TA3231__Karakteristik Teknik Batuan - Bagian 1(2).pdf

Pendahuluan n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

Karakteristik Teknik Teknik Batuan Batuan Untuk Penentuan Untuk Penentuan Penentuan Metode Penentuan Metode Metode Pengeboran d dan Penggalian dan an Penggalian Bagian 11 Bagian 1 Ridho K. Wattimena Wattimena Laboratorium Geomekanika Laboratorium Geomekanika Departemen Teknik Departemen Teknik Pertambangan Teknik Pertambangan Pertambangan ITB Teknik Pertambangan -- ITB

• Metod etode e pe peng ngeb ebora oran n da dan n pe peng ngga galian lian diten ditentuka tukan n oleh oleh::

n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

– Kara rak kte teris ristikm tikma assaba sabatu tua an

• Sifa Sifatt ya yang ng berp berpen enga garu ruh: h:

Kek ekua uatan tan ba batua tuan n utu utuh h da dan n mas assa sa ba batua tuan n n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

– Kara rak kte teris ristikba tikbatu tua an utu tuh h

– Sif ifa at fi fisi sik k – Sifat meka kan nik st sta atik – Sifat meka kan nik din ina amik – Str tru ukt ktu ur

Pendahuluan • Beberap Beberapa a contoh hubung hubungan an antara kemam ampub puboran orandan dan kemam kem ampugalian pugalian dengan karakteristik karakteri stik batuan:


– Batu tua an ku kua at membutu tuh hkan energ rgii pe pembora ran n dan penggalia lian n lebih besar daripada batuan lemah – Ketid tida akh kha adir ira an bid ida ang le lem mah akan membutu tuh hkan energ rgii penggalian lebih besar untuk mendapatkan fragmentasi yang diinginkan, sedangkan adanya bidang lemah bisa mengakibatkan masalah pada kegiatan pemboran – Batu tua an lu lun nak ata tau u pla last stik ik ce cen nderu run ng untu tuk k menye yera rap p energ rgii pemboran dan penggalian – Batu tua an berb rbo obot is isii tin ting ggi membutu tuh hkan energ rgii pembora ran n dan penggalian peng galian lebih l ebih besar.

1

Sifat Fisik BatuanUtuh • Yang sangat berpengaruh:


– Bobot isi – Porositas – Kandungan air

• Khususmaterial lunak – Indeksplastisitas – Slake durability

Sifat Fisik BatuanUtuh • Untuk BWE: bobot isi, kadar air, plastisitas


• Untuk rock cutting machine: bobot isi

Sifat Mekanik BatuanUtuhdari Uji Standard • Kuat tekan, statik& dinamik


• Kuat tarik, statik & dinamik • Modulus Young, statik & dinamik • NisbahPoisson, statik & dinamik • Kuat geser • Kecepatan rambat gelombangultrasonik

Kuat Tekan Uniaksial (UCS) n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

STRESS, MPa 120 σc

100

Axial Strain Lateral Strain Volumetric Strain

σE

80

60

σ1

40

20 ε A1

εL1

-0.15 Lateral

-0.05

0.05 STRAIN, %

0.15

0.25 Axial

2


Metode Pembongkaran Berdasarkan UCS Metode

UCS (MPa) Alat

Free digging

1 –10

Shovel, loader, BWE

Ripping

10 – 25

Ripper

Rock cutting

10 – 50

Rock cutter

Blasting

> 25

Pengeboran& Peledakan


Kuat Tarik (UTS) n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

• UTS << UCS • UCS/UTS =Toughness ratio = Brittleness Index • BI semakin besar, kinerja alat gali potong meningkat beberapa kali lipat • Brittleness “dapat” diubah dengan linear combination of load and displacement

Gigi Gali Berdasarkan UCS Gigi gali

Klasifikasi batuan utuh UCS (MPa)

Wedge tooth Drag/point pick

Sangat lunak

< 20

Sangat lunak– lunak

< 124

Lunak – keras

5 –130

Keras– sangat keras

> 240

Disc cutter Button cutter

Kuat Tarik (UTS) n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

Klasifikasi Brittleness Index Britt leness Index Keterangan

6–7

Sangat tough & plastik

7–8

Tough & plastik

8 – 12

Rata-rata jenis batuan

12 – 15

Sangat brittle tak plastik

15 – 20

Sangat brittle

3

Kec. Rambat Gel. Ultrasonik n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

