Ağır mühendislik uygulamalarının çoğu gibi madencilik de, öteki endüstri kollarından çok daha karmaşık bir yapı taşımasına karşılık, gerçekte madenlerin çıkarılması bakımından büyük çaplı bir uğraştır. Tonlarca mineral ve filizin, yerin 15 kilometreye yaklaşan derinliklerinden yüzeye çıkarılması gerekir. Ayrıca, hava dolaşımının sağlanması ya da suyun pompalarla çekilmesi, bir kaya parçasının taşınmasından çok daha büyük çaplı bir işlemdir. Günümüzde işletilmekte olan bazı madenlerde, yeryüzüne çıkarılan maden ya da filizin her tonu için, yaklaşık 20 ton hava dolaşımı sağlanmakta ya da madenden pompalarla 100 ton kadar su çekilmektedir. Yeterli havalandırmanın ve drenajın gerçekleştirilmesi için bazen, filiz ya da maden için açılan tünel duvarının çökmesinden çok daha büyük maddi yükler altına girmek gerekebilmektedir.
Madenciliğin tarihi: Taş devrinde, ilkel madencilik çalışmaları yürütülmüş, Cilalıtaş devri insanları, önce yerüstünde, daha sonra da yeraltında çakmaktaşı yataklarından yararlanmıştı. Ama, gerçek anlamıyla madencilik, yaklaşık 5 000 yıl önce, «Maden devri»yle birlikte başladı. İlk çakmaktaşı madenlerinden bazıları, çapları 6 m'yi, derinlikleri de 10 m'yi bulan dikey kuyulardan oluşmaktaydı. Bu kuyuların dibinden, maden yatağına doğru, gelişigüzel tüneller kazılıyordu. Eski madencilik araçları arasında, geyik boynuzundan kazmalar ve iri hayvanların kürek kemiklerinden yapılmış kürekler vardı.
En eski sistemli madencilik çalışmalarına, İ.Ö. 3 000 dolaylarında, Mısır'da başlandı. O zamanlar, altın, gümüş, bakır ve firuze çıkarmak"için girişilen madencilik çalışmaları, oldukça büyük çaplı olmalarına karşılık, genellikle yüzeye yakın yataklarda yürütüldü. Eski madenciliği, en canlı ve çarpıcı biçimde anlatan, İ.Ö. 50 yılında Mısır'a giden, Yunan tarihçisi Sicilyalı Diodoros'tur. Diodorps, Etyopya sınırındaki eski yeraltı altın madenlerinde çalışan binlerce kölenin yürekler acısı durumunu dile getirmiş, ayrıca, o zamanlar tünel açmanın en yaygın yöntemi olan «ateş yakmak»tan söz etmiştir. Bu yönteme göre, kayanın sert yüzeyi önünde çalı çırpıdan ateş yakılıyor, kaya iyice ısınınca da, üstüne hemen soğuk su atılarak soğutuluyordu. Apansız soğutma, istenilen etkiyi doğuruyor, kayanın üstünde çatlaklar açılıyordu. Böylece, ilkel kazma ve küskülerle, kayayı parçalamak olanağı bulunuyordu.
Madenciliği geliştiren ikinci büyük uygarlık, Roma oldu. Romalılar madenci değillerdi; ama fethettikleri çeşitli ülkelerden madenciliği Öğrenmişler, böylece, çeşitli ulusların yüzyıllar boyunca biriktirdikler: zengin deneyimleri toparlamışlardı. Romalılar büyüt çaplı madenler işlettiler. Onların, daha doğrusu kölelerinin bu uğraşlarına ilişkin kanıtlara, Avrupa ve Afrika'nın birçok yöresinde raslanır. Madencilik, Roma İmparatorluğu'nun yıkılışından sonra da yarlığını sürdürdü. Ortaçağ'a gelindiğinde madencilik, Avrupa'da iyice yaygınlaşmıştı. AGRİCOLA'nın 1556 yılında yayımlanan De Re Metallica (Madenler Üstüne) adlı ünlü yapıtı, o dönemdeki madenciliğin eksiksiz bir anlatımını içerir ve madencilik yazınının doğuşu olarak kabul edilebilir.
