Top Banner
Penirisan Tambang ( Water Drainage) Buku Pegangan Peserta Hal. 1 - 35 Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC – 2002 Modul Teknologi Tambang Dalam File : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc DRAINASE TAMBANG BAWAH TANAH BATU BARA A. PENDAHULUAN Salah satu faktor yang harus diperhatikan dalam penambangan batubara adalah masalah penanganan air, atau lebih umum disebut dengan istilah penirisan tambang. Dengan adanya perbedaan antara tambang terbuka dengan tambang bawah tanah, maka cara penirisan tambangnya juga berbeda. Sebagai contoh pada tambang terbuka, yang membedakannya dengan tambang bawah tanah adalah pengaruh iklim pada kegiatan penambangan. Elemen-elemen iklim seperti hujan, panas/temperatur, tekanan udara, dan lain-lain dapat mempengaruhi kondisi tempat kerja, unjuk kerja alat dan kondisi pekerja, yang selanjutnya dapat mempengaruhi produktivitas penambangan. Demikian juga dengan tambang bawah tanah, masalah air tanah akan lebih dominan dibandingkan dengan air permukaan. Berikut ini akan dibahas aspek-aspek hidrologi dan hidrogeologi yang mendasari perencanaan sistem penirisan tambang. Aspek hidrologi akan mencakup pembahasan mengenai elemen-elemen hidrologi penting, seperti hujan, penguapan, infiltrasi dan limpasan. Sedangkan yang termasuk dalam cakupan higrogeologi akan dibahas hal-hal yang berkaitan dengan air tanah. Berdasarkan hidrologi dan hidrogeologi daerah tambang, diharapkan perilaku air tambang (air yang masuk ke areal tambang) dapat diketahui sehingga dapat dilakukan penanganan secara lebih baik. Selanjutnya akan dibahas aspek perancangan sistem penirisan tambang, khususnya tambang bawah tanah serta pembahasan tentang pompa. B. PENGETAHUAN HIDROLOGI 1. Daur Hidrologi. Secara keseluruhan jumlah air di bumi ini diperkirakan sebanyak 1.366 juta km 3 , yang distribusinya dapat dilihat pada tabel 1 berikut. Tabel 1 Distribusi Air di Bumi Bagian dari Hidrosfer Jumlah (km 3 ) Persentase (%) Lautan Air bawah tanah Air bawah tanah tawar Kelembaban tanah Salju, es, dan gletser Danau air tawar Danau air asin Daerah rawa Sungai Air di atmosfer 1338.10 6 23,4.10 6 105,3.10 5 16.500 24,2.10 6 91.000 85.400 11.470 2.120 12.900 96,5 1,7 0,76 0,001 1,766 0,007 0,006 0,0008 0,0002 0,001 Dari jumlah tersebut hanya sekitar 2,5 % berupa air tawar, dan hanya sekitar 220 km 3 diantaranya yang dapat dimanfaatkan oleh manusia.
35

Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.pdf

Oct 20, 2015

Download

Documents

Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 1 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    DRAINASE TAMBANG BAWAH TANAH BATU BARA

    A. PENDAHULUAN

    Salah satu faktor yang harus diperhatikan dalam penambangan batubara adalahmasalah penanganan air, atau lebih umum disebut dengan istilah penirisan tambang.Dengan adanya perbedaan antara tambang terbuka dengan tambang bawah tanah,maka cara penirisan tambangnya juga berbeda. Sebagai contoh pada tambangterbuka, yang membedakannya dengan tambang bawah tanah adalah pengaruh iklimpada kegiatan penambangan. Elemen-elemen iklim seperti hujan, panas/temperatur,tekanan udara, dan lain-lain dapat mempengaruhi kondisi tempat kerja, unjuk kerjaalat dan kondisi pekerja, yang selanjutnya dapat mempengaruhi produktivitaspenambangan. Demikian juga dengan tambang bawah tanah, masalah air tanah akanlebih dominan dibandingkan dengan air permukaan.

    Berikut ini akan dibahas aspek-aspek hidrologi dan hidrogeologi yang mendasariperencanaan sistem penirisan tambang. Aspek hidrologi akan mencakuppembahasan mengenai elemen-elemen hidrologi penting, seperti hujan, penguapan,infiltrasi dan limpasan. Sedangkan yang termasuk dalam cakupan higrogeologi akandibahas hal-hal yang berkaitan dengan air tanah.

    Berdasarkan hidrologi dan hidrogeologi daerah tambang, diharapkan perilaku airtambang (air yang masuk ke areal tambang) dapat diketahui sehingga dapatdilakukan penanganan secara lebih baik.

    Selanjutnya akan dibahas aspek perancangan sistem penirisan tambang, khususnyatambang bawah tanah serta pembahasan tentang pompa.

    B. PENGETAHUAN HIDROLOGI

    1. Daur Hidrologi.Secara keseluruhan jumlah air di bumi ini diperkirakan sebanyak 1.366 juta km3,yang distribusinya dapat dilihat pada tabel 1 berikut.

    Tabel 1Distribusi Air di Bumi

    Bagian dariHidrosfer

    Jumlah(km3)

    Persentase(%)

    LautanAir bawah tanahAir bawah tanah tawarKelembaban tanahSalju, es, dan gletserDanau air tawarDanau air asinDaerah rawaSungaiAir di atmosfer

    1338.10623,4.106105,3.105

    16.50024,2.10691.00085.40011.4702.120

    12.900

    96,51,70,76

    0,0011,7660,0070,0060,00080,00020,001

    Dari jumlah tersebut hanya sekitar 2,5 % berupa air tawar, dan hanya sekitar220 km3 diantaranya yang dapat dimanfaatkan oleh manusia.

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 2 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    Suatu bagian dari jumlah air diatas mengalami proses yang membentuk daurdimana air mengalami perubahan bentuk dan tempat. Daur ini disebut daurhidrologi atau daur air, dan dapat digambarkan seperti gambar 1. Pada umumnyaproses-proses yang berkaitan dengan daur air merupakan yang periodik terhadapruang dan waktu, yang bergantung pada pergerakan bumi terhadap matahari danrotasi bumi pada porosnya.

    Cadangan air yang penting bagi manusia adalah air-air permukaan, seperti airsungai, air danau, dan air tanah pada zona yang aktif. Hal tersebut disebabkanoleh pertimbangan ketersediaan dan pembaharuannya.

    Secara kuantitatif daur air digambarkan dalam neraca air yang merupakanfungsi dari ruang dan waktu. Dalam neraca air digambarkan hubungan antarapresipitasi (P), penguapan (E), limpasan (R) dan perubahan penyimpanan (dS)seperti berikut;

    P = E + R + dS

    Gambar 1. Daur Hidrologi

    2. Curah Hujan

    Uap air di atmosfer yang terkondensasi dan jatuh ke bumi secara umum disebutpresipitasi, yang dapat berbentuk hujan, salju, es, dan embun.

    Satuan curah hujan adalah mm, yang berarti jumlah air hujan yang jatuh padasatuan luas tertentu. Jadi 1 mm curah hujan berarti pada luasan 1m2 jumlah airhujan yang jatuh adalah sebanyak 1 liter ( 1000 cm3)

    Derajat curah hujan dinyatakan dalam curah hujan per satuan waktu, dan disebutintensitas hujan, yang menyatakan ukuran hujan.

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 3 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    Tabel 2Derajat dan Intensitas Hujan

    Derajat Hujan Intensitas CurahHuja

    n

    Kondisi

    Hujan sangatlemah

    0,02 Tanah agak basah atau dibasahi sedikit

    Hujan lemah 0,02-0,05 Tanah menjadi basah semuaHujan normal 0,05-0,25 Bunyi curah hujan terdengarHujan deras 0,25-1,00 Air tergenang di seluruh permukaan

    tanah dan terdengar bunyi darigenangan

    Hujan sangat deras >1,00 Hujan seperti ditumpahkan, seluruhdrainase meluap

    Tabel 3Keadaan dan Intensitas Curah Hujan

    Keadaan CurahHujan

    Curah Hujan

    1 jam 24 jamHujan sangat ringan < 1 < 5Hujan ringan 1 5 5 20Hujan normal 5 10 20 50Hujan lebat 10 20 50 100Hujan sangat lebat > 20 > 100

    Berdasarkan pergerakan udara penyebab hujan, dapat dibedakan tiga tipe hujan,yaitu ; Hujan konvektif ; hujan yang diakibatkan oleh naiknya udara panas ke daerah

    udara dingin. Udara panas tersebut mendingin dan terjadi kondensasi. Hujantipe ini umumnya berjangka waktu pendek, derah hujannya terbatas danintensitasnya bervariasi dari hujan sangat ringan sampai hujan sangat lebat.Tipe hujan ini ditemui di daerah khatulistiwa.

    Hujan orografis ; yakni hujan yang terjadi di daerah pegunungan dandisebabkan oleh naiknya massa udara lembab karena punggung pegunungan.

    Hujan siklon ; merupakan hujan yang berhubungan dengan front udara (frontudara panas dan front udara dingin).

    a. Pengukuran Curah Hujan

    Pengukuran curah hujan dilakukan dengan menggunakan alat pengukurhujan, yang dapat dibedakan menjadi (seperti gambar 2 berikut);

    Alat penakar hujan biasa mempunyai luas bukaan sebesar 200 cm2 dandiletakkan kurang lebih 1 m dari permukaan tanah. Pengukuran umumnyadilakukan sekali dalam sehari, biasanya pukul 07.00. Dengan demikianakan dihasilkan curah hujan harian.

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 4 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    Alat penakar hujan otomatis, dimana pencatatan dilakukan otomatissecara berkesinambungan sehingga dihasilkan data intensitas hujan yangakurat.

    Pertimbangan-pertimbangan dalam penempatan alah penakar hujan adalah:

    Alat harus diletakkan di tempat yang terbuka, yang bebas dari pengaruhpohon dan gedung. Standar yang ditetapkan oleh WMO (WorldMeteorogical Organisation) adalah : d > 4 h , dengan h = tinggipohon atau gedung, dan d = jaraknya dengan alat penakar hujan.

    Sedapat mungkin diharapkan jauh dari tempat dengan angin yangkencang.

    Juga dihidari daerah arus naik.

    Gambar 2.: Alat Penakar Hujan(a = alat penakar hujan biasa ; b = alat penakar hujan otomatis)

    b. Analisis data Curah Hujan Data curah hujan umumnya disajikan dalam data curah hujan harian,

    bulanan dan tahunan. Penyajian dapat dilakukan dalam bentuk tabel dangrafik. Analisis data curah hujan sangat bergantung pada kegunaan hasilanalisis.

    Pada umumnya diperlukan data pengukuran jangka panjang karenakomponen cuaca dan hidrologi mempunyai sifat periodik.

    1) Curah hujan suatu daerah

    a) Metoda rata-rata aritmatisMetoda ini banyak diterapkan pada daerah yang datar dengan titikpengukuran yang terdistribusi baik serta perbedaan harga rata-ratanyatidak terlalu besar.

    n

    P = Pi / ni = 1

    dengan Pi = curah hujan suatu stasiun pengukuran dann = jumlah stasiun.

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 5 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    Gambar 3. Metoda Perhitungan Curah Hujan Suatu Daerah

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 6 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    b) Metoda Poligon (metoda Thiessen)

    Dengan metode ini daerah yang akan dihitung curah hujannya dibagimenjadi daerah-daerah pengaruh setiap statiun pengukuran.

