ATEX ve MADENCİLİK

Yeraltı Kömür Madenlerinde Patlama Tehlikesinin Değerlendirilmesi ve Önlemesi için ATEX e göre Belgelendirme

Madenlerdeki Patlayıcı Ortam:

Yeraltı Madenlerinde bulunan gazlar, oksijen azalması da dâhil olmak üzere insan sağlığı için zararlı gazlardır. İngilizcede “damp” olarak kullanılan ifade muhtemelen “sis” ya da “buhar” anlamına gelen ve Almanca “dampf” kelimesinin karşılığı olarak kullanılmaktadır

İngilizce de “Firedamp” kelimesi ise metan gazı; kömür ve diğer karbon içeren maddelerin ayrışmasından kaynaklanan diğer alevlenebilir gazların hava ile karışımı anlamındadır. “Damp” kelimesinin farklı tiplerinden birisi de, Fransızca da “Grizu” olarak isimlendirilen “Firedamp” olarak bilinen “Metan” ve oksijen ile belirli bir oranda karışımları alevlenebilen ve kömürün ya da diğer karbon içeren maddelerin ayrışmasından sonra oluşan diğer gazlardır. Türkiye’de (ve özellikle Cumhuriyetin ilanından önce ve kömür ocaklarının millileştirildiği 1940 lı yıllara kadar Zonguldak kömür madenleri Fransızlar tarafından işletildiğinden) geleneksel olarak Fransızca’ dan gelen bir terim olarak “grizu” tabiri çoğunlukla kullanılmaktadır. Grizu tabiri patlayıcı ortamlarla ilgili sözlü ifadedeki kullanıma ve Türkçe teknik literatüre de girmiş olduğundan bundan böyle de madencilikte patlayıcı ortamın asıl nedeni olarak grizu tabiri kullanılacaktır

Metan gazının hava ile patlayıcı karışım oluşturması için ortamda %1-%14 oranında bulunması gerekmektedir. Yani metan gazının atmosferik ortamda %1 den itibaren %14 e kadar bulunması her an patlayıcı olabilmektedir. Patlama olduktan sonra da ortamda karbon dioksit ve azot gibi bazı gazlar da bulunabilmektedir.

Karbon dioksit yeraltı madenlerinde oksijen azalmasına bağlı olarak da ortaya çıkan ve boğucu tehlikesi olan bir gazdır.

Madenlerde Patlamaya Karşı Korumanın Tarihçesi:

Grizunun varlığının anlaşılması için tarihte farklı metotlar kullanılmıştır

En eski ve bir başka ve yöntem olarak da kanarya kullanılıyordu, zira kuş çok küçük miktarda bile bir zararlı gaz soluduğunda hemen ölüyordu ve öylece madenciyi gaz varlığı hakkında uyarmış oluyordu.

Bir başka yöntem ise şöyle idi: Hristiyanlık inanışında işlediği suçlardan dolayı günahlarından pişmanlık duyan bir kişi kilisede papaz karşısında günah çıkarmaktadır. Kendisine günah çıkarılan papaz eğer bu günahkârın işlediği suçlardan pişman olduğuna kanaat getirirse kendisinin bir maden ocağında grizu araması yapmasını önermekte ve kişinin de bu şekilde günahlarından kurtulacağına inandığı takdirde bu şekilde kömür madeni ocağında görevlendirilmekte idi. Kişinin üzerine kapüşonlu kalın bir giysi (çuval benzeri) giydirilmekte ve bu giysi devamlı olarak ıslatılmakta idi. Kişinin elinde tutuğu uzunca bir çubuğun ucunda devamlı olarak bir alev bulunmakta ve kişi bu çubuğu maden ocağında sürünerek ilerlemekte ve ocağının tavanına uzatarak ve sürekli gezdirerek grizunu bulunup bulunmadığını taramakta idi. Ancak bu alev bir grizuya temas ettiğinde çıkan patlama ve yangın sonucunda o kişinin de hayatını kaybetmesi sonucunda hayatını kaybetmesi göze alınarak bir kişinin (günahkâr da olsa) feda edilmesi ile daha fazla can kaybının önlendiği düşünülmekte idi. Bu çok ilkel bir yöntem olmakla birlikte bu olayın 1800 lü yıllarda olduğu dikkate alınırsa bundan sonraki zaman içerisinde daha insani ve teknik yöntemlerin gelişmesi ile yeni yöntemlerin araştırılmasına girişilmiştir

