Diktat Ventilasi Tambang

Ventilasi Tambang

VENTILASI TAMBANG FF

A. PENDAHULUAN Dalam teknologi penambangan bawah tanah ada dua masalah pokok yang menjadi kendala pada saat pelaksanaan, yaitu : • Segi Mekanika Batuan Apakah sistem tambang bawah tanah yang akan diterapkan dapat ditunjang oleh sistem penyanggaan terhadap bukaan-bukaan di dalam tambang. Apakah masih menguntungkan untuk dilakukan penambangan dengan menggunakan sisitem penyanggaan yang diperlukan. • Segi Ventilasi Tambang Apakah pada kedalam tambang yang akan dihadapi masih dimungkinkan untuk melakukan pengaturan udara agar penambangan dapat dilaksanakan dengan suasana kerja dan lingkungan kerja yang nyaman. Apakah jawaban dari kedua masalah diatas adalah ya?, Jika ya, maka dapatlah dimulai membuat rancangan dari jaringan ventilasi dari tambang tersebut. 1. Fungsi Ventilasi Tambang Ventilasi tambang berfungsi untuk : a. Menyediakan dan mengalirkan udara segar kedalam tambang untuk keperluan menyediakan udara segar (oksigen) bagi pernapasan para pekerja dalam tambang dan juga bagi segala proses yang terjadi dalam tambang yang memerlukan oksigen. b. Melarutkan dan membawa keluar dari tambang segala pengotoran dari gasgas yang ada di dalam tambang hingga tercapai keadaan kandungan gas dalam udara tambang yang memenuhi syarat bagi pernapasan. c. Menyingkirkan debu yang berada dalam aliran ventilasi tambang bawah tanah hingga ambang batas yang diperkenankan. d. Mengatur panas dan kelembaban udara ventilasi tambang bawah tanah sehingga dapat diperoleh suasana / lingkungan kerja yang nyaman. 2. Prinsip Ventilasi Tambang Pada pengaturan aliran udara dalam ventilasi tambang bawah tanah, berlaku hukum alam bahwa; a. Udara akan mengalir dari kondisi bertemperatur rendah ke temperatur panas. b. Udara akan lebih banyak mengalir melalui jalur-jalur ventilasi yang memberikan tahanan yang lebih kecil dibandingkan dengan jalur bertahanan yang lebih besar. c. Hukum-hukum mekanika fluida akan selalu diikuti dalam perhitungan dalam ventilasi tambang.

Program D-III T.Pertambangan FT - UNP

Diktat Ventilasi Tambang Hal. 1 - 59

Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

3. Lingkup Bahasan Ventilasi Tambang Dalam membahas ventilasi tambang akan tercakup tiga hal yang saling berhubungan, yaitu; a. Pengaturan./Pengendalian kualitas udara tambang. Dalam hal ini akan dibahas permasalahan persyaratan udara segar yang diperlukan oleh para pekerja bagi pernafasan yang sehat dilihat dari segi kualitas udara (Quality control). b. Pengaturan/pengendalian kuantitas udara tambang segar yang diperlukan oleh pekerja tambang bawah tanah. Dalam hal ini akan dibahas perhitungan untuk jumlah aliran udara yang diperlukan dalam ventilasi dan pengaturan jaringan ventilasi tambang sampai perhitungan kapasitas dari kipas angin c. Pengaturan suhu dan kelembaban udara tambang agar dapat diperoleh lingkungan kerja yang nyaman. Dalam hal ini akan dibahas mengenai penggunaan ilmu yang mempelajari sifat-sifat udara atau psikrometri (psychrometry). Dalam membahas pengaturan ventilasi tambang yang bersifat mekanis perlu juga dipahami masalah yang berhubungan dengan kemungkinan adanya aliran udara akibat ventilasi alami, yaitu antara aliran udara sebagai akibat perbedaan temperatur yang timbul secara alami. 4. Pengertian mengenai Udara Tambang Udara segar normal yang dialirkan pada ventilasi tambang terdiri dari ; Nitrogen, Oksigen, Karbondioksida, Argon dan Gas-gas lain seperti terlihat pada tabel 1. Tabel 1. Komposisi Udara Segar Unsur

Persen Volume (%)

Nitrogen (N2) Oksigen (O2) Karbondioksida (CO2) Argon (Ar), dll

78,09 20,95 0.03 0,93

Persen Berat (%) 75,53 23,14 0,046 1,284

Dalam perhitungan ventilasi tambang selalu dianggap bahwa udara segar normal terdiri dari : Nitrogen = 79% dan Oksigen = 21% Disamping itu selalu dianggap bahwa udara segar akan selalu mengandung karbondioksida (CO2) sebesar 0,03%. Demikian pula perlu diingat bahwa udara dalam ventilasi tambang selalu mengandung uap air dan tidak pernah ada udara yang benar-benar kering. Oleh karena itu akan selalu ada istilah kelembaban udara. B. PENGENDALIAN KUALITAS UDARA TAMBANG



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

1. Perhitungan Keperluan Udara Segar Jenis kegiatan manusia dapat dibeda-bedakan atas : • Dalam keadaan istirahat • Dalam melakukan kegiatan kerja yang moderat, misalnya kerja kantor • Dalam melakukan kegiatan kerja keras, misalnya olah raga atau kerja di tambang. Atas dasar jenis kegiatan kerja yang dilakukan ini akan diperlukan juga udara segar yang berlainan jumlahnya. Dalam suatu pernafasan terjadi kegiatan menghirup udara segar dan menghembuskan udara hasil pernafasan. Laju pernafasan per menit didefinisikan sebagai banyaknya udara dihirup dan dihembuskan per satuan waktu satu menit. Laju pernafasan ini akan berlainan bagi setiap kegiatan manusia yang berbeda, makin keras kerja yang dilakukan makin besar angka laju pernafasannya. Perlu juga dalam hal ini didefinisikan arti angka bagi atau nisbah pernafasan (respiratori quotient) yang didefiniskan sebagai nisbah antara jumlah karbondioksida yang dihembuskan terhadap jumlah oksigen yang dihirup pada suatu proses pernafasan. Pada manusia yang bekerja keras, angka bagi pernafasan ini (respiratori quotient) sama dengan satu, yang berarti bahwa jumlah CO2 yang dihembuskan sama dengan jumlah O 2 yang dihirup pada pernafasannya.Tabel 2 berikut memberikan gambaran mengenai keperluan oksigen pada pernafasan pada tiga jenis kegiatan manusia secara umum. Tabel 2. Kebutuhan Udara Pernafasan (Hartman, 1982) Kegiatan kerja

Laju Pernafasan Per menit

Udara terhirup per menit dalam in3/menit (10-4 m3/detik)

Oksigen ter konsumsi cfm (10-5 m3/detik)

Istirahat Kerja Moderat Kerja keras

12 – 18 30 40

300-800 (0,82-2,18) 2800-3600 (7,64-9,83) 6000 (16,4)

0,01 (0,47) 0,07 (3,3) 0,10 (4,7)

Angka bagi pernafasan ( respiratori quotient) 0,75 0,9 1,0

Ada dua cara perhitungan untuk menentukan jumlah udara yang diperlukan perorang untuk pernafasan, yakni; • Atas dasar kebutuhan O2 minimum, yaitu 19,5 %. Jumlah udara yang dibutuhkan = Q cfm Pada pernafasan, jumlah oksigen akan berkurang sebanyak 0,1 cfm ; sehingga akan dihasilkan persamaan untuk jumlah oksigen sebagai berikut; 0,21 Q - 0,1 = 0,195 Q (Kandungan Oksigen) – (Jumlah Oksigen pada pernafasan) = ( Kandungan Oksigen minimum untuk udara pernapasan ) Q = (0,1/ (0,21 – 0,195)) = 6,7 cfm (=3,2 x 10-3 m3/detik)

•

Atas dasar kandungan CO2 maksimum, yaitu 0,5 %.



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Dengan harga angka bagi pernafasan = 1,0 ; maka jumlah CO2 pada pernafasan akan bertambah sebanyak 1,0 x 0,1 = 0,1 cfm. Dengan demikian akan didapat persamaan : 0,0003 Q + 0,1 = 0,005 Q (Kandungan CO2 dlm udara normal)

–

( Jumlah CO2= ( kandungan CO2 maksimum hasil pernafasan) dalam udara)

Q = (0,1/(0,005 – 0,0003)) = 21,3 cfm (= 0,01 m3/detik) Dari kedua cara perhitungan tadi, yaitu atas kandungan oksigen minimum 19,5 % dalam udara pernafasan dan kandungan maksimum karbon dioksida sebesar 0,5 % dalam udara untuk pernafasan, diperoleh angka kebutuhan udara segar bagi pernafasan seseorang sebesar 6,7 cfm dan 21,3 cfm. Dalam hal ini tentunya angka 21,3 cfm yang digunakan sebagai angka kebutuhan seseorang untuk pernafasan. Dalam merancang kebutuhan udara untuk ventilasi tambang digunakan angka kurang lebih sepuluh kali lebih besar, yaitu 200 cfm per orang ( = 0,1 m3/detik per orang) a. Kandungan Oksigen Dalam Udara Oksigen merupakan unsur yang sangat diperlukan untuk kehidupan manusia. Pada pernafasannya, manusia akan menghirup oksigen, yang kemudian bereaksi dengan butir darah (haemoglobine) menjadi oksihaemoglobin yang akan mendukung kehidupan. Dalam udara normal, kandungan oksigen adalah 21 % dan udara dianggap layak untuk suatu pernafasan apabila kandungan oksigen tidak boleh kurang dari 19,5 %. Banyak proses-proses dalam alam yang dapat menyebabkan pengurangan kandungan oksigen dalam udara; terutama untuk udara tambang bawah tanah. Peristiwa oksidasi, pembakaran pada mesin bakar dan pernafasan oleh manusia merupakan contoh dari proses kandungan pengurangan oksigen . Kandungan oksigen dalam udara juga akan berkurang pada keadaan ketinggian (altitude) yang makin tinggi. Kekurangnan oksigen dalam udara yang digunakan bagi pernafasan akan berpengaruh terhadap keadaan fisiologi manusia, seperti diperlihatkan pada tabel 3 berikut; b. Gas-Gas Pengotor Ada beberapa macam gas pengotor dalam udara tambang bawah tanah. Gas-gas ini berasal baik dari proses-proses yang terjadi dalam tambang maupun berasal dari batuan ataupun bahan galiannya. Tabel 3 Pengaruh Kekurangan Oksigen Kandungan O2 Program D-III T.Pertambangan FT - UNP

Pengaruh


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Di Udara 17 %

-

15 %

-

13 % 9% 7% 6%

-

Laju pernapasan meningkat (ekuivalen dengan ketinggian 1600 m) Terasa pusing, suara mendesing dalam telinga dan jantung berdetak cepat Kehilangan kesadaran Pucat dan jatuh pingsan Sangat membahayakan kehidupan Kejang-kejang dan kematian

Mesin-mesin yang digunakan dalam tambang misalnya merupakan salah satu sumber dari gas pengotor. Demikian juga proses peledakan yang diterapkan dalam tambang untuk pemberaian dapat merupakan sumber gas pengotor. Dalam tambang batubara, gas methan (CH4) merupakan gas yang selalu ada dalam lapisan batubara. Gas-gas pengotor yang terdapat dalam tambang bawah tanah tersebut, ada yang berifat gas racun, yakni; gas yang bereaksi dengan darah dan dapat menyebabkan kematian. Dapat juga gas pengotor ini menyebabkan bahaya, baik terhadap kehidupan manusia maupun dapat menyebabkan peledakan. Tabel 4 menunjukan bermacam gas yang dapat berada dalam tambang bawah tanah.

1) Karbondioksida (CO2) Gas ini tidak berwarna dan tidak berbau dan tidak mendukung nyala api dan bukan merupakan gas racun. Gas ini lebih berat dari pada udara, karenanya selalu terdapat pada bagian bawah dari suatu jalan udara. Dalam udara normal kandungan CO2 adalah 0,03 %. Dalam tambang bawah tanah sering terkumpul pada bagian bekas-bekas penambangan terutama yang tidak terkena aliran ventilasi, juga pada dasar sumur-sumur tua. Sumber dari CO2 berasal dari hasil pembakaran, hasil peledakan atau dari lapisan batuan dan dari hasil pernafasan manusia. Pada kandungan CO2 = 0,5 % laju pernafasan manusia mulai meningkat, pada kandungan CO2 = 3 % laju pernafasan menjadi dua kali lipat dari keadaan normal, dan pada kandungan CO2 = 5 % laju pernafasan meningkat tiga kali lipat dan pada CO2 = 10 % manusia hanya dapat bertahan beberapa menit. Kombinasi CO2 dan udara biasa disebut dengan ‘blacdamp’.

2) Methan (CH4) Gas methan ini merupakan gas yang selalu berada dalam tambang batubara dan sering merupakan sumber dari suatu peledakan tambang. Campuran gas methan dengan udara disebut ‘Firedamp’. Apabila kandungan methan dalam udara tambang bawah tanah mencapai 1 % maka seluruh hubungan mesin listrik harus dimatikan. Gas ini mempunyai berat jenis yang lebih kecil dari pada udara dan karenanya selalu berada pada bagian atas dari jalan udara. Methan merupakan gas yang tidak beracun, tidak berwarna, tidak berbau dan tidak mempunyai rasa. Pada saat proses pembatubaraan terjadi maka gas methan terbentuk bersama-sama dengan gas karbondioksida. Gas methan ini akan tetap berada dalam lapisan batubara selama tidak ada perubahan tekanan padanya. Terbebasnya Program D-III T.Pertambangan FT - UNP


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

gas methan dari suatu lapisan batubara dapat dinyatakan dalam suatu volume per satuan luas lapisan batubara, tetapi dapat juga dinyatakan dalam satuan volume per satuan waktu. Terhadap kandungan gas methan yang masih terperangkap dalam suatu lapisan batubara dapat dilakukan penyedotan dari gas methan tersebut dengan pompa untuk dimanfaatkan. Proyek ini dikenal dengan nama ‘seam methane drainage’. 3) Karbon Monoksida (CO) Gas karbon monoksida merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak ada rasa, dapat terbakar dan sangat beracun. Gas ini banyak dihasilkan pada saat terjadi kebakaran pada tambang bawah tanah dan menyebabkan tingkat kematian yang tinggi. Gas ini mempunyai afinitas yang tinggi terhadap haemoglobin darah, sehingga sedikit saja kandungan gas CO dalam udara akan segera bersenyawa dengan butir-butir haemoglobin (COHb) yang akan meracuni tubuh lewat darah. Afinitas CO terhadap haemoglobin menurut penelitian (Forbes and Grove, 1954) mempunyai kekuatan 300 kali lebih besar dari pada oksigen dengan haemoglobin. Gas CO dihasilkan dari hasil pembakaran, operasi motor bakar, proses peledakan dan oksidasi lapisan batubara. Karbon monoksida merupakan gas beracun yang sangat mematikan karena sifatnya yang kumulatif, seperti terlihat pada gambar 1. Misalnya gas CO pada kandungan 0,04 % dalam udara apabila terhirup selama satu jam baru memberikan sedikit perasaan tidak enak, namun dalam waktu 2 jam dapat menyebabkan rasa pusing dan setelah 3 jam akan menyebabkan pingsan/ tidak sadarkan diri dan pada waktu lewat 5 jam dapat menyebabkan kematian. Kandungan CO sering juga dinyatakan dalam ppm (part per milion). Sumber CO yang sering menyebabkan kematian adalah gas buangan dari mobil dan kadangkadang juga gas pemanas air. Gas CO mempunyai berat jenis 0,9672 sehingga selalu terapung dalam udara.

Gambar 1. Pengaruh Racun Gas CO Sebagai Fungsi Waktu 4) Hidrogen Sulfida (H2S) Gas ini sering disebut juga ‘stinkdamp’ (gas busuk) karena baunya seperti bau telur busuk. Gas ini tidak berwarna, merupkan gas racun dan dapat meledak, merupakan hasil dekomposisi dari senyawa belerang. Gas ini mempunyai berat jenis yang sedikit lebih berat dari Program D-III T.Pertambangan FT - UNP


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

udara. Merupakan gas yang sangat beracun dengan ambang batas (TLVTWA) sebesar 10 ppm pada waktu selama 8 jam terdedah (exposed) dan untuk waktu singkat (TLV-STEL) adalah 15 ppm. Walaupun gas H2S mempunyai bau yang sangat jelas, namun kepekaan terhadap bau ini akan dapat rusak akibat reaksi gas H2S terhadap syaraf penciuman. Pada kandungan H2S = 0,01 % untuk selama waktu 15 menit, maka kepekaan manusia akan bau ini sudah akan hilang.

