Maden Mühendisliğine Giriş Ders Notu 1

MADEN MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ
Prof. Dr. Şafak G. ÖZKAN
Yrd.Doç. Dr. Tansel DOĞAN
Yararlanılacak Kaynaklar




Cemal Birön, Suna ATAK, Maden Mühendisliğine Giriş
Ali KAHRİMAN, Maden İşletme Projeleri Hazırlama ve Değerlendirme
Yavuz AYTEKİN, Maden Mühendisliğine Giriş
L.J. Thomas, An Introduction to Mining
1
1. TARİHÇE
Madenciliğin gelişmesi ve tarihçesi insanlığın gelişmesi ile paraleldir.
Madencilik, insan faaliyetlerinin en önce gelişmiş işlemlerinden biridir. Eski
insan, hayatını sürdürmek için avcılık ile birlikte bu işlemde kendisine
yardımcı
alet
ve
silahların
gelişmesinde
madencilik
faaliyetlerinden
yararlanmıştır.
Madenciliğin ilk gelişmesi flint’in av aletleri yapımında kullanılması ve “Taş
Devri”nin oluşumu ile başlar. Günümüzden 450000 yıl öncelerine giden Taş
Devrinde ayrıca bazı madenlerin (hematit, okr) boya olarak kullanıldığı
bilinmektedir.
Bakır’ın madencilik alanında bulunuşu M.Ö. 9500 yıllarına, Mezopotamya
Medeniyetine dayanmaktadır. Bakıra katkı maddesi olarak konan kalay ile
elde
edilen
tunç,
tarihte
ayrı
bir
“Tunç
Devri”nin
oluşumunu
simgelemektedir.
Demir’in
bulunuşu
ve
demirden
aletlerin
eldesi
“Demir
Devri”nin
başlamasına ve halen çağımıza kadar devam etmesi sağlamıştır. Anadolu,
Hitit Medeniyetleri’nin demir madenciliğini geliştirmesi M.Ö. 2000 yıllarına
kadar gitmektedir.
Madencilikte en kolay zenginleştirme işlemi madenlerin yıkanması sonucu
özgül ağırlık farkına bağlı olarak kazanılmasıdır. Bu yöntem, altın ve gümüş
madenciliğinin gelişmesini sağlamış olup Anadolu bu konuda önder
olmuştur. Sardes şehri altın madenciliği merkezi ve Kral Krezüs ilk altın
parayı basan hükümdar olarak ün yapmıştır.
Madencilikte büyük bir aşama; ateşin taşları parçalamakta kullanılması
olmuştur. Taşların ağacın yakılarak kızdırılması ve su ile ani soğutularak
kırılması ve ufalanması galeri açma işlemini sağlamıştır. Ayrıca, Marco Polo
2
karabarutu Çin’den batıya getirmiş olup bunu takiben kayalar demir
sivriçlerle delinip barutlarla ateşlenip parçalanmıştır.
Nitrogliserin ve dinamitin keşfi ve madenciliğe uygulanması bu aşamayı çok
geliştirmiş ve bugünkü duruma getirmiştir.
Özet
olarak
madenciliğin
gelişim
sürecini
dört
başlıkta
toplamak
mümkündür:
a) İşletilen maden sayısında giderek çeşitlenme ve artış (tarih öncesi
çakmaktaşı ve kil, bugün çok ve çeşitli)
b) Minerallere olan talebin artması, madencilik aktivitelerinin artması ve
üretimin artması
c) Arama, işletme ve cevher hazırlama metotlarının gelişmesi,
d) Başlangıçta emek yoğun olan madencilikte mekanizasyonun artması
ve işgücü kullanımının azalması
Bir ülkenin gelişmişliğinin göstergesi kişi başına düşen milli gelirdir (50005500 $). Kişi başına düşen milli gelir, gayri safi milli hasılanın nüfusa
bölünmesiyle bulunur. Gayri safi milli hasıla ise, ülkede bir yıl içinde
üretilen mal ve hizmetlerin (satılmış veya satılmamış) toplam değeridir.
Madenciliğin gayri safi milli hasıla içindeki payı ülkemizde %1.2’dir.
Bir ülke yeraltı kaynağı bakımından zengin olabilir, ancak sanayisi yoksa o
ülke gelişemez. Bu durumda ülke kaynağı ya stok eder ya da dışarı satar
(İran gibi)
Bir ülkedeki sanayileşme ve gelişmişlik göstergelerine örnek olarak; kişi
başına tüketilen enerji miktarı, çimento (kalker, kil, alçı, traş), çelik, bakır,
fosfat miktarı verilebilir.
Enerji kaynakları yenilenemez (kömür, petrol, doğal gaz) ve yenilenebilir
(güneş, rüzgar, su) kaynaklar olmak üzere iki kısma ayrılır.
