Modul Kriteria Analisis Penggalian

1. PENDAHULUAN

Demi kelancaran proses penggalian tanah maupun batuan dengan mempergunakan alat gali mekanis, maka harus dipelajari berbagai macam kriteria penggalian yang telah dikenal luas. Dengan memahami kriteria penggalian tersebut dapat diharapkan akan mampu memilih alat gali mekanis yang sesuai dengan kondisi lapangan dimana penggalian dilakukan. Peralatan

gali

mekanis kini

banyak macamnya

; ada

yang

cara

penggaliannya terputus-putus (cyclic/intermittent) dan ada yang bersifat menerus (continuous). Peralatan gali yang tidak menerus misalnya dragline, backhoe, power shovel, hydraulic shovel, dll. Sedangkan yang bersifat menerus antara lain adalah bucket wheel excavator (BWE) dan berbagai tipe surface miner seperti Dosco TB 3000, Wirtgen surface miner, Voest Alpine surface miner, Huron East miner, Paurat C-miner dan Krupp surface miner. Ujung tombak dari semua alat gali mekanis tersebut adalah alat potongnya yang geometri dan mutunya gigi-giginya sangat bervariasi.

2. KRITERIA ANALISIS PENGGALIAN

2.1. KRITERIA PENGGALIAN MENURUT RMR Kemampuan untuk menaksir kemampugalian atau potongan suatu massa batuan sangatlah penting, apalagi bila akan menggunakan alat gali mekanis menerus. Fowell & Johnson (1982) menunjukkan hubungan yang erat antara kinerja (produksi) Road header kelas berat (> 50 ton) dengan RMR (lihat Gambar 1).

Kriteria Analisis Penggalian - 1

Selanjutnya pada tahun 1991 mereka melaporkan juga bahwa hubungan tersebut di atas dapat dibagi menjadi 3 zona penggalian : Zone 1

Kinerja penggalian sangat ditentukan oleh sifat-sifat batuan utuh.

Zone 2

Keberhasilan kinerja penggalian dibantu oleh kehadiran struktur massa batuan. Pengaruh sifat-sifat batuan utuh menurun dengan memburuknya kualitas massa batuan.

Zone 3

Kinerja penggalian semata-mata dipengaruhi oleh struktur massa batuan.

Nilai-nilai UCS, Energi Spesifik, Koefisien Abrasivity secara keseluruhan menyimpulkan bahwa batuan utuh tersebut tidak dapat digali dengan memuaskan oleh roadheader. Namun seperti dilaporkan oleh Fowell & Johnson (1991) bahwa pada kenyataannya massa batuan itu dapat digali dengan cara hanya menggoyang bongka-bongkah batuan dari induknya yang akhir jatuh bebas. RMR juga pernah dipakai untuk mengevaluasi kinerja roadheader Dosco SL120 (Sandbak 1985, lihat Gambar 2). Penelitian ini dilaksanakan pada bijih tembaga Kalamazoo & San Manuel, Arizona. Dapat disimpulkan bahwa kemajuan penggalian atau kinerja Dosco tsb dapat diperkirakan dengan menggunakan persamaan berikut ini : Y = 2.39 e-0.02x

R2 = 0.79

dimana : Y adalah laju penggalian (m/jam) dan x adalah RMR.


200 y = 530.84 * 10^(-0.019x) R^2 = 0.83 150

100

Zone-2

Zone-3

Zone-1

50

0 0

Gambar 1.

20

40

RMR

60

80

100

Hubungan antara RMR dan laju penggalian roadheader kelas > 50 ton (Fowell & Johnson, 1982 & 1991).

2.0

1.5

y = 2.39 * 10^(-0.00873x) R^2 = 0.79

1.0

0.5

0.0 0

Gambar 2.

20

40 60 Rock Mass Rating

80

100

Hubungan laju penggalian roadheader vs. RMR (Sandbak, 1985)


2.2. KRITERIA PENGGALIAN MENURUT RMR & Q-SISTEM Hubungan antara RMR dan Q-Sistem untuk berbagai kondisi penggalian dapat dilihat pada Gambar 3. Jelas tampak bahwa hubungan antara RMR & Q-Sistem adalah linier. Titik-titik yang menunjukkan angka RMR & Q-Sistem yang tinggi mencerminkan kondisi material keras yang penggaliannya perlu peledakan. Sedangkan kehadiran alat gali seperti Surface Miner yang menggunakan mekanisme potong rupanya dapat menggantikan operasi peledakan. Dalam upaya melengkapi informasi Gambar 3, data asli hasil penelitian Abdullatif & Cruden (1983) dimasukkan dan data penggunaan surface miner diperoleh dari Kramadibrata (1992 - Potong).

100 RMR = 4.43 ln(Q) + 47.72 R^2 = 0.85 Fobs. = 50.8; Ftab. = 4.9 Retznei, Air Laya and Meekatharra Z-2

10

M-5 Retznei

1.05

Air Laya

1

Meekatharra Abd. Blast

0.14

Abd. Dig

.1

Abd. Rip Batu kuat dan kompak Batu berkekuatan sedang

.01 0

20

40

60

80

100

Rock Mass Rating

Gambar 3.