    P = Pi.Ai/ At = [ 1/At ] Pi.Ai

    Dimana ; Ai = luas daerah pengaruh stasiun yang bersangkutanAt = luas daerah total

    c) Metoda Isohyet

    Garis Isohyet adalah garis yang menghubungkan titik-titik dengancurah hujan yang sama. Dengan metoda ini luas daerah di antara duagaris Isohyet dihitung. Curah hujan daerah tersebut adalah harga rata-rata dari kedua Isohyet yang mengapitnya. Rumus yang dipakai samadengan rumus untuk metoda poligon.

    Cara ini memerlukan waktu yang cukup panjang terutama dalammenyiapkan peta Isohyet. Dilain pihak metoda ini memberikemungkinan untuk memperhitungkan faktor-faktor yang berpengaruhpada curah hujan, seperti morfologi, dll.

    d) Metoda Kurva Hypsometri

    Metoda ini dapat digunakan pada daerah dimana variasi curah hujanterhadap ketinggian tidak dapat diabaikan. Untuk metoda ini diperlukananalisis yang berpengalaman dan hanya untuk suatu interval/ selangwaktu hujan yang panjang.

    2) Periode ulang

    Curah hujan akan menunjukkan suatu kecendrungan pengulangan. Hal initerlihat dari data yang dianalisis, yang mencakup suatu jangka waktu yangpanjang (misalnya 30 tahun). Sehubungan dengan hal tersebut, dalamanalisis curah hujan dikenal istilah perioda kemungkinan ulang (returnperiod), yang berarti kemungkinan/ probabilitas perioda terulangnya sutautingkat curah hujan tertentu. Satuan perioda ulang adalah tahunan.

    Dalam perancangan suatu bangunan air, atau dalam hal ini saranapenirisan/ penyaliran tambang, salah satu kriteria perancangan adalahhujan rencana , yaitu curah hujan dengan periode ulang tertentu ataucurah hujan yang memiliki kemungkinan akan terjadi sekali dalam suatujangka waktu tertentu. Sebagai contoh, suatu sumuran dirancang untukhujan 10 tahunan.

    Salah satu metoda untuk menganalisis curah hujan adalah metodadistribusi ekstrim I atau distribusi Gumbel. Jika T adalah periode ulang, nadalah jumlah data hujan, m adalah ranking data dari terbesar ke terkecil,maka :

    XT = X + [ (Yr Ym)/ Sm ].S

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 7 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    Dimana : XT = curah hujan untuk periode ulang TX = curah hujan rata-rataS = deviasi standarYr = reduce variate = -ln{-ln[(T-1)/T]}Ym = -ln{-ln[(n+1-m) / (n+1)]}Ym = Ym rata-rataSm = deviasi standar dari Ym

    3. Penguapan

    a. Penguapan dapat dibedakan menjadi :1) Evaporasi : penguapan dari permukaan air yang terbuka (kolam, danau,

    dll), tanah tanpa tanaman, dan air hujan yang tertangkap oleh tumbuhandan /atau yang tidak sampai kepermukaan tanah (=intersepsi).

    2) Transpirasi : penguapan melalui tumbuh-tumbuhan.

    b. Faktor-faktor yang mempengaruhi penguapan1) Atmosfir2) Tutupan tumbuh-tumbuhan3) Tanah

    c. Dalam banyak hal, evaporasi dan transpirasi tidak dapat dipisahkan, sehinggadikenal istilah evapotranspirasi yaitu evaporasi dan transpirasi yangmerupakan proses penguapan atau perpindahan air ke atmosfir dari suatuluas permukaan tertentu yang ditanami oleh tumbuh-tumbuhan.Evapotranspirasi dapat dibedakan menjadi:

    1) Evapotranspirasi aktual (nyata atau efektif), yang merupakanevapotranspirasi nyata yang terjadi dari suatu permukaan yang ditanamitumbuhan persatuan luas dan persatuan waktu pada kondisi klimatologidan meteorologi tertentu.

    2) Evapotranspirasi potensial, yang merupakan evapotranspirasi maksimalyang mungkin terjadi dari suatu permukaan yang ditanami tumbuhan bilaair tersedia dengan optimal.

    d. Pengukuran Evapotranspirasi Secara LangsungPenentuan keseluruhan penguapan secara kuantitatif sukar dilakukan karenaproses penguapan merupakan proses yang kompleks dan dipengaruhioleh

    banyak faktor. Walaupun demikian beberapa metoda pengukuran langsung,terutama untuk mengukur evapotranspirasi telah dikembangkan.

    Cara pengukuran yang umum dikenal adalah pengukuran panci evaportasi(evaporation pan) yang digunakan untuk mengukur evaporasi dari suatupermukaan air yang terbuka. Salah satu panci evaporasi yang terkenaladalah Class A Evaporation Pan yang berdiameter 121,9 cm (46,6) dantinggi 25,4 cm (10).

    e. Penentuan Penguapan Secara Tidak LangsungKarena pengukuran evapotranspirasi sangat sulit dilakukan, maka telahdikembangkan cara-cara tidak langsung untuk menghitungnya, yaitu dari data

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 8 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    meteorologi dan klimatologi. Secara garis besar rumus-rumus yangdikembangkan untuk perhitungan penguapan dapat dibedakan menjadi :

    1) Rumus empiris Berdasarkan temperatur : rumus dari Thortnthwaite dan Blaney-

    Criddle. Berdasarkan keadaan kelembaban rumus dari Albercht dan Haude Berdasarkan dari beberapa parameter : rumus dari Turc.

    2) Rumus setengah empiris : rumus dari Penman

    Gambar 4.: Alat Pengukur Penguapan (Panci Evaporasi)

    Berikut ini akan ditampilkan rumus perhitungan yang umum digunakan, yaitu rumusThornthwaite ;

    ETP = 0,533 f [10T/I]a

    Dimana : ETP = evepotranspirasi potensial (mm/d)T = temperatur rata-rata bulanan (oC)F = faktor koreksi yang tergantung pada jumlah hari per bulan

    (28, 29, 30, dan 31) dan letak geografis= N.D/360 (lihat tabel)

    N = lamanya penyinaran matahari yang secara astronomismungkin (h/d)

    D = jumlah hari per bulanI = indeks panas

    = (T/5)1.514a = eksponen

    = (0,0675.I3 - 7.71 I2 + 1792 I + 49239) 105

    Faktor koreksi f dapat pula dilihat pada tabel 4 berikut:

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 9 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    Tabel 4Faktoer Koreksi f

    LetakGeografis

    BULANJ F M A M J J A S O N D

    10o LU5o LU0o5o LS

    10oLS

    1.00 0.91 1.03 1.03 1.08 1.06 1.08 1.07 1.02 1.02 0.98 0.991.02 0.93 1.03 1.02 1.06 1.03 1.06 1.05 1.01 1.03 0.99 1.021.04 0.94 1.04 1.01 1.04 1.01 1.04 1.04 1.01 1.04 1.01 1.041.06 0.95 1.04 1.00 1.02 0.99 1.02 1.03 1.00 1.05 1.03 1.061.08 0.97 1.05 0.99 1.01 0.96 1.00 1.01 1.00 1.06 1.05 1.10

    4. Infiltrasi Infiltrasi adalah proses merembesnya air ke dalam tanah. Kapasitas infiltrasi

    air hujan dari permukaan ke dalam tanah sangat bervariasi yang bergantungpada kondisi tanah pada saat itu. Disamping itu infiltrasi dapat berubah-ubahsesuai dengan intensitas curah hujan.

    Kecepatan infiltrasi semacam itu disebut laju infiltrasi. Sedangkan laju infiltrasimaksimum yang terjadi pada kondisi tertentu disebut kapasitas infiltrasi.

    Faktor-faktor yang mempengaruhi infiltrasi adalah :- Dalamnya genangan di atas permukaan tanah dan tebal lapisan yang jenuh- Kelembaban tanah- Pemempatan oleh curah hujan- Penyumbatan ruang antara padatan di dalam tanah oleh bahan yang halus- Pemampatan oleh manusia atau hewal- Struktur tanah- Tumbuh-tumbuhan- Udara yang terdapat di dalam tanah

    Penentuan kapasitas infiltrasi dapat dilakukan dengan pengukuran langsungdan dengan menggunakan analisis hidrograf.Cara pengukuran langsung yang sering diterapkan adalah sebagai berikut:Jenis permukaan air tetap atau alat ukur infiltrasi silinder yang terdiri dari 2buah silinder yang berdiameter berbeda. Ujung bawah selinder dimasukkanke dalam tanah sampai sedalam lebih kurang 10 cm. Air dituangkan ke dalamkedua selinder tersebut dengan tinggi muka air tetap. Variasi banyaknya airyang ditambahkan ke dalam lingkaran tengah agar tinggi muka tetap adalahvariasi kapasitas infiltrasi.

    5. Limpasan

    Faktor yang mempengaruhi limpasan dapat dibagi dalam 2 kelompok yaitufaktor meteorologi serta faktor fisik daerah pengaliran.

    Faktor-faktor yang termasuk ke dalam faktor meteorologi adalah:- Jenis presipitasi- Intensitas hujan- Lamanya curah hujan- Distribusi curah hujan dalam daerah pengaliran- Arah pergerakan hujan- Curah hujan terdahulu dan kelembaban tanah- Kondisi-kondisi meteorologi lainnya seperti suhu, kecepatan, angin,

    kelembaban relatif dan lain-lain.

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 10 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    Faktor-faktor yang termasuk ke dalam faktor fisik daerah pengaliran adalah :- Tata guna tanah (land use)- Luas daerah- Keadaan topografi- Jenis tanah- Faktor-faktor lain seperti karakteristik, jaringan sungai, saluran drainase

    dan lain-lain.

    HidrografHidrograf merupakan diagram yang menggambarkan variasi debit air terhadapwaktu. Kurva tersebut memberi gambaran mengenai karakteristik daerahpengaliran.Umumnya hidrograf terdiri dari beberapa komponen yaitu:- Curah hujan yang langsung jatuh di saluran- Limpasan permukaan- Aliran di bawah permukaan- Aliran air tanah

    Analisis hidrograf, yang berarti pula analisis komponen-komponen hidrograf,sangat penting artinya dalam dalam analisis hidrologi.

    C. AIR TANAH

    Secara hidrologis air di bawah tanah dapat dibedakan menjadi air pada daerahyang tak jenuh dan air pada daerah jenuh. Daerah tak jenuh yang umumnyaterdapat pada bagian teratas dari lapisan tanah dicirikan oleh gabungan antramaterial padatan, air dalam bentuk air absorpsi, air kapiler, dan air infiltrasi, sertagas/udara. Daerah ini dipisahkan dari daerah jenuh oleh jaringan kapiler. Air yangberada pada daerah jenuh disebut air tanah.

    Beberapa Istilah Penting :

    Aqufer (akuifer) adalah lapisan batuan/tanah yang permeabel atau lulous airsehingga dapat melewatkan atau meluluskan air. Tiga tipe aquifer yang dikenaladalah: Aquifer pori, yang kelulusannya disebabkan oleh pori-pori diantara butir-butir

    padatan, umumnya lapisan sedimen. Aquifer rekahan, yang kelulusannya dipengaruhi oleh rekahan-rekahan yang

    terdapat pada lapisan batuan; misalnya batuan beku. Karstaquifer yang merupakan lapisan batu gamping karst.