Buhar gücü: Buharın ortaya çıkmasına ve bu yeni güç kaynağının, havalandırmada, drenajda ve yukarı çekme işlemlerinde kullanılmaya başlanmasına kadar, madencilik tekniklerinde önemli bir gelişme olmadı. Endüstri devrimi (XVIII. ve XIX. yüzyıllar), 5 000 yıllık madencilik tarihinde eşi görülmemiş bir ilerlemeye yolaçtı. Bu iki yüzyıllık gelişme, madenciliği, yeryüzü kabuğunun madensel zenginliklerinin, dağınık ve gelişigüzel bir biçimde kazıldığı bir işlem olmaktan çıkardı. Bütün dünyayı kapsayan, karmaşık ve yaygın, ama iyi tasarlanıp yönetilen bir endüstri haline getirdi. Ne var ki, söz konusu dönüşümün bedeli ağır oldu. Madenler ve madencilik karmaşık bir nitelik aldıkça, bu alanda çalışan insanların çektikleri acılar da büyüdü. Dünya madenciliği XX. yüzyıla adımını attığında, madenlerde ölenlerin sayısı yılda 50 OOO'i bulmaktaydı. XX. yüzyılın ilk yarısındaki makinalaşma, üretimin büyük bir hızla artmasını sağladı. Ama, insanların yerini makinaların alması, her zaman büyük yararlar getirmedi. Kazmakürek madenciliğinin geride kalması, çoğunlukla, eski ölüm oranının artmasıyla sonuçlandı. Bununla birlikte, son 3040 yıldır alınan sıkı güvenlik önlemleri ile geliştirilen yeni makinalar ve teknikler, genel güvenlik açısından gözle görülür bir düzelme sağladı. Çıkarılan madenlerin ve filizlerin yıllık top
lamının, XX. yüzyıl başlarındaki üretimi kat kat geride bırakmasına karşılık, dünyadaki kaza oranı da % 90 oranında bir düşüş gösterdi. Gene de madencilik, günümüzde de tehlikeli bir uğraş olmayı sürdürmektedir ve madencilerin yerini bütünüyle makinalar alıncaya kadar, çeşitli tehlikelerle karşılaşılması kaçınılmazdır.
Tehlikeye atılan insanların sayısını azaltma zorunluluğu dışında, maden bölgelerinin çoğunda yüksek ücretler ödenmesi de, bü işlerde, insanların yerini makinaların almasını zorunlu kılmıştır. Madenlerin ve filizlerin çıkarılmasında, yüklenmesinde ve taşınmasında kullanılan çeşitli araç ve gereçler geliştirilmiştir.
Ne var ki, madencilikte, gerek işleme süreçleri, gerekse ürünler bakımından büyük farklar söz konusudur ve bu durum, otomatik işleme süreçlerinin madenciliğe doğrudan doğruya uygulanmasını olumsuz yönde etkilemektedir. Başka hiç bir endüstri kolunda, etkili iletişim ve denetim sorunu, madencilikteki kadar önemli değildir. Çünkü, çalışma alanının birkaç kilometrekareye yayıldığı, geniş bir alana dağılmış yirmi ya da daha çok üretim biriminin bulunduğu ve bütün işlemin anında gözlemlenip denetlenemediği çok az endüstri kolu vardır. Bununla birlikte, bütün zorluklara karşın, bütünüyle otomatikleştirilmiş maden kömürü ocakları daha şimdiden çalıştırılmaya başlanmıştır ve daha ileri tasarımlar üstünde de çalışılmaktadır (Bk. KÖMÜR MADENCİLİĞİ). Hem yeraltındaki, hem yerüstündeki sistemlerin denetlenmesinde ve çalıştırılmasında kullanılan elektronik bilgiişlem aygıtları yapılmıştır ve yüklemeboşaltma gibi bütün işlemler, otomatik olarak gerçekleştirilmektedir. Ayrıca, karmaşık taşıma şebekelerinin televizyonla izlenerek otomatik olarak denetlenmesi de, birçok madende uygulanmaktadır. Öte yandan, yukarı taşıma işleminin otomatik olarak gerçekleştirilmesi, günümüz yeraltı madenciliğinin başlıca özelliklerinden biridir.
Alında makinalaşma: Kömür ya da fosfat gibi. madenin oldukça yumuşak olduğu durumlarda, alında yapılan çalışmaları makinalaştırmak bir bakıma kolaydır. Yeraltında yollar açmak ve uzun ayak alınlarından maden parçaları koparıp yüklemek için, otomatik olarak çalışan makinalar geliştirilmiştir. Ne var ki, demir madeni filizi gibi sert tabakalar bu biçimde kazılmaya elverişli değildir. Kayanın sertliği ve yatakların düzensizliği nedeniyle, filizi yeraltındaki ana parçadan koparma işlemini makinalaştırmak güçtür. Dolayısıyle, yeraltı metal madenciliğine ilişkin yöntemlerin çoğu, damarın çalışma kesitlerine bölünmesini gerektirir. Bunlar, yeraltı hazırlık tünellerinde kullanılan PATLAYICILAR'la yerlerinden kopartılır.