3
2. TANIMLAR
Mühendis: Kendi ihtisasına dayalı olarak, teknik ve ekonomik yapılabilirliğe
sahip, üretim yöntemlerinin tasarımını yapan kişi olarak tanımlanabilir.
Maden: Doğada ekonomik değeri olan her türlü taşlar, mineraller maden
olarak tanımlanır.
Madencilik: Yerkabuğunda bulunan her türlü ekonomik minerallerin
çıkarılması, işlenmesi ve kullanılabilir hale gelmesi için yapılan çalışmaları
kapsar.
Madencilik; yerbilimleri (jeoloji, jeofizik), temel ve doğal bilimler (fizik,
matematik, kimya), teknik bilimler, iktisat bilimi (ekonomi), hukuk ve sosyal
bilimleri (Maden hukuku, hak ve hürriyetler) ile ilişkilidir.
Mineral: Elementlerin yeryüzünde bulunuş şekillerine mineral denir. Belirli
fiziksel, kimyasal ve kristal yapıları vardır.
Taş: Minerallerden oluşan topluluklara taş denir. Taşın bozulmasıyla toprak
oluşmaktadır.
Cevher: Ekonomik değeri olan bir veya birden fazla minerali içeren taşa
cevher adı verilmektedir.
Proje: Teknik ve ekonomik yapılabilirliğe sahip minimum yatırım şeklinde
veya bir toplumda belirli bir zaman süresi içinde, mal ve hizmetlerin
üretimlerini
artırmak
için,
bazı
imkanları
yaratma,
genişletme
veya
geliştirmeye dönük bir öneri olarak tanımlanabilir. Projede temel olan iki
önemli unsur; projenin herşeyden önce işlemesi ve ekonomikliğidir.
4
Bir yeni yatırım projesinin fikir olarak ortaya çıkmasından üretime geçinceye
kadarki sürede pek çok aşama söz konusudur. Bu aşamalar madencilik
çalışmaları için aşağıdaki gibi özetlenebilir;
 Uygun yatırım alanlarının araştırılması
 Hukuki sorunların çözümlenmesi
 Cevher yataklarının nicelik ve niteliğini ortaya koyacak sistematik etüd
ve arama çalışmaları
 Proje hazırlama, ekonomik, teknik, mali ve fizibilite etütleri
 Proje değerlendirmesi ve karar verme
 Uygulama planı hazırlama ve uygulama
 Deneme işletmesi
 Üretime geçiş
Yapılan yatırımın gelecekte getireceği tahmin edilen gelirler ile bu geliri elde
etmek için kullanılan maliyet masrafları arasındaki artı fark “yatırım
karlılığı” olarak ifade edilmektedir.
Kapasite seçiminin yatırım karlılığına etkisi Şekil 1.’de ifade edilmiştir.
ÜRETİM
GİRDİLERİ





Bilgi
Hammadde
İşçilik
Sermaye
Yönetim
(maliyet masrafı)
+
ÜRETİM GİRDİLERİNİ MAL
ve HİZMETE
DÖNÜŞTÜRME SÜRECİ
ÜRETİM
ÇIKTILARI
Üretim planlama
Stok kontrolü
İşletme amortismanı
Yükleme-boşaltma
Taşıma-depolama
Kesme-biçme
Ambalajlama
Tanıtma-pazarlama
Kira-aydınlatma
 Sigortalama, genel giderler
(maliyet masrafı)
 Mallar









Ve
 Hizmetler
(gelirler)
Şekil 1. Yatırım karlılığı
5
3. MADEN ÜRETİM&TÜKETİM SÜRECİ
Tüketici
Satış ve
Pazarlama
Hukuki
İşlemler
Geri DönüşümRecycling
Sistematik
Etüd ve
Arama
Maden
İşletme
Endüstriyel
İşlemler
İzabe
Cevher
Hazırlama ve
Zenginleştirme
Şekil 2. Metal üretim/tüketim süreci
3.1. Hukuki İşlemler: Anayasamızda madencilik ile ilgili hüküm;
MADDE 168. – Tabiî servetler ve kaynaklar Devletin hüküm ve tasarrufu
altındadır. Bunların aranması ve işletilmesi hakkı Devlete aittir. Devlet bu
hakkını belli bir süre için, gerçek ve tüzelkişilere devredebilir. Hangi tabiî
servet ve kaynağın arama ve işletmesinin, Devletin gerçek ve tüzelkişilerle
ortak olarak veya doğrudan gerçek ve tüzelkişiler eliyle yapılması, kanunun
açık iznine bağlıdır. Bu durumda gerçek ve tüzelkişilerin uyması gereken
6
şartlar ve Devletçe yapılacak gözetim, denetim usul ve esasları ve
müeyyideler kanunda gösterilir.
5177 sayılı kanunla değişik 3213 sayılı Maden Kanunu.
Madde 2- Yer kabuğunda ve su kaynaklarında tabii olarak bulunan,
ekonomik ve ticarî değeri olan petrol, doğal gaz, jeotermal ve su kaynakları
dışında kalan her türlü Madde bu Kanuna göre madendir.
