Yakın mesafeli kömür damarları grubunda alt damar galerileri için çevre kayacının hasar mekanizması ve güçlü destek-güçlü basınç gideriminin eşgüdümlü kontrolü

Neden daha güvenli kömür galerileri önemlidir

Yeraltında, madenciler kömür damarlarına ulaşmak için dar galerilere güvenirler. Bu galerilerin çevresindeki kaya aniden kaydığında veya kırıldığında tehlikeli patlamalar, çökmeler ve maliyetli kapatmalar meydana gelebilir. Bu çalışma, iki kömür damarının birbirine yakın olduğu ve alt galerilerin eski oygun alanların ve artakalan kömür bloklarının altında yer aldığı Çin’deki özel bir madenciğin zor durumunu inceliyor. Yazarlar, galerilerin bir tarafındaki kayanın neden daha kolay hasar gördüğünü açıklıyor ve hem tünel duvarlarını güçlendiren hem de çevre kayacındaki birikmiş gerilmeyi nazikçe gideren birleşik bir yaklaşımı test ediyorlar.

Eski madencilikten kaynaklanan gizli gerilme

Jiaoping madencilik alanında bir kömür damarı daha önce çıkarılmış, geride goaf adı verilen boşluklar ve örtüyü taşıyan sert kömür payandaları kalmıştır. Daha derindeki ikinci bir damar şimdi alt taraftan çıkarılmaktadır. Üstteki kaya örtüsünün ağırlığı ve sert payandalar alt galeriler üzerinde eşit olmayan bir basınç uygular. Bunun yerine gerilme, payandanın altındaki tarafta yoğunlaşırken diğer taraf kısmen rahatlamış bir bölgenin altında kalır. Eski goafa sızan su da kömürü ve kayayı yumuşatabilir, bu da zamanla taban ve duvarların dayanımını azaltma riskini artırır. Hesaplamalar ve jeolojik ölçümler, üst damarın neden olduğu hasarın aşağı doğru yaklaşık 10–15 metreye kadar indiğini gösteriyor; bu mesafe yeni galerilerin nerede ve nasıl konumlandırılacağını etkileyecek kadar büyüktür.

Daha iyi bir galeri yolunun seçilmesi

Kayac mekaniği teorisini kullanarak ekip, üst damarın altındaki tabanın geçmiş madencilik ve artakalan kömür payandalarının yoğun yüküyle ne kadar derin çatladığını tahmin etti. Ardından yeni alt galerinin eski oygunluklara göre farklı hizalanma seçeneklerini karşılaştırdılar. Alt galeri payanda altındaki yüksek gerilme bölgesiyle örtüşürse güçlü, düzensiz bir yüklemeyle karşı karşıya kalır. Dışa kaydırıldığında bile hâlâ o bölge içinde olabilir. En elverişli seçenek, alt galeriyi kısmen rahatlamış olan daha önce oygun bırakılmış boşluğa doğru içeriye ötelenmiş (staggered) bir düzenlemeydi. Bu içe doğru ötelenmiş düzen, en ağır yüklü kayayı önler ve tünelin bir tarafının diğerinden daha fazla deformasyona uğrama eğilimini azaltır.

Güçlü destek artı basınç giderme

İyi galeri desteği hâlâ vazgeçilmezdir. Maden, çatlamış kayayı sıkıştıran ve açıklık etrafındaki sığ kaya tabakasının tek bir taşıyıcı kabuk gibi davranmasını sağlayan yoğun çelik saplamalar, çelik şeritler, tel hasır ve yüksek gerilimli kablo saplamaları kullanan bir "güçlü destek" şemasını benimsedi. Bir adım daha ilerlemek için araştırmacılar "güçlü basınç giderme" adımı eklediler: galeriden üstteki kömür ve kayaya doğru uzun, eğimli sondaj delikleri açıp yüksek basınçlı su pompalayarak kontrollü çatlaklar oluşturdular. Akışkan basıncının doğal gerilme alanıyla nasıl etkileştiğinin dikkatli analizi, çatlakların nispeten düşük pompalama basıncıyla başlamasını ve yayılmasını sağlayacak sondaj açısı seçiminde yol gösterdi; böylece gerilme ve enerji tünelden uzağa yeniden dağıtılacak yollar açıldı.

Kayanın tepkisini izlemek

Ekip, kayanın hem yavaş yükleme hem de küçük sismik olayları taklit eden ani darbeler altındaki tepkisini görmek için bilgisayar simülasyonları ve yeraltı ölçümleri kullandı. Statik koşullar altında güçlendirilmiş galeri yalnızca hafifçe deforme oldu ve hareketler güvenlik sınırlarının çok altında kaldı, ancak gerilmeler ve saplama kuvvetleri açıkça kömür payandası tarafında daha yüksekti. Modellere etki yükleri eklendiğinde iki desen ortaya çıktı. Daha çok örtü üstüne gelen darbeler, örtü merkezinde çekme çatlaklarına neden olma eğilimindeydi. Örtü ve yan duvar köşe bölgesine yakın darbeler ise yan duvarın büyük yana doğru sıkışması ve örtünün bütünüyle çökmesi ile sonuçlanan daha şiddetli bir hasar modeline yol açtı. Hidrolik çatlatmadan sonra yapılan elektriksel ölçümler, su dolu çatlakların oluştuğu geniş düşük dirençli bölgeler göstererek kayacın zayıfladığını ve gerilmenin kaydırıldığını doğruladı. Saha göstergeleri, saplama ve kablo kuvvetlerinin güvenli aralıklarda kaldığını ve gevşeyen kaya bölgesinin büyümesine rağmen destek sistemi tarafından kontrol altında tutulduğunu kaydetti.

Madencilik güvenliği için anlamı

İncelenen maden için bu çalışma, artakalan kömür payandalarının neden olduğu düzensiz yüklemenin alt damar galerilerinin bir tarafının daha kolay hasar görmesinin başlıca nedeni olduğunu gösteriyor. Galeriyi basınç açısından rahatlamış bir bölgede konumlandırarak, yakın kayayı sağlamca ankrajlayarak ve derin gerilmeleri boşaltmak için hedeflenmiş hidrolik çatlatma kullanarak mühendisler, kaya küçük darbeler yaşasa bile deformasyonu güvenli sınırlar içinde tutabilirler. Yazarlar, güçlü destek ile güçlü basınç gideriminin eşleştirilmiş stratejisinin ve dikkatli izlemenin, üst üste dizilmiş damarlara ve karmaşık gerilme koşullarına sahip diğer madenlerde daha güvenli ve daha verimli kömür çıkarımına pratik bir yol sunduğunu savunuyorlar.

Atıf: Yu, S., Suo, Y., Cai, C. et al. Failure mechanism of surrounding rock and synergistic control of strong support-strong pressure relief for lower-seam roadways in close-distance coal seam groups. Sci Rep 16, 15843 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46700-w

Anahtar kelimeler: kömür madenciliği, galeri stabilitesi, kayacık patlaması, hidrolik çatlatma, sayısal simülasyon