    Aquifuge, adalah lapisan batuan atau tanah yang impermiabel/ tidak lulus airsehingga tidak memiliki kemampuan untuk menyimpan dan meluluskan air.

    Aquiclude (akuiklud), adalah lapisan batuan atau tanah yang dapat menyimpanair, tetapi tidak dapat mengalirkannya.

    Aquitard (akuitar), adalah akuifer yang secara regional mempengaruhi neraca air,tetapi tidak cukup untuk dapat dimanfaatkan.

    1. Sifat-Sifat Akuifer

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 11 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    a. Porositas/ Kesarangan;Lapisan tanah yang porous (sarang) memiliki ruang-ruang di antara butir-butirpadatannta. Ruang-ruang itu disebut pori dan berisi fluida (cairan atau gas).Jika Vo adalah volume medium porous, Vs adalah volume padatan dan Vpadalah volume ruang/pori, maka Porositas atau Kesarangan yang dinyatakandalan %, adalah;

    n = Vp/Vo

    b. Permeabilitas/ KelulusanPermeabilitas adalah sifat spesifik dari suatu medium padat, dalam hal inilapisan batuan, untuk meluluskan fluida (cairan atau gas).Percobaan yang dilakukan oleh DARCY pada tahun 1856 menggambarkanaliran tanah serta pengertian tentang permeabilitas, yang dikenal sebagaihukum DARCY;

    Q = - KA dh/dldengan Q adalah jumlah air yang mengalir melalui suatu satuan luas Adengan gradien hidrolik sebesar dh/dl.

    Gambar 5. Skema Percobaan Darcy

    Faktor proporsionalitas K disebut permeabilitas atau Konduktivitas Hidrolikyang memiliki satuan m/s. Harga permeabilitas bergantung pada ruang/pori,sifat cairan, dan gravitasi. Beberapa contoh harga permeabilitas dapat dilihatpada tabel berikut:

    Tabel 5Beberapa Harga K

    c. Transmisibilitas

    Jenis Bahan Nilai K (m/s)KerikilPasirPasir Halus/ LempunganKaolinitMontmorolinit

    10-2 - 110-5 -10-210-8 10-5

    10-810-10

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 12 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    Theis (1935) yang pertama kali mengajukan istilah trasmisivitas atautrasmisibilitas untuk m enggambarkan sifat transportasi dari aquifer.

    Transmisibilitas (m2/s) pada suatu medium porous yang isotrop dan cairanyang homogen menggambarkan jumlah cairan dengan viskositas dan gradienhidrolik tertentu yang mengalir tegak lurus melalui suatu bidang selebar 1 mdan setinggi ketebalan lapisan jenuh/ aquifer.

    Jadi transmisibuilitas (T) merupakan hasil perkalian dari permeabilitas Kdengan ketebalan lapisan jenuh

    T = ( K dm = K m

    d. Storage Coefficient dan Specific Yield

    Koefisien penyimpanan (storage coefficient) adalah suatu perbandinganantara volume air yang dikeluarkan dari atau dimasukkan ke dalam aquifermelalui satu satuan luas sebesar 1 m2 jika terjadi perubahan muka air tanahsebesar 1 m dengan volume 1 m3. untuk aquifer bebas definisi di atas disebut specific yield.

    Gambar 6. Skema Pengertian Permeabilitas dan Transmisibilitas

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 13 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    Gambar 7.: Koefisien Penyimpanan

    2. Jenis-Jenis Aquifer

    a. Aquifer Tertekan (Confined aquifer)Aquifer Tertekan (Confined aquifer) merupakan lapisan permeabel yangsepenuhnya jenuh oleh air dan dibatasi oleh lapisan-lapisan impermeabel(confining beds) baik di bagian atas maupun di bagian bawahnya. Aquifertersebut berada dalam kondisi tertekan sehingga jika terdapat sumur yangmenembus akuifer tersebut maka permukaan air akan lebih tinggi dari bagianatas akuifer. Bila air pada sumur tersebut lebih tinggi dari permukaan tanahmaka hal ini disebut akuifer yang artesis.

    b. Aquifer Setengah Tertekan (Semi-Confined Aquifer)Akuifer setengah tertekan atau disebut juga leaky aquifer atau lapisan yangjenuh air dan pada bagian atasnya dibatasi oleh lapisan yang semi-permiabeldan pada bagian bawah dibatasi oleh lapisan impermeabel atai juga semi-impermeabel. Pada akuifer ini dapat terjadi aliran air dengan arah vertikalantara akuifer dan lapisan semi-permeabel di atasnya, fenomena ini disebutleakage

    c. Aquifer Setengan Bebas (Semi-Unconfined Aquifer)Jika lapisan semi-permeabel yang berada diatas akuifer memiliki permeabilitasyang cukup besar sehingga aliran horizontal pada lapisan tersebut tidak dapatdiabaikan, maka akuifer tersebut dinamakan akuifer setengah bebas.

    d. Aquifer Bebas (Unconfined Aquifer)Pada akuifer ini hanya sebagian dari ketebalan lapisan yang permeabel yangterisi oleh air atau jenuh air. Lapisan tersebut dibatasi oleh lapisanimpermeabel di bawahnya. Batas atas akuifer berbentuk muka air tanah yangdalam keadaan seimbang dengan tekanan udara.

    3. Uji Aquifer

    Untuk mengetahui karakteristik hidrolik akuifer serta potensi air tanah maka perludilakukan pengujian. Jenis-jenis pengujian yang umum dilakukan adalah:

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 14 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    a. Pengujian untuk menentukan permeabilitas/konduktivitas hidrolik K dari satulubang bor.

    1) Uji Permukaan Tidak Tetap (Falling Head Tes)Pertama-tama air diisikan pada sumur sehingga muka air dalam sumur lebihtinggi h m dari muka air tanah statik. Penurunan muka air terhadap waktudicatat. Untuk lebih jelasnya bagaimana perhitungan pengujiannya dapatdilihat pada lembar formulir untuk falling head test.

    2) Uji Permukaan Tetap (Constant Head Permeability Test)Cara pengujian dilakukan pada sumur-sumur yang dalam atau miring(inclined) dan dianggap lebih akurat bila dibandingkan falling head test.Cara ini dapat dilakukan dengan 2 cara yakni:

    a) muka air pada sumur dibuat tetap pada tinggi tertentu dari tinggi mukaair tanah awal atau,

    b) dengan memompa air dengan tekanan ke zona yang akan di tes, denganmenggunakan packer, contoh perhitungan dapat dilihat pada blanko ujiconstant head.

    b. Uji PemompaanUji pemompaan merupakan alat bantu yang terpenting dalam penyelidikanhidrogeologi, dengan cara ini dapat ditentukan karakteristik kapasitas sumur(well test) dan parameter hidrolik dari akuifer (aquifer test).

    Untuk pengujian ini diperlukan satu sumur pemompaan dan paling sedikit satusumur pengamatan. Pada saat pemompaan muka air tanah baik pada sumuruji maupun pada sumur pengamat diukur.

    Jika sebuah sumur yang dipompa dengan debit konstan Q maka akanterbentuk sebuah kerucut penurunan muka air tanah yang pada waktu tmencapai jarak maksimal. Pada keadaan ini terdapat dua macam kondisiyang mungkin terjadi yaitu;

    Kondisi unsteady atau tidak tunak ( dimana muka air tanah merupakanfungsi dari waktu.

    Kondisi steady atau tunak ( dimana muka air tanah konstan terhadapwaktu.

    Gambar 8. Jenis-Jenis Aquifer

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 15 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    Gambar 9.: Gambaran Skematis Sistem Aquifer

    D. Pentingnya Drainase Air Terowonan (Pit) Bawah Tanah

    Pada tambang bawah tanah (pit) manapun, selalu dapat terjadi pancaran airbawah tanah. Kalau dibiarkan, umumnya menjadi gangguan terhadap pekerjaan,terutama bila ada pancaran air yang masuk dalam jumlah banyak, maka sebagianatau seluruh pit bisa tenggelam di dalam air. Oleh karena itu, langkah pertama darisistem drainase air adalah memperjelas sumber air di dalam pit, dan mencegah agarair tersebut tidak muncul. Usaha seperti ini dinamakan penahanan air pit bawahtanah.

    Namun demikian, air yang sudah muncul di dalam pit, harus dibuang keluar,dimana air yang berada di atas level mulut pit segera dialirkan ke luar melalui saluranair yang sesuai, sedangkan air yang berada pada level yang lebih rendah dari mulutpit disalurkan ke penampung air yang dibuat ditempat yang sesuai, kemudian dari situdikeluarkan ke luar pit dengan mengangkatnya (memompa) sampai ketinggian yangdiperlukan dengan menggunakan pompa.

    Pada penanganan air yang berada dibawah level mulut pit, tahap pertamaadalah merupakan tahap pengumpulan air, dan pada tahap kedua merupakanpengangkatan (pemompaan) air. Pada umumnya masalah drainase air pit bawahtanah terbagi menjadi tiga, yaitu penahanan air, pengumpulan air dan pengangkatan(pemompaan) air.

    Pada tahap penahanan air, pertama harus diperjelas tentang keberadaan airbawah tanah yang merupakan sumber air bagi pancaran air di dalam pit, kemudianmemperjelas bagaimana proses air tersebut memancar keluar, dan menjadipenyebab perembesan dan masuknya air permukaan ke dalam pit, dan kemudiandiambil tindakan yang sesuai.

    Untuk tahap pengumpulan dan pengangkatan air, dua hal ini mempunyaikaitan yang penting dengan sistem pengembangan pit bawah tanah. Dalamperancangan struktur pit, seperti posisi bag dan dudukan pompa, harus dilakukandengan memperkirakan kemungkinan perkembangan pit dimasa depan.

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 16 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    Selanjutnya untuk pengangkatan air, dilakukan dengan pompa dan pipa,dimana pada saat membuat rencana pembangunan tambang batu bara, harusdiperkirakan jumlah air yang akan keluar dimasa depan, hal akan memberikelonggaran yang cukup dalam menyiapkan fasilitas yang diperlukan.

    Sebagai bahan bandingan, pada tambang batu bara di Jepang banyak terjadipancaran air di dalam pit bawah tanah, yaitu antara 8-10 m3 per ton produksi batubara, sehingga daya listrik yang diperlukan untuk mengoperasikan pompa untukdrainase air juga menjadi besar, dan mendominasi bagian yang besar dari seluruhpenggunaan listrik di satu tambang batu bara, sehingga biaya drainase airmemberikan pengaruh yang besar kepada harga pokok produksi batu bara. Olehkarena itu, penelitian mengenai rasionalisasi drainase air pit bawah tanah, untukselanjutnya tetap menjadi satu masalah yang sangat penting.