Madenler aşağıda sıralanan gruplara göre ruhsatlandırılır:
I. Grup madenler: a) İnşaat ile yol yapımında kullanılan ve tabiatta doğal
olarak bulunan kum ve çakıl.
b) Tuğla-kiremit kili, Çimento kili, Marn, Puzolanik kayaç (Tras) ile çimento
ve seramik sanayilerinde kullanılan ve diğer gruplarda yer almayan kayaçlar.
II. Grup madenler: Mermer, Dekoratif taşlar, Traverten, Kalker, Dolomit,
Kalsit, Granit, Siyenit, Andezit, Bazalt ve benzeri taşlar.
III. Grup madenler: Deniz, göl, kaynak suyundan elde edilecek eriyik halde
bulunan tuzlar, karbondioksit (CO2) gazı (jeotermal, doğal gaz ve petrollü
alanlar hariç).
IV. Grup madenler: a) Kaolen, Dikit, Nakrit, Halloysit, Endellit, Anaksit,
Bentonit,
Montmorillonit,
Baydilit,
Nontronit,
Saponit,
Hektorit,
İllit,
Vermikülit, Allofan, İmalogit, Klorit, Sepiyolit, Paligorskit (Atapuljit), Loglinit
ve bunların karışımı killer, Refrakter killer, Jips, Anhidrit, Alünit (Şap), Halit,
Sodyum, Potasyum, Lityum, Kalsiyum, Magnezyum, Klor, Nitrat, İyot, Flor,
Brom ve diğer tuzlar, Bor tuzları (Kolemanit, Uleksit, Borasit, Tinkal,
Pandermit veya bünyesinde en az %10 B2O3 içeren diğer Bor mineralleri),
Stronsiyum tuzları (Selestin, Stronsiyanit), Barit, Vollastonit, Talk, Steattit,
Pirofillit, Diatomit, Olivin, Dunit, Sillimanit, Andaluzit, Dumortiorit, Disten
(Kyanit), Fosfat, Apatit, Asbest (Amyant), Manyezit, Huntit, Tabiî Soda
mineralleri (Trona, Nakolit, Davsonit), Zeolit, Pomza, Pekştayn, Perlit,
Obsidyen, Grafit, Kükürt, Flüorit, Kriyolit, Zımpara Taşı, Korundum,
Diyasporit, Kuvars, Kuvarsit ve bileşiminde en az %80 SiO2 ihtiva eden
Kuvars kumu, Feldispat (Feldispat ve Feldispatoid grubu mineraller), Mika
(Biyotit, Muskovit, Serisit, Lepidolit, Flogopit), Nefelinli Siyenit, Kalsedon
(Sileks, Çört).
7
b) Turba, Linyit, Taşkömürü, Antrasit, Asfaltit, Bitümlü Şist, Bitümlü Şeyl,
Radyoaktif Mineraller (Uranyum, Toryum, Radyum).
c) Altın, Gümüş, Platin, Bakır, Kurşun, Çinko, Demir, Pirit, Manganez,
Krom, Civa, Antimuan, Kalay, Vanadyum, Arsenik, Molibden, Tungsten
(Volframit, Şelit), Kobalt, Nikel, Kadmiyum, Bizmut, Titan (İlmenit, Rutil),
Alüminyum (Boksit, Gipsit, Böhmit), Nadir toprak elementleri (Seryum
Grubu, Yitriyum Grubu) ve Nadir toprak mineralleri (Bastnazit, Monazit,
Ksenotim, Serit, Oyksenit, Samarskit, Fergusonit), Sezyum, Rubidyum,
Berilyum, İndiyum, Galyum, Talyum, Zirkonyum, Hafniyum, Germanyum,
Niobyum, Tantalyum, Selenyum, Telluryum, Renyum.
V.
Grup
madenler:
Elmas,
Safir,
Yakut,
Beril,
Zümrüt,
Morganit,
Akuvamarin, Heliodor, Aleksandirit, Agat, Oniks, Sardoniks, Jasp, Karnolin,
Heliotrop, Kantaşı, Krizopras, Opal (İrize Opal, Kırmızı Opal, Siyah Opal,
Ağaç Opal), Kuvars kristalleri (Ametist, Sitrin, Neceftaşı (Dağ kristali),
Dumanlı Kuvars, Kedigözü, Avanturin, Venüstaşı, Gül Kuvars), Turmalin
(Rubellit, Vardelit, İndigolit), Topaz, Aytaşı, Turkuaz (Firuze), Spodümen,
Kehribar,
Lazurit
(Lapislazuli),
Oltutaşı,
Diopsit,
Amozonit,
Lületaşı,
Labrodorit, Epidot (Zeosit, Tanzonit), Spinel, Jadeit, Yeşim veya Jad,
Rodonit, Rodokrozit, Granat Minarelleri (Spesartin, Grosüllar Hessanit,
Dermontoit, Uvarovit, Pirop, Almandin), Diaspor Kristalleri, Kemererit.
