Kalın kömür damarında üst kömür yolluğunun yüksek riskli bölgesinde taşıyıcı yapı yeniden inşası ve destek kontrolünün entegre teknolojisi üzerine araştırma

Neden daha güvenli kömür tünelleri önemli

Kalın kömür damarlarının derinliklerinde işçiler uzun yeraltı galerilerinde dolaşır ve kömürü taşıırlar. Bazı bölümlerde bu galeriler tavan sarkmaları, duvarların parçalanması ve ani kömür-kaya düşmeleri gibi sorunlarla karşılaşır; bu durum madenciler için tehlike oluşturur ve üretimi yavaşlatır. Bu çalışma, bu sorunların belirli yüksek riskli alanlarda neden bu kadar şiddetli olduğunu inceliyor ve tünellerin zaman içinde daha güvenli ve kararlı kalması için kayanın nasıl güçlendirilebileceğine dair yeni bir yöntemi test ediyor.

Sorunun başladığı yer

Araştırma, çok kalın bir kömür damarından geçen büyük bir galeriyi kapsayan Çinli bir kömür ocağına odaklanıyor. Bu ortamda tünel sağlam kayadan ziyade kömürün içinden geçtiği için açıklığın üzerindeki ve yanındaki kömür zayıf ve parçalanmış durumdadır. Kayanın içindeki doğal faylar ve üzerindeki katmanların büyük ağırlığı gerilmeyi tünel çevresinde yoğunlaştırır; bu da tavan ayrışmasına, tavan çökmelerine, yan duvar kabarmalarına ve sürekli onarım ihtiyacına yol açar. Önceki destek yöntemleri, örneğin basit enjeksiyon ve boru mahfazalar, çoğu kez başarısız oldu çünkü enjeksiyon sıkı kömüre nüfuz edemiyor ve güçlü, birleşik bir destek yapısı oluşturamıyordu.

Tünelin nasıl hareket ettiği ve deforme olduğu

Bu davranışı anlamak için ekip saha ölçümlerini, laboratuvar deneylerini ve mekanik modellemeyi birleştirdi. Yolak tavanındaki kömürü yük taşıyan bir kiriş olarak ele aldılar ve tünel genişledikçe ve kömür zayıfladıkça tavan sarkmasının çok hızlı arttığını gösterdiler. Ayrıca tavan ve yan duvarların izole şekilde deforme olmadığını buldular. Yan kömür yumuşayıp içe doğru bastırdığında açıklığı etkili biçimde genişletir, bu da tavan sarkmasını artırır. Buna ek olarak, tavan hareketindeki artış yan duvarları daha da sıkıştırır. Bu bağlı üst ve yan hareket, kalın kömür damarlarında yerel, parça parça destekleme yöntemlerinin neden sıklıkla başarısız olduğunu açıklamaya yardımcı olur.

Sanal tünel testleri

Üç boyutlu bilgisayar simülasyonları kullanarak araştırmacılar iki ana faktörü değiştirdiler: tünel üzerinde bırakılan kömür tabakasının kalınlığı ve o kömürün sağlamlığı. Tavanın üzerindeki kömür tabakasının kalınlaştırılması tavan sarkmasını artırdı ancak taban yukarı fırlamasını azalttı; yan duvar hareketi az değişti. Üst kömürün dayanımının artırılması, genel gerilme deseni yalnızca az değişmesine rağmen tavan sarkmasını ve duvarların içe doğru hareketini keskin biçimde azalttı. Hesaplamalar, çatlakların ve plastikleşme bölgelerinin önce tavan yakınında oluştuğunu sonra daha derine yayıldığını; yan duvar yakınlarında karakteristik “kelebek” şeklinde hasar oluştuğunu gösterdi ve sadece ince bir kabuk yerine geniş bir bölgenin güçlendirilmesi gereğini vurguladı.

Zayıf alanları takviye etmenin yeni yolu

Bu anlayışla yönlendirilen yazarlar, enjeksiyonlu ileri borular ve bir ankraj-kablo ağı kullanan birleşik bir destek sistemi tasarladı. Galeriyi riskli bir bölgeye sürmeden önce ekip, yüzün önüne çelik boru sıraları deliyor ve içine hızlı priz alan bir çimento enjeksiyonu pompalıyor. Bu enjeksiyon boruların içinde ve çevresinde hızla sertleşerek çatlakları dikiyor ve kırılmış kömürü daha sağlam bir blok haline getiriyor. Kazı ilerledikçe ankrajlar ve kablolar güçlendirilmiş tavan ve yan duvarları tek bir taşıyıcı çerçeveye bağlıyor. Çeşitli düzenlerin bilgisayar modelleri, orta aralıkta boru mesafesinin çok yoğun bir yerleşime yakın ölçüde hareket azaltımı sağladığını fakat maliyeti daha düşük tuttuğunu gösterdi.

Çalışan ocaktan kanıt

Ekip daha sonra seçilen şemayı gerçek galeride uyguladı. Tavan sarkması, yan duvar yakınsaması, taban fırlaması, katmanlar arası ayrışma ve ankraj ile kablo kuvvetlerini izlediler. Yeni yöntemle kazı ve desteklemeden sonra tavan sarkması yaklaşık 110 mm, yan duvar hareketi yaklaşık 80 mm civarında seyretti ve taban fırlaması çok küçüktü. Tavan üzerindeki katman ayrışması uyarı seviyelerinin çok altında kaldı ve ankraj ile kablolardaki yükler eski tasarıma göre daha düşük ve stabil hale geldi. Enjeksiyonun dakikalar içinde dayanım kazanması sayesinde ekipler, güçlendirilmiş bölge ile yüz arasında güvenli mesafeyi koruyarak öncekiye göre birkaç kat daha hızlı ilerleyebildiler.

Madenciler için anlamı

Basitçe söylemek gerekirse, çalışma tünel çevresindeki zayıf kömürü tek, iyi bağlanmış bir kemer ve duvar gibi davranacak şekilde yapmakın tehlikeli tavan düşmeleri ve çöküşleri büyük ölçüde azaltabileceğini gösteriyor. Önceden enjeksiyonlu borularla kömürü güçlendirip ardından ankraj ve kablolarla tavan ve yanları birbirine bağlayarak yolak, üzerindeki ağır yükü daha küçük hareketler ve daha düşük destek kuvvetleriyle taşıyabilir. Yazarlar, bu entegre yaklaşımın benzer jeolojik koşullara sahip kalın kömür damarlarında daha güvenli ve verimli tünel açma için pratik bir rehber sunduğunu; yeraltı kömür madenciliğinde hem güvenlik risklerini hem de bakım gereksinimlerini azalttığını savunuyor.

Atıf: Xiaokang, S., Bacha, S., Heng, Z. et al. Research on the integrated technology of bearing structure reconstruction and support control in high risk area of top coal roadway in thick coal seam. Sci Rep 16, 14822 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44215-y

Anahtar kelimeler: kömür yolak stabilitesi, tavan desteği, enjeksiyonla güçlendirme, kayaya ankraj ve kablolar, yeraltı madenciliği güvenliği