Yeraltı kömür madenciliğinde metan gazı sorunu ve grizu patlaması

14 Ekim 2022 tarihinde Bartın Amasra’da bir yer altı kömür ocağında ‘Grizu’ patlaması olduğu belirtilen olayda 41 maden çalışanı kaybedilmiştir. Önlenebilir nitelikteki bu olay, yeraltı kömür madenlerindeki iş sağlığı ve güvenliği, metan gazı sorununu yeniden gündeme getirmiştir. Metan, günlük yaşamımızda doğalgaz, madencilikte ise grizu olarak bilinen oluşumun en temel bileşenidir. Metan gazı doğal, renksiz, kokusuz, zehirli olmayan, patlayıcı bir gazdır. Eğer maden havasında, kuyularda, kanalizasyonlarda, çöplüklerde oksijen oranını yüzde 12`nin altına düşürecek kadar mevcut ise boğucu özellik göstermektedir. Belirli oranlarda hava ile karıştığında “grizu” adını alır. Patlamanın olabilmesi için oksijen, uygun karışımda gaz, onu ateşleyecek sıcaklık (ısı kaynağı) ve bu sıcaklığın yeterli süre devam etmesi gerekir. Metan patlaması, maden havasında yüzde 4-15 metan bulunduğu durumlarda gerçekleşebilir. En güçlü patlama, ortam havasında yüzde 9,5 metan oluşumu ile meydana gelir. Metanın yanma sıcaklığı, ısı kaynağına bağlı olarak 650-750 ºC arasında değişmekte, patlamadan sonra çevrede sıcaklık 1800-2500 ºC`ye çıkmaktadır. Havasında yüzde 19’dan az oksijen, yüzde 2’den çok metan, yüzde 0.5’den çok karbondioksit, 50ppm (yüzde 0.005) den çok karbon monoksit ve diğer tehlikeli gazlar bulunan yerlerde çalışılmaz. 8 saatlik çalışma için müsaade edilen en yüksek hidrojen sülfür oranı 20 ppm (yüzde 0,002)’dir.

Yeraltının farklı derinliklerinde biyojenik, magmatik-volkanik,  kömür ve radyoaktif kökenli toprak gazları adını verdiğimiz gazlar bulunur. Karbondioksit, azot gibi boğucu, karbon monoksit, hidrojen sülfür, kükürt dioksit, azot oksitler gibi zehirleyici, patlayıcı metan gazı, radyoaktif ve zehirleyici olan radon gazı ile radyoaktif ve boğucu olan helyum yeraltı madenciliği açısından tehlike oluştururlar. Bunlar arasında en tehlikelisi olan metan gazının yol açtığı grizu patlamasından bahsedeceğim.

Metan gazı bulunuşu

Doğalgazın yüzde 50 ile yüzde 90 arası oranı metandır. Oksijensiz çevrede metanojen bakteri (arkelerde) metan üretimi yapar. Bu canlı türü zorunlu anaerob bakteridir. Başlıca kaynak alanları ıslak alanlar, petrol ve gaz çıkarılması, organik çürümeler, akarsu havzaları, pirinç üretimi, geviş getiren hayvanların fermantasyonlarıdır [1].         

Metan gazı ve grizu

Kimyasal formülü CH₄ olan metan renksiz, kokusuz ve havadan daha hafif bir gazdır. Bu gaz belirli oranlarda hava ile karıştığında “grizu” adını alır. Karışım, kendini oluşturan gazların oranlarına göre yanıcı, patlayıcı veya boğucudur. İçeriğinde ayrıca etan, karbon dioksit ve azot vardır [2, 3].

Kömür yataklarında metan içeriğinin derinlikle ilişkisi

Kömür yatakları, bitkisel artıkların depolanmalarının ardından yüksek basınç ve sıcaklık altında, fiziksel ve kimyasal etmenlerin rol oynamasıyla oluşmuştur. Organik malzemelerin metamorfizmaya maruz kalmaları esnasında gelişen kimyasal tepkimelerin yan ürünlerinden biri de metandır. Oluşan gaz kısmen kömür damarları ve civarındaki kayaçların bünyesindeki boşluklarda (gözenekler ve çatlaklar) tutulurken, kısmen de örtü tabakalarındaki kırık ve çatlaklar vasıtasıyla uzaklaşır. Yatağın sığ seviyelerde oluşması durumunda, metan yeryüzüne çıktığından yoğunluğu azalır. Buna karşın karbon dioksit ve azot yoğunluğu artar. Şayet, kömür derinde yer alıyorsa, damar üstündeki tabaka kalınlığı fazlalaşırken geçirgenlik düşeceğinden, metan bulunduğu ortamda kalır [4, 3]. Yeraltı kömür ocaklarında üretim derinliğine paralel biçimde, grizu riskinin büyüyeceği açıktır.