    E. Air Bawah Tanah

    1. Penyebab terjadinya air bawah tanahAir yang jatuh ke permukaan bumi dalam bentuk hujan dan salju,

    merupakan air yang jatuh secara alami, sebagian segera dilepas ke dalamatmosfir karena menguap, sebagian lainnya merembes masuk ke dalam tanah,bagian lain yang sisa mengalir menyusuri permukaan bumi, menjadi sungai yangmengalir masuk ke laut. Presentase masing-masing bagian, berbeda menurutdaerah atau musim, sehingga tidak dapat dipertegas, namun ada pendapat yangmengatakan masing-masing adalah 1/3, atau ada juga pendapat yangmengatakan bagian yang menguap adalah - 4/5, dimana di dalamnya termasukair yang menguap dari tumbuhan. Diantara air jatuh alami, besarnya bagian yangmerembes ke dalam tanah sangat bervariasi, tergantung dari kemiringan tanahserta sifat permukaan, namun air tersebut akan terhimpun di dalam berbagaimacam rongga besar dan kecil yang ada di dalam batuan yang membentuk kerakbumi. Itulah air bawah tanah. Seperti terlihat disini, sebagian besar air bawahtanah berasal dari air jatuh alami, tetapi selain itu terdapat juga air magma yangmenyebar keluar dari magma, serta connate water (atau fossil water) yang sejakawal sudah berada di dalam rongga debris yang mengendap di dalam air.Bagaimanapun juga, air bawah tanah bergerak mengalir di dalam tanah, atauadakalanya memancar keluar ke permukaan bumi atau pada dasar aliran air,namun masalah yang paling besar dalam pertambangan adalah memancar ataukeluarnya air ini ke dalam pit bawah tanah sehingga menjadi air pit bawah tanah.

    2. Permukaan air bawah tanahBatuan yang memiliki rongga, diantara batuan yang menyusun kerak bumi,

    dibawah level tertentu umumnya mengalami kejenuhan oleh air bawah tanah.Bagian itu disebut zona jenuh, kemudian permukaan air zona jenuh disebutpermukaan air bawah tanah dan pertengahan antara permukaan air bawah tanahdan permukaan bumi disebut zona ventilasi. Di zona ventilasi juga bukannya tidakada air, tetapi air disitu adalah air yang terpeliharan oleh gejala pembuluh kapiler,yang disebut air bawah tanah tidak tetap.

    Terhadap air bawah tanah juga bekerja gaya gravitasi, maka apabila airdapat mengalir bebas, permukaan air bawah tanah menjadi permukaan datar,sehingga untuk suatu daerah seharusnya permukaan air bawah tanah sampailevelnya. Namun, terhadap gerakan aliran tersebut bekerja berbagai tahanan dijalur aliran, sehingga pada permukaan air bawah tanah umumnya ada kemiringansebatas tertentu. Sedangkan tahanan tersebut berubah menurut permeabilitasbatuan yang menjadi jalur air, dimana dibagian yang tahanannya besarkemiringannya curam, dan dibagian yang tahanannya kecil kemiringannya landai.Pada kenyataannya, permukaan air bawah tanah juga naik turun sesuai topografi,

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 17 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    dimana menjadi tinggi di daerah pegunungan dan menjadi rendah didaerahlembah. Kemudian, ditempat pertemuan antara permukaan air bawah tanah dilokasi tersebut, dimana kalau air ditimba banyak dari sumur tersebut, permukaanair bawah tanah disekitarnya akan turun. Apabila air bawah tanah banyakmemancar keluar, misalnya ke pit bawah tanah tambang batu bara, permukaanair bawah tanah di sekitarnya akan turun, sehingga adakalanya air sumur menjadikering.

    Kedalaman dari permukaan bumi sampai ke permukaan air bawah tanahjuga bertambah dan berkurang karena curah air yang berubah menurut daerahdan musim, dimana didaerah Jepang yang banyak curah air, umumnya 2-3 m,namun di daerah yang curah airnya sedikit mencapai lebih dari 20 m.

    3. Lapisan permeabel dan lapisan inpermeabelPada umumnya, tergantung dari sifatnya ada batuan yang relatif mudah

    dilewati air dan ada batuan yang sulit dilewati air. Lapisan batuan yang tersusundari batuan yang mudah dilewati air disebut lapisan permeabel, dan lapisanbatuan yang tersusun dari batuan yang sulit dilewati air disebut lapisaninpermeabel. Kemudian sifat batuan dapat dijelaskan dari besar kecilnyaporositas dan permeabilitas. Batuan yang porositasnya besar menyerap banyakair, batuan yang permeabilitasnya besar melewatkan banyak air, tetapi keduapengertian ini tidak sama. Yang pertama, yaitu porositas, adalah perbandinganvolume berbagai rongga besar dan kecil dibagian dalam batuan terhadap volumebatuan itu sendiri, dalam persen, yang dapat dinyatakan dengan rumus berikut.Kemudian absorbsi air oleh batuan bertambah dan berkurang sebanding denganpersentase porositas ini.

    P = 100 (W-D)/(W-S) %

    Dimana : P = PorositasW = Berat batuan yang mengalami kejenuhan oleh airD = Berat batuan keringS = Berat batuan jenuh di dalam air.

    Porositas tidak berhubungan dengan besar kecilnya partikel batuan, tetapiberubah menurut keseragaman partikel, serta gaya kohesi dan kekuatanperekatan. Artinya kalau partikelnya seragam, porositas akan selalu tetap tanpaberkaitan dengan besar kecilnya partikel. Akan tetapi kalau partikelnya tidakseragam, walaupun tampaknya batuan yang partikelnya kasar, porositasnya lebihrendah dari pada batuan yang berpartikel halus dan seragam. Misalnya, kalaugravel bercampur pasir dibandingkan dengan tanah liat, porositas yang pertamalebih rendah dari yang kedua. Selain itu, walaupun ukuran partikelnya sama,namun sandstone yang berkohesi kuat karena penekanan serta sandstone yangcelah partikelnya ditutup oleh zat perekat, porositasnya lebih rendah dari padasandstone yang kohesi partikelnya kurang kuat. Satu contoh hasil pengukuranporositas batuan adalah sebagai berikut.

    Jenis batuan Granite Limestone Sandstone Shale Sand ClayPorositas (%) 1,20 4,85 15,89 3,95 35,00 45,00

    Rasio absorpsi air batuan berbanding lurus dengan porositas, tetapiwalaupun batuan berporositas rendah, apabila batuan tersebut kaya akan ronggakhusus, dapat mengandung air yang banyak.

    Yang kedua, yaitu permeabilitas, menyatakan tinggi rendahnya sifat dapatdilewati air pada batuan. Seperti ditulis di atas, rongga di dalam batuanmengizinkan penyusupan semua air, namun untuk itu ada yang mengizinkan dan

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 18 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    tidak mengizinkan air lewat, dimana pembuluh kapiler termasuk yang belakang.Keduanya diukur satu per satu, kemudian apabila dihitung persennya terhadapbatuan itu sendiri, maka diperoleh permeabilitas dan rasio air menetap. Jumlahkeduanya merupakan porositas. Jadi, disatu pihak permeabilitas bertambah danberkurang sesuai tinggi rendahnya porositas, dan dilain pihak bertambah danberkurang menurut besar kecilnya partikel. Stau contoh hasil pengukuranporositas dan permeabilitas terhadap gravel, pasir dan clay yang menyusun suatulapisan sedimen adalah sebagai berikut:

    Jenis batuan Gravel Pasir SandyGravel

    Pasirhalus

    Sandyclay

    Clay

    Porositas (%)Permeabilitas (%)

    40,036,0

    38,034,2

    35,031,5

    35,010,5

    30,04,5

    32,03,0

    Seperti ditunjukkan oleh tabel di atas, permeabilitas gravel dan pasirtinggi, hampir mendekati porositas, sedangkan pada pasir halus (di bawah 0,5mm) permeabilitasnya turun mendadak. Umumnya, permeabilitas cepat turunkalau diameter partikel menjadi lebih kecil dari batas tertentu. Kalau kita lihat clay(lempung) porositasnya lumayan tinggi, namun karena partikelnya sangat halus,permeabilitasnya sangat rendah, bahkan kadang-kadang menjadi nol. Jadi gravelserta pasir dengan partikel menengah ke atas, mempunyai porositas dan jugapermeabilitas yang tinggi, sehingga bebas dilewati air. Selain itu, conglomeratedan sandstone dengan partikel menengah ke atas juga mempunyai permeabilitasyang relatif tinggi. Pada umumnya, lapisan batuan yang terbentuik dari batuanyang permeabilitasnya tinggi adalah lapisan permeabel, dan apabila lapisan inimengandung banyak air disebut akuifer. Kebalikan darinya, batuan bersifat tanahlempung seperti clay, mudstone dan shale mempunyai rasio air menetap yangtinggi, sehingga tidak begitu banyak melewatkan air. Lapisan batuan yangterbentuk dari batuan seperti inilah yang merupakan lapisan inpermeabel.

    Pada umumnya air bawah tanah bergerak mengalir di dalam lapisanpermeabel, dengan kecepatan yang tergantung dari perbedaan tinggi permukaanair bawah tanah dan tahanan jalur aliran, dimana secara lokal ada perbedaanyang cukup nyata. Secara umum kecepatan tersebut sangat lambat, dimanamenurut buku referensi dikatakan sekitar 3-4 m setiap jam, atau ada juga yangmengatakan 1 m per hari, jadi tidak ada kecepatan yang tertentu.

    4. Struktur bertingkat lapisan permeabelLapisan batuan pada batuan sedimen merupakan tumpukan berbagai

    jenis lithofacies yang berbeda, jadi merupakan tumpukan lapisan permeabel yangdipisahkan oleh lapisan inpermeabel.

    Apabila lapisan permeabel yang membentuk struktur bertingkat iniseluruhnya mengalami kejenuhan oleh air, akan terjadi bertingkat-tingkatpermukaan air bawah tanah, asalkan saling tidak berhubungan, misalnya karenaada patahan.

    Walaupun lapisan permeabel menampilkan struktur bertingkat seperti ini,adakalanya setiap tingkat saling tidak berhubungan, sehingga misalkan padapenggalian vertical shaft, di lapisan atas kita dibuat pusing oleh banyaknyapancaran air, tetapi kalau sudah melewati lapisan inpermeabel di bawahnya, dilapisan permeabel di bawah kadang-kadang jarang melihat pancaran air.Kebalikan darinya, adakalanya lapisan di atas dapat dilewati dengan selamattanpa pancaran air yang berarti, namun di lapisan bawah dipersulit oleh pancaranair yang banyak. Akan tetapi, pad aumumnya makin dalam pit bawah tanah,jumlah pancaran air dibagian itu normalnya akan berkurang, dan pengurangantersebut tampak jelas karena tebalnya lapisan inpermeabel yang dilewati.

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 19 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    Mengenai batas yang dicapai oleh rembesan air bawah tanah padalapisan batuan sedimen, yakni batas kdalaman dimana air bawah tanah biasadapat berada, ada satu contoh terdapatnya banyak air pada kedalaman 1.800 mdibawah permukaan bumi. Kedalaman rembesan air yang mampu dicapai,dimana secara umum batuannya mempunyai retakan, diperkirakan sekitar3.000 m. Pada kedalaman antara 600-900 m di bawah permukaan bumi, telahdiketahui air bawah tanah tidak begitu sulit untuk mengalir.

