Rekayasa Tambang Bawah Tanah Konsep Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah Dikutip dari : Kuliah Prof. Ridho Kresna Wattimena di UNP Disampaikan dalam kuliah 1 di Teknik Pertambangan Universitas Lambung Mangkurat
Rekayasa Tambang
Bawah Tanah Konsep Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah
Dikutip dari : Kuliah Prof. Ridho Kresna Wattimena di UNP
Disampaikan dalam kuliah 1 di Teknik Pertambangan Universitas Lambung Mangkurat
PENDAHULUAN Konsep Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah
PENDAHULUAN
Pengertian Rekayasa :
Penerapan kaidah-kaidah ilmu dl pelaksanaan (spt perancangan, pembuatan konstruksi, serta pengoperasian kerangka, peralatan, dan sistem yg ekonomis dan efisien)
Rekayasa Teknik
PENDAHULUAN
Penerapan dasar-dasar geoteknik atau mekanika batuan pada
tambang bawah tanah didasarkan pada beberapa hal
sederhana (Brady & Brown, 2004):
Massa batuan mempunyai sifat-sifat mekanik yang dapat diukur
dengan uji-uji standar.
Proses penambangan bawah tanah akan membentuk struktur
batuan yang terdiri atas rongga, penyangga, dan abutments
yang kinerja mekanikanya dapat dianalisis dengan
menggunakan dasar-dasar mekanika klasik.
Kemampuan untuk memprediksi dan mengontrol kinerja
mekanika dari massa batuan dimana penambangan dilakukan
dapat menjamin kinerja ekonomi tambang tersebut.
Mekanika penambangan bawah tanah
Gambar di samping
menunjukkan sebuah
penampang melalui badan bijih
mendatar.
ABCD dan EFGH adalah blok-
blok dimana bijih akan
ditambang
Sebelum penambangan,
material di dalam permukaan
ABCD dan EFGH memberikan
gaya-gaya penyangga pada
batuan di sekelilingnya.
Kondisi pra-penambangan di sekitar badan bijih
Mekanika penambangan bawah tanah
Penggalian badan bijih untuk
menghasilkan konfigurasi seperti
gambar di samping
menghilangkan gaya-gaya
penyangga.
Proses penambangan ini ekivalen
secara statika dengan pemberian
gaya-gaya pada permukaan
ABCD dan EFGH yang besarnya
sama dengan gaya-gaya asal
tetapi pada arah yang
berlawanan.
Konsekuensi mekanika penambangan badan bijih
Mekanika penambangan bawah
Akibat gaya-gaya terinduksi
(mining-induced forces) ini,
“gangguan” mekanika berikut ini
dialami oleh massa batuan:
Terjadi perpindahan pada
batuan samping menuju ke
ruang kosong yang telah
ditambang.
Tegangan dan perpindahan
diinduksikan pada pilar tengah
dan abutment.
Konsekuensi mekanika penambangan badan bijih
Mekanika penambangan bawah
Tegangan final total pada pilar
dan abutment ditentukan dari
tegangan terinduksi dan tegangan
awal pada massa batuan.
Gaya-gaya terinduksi
menghasilkan peningkatan energi
regangan dalam massa batuan.
Energi regangan disimpan secara
lokal pada zona-zona dimana
konsentrasi tegangan meningkat.
Konsekuensi mekanika penambangan badan bijih
PERANCANGAN LUBANG BUKAAN
Konsep Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah
PERANCANGAN LUBANG BUKAAN
Tujuan akhir dari perancangan struktur pada tambang bawah tanah, adalah untuk mengontrol perpindahan ke dalam dan di sekitar massa batuan.
Pepindahan elastik di sekitar lubang bukaan tambang umumnya kecil (Brady & Brown, 2004).
Perpindahan batuan sebagai akibat kegiatan konstruksi bawah tanah:
Peretakan batuan utuh.
Gelinciran pada struktur geologi.
Defleksi yang berlebihan pada batuan atap dan batuan lantai.
Keruntuhan tak stabil di dalam sistem
PERANCANGAN LUBANG BUKAAN
Beberapa elemen dasar untuk rancangan lubang bukaan
(Brady & Brown, 2004):
Kekuatan dan karakteristik deformasi badan bijih dan batuan samping
harus ditentukan secara akurat.
Struktur geologi pada massa batuan di zona yang dipengaruhi aktifitas
penambangan harus ditentukan melalui eksplorasi dan pengujian yang
sesuai,.