Klasifikasi metode penggalian menurut RMR & Q-Sistem


2.3. INDEKS EKSKAVASI Dalam upaya memudahkan pendugaan kemampugaruan suatu massa batuan, Kirsten (1982) mengklasifikasikan massa batuan menurut sifat fisik (Ms), relativitas orientasi struktur massa batuan terhadap arah penggalian dan beberapa parameternya Q-Sistem yang disebut dengan Indeks Ekskavasi yang dinyatakan dengan : N = Ms x x Js x N adalah Indeks penggalian dan paramater lainnya sama dengan parameter yang digunakan oleh Q-Sistem, sedangkan Ms dan Js dapat dilihat pada Tabel 1. Kirsten membagi nilai indeks ekskavasi sebagai berikut : 1 < N < 10

Mudah digaru (ripping)

10 < N < 100

Sulit digaru

100 < N < 1000

Sangat sulit digaru

1000 < N < 10000

Antara digaru dan peledakan

N > 10000

Peledakan

Sudah tentu bahwa klasifikasi Kirsten tidak menjamin keberhasilan penggaruan oleh suatu jenis buldoser pada kondisi tertentu, karena daya mesin dan tipe alat garu tidak dilibatkan di dalam perhitungan.


10000

RMR = 2.22 ln(EI) + 45.19 Fobs. = 35.5; Ftab. = 4.9

dswRMREI

R^2 = 0.80

1000 Sangat sukar digaru

100

Batu kuat dan kompak M-5

Sukar digaru

10 Mudah digaru

Retznei Air Laya

1 Batu berkekuatan sedang

Meekatharra

.1 40

45

50

55

60

65

70

Rock Mass Rating

Gambar 4.

Hubungan antara Excavatability Index dengan RMR

Tabel 1.

Besaran parameter, Ms (Kirsten, 1982)

Kekerasan

Identifikasi

UCS (MPa)

Mass Strength Number (Ms)

Batu sangat lunak

Material crumbles under firm blows with sharp end of geological pick and can be peeled off with a knife, it is too hard to cut a sample by hand

1.7

0.87

1.7 - 3.3

1.86

Batu lunak

Can just scraped and peeled with a knife, indentations 1mm to 3 mm show in the specimen with firm blows of the pick point

3.3 - 6.6

3.95

6.6 - 13.2

8.39

Batu keras Cannot be scraped or peeled with a knife, hand-held specimen can be broken with hammer end of a geological pick with a single firm blow

13.2 - 26.4

17.7

Batu sangat keras

26.4 - 53.0 53.0 - 106.0

35.0 70

106.0-212.0

140.0

212.0

280.0

Hand-held specimen breaks with hammer end of pick under more than one blow

Batu sama Specimen requires many blows with sekali geological pickto break through intact keras material

Tabel 2.

Besaran relative struktur permukaan massa batuan, Js. (Kirsten, 1982)


Arah kemiringan berjarak dekat

Sudut kemiringan berjarak dekat

Nisbah jarak joint, r

dengan set kekar (0)-1

dengan set kekar (0)-2

1:1

1:2

1:4

1:8

180/0

90

1

1

1

1

0

85

0.72

0.67

0.62

0.56

0

80

0.63

0.57

0.50

0.45

0

70

0.52

0.45

0.41

0.38

0

60

0.49

0.44

0.41

0.37

0

50

0.49

0.46

0.43

0.40

0

40

0.53

0.49

0.46

0.44

0

30

0.63

0.59

0.55

0.53

0

20

0.84

0.77

0.71

0.68

0

10

1.22

1.10

0.99

0.93

0

5

1.33

1.20

1.09

1.03

0/180

0

1

1

1

1

180

5

0.72

0.81

0.86

0.90

180

10

0.63

0.70

0.76

0.81

180

20

0.52

0.57

0.63

0.67

180

30

0.49

0.53

0.57

0.59

180

40

0.49

0.52

0.54

0.56

180

50

0.53

0.56

0.58

0.60

180

60

0.63

0.67

0.71

0.73

180

70

0.84

0.91

0.97

1.01

180

80

1.22

1.32

1.40

1.46

180

85

1.33

1.39

1.45

1.50

180/0

90

1

1

1

1

1. r bentuk relatif blok antara arah penggaruan dan orientasi struktur. 2. Arah dip berjarak dekat dengan joint set relatif terhadap arah penggaruan. 3. Sudut Dip semu berjarak dekat dengan joint set tegak lurus dengan bidang yang searah penggaruan. 4. Batuan utuh, Js = 1.0. 5. Untuk r < 0.125, ambil Js seperti r = 0.125.

2.4. KRITERIA PENGGALIAN MENURUT KECEPATAN SEISMIK


Seperti sudah disebutkan bahwa kecepatan seismik sudah banyak dipakai untuk menduga kemampugaruan suatu massa batuan. Berbagai kemungkinan cara penggalian untuk berbagai macam massa batuan menurut kecepatan seismik diberikan oleh Atkinson (1971, lihat Gambar 5). Penggalian disini meliputi dari cara manual hingga mekanis penuh.

Stripping shovel : no blasting Walking dragline : no blasting Dragline (crawler) : no blasting Bucket wheel excavator Bucket chain excavator Loading shovel : no blasting Tractor scraper : after ripping Tractor scraper : no ripping etc Labourer with pick & shovel Rippable Marginal Impossible

Gambar 5.