5) Sulfur Dioksida (SO2) Sulfur dioksida merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak bisa terbakar. Merupakan gas racun yag terjadi apabila ada senyawa belerang yang terbakar. Lebih berat dari pada udara, dan akan sangat membantu pada mata, hidung dan tenggorokan. Harga ambang batas ditetapkan pada keadaan gas = 2 ppm (TLV-TWA) atau pada waktu terdedah yang singkat (TLV-STEL) = 5 ppm.

6) Nitrogen Oksida NOX) Gas nitrogen oksida sebenarnya merupakan gas yang ‘inert’, namun pada keadaan tekanan tertentu dapat teroksidasi dan dapat menghasilkan gas yang sangat beracun. Terbentuknya dalam tambang bawah tanah sebagai hasil peledakan dan gas buang dari motor bakar. NO2 merupakan gas yang lebih sering terdapat dalam tambang dan merupakan gas racun. Harga ambang batas ditetapkan 5 ppm, baik untuk waktu terdedah singkat maupun untuk waktu 8 jam kerja. Oksida notrogen yang merupakan gas racun ini akan bersenyawa dengan kandungan air dalam udara membentuk asam nitrat, yang dapat merusak paru-paru apabila terhirup oleh manusia. 7) Gas Pengotor Lain Gas yang dapat dikelompokkan dalam gas pengotor lain adalah gas Hidrogen yang dapat berasal dari proses pengisian aki (battery) dan gas-gas yang biasa terdapat pada tambang bahan galian radioaktif seperti gas radon. c. Pengendalian Gas-Gas Tambang Beberapa cara pengendalian berikut ini dapat dilakukan terhadap pengotor gas pada tambang bawah tanah : 1) Pencegahan (Preventation) a) Menerapkan prosedur peledakan yang benar b) Perawatan dari motor-motor bakar yang baik c) Pencegahan terhadap adanya api 2) Pemindahan (Removal) a) Penyaliran (drainage) gas sebelum penambangan b) Penggunaan ventilasi isap lokal dengan kipas Tabel 4 Sifat Bermacam Gas Nama

Sim Bol

Berat Jenis Udara

Sifat fisik


Pengaruh Sumber Utama


Amban Amb Kisar g batas ang ledak TLUbata Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

=1

Oksigen

O2

1,105 6

Nitrgen

N2

0,967 3

Karbon CO2 1,529 Dioksida 1

Methan

CH4 0,554 5

Karbon CO Monoksid a

0,967 2

Hidrogen H2S 1,191 sulfida 2

Sulfur SO2 2,263 Dioksida 6

Nitrogen NO2 1,589 Oksida N2O 5 Hidrogen

H2

0,069 5

Radon

RA

7,665

TWA (%) Tdk berwarna Bukan tdk berbau,tdk racun tdk ada rasa berbahay a Tdk Bukan berwarna, Racun tdk tapi berbau,tdk Menyesak ada rasa kan Tdk Sesak berwarna, nafas tdk berkering berbau,rasa at agak asam Tdk Menyesak berwarna, kan nafas tdk dapat berbau,tdk meledak ada rasa Tdk Racun berwarna, dapat tdk meledak berbau,tdk ada rasa Tdk Racun berwarna, dapat bau telur meledak busuk, rasa asam Tdk Racun berwarna, bau mangganggu , rasa asam Bau tajam, Racun warna coklat, rasa pahit Tdk Dapat berwarna, meledak tdk berbau,tdk ada rasa Radio aktif

s TLUC (%)

Udara normal

Udara normal lapisan

Pernafasan,la pisan,motor bakar,peledak an

0,5

Lapisan, motor bakar, peledakan

5– 15

Nyala 0,005 api,peledakan ,motor bakar, oksidasi Lapisan air tanah,pele dakan

0,001

Pembakaran sulfida,motor bakar

0,000 5

Peledakan,m otor bakar

12.5 – 74

4– 44

0,0 005

Air pada api,panas bateray lapisan

4– 74

IWL

?

-

3) Absorpsi (Absorption) a) Penggunaan reaksi kimia terhadap gas yang keluar dari mesin b) Pelarutan dengan percikan air terhadap gas hasil peledakan 4) Isolasi (Isolation) a) Memberi batas sekat terhadap daerah kerja yang terbakar Program D-III T.Pertambangan FT - UNP


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

b) Penggunaan waktu-waktu peledakan pada saat pergantian gilir atau waktu-waktu tertentu 5) Pelarutan a) Pelarutan lokal dengan menggunakan ventilasi lokal b) Pelarutan dengan aliran udara utama Biasanya cara pelarutan akan memberikan hasil baik, tetapi sering beberapa cara tersebut dilakukan bersama-sama. Jumlah udara segar yang diperlukan untuk mengencerkan suatu masukan gas sampai pada nilai MAC adalah: Q = (Qg/ (MAC) – B) – Qg Dimana ;

Qg B

= masukan gas pengotor = konsentrasi gas dalam udara normal

Contoh.: Suatu masukan gas pengotor dengan laju 10 cfm memasuki suatu ruang kerja. Apabila MAC = 10 % maka banyaknya udara segar yang diperlukan adalah: Q = (10 / (0,1-0)) - 10 = 100 – 10 = 90 cfm d. Karakteristik Debu, Sumber dan Cara Penanganannya 1) Perilaku Dinamik Partikel Debu Debu yang dihasilkan dalam operasi tambang bawah tanah dapat menimbulkan masalah kesehatan bagi para pekerjanya. Partikel debu yang sering dijumpai di alam biasanya terdiri dari partikel-partikel yang berukuran lebih besar dari pada 40 mikron. Sedangkan partikel terkecil yang dapat dilihat melalui mikroskop adalah 0,25 mikron. Kurang lebih 80 % debu hasil dari operasi tambang mempunyai ukuran partikel sekitar dibawah 1 mikron. Partikel debu, baik yang dapat menimbulkan efek patologis atau terbakar, umumnya berukuran lebih kecil dari 10 mikron. Sedangkan partikel debu yang lebih kecil dari 5 mikron diklasifikasikan sebagai debu yang terhisap (respirable dust). Partikel debu dengan ukuran lebih besar dari 10 mikron sangat sulit untuk tersuspensi di udara dalam waktu yang lama, kecuali kecepatan aliran udara sangat tinggi. Sedangkan partikel debu yang sering dijumpai di tambang bahwah tanah mempunyai ukuran rata-rata antara 0,5 – 3 mikron. Partikel debu dengan ukuran dibawah 10 mikron, yang berbahaya bagi kesehatan, tidak mempunyai inertia sehingga akan tersuspensi di aliran udara. Oleh karenanya kontrol debu selalu berhubungan dengan debu yang berukuran tersebut. 2) Klasifikasi Debu Klasifikasi debu pada dasarnya dapat dibedakan menurut tingkat bahaya terhadap fisiologis dan kemampuledakannya. Berikut ini adalah klasifikasi yang diurut menurut menurunnya tingkat bahaya. a) Debu Fibrogenik (berbahaya terhadap pernafasan); (1) Silika (kuarsa dan chert) Program D-III T.Pertambangan FT - UNP


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

(2) (3) (4) (5) (6) (7)

Silikat (asbestos, talk mika dan silimanit) Metal fumes/ asap logam Bijih timah Bijih besi (beberapa) Karborondum Batubara (antrhracite dan bituminous)

b) Debu Karsinogenik (1) Kelompok Radon (2) Asbestos (3) Arsenik c) Debu Racun (racun terhadap organ tubuh dan jaringan/tissues) (1) Bijih berilium (2) Arsenik (3) Timah hitam (4) Uranium (5) Radium (6) Torium (7) Kromium (8) Vanadium (9) Air raksa (10) Kadmium (11) Antimoni (12) Selenium (13) Mangan (14) Tungsten (15) Nikel (16) Perak (khusus oksida dan karbonat)

d) Debu Radioaktif (membahayakan karena radiasi sinar alpha α dan sinar betha β (1) Bijih uranium (2) Radium (3) Torium

e) Debu Ledak (terbakar diudara) (1) Debu logam (magnesium, aluminium, seng, timah, dan besi) (2) Batubara (bituminuous dan lignit) (3) Bijih sulfida (4) Debu organik f)

Debu pengganggu (sedikit mengganggu) (1) Gipsum (2) Kaolin (3) Gamping

g) Debu inert (tidak membahayakan) - Tidak ada 3) Efek Fisiologis dari Debu Fibrogenik Pengaruh buruk dari debu fibrogenik dapat dipahami bila komponen dan fungsi dari sistem pernafasan diketahui dengan baik.



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Jalur dari lubang dan mulut terus berhubungan dengan trachea di dalam tenggorokan yang selanjutnya ke bronchial. Jalur ini mengalirkan udara ke paru-paru bagian kiri dan kanan. Kemudian masing-masing bercabang lagi ke jalur-jalur kecil, yaitu bronchioli. Pada ujung bronchioli terdapat kantung-kantung alveoli dimana terjadi oksiginasi darah. Sistem pernafasan manusia dilengkapi dengan sistem perlindungan terhadap debu. Rambut/bulu hidung akan menyaring partikel debu yang besar (> 5 – 10 µm). “Mucous membrance’ yang melapisi hidung dan tenggorokan juga akan menangkap debu. Selanjutnya di dalam trachea dan bronchi, sejenis rambut/bulu akan menahan partikel debu berukuran (5 – 10 µm). dapat dikatakan tidak ada debu berukuran > 1µ yang masuk ke aveoli. 4) Penyakit Pernafasan Debu dapat menyebabkan penyakit pernafasan fibrous dan non fibrous atau disebut juga pnemoconiosis. Nama-nama jenis penyakit sejenis ini dan jenis debu penyebabnya antara lain sebagai berikut; a) b) c) d) e) f)

Silicosis – akibat silika bebas Silicotuberculosis – komplikasi tuberkolosis ooleh silika Asbestosis – akibat asbestos Silicatosis - akibat silika lain Siderosis – akibat bijih besi Pekerja tambang batubara bawah tanah – pneumoconiosis (blacklung) – atau anthracosilosis – akibat batubara baik bituminous maupun anthracite.

Yang paling serius dari kesemua jenis penyakit itu adalah silicosis. Sedangkan debu yang dianggap sangat berbahaya dan dapat menimbulkan penyakit kanker adalah: • Crocidolite (asbestos) • Keluarnga radon (kanker paru-paru) • Chrysotile (asbestos) • Arsenic. 5) Faktor-Faktor Yang Menentukan Kebahayaan Debu Kepada Manusia Tingkat bahaya debu pada kesehatan dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain ; komposisi debu, kosentrasi, ukuran partikel, lamanya waktu berhubungan, dan kemampuan individual. a) Komposisi Debu Ditinjau dari tingkat bahaya yang dapat ditimbulkan komposisi mineralogi debu lebih penting dibandingkan komposisi kimiawi atau sifat fisiknya. Sebagai contoh silika bebas memiliki aktivitas kimia yang lebih besar di dalam paru-paru dibandingkan silika campuran. Namun pada kasus asbestos, efek mekanik lebih penting, sedangkan untuk debu beracun, kelarutan merupakan faktor penting. b) Konsentrasi Konsentrasi debu di udara dapat dinyatakan dengan dua cara yaitu: atas dasar jumlah : satuan = mppcf (million of particles per cubic foot) = ppcc (particles per cubic centimeter) atas dasar berat : satuan Program D-III T.Pertambangan FT - UNP

= mg/m3.


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Faktor konsentrasi merupakan faktor terpenting kedua setelah komposisi. Secara umum debu dapat membahayakan paruparu jika konsentrasinya lebih besar dari 0,5 mg/m3. Untuk debu-debu beracun radioaktif konsentrasi yang lebih kecil pun dapat membahayakan. c) Ukuran Partikel Debu berukuran haslus (< 5 µm) merupakan debu yang paling berbahaya karena luas permukaannya besar, dengan demikian aktivitas kimianya pun besar. Selain itu debu halus tergolong debu yang dapat dihirup (respirable dust) karena mungkin tersuspensi di udara. d) Lamanya Waktu Terdedah (exposed time) Penyakit akibat debu umumnya timbul setelah seseorang bekerja di lingkungan yang berdebu untuk suatu jangka waktu yang cukup lama. Waktu rata-rata perkembangan penyakit silicosis berkisar antara 20 sampai 30 tahun. e) Kemampuan Individual Faktor kemampuan individu terhadap bahaya debu sampai saat ini merupakan faktor yang belum dapat dikuantifikasi. Dapat disimpulkan bahwa penyakit akibat debu atau ‘pneumoconiosis’ dipengaruhi oleh kombinasi dari kelima faktor diatas. Hubungan antara kelima faktor di atas dapat dilihat pada gambar 2 berikut;

Gambar 2. Hubungan Antara Konsentrasi Rata-Rata Debu Dan Lamanya Waktu Berhubungan Terhadap Gejala ‘Pneumoconiosis’ (Hartman,1982) C. PENGENDALIAN KUANTITAS UDARA Pengendalian kuantitas berkaitan dengan beberapa masalah seperti, perpindahan udara, arah aliran, dan jumlah aliran udara. Dalam pengendalian kualitas udara tambang baik secara kimia atau fisik, udara segar perlu dipasok dan pengotor seperti debu, gas, panas, dan udara lembab harus dikeluarkan oleh sistem ventilasi.



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Dengan memperhatikan beberapa faktor tersebut diatas, maka kebutuhan udara segar di tambang bawah tanah kadang-kadang lebih besar dari pada 200 cfm/orang atau bahkan hingga 2.000 cfm/orang. Kondisi tambang bawah tanah saat ini sudah banyak yang menyediakan aliran udara untuk sebanyak 10 – 20 ton udara segar per ton mineral tertambang. 1. Perubahan Energi Di Dalam Aliran Fluida Ventilasi tambang biasanya merupakan suatu contoh aliran tunak (steady), artinya tidak ada satupun variabelnya yang merupakan fungsi waktu. Salah satu tujuan dari perhitungan ventilasi tambang adalah penentuan kuantitas udara dan rugi-rugi, yang keduanya dihitung berdasarkan perbedaan energi. Hukum konservasi energi menyatakan bahwa energi total di dalam suatu sistem adalah tetap, walaupun energi tersebut dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.

Gambar 3 Sistem Aliran Fluida Perhatikan gambar 3, dimana; Energi total 1 = energi total 2 + kehilangan energi

… … … … … … ..

