Mekanika Batuan PDF

Preview

Summary

Mekanika Batuan BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kegiatan pengeboran adalah salah satu kegiatan penting dalam sebuahindustri pertambangan. Kegiatan pengeboran ini mempunyai tujuan yang bermacam-macam dan tidak hanya dilakukan dalam industri pertambangan sajanamun juga untuk bidang-bidang yang la...

Description

Mekanika Batuan BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kegiatan pengeboran adalah salah satu kegiatan penting dalam sebuahindustri pertambangan. Kegiatan pengeboran ini mempunyai tujuan yang bermacam-macam dan tidak hanya dilakukan dalam industri pertambangan sajanamun juga untuk bidang-bidang yang lain. Pengeboran sebagai salah satukegiatan dalam industri telah ada semenjak Cina mempergunakan bor tumbuk(cable tool) sekitar 4.000 tahun yang lalu. Dengan adanya berbagai pengembangan hingga saat ini baik dari segi teknis maupun aplikasi, pengeboran telah berkembang ke dalam delapan sektor industri berikut ini: a) Geoteknik Pengeboran geoteknik bertujuan untuk menentukan karakteristik tanahdan batuan, dalam beberapa hal digunakan untuk memperoleh informasitentang kondisi alami dan posisi muka air tanah. b) Konstruksi Pengeboran konstruksi secara umum bertujuan untuk menentukan batas antara batuan dasar (basement) dan batuan di atasnya yang umumnya sudah mengalami deformasi pelapukan. c) Eksplorasi mineral Eksplorasi adalah proses pencarian terhadap suatu cebakan mineral untuk menentukan kuantitas mineral secara ekonomis. Pengeboran eksplorasi bertujuan untuk: 

Eksplorasi tubuh bijih



Informasi stratigrafi



Survei seismic



Verifikasi interpretasi geofisika dan geokimia



Kontrol kadar bijih



Perhitungan cadangan bijih



Deskripsi tubuh bijih (penyebaran, bentuk, butir penyusun, dll.)

d) Dll.

1|Yuli Yulia Citra-1203221 (Teknik Sipil S1)

Mekanika Batuan 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan Latar Belakang masalah diatas, maka rumusan masalah yang diangkat dalam makalah ini adalah : 1) Apa Yang Di Maksud Pemboran? 2) Apa Saja Faktor Yang Mempengaruhi Kinerja Pemboran? 3) Bagaimana Pemilihan Alat Bor? 4) Bagaimana Penjelasan Tentang Geometri Pemboran? 5) Apa Yang Di Maksud Sistem Pemboran Secara Mekanik (Mechanical Drilling)? 6) Apa Saja Perlengkapan Metode Pemboran Rotary-Percussive? 7) Apa Saja Kegiatan Dasar Pada Pemboran Rotary-Percussive? 8) Bagaimana Estimasi Produksi Mesin Bor?

1.3 Tujuan Adapun tujuan dari makalah ini adalah : 1) Mampu Mengetahui Yang Di Maksud Pemboran? 2) Mampu Mengetahui Faktor Yang Mempengaruhi Kinerja Pemboran? 3) Mampu Mengetahui Pemilihan Alat Bor? 4) Mampu Mengetahui Penjelasan Tentang Geometri Pemboran? 5) Mampu Mengetahui Sistem Pemboran Secara Mekanik (Mechanical Drilling)? 6) Mampu Mengetahui Perlengkapan Metode Pemboran Rotary-Percussive? 7) Mampu Mengetahui Kegiatan Dasar Pada Pemboran Rotary-Percussive? 8) Mampu Mengetahui Estimasi Produksi Mesin Bor?

2|Yuli Yulia Citra-1203221 (Teknik Sipil S1)

Mekanika Batuan BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengenalan Pemboran Pemboran Geotek adalah untuk menentukan karakteristik tanah dan batuan, dalam beberapa hal digunakan untuk memperoleh informasi tentang kondisi alami dan posisi mauka air tanah.Pemboran Kontruksi adalah untuk menetukan batas antara batuan dasar (base meaf) dan batuan diatas yang umumnya sudah mengalami deformasi pelapukan. Sebelum dipaparkan lebih jauh tentang metode dan peralatan

pengeboran, akan

diperkenalkan beberapa istilah yang dijumpai dalam operasi pengeboran: 1. Tipe pengeboran, adalah jenis-jenis proses pengeboran dimana masing-masing tipe pengeboran bisa menerapkan berbagai macam metode pembuatan lubang dan pembersihan lubang. 2. Teknik pengeboran, adalah segala sesuatu yang berhubungan pada sebuah tipe pengeboran sehingga proses pengeboran menjadi lebih efektif dan efisien. Sebagai contoh seorang ahli bor jika menggunakan metode pengeboran putar dengan fluida lumpur, maka harus selalu mengatur berat jenis lumpur untuk mengontrol keseimbangan terhadap tekanan formasi. 3. Metode pembuatan lubang, adalah prosedur untuk memberaikan material terkonsolidasi maupun tak terkonsolidasi dalam proses pengeboran. 4. Metode pembersihan lubang, adalah prosedur untuk membersihkan cutting dari lubang bor. 5. Metode penyetabilan lubang, adalah prosedur untuk menjaga lubang bor tetap terbuka, mencegah terjadinya gua-gua, atau terjadinya runtuhan dinding lubang bor.

2.2 Faktor Yang Mempengaruhi Kinerja Pemboran Kinerja suatu mesin bor dipengaruhi oleh faktor-faktor sifat batuan yang dibor, rock drillability, geometri pemboran, umur dan kondisi mesin bor, dan ketrampilan operator.