0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

KECEPATAN SEISMIK x 1000 m/d

Metode kecepatan seismik untuk penentuan macam penggalian (Atkinson, 1971)

2.5. KRITERIA PENGGALIAN MENURUT INDEKS KEKUATAN BATU Franklin dkk (1971) mengusulkan klasifikasi massa batuan menurut dua paramater, yaitu Fracture Index dan Point Load Index (PLI). Fracture Index dipakai sebagai ukuran karakteristik diskontinuiti dan didefinisikan sebagai jarak rata-rata fraktur dalam sepanjang bor inti atau massa batuan. parameter

ini

digambarkan

dalam

satu

diagram

kemampugaruan suatu massa batuan dimana I f dan

untuk

Kedua menduga

Is masing-masing

menyatakan Fracture Index dan PLIi. Diagram klasifikasi dibagi kedalam tiga zona umum yaitu, penggalian bebas (free digging), penggaruan (ripping) dan peledakan (blasting). Massa batuan


yang terkekarkan dan lemah masuk kedalam kategori bagian bawah kiri diagram, sedangkan massa batuan massif dan kuat di plot dibagian atas kanan. Yang pertama tentunya sangat mudah untuk digali dan yang terakhir sangat sulit digali dengan alat mekanis.

EH PELEDAKAN PEMBONGKARAN

2 VH 0.6 H 0.2

PELEDAKAN RETAKAN

M 0.06

PENGGARUAN

L 0.02

GALI BEBAS

VL 0.006 0.03

VL

0.1

L

0.3

M

1.0

H

3.0

VH

10

EH

Point Load Index - MPa EH = Ekstrim tinggi L = Rendah EL = Ekstrim rendah M= Medium

Gambar 6.

VH = Sangat tinggi H = Tinggi

VL = Sangat rendah

Kriteria Indeks kekuatan batu (Franklin dkk, 1971)

2.6. KLASIFIKASI KEMAMPUGARUAN Klasifikasi massa batuan untuk kepentingan penggaruan yang melibatkan parameter mesin penggaru dan sifat-sifat fisik, mekanik dan dinamik massa batuan diberikan oleh Klasifikasi Kemampugaruan (rippability chart). Tabel 3 adalah klasifikasi penggaruan menurut Weaver (1975) yang sudah sering dipakai oleh para kontraktor penggalian dan kriterianya didasarkan pada pembobotan total dari parameter pembentuknya bersamaan dengan daya bulldozer yang diperlukan. Parameter yang dipakai dalam klasifikasi ini adalah kecepatan seismik, kekerasan batuan, tingkat pelapukan, jarak kekar,


kemenerusan kekar, jarak pemisahan kekar dan orientasi kekar terhadap penggalian.

Tabel 3. (1975)

Klasifikasi massa batuan untuk penggaruan menurut Weaver

Kelas batuan Dekripsi Kecepatan seismik (m/s) Bobot Kekerasan Bobot Pelapukan Bobot Jarak kekar (mm) Bobot Kemenerusan kekar Bobot Gouge kekar Bobot Orientasi kekar Bobot Bobot total

I

II

III

IV

V

Sangat baik

Baik

Sedang

Buruk

Sangat buruk

> 2150

2150-1850

1850-1500

1500-1200

1200-450

26

24

20

12

5

Eks. keras

Sangat keras

Keras

Lunak

Sangat lunak

10

5

2

1

0

Tdk. lapuk

Agak lapuk

Lapuk

Sangat lapuk

Lapuk total

9

7

5

3

1

> 3000

3000-1000

1000-300

300-50

< 50

30

25

20

10

5

Tdk. menerus Agak menerus Menerus - tdk Menerus-be- Menerus dgn. ada gouge berapa gouge gouge 5

5

Tdk ada pemisahan

Agak pemisahan

5

5

3

0

Pemisahan Gouge < 5 mm < 1mm 4

Sgt. mengunTdk. meAgak tdk metungkan nguntungkan nguntungkan

0 Gouge > 5 mm

3

1

Menguntungkan

Sgt. menguntungkan

15

13

10

5

3

100-90

90-70

70-50

50-25

<25

Susah garu

Mudah garu

Penaksiran kemampugaruan

Peledakan

Pemilihan traktor

-

Eks. susah Sangat susah garu & ledak garu D9G

D9 / D8

D8 / D7

D7

Horse power

770-385

385-270

270-180

180

Kilowatt

575-290

290-200

200-135

135

Klasifikasi Kemampugaruan telah digunakan dengan hasil memuaskan di daerah Afrika Selatan oleh Weaver (1975). Namun demikian perlu diketahui bahwa klasifikasi ini selanjutnya dimodifikasi oleh Singh dkk (1987) yang hanya melibatkan sifat-sifat batuan seperti UCS, ITS, Young's Modulus, dan Kecepatan rambat gelombang seismik di lapangan. Pettifer & Fookes di UK (1994) mencoba untuk melakukan modifikasi terhadap kriteria penggaruan sebelumnya seperti ditunjukkan pada Tabel 4.


Kriteria versi mereka, seperti ditunjukkan pada Gambar 7, memungkinkan kemudahan penggalian suatu massa batuan dianalisis Kriteria ini sejenis dengan kriterianya Franklin. Selanjutnya, mereka menduga bahwa jarak kekar rata-rata dengan kuat tekan batu merupakan parameter penting dalam menilai kemampugaruan, yang percontoh batuannya dapat diperoleh dari singkapan atau bor inti. Grafik ini bukanlah petunjuk mutlak yang mampu memberikan jawaban sebenarnya, karena biaya dan faktor lainnya juga ikut menentukan kemampugaruan suatu massa batuan oleh sebuah bulldozer.