(1)

Atau; Energi masuk sistem = energi keluar sistem Jadi didapat persamaan yang disebut persamaan Bernouli : (P1/w) + (V12/2g) + ( Z1) = (P2/w) + (V22/2g) + ( Z2) + Hl

… … .. … .. … …

(2)

Dimana : (P/w) = energi statik /head statik (V2/2g) = energi kecepatan /head kecepatan Z = energi potensial /head potensial Hl = energi kehilangan /head kehilangan Setiap suku dalam persamaan diatas pada dasarnya adalah energi spesifik dalam satuan ft. lb/lb atau ft. Karena ft adalah ukuran head fluida, maka suku-suku tersebut dapat dinyatakan sebagai ‘presure head’ atau ‘head’ saja. Sehingga persamaan (1) dapat ditulis menjadi : Ht1 = Ht2 + Hl


… … … … … … … … … … … … … … (3) Diktat Ventilasi Tambang Hal. 13 - 59

Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Dan Persamaan (2) menjadi : Hs1 + Hv1 + Hz1 = Hs2 + Hv2 + Hz3 + Hl… … … … … … … …

(4)

Dimana ; Hs Hv Hz

= head statik = head kecepatan = head potensial

Energi potensial dapat dihitung dengan cara memasukkan besaran perbedaan tinggi, yakni; P = w1 H1 = w2 H2 Dimana : P= tekanan, dalam Pa atau lbs/sq.ft. W1 = bobor isi udara, dalam kg/m3 atau lbs/cuft. H = head, dalam m atau ft. Dengan bobot isi air = 62,4 lb/ft3, pengaruh berda tinggi untuk kolom 1 inci air pada kondisi udara standar adalah : H1 = (w2 H2/ w1) = ((62,4 lb/ft3)(1 in)/ (0,0750 lb/ft3)) = 532 in = 69,3 ft udara Jadi untuk udara diatas permukaan air laut, suatu kenaikan elevasi sebesar 69,3 ft akan menaikkan head potensial Hz sebesar 1 in dan sebagai kompensasinya head statik akan turun juga sebesar 1 in. Dalam praktek, konversi sebesar 70 ft udara ekuivalen dengan 1 in air. Jika head potensial (Hz) diperhitungkan dalam persamaan (4) maka head statik dinyatakan dalam tekanan gauge. Oleh karena itu head statik diukur dari datum tertentu. Gambar 4 menunjukkan perhitungan energi aliran udara untuk susunan saluran udara yang diletakkan secara mendatar dan tegak. •

Untuk posisi mendatar : HT1 = Hs1 + Hv1 + Hz1 HT2 = Hs2 + Hv2 + Hz2 HT1 = HT2 + HL Dengan menggunakan tekanan absolut : (4 + 408) + 1 + 0 = ( 1 + 408 ) + 1 + 0 + 3 413 = 413 Dengan tekanan gage : 4+1+0 = 1+1+0+3 5 = 5



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Gambar 4 Susunan Saluran Udara Mendatar dan Tegak •

Untuk posisi tegak : HT1 = HT2 + HL Dengan tekanan absolut : (4 + 408) + 1 + 0 = (1 + 407 ) + 1 + 1 + 3 413 = 413 Dengan tekanan gage :

4+1+0 ≠ 1+1+1+3 5 ≠ 6 Perhitungan dengan tekanan gage salah karena tidak mempertimbangkan perubahan datum yang terjadi karena perubahan elevasi. Pada prakteknya penggunaan tekanan absolut dalam perhitungan ventilasi membuat rumit. Oleh karena itu diterapkan konvensi penggunaan tekanan gage sebagai basis perhitungan dengan cara menghilangkan Hz dalam semua perhitungan. Dengan demikian persamaan energi yang disederhanakan menjadi : Ht1 = Ht2 + HL Hs1 + Hv1 = Hs2 + Hv2 + HL

.. … … … … … … … … … …

(5)

Persamaan ini berlaku selama pengukuran dan perhitungan head statik didasarkan pada tekanan gage. Namun persamaan tersebut tidak berlaku untuk ventilasi alam dimana Hz tidak bisa diabaikan. 2. Prinsip Pengaliran Udara Serta Kebutuhan Udara Tambang 2 3 a. Head Los Aliran udara terjadi karena adanya perbedaan tekanan yang ditimbulkan antar dua titik dalam sistem. Energi yang diberikan untuk



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

mendapatkan aliran yang tunak (steady), digunakan untuk perbedaan tekanan dan mengatasi kehilangan aliran (HL).

menimbulkan

Head los dalam aliran udara fluida dibagi atas dua komponen, yaitu : ‘friction loss (Hf)’ dan ‘shock loss (Hx)’. Dengan demikian head loss adalah: HL = Hf + Hx

… … … … … … … … … … …… … …

(6)

Friction loss menggambarkan head loss pada aliran yang linear melalui saluran dengan luas penampang yang tetap. Sedangkan shock loss adalah kehilangan head yang dihasilkan dari perubahan aliran atau luas penampang dari saluran, juga dapat terjadi pada inlet atau titik keluaran dari sistem, belokan atau percabangan, dan halangan-halangan yang terdapat pada saluran. b. Mine Head Untuk menentukan jumlah aliran udara yang harus disediakan untuk mengatasi kehilangan head (head losses) dan menghasilkan aliran yang diinginkan, diperlukan penjumlahan dari semua kehilangan energi aliran. Pada suatu sistem ventilasi tambang dengan satu mesin angin dan satu saluran keluar, komulatif pemakaian energi disebut ‘mine head’, yaitu perbedaan tekanan yang harus ditimbulkan untuk menyediakan sejumlah tertentu udara ke dalam tambang.

1) Mine statik head (mine Hs) Merupakan energi yang dipakai dalam sistem ventilasi untuk mengatasi seluruh kehilangan head aliran. Hal ini sudah termasuk semua kehilangan dalam head loss yang terjadi antara titik masuk dan keluaran sistem dan diberikan dalam bentuk persamaan: Mine Hs = Σ HL = Σ (Hf + Hx) 2)

Mine velocity head (mine Hv) Dinyatakan sebagai velocity head pada titik keluaran sistem. Velocity head akan berubah dengan adanya luas penampang dan jumlah saluran dan hanya merupakan fungsi dari bobot iisi udara dan kecepatan aliran udara. Jadi bukan merupakan suatu head loss komulatif, namun untuk suatu sistem merupakan kehilangan, karena energi kinetik dari udara dilepaskan ke atmosfer. Mine total head (mine HT) Merupakan jumlah keseluruhan kehilangan energi dalam sistem ventilasi. Secara matematis, merupakan jumlah dari mine statik (Hs) dan velocity head (Hv), yaitu : Mine HT = mine Hs + mine Hv 3. Gradien Tekanan (Gradien Hidrolik) 3)

Penampilan berbagai komponen head dari persamaan umum energi secara grafis dapat menjelaskan gradien tekanan. Gambar 5 menunjukkan gradien tekanan untuk suatu sistem aliran udara sederhana. Tampak dari gambar tersebut bahwa ada 3 gradien yang jelas, yaitu : elevasi, statik + elevasi (termasuk tekanan atmosfer) dan head total. Dalam ventilasi tambang, hanya gradien tekanan statik dan total yang di plot. Efek elevasi dapat diabaikan dan datum yang digunakan paralel dengan garis tekanan barometrik.



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Pengaliran udara melalui sistem tekan (boeling) dilakukan dengan meletakkan sumber penekan udara di lubang masuk dan menaikkan tekanan udara tambang hingga diatas tekanan atmosfer (lihat gambar 6). Pada gambar 6 tampak bahwa perubahan tekanan ditunjukkan oleh head kecepatan (Hv), head gesek (Hf), subskrip a, b, c, menggambarkan posisi saluran, sedangkan subskrip d, e, dan f masing-masing mewakili kondisi shock losses akibat pengembangan, penyempitan, dan pengeluaran. Perlu diperhatikan bahwa pada sistem ini semua head positif kecuali pada bagian masuk.

Gambar 5 Gradien Tekanan Untuk Sistem Aliran Udara Sederhana

Gambar 6 Gradien Tekanan Pada Sistem Ventilasi Tekan Untuk menggambarkan sistem gradien tekanan perlu memperhatikan beberapa hal berikut : • Head tekanan total selalu nol pada bagian masuk sistem, tetapi positif dan sama dengan head kecepatan di bagian keluar. • Head keamanan statik selalu negatif dan sama dengan head kecepatan pada bagian masuk tetapi nol pada bagian keluar. • Head total pada setiap titik digambarkan dahulu, dan head statik berikutnya yang sama dengan pengurangan head total terhadap head kecepatan. Bila sumber tekanan aliran udara ditempatkan pada bagian keluar disebut sistem ventilasi exhaust. Penggambarannya dilakukan sama dengan sistem tekan, kecuali bahwa bagian masuk dianggap sebagai titik mula (lihat gambar 7).



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Pada sistem ‘booster’, sumber pembuat tekanan (fan) diletakkan antara bagian masuk dan bagian keluar. Umumnya fan akan menerima udara di bawah tekanan atmosfer dan mengeluarkan di atas tekanan atmosfer (lihat gambar 8).

Gambar 7 Gradien Tekanan Sistem Ventilasi Exhaust

Gambar 8 Gradien Tekanan Pada Sistem ‘Booster’ 4. Keadaan Aliran Udara Di Dalam Lubang Bukaan Dalam sistem aliran fluida akan selalu ditemui keadaan aliran : laminer, entermediate dan turbulent. Kriteria yang dipakai untuk menentukan keadaan aliran adalah bilangan Reynold (NRe). Bilangan Reynold untuk aliran laminer adalah ≤ 2000 dan untuk turbulent di atas 4000. NRe = (ρ D V )/( µ ) = ( D V ) / (υ) … … … … … … …… … … … (7) Dimana: ρ = rapat massa fluida (lb.det2/ft4 atau kg/m3) Program D-III T.Pertambangan FT - UNP


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

υ

= viskositas kinematik (ft2/detik atau m3/detik) µ = viskositas absolut (=ρυ ; lb detik/ft2 atau ρa.detik) D = diameter saluran fluida (ft atau m) V = kecepatan aliran fluida (ft/detik) Untuk udara pada temperatur normal υ = 1.6 x 10-4 ft2/detik atau 14.8 x 10-6 m2/detik. Maka: NRe = 6.250 DV atau, NRe = 67.280 DV untuk SI Dengan menganggap bahwa batas bawah aliran turbulent dinyatakan dengan NRe = 4.000, maka kecepatan kritis dari suatu dimensi saluran fluida dapat ditentukan dengan : Vc = (60 NRe)/ 6.250 D = (60)(4000)/ (6.250 D) = 38,4 / D (fpm) Atau kira-kira Vc ≅ 40 / D Aliran turbulen hampir selalu terjadi pada lubang bukaan tambang bawah tanah. Pipa saluran udara dengan diameter lebih kecil 1 ft jarang dipakai di tambang, oleh karena itu kecepatan di atas 40 fpm selalu menghasilkan aliran turbulent. Distribusi kecepatan dan bilangan Reynold didalam suatu saluran bulat ditunjukkan pada gambar 9 berikut.

Gambar 9 Distribusi Kecepatan Aliran Di Dalam Lubang Bulat Kecepatan maksimum terjadi pada pusat lubang, tetapi bilangan Reynoldnya berbeda-beda. Yang paling penting untuk ventilasi adalah kecepatan rata-rata, karena itu pengukuran kecepatan pada garis sumbu saja tidak cukup. Karena bilangan Reynold di dalam suatu sistem ventilasi tambang biasanya lebih besar dari pada 10.000, kecepatan rata-rata seringnya dapat dinyatakan sebagai berikut : V = 0.8 Vmax. 5. Perhitungan Head Loss Head loss terjadi karena adanya aliran udara akibat kecepatan (Hv), gesekan (Hf) dan tikungan saluran atau perubahan ukuran saluran (Hx).



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Jadi dalam suatu sistem ventilasi distribusi head loss dapat disederhanakan sebagai berikut : Hs = ∑ HL = ∑ (Hf + Hx) Hv = Hv pada keluaran Dan Ht = Hs + Hv a. Velocity head Walaupun bukan merupakan suatu head loss, secara teknis dapat dianggap suatu kehilangan. Velocity head merupakan fungsi dari kecepatan aliran udara, yakni: Hv = (V2)/(2g) … … … … … … … … … … … … … … … (8) Dimana: Hv = velocity head V = kecepatam aliran (fps) G = percepatan gravitasi (ft/dt2) Dari persamaan diatas, diperoleh turunan berikut : Hv = ((w V2)/(5,2)(64,4)(60)2) = w ((V)/ (1.098))2 Atau : Hv = ((V)/(4.000))2 Persamaan terakhir menyatakan bahwa kecepatan aliran sebesar 400 fpm ekuivalen dengan head kecepatan sebesar 1 inchi. Untuk mempermudah perhitungan konversi dari kecepatan dan head kecepatan dapat menggunakan nomogram yang ditunjukkan pada gambar 10 b. Friction Loss Besarnya head loss akibat gesekan dalam aliran udara melalui lubang bukaan di tambang bawah tanah sekitar 70 % hingga 90 % dari total kehilangan (head loss). Friction loss merupakan fungsi dari kecepatan aliran udara, kekasaran muka lubang bukaan, konfigurasi yang ada di dalam lubang bukaan, karakteristik lubang bukaan dan dimensi lubang bukaan. Persamaan mekanika fluida untuk friction loss pada saluran berbentuk lingkaran adalah: HL = f (L/D)(V2/2g) Dimana: L D V F

… … … … … … … … … … … … … … … … (9)

= panjang saluran = diameter saluran (ft) = kecepatan (fpm) = koefisien gesekan

Untuk memudahkan perhitungan pada bermacam-macam bentuk saluran, diperoleh dengan menyatakan head loss dalam bentuk radius hidrolik (hydroulic radius) RH, yaitu perbandingan antara luas penampang A terhadap perimeter atau keliling P dari saluran. Untuk saluran berbentuk lingkaran, RH adalah: RH = A/P = (1/4.π D2)/π.D = D/4 Dengan demikian maka diperoleh persamaan : Program D-III T.Pertambangan FT - UNP


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

HL = f (L/4 RH)(V2/2g) Untuk friction loss pada ventilasi tambang (dikenal sebagai rumus Atkinson) didapat sebagai berikut : Hf = (f/5,2)(l/4RH)(0,075V2/2g(60)2) = (K/5,2)(L/RH)(V2) = (KPLV2) / (5,2 A) = (KSV2)/ (5,2 A) karena debit , Q = V x A, maka persamaan ditas menjadi; Hf = (KPLQ2) / (5,2 A3) Dimana : Hf = friction loss (inch water) V = kecepatan aliran K = faktor gesekan untuk densitas udara standar (lb.men2/ft4) A = luas penampang saluran (ft2) S = rubbing surface (ft2) = PL P = keliling saluran (ft) L = panjang saluran (ft) Q = debit udara (cfm) Faktor gesek K didalam sistem ventilasi tambang berhubungan dengan koefisien gesek dalam aliran umum fluida. Untuk bobot isi udara standard: K ≈ (800)(10)-10 f Sebenarnya di dalam aliran turbulen nilai f berubah sesuai dengan NRe. Tetapi pada ventilasi tambang K dianggap konstan dan besarnya untuk berbagai kondisi lubang bukaan tambang bawah tanah bukan batubara dapat dilihat pada tabel 5.

Tabel 5 Faktor Gesek K untuk Lubang Bukaan Tambang Bawah Tanak Bukan Batubara



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

c. Shock Loss Shock loss terjadi sebagai akibat dari adanya perubahan arah aliran dalam saluran atau luas penampang saluran udara dan merupakan tambahan terhadap friction losses. Walaupun besarnya hanya sekitar 10 % 30 % dari head loss total di dalam ventilasi tambang, tetapi tetap harus diperhatikan. Berdasarkan sumber yang menimbulkan shock loss, pada dasarnya berkurangnya tekanan sebanding dengan kuadrat kecepatan atau berbanding lurus dengan velocity head. Perhitungan shock loss dapat dilakukan secara langsung sebagai berikut : Perhitungan shock loss, Hx dalam inci air dapat dihitung dari velocity head, yakni Hx = X Hv Dimana; Hx = shock loss X = faktor shock loss Formula untuk menentukan faktor shock loss ter lihat pada tabel 6.

Tabel 6 Panjang Ekuivalen Untuk Berbagai Sumber Shock Loss (ft)



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Sumber Bend, acute, round Bend, acute, sharp Bend, right, round Bend, right, sharp Bend, obtuse, round Bend, obtuse, sharp Doorway Overcast Inlet Discharge Contraction, gradual Contraction, abrupt Expansion, gradual Expansion, abrupt Splitting, straight branch Splitting, straight branch (90o) Junction, straight branch Junction, deflected branch (90o) Mine car or skip (20 % of airway area) Mine car or skip (40 % of airway area)

Feet 3 150 1 70 1 15 70 65 20 65 1 10 1 20 30 200 60 30 100 500

Le Meter 1 45 1 20 1 5 20 20 6 20 1 3 1 6 10 60 20 10 30 150

d. Kombinasi Friction dan Shock Loss Head loss merupakan jumlah dari friction loss dan shock loss, maka ; HL = Hf + Hx = (KP (L + Le)Q2)/ 5,2 A3 dimana ; HL = head loss (inci air) Le = panjang ekuivalen (ft) K = faktor gesekan untuk density udara standar Q = debit udara (cfm) A = luas penampang saluran (ft2) L = panjang saluran (ft) 6. Air Horsepower Daya yang diperlukan untuk mengatasi kehilangan energi dalam aliran udara disebut Air Horsepower (Pa): Pa = pQ = 5,2 HQ lb ft/menit Pa = 5,2 HQ / 33.000 = (HQ / 6.346) HP 7. Teori Perhitungan Jaringan Ventilasi a. Hubungan Antara Head dan Kuantitas Seperti sudah diketahui dari persamaan Atkinson bahwa head merupakan fungsi kuantitas aliran udara HL ~ Q2 HS ~ Q2 HV ~ Q2 HT ~ Q2 Oleh karenanya persamaan head loss untuk ventilasi tambang ditulis sebagai berikut : H ~ Q2



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Dalam upaya menanggulangi masalah ventilasi perlu diketahui karakteristik ventilasi tambang dengan cara membuat grafik antara head dan kuantitas aliran udara dari suatu sistem. Yang dimaksud dengan sistem disini adalah sebagian dari tambang atau keseluruhan tambang jika digunakan hanya 1 fan. Grafik ini disebut kurva karakteristik tambang. Dalam pembuatan kurva, kuantitas diasumsikan dahulu, kemudian head ditentukan dengan persamaan : H1/H2 = (Q1/Q2)2 , atau H2 = H1 (Q2/Q1)2 b. Tahanan Saluran Udara Tambang (Airway Resistance) Hubungan dasar antara head dengan kuantitas aliran udata dinyatakan pada persamaan Atkinson yang dapat dituliskan sebagai berikut : HL = R Q2 Dimana , R = konstanta proporsionalitas. R = KP (L + Le) / 5,2 A3 Untuk sistem ventilasi tambang, R kemudian disebut tahanan ekuivalen. Tahanan ekuivalen serupa dengan sistem aliran listrik yang mengikuti hukum Ohm. • Hukum Kirchoff Ada dua dasar aturan dalam mempelajari sistem aliran listrik, yang dapat digunakan pada sistem jaringan ventilasi. • Hukum Kirchoff 1 Bila ada aliran-aliran udara yang masuk melalui sutau titik atau disebut juga Junction dan keluar lagi ke percabangan, maka udara keluar harus sama dengan udara masuk (lihat gambar 10) Q1 + Q2 = Q3 + Q4 = 0 Bila aliran udara keluar persimpangan dinyatakan positif dan yang masuk dinyatakan negatif, maka; Q1 + Q2 - Q3 - Q4 = 0 Atau ; ∑Q = 0

Q1

Q3

Q2

•

Q4

Gambar 10 Aplikasi Hukum Kirchoff 1 Hukum Kirchoff 2

Penjumlahan kehilangan tekanan pada jalur tertutup sama dengan nol; Program D-III T.Pertambangan FT - UNP


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

∑ HL = 0 Menurut gambar 4-12 jelas bahwa head loss jaringannya menjadi; HL = Hla + HLb + HLc - HLd = 0 Hla , HLb dan HLc adalah positif karena aliran udara Q1 bergerak melalui a, b, dan c dengan arah yang sama, sedangkan HLd adalah negatif karena udara Q2 mengalir dengan arah berlawanan terhadap aliran lainnya.

