DETERMINATION OF ABRASIVENESS OF ROCKS WITH THREE DIFFERENT TEST METHODS

Year 2018, Volume: 57 Issue: 1, 45 - 56, 01.03.2018

Olgay Yaralı , Hamit Aydın Utku Sakı Haşim Duru Servet Bulut

https://doi.org/10.30797/madencilik.422873

Abstract

In order to achieve the expected benefits from mechanical excavation machines, these machines
must be selected in accordance with the characteristics of the excavated rocks. Highly abrasive
Rocks cause fast cutter wear in short time. This increases the chisel consumption in excavation
and reduces the efficiency, and thus increases in excavation cost.
In this study, Cerchar abrasiveness index (CAI), abrasion value (AV) and Schimazek wear index
(F) tests were carried out on 9 igneous and sedimentary rocks samples from Zonguldak Region.
The results then evaluated with regression analysis to determine the relationship between
different abrasion index values. According to the test results, rocks were classified as abrasive
and extremely abrasive. The statistical analysis showed strong linear relationships between
Schimazek wear index - Cerchar abrasiveness index, and Schimazek wear index - abrasion
value. 

Keywords

Abrasivity, Cerchar abrasivity index, Abrasion Value, Schimazek wear index

KAYAÇLARIN AŞINDIRICILIKLARININ ÜÇ FARKLI DENEY YÖNTEMİYLE DEĞERLENDİRİLMESİ

Abstract

Mekanik kazı makinalarından beklenen yararlara ulaşabilmek için bu makinaların kazılacak
kayaçların özelliklerine uygun olarak seçilmeleri gerekmektedir. Yüksek aşındırıcılık özelliğine
sahip kayaçlar, kısa zamanda keskilerin körlenmesine neden olmaktadır. Bu durum, bir yandan
keski tüketimini artırmakta, diğer yandan kazı verimini düşürmekte ve dolayısı ile kazı maliyetinin
artmasına yol açmaktadır.
Bu çalışma kapsamında, Zonguldak Bölgesi magmatik ve sedimanter olmak üzere 9 farklı
kayaç türü üzerinde Cerchar aşınma indeksi (CAI), Norveç aşınma (AV) indeks deneyleri ile
Schimazek aşınma (F) indekslerine göre aşındırıcılık deneyleri yapılmıştır. Üç farklı aşınma
deney yönteminden elde edilen sonuçlar basit regresyon analiziyle birbirleriyle karşılaştırılmıştır.
Schimazek aşınma indeks deneyi ile Cerchar aşınma indeksi ve Norveç aşınma indeks deneyi
arasında doğrusal ilişkiler bulunmuştur. Deneylerden elde edilen sonuçlara göre incelenen
kayaçların aşındırıcı ve oldukça fazla aşındırıcı oldukları bulunmuştur.

