rekayasa tambang bawah tanah 10-03-2015

32
Rekayasa Tambang Bawah Tanah Konsep Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah Dikutip dari : Kuliah Prof. Ridho Kresna Wattimena di UNP Disampaikan dalam kuliah 1 di Teknik Pertambangan Universitas Lambung Mangkurat

Upload: rnh

Post on 02-Dec-2015

304 views

Category:

Documents


40 download

DESCRIPTION

slide kuliah

TRANSCRIPT

Page 1: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Rekayasa Tambang

Bawah Tanah Konsep Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah

Dikutip dari : Kuliah Prof. Ridho Kresna Wattimena di UNP

Disampaikan dalam kuliah 1 di Teknik Pertambangan Universitas Lambung Mangkurat

Page 2: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

PENDAHULUAN Konsep Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah

Page 3: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

PENDAHULUAN

Pengertian Rekayasa :

Penerapan kaidah-kaidah ilmu dl pelaksanaan (spt perancangan, pembuatan konstruksi, serta pengoperasian kerangka, peralatan, dan sistem yg ekonomis dan efisien)

Rekayasa Teknik

Page 4: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

PENDAHULUAN

Penerapan dasar-dasar geoteknik atau mekanika batuan pada

tambang bawah tanah didasarkan pada beberapa hal

sederhana (Brady & Brown, 2004):

Massa batuan mempunyai sifat-sifat mekanik yang dapat diukur

dengan uji-uji standar.

Proses penambangan bawah tanah akan membentuk struktur

batuan yang terdiri atas rongga, penyangga, dan abutments

yang kinerja mekanikanya dapat dianalisis dengan

menggunakan dasar-dasar mekanika klasik.

Kemampuan untuk memprediksi dan mengontrol kinerja

mekanika dari massa batuan dimana penambangan dilakukan

dapat menjamin kinerja ekonomi tambang tersebut.

Page 5: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Mekanika penambangan bawah tanah

Gambar di samping

menunjukkan sebuah

penampang melalui badan bijih

mendatar.

ABCD dan EFGH adalah blok-

blok dimana bijih akan

ditambang

Sebelum penambangan,

material di dalam permukaan

ABCD dan EFGH memberikan

gaya-gaya penyangga pada

batuan di sekelilingnya.

Kondisi pra-penambangan di sekitar badan bijih

Page 6: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Mekanika penambangan bawah tanah

Penggalian badan bijih untuk

menghasilkan konfigurasi seperti

gambar di samping

menghilangkan gaya-gaya

penyangga.

Proses penambangan ini ekivalen

secara statika dengan pemberian

gaya-gaya pada permukaan

ABCD dan EFGH yang besarnya

sama dengan gaya-gaya asal

tetapi pada arah yang

berlawanan.

Konsekuensi mekanika penambangan badan bijih

Page 7: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Mekanika penambangan bawah

Akibat gaya-gaya terinduksi

(mining-induced forces) ini,

“gangguan” mekanika berikut ini

dialami oleh massa batuan:

Terjadi perpindahan pada

batuan samping menuju ke

ruang kosong yang telah

ditambang.

Tegangan dan perpindahan

diinduksikan pada pilar tengah

dan abutment.

Konsekuensi mekanika penambangan badan bijih

Page 8: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Mekanika penambangan bawah

Tegangan final total pada pilar

dan abutment ditentukan dari

tegangan terinduksi dan tegangan

awal pada massa batuan.

Gaya-gaya terinduksi

menghasilkan peningkatan energi

regangan dalam massa batuan.

Energi regangan disimpan secara

lokal pada zona-zona dimana

konsentrasi tegangan meningkat.

Konsekuensi mekanika penambangan badan bijih

Page 9: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

PERANCANGAN LUBANG BUKAAN

Konsep Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah

Page 10: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

PERANCANGAN LUBANG BUKAAN

Tujuan akhir dari perancangan struktur pada tambang bawah tanah, adalah untuk mengontrol perpindahan ke dalam dan di sekitar massa batuan.

Pepindahan elastik di sekitar lubang bukaan tambang umumnya kecil (Brady & Brown, 2004).

Perpindahan batuan sebagai akibat kegiatan konstruksi bawah tanah:

Peretakan batuan utuh.

Gelinciran pada struktur geologi.

Defleksi yang berlebihan pada batuan atap dan batuan lantai.

Keruntuhan tak stabil di dalam sistem

Page 11: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

PERANCANGAN LUBANG BUKAAN

Beberapa elemen dasar untuk rancangan lubang bukaan

(Brady & Brown, 2004):

Kekuatan dan karakteristik deformasi badan bijih dan batuan samping

harus ditentukan secara akurat.