Derinlik aralığı (m)	Ortalama metan içeriği (m3/ton kömür)
100	0,02
500	0,99
1000	3,73
1500	4,89
2000	7,09

Grizu patlaması nasıl gerçekleşir?

Metan, kapalı ocak maden işletmelerinde üç şekilde maden havasına karışabilir;

1. Metan emisyonu
2. Metan üflenmesi
3. Ani metan çıkışı

Depolanmış haldeki metan gazı, basıncın düşük olduğu yakın noktalara hareketlenir. Sızarak veya püskürerek açığa çıkar ve sonuçta serbest kalıp havayla karışarak grizuyu oluşturur. Madencilik sırasında açığa çıkarak madencilerce ‘grizu’ olarak bilinen metanın, kömür madencisinin yüzleşmek istemediği en büyük tehlikelerden biridir [3].

Grizu patlamasının olabilmesi için metan gazı, oksijen ve karışımın patlamasına neden olan ateşleme kaynağı olmak üzere üç etkenin bir araya gelmesi gerekir. Oksijen miktarı havada yüzde 12-20 arasındaysa, metan miktarı yüzde 7-15 arasındaysa patlama gerçekleşebilir. Oksijen yüzde 12’den az ise metan miktarı yüzde 15’den fazla ise patlama gerçekleşmez. En güçlü patlama ortam havasında yüzde 9,5 metan oluşumu ile meydana gelir. Metanın yanma sıcaklığı, ısı kaynağına bağlı olarak 650-750 ºC arasında değişmekte, patlamadan sonra çevrede sıcaklık 1800-2500 ºC`ye çıkmaktadır  [1, 2]. Patlamadan sonra ortamın basıncı 9 kat artış göstermektedir. Yanan 1 kg metan, 13300 Kcal ısı açığa çıkarmaktadır ki bu oran 1 kg barutta 580 Kcal’dir [6].

Grizu ve oksijen, en azından bazı zamanlarda doğal olarak ortamda bulunmaktadır. Patlamaya neden olacak ısı kaynağı ise kazı ve üretim faaliyetleri esnasında meydana gelir. Bu nedenler;

• Dinamit gibi patlayıcı madde ateşlemeleri,
• Yangınlar ve açık alev,
• Elektrik arkları,
• Elektrostatik boşalım,
• Egzoz gazları,
• Metalin metale sürtünmesi,
• Kayaçların birbirine sürtünmesi,
• Metalin kayaca sürtünmesi şeklinde sıralanabilir [7, 3].

Grizu kazaları incelendiğinde, nerdeyse tamamına yakın bir çoğunlukla, grizu öncesinde üretim ya da başka amaçlı dinamit patlatıldığı bilgisine ulaşılmaktadır. Dinamit sonrası oluşan aşırı sıcaklık, bir patlamanın oluşabilmesi için gerekli üç ana elemanı tanımlayan ve  patlama üçgeni olarak adlandırılan; patlayıcılık aralığındaki patlayıcı gaz derişimi, oksijen/hava ve ateşleyici üçgenindeki ateşleyici olarak işlev gördüğünü anlamına gelmektedir. Sadece bu bilgi bile dinamit patlatmanın çok güvenli koşullarda yapılması hainde kazaların büyük bir çoğunluğunun önüne geçilebileceği anlamına gelmektedir [8].

Grizu patlamalarında kaybedilen sayısı (1983 yılından itibaren)

1983’den 2022 yılına kadar grizu patlamalarından 668 madenci kayıp verilmiştir.

1983’de Zonguldak ili Armutçuk’ta 103 kişi, Kozlu’da 10 kişi,

1990’da Amasya Yeniçeltik’te 68 kişi, Bartın Amasra’da 5 kişi,

1992’de Zonguldak Kozlu’da 262 kişi,

1995’de Yozgat Sorgun’da 40 kişi,

1996’da Çankırı Yapraklı’da 5 kişi,

2003’de Karaman Ermenek’te 10 kişi, Bolu Mengen’de 7 kişi,

2004’de Çorum Bayat’ta 3 kişi, Zonguldak Karadon’da 5 kişi,

2005’de Kütahya Gediz’de 18 kişi,

2006’da Balıkesir Dursunbey’de 17 kişi,

2007’de Zonguldak Elvanpazarcık’ta 1 kişi,

2009’da Bursa Mustafakemalpaşa’da 19 kişi,

2010’da Bursa Dursunbey’de 14 kişi, Zonguldak Karadon’da 30 kişi, Kütahya Tavşanlı’da 2 kişi,

2013’de Zonguldak Kozlu’da 8 kişi,

2022’de Bartın Amasra’da 41 kişi kaybedilmiştir.