Keywords

Aşınma, Cerchar aşınma indeksi, Norveç aşınma indeksi, Schimazek aşınma indeksi

References

• Akün, M.E., Karpuz, C., 2005. Drillability Studies of Surface Set Diamond Drilling in Zonguldak Region Sandstones from Turkey. Technical Note, International Journal of Rock Mechanics Mining Science, 42, 473- 479.
• Alvarez, J.T., Alvarez, M.M., Diez, R.R., 2003. Experimental Results a Low-Power Roadheader Driving a Gallery with Different Types of Rock at The Face. Tunneling and Underground Space Technology, 18, 395-404.
• Ateş, U., Bilgin, U., Çopur, H., 2014. Estimating Torque, Thrust ve Other Design Parameters of Different Type Tbms with Some Criticism to TBMS Used İn Turkish Tunneling Projects. Tunneling and Underground Space Technology, 40,46-63.
• Balcı, C., Bilgin, N., Çopur, H., Tumaç, D., Akgül, M., 2007. Tünel Açma Makinelerinin Tam Boyutlu Kesme Deneyi ile Performans Tahmini., 1. Maden Makinaları Sempozyumu, TMMOB, Maden Mühendisleri Odası Yayını, Kütahya,61-70.
• Balcı, C., 2004. Mekanize Kazı Makinalarının Seçiminde Küçük Boyutlu Kazı İle Tam Boyutlu Kazı Deneylerinin Karşılaştırılması. Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Yayımlanmamış.
• Bilgin, N., 1989. İnşaat ve Maden Mühendisleri İçin Uygulamalı Kazı Mekaniği. Birsen Yayınevi, İstanbul,s.92.
• Bilgin, N., Balcı, C., Çopur, H., 2005. Tünel Açma Makinelerinin Seçim ve Tasarım İlkeleri Ve Performans Tahmin Yöntemleri. 2. İş Makineleri Sempozyumu ve Sergisi, TMMOB Makine Mühendisleri Odası, 29-30 Eylül-1 Ekim, İstanbul, 227-240.
• Bilgin, N., Copur, H., Balci, C., 2012. Effect of Replacing Disc Cutters With Chisel Tools on Performance of a TBM in Difficult Ground Conditions. Tunnelling and Underground Space Technology, 27,41–51.
• Bulut, S., 2017. Kayaçların Aşındırıcılıklarının Farklı Deney Yöntemleriyle Belirlenmesi. Diploma Çalışması, BEÜ Maden Müh. Bölümü, Zonguldak, Yayımlanmamış.
• Büchi, E., Mathier, J.F., Wyss, Ch., 1995. Gesteinsabrasivität – ein Bedeutender Kostenfaktor Beim Mechanischen Abbau von Fest- und Lockergesteinen. Tunnel, 5, 38-43.
• Çapik, M., Yilmaz A.O., Kolayli H., 2013. A Comparative Study on the Energy Demand of Turkey: Coal or Natural Gas. Energy Exoloratıon & Exploıtatıon, 31,119-138.
• Çopur, H., Rostami, J., Özdemir, L., Bilgin, N., 1997. Studies on Performance Prediction of Roadheaders Based on Field Data in Mining and Tunneling Projects. Fourth International Symposium on Mine Mechanization and Automation, Volume 1, Brisbane, Queensland, 1- 7.
• Çopur, H., Balci, C., Tumac, D., Bilgin, N., 2011. Field and Laboratory Studies on Natural Stones Leading to Empirical Performance Prediction of Chain Saw Machines. International Journal of Rock Mechanic & Minining Science, 48(2),269-282.
• Çopur, H., Aydin, H., Bilgin, N., Balci, C., Tumac, D., Dayan, C., 2014. Predicting performance of EPB TBMs by using a Stochastic Model Implemented into a Deterministic Model. Tunnelling and Underground Space Technology, 42,1–14.
• Dahl, F., 2003. DRI Standards”. NTNU, Angleggsdrift, Trondheim. s.21.
• Dahl, F., Bruland, A., Jakobsen, P.D., Nilsen, B., Grøv, E., 2012. Classifications of Properties Influencing The Drillability of Rocks, Based on the NTNU/SINTEF Test Method. Tunnelling and Underground Space Technology,28 ,150-158.
• Ersoy, C., Balcı, C., 2013. Kollu Galeri Açma Makinelerinin Seçim Kriterleri ve Amasra Havzasına Uygulanması. 4. Maden Makinaları Sempozyumu, 23- 24 Mayıs 2013, İzmir, Türkiye, 11-20.
• Farmer, I.W.,Garrity, P., 1987. Prediction of Roadheader Cutting Performance from Fracture Toughness Considerations. In: Proceedings of the 6th International Congress on Rock Mechanics, Montreal, Canada, 1, 621–624.
• Fowell, R.J., Johnson, S.T., 1982. Rock Classification and Assessment for Rapid Excavation.. Proc. of the Symp. on Strata Mech., Newcastle Upon Tyne, 241- 244
• ISRM, 1978. Suggested Method for Determining Tensile Strength o Rock Materials. International Journal of Rock Mechanic Minining Science. & Geomech. Abstr.,15, 99-103.
• ISRM, 2015. Suggested Method for Determining the Abrasivity of Rock by The Cerchar Abrasivity Test, The ISRM Suggested Method for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 2007-2014, In: R. Ulusay (Eds), Springer, DOI:10.1007-978-3-319-07713-0 101- 106.
• Kahraman, S., Ipek, M., Guleryuz, U., Gunaydin, O., 2006. Pozantı-Ankara Otoyol Tüneli’nde Bir Jumbo Matkap Performansının Tahmini. ITA-AITES World Tunnel Congress & 32nd ITA General Assembly, 22-27 April, Seoul, Korea, 132-141.
• Kahraman, S.,Kahraman, E., 2013. Kollu Galeri Açma Makinelerinin Dolaylı Testler Kullanılarak Performans Tahmini. 3. Uluslararası Ulaşımda Yeraltı Sempozyumu,Editörler: Bilgin, N., Çopur, H., Balcı, C., İstanbul, 65-73.