Gambar 11 Aplikasi Hukum Kirchoff 2 Menurut Atkinson, persamaan tersebut di atas dapat dibentuk menjadi ; ∑ HL = Ra Q1 Q1 + Rb Q1 Q1 + Rc Q1 Q1 – Rd  Q2 Q2 = 0 c. Jaringan Seri Dalam sistem ventilasi ada dua kemungkinan jaringan Seri dan Paralel (lihat gambar 12)

Gambar 12 Rangkaian Jaringan Ventilasi Seri Rangkaian jaringan ventilasi seri seperti tampat pada gambar 13.a dapat disederhanakan dalam bentuk jaringan ventilasi seri seperti ditunjukkan pada gambar 13.b.



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Gambar 13 Saluran Aliran Udara : a) Hubungan Seri; b) Saluran Ekuivalen Jumlah aliran udara yang mengalir melalui masing-masing saluran adalah sama: Q = Q 1 = Q2 = Q 3 Dan; HL1 + HL2 + HL3 - Hm = 0 Atau ;

Hm = head loss (head statik) HL = HL1 + HL2 + HL3 …

Maka persamaan head loss dapat ditulis sebagai berikut : HL = R1Q2 + R2Q2 + R3Q2 Atau;

HL = (R1 + R2 + R3 + .. ) Q2 = Req.Q2.

Tahan equivalen hubungan seri saluran adalah : Req. = HL / Q2. 4

d. Jaringan Paralel Bila jaringan ventilasi dihubungkan secara paralel, maka aliran udara dibagi menurut jumlah cabang paralel, yang besarnya masing-masing tergantung kepada tahanan salurannya. Di dalam ventilasi tambang, percabangan paralel ini disebut sebagai ‘splitting’ sedangkan cabangnya sendiri disebut ‘split’. Kalau jumlah aliran udara dibagi ke percabangan paralel menurut karakteristik alamiahnya tanpa peraturan, hal ini disebut ‘natural splitting’ Sedangkan splitting terkendali berlaku bila pembagian jumlah aliran udara diatur dengan memasang beberapa penyekat (regulator) di dalam saluran udara yang dikehendaki. Menurut hukum Kirchoff 1; Q = Q1 + Q2 + Q3 + … Maka bila aliran udara didalurkan kepercabangannya paralel maka jumlah total aliran udara merupakan penjumlahan jumlah aliran udara setiap saluran. Demikian juga halnya dengan head loss. Menurut hukum Kirchoff 2 ;



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

HL = HL1 = HL2 = HL3 = … Tahanan ekuivalen saluran hubungan paralel ditunjukkan pada gambar 16. Pada gambar ini tampak bahwa aliran udara Q dibagi menjadi Q1, Q2, dan Q3 yang masing-masing melalui tahanan saluran R1, R2, dan R3. Bila tahanan saluran masing-masing dinyatakan dalam satu nilai atau didapat tahanan ekuivalen yang perhitungannya sesuai dengan cara yang dilakukan pada masalah listrik, maka persamaan Atkinson untuk Junction A adalah; Q = √ HL/R1 + √ HL/R2 + √ HL/R3 Atau;

Q = √ HL ( 1/√R1 + 1/√R2 + 1/√R3) = √ HL (√1/Req.)

Sedangkan : √1/Req. = 1/√R1 + 1/√R2 + 1/√R3 + …

Gambar 14 Saluran Aliran Udara Paralel dan Saluran Ekuivalen 5

e. Analisis Jaringan Kompleks Suatu jaringan disebut komleks jika sirkuit-sirkuit paralel saling tumpang tindih dan terkait. Pemisahan sirkuit-sirkuit tersebut tidak dapat dilakukan atau dengan kata lain jaringan tersebut tidak dapat disederhanakan menjadi saluran ekuivalen.

6

f.

Gambar 15 Penyelesaian Grafis Jaringan Ventilasi Sederhana Pencabangan Terkendali



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Jika saluran udara diatur secara paralel dan jumlah udara yang mengalir ke setiap cabangnya ditentukan, maka diterapkan percabangan terkendali (controlled splitting). Pengendalian tersebut umumya dilakukan dengan cara membuat tahanan buatan pada salah satu cabang. Cabang yang tidak diberi tahanan buatan disebut ‘free split’. Tahanan buatan merupakan shock loss yang timbul oleh alat yang disebut ‘regulator’. Dengan cara ini jumlah aliran udara ke permuka kerja atau tempat-tempat lainnya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan. Namun dengan cara ini head total serta kebutuhan daya secara keseluruhanakan meningkat dan selanjutnya akan meningkatkan biaya. 1) Penentuan Ukuran Regulator Untuk menentukan ukuran regulator pertama-tama harus ditentukan besarnya shock loss yang harus ditimbulkan, hal ini ditentukan dengan menghitung head loss untuk setiap cabang. Cabang dengan head loss tertinggi adalah ‘free split’. Menurut hukum Kirchoff 2, pada saluran udara paralel head loss sama. Dengan demikian besarnya shock loss pada setiap cabang sama dengan selisih antara head loss pada free split dengan head loss cabang yang bersangkutan. Saluran Udara 1 2 3 4

Q (cfm)

R x 1010

HL (in)

Mx (in)

20.000 15.000 35.000 30.000

23,50 1,35 3,12 3,55

0,940 0,030 0,382 0,320

Fre split 0,940-0,030 = 0,910 0,940-0,382 = 0,559 0,940-0,320 = 0,620

Penentuan ukuran regulator diturunkan dari rumus shock loss teoritis untuk suatu saluran bulat dan simetris. X = (((1/Cc) – N)/N)2 Dimana X = faktor shock loss, N = nisbah luas regulator/ luas lubang bukaan dan Cc = koefisien kontraksi. Cc = 1 / (√ X + (2√x+Z)) Dimana Z = faktor kontraksi X = Hx / Hv Dimana Hx = shock loss yang harus ditimbulkan oleh regulator dan Hv = head kecepatan. Nilai Z dapat dilihat pada tabel. Dan untuk regulator, nilai Z = 2,5 adalah nilai yang umum di tambang bawah tanah. Tabel 6 Koefisien Kontraksi (berdasarkan saluran pojok siku, t = 2,50) N Cc X

0.1 0.63 217.9 7

0.2 0.3 0.64 0.65 46.38 17.03

0.4 0.67 7.61

0.5 0.69 3.67

0.6 0.71 1.78

0.7 0.75 0.81

0.8 0.81 0.30

0.9 0.88 0.07

Tabel 7 Program D-III T.Pertambangan FT - UNP


Copyright

– 2004

1.0 1.0 0

Ventilasi Tambang

Faktor Konstraksi Edge

Z

Formed Rounded Smooth Square Sharp

1.05 1.50 2.00 2.50 3.80 Tabel 8 Koefisien Saluran Masuk

Edge Formed Round Square

Z 1.05 1.50 2.50

Cc 0.975 0.785 0.630

X 0.0006 0.05 0.34

Source : McElroy, 1935.

D. PSIKOMETRI UDARA TAMBANG Udara segar yang dialirkan kedalam tambang bawah tanah akan mengalami beberapa proses seperti penekanan atau pengembangan, pemanasan atau pendinginan, pelembaban atau pengawalembaban. Oleh karena itu maka volume, tekanan, kandungan energi panas dan kandungan airnya juga akan mengalami perubahan. Ilmu yang mempelajari proses perubahan sifat-sifat udara seperti temperatur dan kelembaban disebut psikrometri. Sumber-Sumber Panas Ventilasi digunakan untuk memenuhi persyaratan kenyamanan kerja di tambang bawah tanah yang kelanjutannya dapat meningkatkan efisiensi dan produksi. Panas dan kelembaban mempengaruhi manusia dalam beberapa hal antara lain : • Menurunkan efisiensi • Mampu menimbulkan kecerobohan dan kecelakaan • Menyebabkan sakit dan kematian. Setelah temperatur mencapai tingkat tertentu, seseorang akan kehilangan efisiensinya, dan bila temperaturnya naik lagi maka dia akan megalami gangguan fisiologi. Tubuh manusia memiliki keterbatasan dalam menerima panas sebelum sistem metabolismenya berhenti. Efisiensi kerja seseorang bergantung langsung kepada temperatur ambient dan akan berkurang/menurun bila temperaturnya berada diluar rentang 68 – 72 oF. hubungan antara efisiensi kerja dengan temperatur efektif dapat dilihat pada gambar 16 berikut. Dalam kondisi panas, tujuan ventilasi adalah mengeluarkan hawa panas dan uap air dengan laju yang sesuai, sehingga temperatur dan kelembaban udara yang dikondisikan memungkinkan pekerja juga melepaskan panas tubuhnya saat bekerja. Kedua faktor tersebut (panas dan kelembaban) harus dikondisikan secara bersamaan.



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Gambar 16 Hubungan antara Efisiensi Kerja dan Temperatur Efektif Tubuh manusia bereaksi terhadap panas dan selalau mencoba untuk mempertahankan suhunya sekitar 37 oC dengan cara mengeluarkan panas melalui cara konveksi, radiasi dan evaporasi. Namun demikian tubuh manusia akan menerima panas kembali begitu produksi metabolismenya naik, atau menyerap panas dari lingkungannya, dan bisa juga kombinasi kedua faktor tersebut. Sistem syaraf sentral akan selalu bereaksi untuk menjalankan mekanisme pendinginan secara alamiah. Akan tetapi, bila syaraf sentral tidak dapat bekerja karena satu sebab dan lainnya, maka hal ini hal ini akan dapat menyebabkan sakit dan kematian (lihat gambar 17 berikut);

Gambar 17 Reaksi Fisiologis Terhadap Panas Bila seseorang istirahat di dalam ruangan dengan kondisi udara jenuh, maka batas kemampuannya untuk beradaptasi hanya akan mencapai temperatur 90 oF (32 o C). namun bila ruangan tersebut dialiri udara dengan kecepatam 200 fpm maka batas temperaturnya dapat naik hingga 95 oF (35 oC). Sedangkan temperatur normal untuk seseorang dapat bekerja dengan nyaman adalah 26 – 27 oC.



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Perbedaan antara temperatur cembung kering dan cembung basah menyatakan faktor kenyamanan di dalam udara lembab. Agar seseorang dapat bekerja dengan nyaman di lingkungan udara dengan kelembaban relatif 80 % diperlukan perbedaan td-tw sebesar 5 oF (2,8 oC). Kecepatan aliran udara merupakan faktor utama dalam mengatur kenyamanan lingkungan kerja. Kecepatan aliran udara sebesar 150 – 500 fpm ( 0,8 – 2,5 m/detik) dapat memperbaiki tingkat kenyamanan ruang kerja yang panas dan lembab. Dalam menduga temperatur efektif dari suatu kondisi td-tw serta kecepatan aliran udara tertentu dapat menggunakan grafik yang ditunjukkan pada gambar 18 berikut:

Gambar 18 Grafik Temperatur Efektif 1. Kompresi Adiabatik Bila kolom udara menurun di dalam suatu vertikal shaft, tekanannya akan menaik sesuai dengan beratnya. Hal ini akan menyebabkan temperatur udara menaik dan prosesnya dianggap adibiatik bila kandungan uap air tetap, aliran udara tidak akan mengalami gesekan, dan tidak ada perpindahan panas antara udara dengan lingkungannya (batuan). Sudah barang tentu hal ini tidak pernah terjadi di alam. Kenaikan panas akibat ‘autocompression’ sangat besar, sebagai contoh suatu tambang emas di Afrika Selatan yang bekerja pada kedalaman 8.000 ft (2438,8 m) menimbulkan autokompresi sebesar 1 juta Btu/menit (17.550 kw) atau memerlukan refrigerasi sebanyak 5.000 ton/hari. Secara teoritik, bila udara standard sebanyak 100.000 cfm (47,19 m3/det) dimasukkan kedalam Program D-III T.Pertambangan FT - UNP


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

tambang bawah tanah sedalam 1.000 feet (304,8 m), maka banyaknya refrigerasi yang dibutuhkan adalah: ft3 lb 1.285 Btu 100.000 ------ X 0,075 --- X ------------- X 1.000 ft menit ft3 lb/1.000 ft 9.637 Btu/menit = 48,2 ton refrigerasi/hari (169,5 kw) Begitu udara mengalir ke bawah vertikal shaft, tanpa ada perpindahan panas antara vertikalshaft dengan udara luar dan tidak ada penguapan, udara sebetulnya ditekan seperti bila kompresor menekan udara. Temperatur udara kering naik 5,4 oF (3,02 oC) setiap perubahan kolom udara 1.000 feet. Setiap penurunan elevasi sebesar 778 feet, ekuivalen dengan penambahan panas sebesar 1 Btu (0,252 kcal). Dan untuk udara kering, perubahan temperatur cembung kering adalah : 1/(0,24 x 778) = 0,00535oF/ft (0,00983 oC/m) atau sama dengan 1 oF/187 ft (1 oC/102 m). Aliran udara kebawah shaft akan menaikan temperatur dan bobot isinya sesuai dengan kedalaman. Maka kebutuhan ventilasi akan meningkat dengan semakin dalamnya aktivitas penambangan. Faktor lainnya dari kompresi adiabatik adalah kenaikan temperatur cembung kering udara begitu mengalir melalui fan. Besarnya kurang lebih 0,45 oF (0,25 oC) per 1 inchi air head statik. Fan yang biasa dipakai di tambang bawah tanah mampu menekan hingga 10 inchi air head statik. 2. Peralatan Listrik Mekanik Jumlah panas total yang dikeluarkan oleh peralatan listrik mekanik ke udara tambang bawah tanah tergantung dari besarnya daya yang dipakai dan bentuk kerja yang dilakukan. Peralatan yang banyak dipakai di tambang bawah tanah adalah listrik, diesel, dan tekanan udara. Kesemua jenis peralatan tersebut banyak menggunakan dayanya untuk mengatasi masalah beban gesek dan rugi-rugi listrik yang akhirnya dikonversikan menjadi bentuk panas. Panas yang dihasilkan oleh peralatan diesel tambang bawah tanah ekuivalen dengan sekitar 90 % dari nilai kalor bahan bakar yang dikonsumsi. Angka ini relatif sama untuk berbagai kondisi kerja mesin, baik dalam keadaan tidak berbeban maupun berbeban. Nilai kalor bahan bakar solar adalah 140.200 Btu/gallon (9.334 kcal/liter). Untuk kepentingan praktis nilai kalor solar sebesar 125.000 Btu/gallon (8.322 kcal/liter) sering dipakai. Peralatan listrik, seperti substation atau trafo merupakan sumber panas yang cukup berarti. Sekitar 4 % energinya keluar sebagai panas. Pompa nonsubmersibel bisa mengeluarkan panas sebanyak 15 % dari energi inputnya. 3. Aliran Panas Dinding Batu Persamaan umum aliran panas melalui dinding dapat ditulis sebagai berikut: Q = kA.dt/dL Dimana :

Q A


= panas yang dialirkan, Btu/jam = luas daerah dinding yang mengeluarkan panas ft2 Diktat Ventilasi Tambang Hal. 32 - 59

Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

K dt dL

= konduktivitas panas, biasanya relatif tetap untuk satu jenis batuan. Angkanya berbeda menurut kandungan air dan susunan perlapisan, Btu-in/ft2jamoF = perbedaan temperatur, oF = ketebalan batuan yang mengeluarkan panas, inchi