Tabel 4.

Parameter geoteknik yang digunakan oleh berbagai kriteria kemampugalian (Pettifer & Fookes, 1994)

Metoda analisis Caterpillar (1970)

Arti relatif dari setiap parameter1) SV2) sc2)

PLI

Hd Ab2) Wea dsw Jp Jsp Jor.

****

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

****

-

-

-

****

-

*

***

Weaver (1975)

****

-

-

**3)

-

**

****

*

*

*6)

Kirsten (1982)

-

****4)

-

-

-

-

****5)

-

*

**7)

****

-

**

-

-

**

***

*

*

-

Scoble & Muftuoglu (1984)

-

**8)

-

-

-

**

****9)

-

-

**

Smith (1986)

-

**

-

-

-

**

****

*

*

-

Singh dkk (1987)

***

-

**10)

-

**

**

****

-

-

-

Karpuz (1990)

****

***8)

-

**11)

-

**

****

-

-

-

Hadjigeorgiou & Scoble (1990)

-

-

***

-

-

**

**** 12)

-

-

*6)

MacGregor dkk (1994)

*

*

Pettifer & Fookes (1994)

-

-

****

-

-

*

****

-

-

**

Franklin dkk (1971)

Minty & Kearns (1983)

1)

Jumlah bintang menyatakan arti relatif setiap parameter pada masingmasing metoda analisis

2)

Membutuhkan teknik khusus atau uji laboratorium.

3)

Dapat dinyatakan dalam UCS.

4)

Dibandingkan dengan bobot isi kering. Kriteria Analisis Penggalian - 11

5)

Fungsi RQD dan jumlah set kekar.

6)

Dibandingkan dengan "spacing ratio" dua set kekar.

7)

Minty & Kearns juga memasukkan kondisi air tanah dan kekasaran permukaan kekar.

8)

Dapat diturunkan dari nilai PLI.

9)

Jarak kekar dan jarak bidang perlapisan berbeda.

10) Uji tarik Brazilian diperlukan. 11) Nilai Schmidt hammer. 12) Dinyatakan dalam volumetric joint count, Jv. SV = Kecepatan seismik Hd

= Kekerasan batuan

Ab

= Abrasivitas

Wea = Pelapukan dsw = Jarak kekar Jp

= Persistensi kekar

Jsp = Pemisahan kekar Jor = Orientasi kekar


Gambar 7.

Grafik kriteria baru kemampugaruan (Pettifer & Fookes, 1994)


2.7. KLASIFIKASI PENGGALIAN DENGAN BWE 2.7.1. Rasper (1975) Rasper mengatakan bahwa sebelum pemilihan BWE yang cocok untuk suatu tambang, karakteristik material yang akan digali harus diketahui dahulu dengan baik. Data ini akan membantu para perancang BWE untuk mengetahui kapasitas gaya gali dan kualitas alat galinya (tooth). Hingga saat ini suatu uji standard yang pasti untuk menentukan penggunaan BWE belum ada. Para pabrik pembuat BWE selama ini memakai berbagai macam uji yang sesuai dengan pengalamannya masing-masing. Secara umum dapat dikatakan bahwa sifat-sifat material yang paling mempengaruhi kemampugalian massa batuan oleh BWE adalah, kuat tekan & kuat tarik, kondisi struktur geologi dan ketebalan lapisan yang akan ditambang.

Walaupun

berbagai

pihak

telah

mengadakan

penelitian

mengenai kemampugalian BWE, tidak ada cara yang tepat untuk menentukan kebutuhan gaya gali kecuali dengan pengukuran langsung dilapangan. Jelas bahwa gaya yang tersedia pada buket merupakan hasil dari gaya yang tersedia dari motor BW. Untuk menghitung daya ini, daya angkat material di dalam buket

hingga titik puncak dimana material ditumpahkan harus

dikurangi dari total daya yang tersedia dari motor penggeraknya. Maka, hanya sebagian saja dari daya yang tersedia dipakai untuk membongkar material dari tempatnya, dan ini adalah daya potong (cutting power). Rasper (1975) mengusulkan suatu persamaan untuk menghitung daya potong dari gigi BWE, Nc = . FL (L* . ns . R )0.5


dimana : Nc

= Daya potong penggerak, kW.

FL

= Tahanan potong spesifik linear (O&K Wedge test), kN/m.

h

= Efisiensi.

L*

= Produksi, bcm/jam.

ns

= Jumlah penuangan buket per menit.

R

= Jari-jari roda besar, m.