Mines and Miners (L. Simonin, 1868) SCIENCE PHOTO LIBRARY

Engraving by Gauchard-Brunier, published in Mines and Miners (L. Simonin, 1868)

Yukarıdaki iki resim için açıklama:

Bu resimler 19. yy. da yeraltı kömür madeninde meydana gelen patlamayı tasvir etmektedir. Ancak bu patlama grizu patlaması değildir. Bu patlama barutun (blasting powder) ateşlenmesi ile meydana gelen patlamadır. Buradaki amaç kömüre ulaşmak için karşılaşılan kayaların patlatılmasıdır. Kayaların oyuklarına barut tozu dökülerek ateşlenmesi ile bu patlama oluşturulur idi. Pek çok iş kazasına, ölüm ve yaralanmalara yol açan bu tekniğin yerini daha sonraları barut yerine kullanılan dinamit almıştır. Halen de yer altı kömür ocaklarında kayaların parçalanması amacı ile dinamit kullanılmaya devam edilmektedir. Yeraltı maden ocaklarında kullanılan dinamitler özel yapıda olan ve bu amaç için üretilmiş dinamitlerdir. Dinamitin ateşlenmesi ise “manyeto” adı ile bilinen ve İngilizcesi “Blasting Machine” olan özel bir araç ile yapılmaktadır. (http://www.vsv.biz/index_eng.htm) Bu ekipman kendi içerisinde meydana gelebilecek ateşleme sonucunda oluşabilecek patlamayı dışarıdaki grizulu muhtemel patlayıcı ortama sızdırmayacak muhafazası olan “d” tipi alevsızdırmaz koruma tipine uygun bir ekipmandır. Ancak ekipmanın uçları arasına dinamiti ateşleyecek kapsüle bağlanan kablolar mevcuttur. Bu kablolarda yaklaşık 4 Volt civarında elektriksel gerilim mevcuttur. Dolayısı ile bu gerilim değerinin oluşturacağı elektriksel enerjinin de kısıtlanması gerekir. Bu enerji manyetonun uçları arasındaki 4 voltluk gerilimin en fazla 2-4 saniye arasında olması gerekmektedir. Gerilimin ortamda 2 milisaniyeden az olması kapsülün patlamasına yol açmamaktadır, 4 milisaniyeden de fazla olması ise ortamdaki grizunun patlamasına yol açabilecek kadar elektrik enerjisinin muhtemel patlayıcı ortamda var olması anlamına gelmektedir. Bu nedenlerle manyetonun uçları arasında var olan elektriksel 4 volt civarındaki gerilimin her durumda 2-4 milisaniye arasında olması gerekir. Bu ise her ayda bir kere manyeto uçları arasında üretilen gerilimin bu değerlerde tutulabilmesi için ilgili maden işletmesince kontrolü nün yapılarak sağlanabilir. Bu test her ay yapılmak sureti ile eğer gerilim değeri ortamda 2 milisaniyeden az veya 4 milisaniyeden fazla ise bu değer manyeto bobini ayarlanarak 2-4 milisaniye arasına ayarlanarak kayıt altına alınmalıdır.

