GEOTEKNIK TAMBANG BAWAH TANAH Konsep Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah Ridho Kresna Wattimena Universitas Negeri Padang 26-27 Oktober 2012
Konsep Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah
PENDAHULUAN
Konsep Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah
PENDAHULUAN
PENDAHULUAN
Penerapan dasar-dasar geoteknik atau mekanika batuan pada tambang bawah tanah didasarkan pada beberapa hal sederhana (Brady & Brown, 2004):
Massa batuan mempunyai sifat-sifat mekanik yang dapat diukur dengan uji-uji standar.
Proses penambangan bawah tanah akan membentuk struktur batuan yang terdiri atas rongga, penyangga, dan abutments yang kinerja mekanikanya dapat dianalisis dengan menggunakan dasar-dasar mekanika klasik.
Kemampuan untuk memprediksi dan mengontrol kinerja mekanika dari massa batuan dimana penambangan dilakukan dapat menjamin kinerja ekonomi tambang tersebut.
Mekanika penambangan bawah tanah
Kondisi pra-penambangan di sekitar badan bijih
Gambar di samping menunjukkan sebuah penampang melalui badan bijih mendatar.
ABCD dan EFGH adalah blokblok dimana bijih akan ditambang
Sebelum penambangan, material di dalam permukaan ABCD dan EFGH memberikan gaya-gaya penyangga pada batuan di sekelilingnya.
Mekanika penambangan bawah tanah
Konsekuensi mekanika penambangan badan bijih
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.
Mekanika penambangan bawah tanah
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.
Konsekuensi mekanika penambangan badan bijih
– Tegangan dan perpindahan diinduksikan pada pilar tengah dan abutment .
Mekanika penambangan bawah tanah
Konsekuensi mekanika penambangan badan bijih
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.
Konsep Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah
PERANCANGAN LUBANG BUKAAN
PERANCANGAN LUBANG BUKAAN
Tujuan akhir dari perancangan struktur pada tambang bawah tanah, adalah untuk mengontrol perpindahan ke dalam dan di sekitar massa batuan.
Pepindahan elastik di sekitar lubang bukaan tambang umumnya kecil (Brady & Brown, 2004).
Perpindahan batuan sebagai akibat kegiatan konstruksi bawah tanah:
Peretakan batuan utuh.
Gelinciran pada struktur geologi.
Defleksi yang berlebihan pada batuan atap dan batuan lantai.
Keruntuhan tak stabil di dalam sistem.
PERANCANGAN LUBANG BUKAAN
Beberapa elemen dasar untuk rancangan lubang bukaan (Brady & Brown, 2004):
Kekuatan dan karakteristik deformasi badan bijih dan batuan samping harus ditentukan secara akurat.
Struktur geologi pada massa batuan di zona yang dipengaruhi aktifitas penambangan harus ditentukan melalui eksplorasi dan pengujian yang sesuai,.
Distribusi tekanan airtanah pada daerah penambangan harus dibuat.
Perhitungan analitik harus dilakukan untuk mengevaluasi semua kemungkinan respons massa batuan di sekitar lubang bukaan.
Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah (Hoek & Brown, 1980)
Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah (Hoek & Brown, 1980)
Empat Sumber Ketidakmantapan 1. Ketidakmantapan karena struktur geologi yang tidak menguntungkan cenderung terjadi pada batuan keras yang terpatahkan dan terkekarkan dan dimana beberapa set bidang diskontinyu dengan kemiringan curam. Kemantapan kadang-kadang dapat ditingkatkan melalui relokasi dan reorientasi dari lubang bukaan tetapi umumnya dibutuhkan penyanggaan yang cukup intensif. Baut batuan dan kabel batuan dapat efektif untuk menyangga massa batuan jenis ini, sepanjang struktur geologi telah diperhitungan dalam perancangan sistem penyangga.
Empat Sumber Ketidakmantapan 2. Ketidakmantapan karena tegangan yang tinggi umumnya berhubungan dengan batuan keras dan dapat terjadi bila penambangan di kedalaman besar atau bila lubang bukaan berukuran sangat besar dikonstuksi pada kedalaman dangkal. Kondisi tegangan yang tak biasa seperti tegangan yang mungkin dijumpai pada penerowongan di daerah pegunungan curam atau kondisi batuan lunak yang tak biasa dapat juga mengakibatkan ketidakmantapan karena tegangan. Perubahan bentuk lubang bukaan dan reposisinya relatif terhadap lubang bukaan lainnya sangat membantu mengatasi problem ini meskipun penyangga mungkin diperlukan juga.
Empat Sumber Ketidakmantapan 3. 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. 4. 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.
Konsep Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah
TAMBANG BAWAH TANAH
TAMBANG BAWAH TANAH
Penambangan dengan metode tambang bawah tanah akan membutuhkan jenis-jenis lubang bukaan yang berbeda dengan fungsi yang berbeda pula (Brady & Brown, 2004):
Mine acces s and servi ce opening s : Main shaft, level drives, cross cuts, ore haulages, ventilation shafts, dan airways.
S ervice and operating opening s : Access cross cuts, drill headings, access raises, extraction headings, dan ore passes.
Ore source: Stope
TAMBANG BAWAH TANAH
TAMBANG BAWAH TANAH
Terlepas dari teknik penambangan yang diterapkan, Brady & Brown, (2004) menentukan empat tujuan umum geoteknik untuk kinerja dari struktur tambang dan ketiga jenis lubang bukaan di atas: 1. untuk menjamin kemantapan keseluruhan dari struktur tambang lengkap berdasarkan sumber utama endapan dan rongga bekas penambangan, sisa endapan, dan batuan samping; 2. untuk melindungi major service openings selama waktu penggunaannya; 3. untuk menyediakan jalan masuk yang aman ke tempat kerja di dan di sekitar pusat penambangan endapan; 4. untuk mempertahankan kondisi mineable dari cadangan yang tidak ditambang.
Konsep Perancangan Lubang Bukaan Bawah Tanah
IMPLEMENTASI PROGRAM GEOTEKNIK
IMPLEMENTASI PROGRAM GEOTEKNIK
Program geoteknik harus terintegrasi dengan fungsi-fungi teknikal lainnya dalam pengembangan perencanaan tambang yang koheren.
Keberhasilan pencapaian tujuan program mensyaratkan komitmen dari sumber daya yang cukup, secara kontinyu, untuk memungkinkan analisis rasional dari problem-problem yang dihadapi pada setiap tahapan aktivitas penambangan.
Brady & Brown (2004) memberikan komponen-komponen dan logika dari program geoteknik.
Komponen dan logika program geoteknik (Brady & Brown, 2004)
1. Karakterisasi lokasi
Tujuan fase ini, pada pass pertama melalui loop, 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.
1. 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.
2. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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).
