Maden Vantilatörü Nedir? Maden Havalandırma Fanlarının Temel Kavramları

Maden ventilatörü nedir?

Maden ventilatörü (mine ventilation fan olarak da anılır), yeraltı madeninde veya tünelde temiz havayı dolaştırmak için kullanılan büyük bir endüstriyel fandır. Temel görevi; yeterli temiz havayı sağlamak, tozu ve zararlı gazları seyrelterek taşımak, sıcaklık ve nemi kontrol etmek ve madenciler için güvenli bir çalışma ortamını sürdürmektir.

Doğru tasarlanmamış veya iyi kontrol edilmeyen havalandırma fanları, yeraltında metan, dizel dumanı, patlatma gazları ve solunabilir tozun hızla birikmesine yol açabilir; bu da patlama, zehirlenme ve uzun vadeli akciğer hastalığı risklerini ciddi biçimde artırır.

Madencilikte havalandırma fanları neden kritiktir?

Modern yeraltı madenleri, genellikle şu bileşenlerden oluşan bütüncül bir havalandırma sistemine dayanır:

• Ana hava yolları ve dönüş hava yolları

• Şaftlar ve bacalar (raises)

• Barajlar/perdeler (stoppings), kapılar, regülatörler ve hava kanalları (ducting)

• Ve hava akımını süren bir veya birden fazla büyük maden fanı

        Şekil: Emiş şaftı, yüzeyde ana fan, galeride lokal fanlar ve dönüş hava şaftı ile basitleştirilmiş yeraltı maden havalandırma sistemi.

Maden fanları bu sistemin motoru gibidir. Şunları sağlar:

• Yüzeyden yeraltına temiz havayı iter veya yeraltından çekerek dolaştırır

• Metan, CO, NOx, SO₂ ve benzeri gazları güvenli seviyelere seyrelterek taşır

• Ayakta ve yükleme noktalarında toz konsantrasyonunu kontrol eder

• Derin madencilikte kayaç ve ekipman kaynaklı ısı ve nemi uzaklaştırır

• Kirleticilerin ölü bölgelerde asılı kalmaması için hava hızını korur

Bu nedenle iyi tasarlanmış bir fan sistemi, maden güvenliği yönetiminin en kritik parçalarından biridir.

Maden fanlarının ana türleri

Maden havalandırma mühendisliğinde fanlar genellikle marka yerine görev ve konuma göre sınıflandırılır.

1) Ana (Birincil) fanlar

Şekil: Yeraltı ve açık ocak/pit çalışmalarına hava akışı sağlayan yüzey ana maden fanı istasyonu.   

Ana fanlar (primary/main fans), genellikle ana şaft veya ana giriş galerisi yakınında yüzeye kurulan yüksek kapasiteli fanlardır. Tüm havalandırma devresinin basıncının ve debisinin büyük bölümünü üretirler.

Tipik özellikler:

• Yüzeyde fan binası veya beton bir yapı içinde kurulum

• Güvenilirlik için çoğunlukla görev + yedek (duty + standby) düzeni

• Verimi artırmak için susturucu, difüzör ve giriş konisi gibi parçalar

• Yüksek güçlü motorlar ve sıklıkla değişken hızlı sürücüler (VFD)

2) Booster (takviye) fanları

Şekil: Basıncı artırıp uzak bölgelere havayı itmek için galeride kurulu yeraltı booster fanı.

Booster fanlar, ana fanla seri çalışan ve yeraltında kurulan büyük fanlardır. Derin veya yüksek dirençli madenlerde, havalandırma ağının belirli bir bölümündeki basıncı yükselterek uzak bölgelere hava taşınmasına yardımcı olurlar.

Booster fanlar basınç dağılımını değiştirdiğinden, beklenmeyen ters akışlar veya tehlikeli gaz birikimleri oluşmaması için tasarım ve kontrolü sıkı güvenlik kurallarına uygun yapılmalıdır.

3) Yardımcı ve lokal fanlar

Şekil: Fleksibl kanal ile ilerleme ayağına doğrudan taze hava sağlayan yardımcı fan.

Yardımcı fanlar ve lokal havalandırma fanları; ana hava akımı üzerinde olmayan ilerleme ayakları, üretim aynaları ve kör galerileri havalandırmak için kullanılan daha küçük fanlardır.

Genellikle:

• Bir ayağın girişinde veya iç galeride konumlanır

• Rijit ya da fleksibl havalandırma kanalı (duct) ile bağlanır

• Çalışma aynasına doğrudan taze hava vererek delme, patlatma ve yükleme kaynaklı toz/dumanı seyreltir

Kömür madenlerinde, uzun mesafeli kanal ile birlikte kullanılan patlamaya dayanıklı (Ex) lokal fanlar da yaygındır.

Aksiyal mı, santrifüj mü?

Aerodinamik açıdan maden fanlarının çoğu iki ana aileye ayrılır.