Angka tahanan potong spesifik linear (F L) diperoleh dari uji O&K Wedge. Menurut

Rodenberg

(1987),

para

ahli

BWE

di

Russia

cenderung

menggunakan tahanan potong spesifik luas (F A), sedangkan pihak Jerman lebih menyukai angka

tahanan potong spesifik linear (F L). Sebagai

gambaran bahwa penggunaan tahanan potong spesifik luas (F A) banyak dipakai untuk menganalisis material yang relatif lebih keras. 2.7.2. Bölükbasi, Koncagül & Pasmehmetoglu (1991) Bölükbasi dkk (1991) menemukan bahwa angka-angka tahanan potong spesifik luas (FA) memiliki korelasi yang baik dengan Energi Spesifik Laboratrium (ESL) yang diperoleh dari Core Cuttability Test (Roxborough, 1987). Mereka juga menyatakan bahwa tahanan potong spesifik luas (F A) sangat dipengaruhi oleh ukuran percontoh dan anisotropik material bila ukuran percontoh standard tidak dapat dipenuhi, dan bila uji-nya tidak dapat dilakukan tegak lurus terhadap bidang perlapisan. Sebaliknya, ESL tidak dipengaruhi oleh ukuran percontoh dan arah uji potongnya dapat dengan mudah disesuaikan untuk normal terhadap bidang perlapisan. Berdasarkan penemuan kriteria kemampugaruan yang sudah dipublikasikan oleh para peneliti pendahulu, sebuah kriteria baru tentang kemampugalian dengan menggunakan ESL diberikan oleh Bölükbasi dkk (1991). Kriteria ini


menunjukkan bahwa suatu massa batuan dengan maksimum ESL sebesar 3.27 Mj/bcm masih dapat digali (lihat Tabel 5). Bila angka ini dibandingkan dengan kriteria cuttability untuk roadheader menurut McFeat-Smith & Fowell (1979) pada Tabel 4, jelas bahwa selang-selang ini adalah tipikal batuan yang masih dapat digali dengan roadheader dengan mudah. 2.7.3. Schroder & Trumper (1993) Dipihak lain, Schroder & Trumper (1993) menemukan bahwa kinerja BWE bergantung kepada kekuatan material dan sifat plastisitasnya. Mereka juga berpendapat bahwa abrasivitas batuan menentukan tingkat kerusakan alat gali-pick, sedangkan kekar dapat berpengaruh positif atau negatif tergantung kepada kondisi kekarnya. Panduan berikut ini (Tabel 5-6) merupakan kriteria kemampugalian BWE terhadap kuat tekan batuan utuh menurut mereka.

Tabel 5.

Kriteria kemampugalian oleh BWE berdasarkan Energi Spesifik Laboratrium (Bölükbasi, Koncagül & Pasmehmetoglu, 1991) Energi Spesifik Laboratrium - MJ/bcm Kelas

Minimum

Maksimum

Mudah

0.5

1.94

Mampugali

1.12

3.72

Keras

1.73

4.81

Agak keras

2.64

8.58

Tidak mampugali

> 2,64

> 8.58

Tabel 6.

Panduan analisis kemampugalian menurut UCS (Schroder & Trumper, 1993)

UCS (MPa)

Material

Kemampugalian

> 200

Basalt, granite

-

100 - 200

Quartzite, siliceous limestone

-

20 - 100

Gneiss, limestone

Hingga 50 MPa dengan SM

5 - 20

Sandstone, shale, marl, claystone

Dengan BWE kompak


<5

Salt, chalk, unconsolidated rock

Mudah digali oleh kebanyakan mesin

3. ALAT GALI MEKANIK KONTINYU

Perlu diketahui disini bahwa bab ini membahas sejarah perkembangan alat gali mekanik kontinyu yang terdiri dari BWE dan continuous miner, baik untuk tambang bawah tanah maupun untuk tambang terbuka. Yang dimaksud dengan alat gali mekanik kontinyu adalah peralatan gali yang relatif kompak dengan sistem gali dimuka alatnya dimana proses potong/gali, peremukan dan pemuatan berada pada satu mesin itu sendiri tanpa adanya interupsi. Pentingnya penggunaan alat gali mekanik kontinyu dapat ditunjukkan oleh fakta yang menyatakan bahwa kurang lebih 85% dari material solid ditambang secara terbuka, dan setengahnya relatif lunak dimana alat gali mekanik kontinyu berperan aktif (Tilmann &Weise, 1987 dan Rodenberg, 1987). 3.1. PERKEMBANGAN BUCKET WHEEL EXCAVATOR Pertamakali BWE ditunjukkan sebagai alat gali adalah pada gambar pelukis Leonardo Da Vinci. Pertamakali BWE beroperasi sebagai alat gali adalah di Sungai Wesser, Jerman. Diameter rodanya 12 m dan digerakkan dengan prinsip wind-mill. Pada tahun 1836 roda sejenis muncul di Lubeck, Jerman Utara. Patent pertama di US, no. 242.484 (lihat Gambar 8), diberikan kepada Charles A Smith pada 7 Juni 1881 untuk alat gali tanah. Didalam Patent


tersebut terdapat sejumlah informasi mengenai cara pembuatan dan operasi BWE. Tetapi sayanganya alat tersebut tidak pernah beroperasi. Patent BWE lainnya juga diberikan oleh Pemerintah Perancis pada 6 Mei 1908 kepada Robert Glogner. BWE ini dilengkapi dengan belt conveyor yang diletakkan persis dibawah titik pusatnya. Belt conveyor dan BW nya tidak bisa di-naikkan, turunkan dan putarkan, tetapi bisa dipanjang pendekkan sehingga kedalaman penggalian (cutting depth) dapat diatur sesuai dengan kebutuhan. Mesinnya menggunakan tenaga penggerak mesin uap. BWE pertama yang menggunakan mesin diesel dan bergerak diatas crawler untuk tambang terbuka dibuat pada tahun 1925. BWE ini dibuat oleh Maschinenbau-Anstalt Humbolt bekerjasama dengan perusahaan tambang batubara Eintracht" dengan ukuran buket 0.075 m 3. Alat ini dipakai untuk membongkar lapisan interburden batu pasir (sandstone).

