Genel Maden Mühendisliğine Giriş Kayıt Tanışma, ders işleniş planının tanıtımı Madenciliğin tarihçesi, madenciliğin ekonomideki yeri, tanımlar Maden üretim tüketim süreci, toplam net akış diyagramı Madenlerin yeraltında bulunuş şekilleri; Sistematik etüd ve arama çalışmaları Maden yatağının rezervinin nitelik ve nicelik yönünden belirlenmesi, Üretim yöntemi seçimi ARA SINAV HAFTASI ARA SINAV HAFTASI Açık Ocak Madenciliği Yeraltı Madenciliği Cevher Hazırlama Genel Bilgiler Cevher Hazırlamaya Konu Olan Minerallerin Özellikleri Ufalama ve Sınıflandırma Yöntemleri Cevher Zenginleştirme Yöntemleri Genel Tekrar MADEN MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ ?Madenciliğin tarihçesi ?Madenciliğin ekonomideki yeri ?Tanımlar ?Maden Üretim & Tüketim Süreci ?Toplam net nakit akış diyagramı ?Madenlerin yeraltında bulunuş şekilleri ?Sistematik etüd ve arama faaliyetleri ?Maden Yatağının Rezervinin Nitelik ve Nicelik Yönünden Belirlenmesi ?Üretim Yöntemi Seçimi ?Açık Ocak Madenciliği ?Yeraltı Madenciliği MADENCİLİĞİN TARİHÇESİ ?Madenciliğin gelişmesi ve tarihçesi insanlığın gelişmesi ile paraleldir. ?İnsan faaliyetlerinin en önce gelişmiş işlemlerinden biri madenciliktir. Taş Devri Tunç Devri Demir Devri Taş Devri Tunç Devri Demir Devri Madenlerin Yıkanması Kara barut Nitrogliserin Dinamit Ateşin madencilikte kullanımı Madenciliğin gelişim sürecini dört başlıkta toplamak mümkündür: ?İşletilen maden sayısında giderek çeşitlenme ve artış (tarih öncesi çakmaktaşı ve kil, bugün çok ve çeşitli) ?Minerallere olan talebin artması, madencilik aktivitelerinin artması ve üretimin artması ?Arama, işletme ve cevher hazırlama metotlarının gelişmesi, ?Başlangıçta emek yoğun olan madencilikte mekanizasyonun artması ve işgücü kullanımının azalması MADENCİLİĞİN EKONOMİDEKİ YERİ ?Kişi başına düşen milli gelir ?GSMH (Gayri safi milli hasıla) ?Ülkelerdeki gelişmişlik göstergeleri -Kişi başına tüketilen enerji -Kişi başına tüketilen çimento -Kişi başına tüketilen çelik -Kişi başına tüketilen bakır -Kişi başına tüketilen fosfat Madenciliğin GSMH içindeki payı (%1,2-1,5) ?Türkiye: 5477 $-25. sıra ?Lüksemburg (5477X16) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ABD ALMANYA KANADA AVUSTRALYA TÜRKİYE Ü L K E L E R %PAYTANIMLAR ?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. ?Maden Mühendisi: Maden işletmesini emniyet koşulları içinde diğer meslek elemanları ile beraber koordineli bir şekilde, ekonomi prensiplerine uygun olarak yöneten kişidir. (organizatör, koordinatör, tüccar) ?Madencilik: Yerkabuğunda bulunan her türlü ekonomik minerallerin çıkarılması, işlenmesi ve kullanılabilir hale gelmesi için yapılan çalışmaları kapsar. ?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. Maden yatırım projesinin fikir olarak ortaya çıkmasından üretime geçinceye kadarki sürede pek çok aşama söz konusudur. Bunlar; ?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”dır. ÜRETİM GİRDİLERİ ?Bilgi ?Hammadde ?İşçilik ?Sermaye ?Yönetim (maliyet masrafı) ÜRETİM GİRDİLERİNİ MAL ve HİZMETE DÖNÜŞTÜRME SÜRECİ ?Üretim planlama ?Stok kontrolü ?