Aksiyal akışlı maden fanları

• Hava, mil eksenine paralel girer ve çıkar

• Düşük-orta basınçta yüksek debi sağlar

• Kompakt tasarım; silindirik gövde ve ayarlanabilir kanatlar sık görülür

• Metal ve kömür madenlerinde ana/booster/yardımcı fan olarak çok yaygındır

Aksiyal fanlar şunlar için uygundur:

• Orta dirençli uzun hava yolları

• Yüksek verim ve değişken kanat açısı kontrolünün önemli olduğu durumlar

• (Bazı tasarımlarda) ters çevrilebilir havalandırma; acil duman kontrolünde faydalı

Santrifüj (radyal) maden fanları

• Hava çark merkezine yakın girer, gövde içinde 90° dönerek radyal çıkar

• Aksiyale göre daha düşük debi, daha yüksek basınç üretir

• Çok yüksek dirençli sistemlerde veya daha ağır hizmet/sağlam yapı gerektiğinde tercih edilir

Santrifüj fanlar şunlar için iyi bir seçenek olabilir:

• Yüksek statik basınç gerektiren derin madenler

• Büyük basınç kayıplı şaftlar ve galeriler

• Rijit/sağlam ekipman ve ağır gövde gerektiren uygulamalar

Uygulamada seçim genellikle şunlara bağlıdır:

• Gerekli debi (m³/s veya CFM)

• Toplam basınç (Pa veya kPa)

• Sistem direnç eğrisi (Atkinson direnci dahil)

• Gürültü sınırları, verim hedefleri ve kurulum alanı

Bir maden fanının temel teknik parametreleri

Mühendisler bir maden fanı tasarlarken veya seçerken şu çekirdek parametrelere odaklanır:

• Debi (Q): Genellikle m³/s veya m³/h (bazı ülkelerde CFM) ile ifade edilen hava miktarı.

• Toplam basınç / Statik basınç (Pt, Ps): Şaftların, galerilerin, kanalın ve kaçakların oluşturduğu direnci yenmek için fanın ürettiği basınç artışı (Pa veya kPa).

• Verim (η): Hava gücünün mil gücüne oranı. Yüksek verim, maden ömrü boyunca enerji maliyetini düşürür.

Şekil: Aksiyal bir maden fanında statik basınç–debi ilişkisi, verim konturları ve kanat açısı çizgileri ile performans haritası.

• Fan eğrisi: Belirli bir devirde debi–basınç ilişkisi. Sistem direnç eğrisi ile kesişim noktası çalışma noktasını verir.

• Güç ve devir: Motor gücü (kW veya HP) ve fan devri (rpm); görev, enerji maliyeti ve yol verme yöntemiyle (DOL, soft-starter, VFD) uyumlu olmalıdır.

• Gürültü ve titreşim: İşçi konforu ve yapısal güvenlik için kritiktir; susturucular, esnek bağlantılar ve izole kaidelerle kontrol edilir.

Güvenlik ve patlamaya karşı koruma

Maden fanları yeraltı atmosferini doğrudan etkilediği için katı güvenlik standartları ve kılavuzlara tabidir.

Öne çıkan başlıklar:

• Patlamaya karşı koruma: Grizulu kömür madenlerinde ve bazı metal madenlerinde, potansiyel patlayıcı ortamlarda ateşleme kaynağı oluşturmamak için patlamaya dayanıklı tasarım ve Ex onaylı motor gerekebilir.

• Güvenilirlik ve yedeklilik: Görev/yedek düzeni, otomatik devreye alma ve acil güç beslemesi; bir fan veya besleme hattı arızalansa bile hava akımının sürmesini sağlar.

• İzleme ve kontrol: Modern madenlerde sensörler ve kontrol sistemleri sürekli izleme yapar:

• Fan devri, akım ve titreşim

• Fan üzerindeki diferansiyel basınç

• Ana hava yolları ve dönüşlerde debi, gaz konsantrasyonu ve sıcaklık

• Başlatma/durdurma prosedürleri: Fan işletimi değiştiğinde akım dağılımı ciddi biçimde değişebilir; planlı duruşlarda risk değerlendirmesi ve işletme prosedürü gerekir.

Maden fanlarının tipik kullanım alanları

Maden fanları neredeyse tüm yeraltı işletmelerinde kullanılır:

• Kömür madenleri – tüm maden havalandırması için ana ve booster fanlar; uzun ayaklar ve hazırlık galerileri için Ex lokal fanlar.

• Metal ve metal dışı madenler – rampa ve şaft sistemleri için büyük aksiyal ana fanlar; iniş galerileri ve üretim stopları için yardımcı fanlar.

• Tüneller ve altyapı işleri – yol, demiryolu ve hidro tünellerde aksiyal fanlar ve kanal; çoğu zaman maden yardımcı havalandırmasına benzer.

• Toz ve duman kontrolü – solunabilir tozu ve dizel partikülünü azaltmak için havalandırma ile su/toz toplama çözümlerinin birlikte kullanımı.

Doğru fan seçimi ve konumlandırma, yeraltında gerekli hava kalitesini sağlarken enerji tüketimini de belirgin ölçüde azaltabilir.

Mühendis gözüyle maden fanı nasıl seçilir?

Profesyonel bir seçim süreci genellikle şunları içerir:

1. Havalandırma ihtiyacını tanımla

• Her bölge ve toplam maden için gerekli hava miktarı

• Mevzuat asgari gereklilikleri (kişi başı, dizel ekipman başı, ayak/galeri başı vb.)

2. Havalandırma ağ modelini kur veya güncelle

• Galeri uzunlukları, kesitler ve Atkinson direnci

• Barajlar/regülatörler/kapılar, kaçak yolları

3. Fan tipini ve konfigürasyonunu seç

• Aksiyal mı santrifüj mü?

• Tek fan mı, paralel/seri çift fan mı?

• Görev/yedek düzeni, gerekirse booster fanlar

4. Çalışma noktalarını ve fan eğrilerini doğrula

• Tepe verime yakın, kararlı çalışma sağla

• Gelecekteki üretim artışı için pay bırak

5. Güvenlik, gürültü ve standart uygunluğunu kontrol et

• Gerekliyse patlamaya dayanıklılık şartları

• Yerel havalandırma mevzuatı ve kılavuzları

6. İzleme ve kontrolü planla

• Debiyi ayarlamak ve enerji tasarrufu için VFD kullanımı

• Maden SCADA veya havalandırma kontrol sistemleriyle entegrasyon