Sifat Mekanik BatuanUtuhdari Uji Indeks • Point Load Index


• Breaking characteristic

• Kec. rambat gel. tekan • Kec. rambat gel. geser • Modulus Young dinamik • Modulus geser dinamik • NisbahPoisson dinamik

• Rock drillability • Cutting resistance wedge test – O&K • Voest Alpine Rock Cuttability Index (VA-RCI) • Core cuttability • Impact Strength Index

Point Load Index n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

Point Load Index n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

4

Breaking Characteristic • Reaksi apabila dipukul denganpalu yang berhubungan dengantekstur, komposisi mineral, dan struktur • Sering dinyatakandenganLos Angeles Coefficient


Jenis Batuan Nilai LA Jenis Batuan Nilai LA Amphibolite

19

Limestone

66

Diorite

24

Mica gneiss

45

Phylite

17

Mica schist

48

Gabbro

51

Quartzite

36

Granite gneiss

52

Pegmatite

71

Grey granite

53

Granite

56

Rock Drillability • Kecepatan penetrasi (penembusan) matabor kedalam batuan


• Fungsi dari: komposisi mineral, tekstur, ukuran butir, derajat pelapukan, dll. • Beberapa metodeempirik telahdikembangkan dan indeks untuk rock drillability antaralain:

Drilling Rate Index • Merupakanukuran relatif kecepatanpemboran


• Ditentukanberdasarkan: – Harga kerapuhan S20 – Harga saringan J (SJ)

• S20 diukur dari brittleness test: – Beban 14 kg dijatuhkan berulang-ulang (20 kali) dari ketinggian 25 cm terhadapcontoh seberat 0,5 kg. – S20 = Prosentase undersize saringan 11,2 mm

– Drilling Rate Index (DRI) – Klasifikasi berdasarkan drillability dari Barre granite

Drilling Rate Index • SJ diperolehdari miniature drill test:


– Mata bor (diameter sekitar 10 mm) diputar 200 kali – SJ = rata-rata kedalaman dari 4-8 kali pengeboran dan dinyatakandalam0.1 mm

• Dengan menggunakanS20 danSJ, DRI dapat ditentukan

5

PenentuanDrilling Rate Index

PenentuanS20 dan SJ n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D


Drilling Rate Index n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

Laju pemboran DRI Laju pemboran DRI Sangat rendah

21 Tinggi

65

Rendah sekali

28 Tinggi sekali

85

Rendah

37 Sangat tinggi

114

Medium

49


6

Klasifikasi Menurut Drillability Barre Granite

Drillability Factor Jenis batuan Asal batu an

• Kecepatanpengeboran relatif pada Barre granite = 1,00


• Kecepatanpengeboranpadabatuan lain = Drillability Factor (DF) x kecepatan pengeboranrelatif pada bare granite


Drillability Factor (Lanjutan) n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

Andesite

DF

Messy Rock, Washington, USA 1,27

Banded gneiss Soina, Sweden

0,89

Barre granite Barre, Vermont, USA

1,00

Basalt

New York, USA

0,56

Calcite

Hanover, Pa. USA

0,89

Chalcopyrite

New Guinea

0,78

Diorite

Oregon, USA

0,34

Dolomite

Hanover, Pa. USA

1,70

Felsite

Denver, Colorado, USA

0,75

Granite

Westchester, NJ. USA

0,67

Granite

SnettleshamDam, Alaska, USA 0,78

Granite

Newark, NJ. USA

1,05

Drillability Factor (Lanjutan)