Karena aliran panas dari dinding merupakan satu-satunya sumber panas yang masuk ke tambang, maka penentuan laju pengeluaran panasnya secara vertikal & horizontal tidak dapat ditentukan secara teliti. Dalam penentuan temperatur batuan biasanya batas kedalaman minimum 50 feet dianggap sebagai awal perhitungannya.Tabel 9 berikut memberikan gambaran temperatur maksimum batuan induk pada berbagai tambang dalam. Tabel 9 Temperatur Maksimum Batuan Induk Tambang Kolar Gold Field India South Africa Morro velho, Brazil Nort Broken Hill,Australia Great Britain Bralorne.B.C. Canada Kirkland Lake, Ont. Falconebridge Mine, Ont Lockerby Mine, Ont. Levark Borehild (Inco),Ont Garson Mine, Ont. Lake Shore Mine, Ont. Holinger Mine, Ont. Creighton Mine, Ont. Superior, Arizona San Manuel, Arizona Butte, Montana Ambrosia Lake, NM Brunswick Ni.12 New. Brunswick, CA Belle Isle Salt Mine,LA

Kedalaman (ft) 11000 10000 8000 3530 4000 4100 4000-6000 4000-6000 3000-4000 7000-10000 2000-5000 6000 4000 2000-10000 4000 4500 5200 4000 3700 1400

(m) 3353 3048 2438 1076 1219 1250 1219-1829 1219-1829 914-1219 2134-3048 610-1524 1829 1219 610-3048 1219 1372 1585 1219 1128 427

Temperatur (oF) (oC) 152 66.7 125-130 51.7-54.4 130 54.4 112 44.4 114 45.6 112.5 50.3 66-81 18.9-27.2 70-84 21.1-28.9 67-96 19.4-35.6 99-128 37.2-53.3 54-78 12.1-25.6 73 22.8 58 14.4 60-138 15.6-58.9 140 60.0 118 47.8 145-150 60.8-65.6 140 60.0 73 22.8 88

31.1

4. Panas Dari Peledakan Panas peledakan merupakan panas singkat yang akibatnya bisa membuat lingkungan udara di front kerja menjadi relatif lebih panas dari pada tempat sekitarnya. Oleh karena itu aliran udara dapat berbalik kembali ke front kerja, tempat dimana peledakan baru saja terjadi. Konsekuensinya debu akibat bongkaran batuan tidak terbawa keluar. Hal lain yang mungkin juga terjadi dari aktivitas peledakan adalah meningkatnya uap air di sekitar front kerja tersebut. Pada tabel 10 berikut ditunjukkan nilai-nilai kalor dari berbagai macam bahan peledak: Tabel 10. Potensi Panas Dari Berbagai Jenis Bahan Peladak



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Bahan Peledak

Btu/lb

Nitroglycerin 60 % Straight Dynamite 40 % Straight Dynamite 100 % Straight Gelatin 75 % Straight Gelatin 40 % Straight Gelatin 75 % Amonia Gelatin 40 % Amonia Gelatin Semi Gelatin AN-I-o 94.5/5.5 AN-FO 94.3/5.7 AN-AL-Water

2555 1781 1673 5219 2069 1475 1781 1439 1691 1601 1668 1979-2159

Q (kJ/kg) 5943 4143 3891 5859 4812 3431 4142 3347 3933 3724 3880 4603-5022

Q (kal/gram) 1420 990 930 1400 1150 820 990 800 940 890 927 1100-1200

E. PENENCANAAN VENTILASI TAMBANG DALAM Pada tambang batu bara bawah tanah, diasumsikan bisa terjadi berbagai jenis bencana/ kecelakaan yang sama sekali tidak terbayangkan pada industri lain. Sebagai contoh misalnya; di Jepang pernah terjadi beberapa kali kecelakaan tambang batu bara bawah tanah. Diantaranya yang paling mengerikan adalah ledakan gas dan debu batu bara. Sudah barang tentu, penyebabnya adalah keberadaan gas metan yang mencapai batas ledakan. Pada terowongan (pit) tambang batubara bawah tanah, hal yang paling penting dari segi keamanan adalah mengencerkan dan menyingkirkan gas metan CH4 yang timbul dari lapisan batu bara, dengan menggunakan sistem ventilasi. Oleh karena itu, perencanaan ventilasi merupakan masalah khas tambang batu bara bawah tanah yang perlu ditentukan dengan perencanaan yang sungguh-sungguh Dalam rangka penentuan rencana pembuatan ventilasi tambang, sebaiknya dipertimbangkan persyaratan-persyaratan seperti di bawah ini: •

•

•

Konstruksinya harus dibuat sedemikian rupa, agar ventilasi yang diperlukan untuk pengembangan pit kedepan, dapat dilakukan secara ekonomis, dan konstruksinya dibuat dengan memiliki kelonggaran (kelebihan) udara ventilasi secukupnya, untuk mengantisipasi pertambahan atau perkembangan pit di kemudian hari, serta peningkatan gas yang mungkin timbul akibat dari penambangan batubara. Struktur yang diinginkan untuk metode ventilasi pada jenis ventilasi utama adalah sistem diagonal . Sedangkan pembuatan vertical shaft, khusus dilakukan terhadap kondisi penambangan bagian dalam. Selain itu, pada tempat yang sulit dilakukan penggalian vertical shaft (misalnya tambang batu bara dasar laut), diharapkan memiliki inclined shaft khusus dengan penampang berbentuk lingkaran. Selain itu konstruksinya dibuat sedemikian rupa agar tahanan ventilasi utama menjadi sekecil mungkin, dan memungkinkan mengambil ventilasi cabang sebanyak mungkin dari terowongan ini. Dalam melaksanakan pengembangan pit dan penambangan serta dilihat dari segi konstruksi pit, penting kiranya dibuat ventilasi pada permukaan kerja. Sehingga penambangan batu bara dan penggalian maju menjadi ‘independen’ secara sempurna. Selain itu untuk daerahpenambangan yang luas, diharapkan mempunyai sistem ventilasi, baik intake air maupun exhaust air, yang terpisah dari daerah lain.



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

1. Penentuan Ventilasi Yang Diperlukan Penentuan ventilasi yang diperlukan harus dilakukan dengan mempertimbangkan hal-hal di atas. Berikut ini akan dijelaskan secara ringkas, hal-hal yang dapat menjadi referensi dalam perancangan ventilasi secara konkrit. a. Jumlah udara masuk per ton produksi batu bara sehari. Dari hasil aktual di tambang batu bara Jepang, per ton produksi batu bara sehari adalah sekitar 1~8 (m3/min). Angka ini akan berbeda menurut jumlah pancaran gas, tingkat pemusatan permuka kerja dan jumlah aliran cabang, dimana pada pit bawah tanah yang jumlah pancaran gasnya banyak, angka ini umumnya di atas 4 (m3/min). Dari contoh di lapangan batu bara Eropa dikatakan bahwa, pit bawah tanah yang tidak ada masalah dari segi pancaran gas dan kondisi pit, angka ini adalah 2 (m3/min), pit yang baru mulai konstruksi adalah 3(m3/min) dan pit yang mempunyai masalah dari segi kondisinya adalah sekitar 4 (m3/min). Catatan: Menurut penelitian yang memplotkan jumlah pancaran metan dan kedalaman tambang rata-rata untuk tambang batu bara bawah tanah 8 negara penghasil utama batu bara, yaitu Amerika Serikat, Australia, Inggris, Jerman, Polandia, RRC, Cekoslovakia dan bekas Uni Soviet, maka Y = 4,1 + 0,023X Dimana, Y = jumlah pancaran metan (m3/t) X = kedalaman penambangan rata-rata (m) b. Hal-hal yang ditentukan di dalam peraturan keselamatan tambang batu bara mengenai udara pit bawah tanah adalah sebagai berikut, sebagai contoh; Peraturan keselamatan tambang batu bara Jepang memberi koridor sbb; • Kandungan oksigen pada udara di dalam pit harus lebih besar dari 19% dan kandungan gas karbon diosida harus lebih kecil dari 1%. • Kandungan gas dapat terbakar di dalam ‘exhaust air’ aliran cabang utama serta di lokasi kerja harus lebih kecil dari 1,5% dan di dalam aliran udara ditempat lalu lintas di dalam pit harus lebih kecil dari 2%. • Temperatur udara di lokasi kerja di dalam pit harus lebih rendah dari 37oC. • Jumlah udara ventilasi di mulut pit intake mengambil standar jumlah udara maksimum untuk pekerja tambang yang bekerja dalam waktu bersamaan di dalam pit selama satu hari, dan untuk tambang batu bara kelas A harus dibuat lebih besar dari 3 m3 per menit per orang. • Kecepatan udara ventilasi harus lebih rendah dari 450 m/menit. Kecuali pada vertical shaft dan terowongan khusus untuk ventilasi boleh ditingkatkan sampai 600 m/menit. Jadi di Jepang, selama tidak ada alasan yang khusus, harus ditentukan jumlah udara ventilasi yang membuat kondisi di dalam pit memenuhi persyaratan-persyaratan tersebut. 2. Struktur Pit Dilihat Dari Segi Ventilasi.



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

a.

Sistem Terpusat dan Sistem Diagonal

Pada waktu pembangunan tambang batu bara, 2 buah inclined shaft atau vertical shaft digali saling berdekatan, misalnya slope utama dan slope paralel, heading utama dan heading paralel, intake shaft dan exhaust shaft, dimana salah satunya dijadikan ‘intake air’ dan satunya lagi ‘return air’, dan sampai pit berkembang ke tahap tertentu, ventilasi dilakukan melalui ‘intake‘ dan ‘return airway’ ini. Metode ventilasi dimana ‘intake airway’ dan ‘return airway’nya saling berdekatan dinamakan ventilasi sistem terpusat. Dengan berkembang dan meluasnya pit, ‘airway’ menjadi semakin panjang, dan tekanan ventilasi yang diperlukan juga semakin besar, sehingga pada ventilasi sistem terpusat, tahanan ventilasinya membesar, dan selain itu, karena ‘intake’ dan ‘return airway’ berdekatan, bersamaan dengan meningkatnya tekanan ventilasi, angin bocor semakin meningkat, hingga jumlah angin efektif berkurang. Oleh karena itu, biasanya ditempat yang terpisah jauh digali ‘return airway’ baru, sedangkan heading utama dan heading paralel yang digunakan selama ini, keduanya dijadikan ‘intake airway’. Metode ventilasi yang ‘intake’ dan ‘return airway’nya terpisah jauh seperti ini disebut ventilasi sistem diagonal. Keunggulan ventilasi sistem diagonal antara lain adalah: 1) Pemanjangan ‘airway’ utama dapat dikurangi drastis. Jadi tahanan ventilasi dan biaya perawatan terowongan dapat berkurang. 2) Karena ‘intake airway’ dan ‘return airway’ tidak berdekatan, kebocoran angin diantaranya berkurang, dan pintu ventilasi serta jembatan angin tidak perlu banyak. 3) Seandainya terjadi bencana seperti ledakan di dalam pit, pemulihan sistem ventilasi mudah dilakukan. 4) Karena mulut pit ‘intake’ dan ‘outtake’ terpisah jauh, tidak ada kekhawatiran ‘exhaust air’ bercampur masuk ke dalam ‘intake air’ akibat arah angin. b. Pembagian Aliran Udara Aliran cabang utama pada ventilasi pit bawah tanah, pecah menjadi beberapa aliran cabang, kemudian setiap aliran cabang terbagi lagi untuk menyapu permuka kerja dan menjadi ‘exhaust air’. Lama-lama aliran cabang ‘exhaust air’ lain juga berkumpul dan bergabung dengan ‘exhaust air’ utama dan dibuang ke luar pit. Berpecah dan mengalirnya aliran udara seperti ini disebut pembagian aliran udara atau pencabangan aliran udara. Pembagian aliran udara mempunyai efek sebagai berikut: 1) Tahanan ventilasi menjadi kecil karena pembagian, sehingga dengan memakai kipas angin yang sama dapat dilakukan ventilasi udara lebih banyak. 2) Dapat mengantarkan udara segar kesetiap permuka kerja disetiap blok. 3) Apabila di ‘airway’ terjadi kerusakan seperti ‘caving’, pengaruhnya dapat dibatasi pada satu blok saja. 4) Pengaruh bencana seperti kebakaran pit, semburan gas, swabakar dan ledakan dapat dibatasi pada satu blok. Program D-III T.Pertambangan FT - UNP


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

5) Dapat mengurangi kecepatan angin di terowongan utama. 6) Dapat mengantarkan udara bertemperatur relatif rendah hingga kedekat permukaan kerja. Semua hal diatas adalah nerupakan efek utama dari pembagian aliran udara. Mengenai pembagian aliran udara, terutama untuk ventilasi di permuka kerja penambangan, peraturan keselamatan tambang batu bara mengatur hal sebagai berikut: • Pada tambang batu bara kelas A, ‘exhaust air’ dari lokasi penambangan batu bara sistem lorong panjang (long wall) atau ‘gob’ tidak boleh dilakukan ke lokasi penambangan lain. (Kecuali ada alasan khusus dan mendapat izin dari kepala bagian pengawasan keselamatan tambang, maka hal tersebut diperbolehkan). Demikianlah, setiap permukaan kerja penambangan harus mempunyai ventilasi yang berdiri sendiri. Bukan saja di permuka kerja penambangan, tetapi di permuka kerja lubang majupun diharapkan menerapkan ventilasi ‘independen’ dengan mempertimbangkan gas yang muncul. Metode pembagian aliran udara terdiri dari pembagian aliran alami dan pembagian aliran proporsional. Pembagian aliran alami adalah metode pembagian aliran secara alami tanpa menggunakan alat pembagi aliran ataupun kipas angin pembantu. Sedangkan pembagian aliran proporsional adalah metode pengaturan jumlah udara ventilasi dengan menggunakan peralatan seperti fan atau kipas angin. Tergantung dari tahapan pembagiannya, pembagian aliran udara dapat dibagi menjadi pembagian aliran primer, pembagian aliran sekunder dan pembagian aliran permuka kerja, seperti terlihat pada gambar 19 berikut :

Gambar 19 Pembagian Aliran Ventilasi Hal penting yang berikutnya adalah bagaimana strukturnya harus dapat mencegah kebocoran angin untuk meningkatkan jumlah angin efektif. Masalah ini bukan saja untuk maksud menyingkirkan gas di lokasi kerja yang merupakan tujuan utama, tetapi dilihat dari segi pencegahan swabakar dan ekonomi daya ventilasi juga penting. Untuk mencapai tujuan tersebut, jaringan ventilasi utamanya menggunakan sistem diagonal (mengenai sistem ini akan dijelaskan kemudian) dengan menggali ‘ventilation shaft’ di bagian dalam, sementara sebagian cara efektif pada konstruksi panel digunakan sistem struktur ruang. Program D-III T.Pertambangan FT - UNP


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

3. Ventilasi Utama a. Jenis Ventilasi Utama Ventilasi utama terdiri dari jenis-jenis berikut. • Penggolongan berdasarkan metode pembangkitan daya ventilasi, terdiri dari : Ventilasi alami dan ventilasi mesin • Penggolongan berdasarkan tekanan ventilasi pada ventilasi mesin, terdiri dari : Ventilasi tiup dan ventilasi sedot. • Penggolongan berdasarkan letak intake dan outtake airway, terdiri dari : Ventilasi terpusat dan ventilasi diagonal b. Ventilasi Alami Setiap kenaikan atau penurunan temperatur sebesar 1oC, semua jenis gas akan memuai atau menyusut sebesar 1/273 kali volumenya pada 0 oC. Dengan kata lain, berat per satuan volume akan bertambah atau berkurang sebesar 1/273 kali. Temperatur di permukaan (di luar pit) berubah secara drastis tergantung dari musim (terutama di negara 4 musim). Dalam satu hari, temperatur di luar pit juga mengalami perubahan kecil dari siang ke malam. Tetapi, temperatur di dalam pit pada kedalaman tertentu hampir tidak ada perubahan yang besar sepanjang 4 musim atau malam dan siang. Temperatur di dalam pit yang panas buminya tidak tinggi, pada musim panas lebih rendah daripada temperatur udara luar. Sehingga, apabila terdapat perbedaan temperatur intake airway dan return airway yang ketinggian mulut pit intake dan outtakenya berbeda, akan timbul perbedaan kerapatan udara di dalam dan di luar pit atau udara di intake airway dan return airway akibat temperatur, sehingga membangkitkan daya ventilasi. Penyebab yang dapat membangkitkan daya ventilasi adalah sebagai berikut: 1) 2) 3) 4) 5)

Perbedaan tinggi mulut pit intake dan outtake Perbedaan tempetarur intake dan return airway Perbedaan temperatur di dalam dan luar pit Komposisi udara di dalam pit. Tekanan atmosfir

Pada suatu pit yang mempunyai 2 buah mulut pit yang ketinggiannya berbeda seperti gambar di bawah, dimana pada musim panas temperatur di dalam pit lebih rendah dari pada temperatur luar, maka udara di dalam pit menjadi lebih berat dari pada udara di luar pit yang sama-sama mempunyai tinggi L, sehingga mulut pit bawah menjadi outtake/exhaust. Pada musim dingin terjadi kebalikannya.

