Yaklaşık yatay açık ocak kömür madenlerinin kapasite genişletme aşamasında enine madencilik zonlaması üzerine optimizasyon çalışması

Dev kömür ocaklarını yeniden şekillendirmenin önemi

Dünyanın birçok yerinde elektrik ve sanayi hâlâ büyük ölçüde kömüre dayanıyor. Çin’de geniş açık ocak madenleri bu yakıtın büyük kısmını sağlıyor, ancak bu işletmeler büyüdükçe daha az güvenli, daha maliyetli ve peyzaj üzerinde daha yıkıcı hale gelebiliyor. Bu makale, kuzeydoğu Çin’deki bir madenin üretimi güvenli biçimde artırırken atıkları azaltmak ve arazi ile ekipmanın kullanımını iyileştirmek için düzenini nasıl yeniden organize edebileceğini inceliyor. Burada geliştirilen fikirler, maliyetlerin veya risklerin kontrolden çıkmasını önleyerek genişlemesi gereken büyük yüzey madenlerinin bulunduğu her yerde uygulanabilir.

Tek büyük çukura karşı daha akıllı çalışma zonları

Baoqing Chaoyang Açık Ocak Kömür Madeni şu anda yılda yaklaşık 7 milyon ton kömür üretiyor ve hedefi 11 milyona ulaşmak. Madende neredeyse yatay bir kömür damarında tek bir, geleneksel “uzunlamasına” düzen kullanılıyor: kazı cephesi yaklaşık düz bir hat halinde ilerliyor ve kamyonlar kırılmış kaya ve toprağı atık sahalarına taşıyor. Üretim arttıkça bu düzen sorunlar yaratıyor. Aktif kazı hattı çok kısa, bu nedenle çukurun her yıl hızlı ilerlemesi gerekiyor, bu da ekipman ve planlamayı zorluyor. Çukur içindeki dahili atık sahaları dolmakta ve düşük, düzleşmiş yamaçları tasarım değerlerinden farklı, bu da dengesizlik işareti veriyor ve ekstra malzeme için az alan bırakıyor. Aynı zamanda dış atık sahalarını genişletmek daha fazla arazi gerektirdiği için zor. Yazarlar, madende aynı deseni daha hızlı kazmak yerine kömür damarına daha uygun ve atık sahalarındaki baskıyı hafifleten birkaç daha geniş “enine” bölgeye ayrılmasının gerektiğini savunuyorlar.

Çukur uzunluğu ile maliyet arasındaki dengeyi bulmak

Ana soru şudur: aktif kazı cephesi ne kadar uzun olmalı? Çok kısa ise çukur çok hızlı ilerlemek zorunda kalır, bu da yamaç risklerini artırır ve kamyonların iniş-çıkış mesafelerini uzatır. Çok uzun ise ekipman seyrelir ve çukur içi taşıma mesafeleri artar, bu da maliyetleri yükseltir. Ekip, yıllık kömür üretimini, kömür damarı kalınlığını ve yoğunluğunu, izin verilen ilerleme hızını ve aşındırma (overburden) kalınlığını hem sıyırma oranına (ton başına taşınması gereken kaya miktarı) hem de patlatma, kazı ve taşıma maliyetlerine bağlayan basit bir geometrik ve maliyet modeli kurdu. Toplam sıyırma maliyetinin, çalışma hattı uzunluğu arttıkça sığ bir U-şeklinde davrandığını gösterdiler: çok kısa hatlar uç yamaçlardan atığın taşınması nedeniyle pahalı olurken, çok uzun hatlar taşıma mesafesi ekliyor. Yıllık hedef 11 milyon ton için model, ekonomik çalışma hattı uzunluğunun yaklaşık 1,35 ile 2,05 kilometre arasında olduğunu; en uygun noktanın yaklaşık 1,35 kilometre ve yıllık ilerlemenin kabaca 400–500 metre civarında olduğunu gösteriyor. Bu aralık daha sonra her yeni madencilik bölgesinin genişliğini yönlendiriyor.