    5. Peredaran air akibat patahanPada umumnya, karena perubahan struktur geologi, terutama karena

    gerakan kerak bumi, terjadi berbagai jenis retakan. Terutama patahan dapatmenjadi jalur lewat (jalur air) bagi air bawah tanah, sehingga dapat mengundangsemburan air besar tak terduga di dalam pit. Artinya kalau terjadi patahan besar,buan disitu saja, tetapi batuan disekitarnya akan dirusak dan disitu juga banyakterjadi retakan, yang berarti daerah tersebut menjadi jalur lewat bagi air, sehinggadapat membawa banyak air dari tempat jauh, atau menjadi jalur air penghubungdari akuifer yang dipisahkan oleh lapisan inpermeabel. Pada tambang batu baradi Jepang juga ada contoh, sering dijumpainyafenomena seperti ini. Di ujunglubang maju yang selama ini digali dengan selamat, ketika mendekati patahanseperti ini, mengundang semburan air, ditambah lagi karena patahan tersebutbersambung dengan lapisan kuarter, sehingga menjadi penyebab masuknyabanyak air laut. Akan tetapi biasanya dengan berjalan waktu, jalur air tersebutjuga dialiri masuk oleh tanah lumpur dari dasar laut, sehingga akhirnya tertutupsendiri.

    F. Air Di Dalam Pit Bawah Tanah

    1. Sumber Air Pit Bawah TanahApabila air pit bawah tanah digolongkan berdasarkan sumber air atau

    proses muncul, maka dapat digolongkan dalam 5 jenis, yaitu air tanah,perembesan air permukaan bumi, mengalir masuknya air permukaan bumi, airyang dikirim masuk untuk pekerjaan dan semburan air tak disangka.

    a. Air TanahAir bawah tanah yang memancar keluar di pit bawah tanah disebut air

    tanah, dimana pada umumnya sebagian besar air pit bawah tanah adalah airtanah ini. Di semua tambang batu bara di Jepang, penambangan dilakukanpada kedalaman di bawah permukaan air bawah tanah, sehingga tidak adatambang batu bara yang tidak mengalami pancaran air tanah. Mengenaifenomena pancaran air ini bermacam-macam sumbernya, ada yang langsungmemancar dari terowongan yang digali, ada yang jatuh dari atap lapisan batubara karena atap runtuh dan turun atau terjadi keretakan akibat penambanganbatu bara, kemudian ada yang memancar dari lantai lapisan batu bara yangretak akibat lantai mengembung naik (floor lift), atau ada yang mengalir keluardari patahan yang terkena galian. Tetapi bagaimanapun juga, yang palingmengerikan adalah pancaran yang keluar dari akuifer. Pada umumnya, tidakada pertambahan dan pengurangan yang drastis dari jumlah pancaran airtanah, dimana jumlah pancaran itu terus menerus hampir sama. Akan tetapidengan adanya perubahan geologi serta pertambahan luas dan kedalamanakibat perkembangan pit, jumlah pancaran ini juga mengalami perubahanyang lumayan. Maka dilapisan batuan yang banyak sandstone berpartikelkasar, pancaran air di dalam pitnya lebih banyak daripada lapisan yangbanyak shale, dan jumlah pancaran air akan meningkat mengikutipertambahan luas pengembangan pit bawah tanah. Sedangkan denganbertambah dalamnya pit bawah tanah, sudah seharusnya jumlah pancaran air

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 20 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    secara lokal berkurang, tetapi jumlah air keseluruhan untuk seluruh pit tidakakan berkurang. Sumber air tanah ini adalah air bawah tanah, dimana padawaktu air tersebut memancar keluar di dalam pit, yang mempunyai pengaruhbesar adalah head air bawah tanah, yakni kedalaman di bawah permukaan airbawah tanah. Pada pit di daerah yang permukaan air bawah tanahnya telahturun karena drainase air dari pit di sekitarnya, pancaran airnya lebih sedikitdaripada pit yang sama didaerah perawan.

    Selama ini di Jepang, jumlah pancaran air yang dinyatakan terhadap 1ton produksi batu bara, namun antara produksi batu bara dan jumlah airpancar memang tidak ada keterkaitan langsung, sehingga bukan merupakanpernyataan yang tepat.

    b. Perembesan air permukaan bumiIni adalah air yang merembes ke dalam pit karena terjadinya retakan

    yang mencapai permukaan bumi atau dasar air akibat atap dibekaspenambangan batu bara rusak dan turun, sehingga air permukaan bumi, yakniair hujan, air salju cair, atau air kolam penampung dan laut masukmelewatinya. Hal yang membedakannya dengan pancaran air bawah tanahadalah pada umumnya ada batas jumlah air sumbernya, sehinggaperembesannya mungkin hanya untuk sementara, atau jumlah air tersebutberubah menurut musim, misalnya pada musim hujan dan musim salju cairterjadi peningkatan yang besar, sementara perembesan dibagian dangkal daripit, terutama tampak besar di bekas penambangan batu bara pada bagianyang dekat ke singkapan lapisan batu bara, namun tidak jelas sampai dimanabatas kedalaman hingga perembesan tidak terjadi lagi. Pada umumnya,dikatakan bahwa apabila batuan atap banyak yang bersifat permeabel, bataskedalaman tersebut bertambah.

    c. Mengalir masuknya air permukaan bumi.Ini adalah air permukaan bumi yang mengalir masuk ke dalam pit dari

    mulut pit pada waktu hujan lebat atau kasus khusus lainnya, dimana apabilajumlahnya banyak dan mendadak, dapat menjadi bencana air di dalam pitbawah tanah, sama seperti semburan air yang tak disangka.

    d. Air yang dikirim masuk untuk pekerjaanSebagai air yang dikirim ke dalam pit karena keperluan untuk

    pekerjaan dahulu di Jepang banyak didominasi oleh air yang digunakan untukpenambangan batu bara hidrolik, pengisian (filling, back filling) dantransportasi. Sedangkan saat ini didominasi oleh air penyemprotan untukmengendalikan debu termasuk debu batu bara, atau air untuk pendingin didalam pit, namun jumlahnya sedikit, sehingga tidak menjadi masalah besardalam drainase air. Selain itu, sebagai kasus terburuk, pada waktu kebakarandi dalam pit bawah tanah, ada kemungkinan mengirim masuk air dari luar pit,untuk menenggelamkan bagian tertentu atau satu blok tertentu dengan tujuanmemadamkan api. Dalam hal ini, apabila air hanya untuk penyemprotan,jumlahnya sedikit, namun apabila untuk menenggelamkan, jumlah air menjadibanyak, sehingga untuk membuka kembali blok tersebut, masalah drainase airini tidak dapat dipandang ringan.

    e. Semburan air tak disangkaAdakalanya sejumlah besar air yang tidak disangka tiba-tiba muncul di

    dalam pit bawah tanah, yang mengakibatkan sebagian atau seluruh pittenggelam di bawah air. Sumber dari air seperti ini ada yang berasal daribawah tanah dan ada yang berasal dari permukaan bumi.

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 21 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    Sumber air yang ada di bawah tanah terutama adalah air yang ada didalam akuifer yang memiliki banyak air serta air genangan di dalamterowongan lama. Air tersebut dapat keluar ke dalam pit bawah tanah tanpadisangka, pertama karena air genangan langsung terkena penggalian, dankedua karena patahan yang berhubungan dengan air genangan tersebutterkena penggalian. Sumber air yang ada dipermukaan bumi adalah air yangada di kolam penampung, danau dan rawa, sungai, serta genangan air bekastamang terbuka yang tiba-tiba jatuh ke dalam pit bawah tanah, kemudianpeningkatan air sungai yang tidak normal, atau ada juga kasus pada tamangbatu bara yang mulut pitnya dibuat di dekat pantai, dimana pada waktu lautbercuaca sangat buruk, air sungai atau air laut mengalir masuk dari mulut pit.Yang paling mengerikan diantara bencana air di dalam pit bawah tanahadalah air yang menyusup masuk dari dasar air pada tambang batu bara yangmelakukan penambangan di bawah sungai atau di bawah tanah yangtenggelam di bawah air, pada waktu melakukan penambangan bagiandangkal di bawah dasar laut atau di bawah sungai.

    2. Sifat Air Pit Bawah TanahDi dalam air pit bawah tanah tercampur atau terlarut berbagai macam zat,

    jadi air pit bawah tanah pada dasarnya tidak murni. Diantara zat tidak murni(impurity) tersebut yang paling umum dan merugikan dari segi drainase air adalahlumpur, asam dan garam. Pada waktu mendorong naik air yang tercampur lumpurdengan pompa, akan mempercepat keausan bagian yang bergerak di dalampompa, sehingga adalah penting air seperti ini dibersihkan dulu dari lumpurmelalui cara filtrasi atau cara sedimentasi. Diantara jenis asam yang paling umumadalah asam sulfat, dimana air yang mengandung asam ini akan membuat korosisetiap bagian pompa, dan asam yang parah dapat dengan cepat membuat pompamenjadi barang rongsokan. Untuk mengurangi kerugian tersebut, digunakanpompa yang bagian pentingnya terbuat dari logam khusus. Selain itu, apabila sifatasam pada air sangat kuat, adakalanya dinetralkan dulu memakai air kapur/susukapur, dan diendapkan sebagai kalsium sulfat, baru dilakukan pemompaan. Asamsulfat di dalam air pit bawah tanah, umumnya terbentuk dari proses oksidasi besisulfida yang berada di dalam lapisan batu bara atau di dalam lapisan batuan disekitarnya. Apabila air yang mengandung oksigen bekerja terhadap besi sulfida,maka dari reaksi

    2FeS2 + 2H2O + 702 = 2FeSO4 + 2H2SO4

    terbentuk asam sulfat. Tetapi, apabila disitu terdapat garam dapur (NaC), makamelalui pertukaran

    H2SO4 + 2 NaCl = Na2SO4 + 2HCl

    terbentuk asam klorida, sehingga proses korosi semakin meningkat. Sedangkanefek netralisasi susu kapur terhadap asam sulfat adalah sebagai berikut.

    H2SO4 + Ca (OH)2 = CaSO4 + 2H2O

    Kandungan garam di dalam air pit bawah tanah pada tambang batu baradi Jepang, terutama adalah garam dapur (NaCl). Air yang mengandung garamdapur bukan hanya terjadi apabila air laut merembes ke dalam pit, tetapi jugakarena ada pancaran air syngenetic dari endapan laut ke dalam pit. Air yangmengandung garam dapur dapat mempercepat korosi pompa dan pipa, namunsampai saat ini belum ada metode penyingkiran yang ilmiah untukmenghadapinya. Oleh karena itu, sebagai metode untuk mengurangi kerugian ini,

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 22 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    paling-paling dengan cara membuat bagian penting di dalam pompa dari logamyang tahan korosi, seperti perunggu misalnya.

    Selain itu, massa jenis air yang mengandung garam dapur dapatmeningkat hingga 21%, sehingga peningkatan beban pompa yang mendorongnyajuga tidak dapat dipandang enteng.

    Kemudian, adakalanya zat yang terlarut di dalam air memisahkan diri danmengendap, dimana kalau hal ini terjadi di dalam pompa atau pipa air sangatmerugikan. Gejala yang paling lazim adalah pengendapan kalsium karbonat,yakni air yang di dalamnya terlarut kalsium karbonat keluar ke dalam pit, dimanakalau tekanannya berkurang, sehingga sebagian zat terlarut mengalamipresipitasi dan mengendap. Persamaan kimianya adalah sebagai berikut:

    CaH2 (CO3)2 = CaCO3 + H2O + CO2

    Kalsium karbonat ini kadang-kadang mengendap di dalam pompa danpipa air drainase, yang dapat memperkecil diameter dalamnya, sehinggamenurunkan kemampuan pemompaan.