Jenis batuan Asal batu an

DF

Jenis batuan Asal batu an

DF

Granite

1,10

Magnesite

Vienna, Austria

0,94

Magnesite

Kiruna, Sweden

0,67

Magnesite

Canada

0,55

Magnesite

Kiruna, Sweden

0,56

Magnesite

Kirkland Lake, Ontario, Canada 0,59

Pegmatite

Vancouver, B.C. Canada

0,67

Porphyry

Denver, Colorado, USA

0,82

Porphyry

Murdockville, Quebec, Canada 0,89

Quartzite

Canada

0,33

Quartzite

Minessota, USA

0,56

Quartzite

Canada

0,72

Quartzite

New Zealand

0,78

California, USA

Granite gneiss Lamburg, NJ. USA

0,67

Granite gneiss Vancouver, B.C. Canada

0,89

Hermanitered Sarajevo, Yugoslavia

1,50

Limestone

Washington, USA

0,78

Limestone

Millerville, Va. USA

0,89

Limestone

Buffalo, N.Y. USA

0,89

Limestone

Bellefonte, Pa. USA

0,94

Limestone

Tulsa, Ok. USA

1,19

Limestone

Saratoga, N.Y. USA

1,22

Limestone

Portsmouth, N.H. USA

1,77

Limestone

Davenport, Iowa, USA

1,79


7

O&K Wedge Test

Drillability Factor (Lanjutan) n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

Jenis batuan

Asal batu an

DF

Rhyolite


Sandstone

Michel, B.C. Canada

0,75

Sandy dolomite Hanover, Pa. USA

0,60

Shale

Michel, B.C., Canada

0,75

Shale

Scranton, Pa. USA

2,00

Siderite

Sufferen, N.Y. USA

0,89

Siderite

Sarajevo, Yugoslavia

0,90

Siderite

Sarajevo, Yugoslavia

1,00

Taconite


• DikembangkanolehOrenstein & Koppel dari Jermanuntuk menentukan tahanangali batuan kerasdan kompak


• Dipakai untukmenganalisis kemampuangali BWE bergigi jenis pahat • UntukBWE bergigi jenispoint pick  PLI • Contoh batuansebaiknya berukuran 15 cm x 15 cm x 15 cmdan ditekandenganbaji higga pecah. • Diperoleh FL dan F A

O&K Wedge Test n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

VA-RCI • DikembangkanolehVoest Alpine dan padaawalnya digunakan untukmenganalisis kinerja peralatan potong seperti road header dan TBM.


• Contoh berdiameter minimum 7 cm, dicetakdalammould 10 cm x 10 cm x 10 cm dengancampuran semen. • Contoh dibagi dua denganukuran 10 cmx 10 cm x 5 cm • Pinbesi baja bulat yangpadaujungnya dipasang tungsten carbide dan dihubungkankemesingurdi ditempelkandi permukaancontoh

8

VA-RCI

VA-RCI • Mesin gurdi dijalankan pada764 rpmselama 5 detik denganbebanstatik 200 N, sehinggaterbentuk paritan melingkar (radius 25 mm) pada contoh.


• Kedalamanparit diukur padaempat sisi bersudut masingmasing90 derajat, dengan ketelitian 0,1 mm. • Nilai VA-RCI = Rata-rata dari empat pengukuran


VA-RCI n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

VA-RCI (mm) Cuttability dengan TBM < 0.5

dengan roadheader Cuttability

Kinerja lumayan

Tidak tersedia

0.5 – 0.8

Kinerja sedang –bagus

Bisa bila batuannya merupakan lapisan tipis tunggal

0.8 – 1.5

Kinerja sangat baik

Cuttable dengan mesin besar dilengkapi denganpick konus

1.5 – 2.5

Hanya TBM dengan piring potong tunggal

Mesin besar dan berat dilengkapi dengan pick konus

2.5 – 5

TBM dengan piring potong Mesin menengah dan ringan, pick konus untuk batuan abrasif konus, dan drag pick

5 –10

TBM dengan shield dan alat potong tipe dragpick

Mesin menengah dan ringan, konus tipis pick dan dragpick

Core Cuttability • DikembangkanolehRoxborough(1987)


• Padadasarnya mencari energi spesifik suatucontoh batuan • Menghitung gayapotong rata-rata (FC) dan gaya normal rata-rata (FN) yang diperlukansebuahpin ataupick untuk memotongatau membuat parit sepanjangtertentupada percontoh batu berbentuksilinder

9

Core Cuttability

Core Cuttability Batas maks. SE Lab

• FC  tegangantransient pick saat memotong


• FN  gaya yang harusdibangkitkan olehsebuah mesin saat mempertahankankedalaman pemotongannya • Lebar parit = 12,7 mm • Kedalaman parit = 5 mm • Panjangparit = 25 cm


Impact Strength Index (ISI)

Kinerja Umum Penggalian

Mesin Berat

Mesin Medium

32 MJ/m3

20 MJ/m3

Mesin hanya dapat memotong batuan ini secara ekonomis bila berbentuk perlapisan setebal kurang dari 0.3 m. Modifikasi mungkin diperlukan.

