Büyük işletme yüksekliğine sahip panelin gob tarafında dolgu ile yol kenarı galerisi korunmasında tavan kesme ve basınç giderme etraf kaya kontrol teknolojisi üzerine araştırma

Yeraltı Tünellerini Açık ve Güvenli Tutmak

Derin yeraltı kömür madenleri, insanları, makineleri ve kömürü taşımak için geniş tünellere dayanır. Ancak kömür çıkarıldıktan sonra üzerindeki kaya hareket edebilir ve bu tünelleri sıkıştırarak büyük güvenlik riskleri ve ekonomik kayıplar yaratır. Bu çalışma bir Çin kömür madenine odaklanıyor ve pratik bir soruyu ele alıyor: mühendisler, ana tünelin bir sonraki madencilik turu için güvenle açık kalmasını sağlamak üzere oyuğun ve desteklerin nasıl tasarlanması gerektiğini nasıl belirleyebilirler; tüneli terk edip baştan inşa etmek yerine?

Neden Bir Tünel Bırakmak Önemli

Modern kömür madenleri genellikle tek pass halinde kalın kömür katmanlarını çıkaran çok yüksek işletme panelleri kullanır; bu, üretimi artırırken çevreleyen kayayı da önemli ölçüde bozuyor. Geleneksel olarak madenciler, yakın tünelleri korumak için dokunulmamış kalın bir kömür bloku (dayanak) bırakır. Ancak bu dayanak değerli kömürü yer altında kilitler ve ekstra galeriler açılmasını gerektirir. Gob tarafı giriş koruma (gob-side entry retaining) adı verilen bir teknik daha akıllı bir seçenek sunar: çökmüş oyuğun (gob) hemen yanında bir galeri bırakmak ve kömür dayanağı yerine özel olarak inşa edilmiş bir yol kenarı duvarı kullanmak. Bu galeri stabil kalabilirse, maden daha fazla kömür geri kazanır, geliştirme maliyetlerini düşürür ve genel verimliliği artırır.

Kaya ve Duvar Baş Edemediğinde

Yazarlar, mühendislerin yalnızca yol kenarı duvarına güvendiğinde nelerin yanlış gittiğini analiz ediyor. Yüksek, geniş panellerde üzerindeki kaya katmanları daha büyük bir açıklıkta bükülür ve kırılır, güçlü ve kayarak değişen basınçlar üretir. Dar duvar bu yükün büyük kısmını absorbe etmek zorunda kalır. Duvar güçlü ama çok rijitse, içinde aşırı gerilim birikir ve çatlama veya yarılma meydana gelir. Daha zayıfse, şişebilir ve tünel boşluğunu sıkıştırarak tavanı ve yanları içe doğru bastırır. Başka durumlarda, güçlü bir duvar ile zayıf bir tavan birleştiğinde, tünelin üzerindeki kaya kesme yapar ve düşer; bu da lokal tavan çökmesine yol açar. Kısacası, gobun yanında yalnızca bir duvar inşa etmek, kalın bir damar üzerinde meydana gelen şiddetli kaya hareketine karşı yeterli değildir.

Yükü Dizginlemek İçin Tavanı Kesmek

Bu sorunu çözmek için araştırmacılar "geliştirilmiş destek artı tavan kesme ile basınç giderme" adını verdikleri birleşik bir yaklaşımı savunuyor. Fikir, galerinin üzerinde, gob tarafında sert kayada eğimli bir yarık önceden kesmek. Bu kesit, tünel tavanı ile önemli kaya katmanları arasındaki bağı zayıflatarak üzerindeki kayanın yolun üzerinde dev bir rijit kiriş gibi asılı kalmak yerine kırılmasını ve oyulan tarafa çökmesini yönlendirir. Aynı zamanda galeri, yoğun bir kaya saplaması, çelik kablolar, hidrolik destekler ve hem yük taşıyabilen hem de kontrollü harekete izin veren bir beton yol kenarı duvarı ile güçlendirilir.

Sanal Testlerle En Uygun Noktayı Bulmak

Gerçek maden (2507 iş yüzü) verilerine kalibre edilmiş üç boyutlu bilgisayar simülasyonları kullanarak ekip üç tasarım parametresini değiştirdi: tavan kesitinin uzandığı yükseklik, kesit açısı ve yol kenarı duvarının genişliği. Kaya bozulmasının ne kadar yoğun olduğunu gösteren deviatorik gerilim adlı bir niceliği izleyerek kayaların en olası nerede başarısız olacağını belirlediler. Simülasyonlar, ana tavan katmanının yaklaşık yüzde 70’ine ulaşan ve yaklaşık 15 metre yüksekliğindeki bir tavan kesitinin tünel çevresindeki gerilimi önemli ölçüde azalttığını gösterdi. 15 derecelik bir kesit açısı, sağlam kömür tarafı ile yol kenarı duvarı arasında dengeli bir yük paylaşımı sağlayarak kayaların düzenli biçimde gob içine çökmesini teşvik etti; asılı tehlikeli blokların oluşmasını önledi. Duvar için 0,5–1,0 metre genişlikler fazla zayıf kalarak ciddi deformasyona yol açarken, yaklaşık 1,5 metre genişlik en iyi dayanım ve uyum arasında dengeyi verdi.

Gerçek Dünya İzlemelerinden Kanıt

Optimum tasarım daha sonra madende test edildi. Enstrümanlar, iş yüzü ilerledikçe ve gob tarafı galeri geride bırakıldıkça tavan hareketini, ankraj kablolarındaki kuvvetleri ve beton duvardaki basıncı ölçtü. Tavan kesme tarafındaki çökme yaklaşık 120 milimetrenin altında kaldı; kablo yükleri ve duvar basınçları zirveye ulaşıp tasarım sınırlarının altında sabitlendi. Bu davranış, tavan kesmenin galerinin doğrudan taşıdığı yükü başarılı şekilde azalttığını ve güçlendirilmiş desteklerin aşırı yüklenme ya da ani arıza yerine birlikte çalıştığını gösterdi.

Daha Güvenli, Daha Akıllı Madencilik İçin Ne Anlama Geliyor

Uzman olmayanlar için çıkarılacak ders, sert kayanın tünel üzerinde dikkatli şekilde "önceden kırılması" ile sağlam ama esnek desteklerin birleştirilmesinin, yakındaki devasa kömür dilimleri çıkarıldığında bile gerekli yeraltı yollarını açık tutabileceği yönündedir. Doğru kesit yüksekliği, kesit açısı ve duvar genişliği seçilerek kayaların nasıl kırılacağı ve yükün nasıl paylaşılacağı yönlendirilebilir. Bu çalışmada 15 metre yüksekliğinde, 15 derece açıyla yapılan bir tavan kesit ve 1,5 metre yol kenarı duvarı gob yanında yeniden kullanılabilir, stabil bir galeri yarattı. Bu da daha fazla kömür geri kazanımı, daha az yeni galeri açma ve derin yeraltında çalışan madenciler için daha güvenli bir çalışma ortamı demektir.

Atıf: Weiyong, L., Shengjun, L., Yaohui, S. et al. Research on surrounding rock control technology of roof cutting and pressure relieving for roadside filling in gob-side entry retaining of large mining height panel. Sci Rep 16, 6698 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37916-x

Anahtar kelimeler: kömür madenciliği, kaya destekleme, tavan kesme, gob tarafı galerisi, yeraltı stabilitesi