Nasıl önlem alınmalı?

Grizu patlamalarına karşı daha işletme aşamasına geçilmeden önce ve üretim aşamasında metan gazı drene edilmeli, maden işyerlerinde iş sağlığı ve güvenliği yönetmelik hükümlerine uyulmalı, idari ve teknik önlemler alınmalıdır.

Metan gazının drene edilmesi

Üretim faaliyeti başlamadan önce yapılan metan drenajı uygulamasıyla kömürün içermekte olduğu metanın yüzde 50-90 arasında bir oranda emilimi sağlanmaktadır. Kömür metan içeriğinin yaklaşık 10 m³/ton‘dan fazla olduğu yerlerde üretim öncesi mutlaka metan drenajı yapılması önerilmektedir. Üretim sırasında gerçekleştirilen metan drenajı uygulamasında ise yüzde 30-60 arasında bir oranda metan gazı emilimi sağlanabilmektedir. Metan drenajı üretim faaliyeti başlamadan 2-7 yıl önce yapılmalıdır [9, 10].

Yatay, çapraz sondaj delikleri ve göçükten metan drenajı yapılmaktadır. Yatay sondaj delikleri 300 metrelik delikler kısa delik olarak kabul edilir ve metan emilimi yaklaşık yüzde 20, 1200 metre uzun deliklerden ise metan emilimi yaklaşık yüzde 40 kadardır. Yerüstünden sondajlar ile göçükten metan emilimi sırasında elde edilen gazın metan içeriği yüzde 30 ila yüzde 70 arasında olmaktadır [9, 10].

İş sağlığı ve güvenliği yönünden metan

Yeraltı madenlerinde gazların düzenli olarak ölçümleri yapılarak, ortamda insan sağlığı açısından tehlike yaratacak gazların riskinin bilinmesi ve gerekli önlemlerin alınması gerekir.

Ortamda yüzde 1 metan bulunması durumunda patlatma yapılmaz, yüzde 1,5 metan varsa emniyet amaçlı elektrik kesilir. Havasında yüzde 2’den çok metan tespit edilen ocaklarda, çalışanların kurtarılması ve grizunun temizlenmesi dışında çalışma yapılmaz. Metan oranına göre ayarlı, ses ve ışık uyarısı yapan metan detektörü bulundurulur veya bir merkezden izlenebilecek otomatik kontrol sistemi kurulur. Havada yüzde 1’den çok metan gazı tespitinde, bu oran yüzde 1’in altına düşünceye kadar ölçümler aralıksız sürdürülür.

Bütün grizulu ocakların, havalandırma planında tespit edilen istasyonlarında, en geç 10 günde bir gerekli ölçümler yapılır.

Aynı hava akımından yararlanan ayaklarda ve damar içindeki düz ve eğimli yollarda metan oranı yüzde 1,5’u, bunların bağlandığı hava dönüş yollarında yüzde 1’i geçmez.

Grizulu maden ocaklarında yalnız bu tür ocaklar için uygun olan patlayıcı maddeler ve ateşleyiciler kullanılır.

Ateşleyici grizulu ocaklarda lağım deliklerini doldurmadan önce 25 metre yarıçapındaki bir alan içinde ve özellikle tavandaki boşluklar, çatlaklar ve oyuklarda grizu ölçümü yapar. Bu ölçmede yüzde 1 veya daha yüksek oranda metan tespit edilirse lağımlar doldurulmaz.

Ateşleyici, lağımların doldurulmasından sonra ve ateşlemeden önce ölçümü tekrarlar. Metan oranı yüzde 1’in altındaysa lağımlar ateşlenir, üstündeyse yüzde 1’in altına düşünceye kadar ateşleme yapılmaz. Kömür tozu bulunan veya kömür tozu oluşabilecek kömür damarlarının bulunduğu ocaklarda, ateşlenecek yerlerde lağım delikleri doldurulmadan önce taş tozu serpmek, sulamak gibi koruyucu tedbirler alınır.

14 Ekim 2022 tarihinde Bartın Amasra’da meydana gelen grizu patlaması öncesi bu ölçümlerin yapıldığı ve tedbirlerin tam alınıp alınmadığı bilinmemektedir.

Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanı’nın 18 Ekim 2022 tarihinde TBMM’de yaptığı konuşmada, olayın meydana geldiği gün, saat 18.05’te, ortamdaki metan gazı oranının önce yüzde 1.5 olarak ölçüldüğünü aktarmıştır. Ardından ocakta elektrikler kesildiğini, 18.09’da ise havadaki gaz oranının yüzde 1.69’a yükseldiğini ve bu saatten sonra da hiçbir kayıt alınamadığını, 18.15’te ise patlama yaşandığını belirtmiştir.  