Gambar 20 Program D-III T.Pertambangan FT - UNP


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Kondisi Ventilasi Alami Dalam kasus ni, daya ventilasi dapat dinyatakan dengan rumus berikut: h= dimana:

4,17 L(t − ta ) 1.000

h = tekanan ventilasi (mmaq L = perbedaan tinggi (m) t = temperatur exhaust air (oC) ta = temperatur udara luar (oC) Contoh soal : Berapakah tekanan ventilasi alami, apabila perbedaan tinggi mulut intake dan outtake (L) 200 m, temperatur di luar pit ( ta ) 10o C dan temperatur di dalam pit (t) 25o C ? Jawaban : H=

4,17 x 200 x ( 25 o −10 o ) = 12 ,5, yakni menjadi 12,5 mmaq 1.000

Seperti terlihat pada gambar 21 di bawah, walaupun intake dan outtake berupa vertical shaft, ventilasi alami tetap bekerja karena perbedaan temperatur dan kedalaman kedua vertical shaft. Dalam hal ini, rumus ventilasi alami dapat dinyatakan dengan rumus berikut.

Gambar 21 Ventilasi alami pada vertical shaft L1 T1

L2 ………….. t2 ………….. H=

{(

Kedalaman kedua vertical shaft (m) Temperatur kedua vertical shaft (oC)

)

}

4,17 L − L x (t − ta ) + L (t − t ) 2 1 2 1 1.000 2 1

Seandainya kedua vertical shaft berada pada level yang sama, maka L1L2 menjadi 0, sehingga rumus ini menjadi

h= Program D-III T.Pertambangan FT - UNP

4,17 L (t − t ) 1.000 1 2 1


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Ventilasi alami terutama terjadi karena perbedaan temperatur di dalam dan luar pit, maka ketika perbedaannya kedil pada musim semi dan gugur, daya ventilasi semakin berkurang, bahkan kadang kala disuatu hari atau karena siang dan malam aliran ventilasi berbalik, atau kadang-kadang sama sekali tidak mengalir. Olah karena itu, selain tambang batu bara yang sama sekali tidak timbul gas metan, tambang batu bara yang sedikit sekali saja timbul gas, ventilasi yang dilakukan dengan metode ini berbahaya. Namun, karena pada ventilasi mesinpun, daya ventilasi alami ini tetap bekerja, maka harus dipikirkan untuk memanfaatkannya sedapat mungkin. Selain itu, apabila idak ada kipas angin cadangan pada waktu kipas angin utama sedang diperbaiki, sedapat mungkin perbaikan dilakukan pada musim panas atau dingin, yaitu ketika daya ventilasi alami bekerja kuat. c. Ventilasi Mesin Metode yang menggunakan kipas angin untuk melakukan ventilasi dengan menciptakan tekanan ventilasi (positif atau negatif) di mulut pit intake/outtake. Pada metode ini, dipilih kipas angin yang paling sesuai dilihat dari jumlah udara ventilasi yang diperlukan dan perbedaan tekanan ventilasi untuk mengalirkan jumlah udara tersebut. d. Ventilasi Sistem Tiup dan Ventilasi Sistem Sedot Ventilasi sistem tiup adalah metode ventilasi yang membangkitkan tekanan di mulut intake yang lebih tinggi (tekanan positif) dari pada tekanan atmosfir, untuk meniup masuk udara dalam pit. Apabila kipas angin utama dijalankan dengan metode ini gas metan akan terperangkap di dalam gob atau dinding batu bara, sehingga senadainya kipas angin berhenti beroperasi, ada bahaya gas tersebut mengalir ke dalam terowongan atau lokasi kerja dalam waktu bersamaan. Selain itu, pada sistem ini pintu ventilasi harus dibuat di mulut pit intake, sehingga menjadikannya sebagai terowongan transportasi akan merepotkan, dan juga banyak kebocoran angin. Untuk meniadakan kelemahan ini, memang return airway bisa dijadikan sebagai terowongan transportasi, namun ditinjau dari segi keamanan terhadap fasilitas transportasi sebaiknya dihindari. Kebalikan dari sistem tiup, maka pada sistem sedot, kipas angin ditenpatkan di mulut pit outtake, membangkitkan tekanan yang lebih rendah (tekanan negatif) dari pada tekanan atmosfir, untuk menyedot keluar udara dari dalam pit. Karena tidak ada kelemahan seperti ventilasi tiup yang ditulis di depan maka saat ini ventilasi di tambang batu bara menggunakan metode ini. 4. Teori Ventilasi a. Tahanan Ventilasi Pada waktu air lewat di dalam pipa besi, akan mengalami tahanan karena jumlah aliran air, kecepatan, ukuran pipa besi dan sifat permukaan dalam pipa besi. Sama seperti kasus air tersebut, aliran udara yang melewati terowongan juga akan menerima tahanan yang berbeda menurut jumlah aliran udara, kecepatan, ukuran terowongan, panjang terowongan, belokan dan bentuk keliling terowongan. Namun, karena sifat cairan dan gas sangat berbeda, sifat tahanan yang diterima juga akan berbeda. Untuk melakukan ventilasi, harus diberikan daya ventilasi yang dapat mengatasi tahanan ini. Tahanan ini disebut tahanan ventilasi, yang mana



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

akan mengalami perubahan karena kecepatan, jumlah aliran udara dan keadaan pit, seperti berikut ini:

•

Seperti dapat dilihat pada rumus di depan, untuk terowongan yang sama, tahanan ventilasi sebanding dengan kuadrat kecepatan aliran udara. Artinya, kalau kecepatan menjadi 2 kali, tahanan menjadi 2 x 2 = 4 kali, dan saat kecepatan menjadi 3 kali, tahanan menjadi 9 kali. Untuk terowongan yang sama jumlah aliran udara sebanding dengan kecepatan udara, sehingga untuk jumlah aliran udara juga dapat dikatakan hal yang sama. Misalnya, pada suatu terowongan yang tiap menitnya dilewati 2.000 m3 udara, apabila jumlah aliran udaranya langsung dijadikan 4.000 m3, maka tahanan yang diterima menjadi 4 kali lipat.

• •

Tahanan ventilasi sebanding dengan panjang airway Tahanan ventilasi berbanding terbalik dengan luas penampang terowongan dan berbanding lurus dengan panjang keliling penampang terowongan. Jadi, apabila luas penampang terowongannya tertentu, maka makin pendek panjang keliling, makin kecil tahanannya. Dengan demikian, bentuk lingkaran atau yang mendekatinya merupakan bentuk airway yang ideal. • Tahanan ventilasi tergantung dari bentuk permukaan dinding dalam terowongan. Biasanya tahanan tersebut yang dinyatakan secara kuantitatif disebut koefisien gesek terowongan. 1) Koefisien Gesek Koefisien gesek berbeda menurut metode penyanggaan terowongan. Tabel berikut adalah koefisien gesek untuk tiap jenis terowongan. Tabel 11 Koefisien Gesek Tiap Jenis Terowongan Jenis terowongan Tipe busur Terowongan telanjang Penyangga kayu Permuka kerja Seluruh Pit Vertical shaft

Lapis batu bata Lapis beton Steels sets Biasa Banyak tonjolan Biasa Tidak beraturan

Besar 0,00072

Kecil 0,00030

0,00130

0,00037

0,00237

0,00087

0,00424 0,00240

0,00154 0,00020

Rata-Rata 0,00055 0,00069 0,00140 0,00081 0,00207 0,00166 0,00414 0,00264 0,00222 0,00130

2) Tahanan Belokan Tahanan ventilasi meningkat drastis dibelokan terowongan, ditempat yang menyempit, serta pada tempat terjadinya tabrakan aliran udara. Tahanan yang timbul dibelokan disebabkan oleh kerugian energi akibat aliran udara yang berlebih. Mengenai hal ini, Petit dari Perancis telah mengukur tahanan belokan dengan saluran kayu berbentu persegi panjang, dimana tahanan tersebut dinyatakan dalam panjang saluran kayu yang lurus dengan penampang yang sama. Hasilnya adalah seperti pada gambar kanan. Artinya, belokan tegak lurus akan menimbulkan tahanan yang setara dengan 82,3 m terowongan lurus. Sedangkan, apabila belokan dijadikan bentuk lingkaran, tahanannya menjadi hanya 7 m.



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Gambar 22.: Gesekan Pada Bagian Belokan Terowongan 3)

Rumus Perhitungan Tahanan Ventilasi Untuk melakukan jumlah aliran udara yang sama, makin besar tahanan ventilasi, diperlukan tekanan ventilasi yang makin besar. Untuk itu, tahanan ventilasi dinyatakan dengan tekanan ventilasi. Kalau hal-hal yang berhubungan dengan tahanan ventilasi seperti yang diuraikan di atas dinyatakan dalam rumus, akan menjadi sebagai berikut. h= K

uL 2 v a

h = tekanan ventilasi (mm air) K = koefisien gesek terowongan (tabel, satuan: Kgs2/m4) u = panjang keliling penampang terowongan (m) L = Panjang terowongan (m) a = Luas penampang terowongan (m2) v = kecepatan angin (m/s) Pada rumus di atas, kecepatan aliran adalah jumlah aliran dibagi luas penampang artinya v =

Q (Q = jumlah aliran). Dengan substitusi v ke a

dalam rumus di atas, maka menjadi : uLQ 2 h= K a3

Artinya, pada rumus yang tidak memasukkan kecepatan angin, tahanan ventilasi berbanding terbalik dengan pangkat 3 luas penampang terowongan.

4) Rumus Umum Atkinson Sebagai rumus umum ventilasi untuk menghitung penurunan tekanan akibat gesekan pada waktu udara mengalir di dalam terowongan, ada rumus umum Atkinson yang masih digunakan secara luas hingga kini. Rumus tersebut adalah sebagai berikut:

h =K

L.u.v 2 L.u.Q 2 =K a a3

h = Penurunan tekanan akibat gesekan (mm air) L = Panjang terowongan (m) u = Panjang keliling penampang terowongan (m) Program D-III T.Pertambangan FT - UNP


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

v = Kecepatan angin rata-rata (m/detik) a = Luas penampang terowongan (m2) Q = Jumlah angin (m3/detik) K = Koefisien tahanan gesek terowongan 5) Tahanan Jenis

K

L.u dalam rumus Atkinson merupakan konstanta yang ditentukan a3

oleh kondisi terowongan, dan disebut sebagai tahanan spesifik atau tahanan jenis terowongan ( R ). Karena nilai R mempunyai angka desimal yang sangat kecil, maka untuk aplikasinya digunakan murgue dengan mengalikan 1.000. Jika M adalah murgue, maka; M = K

L.u x1.000 (murgue) a3

.......... ....... (1)

= R x 1.000 (murgue)

Sehingga rumus Atkinson menjadi seperti berikut: H= K

L.u.Q 2 M = xQ 2.......... .........( 2) 3 1 . 000 a

Artinya, tahanan ventilasi (h) sebanding dengan kuadrat jumlah angin, dan makin besar tahanan jenisnya makin besar pula tahanan ventilasinya. Dewasa ini, perhitungan jaringan ventilasi hampir semuanya dilakukan dengan komputer, namun apabila sebagai tahanan jenis yang menjadi dasar perhitungan digunakan nilai tahanan jenis (M) yang dihitung dari persamaan (1), adakalanya menimbulkan kesalahan pada hasil perhitungan, sehingga sebaiknya dilakukan pengukuran langsung tahanan jenis dengan barometer tambang. a) Penggabungan Tahanan Jenis (1) Penggabungan seri Andaikan Airway dengan tahanan jenis R1 dan airway dengan tahanan jenis R2 saling dihubungkan secara seri seperti (a) pada gambar di sebelah kanan, dimana ditengahnya sama sekali tidak ada cabang airway, baik memisah maupun menggabung. Dalam hal ini, jumlah angin, V, dimanapun sama. Penurunan tekanan yang terjadi di masing-masing airway adalah R1V2 dan R2V2. Seandainya 2 buah airway tersebut dianggap sebagai 1 buah airway dan tahanan jenisnya R, maka h = RV2 Seperti diuraikan di atas, karena h = R1V2 + R2V2 Maka sudah pasti Program D-III T.Pertambangan FT - UNP


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

R = R1 + R2 Dengan cara yang sama, apabila beberapa airway dihubungkan secara seri, dimana tahanan jenis masing-masing adalah R1, R2, R3, dst, dan tahanan jenis keseluruhan adalah R, maka R = R1 + R2 + R3 + ….

Gambar 23 Saluran Udara Yang Berhubungan Secara Seri dan Paralel (2)

Penggabungan paralel Andaikan 2 buah airway dengan tahanan jenis masing-masing R1 dan R2 saling dihubungkan secara paralel seperti (b) pada gambar di atas, dimana ditengahnya sama sekali tidak ada cabang airway memisah maupun menggabung. Apabila jumlah aliran pada masingmasing airway adalah V1 dan V2, maka penurunan tekanan masingmasing adalah R1V12 dan R2V22. Namun, pnurunan tekanan tersebut seharusnya sama. Apabila nilai penurunan tekanan adalah h, maka H = R1V12 = R2V22 Jadi h h dan V = 2 R R 1 2 Apabila 2 buah airway yang berhubungan secara paralel dianggap sebagai 1 buah airway, dimana jumlah aliran udaranya V. V1 =

Karena V = V1 + V2 Maka terjadilah hubungan sebagai berikut 

1 + R 1 

V = h  

1 R 2

    

Persamaan di atas ditulis ulang dalam h, sehingga menjadi  1 h = +   R 1 


1 R2

−2

    

V2


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Apabila tahanan jenis keseluruhan adalah R, maka dari hubungan h = RV2, diperoleh :  1 R = +   R 1 

1 R 2

−2

    

Atau 1 1 1 = + R R1 R2 Dengan cara yang sama, apabila beberapa airway dengan tahanan jenis R1, R2, R3, ……., dihubungkan secara paralel, dimana tahanan jenis pada waktu hubungan airway tersebut dianggap sebagai 1 buah airway adalah R, maka, 1 1 1 1 = + + + .... R R1 R2 R3

Dan, karena h = RV2 = R1V12 = R2V22 = R3V32, maka R R R ,V2 = V ,V3 = V V1 = V R1 R2 R3 6)

Equivalent Orifice Misalkan pada sebuah papan tipis dibuat lubang, dimana jumlah angin yang melalui lubang tersebut dibuat eqivalen dengan jumlah aliran udara pada suatu pit. Sekarang, andaikan ukuran lubang dapat diasumsikan sehingga perbedaan tekanan di depan dan belakang lubang juga menjadi ekuivalen dengan tekanan ventilasi suatu pit, maka tahanan ventilasi pit dapat dinyatakan dengan ukuran lubang tersebut. Ukuran lubang yang diasumsi tersebut dinamakan equivalent orifice. Di berbagai negara, hingga sekarang equivalent orifice ini digunakan sebagai metode untuk menyatakan tahanan ventilasi secara sederhana. Apabila jumlah angin dan tekanan ventilasi diketahui, equivalent orifice dapat dihitung dengan rumus di bawah ini. A = 0,38

Q h

A = Equivalent orifice (m2) h = Tekanan ventilasi (mm air) Q = Jumlah angin (m3/detik) Contoh soal: Berapakah equivalent orifice pada pit dengan tekanan negatif 94 mm dan jumlah angin 4.680 m3/menit (78 m3/detik)? Jawaban : A = 0,38

Q 78 = 0,38 = 3,05 h 94

Jadi, equivalent orifice pit ini menjadi 3,05 m2 Memperbesar equivalent orifice, atau dengan kata lain memperkecil tahanan ventilasi di dalam pit adalah sangat penting untuk memperbaiki ventilasi. Berapapun besarnya jumlah angin teoritis suatu kipas angin, Program D-III T.Pertambangan FT - UNP


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

kalau equivalent orificenya tidak sesuai, jumlah angin tidak akan bertambah. Dengan makin dalam dan jauhnya lokasi penambangan pada tambang batu bara, tahanan ventilasi juga semakin meningkat, sehingga terjadi kekurangan angin ventilasi. Dengan demikian akan timbul kebutuhan untuk memperbesar equivalent orifice melalui penggalian ventilation shaft, pelebaran airway utama serta penambahan aliran cabang. 7)

Daya Ventilasi Seperti diuraikan di depan, untuk melakukan ventilasi harus dibangkitkan tekanan ventilasi yang cukup untuk mengatasi tahanan ventilasi. Daya teoritis yang diperlukan untuk mengatasi tahanan tersebut dinamakan daya ventilasi (atau daya penggerak udara), yang dapat dinyatakan dengan rumus berikut. N=

hQ 75

N = daya penggerak udara (HP) h = tekanan ventilasi (mm) Q = jumlah angin ventilasi (m3/detik) Kenyataannya, dengan mempertimbangkan efisiensi kipas angin serta motor, dan perluasan pit dikemudian hari, daya yang diperlukan untuk operasi kipas angin biasanya diambil 1,5 ~ 3 kali daya penggerak udara menurut perhitungan diatas. Contoh soal: Berapa daya penggerak udara untuk melakukan ventilasi dengan tekanan ventilasi 150 mm dan jumlah angin 150 m3/detik? Jawaban N =

150 x 150 = 200 HP 75

Dalam hal ini, walaupun digunakan kipas angin dengan efisiensi terbaik, diperlukan daya 300 HP x 1,5 = 450 HP. Misalkan untuk melewatkan jumlah udara tersebut, tekanan ventilasinya dapat dijadikan 100 mm dengan cara memperbesar terowongan, melakukan penganggaan yang tepat atau memperpendek terowongan, maka daya penggerak udara menjadi 100 x 150 = 200 HP N= 75 Sehingga daya kipas angin menjadi 200 HP x 1,5 = 300 HP Jadi yang paling penting adalah memperkecil tahanan ventilasi sebisanya, dimana kalau kita berpikir mengenai tahanan ventilasi, walaupun kita sudah mengenal rumus umum Atkinson, namun secara umum dapat dinyatakan dengan rumus berikut. h =f.r.