Bu gruplarda yer alan madenlerin özellikleri ile bu Maddede yer almayan bir
madenin grubunun tespitine ait esas ve usuller Bakanlıkça çıkarılacak
yönetmelikle düzenlenir. Bu Kanuna göre verilen ruhsatlar başka amaçla
kullanılmaz.
Madde 17 - Arama ruhsatı ve sertifika süresi üç yıldır. Bu süre, IV. Grup
madenler için arama faaliyet raporları ile müracaat edilmesi halinde iki yıl
uzatılabilir. Ruhsat sahibi ikinci yılın sonuna kadar arama faaliyet raporu
vermek zorundadır. Uzatma talebinde bulunulan IV. Grup ruhsatlar için
taleple birlikte üçüncü yılın sonunda ikinci arama faaliyet raporu verilmesi
gereklidir. Arama faaliyet raporlarının süresinde verilmemesi halinde teminat
irad kaydedilir. Arama faaliyet raporları, yapılan çalışmaların niteliği dikkate
alınarak jeoloji, maden, jeofizik mühendisi veya mühendislerince hazırlanır.
8
Arama ruhsat süresi sonunda işletme ruhsatı talebinde bulunulmayan
arama ruhsatları iptal edilerek teminatı ruhsat sahibine iade edilir.
Madde 24- Arama ruhsat süresi sonuna kadar, tespit edilen madenin rezerv
bilgilerini de içeren arama faaliyet raporu, en az bir maden mühendisi
tarafından hazırlanan faaliyet sonrası işletme alanının çevre ile uyumlu hale
getirilmesini de içeren, işletme projesi ve talep harcının ödendiğine dair belge
ile
müracaatta
Projelerdeki
bulunulması
eksiklikler,
halinde
yapılan
işletme
bildirimden
ruhsatı
itibaren
hakkı
üç
ay
doğar.
içinde
tamamlanır. Eksikliklerini verilen sürede tamamlamayanların teminatları iki
katına çıkarılır ve süre üç ay daha uzatılır. Bu süre sonunda eksikliklerini
tamamlamayanların talepleri kabul edilmez ve teminatları irad kaydedilir.
I. Grup (a) bendi madenlerin ruhsat süresi en az beş yıldır. Diğer grup
madenlerin işletme ruhsat süresi, on yıldan az olmamak üzere projesine göre
belirlenir. Sürenin bitiminden önce yeni bir projeyle uzatma talebinde
bulunulması halinde ruhsat süresi uzatılabilir. Toplam ruhsat süresi altmış
yılı geçemez. Altmış yıldan sonraki sürenin uzatılmasına Bakanlar Kurulu
yetkilidir.
3.2. Sistematik Etüd ve Arama: Bir maden sahasının projeye konu
olabilmesi için herşeyden önce boyut ve geometrisi ile rezervinin nitelik ve
nicelik olarak ortaya konulması gerekir. Cevheri çevreleyen yan kayaç
karakteristiklerinin de benzer şekilde bilinir halde olması proje için çok
gerekli unsurlardır. Maden yataklarının çağdaş yöntemlerle aranması ve
etüd edilmesi çeşitli verilerin eldesi bakımından önem taşır.
3.3. Maden İşletme: Maden işletmeciliğinde, cevherleri doğadan çıkarıp
insanlığın hizmetine sunarken iki tane temel seçenek söz konusudur.
Bunlar, açık ve yeraltı işletme yöntemleridir. Ayrıca tuz, soda, kükürt gibi
madenler için yerinde sıvılaştırma, kömür için yerinde gazlaştırma olarak
adlandırılan özel üretim yöntemleri de bulunmaktadır. Genellikle her türlü
madenin açık işletme yöntemi ile üretilmesi tercih edilmektedir.
9
3.4.
Cevher
Hazırlama
ve
Zenginleştirme:
Cevher
hazırlama
ve
zenginleştirme işlemleri doğada çeşitli sayıda ve genellikle kayaçlar içerisinde
bulunan minerallerin birbirlerinden ayrılarak, teknolojinin ihtiyaç duyduğu
özelliklerde üretilmesini amaçlamaktadır.
3.5. İzabe: Metal madenlerini ergitme ve sıvı duruma getirme işlemidir.
Cevherin izabe fırınında yakıt ve yanma için gerekli hava yardımı ile
ısıtılarak ergitilmesi, ilave edilen katkı malzemesinin etkisi ile cevher
içerisindeki gang minerallerinin metalik fazdan ayrı bir cüruf denilen atık
camsı silikat fazında toplanması işlemidir.