Struktur geologi pada massa batuan di zona yang dipengaruhi aktifitas

penambangan harus ditentukan melalui eksplorasi dan pengujian yang

sesuai,.

Distribusi tekanan airtanah pada daerah penambangan harus dibuat.

Perhitungan analitik harus dilakukan untuk mengevaluasi semua

kemungkinan respons massa batuan di sekitar lubang bukaan.

Page 12: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah (Hoek & Brown, 1980)

Page 13: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Perancangan Lubang

Bukaan Bawah Tanah (Hoek & Brown, 1980)

Page 14: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Empat Sumber Ketidakmantapan

Ketidakmantapan karena struktur geologi yang tidak

menguntungkan cenderung terjadi pada batuan keras

yang terpatahkan dan terkekarkan dan dimana

beberapa set bidang diskontinyu dengan kemiringan

curam.

Kemantapan kadang-kadang dapat ditingkatkan melalui

relokasi dan reorientasi dari lubang bukaan tetapi

umumnya dibutuhkan penyanggaan yang cukup intensif.

Baut batuan dan kabel batuan dapat efektif untuk

menyangga massa batuan jenis ini, sepanjang struktur

geologi telah diperhitungan dalam perancangan sistem

penyangga.

Page 15: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Empat Sumber Ketidakmantapan

Ketidakmantapan karena tegangan yang tinggi umumnya

berhubungan dengan batuan keras dan dapat terjadi bila

penambangan di kedalaman besar atau bila lubang

bukaan berukuran sangat besar dikonstuksi pada

kedalaman dangkal.

Kondisi tegangan yang tak biasa seperti tegangan yang

mungkin dijumpai pada penerowongan di daerah

pegunungan curam atau kondisi batuan lunak yang tak

biasa dapat juga mengakibatkan ketidakmantapan

karena tegangan.

Perubahan bentuk lubang bukaan dan reposisinya relatif

terhadap lubang bukaan lainnya sangat membantu

mengatasi problem ini meskipun penyangga mungkin

diperlukan juga.

Page 16: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Empat Sumber Ketidakmantapan

Ketidakmantapan karena pelapukan dan/atau swelling

umumnya berhubungan dengan batuan yang relatif

lemah tetapi dapat juga terjadi pada lapisan yang

terisolasi di dalam batuan keras.

Perlindungan permukaan batuan yang terekspos dari

perubahan signifikan kandungan air umumnya

merupakan tindakan pencegahan yang sangat baik

untuk mengatasi masalah ini.

Page 17: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Empat Sumber Ketidakmantapan

Ketidakmantapan karena tekanan atau aliran airtanah

yang berlebihan dapat terjadi pada semua jenis massa

batuan tetapi umumnya baru akan menjadi problem jika

terjadi bersama-sama dengan bentuk ketidakmantapan

lainnya.

Pengalihan aliran air dengan grouting dan pengurangan

tekanan air melalui penyaliran umumnya menjadi

tindakan perbaikan yang paling efektif.

Page 18: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

TAMBANG BAWAH TANAH

Konsep Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah

Page 19: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

TAMBANG BAWAH TANAH

Penambangan dengan metode tambang bawah tanah

akan membutuhkan jenis-jenis lubang bukaan yang

berbeda dengan fungsi yang berbeda pula (Brady &

Brown, 2004):

Mine access and service openings:

Main shaft, level drives, cross cuts, ore haulages, ventilation shafts, dan

airways.

Service and operating openings:

Access cross cuts, drill headings, access raises, extraction headings, dan

ore passes.

Ore source: Stope

Page 20: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

TAMBANG BAWAH TANAH

Page 21: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

TAMBANG BAWAH TANAH

Terlepas dari teknik penambangan yang diterapkan, Brady &

Brown, (2004) menentukan empat tujuan umum geoteknik untuk

kinerja dari struktur tambang dan ketiga jenis lubang bukaan di

atas:

1. untuk menjamin kemantapan keseluruhan dari struktur

tambang lengkap berdasarkan sumber utama endapan dan

rongga bekas penambangan, sisa endapan, dan batuan

samping;

2. untuk melindungi major service openings selama waktu

penggunaannya;

3. untuk menyediakan jalan masuk yang aman ke tempat kerja di

dan di sekitar pusat penambangan endapan;

4. untuk mempertahankan kondisi mineable dari cadangan yang

tidak ditambang.

Page 22: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

IMPLEMENTASI PROGRAM

GEOTEKNIK

Konsep Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah

Page 23: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

IMPLEMENTASI PROGRAM GEOTEKNIK

Program geoteknik harus terintegrasi dengan fungsi-

fungi teknikal lainnya dalam pengembangan

perencanaan tambang yang koheren.