    Pada kebanyakan tambang batu bara diperlukan sejumlah besar air untukindustri dan untuk para pekerja. Air untuk industri antara lain adalah air untukpreparasi batu bara, air untuk penyemprotan, air untuk pendinginan mesin dan airuntuk kegiatan pendukung lainnya. Sedangkan air untuk pekerja antara lainadalah untuk kamar mandi dan kegiatan rumah tangga lainnya. Penyediaan air iniadalah masaah yang besar buat perusahaan, dimana adakalanya harusmempertimbangkan kemungkinan pemanfaatan air pit bawah tanah. Diantaraberbagai macam peruntukan, air untuk preparasi batu bara tidak terlalumemasalahkan kualitas air, sehingga air yang dipompa dari dalam pit seringkalilangsung digunakan untuk itu.

    G. Penahanan Air Pit Bawah Tanah

    Sebagai sumber air pit bawah tanah, terdapat air bawah tanah dan airpermukaan bumi. Kedua air itulah yang keluar di dalam pit bawah tanah. Yangmenjadi jalur air adalah rongga di dalam lapisan permeabel, patahan, serta berbagaimacam retakan yang terjadi pada atap atau lantai lapisan batu bara sebagai akibatpenambangan batu bara. Oleh karena itu, tindakan untuk menahan air pit bawahtanah adalah sedapat mungkin tidak melakukan penggalian yang mengenai jalur air,tidak membiarkan perkembangan pembentukan jalur air, serta menutup (menyumbat)jalur air yang sudah terbentuk. Untuk air yang terdapat dipermukaan bumi, yangdikhawatirkan akan merembes ke dalam pit bawah tanah, sedapat mungkindipindahkan ketempat lain. Jadi tindakan untuk menahan air pit bawah tanah terbagimenjadi tindakan yang dilakukan di permukaan bumi dan tindakan yang dilakukan dibawah tanah.

    1. Penahanan Air Di Permukaan BumiSebagai tindakan penahanan terhadap air permukaan bumi yang

    dikhawatirkan menyusup masuk ke dalam pit bawah tanah, terdapat tindakanmemindahkan air tersebut ke tempat lain dan tindakan menutup jalur air yangmenyusup ke dalam pit. Yang termasuk ke dalam kelompok pertama antara lainadalah pengeringan kolam penampung di permukaan, pengalihan aliran sungaidan pengeringan laut disekitar pantai, yang semuanya dilakukan sebelumpenambangan batu bara. Diantaranya, yaitu pengalihan aliran sungai, dilakukanjuga setelah penambangan batu bara. Dengan melakukan pengalihan alirantersebut, dapat memindahkan sungai di blok yang keadaannya tidakmenguntungkan ke blok lain, atau dengan meluruskan bagian lengkung darialiran, maka selain dapat memperkecil blok yang terkena kerugian, juga berakibat

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 23 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    mempercepat aliran sungai, sehingga dapat menahan (mengurangi) perembesanair dari dasar sungai ke dalam pit bawah tanah. Pekerjaan penahanan semacamini ada yang dilakukan dengan pekerjaan besar yang mencakup blok yang luas didalam satu lapangan batu bara. Di Jepang juga pernah dilakukan pengeringanbagian yang dangkal dari laut di dekat pantai dan drainase air di sebelah dalamtanggul, agar dapat menambang batu bara secara aman. Dalam hal ini, lahanyang dikeringkan tersebut dimanfaatkan sebagai lahan pertanian atau lahanindustri.

    Berikutnya adalah mengenai penutupan jalur air. Apabila air hujan, airsalju cair atau air sungai merembes ke dalam pit bawah tanah melalui retakan dipermukaan bumi atau retakan di dasar air, sebagai akibat penambangan batubara, maka retakan tersebut disumbat dengan tanah lempung atau dasar air dicordengan beton. Tindakan tersebut kelihatannya hanya tindakan darurat, namuntindakan ini telah sering dilakukan di Jepang, apabila akan menambang bagianyang dekat ke singkapan batu bara.

    Dan masalah yang penting adalah pemilihan letak mulut pit pada waktumemulai pembangunan. Dalam hal apapun, letak mulut pit harus dipilih tempatyang tidak ada resiko air mengalir masuk ke dalam pit. Dala hal ini, untuk daerahpedalaman harus mempertimbangkan peningkatan air yang tidak normal, danuntuk daerah pantai harus mempertimbangkan cuaca buruk yang tidak normal.Apabila mulut pit sulit diletakkan di tempat tinggi yang aman karena tanahnyadatar, maka dalam hal ini yang penting mulut pit dibangun sampai tinggi yangmemadai, atau dibangun tanggul penahan air yang kokoh sekeliling mulut pit,untuk bersiap menghadapi keadaan darurat.

    2. Penahan Air Di Bawah Tanah

    Langkah pertama dari tindakan ini adalah apabila akan melewati akuiferpada saat penggalian vertical shaft, dilakukan dulu injeksi semen di bagiantersebut untuk menahan pancaran air pada waktu penggalian maju, ataumenembus paksa akuifer pada waktu penggalian maju dan membangun dindingpenahan air dibagian tersebut. Walaupun pekerjaan penggalian sudah selesaidan telah tiba waktu untuk melakukan penambangan batu bara, penambangansekitar singkapan batu bara atau blok yang dekat ke permukaan bumi, yangmudah dirembesi oleh air permukaan bumi, sebaiknya dilakukan belakangan.Kemudian, pada penambangan di bawah sungai harus menyisakan safety pillar,dan kalau bisa penambangan blok tersebut juga sebaiknya dilakukan pada akhirpenambangan pit tersebut.

    Setelah dimulai penambangan di bawah sungai, kadangkala diperlukanpengisian kembali (backfilling) yang sempurna setelah dilakukan penambanganbatu bara, terutama untuk menahan air. Pada gambar di bawah ditunjukkankeuntungan dari pengisian kembali yang sempurna.

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 24 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    Gambar 10.Efek Penahanan Air dari Pengisian Gob

    Pada atap lapisan batu bara berturut-turut bertumpuk lapisan permeabel b,lapisan inpermeabel a dan akuifer c. Apabila bekas penambangan batu bara tidakdiisi kembali atau pengisiannya tidak sempurna hingga terjadi penurunan atapyang besar, maka lapisan inpermeabel a disekitar situ terputus sama sekali, danakuifer c dengan lapisan permeabel b langsung berhubungan, sehingga air didalam akuifer jatuh menuju ke dalam pit, seperti terlihat pada gambar 1 di atas.Sedangkan, apabila bekas penambangan batu bara diisi kembali secarasempurna pada gambar 2, penurunan atap sangat sedikit, lapisan inpermeabel atetap terjaga kontinuitasnya, dan akuifer c dan lapisan permeabel b tetap terpisahsatu sama lain, sehingga air di dalam akuifer tidak jatuh ke dalam pit.

    a. Safety Pilar Untuk Penahanan AirSafety pillar untuk penahanan air adalah pilar batu bara yang disisakan

    sebagai batar dua blok penambangan yang saling berdekatan, denganmaksud memutuskan peredaran air. Misalkan akan dibangun bagian dalamdari blok penambangan lama sebagai blok penambangan baru, sepertigambar di atas, maka sebagai batas kedua blok tersebut disisakan safetypillar, agar di blok baru dapat dilakukan penambangan tanoa dibuat pusingoleh air seperti pada blok lama. Pada kasus ini, dapat diperkirakan, bahwa airyang memancar di bekas penambangan blok lama ditahan oleh safety pillar,sehingga tidak mengalir masuk ke dalam blok baru. Akan tetapi, di bekaspenambangan batu bara di blok lama, ruang tersebut tertutup akubat atapyang runtuh atau turun, dan bersama itu terbentuk rongga baru, sehinggapermukaan air genangan blok ini perlahan-lahan akan naik. Selain itu, bidangpatah atap bc yang terjadi di sekitar safety pillar blok tersebut, makin lamatumbuh ke atas. Kemudian hal yang sama terjadi juga di blok baru. Akibatpenambangan batu bara di blok baru, terjadi pemisahan antar lapisan sertaperusakan batuan pada atap, dan bersama itu terbentuk bidang patah ac disekitar safety pillar. Bidang patah ini dan bidang patah bc dari blok lama salingberpotongan di titik c membentuk satu garis. Dengan demikian, kenaikanpermukaan air genangan pada blok lama akan terhenti pada bidang datar cd,dimana air yang lebih tinggi darinya akan melewati titik c dan meluap menujublok baru. Walaupun zona rusak pada atap kedua blok tersebut tidak langsungsaling berhubungan seperti ini, apabila permukaan air genangan di blok lamanaik hingga mencapai lapisan permeabel di atasnya, maka air genangantersebut dapat mengalir menuju ke blok baru melalui lapisan permeabeltersebut.

    Kalau kita lihat hasil dari safety pillar penahan air yang dilakukandiberbagai tempat, sangat jarang upaya tersebut mencapai efek sempurnaseperti yang direncanakan. Artinya, pada tahap awal penambangan di blokbaru, air pancar memang sedikit, namun biasanya suatu saat air akanbertambah hingga sama dengan jumlah di blok lama atau bahkanmelebihinya. Oleh karena itu, safety pillar penahan air semacam ini mungkincukup efektif kalau hanya untuk mengeluarkan air pancar di blok lama yangaliran di lantainya tertahan, namun safety pillar ini tidak mungkin untukmenahan air pancar di blok baru.

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 25 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    Gambar 11.Efek Safety Pilar Penahan Air

    b. Advenced BoringAdvenced boring sangat penting pada saat bertemu dengan semburan

    dan pancaran air, dan pada saat mendekati daerah dengan kondisi geologiyang tidak jelas atau pit lama, dan paling efektif untuk eksplorasi pit lama,patahan, akuifer dan lain-lain.

    Dengan melaksanakannya, akan didapat efek seperti berikut:a) Dapat menemukan patahanb) Dapat mengetahui perubahan lapisan batuanc) Dapat menemukan pit lama dan jalur aird) Dapat melakukan drainase air dan injeksi semen

    Peraturan tambang batu bara di Jepang menetapkan, bahwa untukblok yang tidak jelas kondisi geologinya serta pit lama, harus dilakukanadvenced boring lebih dari 40 m, namun untuk maksud berjaga diri,diharapkan melakukan advanced boring dengan inisiatif diri. Sebagaimasalah yang nyata, apabila mendekati akuifer atau pit lama, diperlukanpaling tidak 2 buah pemboran menyusuri garis perpanjangan terowongan.Apalagi, disekitar patahan, selain itu harus ditambah juga pemboran ke arahatas dan ke arah bawah terowongan.

    Tidak jarang terjadi kasus yang mengundang kecelakaan karenahanya mengandalkan data masa lalu seperti gambar pengukuran (survei) danterlalu memanfaatkannya. mEnangani masalah berdasarkan data terbaruadalah suatu prinsip dasar, dan untuk tujuan ini advanced boring adalahmetode yang paling tepat. Namun bukan hanya berhenti pada pengecekanposisi seperti ditulis di atas, tetapi jangan melupakan juga mengamati danmemeriksa baik-baik perubahan tingkat kekeruhan, rasa, temperatur, warnadan lain-lain dari air lumpur dan air bersih yang keluar dari lubang bor, untukdijadikan bahan pertimbangan.

    c. Injeksi SemenSelama penggalian terowongan, pada waktu melewati patahan yang

    ada bahaya semburan air atau akuifer, air dikendalikan dengan injeksi semen.Pada pekerjaan injeksi, dilakukan pemboran lubang menyusuri retakan yangdituju, kemudian pipa injeksi dimasukkan ke dalamnya dan cement milkditekan masuk dengan pompa tekanan tinggi dengan tekanan sekitar 100kg/cm2. Namun efektifitas injeksi sangat sulit diperkirakan, karena kondisigeologi yang sebenarnya berbeda-beda.