Ancak grizu patlaması böyle planlı olan bir patlama değildir. Yer altında ve de özellikle kömür madeni ocaklarında aniden ve hiç beklenmedik bir anda ortaya çıkan metan gazının oluşturduğu grizu patlamaları, eğer kömür tozunu da tetikleyecek olursa çok daha büyük can ve mal kayıplarına sebep olabilmektedir

Bu nedenle gerek metan gazının taranması ve gerekse kömür madeni ocaklarında kullanılan elektrikli teçhizatın patlamaya yol açmaması için zamanla bazı teknikler ve yöntemler geliştirilmiştir

Metan gazının algılanması ve kontrol edilebilmesi amacı ile geliştirilen ilk yöntemlerden biri de Davy Emniyet Lambası (Davy Safety Lamp) dır. Lamba alevinin parlaklığı ve yükselmesi grizunun varlığını gösteriyor idi; eğer alev sönüyor ise ortamda karbondioksit varlığına işaret ediyordu

Grizunun algılanması ve ölçülmesi için şimdi özellikle kömür madeni ocaklarında taşınabilir (portatif) nitelikte özel kalorimetrik metan ölçme aygıtı (detektör) kullanılmaktadır. Taşınabilir metan ölçme aygıtının minimum 30 saat boyunca enerji sağlayabilen bağımsız bir enerji ünitesi bulunmaktadır. Metan ölçme aygıtının pilleri şarjlı pil olup, şarj cihazı yardımıyla doldurulmaktadır. Şarj etme işlemi güvenli bölgede yapılmalıdır. Patlama tehlikesi bulunan yerlerde metan ölçme aygıtı kendinden güvenlikli bir besleyici cihaz ile kullanılabilir. Besleyici cihaz aynı anda hem metan ölçme aygıtına elektrik sağlarken hem de cihazın pillerini düşük bir akım ile şarj edebilmektedir. Metan ölçme aygıtının ayrıca iki kesici çıkışı bulunmaktadır. Bu çıkışlar belirli parametrelerin aşılması durumunda diğer cihazları otomatik olarak kapatmak amacıyla kullanılabilmektedir. Metan ölçme aygıtı M1 kategorili () bir cihazdır. Bu sayede metan ve/veya kömür tozu patlaması tehlikesi bulunan yeraltı maden ocaklarında kullanılabilmektedir. Bu tür cihazlar ATEX e göre olarak işaretlenir

M1 kategorisi ATEX 2014/34/EU adlı Avrupa Birliği ATEX 2014/34/EU direktifinde tanımlanmış bir kategoridir. Madende oluşabilecek muhtemel grizu patlamasına karşı çok yüksek seviyede korunma sağlayabilecek şekilde tasarımlanmış ve gerektiğinde buna yönelik olarak ilave özel korunma vasıtaları ile teçhiz edilmiş teçhizatı kapsar. Bu kategorideki teçhizatın, madenlerin yeraltı bölümlerinde ve bu madenlerin grizu ve/veya yanıcı toz tehlikesi altındaki yerüstü bölümlerinde kullanılması için tasarımlanmıştır. Bu kategorideki teçhizatın, patlayıcı bir ortam nedeniyle istisnai patlama riski olabilecek olaylarda bile çalışır durumda kalması gerekir ve aşağıdaki gibi korunma vasıtaları ile karakterize edilir:

 

- Bir korunma vasıtası arıza yaptığında "en azından bağımsız ikinci bir vasıta gerekli olan korunma seviyesi"ni sağlar veya

- Gerekli korunma seviyesi "birbirinden bağımsız olarak iki arıza olması" durumunda sağlanır

 

Bu kategorideki teçhizat ATEX 2014/34/EU direktifinin Annex -II’ nin Madde 2.0.1’inde belirtilen ilave gereklere uygun olmalıdır. Bu kategoriye sahip teçhizatarasında genellikle düşük akım mertebesindeki ölçme ve kontrol teçhizatı ile yeni teknolojiye uygun ve uzun süre örneğin bir vardiya (8 saat) süresinden (yaklaşık 10 11 saat süre ile kullanılabilen) içi elektronik devreler ile donatılmış madenci baş lambaları bulunmaktadır. Bu lambalar kordonu ile aküye bağlantılı olabileceği gibi, bataryası kendi içine gömülü ve kablosuz yani harici aküsü olmayan tipleri de bulunmaktadır