3.6 Endüstriyel İşlemler/Satış/Tüketici: Madencilik ve metalurjik işlemler
sonrasında endüstrinin istediği özelliklere getirilen cevherler, endüstrinin
üretim amacına bağlı olarak işlemlere tabii tutulmaktadır. Endüstriyel
işlemler sonrasında ürün satışa sunularak tüketici ile buluşmaktadır.
Ülkenin siyasi yapısı ile parallellik gösteren madencilik çok fazla sermaye
gerektirir. Madencilik yatırım dönemi ile başlar işletme dönemi ile devam
eder.
Yatırım
döneminde
öncelikle
arama
çalışmaları
yapılır.
Arama
çalışmalarında madenin varlığı nicel ve nitel olarak ortaya konulur. Yatırım
için yapılacak harcamalar ile madenin faydalı ömrü içinde yaratacağı parasal
gelirler karşılaştırıldığında gelirler lehine bir fark oluşuyorsa avantajlı ve
doğru bir yatırım yapıldığı sonucuna varılır. Madenin işletilebilirliğine karar
verildikten sonra fiziki yatırım dönemi ve onu takiben işletme dönemine
geçilir. Yatırım döneminde gerçekleştirilen harcamaların (giderlerin) işletme
döneminde cevherin satışı ile elde edilen gelirle sıfırlandığı nokta başabaş
noktası olarak tanımlanır. Şekil 3.’te tipik bir madencilik projesindeki nakit
akışı grafiksel olarak ifade edilmiştir.
10
Para
+
Yatırım Dönemi
(gider)
0
Arama
(2-5 yıl)
İşletme Dönemi
(gelir+gider)
Fiziki yatırım
(4-10 yıl)
Kar
Yıllar
Başabaş noktası
Geri dönüm noktası
-
Şekil 3. Tipik bir madencilik projesinde nakit akışı
11
4. PROJENİN TEKNİK YÖNÜNÜN HAZIRLANMASI
4.1. Madenlerin Yeraltında Bulunuş Şekilleri
a) Tabaka
c) Derin Tabaka
e) Dağınık
b) Filon (Boru)
d) Mercek
e) Masif Dağınık
Şekil 4. Madenlerin yeraltında bulunuş şekilleri
4.2. Sistematik Etüd ve Arama Çalışmaları
Proje konusu olacak maden sahasında çeşitli çalışmalar yapmak için
öncelikle sahanın hukuki sınırlarının (ruhsat işlemleri) çözümlenmiş olması
gerekir.
12
Bir maden sahasının projeye konu olabilmesi için herşeyden önce boyut ve
geometrisi ile rezervinin nitelik ve nicelik olarak ortaya konulması gerekir.
Cevheri çevreleyen yan kayaç karakteristiklerinin de benzer şekilde bilinir
halde olması, proje için çok gerekli unsurlardır. Maden yataklarının çağdaş
yöntemlerle aranması ve etüd edilmesi çeşitli verilerin eldesi bakımından
önem taşır.
Sitematik etüd ve arama çalışmaları proje öncesi dönemde başlar, işletme
devresinde de nitelik ve amaç değişikliği ile devam eder. Bu devrede
yapılacak çalışmalar;
a) Prospeksiyon: Yerkabuğunda bulunan cevher zuhurlarının aranması,
cevherce
ümitli
bölgelerin
incelenmesi
ve
işletilebilir
cevher
konsantrasyonlarının bulunması konusunda gerekli ön verilerin
sağlanmasını esas alan çalışmaların yapıldığı bir dönem olup,
genellikle
yapılan
çalışmalar
1/25000
ve
daha
küçük
ölçekli
olmaktadır. Bu aşamada temel amaç; ruhsat bölgesi ve çevresinde
cevher
oluşumuna
yatkın
bölgelerin
tespit
edilerek
sahanın
boyutunun küçültülmesi ve daha sonraki aşamaların etkinliğini
artırmaktır.
b) Detay
jeolojik
etüd:
Prospeksiyon
çalışmaları
ile
cevherleşme
olabilecek sahalar belirlendikten sonra, ümitli sahaların ayrıntılı
jeolojik yapısının, tektonik ve mineralojik unsurlarının belirlenebilmesi
amacıyla yapılan jeolojik çalışmalardır. Bu çalışmalar 1/25000’den
daha büyük ölçekli olmaktadır. Temel amaç; cevherleşme ve çevre
kayaçlar için daha verimli ve ayrıntılı bilgiler sunarak çalışma alanını
daha da sınırlamaktır.
c) Jeofizik etüd: Detay jeolojik etüdlerle sınırlandırılmış alanlarda,
özellikle derinlerde cevherleşme hakkında daha ayrıntılı bilgilerin
edinilmesi
ve
işletme
dönemine
ışık
tutacak
muhtelif
işletme
problemlerinin çözümü, tektonik yapının ortaya çıkarılması, cevher
kalitesinin ve büyüklüğünün, bir ölçüde de olsa belirlenmesini esas
13
alan, genelde 1/1000–1/5000 ölçekleri arasındaki çalışmalardır.