L v2 x Da 2g

h = tahanan ventilasi dinyatakan dalam tekanan negatif (mm air) f = koefisien gesek terowongan r = Berat jenis fluida (terutama udara) L = Panjang terowongan (m) Da = Luas penampang (m2)/panjang keliling penampang (m) V = kecepatan aliran rata-rata (m/detik) g = percepatan gravitasi



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Dalam rumus di atas, r dan g dapat dianggap hampir konstan, sehingga tindakan teknis untuk mengurangi tahanan ventilasi dapat difokuskan pada 4 pokok yaitu: • Mengecilkan f • Memendekkan L • Mengecilkan v • Membesarkan nilai Da Ke 4 hal tersebut semuanya masalah yang berhubungan dengan konstruksi pit. Dalam hal ini, f yang paling kecil adalah konstruksi terowongan dari beton. Sedangkan untuk Da, terowongan berbentuk lingkaran adalah yang paling ideal. Dalam artian itulah, maka vertical shaft berbentuk lingkaran dapat dikatakan tipe ideal. Akan tetapi, menggunakan bentuk ini terhadap terowongan yang umum adalah sulit secara ekonomi, sehingga banyak digunakan terowongan tipe setengah lingkaran yang memakai penyangga steel sets. Jadi, karena alasan konstruksi pit, seringkali yang menjadi metode utama untuk mengurangi tahanan ventilasi adalah mengurangi L (memendekkan airway) dan v (kecepatan ventilasi). Untuk mengurangi v terhadap jumlah angin ventilasi yang konstan, cukup dengan memperbesar penampang terowongan. Akan tetapi terowongan berpenampang besar ini mempunyai masalah, yaitu memerlukan biaya yang besar untuk penggalian dan perawatannya. Oleh karena itu, dilakukan perhitungan ekonomi penampang terowongan, dengan mempertimbangkan biaya untuk daya penggerak ventilasi, serta biaya penggalian dan perawatan. Akan tetapi, karena pertimbangan, bahwa tahanan ventilasi sebanding dengan kuadrat kecepatan ventilasi, serta peningkatan ventilasi yang diperlukan terhadap perkembangan di masa depan, sudah barang tentu penampang airway utama harus dibuat dengan kelonggaran yang cukup. Metode yang paling efektif untuk menerobis kebuntuan ventilasi akibat perluasan daerah penambangan, perpindahan daerah penambangan ke tempat dalam dan peningkatan gas yang timbul adalah menggali ventilation shaft (vertical shaft untuk ventilasi) dibagian yang sedalam mungkin. Dengan melakukan itu, seringkali semua masalah yang berhubungan dengan f, L, v dan Da dapat diselesaikan. Salah satu metode konstruksi pit untuk mengurangi tahanan ventialasi adalah intake dan return airway utama dibuat berpenampang besar, kemudian memperbanyak ventilasi cabang. Dengan demikian, bukan saja akan mengurangu tahanan ventilasi tetapi dapat menyuplai udara segar dan temperatur rendah ke setiap blok, dan apabila ternyata terjadi bencana seperti kebakaran pit, dapat mencegah perluasan daerah yang terkena. Seperti telah dijelaskan di atas, tahanan ventilasi merupakan hal yang sangat penting bagi jumlah udara ventilasi. Oleh karena itu, kita teruskan permbahasan yang lebih rinci lagi. Sekarang, andaikan ada terowongan berpenampang persegi panjang dengan lebar b dan tinggi b/2, maka u = 2b + b = 3b ………… (1) a = b x b/2 = b2/2 ………. (2) Apabila (1) dan (2) disubstitusi ke dalam rumus umum Atkinson, maka



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

h =K

L.3b.Q 2 L.Q 2 = 24 K b5 b6 / 8

Seperti diuraikan di depan, koefisien gesek terowongan berlapis beton adalah ½ dari koefisien gesek terowongan dengan steel sets, sehingga apabila jumlah angin ventilasi dan panjang terowongannya sama, maka dapat dikatakan terowongan lapis beton dengan lebar 1 secara ventilasi nilainya ekuivalen dengan terowongan steel sets dengan lebar 1,15. 8)

Teori Kipas Angin Kipas angin adalah mesin yang disekitar porosnya dipasangi sejumlah sayap, dan dengan memutarnya memberikan gaya sentrifugal atau gaya dorong kepada udara untuk membangkitkan angin. Teorinya sangat sulit, dan dalam kesempatan ini akan diuraikan secara ringkas mengenai tahanan kipas angin dan 3 kaidah kipas angin.

a)

Tahanan Kipas Angin Pada waktu kipas angin berputar dan udara melewati kipas, timbul tahanan karena gesekan dengan sayap dan pelat luar, serta tabrakan udara. Besar tahanan ini berbeda menurut tipe serta kapasitas kipas angin, dimana kipas angin yang tahanannya kecil berarti kipas angin yang efisien. Tahanan kipas angin adalah tahanan yang sifatnya sama dengan tahanan ventilasi di dalam pit. Sama seperti ketika melakukan ventilasi di dalam pit, dimana tahanan pit tersebut dinyatakan dengan lubang ekuivalen (equivalent orifice), maka tahanan kipas angin juga dinyatakan dengan equivalent orifice, tetapi pada kipas angin disebut sebagai lubang lewat kipas angin (passage orifice of fan), yang dinyatakan oleh rumus berikut. (equivalent orifice …. Luas penampang lubang, dimana tahanan pada waktu fluida mengalir diekuivalenkan dengan tahanan pada waktu melewati lubang tipis. Di tambang batu bara biasanya digunakan pada waktu menunjukkan tahanan ventilasi di dalam pit). 0 = 0,38

Q ho

0 = passage orifice (m2) Q = jumlah angin ventilasi (m3/detik) ho = tahanan kipas angin (mm air) Gabungan tahanan ventilasi pit h dan tahanan kipas angin ho menjadi tekanan negatif (vakum) yang ditimbulkan kipas angin untuk melakukan ventilasi. Gabungan tahanan h + ho ini disebut tekanan negatif (vakum) mula, sedangkan tekanan negatif di dalam pit saja (h) disebut tekanan negatif efektif dan tekanan negatif di dalam kipas angin (ho) disebut tekanan negatif tidak efektif. b)

(1)

3 kaidah Kipas Angin Diantara jumlah putaran, jumlah angin, perbedaan tekanan dan daya kipas angin terdapat hubungan sebagai berikut. Hal ini dinamakan 3 kaidah kipas angin. Kaidah ke 1



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Perbedaan tekanan efektif kipas angin berbanding lurus dengan kuadrat jumlah putaran Contoh soal: Apabila kipas angin dengan putaran 200 rpm, tekanan 80 mm air dan kapasitas angin 4.700 m3, putarannya dijadikan 300 rpm, berapakah tekanannya? Jawaban : 80 mm x (2)

(3)

300 2 = 180 mm 200 2

Kaidah ke 2 Jumlah (kapasitas) angin pada kipas angin berbanding lurus dengan jumlah putaran. Contoh soal: Berapakah jumlah angin kipas angin di atas 300 = 7.050 m3 Jawaban : 4700 m3 200 Kaidah ke 3 Daya penggerak udara kipas angin berbanding lurus dengan pangkat 3 jumlah putaran atau jumlah angin Contoh soal: Menjadi berapa kali daya penggerak kipas angin di atas?

300 3 27 .000 .000 Jawaban: = = 3,375 , artinya menjadi 3,375 kali 200 3 8.000 .000 c)

Kurva Karakteristik Kipas Angin Untuk mengetahui sifat dan kemampuan kipas angin, hubungan antara jumlah (kapasitas) ventilasi dan perbedaan tekanan efektif dicari melalui pengukuran langsung, kemudian dinyatakan dalam grafik, yang disebut sebagai kurva karakteristik kipas angin. Untuk memperoleh kurva karakteristik, putaran kipas angin dijaga konstan selanjutnya luas penampang jalan udara diubah-ubah dan dicari jumlah angin, daya poros, tekanan angin dan efisiensi, untuk setiap luas penampang. Hubungan tersebut digambarkan sebagai kurva pada grafik, dengan mengambil jumlah angin sebagai sumbu datar, serta efisiensi, tekanan angin dan daya poros sebagai sumbu tegak. Gambar 24 di bawah ini adalah satu contoh kurva karakteristik kipas angin.



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Gambar 24.: Kurva Karakteristik Kipas Angin Dari kurva karakteristik tersebut dapat diketahui, pada jumlah angin berapa atau harus dibuat berap perbedaan tekanan efektifnya, agar kipas angin tersebut bekerja pada efisiensi yang terbaik. Kurva karakteristik ini sangat penting dalam manajemen kipas angin, dan diperlukan sekali pada waktu pemilihan kipas angin, perubahan jumlah putaran, operasi gabungan dan perencanaan pembagian aliran. Penjelasan mengenai operasi gabungan kipas angin utama tidak diberikan disini. Pf = tekanan negatif 9)

η = efisiensi

PS = daya kuda poros

Perhitungan Ventilasi

a)

Apabila memungkinkan penggabungan tahanan jenis Apabila seluruh tahanan jenis airway yang menyusun jaringan terowongan dapat dinyatakan dalam satu kesatuan jaringan airway, yaitu dengan menggabungkan secara seri dan paralel, maka perhitungan jumlah angin menjadi mudah. Yakni dapat dihitung dari h = RV2 (catatan: telah dijelaskan di depan).

b)

Apabila diberikan kurva karakteristik kipas angin Tekanan ventilasi alami PN boleh diasumsikan tidak berubah menurut jumlah ventilasi. Namun, tekanan yang dibangkitkan kipas angin PF berubah besar tergantung jumlah angin yang dihasilkan, sehingga tanpa mempertimbangkan hal ini, tidak dapat diperoleh jumlah angin yang benar. Untuk mencari jumlah angin dari kurva karakteristik kipas angin yang diberikan, metode analisa grafik adalah cara yang mudah.

Gambar 25.: Penjelasan cara mencari jumlah Angin apabila kurva karakteristik kipas angin diberikan. Pertama-tama, tekanan ventilasi alami diasumsikan nol. Pada gambar di atas, kurva karakteristik kipas angin adalah I. Pada sumbu tegak grafik ini, diambil kerugian tekanan (h) dan pada grafik digambarkan kurva II yang menunjukkan hubungan h = RV2. Kurva ini adalah setengah bagian sebelah kanan dari garis parabola dengan sumbu tegak sebagai sumbu simetris. Seluruh jumlah angin yang diventilasikan sama dengan jumlah angin yang dihasilkan oleh kipas angin, dan takanan yang hilang karena vetilasi sama dengan tekanan yang dibangkitkan oleh kipas angin. Sehingga, absis dari titik



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

potong kurva I dan II merupakan seluruh jumlah angin, V 1, dan ordinat dari titik potong merupakan tekanan kipas angin, PRF1. c)

Rumus Dasar Perhitungan Ventilasi Yang Umum Apabila jaringan airway di dalam pit tidak bisa disubstitusi oleh satu airway yang nilainya setara, dengan memanfaatkan rumus umum penggabungan seri dan paralel tahanan jenis, maka perhitungan jumlah angin menjadi repot. Dalam hal ini dihitung dengan menggunakan komputer dan berikut ini akan dijelaskan pola pikir dasar untuk melakukan itu. Ada 3 hubungan yang menjadi dasar perhitungan jumlah angin pada setiap airway di dalam jaringan sirkuit ventilasi yang diberikan, yaitu:

(1) rumus berikut.

Kerugian tekanan terhadap airway manapun dapat dinyatakan oleh H = RV2 ………………………(1) Pertama-tama arah aliran udara pada setiap airway diasumsikan sembarang. Apabila udara ternyata mengalir ke arah tersebut, V diberi tanda positif, dan apabila udara mengalir ke arah yang berlawanan, V diberi tanda negatif, maka rumus di atas dapat ditulis kembali sebagai berikut: H = RV V …………………… (2)

(2) Untuk titik hubung (pertemuan) airway manapun, seluruh jumlah aliran udara yang mengalir menuju titik hubung sama dengan seluruh jumlah aliran udara yang mengalir menjauhi titik tersebut. Artinya, disini berlaku persyaratan kontinuitas. Andaikan jumlah aliran udara yang menuju dan meninggalkan satu titik hubung adalah V1, V2, V3, ….., dimana jumlah aliran udara yang menuju titik hubung diberi tanda negatif, maka persyaratan kontiunitas dapat dinyatakan dengan rumus berikut. V1 + V2 + V3 + … = 0 …….. (3) (3) Untuk sirkuit manapun, jumlah matematis kerugian tekanan yang terjadi di airway yang menyusunnya, sama dengan jumlah tekanan yang dibangkitkan kipas angin yang berada di sirkuit tersebut dan ventilasi alami. 5.

Ventilasi Lokal

Tujuan utama ventilasi adalah mengamankan pit dengan mengirimkan udara yang cukup ke lokasi kerja untuk menyingkirkan gas. Diantara ventilasi permuka kerja, ada yang melakukan ventilasi dengan membawa masuk intake air secara langsung, seperti ventilasi permuka kerja penambangan, dan ada yang mengirimkan angin yang dibangkitkan oleh kipas angin lokal, air jet dan lain-lain, dengan menggunakan saluran udara (air duct) seperti pada ventilasi permuka kerja penggalian maju. Ventilasi lokal termasuk ke dalam kelompok kedua, yang mana melakukan ventilasi menggunakan kipas angin lokal, air jet dan lain-lain. Disini Program D-III T.Pertambangan FT - UNP


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

akan diuraikan pokok-pokok umum mengenai ventilasi lokal dan ventilasi permuka kerja penambangan batu bara. a.

Pokok Perhatian Terhadap Ventilasi Permuka Kerja

1) Ventilasi permuka kerja penambangan yang mempunyai kemiringan, harus dilakukan dengan mengalirkan udara dari bagian bawah ke bagian atas. (Mengenai hal ini, peraturan keselamatan tambang batu bara Jepang menetapkan, bahwa di lokasi kerja penambangan batu bara sistem lorong panjang pad atambang batu bara kelas A, tidak diperbolehkan melakukan ventilasi mengarah ke bawah. Kecuali ada alasan khusus seperti lapisan batu baranya landai, dan mendapatkan izin dari kepala bagian pengawasan keselamatan tambang). 2) Intake dan return airway permuka kerja penambangan dapat mengalami penyempitan dengan majunya permuka kerja, sehingga terowongan tersebut senantiasa harus dijaga pada ukuran yang telah ditentukan. 3) Pada permuka kerja sistem mundur, ada kemungkinan gas pakat di gob mengalir masuk ke bagian dangkal (up-dip) permuka kerja. Oleh karena itu, ventilasi bagian dangkal terutama perlu hati-hati, dan gas pekat diencerkan dengan air jet atau kipas angin lokal, atau dihantar ke tempat yang aman di dalam return airway dengan saluran udara. 4) Batuan ambruk dari atap (caving) dan batu kayu (petorified wood) yang ada di permuka kerja dapat meningkatkan tahanan ventilasi permuka kerja secara drastis, sehingga harus disingkirkan secepatnya.

b.