İşletme amortismanı ?Yükleme-boşaltma ?Taşıma-depolama ?Kesme-biçme ?Ambalajlama ?Tanıtma-pazarlama ?Kira-aydınlatma ?Sigortalama, genel giderler (maliyet masrafı) + ÜRETİM ÇIKTILARI ?Mallar Ve ?Hizmetler (gelirler) Yatırım karlılığı MADEN ÜRETİM&TÜKETİM SÜRECİ 1. HUKUKİ İŞLEMLER (5177 SAYILI MADEN KANUNU) 2. SİSTEMATİK ETÜD ve ARAMA 5. İZABE 6. ENDÜSTRİYEL İŞLEMLER 7. SATIŞ ve PAZARLAMA 4. CEVHER HAZIRLAMA ve ZENGİNLEŞTİRME 3. MADEN İŞLETME 8. TÜKETİCİ HUKUKİ İŞLEMLER •ANAYASA-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 şartlar ve Devletçe yapılacak gözetim, denetim usul ve esasları ve müeyyideler kanunda gösterilir. •5177 sayılı kanunla değişik 3213 sayılı Maden Kanunu. HUKUKİ İŞLEMLER Arama Ruhsatı İşletme Ruhsatı SİSTEMATİK ETÜD ve ARAMA MADEN İŞLETME CEVHER HAZIRLAMA VE ZENGİNLEŞTİRME İZABE ENDÜSTRİYEL İŞLEMLER/ SATIŞ/TÜKETİCİ Endüstriyel İşlemler Satış Tüketici Toplam net akış diyagramı Para + 0 - Yatırım Dönemi (gider) Arama (2-5 yıl) Fiziki yatırım (4-10 yıl) İşletme Dönemi (gelir+gider) Kar Başabaş noktası Geri dönüm noktası Yıllar MADENLERİN YERALTINDA BULUNUŞ ŞEKİLLERİ a) Tabaka (Örn: Kömür, bor) b) Filon (Boru) (Örn: Uranyum, bazalt) c) Derin Tabaka (Örn: Kömür) d) Mercek (Örn: Boksit, manganez) e) Dağınık (Örn: Manyezit, krom) f) Masif Dağınık (Örn: Kireçtaşı) Açık İşletme Yeraltı İşletmesi Özel Üretim Yöntemleri SİSTEMATİK ETÜT VE ARAMA FAALİYETLERİ ?Proje konusu olacak maden sahasında sahanın hukuki sınırlarının (ruhsat işlemleri) çözümlenmiş olması gerekmektedir. ?Maden yataklarının çağdaş yöntemlerle aranması ve etüt edilmesi çeşitli verilerin eldesi bakımından önem taşımaktadır. ?Boyut ve geometrisi ile rezervinin nitelik ve nicelik olarak ortaya konulması gerekmektedir. ?Sistematik etüt 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 etüt: 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 etüt: Detay jeolojik etütlerle sınırlandırılmış alanlarda, özellikle daha 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 belirlenmesini esas alan, genelde 1/1000–1/5000 ölçekleri arasındaki çalışmalardır. Sondaj, galeri, yarma vb. madencilik çalışmalarının maliyetine kıyasla daha küçük maliyetli olması nedeniyle uygulanmasında yarar görülen bir aşamadır. Çeşitli cevherleşme ve yapılar için geliştirilen pek çok yöntemi mevcuttur. 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 edinilmektedir. Şekil. Etüd ve arama dönemi çalışmaları Prospeksiyon (1/100000) Detay Jeolojik Etüd (1/25000-1/5000) Jeofizik Etüd Yarma, galeri ve sondajlı arama Maliyet ve belirlilik artış yönü MADEN YATAĞI REZERVİNİN NİTELİK VE NİCELİK YÖNÜNDEN BELİRLENMESİ ?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; ?Görünür rezerv ?Muhtemel rezerv ?Mümkün rezerv olmak üzere sınıflandırılır. 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 devamlılığı hiçbir şekilde tarif edilemeyen, dolayısıyla işletme ve planlama çalışmalarında hesaba katılmayan bir rezerv sınıfı olup, hata payı +-%50’nin üzerindedir. ATIL MARJİNAL GÖRÜNÜR MUHTEMEL MÜMKÜN REZERV POTANSİYEL Ekonomik Olmayan Kaynaklar Ekonomik Kaynaklar Tespit Edilen Kaynaklar Tespit Edilemeyen Kaynaklar Varlığın Tespit Edilme Derecesi İşletilebilirlik Şekil. Rezerv kategorileri-Kaynak ilişkisi Rezerv Hesaplama Yöntemleri a) Klasik Yöntemler ?Jeolojik blok yöntemi ?İşletme blokları yöntemi ?Poligon yöntemi ?Üçgen prizma yöntemi ?Jeolojik kesit yöntemi ?