Sondaj, galeri, yarma gibi madencilik çalışmalarının maliyetine kıyasla
daha küçük maliyetli olması nedeniyle uygulanmasında yarar görülen
bir aşama olup, çeşitli cevherleşme ve yapılar için geliştirilen pek çok
yöntemi bulunmaktadır.
d) Yarma-sondaj
ve
kuyu-galeri
gibi
madencilik
faaliyetlerinin
gerçekleştirildiği detay arama devresi: Ümitli sahada, öncelikle
geniş aralıklarla istikşaf niteliğinde yapılacak sondajlı etütler daha
sonra sistematik bir biçimde geliştirilerek rezerv tespitine hizmet
edecek şekilde gerçekleştirilmektedir. Bu devredeki arama işlemlerinin
maliyeti çok daha yüksek olmakta, ancak çeşitli amaçlarla alınacak
numunelerle elde edilecek verilerin gerçekliği ve kesinliği bakımından
çok büyük yararlar sağlamaktadır. Bu şekilde elde edilen verilerden
hareketle sahadaki rezerv kategorileri hakkında bilgiler edinilmekte ve
bu bilgiler rezerv hesaplamalarına temel teşkil etmektedir. Şekil 2’de
etüd ve arama devresi karakterize edilmektedir.
1/100000 PROSPEKSİYON
1/25000-1/5000 DETAY JEOLOJİK ETÜD
JEOFİZİK ETÜD
SONDAJLI
GALERİLİ
ARAMA
Maliyet ve belirlilik
artış yönü
Şekil 5. Etüd ve arama dönemi çalışmaları
14
4.3.
Maden
Yatağının
Rezervinin
Nitelik
ve
Nicelik
Yönünden
Belirlenmesi
Kaynak: Tüm mineral zenginliklerini ifade eder. Gerek işletilebilirlik gerekse
varlılığın belirliliği açısından sınırlandırılmamıştır.
Rezerv: Kaynağın varlığı arama çalışmaları ile belirlenmiş ve işletilebilirliği
değerlendirme etüdleri ile saptanmış olan bölümüdür. Cevher varlığının
belirlilik
derecesine
göre
sınıflandırılır.
En
çok
kullanılan
rezerv
sınıflandırması; üretilebilir, görünür, muhtemel, mümkün rezerv kategorileri
olup, proje çalışmalarına baz olan rezerv kategorileri görünür ve üretilebilir
rezervdir.
a) Görünür rezerv: Üç boyutu ile belirlenmiş ve boyutlar içerisinde
devamlılığı
konusunda
en
az
risk
taşıyan
cevher
kütlesini
belirtir.
Prospeksiyon, jeolojik ve jeofizik etüdleri tamamlandıktan sonra, kuyu,
yarma, galeri, sondaj gibi çalışmalarla üç boyutu belirlenmiş olan ve işletme
hesaplarına konu olan rezerv sınıfıdır. Yapılan sondaj ağı sıklığı bu rezervi
karakterize eder. Genellikle düzenli yataklarda 150-200 m, düzensiz
yataklarda 30-50 m sondaj aralıkları ile ifade edilmektedir. Pratikte hata
sınırı +-%20 kabul edilir.
b) Muhtemel rezerv: İki boyutu ile belirlenmiş olan, devamlılığı konusunda
daha büyük risk taşıyan cevher kütlesini ifade eder. Prospeksiyon, jeolojik ve
jeofizik etüdleri tamamlanmış, ancak kuyu, yarma, sondaj, galeri gibi
madencilik faaliyetleri çok geniş aralıklarla yapıldığı için işletme ve
projelendirme çalışmalarına esas alınması için ek arama çalışmaları
gerektiren bir rezerv sınıfıdır. Pratikte hata sınırı +-%40 kabul edilmektedir.
c) Mümkün rezerv: Boyutları hiçbir şekilde belirlenmemiş olan ve varlığı
ancak ümit edilen cevher kütlesini belirtir. Prospeksiyon, jeolojik ve jeofizik
etüdleri kısmen tamamlanmış olup lokasyonu ve de3vamlılığı hiçbir şekilde
tarif edilemeyen, dolayısıyla işletme ve planlama çalışmalarında hesaba
katılmayan bir rezerv sınıfı olup, hata payı +-%50’nin üzerindedir.
Rezerv kategorileri Şekil 6.’da gösterilmiştir.