2

6

5

4

3

2

1

1

1. Bucket wheel 4. Slewing gear 2. Belt conveyor 5. Travel gear 3. Bucket wheel boom 6. Discharge chute

Gambar 8.

U.S. Patent No. 242.484 Bucket Wheel Excavator (Durst & Vogt, 1988)

Baru pada tahun 1931 teknologi motor listrik berkembang sehingga sebuah BWE dapat dibuat dengan tenaga penggerak listrik menggantikan tenaga


diesel dan mesin uap yang kapasitas buketnya bervariasi mulai dari 0.06, 0.09 dan 0.15 m3. BWE baru menjadi alat terkenal di industri penambangan batubara Jerman pada 1934, ketika sebuah BWE dipasang di atas tiga buah crawler dan alat ini bekerja di tambang "Bitterfeld". Berat mesin ini 352 ton dengan ground pressure rata-rata 100 kPa. Perkembangan pembuatan BWE dan penggunaanya di tambang terbuka batubara memicu para pembuat mengeluarkan kode standard agar memudahkan orang mengenal ukuran dan tipe BWE. Oleh karena itu dikeluarkanlah suatu kode seperti berikut : Sch Rs x H

Sebagai contoh,

Sch Rs x 15

dimana : Sch

= Bucket wheel excavator

R

= Mounted on crawlers

s

= Slewable superstructure

Inom = Kapasitas buket nominal, liter T

= Dalam penggalian dibawah gari crawler, m

H

= Tinggi penggalian di atas garis crawler, m

Rancangan mesin standard sekarang ini adalah kompak dengan dimensi lebih kecil dan berat total lebih ringan. Mesin ini disebut Kompak BWE. Salah satu contoh Kompak BWE adalah BWE SchRs 15 yang dipakai di Tambang Air Laya, Sumatra Selatan. BWE dapat dikatakan ekonomis bila dapat membongkar dan mengangkut sejumlah besar material untuk periode yang lama. Keberhasilan pekerjaan penggalian dengan BWE tidak saja karena BWEnya itu sendiri tetapi juga peralatan penunjangnya. Hal ini mulai dari perencanaan, pekerjaan persiapan, operasi BWE, pengangkutan material. Yang paling penting untuk


dipelihara adalah sistem pengangkutan menerusnya. Hal ini karena pengangkutan

material

menggunakan

belt

conveyor

panjang

(lihat

Gambar 10), yang kalau sedikit saja tidak lurus akan menyebabkan belt bergerak keluar titik pusat dan akhirnya material akan tumpah dan mengganggu operasi.

Gambar 9.

Dimensi utama BWE SchRs 15 (Durst & Vogt, 1988)

Gambar 3.

Sistem kerja BWE beserta peralatan pengangkutannya Kriteria Analisis Penggalian - 20

Oleh karena itu adalah mutlak bahwa pergeseran belt conveyor dilakukan dengan seksama sesuai dengan kemajuan penambangan. BWE banyak digunakan tidak saja pada tambang terbuka batubara melainkan juga di tambang kaolin, oil-sand, bauksit, oil-shale, bijih tembaga, posfat, bijih pasir besi, intan, bijih mangan, gamping, lempung dan gravel (Golosinski, 1984; Rodenberg, 1987; Bordia, 1987; Golosinski & Singhal, 1987; Schroder & Trumper, 1993). Mulai tahun 70-an, BWE tidak saja dibatasi untuk menggali material tanah. Alat ini mulai menggantikan peralatan

gali material keras seperti power

shovel, dragline, dozer dan front-end loader untuk tingkat produksi yang sama. Namun demikian penggunaan BWE masih dalam batas kemampuan gigi buket

untuk

merobek

material.

Menurut

pengalaman

meningkatnya

penggunaan BWE disebabkan oleh beberapa faktor antara lain : (1) Karena sistem operasi kontinyu dan bobot struktur lebih rendah, alat ini secara fisik lebih kecil dibanding dengan alat gali konvensional lainnya untuk mengerjakan tugas yang sama. (2) Kebutuhan daya singkatnya lebih kecil daripada shovel dan dragline karena tidak ada perbedaan daya puncak yang tinggi. (3) Jari-jari pemuntahan material dapat dirancang cukup jauh sehingga BWE tidak perlu bekerja satu tingkat dengan alat transportnya, dan material bongkaran dapat dimuat ke-dalam berbagai macam alat angkut. (4) Sebuah BWE dapat dirancang untuk beroperasi secara efisien untuk berbagai tinggi dan kemiringan jenjang dan juga dapat beroperasi dalam kondisi material lembek. (5) Selective mining dapat diterapkan dengan mengontrol gerak penggalian.