Patlatma çalışmalarında, filiz alnının 2 3 m derinliğine 2.5 5 cm çapında delikler açılır. Patlayıcılar, bu deliklere yerleştirilir ve patlatılır. Böylece, ana
gövdeden koparılan filiz, yerüstüne taşınmak için araçlara yüklenmeye hazır duruma getirilmiş olur. Kullanılan patlayıcı miktarı, koşullara göre değişir. Bununla birlikte, yaklaşık 3 m derinliğindeki bir deliğe, 2 kg patlayıcı yerleştirildiğinde, aşağı yukarı 3 ton filiz elde edilebileceği söylenebilir. Bazı durumlarda, ya aynı anda birçok patlayıcı birden ya da birkaç patlayıcı hızla birbiri ardınca patlatılır. Çalışanlara zarar vermemesi için, patlama, genellikle vardiya aralarında gerçekleştirilir ve sağlığa zararlı dumanların iyice dağılması için belli bir süre beklenilir.
Madencilik işlemlerinin boyutları: Çeşitli maden, filiz ve kayaların dünyadaki yıllık ortalama üretimi şöyledir: Metal filizleri (2 000 000 000 ton); metalsiz filizler (1400 000 000 ton); yol ve yapı taşları, kum ve çakıltaşlan (3 500 000 000 ton); kömür (3 000 000 000 ton).
Açık tavanlı işletmeler, bütün maden üretiminin aşağı yukarı % 70'ini kapsar. Bazı açık tavanlı işletmelerde, taşınacak örtü kütlesinin, maden yatağının kendisinden 1020 kat daha büyük olduğu düşünülürse, dünya madenciliğinde her yıl (artıklar dahil) 500 milyar ton madde taşındığı daha kolay anlaşılır. Madencilik çalışmaları, büyüklük bakımından çok farklıdır. İkiüç işçinin çalıştığı ve yılda birkaç bin ton filiz üreten madenlerden, Güney Afrika'daki, her birinde 15 000 işçi çalışan ve 3,7 kilometreyi bulan derinliklerden her yıl milyonlarca ton altın çıkarılan dev altın madenlerine kadar, çok farklı büyüklükte madenler vardır. Bu kadar derinde yürütülen çalışmalarda kayaların sıcaklığı çok yüksek olduğu için, havanın, dev soğutma aygıtlarıyla soğutulması gerekir.
Dünyanın en büyük yeraltı madeni, İsveç'in Lapland bölgesinde, yılda 15 milyon ton yüksek nitelikli magnetit üreten, dev Kiruna demir filizi madenidir. Açık tavanlı işletmelerdeyse A.B.D'nin Utah eyaletindeki Bingham Canyon bakır madeni, üretim sıra
sında başta gelir. Bu madende, günde yaklaşık 250 bin ton artık kaya çıkarılır ve günde, yüzde 0,7 bakır içeren 90 bin ton bakır filizi elde edilir.
Açık tavan işletmeciliği mi, yoksa yeraltı madenciliği mi yapılacağı, yüzeyin özellikleri, maden yatağı ve çevresindeki kayaların yerbilimsel koşulları, yatağın büyüklüğü ve olası değeri, çevresel sınırlamalar, maden yatağının derinliği, vb. pek çok etken titizlikle incelendikten sonra kararlaştırılır. . Koşullar elverişliyse hem yatırım, hem de maliyet açısından daha ucuz olduğundan, genellikle acık tavanlı işletmecilik yeğlenir.
Madencilik sistemleri: Daha önce de belirtildiği gibi, madencilik, genellikle açık tavanlı işletme ve yeraltı madenciliği diye iki ana başlık altında toplanabilir. Bunlar da kendi içlerinde çeşitli sınıflara ayrılabilir. Açık tavanlı madencilik, maden filizi yatağının aşağı doğru uzandığı açık tavanlı işletmeleri ve maden yatağının dikey kalınlığının çok sınırlı olduğu, ama yatay yönlerde bir hayli uzandığı durumlarda uygulanan ekskavatörle maden çıkarma yöntemi gibi işlemleri içerir. Yüzeye yakın bulunan kömür damarları, ekskavatörle maden çıkarmaya özellikle elverişlidir. Ayrıca, açık tavanlı işletmelerin başka bir türüne de, granit ve kireçtaşı gibi maddelerin çıkarıldığı taş ocaklarında raslanır.
Alüvyonlu KALAY madenciliği, yüz yılı aşkın bir süredir yapılmaktadır; ama son yıllarda, oldukça geliştirilmiştir. Bu teknik, çeşitli değerli ürünlerin, deniz yatağından taranarak çıkarılmasına dayanır. Söz konusu ürünler arasında elmas ve belki daha sıradan, ama çok önemli olan kum ve çakıltaşı yatakları vardır. Bu gevşek yataklar, çarklı ve kepçeli ya da emme pompalı taraklarla işlenir. Ticari deniz madenciliği çalışmalarının genellikle 60 metre derinlikle sınırlı olmasına karşılık, Büyük Okyanus'ta 900 metre derinden manganez yumruları çıkarma amacıyla, hava emme pompaları kullanılmıştır. Bazı uzmanlar, deniz yataklarında 3,5 kilometre derinliğe kadar maden çıkarma çalışmalarının yapılabileceği vt bu yoldan elde edilecek değerli madenlerin, karadaki toplam maden rezervlerini aşacağı kanısındadırlar.