Jenis Metode Ventilasi Lokal Sama seperti ventilasi utama, ada sistem tiup dan sistem sedot, namun untuk penggalian maju pada prinsipnya harus menggunakan sistem tiup. Untuk menyingkirkan gas yang timbul di permuka kerja penggalian maju, secepatnya harus mengencerkan gas tersebut sampai ke taraf yang tidak bahaya. Gas dan udara secara alamiah dapat bercampur karena efek difusi gas, sehingga kalau kedua gas diaduk dengan ventilasi tiup, segera bercampur dan menjadi encer. Tetapi, pada ventilasi sedot tidak terjadi pengadukan, sehingga gas diujung permuka kerja tidak mudah disingkirkan. Namun pada sistem tiup, exhaust air yang terdifusi keluar ke bagian depan melalui seluruh terowongan, sehingga pada penggalian maju batuan terjadi banyak suspensi serbuk batuan yang membuat buruk keadaan lingkungan. Oleh karena itu, pada penggalian maju batuan yang sama sekali tidak timbul gas, penggunaan sistem sedot membuat udara terowongan lebih bersih dan sehat (perhatikan gambar).

Gambar 26. Ventilasi Permuka Kerja Penggalian Maju Program D-III T.Pertambangan FT - UNP


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Dilihat dari segi fasilitas peralatan, ventilasi lokal dapat dibagi menjadi ventilasi brattice, air jet, saluran udara dan metode kipas angin lokal. 1)

Ventilasi Brattice Ini adalah metode ventilasi pada sebuah terowongan penggalian maju dengan merentangkan papan kayu dan vinil, dimana satu sisi dijadikan intake dan sisi lainnua sebagai exhaust. Di Jepang, pada zaman penambangan batu bara sistem ruang dan pilar, ventilasi permuka kerja terutama dilakukan dengan ventilasi brattice. Namun karena banyak kebocoran angin dan boros bahan papan kayu, serta memakan tenaga dan waktu, maka saat ini tidak digunakan lagi. (Perhatikan Gambar).

Gambar 27.: Ventilasi Brattice 2)

Air jet Ini adalah metode yang melakukan ventilasi melalui gaya yang dihasilkan melalui penyemprotan udara kompresi dari nozel yang dipasang di dalam saluran udara. Karena daya ventilasinya lemah, tidak bisa digunakan untuk ventilasi jarak jauh, tetapi digunakan secara lokal pada penyingkiran gas di lokasi terjadi ambrukan (caving). Namun, karena bisa menimbulkan listrik statik, penanganan terhadapnya harus dilakukan dengan baik. (Perhatikan gambar berikut)

Gambar 28.: Air Jet 3)

Ventilasi Saluran Udara



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Ini adalah metode yang melakukan ventilasi dengan memanfaatkan perbedaan tekanan udara di dalam pit, dengan menggunakan saluran udara. Pada waktu membuka pintu angin yang menghubungkan intake airway dan return airway di dalam pit, yang dialiri udara ventilasi yang cukup banyak harus dilakukan dengan tenaga yang lumayan besar, karena adanya perbedaan tekanan di kedua terowongan. Seandainya pintu angin dilubangi dan kepadanya dipasangi saluran udara, maka akan mengalir udara di dalam saluran udara. Ventilasi saluran udara adalah ventilasi yang memanfaatkan fenomena ini untuk melakukan ventilasi permuka kerja. Ventilasi saluran udara juga terdiri dari sistem tiup dan sistem sedot (perhatikan gambar pada halaman berikut). Pada sistem tiup, ventilasi dilakukan dengan memperpanjang saluran udara dari sisi intake air, sedangkan pada sistem sedot ventilasi dilakukan dengan menghubungkan saluran udara ke sisi return air. Untuk penggalian maju lebih cocok digunakan sistem tiup. Ventilasi saluran udara mempunyai keunggulan sebagai berikut: • Karena memanfaatkan tekanan ventilasi pada ventilasi utama, selama ventilasi utama tidak berhenti, ventilasi saluran udara juga tidak berhenti. • Tidak menggunakan listrik dan udara kompresi seperti pada kipas angin lokal. Terutama karena tidak ada peralatan listrik, keamanannya terjamin.

Gambar 29.: Ventilasi Sistem Tiup Dan Sedot • Pada kipas angin lokal atau jet, ada resiko terjadi resirkulasi udara tergantung posisi pemasangan atau jumlah angin. Sedangkan pada ventilasi saluran udara sama sekali tidak ada resirkulasi udara (mengenai resirkulasi udara akan diuraikan di belakang). • Pada kipas angin lokal timbul bunyi bising selama operasi, sehingga ada resiko terjadi kecelakaan lori batu bara atau hal lain. Sedangkan ventilasi saluran udara sama sekali tidak menimbulkan bunyi bising. • Apabila diperlukan jumlah angin ventilasi yang cukup banyak, maka dengan menggunakan beberapa buah saluran udara atau saluran udara berdiameter besar, dapat dilakukan ventilasi dalam jumlah besar.



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Sementara kelemahan ventilasi saluran udara adalah sebagai berikut: • Apabila di dalam satu aliran cabang dilakukan ventilasi saluran udara lebih dari dua secara seri, tahanan ventilasi akan meningkat, sehingga jumlah udara ventilasi berkurang. Pada prinsipnya, ventilasi saluran udara harus dilakukan secara paralel. • Di daerah terujung ventilasi utama, perbedaan tekanan ventilasi antara intake air dan exhaust air semakin kecil, sehingga di daerah ujung yang gas timbulnya paling banyak, pada umumnya akan kekurangan jumlah udara kalau menggunakan ventilasi saluran udara. • Apablia intake airway dan return airway terpisah jauh, ventilasi menjadi sulit karena saluran udara menjadi panjang. • Pada waktu membuka pintu angin diantara intake airway dan return airway tempat saluran udara terpasang, ventilasi saluran udara akan terhenti. c.

Metode Ventilasi Dengan Kipas Angin Lokal Ini adalah metode ventilasi lokal yang melakukan ventilasi dengan menyambung dan memperpanjang kipas angin lokal dan saluran udara. Saat ini, untuk ventilasi lokal yang dilakukan di Jepang, metode ini menjadi cara paling utama. Pada metode kipas angin lokal juga terdapat sistem tiup dan sistem sedot (perhatikan gambar 30).

Gambar 30.: Metode Ventilasi Kipas Angin Lokal Pada sistem sedot, debu yang timbul di permuka kerja dapat disedot ke dalam saluran udara tanpa menyapu dulu terowongan di tengahnya, sehingga dari segi lingkungan kerja lebih unggul daripada sistem tiup. Namun, sistem sedot mempunyai kelemahan sebagai berikut: • Lingkup gerak aliran udara diujung saluran udara kecil, sehingga gas yang timbul di permuka kerja sulit disingkirkan. • Karena perlu memperpanjang saluran udara sampai ke dekat permuka kerja, menjadi gangguan kerja di permuka kerja, serta saluran udara mudah mengalami kerusakan akibat peledakan atau hal lain. • Saluran udara dari vinil sulit digunakan karena bisa mengempis. • Apabila konsentrasi gas dapat terbakar yang disingkirkan tinggi, penggunaan kipas angin aksial menjadi berbahaya. Karena kelemahan-kelemahan itu, hampir semua metode ventilasi kipas angin menggunakan sistem tiup. Program D-III T.Pertambangan FT - UNP


Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Di Jepang, sebagai kipas angin lokal, dahulu banyak digunakan mulai dari yang kecil dengan daya 1 HP sampai tipe turbo atau tipe propeller dengan daya 5, 10, 20 HP. Namun akhir-akhir ini, kipas angin lokal tipe besar yang dapat mengantisipasi penggalian maju yang jaraknya lumayan panjang juga sudah digunakan. Tenaga penggeraknya ada yang menggunakan tenaga listrik dan tenaga pneumatik (udara kompresi). Sistem penggerak listrik mempunyai efisiensi yang lebih baik, kebisingan juga rendah dan biaya tenaga penggerak juga murah dibanding sistem pneumatik. Namun karena memakai tenaga listrik, dahulu ditempat yang banyak gas, cenderung menghindari penggunaannya. Tetapi, karena ada peningkatan manajemen terhadap gas dan peralatan keamanan, saat ini hampir semuanya menggunakan sistem penggerak listrik. Kondisi dimana udara yang sudah digunakan sekali (exhaust air) bercampur masuk ke mulut ventilasi lokal dan aliran udara yang sama berulang-ulang dialirkan, disebut resirkulasi udara. Apabila keadaan ini berlanjut terus, gas tidak tersingkir dengan baik, makin lama konsentrasi gas meningkat dan terjadi keadaan yang bahaya, sehingga harus diusahakan agar tidak terjadi resirkulasi udara. Oleh karena itu, dalam penempatan diperhatikan hal-hal sebagai berikut:

1)

kipas

angin

lokal

harus

Apabila letak kipas angin lokal tidak baik (perhatikan gambar berikut) Apabila letak kipas angin lokal dekat ke return airway, dapat menjadi penyebab resirkulasi udara. Terutama pada waktu mengoperasikan kembali kipas angin lokal yang sempat terhenti karena suatu sebab, gas dapat mengalir balik ke posisi kipas angin lokal dan menjadi penyebab timbulnya kecelakaan. Pada waktu meletakkan kipas angin, dipilih tempat yang kondisi atap dan dindingnya baik serta tidak ada tetesan air, dan mengambil tempat di sisi intake air dengan jarak yang cukup dari mulut return airway, agar tidak terjadi resirkulasi udara.

Gambar 31.: Kondisi Kipas Angin 2)

Apabila kekurangan angin induk Walaupun letak kipas angin sudah baik, kalau jumlah angin induk (intake air) yang melewati posisi peletakan kipas angin lebih sedikit dari pada jumlah angin yang dibangkitkan oleh kipas angin, akan terjadi



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

resirkulasi udara. Selain itu, adakalanya resirkulasi udara dapat terjadi karena kekurangan angin induk yang disebabkan oleh ambruknya airway atau pembukaan pintu angin. Mengenai hal ini, peraturan keselamatan tambang batu bara Jepang menetapkan sebagai berikut: • Kipas angin lokal harus ditempatkan pada posisi dimana exhaust air tidak tertarik masuk ke intake air, dan jumlah udara ventilasi yang melalui posisi tersebut dibuat melebihi kapasitas kipas angin yang dimaksud, agar tidak terjadi resirkulasi udara. 6.

Pengukuran

Di tambang batu bara perlu dilakukan berbagai macam pengukuran untuk memeriksa apakah disetiap tempat di dalam pit telah dilakukan ventilasi udara yang cukup, dengan maksud mendapatkan kesalahan ventilasi, atau untuk mendapatkan bahan yang diperlukan untuk perencanaan ventilasi atau perbakan ventilasi. Hal yang harus diukur antara lain adalah temperatur udara, kelembaban, tekanan udara, kecepatan angin, jumlah angin, penurunan tekanan, tekanan kipas angin, kadar gas, jumlah debu dan derajat kata. Disini akan dijelaskan mengenai pengukuran tekanan udara, kecepatan angin, jumlah angin, penurunan tekanan dan tekanan kipas angin yang secara langsung diperlukan untuk perencanaan ventilasi atau perbaikan ventilasi. a. 1)

Kecepatan angin Anemometer Untuk mengukur kecepatan angin di dalam pit bawah tanah biasanya menggunakan anemometer. Ini adalah kincir angin yang sangat ringan dan gesekannya kecil, dimana baling-balingnya terbuat dari pelat aluminium dan membentuk sudut 42-44o terhadap arah poros. Untuk mengukur kecepatan angin, alat ini diletakkan di dalam aliran udara untuk memutar baling-baling, dimana kecepatan angin atau jarak tempuh aliran udara per satuan waktu dapat diperoleh dari jumlah putaran dalam waktu tertentu. Daerah kemampuan ukurnya adalah 0,510 m/s.

2)

Tabung pitot Pada tabung pitot terdapat lubang ukur tekanan total di depan dan lubang ukur tekanan statis di samping. Perbedaan kedua tekanan tersebut, yakni tekanan dinamis, diukur dengan manometer tabung U, kemudian kecepatan angin diperoleh dari persamaan di bawah. ∆P = γw2/2g ∆P = tekanan dinamis γ = berat jenis udara

3)

w = kecepatan angin g = percepatan gravitasi

Pengukuran kecepatan angin rendah Kecepatan angin di bawah 1 m/s sulit diukur. Untuk itu ada anemometer kawat panas yang memanfaatkan pelepasan panas dari kawat halus dan anemometer termistor yang memanfaatkan koefisien temperatur tahanan semi konduktor.



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

Untuk mengukur kecepatan angin rendah secara sederhana, maka pada dua titik berjaral 5-10 m di dalam lorong angin diberi tanda titik start dan titik pengukuran. Kemudian dengan stopwatch dilakukan pengukuran waktu yang diperlukan oleh asap untuk melewati dua tanda tersebut, hingga diperoleh kecepatan angin. Karena asap akan menyebar selama mengalir, maka bagian tengah dari asap menyebar yang diukur. b.

Jumlah angin Jumlah angin adalah perkalian kecepatan angin rata-rata dan luas penampang. Pada umumnya, kecepatan angin terbesar terjadi di sekitar pusat penampang terowongan. Oleh karena itu, apabila mengukur kecepatan angin dengan anemometer, maka anemometer digerakkan sepanjang penampang dengan kecepatan konstan untuk mengukur kecepatan angin rata-rata. Kemudian nilai tersebut dikalikan dengan luas penampang terowongan yang diukur untuk menghitung jumlah angin.

c.

Perbedaan tekanan Apabila tabung gelas ditekuk membentuk huruf U dan ke dalamnya dimasukkan air atau cairan lain hanya setengah bagiannya, kemudian dua buah tekanan yang hendak diukur masing-masing dihubungkan ke kedua ujung tabung gelas dengan pipa, maka perbedaan tekanan dapat diukur sebagai perbedaan ketinggian cairan. Apabila mau mengukur perbedaan tekanan yang kecil, cukup dengan memiringkan tabung U. Dengan memiringkannya sebesar 0o, sensitivitas akan meningkat 1/sin 0 kali.

d.

Tekanan udara 1) Barometer air raksa Mengetahui tekanan udara melalui pengukuran tinggi kolom air raksa yang terangkat oleh tekanan udara. 1 atmosfir adalah 760 mm Hg. Alat ini cocok untuk pengukuran di tempat tetap (diam), tetapi tidak cocok digunakan dengan membawanya di dalam pit bawah tanah. 2) Barometer aneloide Wadah yang bagian dalamnya kedap dibuat dengan menempelkan 2 lembar logam tipis berbentuk lingkaran bergelombang. Dengan adanya perubahan tekanan, wadah tersebut mengembang dan mengempis, dimana deformasi yang kecil tersebut diperbesar secara mekanis untuk ditunjukkan dengan jarum. Kurang memuaskan dari segi ketelitian, tetapi cocok untuk dibawa. 3) Altimeter untuk pesawat terbang Telah dilaporkan penggunaan alat ini untuk pit bawah tanah. Cukup dapat mencapai tujuan.

e.

Penurunan Tekanan 1) Melakukan pengukuran penurunan tekanan yang terjadi karena mengalirnya udara di dalam lorong angin adalah hal yang sangat penting. Apabila pada 2 titik pengukuran di dalam lorong angin diletakkan tabung tekanan statis Pitot dan di tengah-tengahnya diletakkan tabung U, kemudian dihubungkan dengan pipa (misalnya pipa karet), maka perbedaan tekanan yang tampak pada tabung U adalah penurunan tekanan. Apabila 2 titik yang hendak diukur penurunan tekanannya berjarak jauh, selang jarak tersebut dibagi menjadi beberapa bagian, kemudian penurunan tekanannya diukur dan nilai penjumlahan untuk



Copyright

– 2004

Ventilasi Tambang

selang 2 titik tersebut boleh dianggap sebagai penurunan tekanan. Pada waktu melakukan pengukuran mulai dari mulut pit udara masuk kemudian mengelilingi pit dan sampai ke mulut pit udara buang, maka nilai penjumlahan penurunan tekanan selama itu setara dengan jumlah tekanan kipas angin dan tekanan ventilasi alami (perhatikan gambar di bawah). 2) Melakukan pengukuran nilai mutlak tekanan udara dengan menggunakan barometer aneloide, kemudian dari perbedaan tekanan tersebut menghitung penurunan tekanannya.

Gambar 32.: Metode Pengukuran Tekanan Ventilasi Antar 2 titik di dalam Terowongan



Copyright

– 2004

Diktat Ventilasi Tambang

Recommend Documents