(6) Hasil

penggalian

berupa

material

berukuran

relatif

kecil

yang

memungkin-kan pemuatan langsung ke belt conveyor tanpa preparasi tambahan lainnya. (7) Otomatisasi operasi BWE dapat dilakukan dengan mudah, mengurangi jumlah pekerja. Kerugian utama pengggunaan BWE adalah rendahnya mobilitas dan ketidakmampuannya menggali material keras serta konsentrasi boulder besar. Menurut Golosinski (1984) BWE heavy-duty dengan gaya gali tinggi sudah banyak dipakai secara luas di Russia untuk menambang bijih mangan, besi dan batubara. Sebuah BWE di tambang batubara Ekibastuz bekerja pada material dengan kuat tekan maksimum 25 MPa dan memiliki lapisan shale dan sandstone setebal 3 m dengan kuat tekannya sampai 75 MPa. Contoh lainnya adalah tambang batubara di Semirara, Filipina, dimana BWE produk Voest Alpine dapat menghasilkan gaya putar sebesar 180 kN. Permintaan konsumen untuk penggalian material yang relatif keras dalam jumlah besar dan efisien mengilhami O&K untuk melahirkan kompak BWE yang mampu menggali material gamping di Tambang gamping Teutonia dekat Hannover, dengan kuat tekan antara 13-20 MPa (Schroder & Trumper, 1993). Akhirnya O&K membuat Kompak BWE dengan tipe BWE S400/250 (lihat Gambar 11). Out-put teoritik adalah 1080 cm/jam dari diameter roda 5.6 m dengan daya motor roda sebesar 315 kW. BWE S400/250 ini dilengkapi dengan 16 buket dan 16 pre-cutter dan menggali dengan kecepatan 2.9 m/detik. Masing-masing buket dipasang terpisah dan duduk berdekatan satu sama lain pada rodanya. Oleh karenanya kesemua buket dilas ke badan roda dan alat potong nya dirancang untuk tahan lama.


Gambar 11. Kompak BWE of S400/250 bekerja di Kuari gamping Teutonia, Jerman (Schroder & Trumper, 1993).

3.2. PERKEMBANGAN CONTINUOUS MINERS Bagian ini membahas sejarah perkembangan continuous miner baik untuk tambang bawah tanah maupun tambang terbuka. Perkembangan continuous surface miners (CSM) mulanya berasal dari continuous miner tambang bawah tanah sekitar 10 tahun yang lalu. Walaupun peledakan adalah pilihan utama untuk pembongkaran material keras, keuntungan alat gali mekanis tampaknya meningkat untuk berbagai proyek penggalian dan ini disebabkan oleh beberapa faktor seperti : (1) Keuntungan ekonomis (2) Memiliki faktor keamanan yang lebih baik (3) Mudah untuk otomatisasi (4) Dapat melakukan penggalian dengan lebih akurat (5) Dinding penggalian tidak hancur, terawat dan tetap stabil. (6) Ukuran hasil bongkaran dapat diangkut dengan belt conveyor dengan mudah (7) Penggunaannya meningkat pada daerah yang membatasi vibrasi peledakan


Penggunaan efektif alat potong drag tool pada alat gali bawah tanah telah terbukti pada tambang batubara bawah tanah. Hal ini terus berlanjut pada pengggalian lapisan interburden batubara hingga ke formasi batuan yang lebih lunak. Ringkasan perkembangan peralatan gali mekanik bawah tanah, yang sebenarnya untuk batubara ditunjukkan pada Gambar 12. Beberapa skematik diagram dari alat yang disebutkan pada Gambar 12 dapat dilihat pada gambar-gambar selanjutnya.

Rock excavation machines Drag tool

Soft rock mineral production (coal)

Disk cutter

Tunnelling Circular fullface Raise boring machines and TBM development

Longwall Continuous miner machines Coal plough Pickmat Trepanner Hardhead Shearer

Axial boring machines

Road header

Shaft sinking machines

Robbins mobile miner

Axial Transverse

Gambar 12. Tipe utama alat gali mekanik bawah tanah (Fowell, 1993)

Untuk kepentingan tambang terbuka, berbagai cara telah dicoba untuk membuat continuous surface miner bagi tambang terbuka yang ekonomis dan mampu bersaing dengan pemboran peledakan. Untuk itu beberapa produk seperti, Voest Alpine Surface Miner, Krupp Surface Miner, Wirtgen Surface Miner dan Huron Surface Miner sudah dipakai pada berbagai tambang terbuka dengan tingkat kesuksesan yang berbeda. Teknik pemboran-peledakan dan alat potong gali semakin meningkat, dan peralatan konvensional seperti ekskavator, dozer, dragline dan front-end loader juga


semakin

besar,

canggih

dan

kokoh

sehingga

memberikan

tingkat

produktivitas yang tinggi serta nilai ekonomi yang baik.

Gambar 13. Coal Plough (Fowell, 1993)

Gambar 14. Trepanner (Fowell, 1993)


Gambar 15. Ranging Drum shearer (Fowell, 1993)

Gambar 16. Twin Rottor Marrieta Borer (Fowell, 1993)


Gambar 17. Mesin Axial Boom Tunnelling (Fowell, 1993)

Gambar 18. Mesin Transversal Boom Tunnelling (Fowell, 1993)


Gambar 19. Gambaran skematik Tunnel Boring Machine (TBM, Fowell, 1993)

Gambar 20. Mesin bor naik atau Raise Boring (RBM - Fowell, 1993)


Gambar 21. Robbins Mobile Miner (Fowell, 1993)

Gambar 22. Joy Continuous Miner (Fowell, 1993) Namun perlu dicatat disini bahwa Surface Miner (SM) lebih cocok untuk selective mining dari pada untuk penambangan biasa. Hal ini juga menunjang kepentingan ekonomis para penambang dimana saat ini sumber daya mineral semakin tipis, yang kadarnya juga semakin rendah. Dengan demikian penambangan material yang ekonomis menjadi tujuan utama. Dalam kaitannya dengan masalah ini Krupp Surface Miner 4000 (KSM-4000) mampu menggali material setebal 3 cm.