25 MJ/m3

15 MJ/m3

Kinerja penggalian buruk. Pergantianpick aus secara regular akan membantu kebutuhan energi gali & me-ngurangi bagian aus. Lebih baik pakai point attack pick dengan kecepatan rendah dan besi sangga samping akan memperbaiki stabilitas.

20 MJ/m3

12 MJ/m3

Kinerja penggalian sedang. Untuk batuan abrasive perlu sering periksa pick, karena pick tajam akan memperbaiki kinerja.

17 MJ/m3

8 MJ/m3

Kinerja sedang -baik dengan keausan rendah. Pick diganti regular untuk batuan abrasif.

8 MJ/m3

5 MJ/m3

Mesin sangat cocok dengan kondisi batuan ini. Kemajuan gali tinggi. Mudstones pada batas min. lebih baik digaru

Impact Strength Index (ISI) 3

• Uji ISI (Evans & Pomeroy, 1966) danUji Protodyakonov adalah sejenis


• Awalnya: kemampupotonganbatubara • Sekarang: kemampugalian BWE (Durst & Vogt, 1988) • Pelaksanaan: – Contoh berukuran – 0,95 cm+ 0,32 cmseberat 100 gram – Dipukul dengan piston sebanyak 20 kali – Sisa batuan beukuran semula  ISI


5

φ

= 2 cm

1

2

4

φ

= 4.3 cm

17.5 cm 1. Silinder besi, ID = 4.45 cm 2. Sekrup tutup bawah 3. Sekrup tutup atas 4. Plunjer besi, 1.8 kg 5. Sekrup pemegang Peralatan tambahan : Ayakan : 2.54 cm, 0.95 cm and 0.32 cm Timbangan : 1000 gram

10

Impact Strength Index (ISI) n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

Kelas Kekuatan material Tipe tanah / batuan

Impact Strength Index (ISI)

ISI UCS MPa MPa

I

Batu paling keras

Solid & tough quartz &basalt

20 200

II

Batu sangat keras

Porphyritic, quartz, granite

15 150

III

Batu keras

Granite, hard sandstone, iron ore

10 100

IV

Baturelatif keras

V

Normal sandstone, iron ore

6

60

Batu keras medium Hard clay slate, soft-sand stone & limestone

4

40

VI

Batu relatif lunak

Soft clay, v. soft sand-stone, chalk, fine sand, anthracite, cemented pebble sandstones

2

20

VIa

Baturelatif lunak

Gravel soil, broken salte, hard fossil coal, hardened clay

1,5 15


Abrasivitas • Cerchar Abrasivity Index (CAI)


• Schimazek Factor (F) • Tingkat Keausan Alat Gali

Kelas Kekuatan material Tipe tanah / batuan

ISI UCS MPa MPa

VII

Batu lunak

Hard clay, soft fossil coal, clayey soil, hard brown coal

1

VIIa

Batu lunak

Gritty clay, coarse clay, loess

0,8 -

VIII

Tanah

Top soil, peat loam, sand

0,6 -

IX

Tanah lepas

Sand, dumped soils, soft brown coal

0.5 -

X

Tanah lumpur

Mud, muddy loess

-

10

-

CAI • Pin besi baja(σt 200 kg/mm2, Rockwell Hardness 54-56) dibentuk konus tajamdengansudut 900


• Diberi beban statik 7 kg, digoreskanpadapermukaan batuan segarsepanjang1 cm • Diameter pin yang rusakdiukur di bawah mikroskop dengansatuan 0,1 mm  Nilai CAI

11

CAI n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

Schimazek Abrasivity Factor (F) • F = σt d V / 100

1 cm

W


Bergelombang

Lengkung

Schimazek Abrasivity Factor (F) n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