Başka bir açık tavanlı madencilik tekniği de sondajdır. KÜKÜRT çıkarmak için uygulanan Frasch sürecinde, sondaj kuyusuna yerleştirilen borulardan aşağı kaynar su basılır. Kaynar su, kükürtü eritir. Eriyip sıvı hale gelen kükürt, yüzeye pompayla çekilir. Başka bir yöntem de, kuyudan aşağı eritici bir sıvının akıtılmasıyla gerçekleştirilir. Sıvı, maden yatağını çözündürür ve orfaya çıkan çözelti, pompalarla yüzeye çıkarılır.'Bu sistem en çok TUZ madenciliğinde (çözücü olarak sudan yararlanılır) kullanılır. Ne var ki, çözelti madenciliği, potas'gibi öteki madenleri ayırıcı bir biçimde çözündürme amacıyla da kullanılmıştır. Yüklü çözelti, yüzeye ulaştığında, işlemden geçirilir ve değerli maden yeniden elde edilir.
Kil gibi bazı yumuşak yerüstü yataklarının çıkarılmasında, kili yerinden koparmak için yüksek basınçlı pompalar (yaklaşık 7 bar'a kadar) kullanılır; sonra kil. isleneceği aygıta aktarılır. «Sulu madenci
lik» adı verilen bu yöntem, Avrupa'daki, özellikle de S.S.C.B'ndeki yeraltı kömür madenlerinde belirli ölçüde kullanılmıştır.
Yeraltından maden filizi çıkarmanın çok farklı teknikleri vardır. Bunlar, maden yatağının büyüklüğüne, biçimine ve yerbilimsel özelliklerine göre değişir. Büyük kütlelerde göçertme yöntemi kullanılabilir: Madenin içinde tüneller açılır; maden patlamayla yıkıldığınaa, yukardan içeri doğru çökerek, aşağıdaki toplama düzeyine iner. Kazı yöntemindeyse, maden filizi çeşitli düzeylerden kazılır. Bu teknik, hem kütlesel maden yatakları, hem de damarlı yataklar için elverişlidir. Bir başka yöntem de «oda ve topuk» yöntemidir. Çeşitli odalar kazılır ve tavanı desteklemek için arada topuklar bırakılır.
özel yeraltı madencilik teknikleri: Avrupa'daki birkaç deneme işletmesinden, çeşitli teknik nedenlerden ötürü pek başarılı sonuçlar alınmamış olmasına karşılık, bazı kömür madeni bölgelerinde, niteliksiz kömür damarlarının yeraltında gazlaştırılması yöntemi yaygın biçimde uygulanmaktadır. Kömür damarının bulunduğu yere kuyular açılır. Kömür, yeraltında tutuşturulur ve oluşan gazlar, borularla yüzeye çıkarılır. Bu tür gazların ısıtıcı değeri düşüktür (doğal gazın ısıtıcı değerinin aşağı yukarı beşte biri kadar). Dolayısıyle, kullanılacağı yere kadar borularla iletilmesi ekonomik olmaz.
Zaman zaman uygulanan bir başka sistem de süzme tekniğidir. Bu teknik, hidrometalürji ilkelerini birleştirir ve genellikle, yeraltındaki kırılmış maden filizinin üstünden zayıf bir asidin geçirilmesiyle gerçekleştirilir. Asit, madeni, kırılmış kayaç parçasından çözündürür ve çözünen maden, pompalarla yüzeye çıkarılır. Yerinde süzme, birçok bakımdan çözelti madenciliğine benzer. Aralarındaki temel ayrım, süzme tekniğinde, yatağın yalnızca madensel içeriğinin çözündürülmesidir. Çözündürülen bölüm, filiz yatağ kütlesinin yüzde 1 kadarlık bir parçasıdır. Yerinde süzme tekniğinin başlıca güçlüğü, aşağı yukarı her zaman, filiz kütlesinin öteki madencilik işlemleriyle parçalanmasını gerektirmesidir. Yeterince filiz koparmanın ekonomik yöntemlerinden biri de, yeraltında nükleer patlayıcılar kullanmaktır. Nükleer patlayıcıların, yeraltında patlatılmış olmalarına ve etkilerinin belirlenmesine karşılık, bu tür denemeler, hiç bir biçimde madencilik işlemleriyle birleştirilmemiştir ve nükleer madenciliğe izin verilmesi, çok uzak bir olasılıktır.


Kaynak:4-cilt: 4

Nüve Forum » kütüphane » Bilim ve Teknoloji » Araçlar ve Gereçler »