Perusahaan Krupp Industrietechnik dari Jermany perlu waktu 8 tahun untuk dapat memasarkan KSM-4000 di tambang terbuka Amerika. Salah satu KSM-4000 menggali batubara bituminuous dengan kuat tekan 25 MPa (lihat Gambar 23). Bahkan menurut pembuatnya KSM-4000 mampu menggali material hingga kuat tekan 40 MPa, termasuk batubara keras, bauksit, posfat, gamping, oli sand, gipsum, lempung dan beberapa material berlapis dimana bidang rekahan dapat membantu penggalian.

Gambar 23. KSM-400 operasi di tambang batubara Rawhide, Gillette, Wyoming, USA.

Perlu dicatat disini bahwa semua perusahaan pembuat Surface Miner mengembangkan mesinnya dari kekuatan teknologi awalnya. Misalnya, Krupp Surface Miner berkembang dari teknologi BWE, sedangkan Voest Alpine Surface Miner berkembang dari roadheadernya. Perkembangan teknologi ini ditunjukkan pada Gambar 24 dan Tabel 7.


Pada pembongkaran dan pembuatan jalan mesin yang menggunakan prinsip milling permukaan jalan adalah Wirtgen. Mekanisme ini membuat material yang digali dapat didaur ulang kembali kepermukaan semula. Skematik alat ini ditunjukkan pada Gambar 25. Produk model Wirtgen yang ada di pasaran adalah 1900SM, 2600SM, 3000SM, 3500SM, and 4200SM.

KRUPP BUCKET WHEEL EXCAVATOR

WIRTGEN ROAD MILLING MACHINE

KSM XXXX

WIRTGEN XXXXSM

VOEST ALPINE ROADHEADER

VASM-XX

Gambar 24. Sejarah perkembangan Surface Miner

Tabel 7.

Klasifikasi Continuous Surface Miners (modifikasi Klaus Janecke, 1988) SURFACE MILLING MINER Drum, centrally

Drum, frontal (DWE)

Easi Miner by Huron

Continuous Excavators by Forster-Miller

SM series by Wirtgen

WL-50 Excavators by Barber Green Satterwhite Excavators by Unit Rig C-Miner by PWH/Paurat KSM 4000 BOOM MINER

Drum

Cut Header

CME-12 by Rahco

TB 3000 by Dosco

Voest Alpine Surface Miner (VASM)

WAV 170 by Westfalia ET-400 by Atlas Copco-Eickhoff


Gambar 25. Prinsip desain Wirtgen Surface Miner (modifikasi Georgen dkk, 1984)

Gambar 26. Voest Alpine Surface Miner 2D

Prototipe pertama Voest Alpine Surface Miner dibuat pada tahun 1988

dan

dicoba pada kuari gamping di Austria. Prototipe ini diikuti dengan tipe VASM1D dengan lebar dan tinggi penggalian adalah 4.5 m dan 4 m. Tipe ini kemudian disusul oleh tipe VASM-2D (lihat Gambar 26). Unit ini mempunyai keistimewaan dalam cara penggaliannya. Drum gali berputar sambil berosilasi kiri-kanan pada sebuah rel sehingga total lebar gali adalah 5 m.


Drumnya berisi 48 alat potong (point attack pick) yang spesifikasinya dapat diubah sesuai menurut kebutuhan.

Tabel 8. Sistem

Tipe dan karakteristik Eksavator (Bordia, 1987) Pabrik pembuat

UCS

Cutting depth

Laju penggalian

Kapasitas maks.

MPa

m

m/menit

ton/jam

BWE

Takraf - Russia Voest-Alpine

25

0.2 - 7.0

N/A

1000

Milling

Wirtgen/Huron

100

0.0 - 0.6

0 - 25

2500

Shearer

PWH C-Miner

150

1.8 - 2.5

0 - 10

2100

Rotation

Voest-Alpine Surface Miner*)

100

N/A

60 - 180

1600

Oscillation

*) VASM-2D Brosur

N/A = Tidak tersedia


DAFTAR PUSTAKA

1. Adler, L., “Excavating Methods Related to Joint System Stability”, International Symposium on Geotechnical Stability in Surface Mining”, Calgary, 1986. 2. Adler, Lawrence dan Naumann, Hans E., “Analyzing Excavation Materials

Handling

Equipment”,

Department

of

and Mining

Engineering, Virginia Polytechnic Institute, Blacksburg, Va, 1970. 3. Martin, J. A., et.al., “Surface Mining Equipment”, Martin Consultant Inc., Golden, Colo, 1982. 4. Suseno Kramadibrata, “Pemindahan Tanah Mekanis”, Jurusan Teknik Pertambangan, FTM-ITB, 1997.


Modul Kriteria Analisis Penggalian

Recommend Documents