Keberhasilan pencapaian tujuan program

mensyaratkan komitmen dari sumber daya yang cukup,

secara kontinyu, untuk memungkinkan analisis rasional

dari problem-problem yang dihadapi pada setiap

tahapan aktivitas penambangan.

Brady & Brown (2004) memberikan komponen-

komponen dan logika dari program geoteknik.

Page 24: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Komponen dan logika

program geoteknik

(Brady & Brown, 2004)

Page 25: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Karakterisasi lokasi

Tujuan fase ini, adalah untuk mendefinisikan sifat-sifat

dan kondisi massa batuan dimana penambangan akan

dilakukan.

Fase ini mencakup:

penentuan kekuatan dan karakteristik deformasi dari litologi

yang berbeda-beda di dalam dan di sekitar badan bijih;

penentuan karakteristik geometrik dan mekanik kekar;

penentuan lokasi dan deskripsi struktur geologi lainnya;

penentuan kondisi tegangan in situ di daerah penambangan;

investigasi hidrogeologi.

Page 26: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Karakterisasi lokasi

Kesulitan dalam karakterisasi lokasi adalah untuk

mendapatkan data yang representatif untuk

menggambarkan kondisi geoteknik keseluruhan massa

batuan.

Dengan akses yang terbatas sehingga hanya sedikit

contoh batuan yang bisa diperoleh dan tidak adanya

teori umum untuk menghubungkan karakteristik contoh

dengan massa batuan, karakterisasi lokasi pada pass

pertama mempunyai kekurangan.

Page 27: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Formulasi model tambang

Formulasi model tambang merepresentasikan simplifikasi

dan rasionalisasi data yang diperoleh dari karakterisasi

lokasi.

Tujuannya adalah untuk memperhitungkan fitur

geoteknikal utama yang akan dinyatakan dalam

perilaku deformasi.

Contoh:

satuan litologi diasumsikan mempunyai kekuatan dan

karakteristik deformasi rata-rata yang “representatif”;

struktur mayor diasumsikan mempunyai geometri teratur dan

karakteritik kuat geser rata-rata;

spefisikasi representatif digunaka untuk kondisi tegangan in situ

awal.

Page 28: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Formulasi model tambang

Kebutuhan akan fase ini muncul dari data rinci terbatas

yang dapat diakomodasi dalam hampir semua metode

analitik dan komputasi dalam perancangan.

Penyimpangan yang signifikan mungkin terdapat pada

tahap ini karena ketidakmampuan untuk

mengidentifikasi sifat keteknikan penting dari struktur

tambang.

Page 29: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Analisis rancangan

Setelah kondisi massa batuan didefinisikan, kinerja

mekanika dari konfigurasi penambangan dan geometri

lubang bukaan dapat diprediksi dengan menggunakan

teknik-teknik matematik dan numerik.

Metode analitik dapat sederhana atau kompleks,

dengan menggunakan skema komputasi yang dapat

memodelkan perilaku konstitutif massa batuan yang

cukup kompleks.

Perkembangan yang sangat cepat dalam metode-

metode perhitungan memicu kemajuan yang penting

dan keyakinan yang lebih baik dalam perancangan

struktur pada massa batuan.

Page 30: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Pemantauan kinerja batuan

Tujuan dari fase ini adalah untuk mengkarakterisasi

respons operasional massa batuan terhadap aktivitas

penambangan.

Sasarannya adalah untuk membuat gambaran

komprehensif mengenai peranan elemen-elemen

massa batuan dalam perilaku beban-deformasi massa

batuan.

Data yang dibutuhkan untuk gambaran ini diperoleh

dari pengukuran perpindahan dan tegangan pada

lokasi-lokasi kunci pada tambang.

Inspeksi visual harus dilakukan juga secara reguler untuk

mengalokasi keruntuhan akibat struktur geologi dan

area-area yang menunjukkan respons yang anomali.

Semua area ini harus rutin dipetakan.

Page 31: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

Analisis retrospektif

Proses analisis kuantitatif data yang dihasilkan dari aktifitas

pemantauan dimaksudkan untuk menilaiulang dan

memperbaiki pengetahuan mengenai karakteristik

mekanik in situ massa batuan serta mereview keakuratan

model tambang.

Review konseptualisasi massa batuan mencakup analisis

dari peranan struktur mayor pada kinerja lubang bukaan

dan identifikasi parameter kunci geoteknik yang

mengontrol respons deformasi massa batuan.

Data hasil analisis retrospektif digunakan untuk

memperbaharui data karakterisasi lokasi, model tambang,

dan proses perancangan, melalui loop umpan balik.

Prosedur ini sama dengan prinsip metode observasi yang

sudah lama digunakan di mekanika tanah (Peck, 1969).

Page 32: Rekayasa Tambang Bawah Tanah 10-03-2015

TERIMA KASIH