Distribusi tekanan airtanah pada daerah penambangan harus dibuat.
Perhitungan analitik harus dilakukan untuk mengevaluasi semua
kemungkinan respons massa batuan di sekitar lubang bukaan.
Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah (Hoek & Brown, 1980)
Perancangan Lubang
Bukaan Bawah Tanah (Hoek & Brown, 1980)
Empat Sumber Ketidakmantapan
Ketidakmantapan karena struktur geologi yang tidak
menguntungkan cenderung terjadi pada batuan keras
yang terpatahkan dan terkekarkan dan dimana
beberapa set bidang diskontinyu dengan kemiringan
curam.
Kemantapan kadang-kadang dapat ditingkatkan melalui
relokasi dan reorientasi dari lubang bukaan tetapi
umumnya dibutuhkan penyanggaan yang cukup intensif.
Baut batuan dan kabel batuan dapat efektif untuk
menyangga massa batuan jenis ini, sepanjang struktur
geologi telah diperhitungan dalam perancangan sistem
penyangga.
Empat Sumber Ketidakmantapan
Ketidakmantapan karena tegangan yang tinggi umumnya
berhubungan dengan batuan keras dan dapat terjadi bila
penambangan di kedalaman besar atau bila lubang
bukaan berukuran sangat besar dikonstuksi pada
kedalaman dangkal.
Kondisi tegangan yang tak biasa seperti tegangan yang
mungkin dijumpai pada penerowongan di daerah
pegunungan curam atau kondisi batuan lunak yang tak
biasa dapat juga mengakibatkan ketidakmantapan
karena tegangan.
Perubahan bentuk lubang bukaan dan reposisinya relatif
terhadap lubang bukaan lainnya sangat membantu
mengatasi problem ini meskipun penyangga mungkin
diperlukan juga.
Empat Sumber Ketidakmantapan
Ketidakmantapan karena pelapukan dan/atau swelling
umumnya berhubungan dengan batuan yang relatif
lemah tetapi dapat juga terjadi pada lapisan yang
terisolasi di dalam batuan keras.
Perlindungan permukaan batuan yang terekspos dari
perubahan signifikan kandungan air umumnya
merupakan tindakan pencegahan yang sangat baik
untuk mengatasi masalah ini.
Empat Sumber Ketidakmantapan
Ketidakmantapan karena tekanan atau aliran airtanah
yang berlebihan dapat terjadi pada semua jenis massa
batuan tetapi umumnya baru akan menjadi problem jika
terjadi bersama-sama dengan bentuk ketidakmantapan
lainnya.
Pengalihan aliran air dengan grouting dan pengurangan
tekanan air melalui penyaliran umumnya menjadi
tindakan perbaikan yang paling efektif.
TAMBANG BAWAH TANAH
Konsep Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah
TAMBANG BAWAH TANAH
Penambangan dengan metode tambang bawah tanah
akan membutuhkan jenis-jenis lubang bukaan yang
berbeda dengan fungsi yang berbeda pula (Brady &
Brown, 2004):
Mine access and service openings:
Main shaft, level drives, cross cuts, ore haulages, ventilation shafts, dan
airways.
Service and operating openings:
Access cross cuts, drill headings, access raises, extraction headings, dan
ore passes.
Ore source: Stope
TAMBANG BAWAH TANAH
TAMBANG BAWAH TANAH
Terlepas dari teknik penambangan yang diterapkan, Brady &
Brown, (2004) menentukan empat tujuan umum geoteknik untuk
kinerja dari struktur tambang dan ketiga jenis lubang bukaan di
atas:
1. untuk menjamin kemantapan keseluruhan dari struktur
tambang lengkap berdasarkan sumber utama endapan dan
rongga bekas penambangan, sisa endapan, dan batuan
samping;
2. untuk melindungi major service openings selama waktu
penggunaannya;
3. untuk menyediakan jalan masuk yang aman ke tempat kerja di
dan di sekitar pusat penambangan endapan;
4. untuk mempertahankan kondisi mineable dari cadangan yang
tidak ditambang.
IMPLEMENTASI PROGRAM
GEOTEKNIK
Konsep Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah
IMPLEMENTASI PROGRAM GEOTEKNIK
Program geoteknik harus terintegrasi dengan fungsi-
fungi teknikal lainnya dalam pengembangan
perencanaan tambang yang koheren.
Keberhasilan pencapaian tujuan program
mensyaratkan komitmen dari sumber daya yang cukup,
secara kontinyu, untuk memungkinkan analisis rasional
dari problem-problem yang dihadapi pada setiap
tahapan aktivitas penambangan.