15
Tespit edilen kaynaklar
Muhtemel
Mümkün
MARJİNAL
REZERV
POTANSİYEL
ATIL
Ekonomik Olmayan
Kaynaklar
Ekonomik Kaynaklar
Görünür
Tespit edilemeyen kaynaklar
İ
Ş
L
E
T
İ
L
E
B
İ
L
İ
R
L
İ
K
Varlığın tespit edilme derecesi
Şekil 6. Rezerv kategorileri-kaynak ilişkisi
Rezerv Hesaplama Yöntemleri: Rezerv hesaplama yöntemleri özellikle
bilgisayarların devreye girmesiyle esas olarak klasik ve jeoistatistik metotlar
olmak üzere iki kategoride ele alınmaktadır. Klasik Yöntemleri de şu
başlıklar altında toplamak mümkündür:
a) Jeolojik blok yöntemi
b) İşletme blokları yöntemi
c) Poligon yöntemi
d) Üçgen prizma yöntemi
e) Jeolojik kesit yöntemi
f) İzopak (Eş kalınlık eğrileri) yöntemi
R= S*h*d*j*i*t=V*d*j*i*t (ton metal veya bileşik)
S: İşletilecek cevherin yüzey alanı (m2)
H: Cevher kütlesinin ortalama kalınlığı (m)
V: Cevher kütlesinin hacmi (m3)
16
d: Cevherin ortalama yoğunluğu (ton/m3)
j: Jeolojik faktör: (jeolojik belirsizliklere ve sondaj sıklığına göre 0-1 arasında
bir değer)
i: İşletme kayıplarını dikkate alan bir faktör (İşletme yöntemine göre 0,8-1
arasında değişir)
R: Cevher rezervi (ton)
4.4. Üretim Yöntemi Seçimi
Maden işletmeciliğinde, cevherleri doğadan çıkarıp insanlığın hizmetine
sunarken iki tane temel seçenek söz konusudur. Bunlar, açık ve yeraltı
işletme yöntemleridir.
İlk seçim bu temelde yapılacaktır. İlke olarak, her tür madenin açık işletme
yöntemi
ile
üretilmesi
tercih
edilmektedir.
Açık
ve
kapalı
işletme
karşılaştırmalarında pek çok faktör açık işletme yönünde yeralarak, bu
sistemi teşvik etmektedir. Hammadde gereksinimine dünyamızda artan
talebin yanında, açık işletme iş makinaları teknolojisinde ve bilimde ortaya
çıkan büyük gelişmeler de açık işletmeye yönelmede etken olmaktadır.
Bütün bu etkenlere karşın, işletme projeleri hazırlanırken, mühendislerin
göz önünde tutması gereken husus teknik ve ekonomik yapılabilirliğe
ulaşmaktadır. Bu nedenle açık ve kapalı işletme tercihleri yapılırken veya
her iki yöntemin birlikte uygulanabileceği maden yatağı koşullarında, kritik
açık işletme derinliğinin (sınır derinlik) tespiti yapılırken; göz önünde
tutulacak unsur; teknik ve ekonomik yapılabilirlik olmaktadır.
En genel şekliyle, bir ocakta açık işletme mi? yoksa kapalı işletme mi? veya
belli bir derinliğe kadar açık, sonra kapalı işletme yöntemi mi? uygulanacak.
Bu sorulara yanıt, ancak ekonomik yaklaşımlarla bulunabilir. Teknik
yapılabilirliği gözden kaçırmadan izlenecek mantık; açık işletme üretim
maliyeti, yeraltı üretim maliyetine eşit oluncaya kadar (veya kapalı alternatifi
olmadığı durumlarda cevher değerine eşit oluncaya kadar) açık işletme,
17
ondan sonra ise yer altı işletmesi uygulamaktadır. Yani, Ma ≤ My ise açık
işletme yapılacaktır. Bu çözüm genelde maden yatağının geometrisine ve
mineralojik bileşimine ve niteliklerine, homojen olup olmamasına bağlı
olarak
değişmektedir.
teknolojisindeki
ve
Konunun
kullanım
çözümü,
son
olanaklarındaki
yıllarda
gelişme
ile
bilgisayar
daha
da
kolaylaştırılmıştır.
Açık-Kapalı işletme sınırı çözümlemeleri veya başka bir anlatımla, açık
işletme sonuç sınırlarının tespiti, ekonomik değerlendirmeler ışığında; ya
yatay ve düşey kesitler alınmak suretiyle klasik yollarla yapılmakta ki bu
yöntem, nitelik yönünden cevherleşmede fazla değişme olmadığı durumlarda
(kömür vs. projeleri) daha etkindir.
1 ton cevheri üretmek için üzerinden kaldırılması gereken örtü miktarına
örtü-kazı oranı (dekapaj oranı) denir. Yani;
Dekapaj oranı (K)=
Kaldırılacak dekapaj
m3/ton
Üretilecek cevher
Genel örtü-kazı oranı derinliğin fonksiyonudur. Şekil 7.’de görüldüğü gibi
herhangi bir ocakta cevher üretimi için inilecek her derinlik için bir genel
örtü-kazı oranı (K) ocak geometrisinden hesaplanır. Ancak öyle bir K değeri
vardır ki, bu değerden sonra açık işletme uygun olmayabilir. Bu anda açık
işletme ve yer altı üretim maliyetleri eşittir. İşte bu eşitliği sağlayan örtü-kazı
oranına “Ekonomik Örtü-Kazı Oranı-Ke”, bu değer karşılık gelen ocak
derinliğine “Kritik Açık İşletme Derinliği-Hk” denilmektedir.