Grizu patlamasına karşı koruma tiplerinin yer aldığı bir başka kategori ise M2 kategorisi (); ATEX 2014/34/EU  Avrupa Birliği ATEX 2014/34/EU direktifinde tanımlanmış bir başka kategoridir ve direktifte şöyle tanımlanmaktadır:

 

  • Üretici tarafından belirlenen işletme parametrelerine uygun çalışabilecek ve patlamaya karşı yüksek seviyede korunma sağlayabilecek şekilde tasarımlanmış teçhizatı kapsar

  • Bu kategorideki teçhizat, madenlerin yeraltı bölümlerinde ve bu madenlerin grizu ve/veya yanıcı toz tehlikesine maruz kalabilecek yerüstü bölümlerinde kullanılması için tasarımlanmıştır

  • M2 kategorisindeki bu teçhizatın, bir patlayıcı ortam oluşması halinde enerjisinin kesilmesi gerekmektedir. Bu kategorideki teçhizatla ilgili korunma kavramı, normal çalışma esnasında ve aynı zamanda daha ağır çalışma şartları söz konusu olduğunda, özellikle de maden şartlarındaki kötü muamele (darbeye maruz kalma) ve değişen ortam ve çalışma şartları altında (korozyon ve/veya ağır teçhizat kullanımı) gerekli korunma seviyesini sağlar. Bu kategorideki teçhizat, ATEX Direktifi Annex II’nin Madde 2.0.2’sinde belirtilen ilave şartlara uygun olmalıdır.

M1 ve M2 kategorileri arasındaki en önemli fark şudur:

  • M1 kategorili teçhizatın enerjisi grizulu ortamda kesilmez ve çalışmaya devam edebilir. Örneğin madenci baretine takılı M1 kategorili baş lambası madende ani bir gaz çıkışı olduğunda veya bir kaza sonrasında kurtarma ekiplerinin baretlerinde bulunan bir madenci baş lambası bu tür bir çalışma süresince kendi enerjisi ile kullanılabilmelidir. Ya da aynı şekilde bir gaz ölçme teçhizatı aynı ortamda kullanılabilmelidir.M1 kategorili bir teçhizatın belgelendirilmesinde uygulanan koruma tipi i- tipi olarak isimlendirilen kendinden emniyetli (intrinsically safe) koruma tipidir

  • M2 kategorili teçhizatın enerjisi ise, grizulu oram algılandığında kesilmesi gerekir. M2 kategorili teçhizata genellikle grizu içeren yeraltı maden (özellikle kömür madeni) ocaklarında kullanılan yüksek akım ve gerilim değerlerinde çalışan ve şalt tesisatı olarak bilinen teçhizata ve elektrikli olmayan diğer teçhizata uygulanır. Bu tür teçhizat örnekleri ve ATEX Direktifine göre belgelendirilmelerindeki koruma tipleri ile belgelendirme esasları şunlardır:

  •  Elektrik Motoru: Genellikle madenlerdeki kömür taşınmasında kullanılan konveyör bantlarının işletilmesinde kullanılan elektrik motorları d- tipi alevsızdırmaz (flame proof) korumalı olarak IEC EN 60079-0 Genel gereklilikler ile IEC EN 60079-1 d- tipi alevsızdırmazlık standartlarına göre belgelendirilir. ATEX 2014/34/EU direktifine Annex III e göre EU-Tip İnceleme Belgesi ile sertifikalandırılan motorun üreticisinin de;

  • Eğer ISO 9001 esaslı KYS (Kalite Yönetim Sistemine) sistemine sahip ise ATEX 2014/34/EU Annex VII (Modül E: Ürün kalite güvencesini esas alan tipe uygunluk) e göre Kalite Güvencesi Onayı belgesi ile belgelendirilmesi veya