    Terutama di daerah remuk pada lapisan sandstone, setelah semenyang diinjeksi mengeras masih dapat terjadi kebocoran air karena hujan, dan

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 26 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    banyak kasus dimana diperlukan injeksi yang mencapai puluhan kali hanyauntuk melakukan penggalian maju yang tidak seberapa. Namun apabilakondisi penahanan air seperti posisi lubang injeksi, kekentalan (konsentrasi)cement milk dan waktu pengerasannya kebetulan pas dengan kondisisetempat, maka metode ini akan sangat efektif. Apabila cement milk mengalirkeluar karena rongganya besar, maka dengan menginjeksi serbuk kayugergaji bersamanya, dapat diharapkan efek pencegahan aliran keluar cementmilk akibat rongga yang tersumbat.

    d. Dam Penahan AirPrinsip dasar dari tindakan pada waktu terjadi semburan air di dalam

    pit bawah tanah adalah melakukan tindakan penahanan air secara cepat yangsedapat mungkin dekat ke lokasi penyemburan air, untuk menghentikanpembesaran lubang air sembur sekecil mungkin. Untuk itu, sering kali dibuatdam di terowongan.

    Bentuk dan jenis dam ada bermacam-macam, dimana sebagaimetode yang pengerjaannya mudah dan efektif terhadap lapisan lunak danlemah ada yang dinamakan Dam Tumpukan Kayu. Pada dam ini, kayudengan diameter bagian kecil 15 cm dan panjang 1,8 m dijejerkan sejajardengan terowongan, dan disela batuan dan kayu diisi pakis atau jerami,kemudian ditancapkan lagging untuk menguatkan tumpukan kayu itu sendiri.Kekuatan satu det tumpukan kayu terhadap tekanan konon sekitar 24 kg/cm2.Kemudian, sebagai dam permanen ada dam beton, dimana ketebalan yangdiperlukannya berubah menurut lebar terowongan dan tekanan air. Padagambar dibawah ini ditunjukkan diagram hitungan ketebalan dam.

    Gambar 12.Diagram Perhitungan Dam Beton Tanpa Tulang

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 27 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    Gambar 13.Diagram Perancangan Dam Beton Tulang Besi

    Pokok perhatian pada waktu melakukan konstruksi dam.1) Pada waktu membuat dam, sedapat mungkin dipilih tempat yang

    landasannya baik.2) Melakukan penggalian pondasi dengan sempurna.3) Bagian belakang dam dilakukan cogging atau packing yang cocok untuk

    menegah batuan runtuh.4) Pipa drainase air dimasukkan dibagian bawah dam, dan pipa kecil untuk

    pengukuran tekanan air atau untuk mengeluarkan udara dimasukkandibagian atas dam dan dipasangi gate valve.

    5) Pada pengerjaan sekitar atap, adonan mortar yang kental dimasukkansempurna.

    6) Jangan memberi tekanan air sampai beton mengeras sempurna.

    e. Drainase Air Pit LamaApabila akan menambang dengan mendekat ke pit lama, maka untuk

    mencegah semburan air yang tak disangka, perlu mengetahui posisi dankondisi pit lama setepat mungkin. Di Jepang, peraturan keselamatan tambangbatu bara menetapkan hal-hal berikut.1) Pada waktu mendekati pit lama, harus dilakukan advenced boring dari

    posisi lebih dari 50 m dari pit lama untuk meneliti kondisi geologi, danbersamaan dengan itu harus memeriksa keadaan air genangan, serta adatidaknya penimbunan gas mudah terbakar dan lain-lain.

    2) Pada waktu melakukan advenced boring, terowongan penggalian majutidak boleh mendekat kurang dari 5 m dari dasar lubang bor.

    3) Pada waktu terdapat kemungkinan bahaya semburan air besar, selainmelakukan tindakan advenced boring, harus membuat dam penahan airdan fasilitas penahanan air yang lain.

    f. Drainase Air Sebelum PenambanganIni adalah metode drainase air dengan melakukan pemboran dari

    gateway atau airway sampai ke akuifer, pada waktu penggalian maju ataumendahului permuka kerja penambangan batu bara sebelum penambangan,untuk mencegah semburan air besar selama penambangan batu bara,terutama pada penambangan batu bara sistem lorong panjang dengan fullcaving di gob. Pada lubang bor dimasukkan slang karet atau pipa, dan apabilapancaran airnya banyak, kadang-kadang dilakukan cara drainase air sambilmengatur jumlah air dengan memasang sluice valve. Akan tetapi, padametode drainase air ini ada kemungkinan terjadi pancaran air yang banyakdan keluar secara putus-putus. Kalau terjadi seperti ini, penerapan metode iniperlu hati-hati, karena ada masalah seperti penggelaran pipa untukpemompaan air dan biaya listrik untuk pemompaan air.

    H. Metode Drainase Air dan Fasilitas Drainase Air

    1. Drainase Air dengan Saluran Air DrainasePada tambang bawah tanah yang membuka pit dengan membuat adit dan

    beroperasi pada tempat yang lebih tinggi dari level, air pancar dapat dikumpulkandi adit ini dan dialirkan ke luar pit. Pada tambang logam, banyak tambang yang

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 28 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    beroperasi didaerah yang lebih tinggi dari adit tersebut, sehingga ditambang-tambang tersebut umumnya digunakan metode drainase air ini. Pada metode ini,sama sekali tidak diperlukan fasilitas mesin dan juga tenaga penggerak, sertapekerjaannya juga mudah. Dan walaupun pit berkembang di bawah level tersebut,sebatas masih diizinkan oleh topografinya, drainase air dilakukan juga denganmenggali terowongan khusus untuk drainase. Terowongan khusus ini umumnyamenjadi panjang dan besar, serta diperlukan biaya penggalian yang besar, namunkarena biaya drainase air berkurang, pada tambang logam dimanfaatkan secaraluas. Terowongan semacam ini umumnya di Jepang disebut terowongan kanal.

    Apabila jumlah air pancar sedikit, tidak dibuat terowongan kanal yangkhusus, tetapi dibuat saluran/selokan samping terowongan transportasi utama,dan drainase air dilakukan oleh aliran air secara alami dengan membuatkemiringan pada jalur air. Dari sudut pandang transportasi dan pengaliran air,biasanya kemiringan tersebut dibuat miring 1/200-1/300, tanpa membedakanapakah itu tambang logam atau tambang batu bara.

    Kemudian, apabila kecepatan aliran terlalu lambat, debu, tanah dan pasirakan mengendap, yang menyebabkan penampang jalur air mengecil, sehinggaharus dipertahankan kecepatan aliran minimum lebih dari 7,2 m/menit untukmembawa pergi endapan tersebut.

    Perhitungan kapasitas saluran drainase air dinyatakan dengan luas aliran(m2) x kecepatan aliran (m/detik), dimana pada perhitungan kecepatan aliransering digunakan rumus Kutta.

    V = C SR.Dimana;

    V = Kecepatan aliran rata-rata (m/detik)C = Koefisien kecepatan aliranR = Kedalaman jalurS = kemiringan permukaan air (=tan , . Sudut kemiringan)

    Tabel 6Nilai Koefisien Kecepatan Aliran, C (Kutta)

    Kedalaman jalur Saluran beton Saluran batuan apaadanya.

    0,050,100,150,200,25

    3642444750

    3034363739

    Yang dimaksud kedalaman jalur adalah pada suatu penampang yangtegak lurus aliran air, luas penampang aliran dibagi dengan panjang keseluruhandinding jalur air yang bersentuhan dengan air, misalnya pada gambar di bawahadalah

    baaxbR

    2

    a

    b

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 29 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    Koefisien kecepatan aliran ditentukan oleh kedalaman jalur dan jenissaluran drainase, yang nilainya ditunjukkan pada tabel di atas.

    2. Drainase Air dengan PompaKenyataannya, drainase air yang dilakukan hanya dengan metode aliran

    turun alami seperti dijelaskan pada pasal sebelumnya sangat jarang, dimanahampir pada semua tambang, air yang timbul seiring dengan penambangan dibawah level mulut pit, dibuang dengan mengangkat (memompa) air dengantenaga penggerak mesin. Pompa adalah alat untuk maksud tersebut.a. Pemilihan pompa

    Di Jepang telah digunakan berbagai macam pompa untuk drainase airpit bawah tanah, yang mana konstruksi, penggerak yang digunakan dankapasitasnya tergantung dari tempat dan tujuan penggunaan, tetapi pokoknyayang penting adalah menggunakan pompa yang paling sesuai dengankapasitas fasilitas dan kondisi di dalam pit. Karakter dan kemampuan pompaberdasarkan jenisnya yang digunakan di Jepang adalah seperti tabel 2berikut.

    Dewasa ini sebagai pompa drainase air di tambang, yang umumdigunakan adalah pompa sentrifugal, terutama multi stage turbine pump danmulti stage volute pump yang mempunyai head tinggi. Dan sebagai pompalokal digunakan pompa bolak-balik kecil (small size reciprocating pump), sertaakhir-akhir ini adalah pompa dalam air tahan tekanan dan tahan ledakanuntuk tambang batu bara tipe X. Dalam pemilihan pompa, harus dilakukanpertimbangan dengan membandingkan efisiensi, sifat dan kemampuan,bentuk, pemeliharaan, sulit tidaknya penanganan, dan kondisi penggunaan.

    Tabel 7Karakter dan Kemampuan Pompa

    Jenis Kemampuan Penggerak Penggunaan PenangananWorthingtonPump

    Kapasitas kecil,head sedang

    Udarakompresi

    PenggalianMaju

    Sulit

    TurbinePump

    Kapasitasbesar,Head besar

    Listrik PompaTetap

    Mudah

    VolutePump

    Kapasitasbesar,Head kecil

    Listrik Sda Sda

    Air pump Kapasitas kecil,Head kecil

    Udarakompresi

    PenggalianMaju

    Sulit

    Jet pump sda Airbertekanan

    sda Mudah

    Gambar berikut menunjukkan mekanisme umum pengangkatan airdengan pompa. Pompa mengisap masuk air ke dalam pompa sendiri daripenampung air B melalui pipa air S, kemudian melalui pipa air Dmengangkatnya sampai ketinggian yang diperlukan. Pipa air untuk mengisapitu disebut pipa isap (suction pipe) dan pipa air untuk mengangkat itu disebutpipa kirim (delivery pipe). Kemudian, jarak tegak lurus dari permukaan air dipenampung air sampai pusat pompa, Hs, disebut head air isap dan jaraktegak lurus dari pusat pompa sampai mulut keluar pipa kirim, Hd, disebut headair kirim. Jumlah head air isap dan head air kirim, Hs + Hd, disebut head airsebenarnya. Apabila kepadanya ditambahkan tahanan friksi di dalam pipaisap, h2, dan tahanan friksi di dalam pipa kirim, h1, akan menjadi head air total(angkatan total), Ht.

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 30 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    Ht = Hs + h2 + Hd + h1Dimana;

    Ht = head air total (angkatan total)Hs = head air isaph2 = tahanan friksi di dalam pipa isapHd = Head air kirimh1 = tahanan friksi di dalam pipa

    kirim (perhatikan tabel dibawah ini.