İzopak (Eş kalınlık eğrileri) yöntemi b) Jeoistatistik Yöntemler ?Doğal Komşular Yöntemi ?Uzaklığın Tersiyle Ağırlıklandırma Yöntemi ?Kriging R= S*h*d*j*i*t=V*d*j*i*t (ton metal veya bileşik) R: Cevher rezervi (ton) S: İşletilecek cevherin yüzey alanı (m 2 ) h: Cevher kütlesinin ortalama kalınlığı (m) d: Cevherin ortalama yoğunluğu (ton/m 3 ) 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) t: Tenör (%) V: Cevher kütlesinin hacmi (m 3 ) Üretim Yöntemi Seçimi Açık İşletme Yeraltı İşletmesi ?Hammadde gereksinimi (artan talep) ?Açık işletme iş makineleri teknolojisinde ve bilimde ortaya çıkan büyük gelişmeler AÇIK İŞLETME İşletme projeleri hazırlanırken; açık, kapalı ve her iki yöntemin birlikte uygulanmasında kritik açık işletme derinliğinin (sınır derinlik) tespiti yapılırken mühendislerin göz önünde tutması gereken husus ?Teknik yapılabilirlik ?Ekonomik yapılabilirlik Bir ocakta ?Açık işletme mi? ?Kapalı işletme mi? ?Belli bir derinliğe kadar açık, sonra kapalı işletme yöntemi mi? Yanıt Teknik yapılabilirliği gözden kaçırmadan ekonomik yaklaşım İzlenecek yol Açık ocak maliyeti=Yeraltı üretim maliyeti Açık ocak madenciliği (Daha sonra yeraltı işletmesi) uygulamaktır. Ma ? My açık işletme My < Ma yeraltı işletme Bu çözüm maden yatağının, ?Geometrisine ?Mineralojik bileşimine ?Niteliklerine, ?Homojen olup olmamasına bağlıdır. Konunun çözümü, son yıllarda bilgisayar teknolojisindeki ve kullanım olanaklarındaki gelişme ile daha da kolaylaştırılmıştır. 1 ton cevheri üretmek için üzerinden kaldırılması gereken örtü miktarına örtü-kazı oranı (dekapaj oranı) denir. Yani; Dekapaj oranı (K)= Kaldırılacak dekapaj Üretilecek cevher m 3 /ton Genel örtü-kazı oranı derinliğin fonksiyonudur. 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-K e ”, bu değer karşılık gelen ocak derinliğine “Kritik Açık İşletme Derinliği-H k ” denilmektedir. 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) H 1 ; K 1 H 2 ; K 2 H 3 ; K 3 H e ; K e …………. AÇIK İŞLETME Maden yatağı üzerindeki örtü tabakasının alınarak üzeri açılan maden kitlesinin üretiminin yapılmasıyla oluşan maden işletme yöntemi “açık işletme” olarak tanımlanmaktadır. Açık işletmenin avantajları; •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; •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. a) Açık İşletme Plan Görünüm b) Açık İşletme Kesit Görünüm Döküm Berm Basamak Ara basamak Taban Örtü Damar Basamak açısı Nihai şev açısı YERALTI MADENCİLİĞİ Açık işletme metodu uygulaması ekonomik olmayan maden yataklarına tavanın göçertilmesi, açılan boşluğun doldurulması veya topuklar bırakılması esaslarına göre uygulanan üretim sistemine yeraltı madenciliği denir. Üretim yöntemi seçimine etki eden parametreler; •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 Yeraltı üretim yönteminde maden yatağına galeri, kuyu, desandri ve rampa olmak üzere dört şekilde ulaşılır. 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. 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. Desandri ile Maden Yatağına Giriş 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. Rampa ile Maden Yatağına Giriş Desandri ile Maden Yatağına Giriş 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. Üretimi bitmiş pano Üretim yapılan pano Hazırlanan pano Hazırlanan pano Uzun ayak (başaşağı veya başyukarı olarak açılır) Rekup galerileri Kuyular Dr.Ümit ÖZER