Brady & Brown (2004) memberikan komponen-
komponen dan logika dari program geoteknik.
Komponen dan logika
program geoteknik
(Brady & Brown, 2004)
Karakterisasi lokasi
Tujuan fase ini, adalah untuk mendefinisikan sifat-sifat
dan kondisi massa batuan dimana penambangan akan
dilakukan.
Fase ini mencakup:
penentuan kekuatan dan karakteristik deformasi dari litologi
yang berbeda-beda di dalam dan di sekitar badan bijih;
penentuan karakteristik geometrik dan mekanik kekar;
penentuan lokasi dan deskripsi struktur geologi lainnya;
penentuan kondisi tegangan in situ di daerah penambangan;
investigasi hidrogeologi.
Karakterisasi lokasi
Kesulitan dalam karakterisasi lokasi adalah untuk
mendapatkan data yang representatif untuk
menggambarkan kondisi geoteknik keseluruhan massa
batuan.
Dengan akses yang terbatas sehingga hanya sedikit
contoh batuan yang bisa diperoleh dan tidak adanya
teori umum untuk menghubungkan karakteristik contoh
dengan massa batuan, karakterisasi lokasi pada pass
pertama mempunyai kekurangan.
Formulasi model tambang
Formulasi model tambang merepresentasikan simplifikasi
dan rasionalisasi data yang diperoleh dari karakterisasi
lokasi.
Tujuannya adalah untuk memperhitungkan fitur
geoteknikal utama yang akan dinyatakan dalam
perilaku deformasi.
Contoh:
satuan litologi diasumsikan mempunyai kekuatan dan
karakteristik deformasi rata-rata yang “representatif”;
struktur mayor diasumsikan mempunyai geometri teratur dan
karakteritik kuat geser rata-rata;
spefisikasi representatif digunaka untuk kondisi tegangan in situ
awal.
Formulasi model tambang
Kebutuhan akan fase ini muncul dari data rinci terbatas
yang dapat diakomodasi dalam hampir semua metode
analitik dan komputasi dalam perancangan.
Penyimpangan yang signifikan mungkin terdapat pada
tahap ini karena ketidakmampuan untuk
mengidentifikasi sifat keteknikan penting dari struktur
tambang.
Analisis rancangan
Setelah kondisi massa batuan didefinisikan, kinerja
mekanika dari konfigurasi penambangan dan geometri
lubang bukaan dapat diprediksi dengan menggunakan
teknik-teknik matematik dan numerik.
Metode analitik dapat sederhana atau kompleks,
dengan menggunakan skema komputasi yang dapat
memodelkan perilaku konstitutif massa batuan yang
cukup kompleks.
Perkembangan yang sangat cepat dalam metode-
metode perhitungan memicu kemajuan yang penting
dan keyakinan yang lebih baik dalam perancangan
struktur pada massa batuan.
Pemantauan kinerja batuan
Tujuan dari fase ini adalah untuk mengkarakterisasi
respons operasional massa batuan terhadap aktivitas
penambangan.
Sasarannya adalah untuk membuat gambaran
komprehensif mengenai peranan elemen-elemen
massa batuan dalam perilaku beban-deformasi massa
batuan.
Data yang dibutuhkan untuk gambaran ini diperoleh
dari pengukuran perpindahan dan tegangan pada
lokasi-lokasi kunci pada tambang.
Inspeksi visual harus dilakukan juga secara reguler untuk
mengalokasi keruntuhan akibat struktur geologi dan
area-area yang menunjukkan respons yang anomali.
Semua area ini harus rutin dipetakan.
Analisis retrospektif
Proses analisis kuantitatif data yang dihasilkan dari aktifitas
pemantauan dimaksudkan untuk menilaiulang dan
memperbaiki pengetahuan mengenai karakteristik
mekanik in situ massa batuan serta mereview keakuratan
model tambang.
Review konseptualisasi massa batuan mencakup analisis
dari peranan struktur mayor pada kinerja lubang bukaan
dan identifikasi parameter kunci geoteknik yang
mengontrol respons deformasi massa batuan.
Data hasil analisis retrospektif digunakan untuk
memperbaharui data karakterisasi lokasi, model tambang,
dan proses perancangan, melalui loop umpan balik.
Prosedur ini sama dengan prinsip metode observasi yang
sudah lama digunakan di mekanika tanah (Peck, 1969).
TERIMA KASIH