Mineral

%

Quartz

65 75 60 60 70 60 75 65 75 55

Feldspar

%

%

%

%

%

%

%

%

%

5 10 5 15 5 10 5

5

Hard silica

5

5

Lempung

10 10 20 10 15 10 5 10 -

Karbonat

10 -

-

5

-

5

5

-

5

Mat. Organik

5

-

5

5

-

5

-

5

5 10

Mat. Volkanik

-

5

-

5

5

-

5 10 5

-

10 -

5 10 5

Rata rata 66

10 15 8.5 -

Skala

%

Rosival Volume 1.0 0.3

66 2.7

-

4

0.3

1.2

11

0.04

0.44

-

3

0.03

0.09

4

0

0

3

– d = Ukuran butir kuarsa/ mineral keras pada sayatan tipis(mm) – V = Kandungan volume mineral keras relatifterhadap kuarsa

Abrasivitas menurut CAI dan Schimazek F

20

-

– σt = Kuat tarik taklangsung (MPa)

• 10 spot pengamatan padasatu sayatantipis

Miring

Rata

– F = Schimazek factor (N/mm)

0.5

1.5

Total

71.9


CAI

Deskripsi

Schimazek F

Deskripsi

0.3 - 0.5 Sedikit abrasif

< 0.01

Tidak abrasif

0.5 - 1.0 Agak abrasif

0.01 - 0.05

Sedikit abrasif

1.0 - 2.0 Medium abrasif-abrasif

0.05 - 0.1

Abrasif sedang

2.0 - 4.0 Sangat abrasif

0.1 - 0.5

Cukup abrasif

0.5 - 1.0

Abrasif

> 4.0

Paling abrasif

1.0 - 2.5

Sangat abrasif

2.5 - 4.0

Abrasif sekali

> 4.0

Paling abrasif

12

Laju KeausanAlat Gali/Potong

Skala Mohs, Vicker, danRosival n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

Mineral

Mohs

Vicker Rosival (kgf/mm2)

Mineral

Mohs

Vicker (kgf/mm2)

Rosival

Talc

1

10

0.000

Ortoklas

-

-

0.190

Gipsum

2

36 – 80

0.002

Silika keras

-

-

0.300

Kalsite

3

80 – 140 0.018

Ortoklas/

6

600 – 750

0.308

Kaolin

-

-

0.042

Feldspar

Karbonat

-

-

0.030

Mat. Volkanik

-

-

0.500

Lempung

-

-

0.038

Hematit

-

-

0.800

Fluorit

4

190

0.042

Kuarsa

7

810 –1090

1.000

Topaz

8

1450

1.458

Korundum

9

1800

8.333

Intan

10

-

11.666

Apatit Limonit

5

210 – 540 0.054

-

-

0.190

• Merupakan kehilanganberat dari alat potong atau pick dan akan naik sesuai denganpangkat dua kandungankuarsa dalambatuan


• Batu pasir berbutir kasar menyebabkanlajukeausan alat potong 50 kali lebihbesardari batu pasir berbutir halus • Kuarsa berukuran butir < 0.025 mm tidak berpengaruh terhadapabrasivitas (Gehring, 1992) • Kandungan kuarsa60%sangat berpengaruh terhadap keausan(Roxborough& Phillips, 1981)



6 n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

Picks type U47 & U47L; dia. = 17.5 mm of tungsten carbide (Voest Alpine Bergt

Pick tungsten carbide (batuan sedimen)

5


4

3

2

1

0 0

20 40 60 80 Kandungan Kuarsa - Vol. %

100

160 140 120 100 80

Fsch = 0.01 Fsch = 0.1 Fsch = 0.5 Fsch = 1 Fsch = 5

60 40 20 0 .001

.01

.1 Picks/bcm

1

10

PICKCONS-U47GPH

13

Laju KeausanAlat Gali/Potong WEDGE TOOTH n a g n a b m a t r e P k i n k e T n e m e t r a p e D

Panjang semula 252 mm

POINT PICK / TOOTH

185 mm Panjang setelah pemakaian

14

TA3231__Karakteristik Teknik Batuan - Bagian 1(2).pdf

Recommend Documents