  • Eğer ISO 9001 esaslı KYS (Kalite Yönetim Sistemine) sistemine sahip değil ise ATEX 2014/34/EU Annex VI Modül C1: Denetimli ürün deneyi ve üretimin dâhili kontrolünü esas alan tipe uygunluk modülünü uygulayarak, ürünü üzerine CE işaretini basabilme yetkisine sahip olması gerekir. CE işaretine vurma yetkisine sahip olan üretici ürününün yeraltı maden ocaklarını grizu patlama atmosferinde kullanılabileceğine dair bir taahhüt olan "CE- Uygunluk Beyanı" (CE- Declaration of Conformity) düzenlemelidir

Yeraltı maden ocağında kullanılacak bir elektrik motorunun ATEX işaretlemesi şeklindedir. Eğer standart işaretlemesi gerekiyorsa yukarıdaki ATEX işaretlemesinin devamı olarak IEC/EN 60079-0: 2018 standardı Annex ZY.3 e göre Ex d I Mb işaretlemesi de eklenebilir

 MAZ –Zonguldak 18.5 kW Elektrik Motoru AB Uygunluk Beyanı

MAZ Zonguldak 37 kW Elektrik Motoru AB Uygunluk Beyanı

Aynı belgelendirme prosedürlerine tabi olarak Grup IM2 Kategorisine tabi olan maden teçhizatı şunlardır:

Maden ocaklarında kullanılan Konveyör bandın "Tehlike Değerlendirmesi" için TS EN/IEC 80079-38 Annex A ya (An Example of an ignition hazard assessment for a mining conveyor EPL Mb) bakılmalıdır

  • Konveyör Kumanda Sistemi: Konveyörün hızının azaltılıp çoğaltılmasını ve/veya durdurulmasını (acil durdurma dâhil) sağlayan kumanda-kontrol sistemidir. Kapsamında elektrikli teçhizat bulunduğu için maden şartlarına göre ATEX 2014/34/EU direktifine göre belgelendirilmesi gerekir

  • HANSEN Konveyör Kumanda-Kontrol Sistemi

  •  Madende Havalandırma: Cebri atmosferik havalandırmanın yapılması yeraltı çalışanları için kullanılan yöntemlerden biridir. Ancak yeraltı katlarına hava taşıyan havalandırma borularının (fantüp) plastik (PVC) malzemeden yapılması, üzerinde oluşturabileceği statik elektrik riskini taşımaktadır.

  • Madende Termit Reaksiyonunun Önemi: Termit reaksiyon demir oksit (Fe2O3) ile alüminyumun(Al) teması sonucunda grizuyu ateşleyecek kadar yüksek seviyede sıcaklık oluşması mümkündür. Madenlerde bol miktarda paslı demir (demir oksit) bulunduğundan bunların herhangi bir teçhizatın alüminyum içeren yüzeyi (alaşım şeklinde de olsa) ile teması grizunun ateşleme tehlikesi nedeni ile, madende alüminyum kullanılmasının kısıtlayıcı şartları vardır. (Bkz: TS EN/IEC 60079-0 : 2018 Clause 8.1)

  • Maden Lokomotifleri: Yeraltı kömür madeni ocaklarında;

    - Dizel Lokomotif: Madende Kömür taşımacılığında kullanılır. ATEX 2014/34/EU direktifine göre TS EN 1834-2 grizu veya tozlara hassas olan yeraltındaki çalışmalarda kullanılan içten yanmalı I. Grup motorlar standardına uygun olarak belgelendirilmelidir. Bkz: ATEX de Yeraltı Maden Ocaklarında Kullanılan “İçten Yanmalı Motor” Belgelendirilmesi

    - Elektrikli Lokomotif (Trolley): Madende insan nakliyatında kullanılır. Tüm teçhizatın elektrikli aksamı Grup I yeraltı şartlarına göre belgelendirilmeli ve üreticinin uygunluk beyanına sahip olması gerekir.

