitik ve Sayısal Yöntemler ile Karşılaştırmalı Bir İncelemesi”, Çukurova Ün. Müh. Mimar. Fak. Derg., Vol. 30 (2), pp. 201-215.
5. Geniş, M., Derin, Z., 2016, "Zonguldak-Üzülmez Tünellerinin Çevre Kaya Özelliklerinin Belirlenmesi ve Duraylılığının Değerlendirilmesi", Karaelmas Fen ve Müh. Derg., Vol. 6 (1), pp. 144-151.
6. Hoek, E., Kaiser, P. K., Barwden, W. F., 1995, Support of Underground Excavations in Hard Rock, Belkema, Netherlands, 215p. Ozkan I., 1989, Determination of Classification Parameters for Weak and Stratified Rocks Based on RMR and Q-Systems, MSc Thesis, 156p., METU, Ankara, Turkey.
7. Ozkan, I., 1995, "Modified Rock Mass Rating (M-RMR) System and Roof Behavior Model", Pht Thesis, 370p., METU, Ankara, Turkey. Ozkan, I., Unal, E., 1996, “A Critical Review on Rock Mass Classification Systems”, 3th Turkish Rock Mechanics Symposium, Ankara, Turkey, pp.181-193 (in Turkish).
8. Ozkan. I., Unal, E., 2012, Kaya Kütle Sınıflama Sistemleri ve M-RMR Sınıflama Sisteminin Yeri, Gelişme Raporu, Selçuk Üniversitesi, Konya, 85s. (yayınlanmamış).

9. Rocscience, 2002, Phase2, Toronto, Canada, http://www.rocscience.com/
10. Rocscience, 2002, RocLab, Toronto, Canada, http://www.rocscience.com/
11. Saltoğlu, S., 1976, Madenlerde Hazırlık ve Kazı İşleri. İstanbul Teknik Üniversite matbaası, Gümüşsuyu, İTÜ, İstanbul, Türkiye, 336p.
12. Ulusay, R., Ozkan, I., Unal, E., 1992, Characterization of Weak, Stratified and Claybearing Rock Masses For Engineering Applications”, Proceedings of the Fractured and Jointed Rock Masses Conference, Lake Tahoe, California, L.R. Mayer, N.G.W. Cook, R.E. Goodman and C.F. Trans (eds), 3-5 June 1992.
13. Unal, E., 1996, Modified Rock Mass Classification: M-RMR System, Milestone in Rock Engineering, The Bieniawski Jubilee Collection, Balkema, Rotterdam.
14. Unal, E., I. Ozkan, 1990, “Determination of Classification Parameters for Clay-bearing and Stratified Rock Mass”, Proceedings of the 9th International Conference on Ground Control in Mining, Morgantown, USA, 4-6 June, 1990, pp. 250–259.
15. Unal, E., Ozkan, I., 1988, Zayıf-Tabakalı-Anizotropik-Kil İçerikli Kaya Kütleleri İçin Kaya Kütle Karakteristiği, Sivas I. Mühendislik Sempozyumu, Sivas.
16. Unal, E., Ozkan, I., Ulusay, R., 1992, “Characterization of Weak, Stratified and Claybearing Rock Masses”, ISRM Symposium: EUROCK‘92 Rock Characterization, Chester, UK, ed. J.A. Hudson, British Geotechnical Society, London, 14–17 September 1992, pp.330–335.