    Gambar 14.Mekanisme Pemompaan Air

    Tabel 8Kerugian Head (Hr) per 100 m Pipa Besi Cor Baru

    (untuk = 0,0005 m, temperatur Air 15 oC)

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 31 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    b. Daya pompaNp = QH/75

    Dimana;Np = daya pompa (HP) = berat air per satuan volume (1000 kg/m3)Q = jumlah angkatan air sebenarnya (m3/detik)H = head total (m)

    c. Daya poros pompaN = Np/

    Dimana; = head tinggi 0,65-0,75

    head sedang 0,70-0,85head rendah 0,75-0,85

    Daya motor listrik adalah 10-20% lebih besar dari pada daya poros.(KW motor listrik didapat dari daya motor listrik dikalikan 0,736)

    Tabel 9Spesifikasi Pompa Turbin Tipe MTE

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 32 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    d. Kapasitas drainase airBerbeda dengan pabrik produksi lain, pada tambang sulit diperkirakan

    jumlah air drainase pada tahap awal pembangunan. Selain itu, ketinggianpengangkatan (head) yakni berapa banyak air harus diangkat dari kedalamanberapa, pada awalnya juga tidak jelas. Apalagi kalau sumber air yang harusdidrainase banyak berasal dari perembesan air permukaan, maka jumlah airdrainase antara musim hujan dan musim kering sangat berbeda.

    Apabila menghadapi kesulitas seperti ini, dimana harus ditetapkankapasitas pompa drainase dan jumlah pompa, serta lokasi pemasangannya,maka untuk memutuskannya tidak ada jalan lain selain mengacu kepadasurvei geologi serta survei kondisi drainase air tambang batu bara dantambang lain yang seruoa yang saat ini sedang beroperasi.

    Secara ideal, apabila misalnya kapasitas fasilitas dibuakt 4 kali jumlahair yang dikeluarkan pada waktu normal, dimana pompa yang dipasangmempunyai kapasitas yang sama, maka dalam hal ini 1 unit digunakan untukoperasi normal, dan sisa yang 3 unit sebagai cadangan yang dapatdigerakkan setiap saat, atau diharapkan paling tidak kemampuannyamencapai 1,3-1,5 kali jumlah semburan air maksimum yang diperkirakan.Selain itu, jalur distribusi listrik sampai ke lokasi perubahan tegangan di luarpit, serta dari lokasi perubahan tegangan sampai ke motor listrik penggerakpompa di dalam pit, diharapkan masing-masing dibuat lebih dari 2 jalur, untukbersiap-siap menghadapi kemungkinan mati listrik pada salah satu jalur yangtidak disangka. Kapasitas fasilitas pipa untuk sistem drainase juga sebaiknyadipasang dengan pola pikir yang sama. Penambahan pipa dan sistemdistribusi listrik memerlukan waktu dan tenaga kerja yang jauh lebih banyakdari pada pemasangan pompa, dimana dikhawatirkan tidak keburu padawaktu keadaan darurat, sehingga sebaiknya diberi kelonggaran yangmemadai. (Di Jepang, pancaran air rata-rata per ton produksi batu baraadalah 8-10 m3).

    e. Bag pada pit bawah tanahTujuan dari bag (kantung) adalah tempat memasukkan pipa isap

    pompa, dan tempat mengendapkan tanah lumpur yang bercampur di dalamair pit, serta melakukan penyelarasan yang pantas antara jumlah air yangdikumpulkan ke dalam bag dan jumlah air yang dikeluarkan oleh pompa. Hal-hal yang harus dipertimbangkan pada waktu menentukan letak dan kapasitasbag adalah sebagai berikut:1) Untuk memperpendek dan mengurangi belokan pipa isap, sedapat

    mungkin mendekati kedudukan pompa.2) Tidak menghalangi kemajuan penambangan (memindahkan dudukan bag

    berkali-kali berarti tidak ekonomis)3) Dibuat ditempat yang memudahkan pengumpulan air di dalam pit, dan

    berbeda di dalam batuan kokoh untuk mencegah air bocor.4) Hubungannya dengan jumlah air drainase pompa reguler, serta ada

    tidaknya pompa cadangan dan jumlahnya.

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 33 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    5) Perubahan jumlah air pancar di dalam pit (menurut musim hujan danmusim kering).

    6) Kelonggaran/toleransi terhadap saat pemompaan air terhenti, misalnyakarena mati listrik dan kerusakan fasilitas.

    7) Untuk mengantisipasi berkurangnya kapasitas efektif bag yang disebabkanoleh pengendapan tanah lumpur yang tercampur di dalam air pit,ditempatkan pompa tanah lumpur untuk menjaga kapasitas efektif bag,dengan senantiasa melakukan penyingkiran tanah lumpur. (Salah satutindakan yang dapat diambil adalah membuat bag lain untuk pengendapantanah lumpur agar memudahkan penyingkiran tanah lumpur).

    Demikianlah pokok perhatian untuk bag, dimana yang penting adalahmenentukan bag dengan kapasitas yang diperlukan, tetapi juga terkecil.Walaupun pompa biasa dam cadangan keduanya tersedia, namun bilakeadaannya memungkinkan, sebaiknya bag mempunyai volume yang cukupuntuk menampung jumlah air pancar selama 12-24 jam.

    f. PemipaanBerbeda dengan bagian mesin, pipa itu sederhana, sehingga sering

    dipandang ringan. Tetapi karena ada juga masalah air bocor dan korosi, makapenempatannya terutama perlu dilakukan dengan hati-hati.

    Hal-hal yang harus dipertimbangkan pada pemipaan adalah:1) Memasang pipa isap dengan tidak membebani seluruh bobot pipa kepada

    bagian sambungannya dengan pompa.2) Bagian yang datar pada pipa isap dibuat miring naik sedikit mengarah ke

    pompa (agar tidak terjadi air pocket).3) Penyambungannya dikerjakan dengan baik agar dipastikan tidak

    mengisap masuk udara melalui bagian sambungan pipa isap.4) Bagian datar pipa kirim (delivery pipe) juga sebaiknya ditempatkan dengan

    miring sedikit ke atas mengarah ke arah pengiriman.5) Dalam kasus apapun, pemipaan direncanakan dengan sedapat mungkin

    mengurangi katup, pipa cabang dan bagian belok.

    Pipa air yang digunakan sebagai pipa distribusi, umumnyamenggunakan pipa baja. Dibandingkan dengan pipa dari besi cor, pipa bajalebih mudah korosi oleh asam dan garam, namun karena mempunyaikeuntungan seperti kekuatan mekanik yang tinggi, dan mudah ditanganikarena ringan, dan lagi sambungannya cukup sedikit saja karena dapatdiperoleh pipa yang panjang, maka pipa baja digunakan secara luas. Apabilatekanan tidak terlalu tinggi, yaitu dibawah 10 atmosfir, digunakan pipa gas,dan terhadap tekanan yang lebih dari itu, digunakan pipa baja tanpasambungan (seamless pipe).

    Apabila dilakukan pemompaan volume tertentu air denganmenggunakan pipa berdiameter kecil, maka tahanan friksi di dalam pipamenjadi besar, sehingga kerugian energinya menjadi besar dan biayapenggeraknya bertambah.

    Berlawanan dengannya, apabila digunakan pipa dengan diameterbesar, maka biaya penggeraknya berkurang, tetapi fasilitas pemipaannyabertambah besar. Olah kerena itu untuk memperoleh ukutan pipa air yangpaling sesuai, harus dipilih yang paling ekonomis, dengan mempertimbangkanbiaya penggerak, biaya fasilitas pemipaan, lamanya waktu operasi, dan lain-lain. Akan tetapi, kenyataannya sulit untuk menentukan masing-masingpemipaan berdasarkan perhitungan. Untuk itu, sebagai patokan, biasanyadilakukan perhitungan diameter pipa dengan merencanakan agar kecepatan

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 34 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    aliran rata-rata di dalam pipa menjadi 1-3 m/detik. Antara diameter pipa danjumlah air terdapat hubungan sebagai berikut:

    d =v

    Q.

    4

    dimana;d = diameter dalam pipa air (m)Q = jumlah aliran air per menit (m3/menit)v = kecepatan aliran rata-rata per menit (m/menit)

    Patokan hubungan antara diameter dalam pipa drainase air dankapasitas alirannya adalah seperti tabel di bawah.

    Tabel 10Hubngan Diemeter Pipa Dengan Kapasitas Aliran

    Diameter Dalam Pipa KapasitasInch Mm M3/menit

    24681012

    50100150200250300

    0,171,132,854,257,1011,4

    Pada tambang yang jumlah air yang dipompanya banyak atau padatambang dengan kualitas air yang sangat korosif terhadap pipa air, untukmencegah korosi dilakukan berbagai tindakan pencegahan korosi, sepertimenggunakan pipa air yang permukaan dalamnya atau kedua permukaannyadiberi lining karet (rubber lining).

    I. Pengukuran Jumlah Aliran

    Pada waktu berpikir mengenai masalah yang berhubungan dengan air, yangpaling penting adalah melakukan pengukuran jumlah air secara tepat. Ada berbagaimacam metode pengukuran, diantaranya metode memakai tanki pengukuran ataumengukur jumlah aliran dengan dam (weir) merupakan yang paling mudah untukpenggunaan di tambang dan relatif tepat.

    1. Metode Memakai Tanki PengukuranPada metode ini biasanya digunakan drum minyak, dimana air

    ditampungnya dan diukur waktu hingga air penuh, atau beberapa drum yangdipenuhi dalam selang waktu tertentu. Metode ini dapat mengukur dengan tepatapabila jumlah aliran airnya sedikit. Tetapi, pada metode ini pengukuran hanyadapat dilakukan secara terputus-putus, dimana kalau diperlukan pengawasankontinu terhadap jumlah aliran air, maka lebih mudah menggunakan pengukurjumlah aliran dengan Dam.

    2. Pengukur Jumlah Aliran Dengan DamPengukur jumlah aliran dengandam (weir) ini ada yang seperti gambar. Air

    yang hendak diukur, melewati pipa r, dan mengalir masuk ke dalam saluran Ayang dipasang datar sempurna. Setelah permukaan air stabil dengan melewatijaring logam yang dipasang di dalam aliran air, air jatuh dari dam B. Dalam kasusini, ketinggian dari dasar dam B sampai permukaan atas air menjadi patokan

  • Penirisan Tambang ( Water Drainage)

    Buku Pegangan Peserta Hal. 35 - 35Pusat Pengembangan Program OMTC Copyright OMTC 2002Modul Teknologi Tambang DalamFile : Makalah Drainase Tambang Bawah Tanah.doc

    jumlah aliran, dimana jumlah aliran dapat dihitung dari masing-masing rumusyang berbeda menurut bentuk potongan penahan (segi tiga atau segi empat),seperti berikut ini.

    Gambar 15.Pengukuran Jumlah Aliran Dengan Dam (Weir)

    Q = K.h5/2 (dam segi 3)Q = K.bh3/2 (dam segi 4)Q = jumlah aliran (m3/detik)h = kedalaman air pada mulut dam (m)b = lebar dam (m)

    Dimana K adalah koefisien jumlah aliran yang berubah menurut lebar jalurair, lebar dam dan kedalaman air, dimana nilainya menjadi, K = 1,44 untuk damsegi 3, dan K = 1,8 untuk dam segi 4.