  • Batarya Kutusu: Genellikle lokomotiflerde kullanılan ve elektriksel bağlantı sonucunda belirli bir voltaj değerini sağlaması amaçlanan akümülatörlerin bir arada tutulması için kullanılan muhafaza kutularıdır. Genellikle e- tipi korumalı olarak yapılır.

  • Hidrolik Tahkimat: ATEX 2014/34/EU direktifine göre elektrikli olmayan teçhizat olarak belgelendirilmelidir. TS/ISO/IEC 80079-38: 2016 standardının Clause 8 indeki işaretlemeye göre Ex h I Mb şeklinde işaretlenen elektrikli olmayan bir ekipman olarak bu konuda TS/ISO/IEC 80079-38: 2016 standardının Clause 4.3 ünde elektrikli olmayan teçhizat ile ilgili olarak TS/ISO/IEC 80079-36: 2016 standardına atıfta bulunulmaktadır. Ayrıca aynı standardın Clause 6.3 de hidrolik ve pnömatik sistemler için açıklamalara uyulmalıdır. Bu standartta ise hidrolik konusunda IEC 4413 ve pnömatik konusunda IEC 4414 standartlarına atıflar bulunmaktadır

  • Kömür Kazıyıcı (Shearer Loader): Uygun kömür damarının mevcut olduğu kömür ocaklarında kömürün kazınarak alınabilmesi için kullanılan bir makinedir. Üzerinde yer alan tüm elektrikli kısımlarının patlama korumalı olması gerkeir. ISO/IEC 80079-38: 2016 standardının Annex B sinde bu makinenin patlama koruması için yapılması gereken risk analizi bulunmaktadır. (Example of an ignition hazard assessment for a shearer loader intended for use in a potentially explosive atmosphere of a coal mine)

  • Fren Tertibatı: Kömür Kazıyıcı (shearer loader): durdurulması için kullanılır.

  • Kesici ve Delici Makinalar: Özellikle dik damarlarda (yani Kömür Kazıyıcının-shearer loader kullanılamadığı) maden ocaklarında insan gücü kullanılarak kömür kazılmasının gerektiği yerlerde kömür kazmak için kullanılan ve perforatör (kesici) veya pikör (kazıcı) olarak bilinen ve pnömatik sistemle çalışan makinelerdir. Bu özellikleri nedeni ile patlamaya karşı korumalı olarak kullanılabilmesi için ISO/IEC 80079-38: 2016 standardının Clause 5. 1.2 sinde ki özelliklere sahip olması gerekir. Burada kazıcı/ delicinin sürtünmeden dolayı oluşturabileceği sıcaklığın ateşleme kaynağı oluşturmasının önlenmesi gerekir. Bu amaçla da delicinin (Bkz: ISO/IEC 80079-38: 2016 Clause 5.1.1) ucunun (pick) seçiminde uyulması gereken kurallar şunlardır:

    Kesici ucun kömür tabakası içerisinde bulunabilecek metan gazlı bir çevrede;

    -       Kuvars ile veya

    -       Pirit rezervine temas edebileceği ve kıvılcım/ark çıkarabileceği gözönüne alınmalıdır

ATEX ile ilgili MADENCİLİK STANDARTLARI

-         TS/EN/ IEC 80079-38 Yer altı maden ocaklarında potansiyel patlayıcı ortamlarda kullanılan ortamlarda kullanılan donanımlar ve bileşenler

-         TS/EN/IEC 50628 Yeraltı Madenlerinde Elektrikli Teçhizatın Kurulumu

-         TS/EN/IEC 1804-1+A1 Yeraltı madenciliğinde kullanılan Tahkimat

-         TS/ EN/IEC 1804-2+A1 Yeraltı madenciliğinde kullanılan Tahrikli Direkler

-         TS/EN/IEC 14973+A1_Yeraltı Tesislerinde kullanılan Konveyör Bantların elektriksel ve alevlenebilirlilik özellikleri

Necdet KARABAKAL

Fizik Yük. Müh

www.necdetkarabakal.com

www.exbelgelendirme.com