İdari ve teknik önlemler

1812’de Tyneside’de Felling Colliery’deki ciddi patlamadan sonra 19. yüzyılın başlarında Sir Humphry Davy pratik bir güvenlik lambası geliştirerek Grizu patlamalarına karşı önlem alınmasını sağlamıştır.

Metan tespiti için kullanılan detektörler:

1. Otomatik detektörler( alarmlar)
2. Ring Rose alarmı
3. Metan ölçerler (Dijital-normal)
4. Alevli güvenlik lambasıdır.

Metan, oksijen ve ısı kaynağından bir ya da ikisinin kontrol altında tutulmasıyla amaca ulaşılabilir. Bunlar arasında oksijen, aynı zamanda bir gereksinim olduğundan, diğer iki bileşen üzerinde durulması mecburidir. Uzun yıllar, metanı kontrol etme ve ortamdan uzaklaştırmada etkin bir havalandırma çözüm olarak görülmüş ve uygulanmıştır. Bu amaçla, havalandırma ilkelerine uygun, basit ve doğal havalandırma yerine mekanik bir havalandırma sistemi uygulanması, tavan ve taban yollarının doğru oluşturulması, üretim panolarının ana sisteme bağlanması, hava kaçaklarının mümkün mertebe engellenmesi belli başlı tedbirlerdir. Fakat hem güvenlik sakıncaları, hem de ekonomik sınırlardan dolayı havalandırma bir başına kâfi çözüm değildir.

Bir diğer konu, patlatma malzeme ve işlemlerinin hatasız kullanılması, uygun elektrik tesisatının kurulmasıdır. Ayrıca, gaz izleme ve kontrol sistemleriyle, gerektiğinde faaliyetleri durdurarak ocağın boşaltılması yoluna gidilmesi ve metan yoğunluğunun istenen değere düşünceye dek beklenmesi kullanılan yöntemler arasındadır.

Son yıllarda giderek yaygınlaşan ve etkin olan bir yöntem de metan drenajıdır. Üretim sırasında oluşan uzun ayak gerisinde sondaj yapılarak gazın biriktiği noktalara ulaşılıp çekilmesidir. Ortalama yüzde 50-60, bazen yüzde 90’a kadar saf metan ocak dışına alınabilir [4, 3].

Yaşanan kazaların ülkelerin gelişmişlik düzeyi ile ilgili olması da bunun açık bir göstergesidir. Madenciliğin zorlu bir uğrağı olduğu gerçeğinden hareketle; bilimsel doğrulara dayalı, deneyimden olabildiğince yararlanılan, denetimlerin aksatılmadığı ve izlemenin sıkı yürütüldüğü, çalışanın eğitiminin olmazsa olmaz olduğunun unutulmadığı ve yatırımların gecikmesine izin verilmediği işletmelerde kazların tamamen olmasa da, önemli ölçüde önleneceği bilinmelidir [3].

Dr. Eşref Atabey

Jeoloji Yüksek Mühendisi  / Tıbbi Jeoloji Uzmanı / Yazar 

Kaynaklar

[1] Atabey, E. 2005. Tıbbi Jeoloji. JMO yayını:88, 194s.

[2] Keskinpala, M, “Madencileri bekleyen tehlike:

Grizu”,(http://www.riskmed.com.tr/images/stories/dokumanlar/coward.jpg)

[3] Karadeniz, M. 2010. Kömür ocaklarının sorunu: Grizu. MTA Doğal Kaynaklar ve ekonomi bülteni, sayı 9.

[4] Güney M. “Metan, Metan Drenajı ve Zonguldak Kömür Ocaklarında Uygulama imkânları”, (www.maden.org.tr/resimler/ekler/9be9f8 3741d1275_ek.pdf)

[5] http://www.worldcoal.org/coal/coal-seammethane/

[6] S. Durucan, J. S .Edwards, 2007.Department of Mining Engineering, University of Nottingham,

University Park, Nottingham Ng7 2rd (United Kingdom), http://dx.doi.org/10.1016/S0167

9031(86)90357-9

[7] Ökten, G., ve Yazıcı, S., “Mekanize kazıda Grizu Patlamaları”

(http://www.maden.org.tr/resimler/ekler/351bf9dce654515_ek.pdf)

[8] https://www.maden.org.tr/genel/bizden_detay.php?kod=8735

[9] http://orhankural.net/wp-content/uploads/2012/04/madencilikte-yüzde c3yüzde b6zel-konular-2-son.pdf

[10] http://cat.cu.edu.tr/egitim/levent.pdf

Maden işyerlerinde iş sağlığı ve güvenliği yönetmeliği. Resmi Gazete tarih:19.9.2013, sayı: 28770.