• Kasling, H., Thuro, K., 2010. Determining Rock Abrasivity in the Laboratory. In: Z. Labiouse and D. Mathier (Eds) Rock Mechanics in Civil and Environmental Engineering -Proc EUROCK 2010 Taylor & Francis, London, 425-429.
• Lien, R., 1961. An Indirect Test Method for Estimating the Drillability of Rocks. Dotorate Dissertation, NTH Department of Geology, Norway (in Norway).
• Majeed Y., Abu Bakar M. Z., 2016. Statistical Evaluation of CERCHAR Abrasivity Index (CAI) Measurement Methods and Dependence on Petrographic and Mechanical Properties of Selected Rocks of Pakistan. Bull Eng Geol Environ, 75,1341–1360.
• Ökten, G., Çınar, M., Çopur, H., Bilgin, N., 2014. İstanbul-Selimpaşa Atıksu Tüneli’nin Kazısı Sırasında EPB TBM’in Kazı Odasında Meydana Gelen Grizu Patlamasının Nedenleri, Sonuçları ve Alınan Önlemler. Tünel, Sayı: 2 (Ocak-Şubat), 14-19.
• Özaydın, Y.T., Avunduk, E., Çopur, H., 2013. Büyükçekmece Atıksu Tüneli Kazılarında EPB TBM Performansı. 3. Uluslararası Ulaşımda Yeraltı Sempozyumu,N. Bilgin, H. Çopur, C. Balcı (Eds), İstanbul, 151-157.
• Özdemir, L., Gertsch, L., Neil, D., Fiant, J., 1991. Performance Predictions for Mechanical Evcavation in Yucca Mountain Tuffs. EMI-Report. SAND 91-1035, s.18.
• Özdemir, L., Nilsen, B., 1999. “Recommended Laboratory Rock Testing for TBM Projects. AUA News, 14(2), 21-14.
• Plinninger, R., Kasling, H., Thuro, K., Spaun, G., 2003. Testing Conditions and Geomechanical Properties Influencing The Cerchar Abrasiveness Index (CAI) Value. Technical Note, International Journal of Rock Mechanic & Mining Science, 40, 259-263.
• Plinninger, R., Kasling, H., Thuro, K., 2004. Wear Prediction in Hardrock Excavation Using The Cerchar Abrasiveness Index (CAI) Value. Proceedings of the ISRM Regional Sysposium EUROCK 2004 & 53rd Geomechanics Colloquy, Essen, 599-564.
• Rostami, J., Özdemir, L., 1994. Roadheader Performance Optimization for Mining and Civil Construction. 13th Annual Technical Conference, Institute of Shaft Drilling Technology,Las Vegas, USA, 1-17.
• Rostami, J. Ozdemir, L., Neil, M.D., 1994. Performance Prediction, a Key Issue in Mechanical Hard Rock Mining. Mining Engineer, 11,1263-1267.
• Rostami, J., Özdemir, L., Nilsen, B., 1996. Comparison Between CSM and NTH Hard Rock TBM Performance Prediction Models. In Proc. 16th Int. ISDT Symposium, Las Vegas, USA, 1-11.
• Rostami, J., Özdemir L., Bruland, A., Dahl, F., 2005. Review of Issues Related to Cerchar Abrasivity Testing and Their İmplications on Geotechnical Investigations and Cutter Cost Estimates. Rapid Excavation and Tunnelling Conference., Seattle, WA.USA, 15-14.
• Schimazek, J., Knatz, H., 1970. Der Einfluss des Gesteinsa ufbaus auf die Schnittgeschwindigkeit und den Meisse Dverschleis von strecken vortriebsmaschinen. Glückauf, 106, 274 – 278.
• Schormair, N., Thuro, K., Plinninger, R., 2006. The Influence of Anisotropy on Hard Rock Drilling and Cutting. The Geological Society, IAEG-491, 1-11.
• Su, O., Yaralı, O., Akçin, N.A., 2013. Comparison of Drilling Performance of Chisel and Button Bits on the Electro Hydraulic Driller. Rock Mechanic and Rock Engineering, DOI 10.1007/S00603-012-0358-3; 46(3), 1577-1586.
• Tamrock, 1999. Rock Excavation Handbook. M. Heiniö (Ed.), Sandvik Tamrock Corparation, s. 305.
• Thuro, K., Plinninger, R. J., 1999. Roadheader Excavation Performance, Geological and Geotechnical Influences. 9th ISRM Congress, 25-28 August, Paris, 1241-1244.
• Wijik, G., 1992. A Model of Tunnel Boring Machine Performance. Geotechnical and Geological Engineering, Chapman & Hall, 10, 19-21.
• Valantin, A., 1973. Examen des Differens Procedes Classiques de Determination de la nocivite des Roches. vis-à-vis de l’attaque Mecaniqe, 133–140.
• Yaralı, O., Akçın, N.A., 2005. Zonguldak Taşkömür Havzası Kömür Çevre Kayaçlarının Aşındırıcılık Özelliklerinin Araştırılması. Türkiye 19. Uluslararası Madencilik Kongresi Bildiriler Kitabı. 9-12 Haziran, İzmir, 243-253.
• Yaralı, O., 2005. Zonguldak Taşkömür Havzası Kömür Çevre Kayaçlarının Aşındırıcılık Özelliklerinin Araştırılması. Türkiye 19. Uluslararası Madencilik Kongresi Bildiriler Kitabı, 9-12 Haziran, İzmir, s.243- 251.
• Yaralı, O., 2010. Zonguldak Bölgesi Kayaçlarının Aşındırıcılık Özelliklerinin Belirlenmesi. Türkiye 17. Kömür Kongresi Bildiriler Kitabı, Zonguldak, s. 203- 215.
• Yaralı, O., Soyer, E., 2013. Assessment of Relationships Between Drilling Rate Index and Mechanical Properties of Rocks. Tunnelling and Underground Space Technology, 33, 46-53.
• Yaralı, O., Duru, H., 2016. Investigation into Effect of Scratch Length and Surface Condition on Cerchar Abrasivity Index. Tunnelling and Underground Space Technology, 60, 111-120.