H1; K1
H2; K2
H3; K3
………….
He; Ke
Şekil 7. Derinliğe bağlı örtü kazı oranı
18
Ekonomik örtü kazı oranı= Ke (m3/ton)= (My-Ma)/Mb,d
My= Yeraltı üretim maliyeti (TL/ton)
Ma= Açık işletme üretim maliyeti (TL/ton)
Mb,d= Birim örtü kazı maliyeti (TL/m3)
5. AÇIK İŞLETME
Maden yatağı üzerindeki örtü tabakasının alınarak üzeri açılan maden
kitlesinin üretiminin yapılmasıyla oluşan maden işletme yöntemi “açık
işletme” olarak tanımlanmaktadır. Şekil 8.’de plan ve kesit görünümü verilen
açık işletmenin avantajları aşağıda sıralanmıştır.
 Maden
yatağındaki
faydalı
mineralin
hemen
hemen
tamamı
üretilebilmektedir.
 Randıman yüksektir. (Yüksek kapasiteli ekipmanlar)
 Maliyet
yeraltına
nazaran
daha
düşüktür.
(Yüksek
kapasiteli
ekipmanlar)
 Üretim istenilen zamanda artırılabilir veya azaltılabilir.
 Yeraltında karşılaşılan zorluk ve tehlikelerin büyük bir kısmı ortadan
kalkmaktadır.
 Havalandırma sorunu yoktur.
 İş kazaları çok azdır.
 Ocağın kontrolü çok kolaylıkla yapılabilir.
Açık işletmenin dezavantajları ise.
 Arazinin satın alınması zorunludur.
 Tarihi değeri olan yapılar veya doğal değerler kaybolacaktır.
 Arazi doğal güzelliğini kaybedecek ve görsel kirlilik oluşacaktır.
 İklimin müsait olmadığı yerlerde veya mevsimlerde açık işletme
faaliyetleri aksayacaktır.
19
a) Açık işletme plan görünümü
Berm
Basamak
Örtü
Basamak
Ara
açısı
basamak
Damar
Nihai şev Taban
açısı
Döküm
b) Açık işletme kesit görünümü
Şekil 8. Açık İşletme Plan ve Kesit Görünümü
AÇIK İŞLETME İLE İLGİLİ PROBLEMLER
20
6. YERALTI MADENCİLİĞİ
Açık işletme metodu uygulaması ekonomik olmayan maden yataklarına
tavanın
göçertilmesi,
açılan
boşluğun
doldurulması
veya
topuklar
bırakılması esaslarına göre uygulanan üretim sistemine yer altı madenciliği
denir. Üretim yöntemi seçimine etki eden parametreler aşağıda sıralanmıştır;
 Cevher yatağının fiziksel ve jeolojik karakteristiği (geometri, kalınlık,
eğim, derinlik vs)
 Cevher zonu ve yantaşların tabaka koşulları
 Madencilik ve sermaye maliyetleri
 İşe yararlılık ve emek maliyeti
 Çevresel düzenleme
6.1. Yeraltında Maden Yatağına Giriş (Ulaşım)
Yer altı üretim yönteminde maden yatağına galeri, kuyu, desandri ve rampa
olmak üzere dört şekilde ulaşılır.
a) Galeri ile maden yatağına giriş: Derin vadilerin bulunduğu dağlık
bölgelerde maden yatağına Şekil’de verildiği gibi düz galerilerle ulaşmak
mümkündür. Düz galeri taş içersinde sürülebildiği gibi damarların mostrası
boyunca alçaldığı bir yer varsa, damar içinde çapraz olarak da sürmek
mümkündür.
Şekil 9. Galeri ile maden damarına giriş
21
b) Kuyu ile maden yatağına giriş: Maden yatağının üzerinde çok fazla örtü
tabakası bulunması halinde açılması zorunlu olan kuyulardır. Şekil 10’da
verildiği gibi kuyu ile varılmak istenen noktaya en kısa yoldan ulaşıldığından
gerek açılması kısa sürede olmakta, gerekse halat, boru, kablo gibi
donanımlara az gereksinme duyulmaktadır.
Şekil 10. Kuyu ile maden damarına giriş
c) Desandri ile maden yatağına giriş: Şekil 11.’de verilen ve meyilli kuyular
diye de adlandırılan bu yöntem eğimi fazla ve aynı eğimde devam eden ve
uygun kayaç yapısı gösteren maden yataklarında meyilli kuyular başarı ile
kullanılabilmektedir.
Şekil 11. Desandri ile maden damarına giriş
22
d) Rampa ile maden yatağına giriş: Şekil 12.’de verildiği gibi maden
yatağına rampa ile ulaşılır.
Şekil 12. Rampa ile maden damarına giriş
23