Madeni yanlamasına çevirerek daha güvenli atık yamaçları

Ardından yazarlar, madeni kademeli olarak uzunlamadan enine (yanyana) düzene çevirmenin ne getireceğini araştırıyor; böylece kazı ve döküm kömür damarının hafif eğimiyle daha uyumlu ilerler. Basitleştirilmiş bir yamaç stabilitesi çizimi kullanarak, mevcut düzende dahili atık sahalarının alttaki kaya katmanlarının eğimine çapraz konumlandığını açıklıyorlar. Bu geometri, kayan kontrol eden etkili aşağı eğimi artırma ve potansiyel kayma yolunu kısaltma eğiliminde olup, atık yığınlarını kaymaya daha yatkın hale getiriyor. Enine düzenle, dahili dökümler doğal eğim yönüyle daha paralel inşa ediliyor. Bu, aşağı eğim bileşenini azaltıyor, kayma yolunu uzatıyor ve kaya ile atıkta direnci artırıyor. Basitçe söylemek gerekirse, aynı miktarda atık, daha az arıza riski taşıyan şekil ve yönlerde istiflenebiliyor. Bu daha iyi geometri ayrıca drenajı daha düzenli ve merdivenleri daha düzenli hale getiriyor ki bunların her ikisi de uzun vadeli yamaç sağlığı için önemli.

Dört planı adil bir puanlama sistemiyle karşılaştırmak

Maden planlamacıları daha sonra çukuru büyük bölgelere ayırmanın dört farklı yolunu tasarlıyor; her birinin ilerleme ve atık dökme sıralaması farklı. Her şemanın pratik olarak artıları ve eksileri var: bazıları kısa vadeli kolaylık ve daha kısa kamyon taşıma mesafelerini desteklerken, diğerleri daha uzun ömür veya gelecekteki büyük ölçekli makineler için daha basit düzenleri tercih ediyor. Aralarından seçim yapmak için yazarlar jeoloji, kaya dayanımı, su koşulları, yüzey şekli, mühendislik çabası, ekonomi, çevresel bozulma ve arazi edinimi gibi sosyal etkileri içeren sekiz parçalı bir puanlama kartı oluşturuyorlar. Tek göstergenin veya tamamen öznel bir sıralamanın yerine, uzman yargısı (Analitik Hiyerarşi Süreci) ile her bir göstergede ne kadar bilgi olduğu üzerine kurulu bir “entropi” yöntemini harmanlıyorlar. Bu ağırlıklı faktörleri daha sonra karışık sayılar ve uzman değerlendirmelerini işleyebilen ve her şemaya “mükemmel”, “iyi”, “orta” veya “zayıf” olma güven düzeyi atayan Belirsiz Ölçü Teorisi (Unascertained Measure Theory) adlı bir çerçeveye bağlıyorlar.

Kazanan plan ve sağladıkları

Bu birleşik değerlendirme altında ikinci şema açıkça öne çıkıyor. Orijinal madencilik alanını dört geniş enine bölgeye yeniden düzenliyor; hatları uzun ama hâlâ yönetilebilir ve yerinde kırıcılar ve konveyörler gibi gelecekteki sürekli veya yarı-sürekli madencilik sistemleri için uygun bir düzen sunuyor. Bu seçenek üst “mükemmel” kategorisinde yaklaşık 0,71’lik bir güven puanı alıyor ve diğerlerinden belirgin şekilde önde. Ömrü boyunca yaklaşık 971 milyon ton kömürü açığa çıkaracak, ortalama sıyırma oranı ton başına 5,8 metreküp kaya olacak ve maksimum hizmet ömrü 34 yıldan fazla olacak. İç taşıma mesafeleri mutlak değer olarak daha uzun olsa da, maliyetler daha büyük ve daha verimli üretime yayılınca ton başına toplam maliyet yine en düşük oluyor ve güvenlik marjları iyileşiyor.

Bir madenden öte anlamı

Uzman olmayan bir okuyucu için ana mesaj şudur: bir dev açık çukuru nasıl dilimleyip işlediğiniz, altındaki kömür miktarı kadar önemlidir. Aktif kazı cephesinin uzunluğunu matematiksel olarak ayarlayarak ve madeni jeolojiyle hizalanmış enine bölgelere çevirerek, üretimi artırırken hem atığı hem de riski azaltmak mümkündür. Çalışmanın yaklaşımı—teknik, ekonomik, çevresel ve sosyal faktörlerden oluşan yapılandırılmış bir kontrol listesi ile şeffaf bir puanlama yöntemi—genişlemeye hazırlanan diğer büyük yüzey madenleri için bir şablon sunar. Bu, dikkatli planlamanın kapasite büyümesini bir kumardan daha çok yönlendirilmiş, daha sürdürülebilir bir yola dönüştürebileceğini öne sürer.

Atıf: Wen, Y., Song, Z., Su, Q. et al. Optimization study on transverse mining zoning during the capacity expansion stage of nearly horizontal open-pit coal mines. Sci Rep 16, 3908 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35908-5

Anahtar kelimeler: açık ocak kömür madenciliği, maden planlaması, yamaç stabilitesi, kapasite genişletme, çok kriterli değerlendirme