2.2.1 Sifat Batuan Sifat batuan yang berpengaruh pada penetrasi dan sebagai konsekuensi pada pemilihan metode pemboran yaitu : kekerasan, kekuatan, elastisitas, plastisitas, abrasivitas, tekstur, struktur, dan karakteristik pembongkaran. 3|Yuli Yulia Citra-1203221 (Teknik Sipil S1)

Mekanika Batuan 1) Kekerasan Kekerasan adalah daya tahan permukaan batuan terhadap goresan. Batuan yang keras akan memerlukan energy yang besar untuk menghancurkanya. Pada umumnya batuan yang keras mempunyai kekuatan yang besar pula Kekerasan batuan diklasifikasikan dengan skala Fredrich Van Mohs (1882). Table 2.1 Kekerasan Dan Kekuatan

2) Kekuatan (strength) Kekuatan mekanik suatu batuan merupakan daya tahan batuan terhadap gaya dari luar, baik bersifat static maupun dinamik. Kekuatan batuan dipengaruhi oleh komposisi mineralnya, terutama kandungan kuarsa. Batuan yang kuat memerlukan energi yang besar untuk menghancurkanya. 3) Bobot isi / Berat jenis Bobot isi (density) batuan merupakan berat batuan per satuan volume. Batuan dengan bobot isi yang besar untuk membongkarnya memerlukan energy yang besar pula. 4) Kecepatan Rambat Gelombang Seismik Batuan yang masif mempunyai kecepatan rambat gelombang yang besar. Pada umumnya batuan yang mempunyai kecepatan rambat gelombang yang besar akan mempunyai bobotisi dan kekuatan yang besar pula sehingga sangat mempengaruhi pemboran. 5) Abrasivitas Abrasivitas adalah sifat batuan yang dapat digores oleh batuan lain yang lebih keras. Sifat ini dipengaruhi oleh kekerasan butiran batuan, bentuk butir, ukuran butir, porositas batuan, dan sifat heterogenitas batuan. 6) Tekstur Tekstur batuan dipengaruhi oleh struktur butiran mineral yang menyusun batuan tersebut. Ukuran butir mempunyai pengaruh yang sama dengan bentuk batuan, porositas 4|Yuli Yulia Citra-1203221 (Teknik Sipil S1)

Mekanika Batuan batuan, dan sifat-sifat batuan lainya. Semua aspek ini berpengaruh dalam keberhasilan operasi pemboran. 7) Elastisitas Sifat elastisitas batuan dinyatakan dengan modulus elastisitas atau modulus Young (E). Modulus elastisitas batuan bergantung pada komposisi mineral dan porositasnya. Umumnya batuan dengan elastisitas yang tinggi memerlukan energi yang besar untuk menghancurkanya. 8) Plastisitas Plastisitas batuan merupakan perilaku batuan yang menyebabkan deformasi permanen setelah tegangan dikembalikan ke kondisi awal, dimana batuan tersebut belum hancur. Sifat ini sangat dipengaruhi oleh komposisi mineral penyusunya, terutama kuarsa. Batuan

yang

plastisitasnya

tinggi

memerlukan

energi

yang

besar

untuk

menghancurkannya. 9) Struktur Geologi Struktur geologi seperti sesar, kekar, dan bidang perlapisan akan berpengaruh terhadap peledakan batuan. Adanya rekaha-rekahan dan rongga-rongga di dalam massa batuan akan menyebabkan terganggunya perambatan gelombang energy akibat peledakan. Namun adanya rekahan-rekahan tersebut juga sangat menguntungkan untuk mengetahui bidang lemahnya, sehingga pemboran akan dilakukan berlawanan arah dengan bidang lemahnya.

5|Yuli Yulia Citra-1203221 (Teknik Sipil S1)

Mekanika Batuan 2.2.2 Drilabilitas Batuan (Drillability of Rock) Drilabilitas batuan adalah kecepatan penetrasi rata-rata mata bor terhadap batuan. Nilai drilabilitas ini diperoleh dari hasil pengujian terhadap toughness berbagai tipe batuan oleh Sievers dan Furby. Hasil pengujian mereka memperlihatkan kesamaan nilai penetration speed dan net penetration rate untuk tipe batuan yang sejenis. Table 2.2 Nilai Faktor Drilabilitas dan Abrasivitas berbagai batuan

2.2.3 Umur dan Kondisi Mesin Bor Alat yang sudah lama digunakan biasanya dalam kegiatan pemboran, kemampuan mesin bor akan menurun sehingga sangat berpengaruh pada kecepatan pemboran. Umur mata bor dan batang bor ditentukan oleh meter kedalaman yang dicapai dalam melakukan pemboran. Untuk menilai kondisi suatu alat dapat dilakukan dengan mengetahui empat tingkat ketersediaan alat, yaitu: a. Ketersediaan Mekanik (Mechanical Availability, MA) Ketersediaan mekanik adalah suatu cara untuk mengetahui kondisi mekanik yang sesungguhnya dari alat yang digunakan. Kesediaan mekanik (MA) menunjukkan 6|Yuli Yulia Citra-1203221 (Teknik Sipil S1)

Mekanika Batuan ketersediaan alat secara nyata karena adanya waktu akibat masalah mekanik. Persamaan dari ketersediaan mekanik adalah : MA = x 100% Keterangan: W

= Jumlah jam kerja alat, yaitu waktu yang dipergunakan oleh operator untuk melakukan kegiatan pemboran.

R

= Jumlah jam perbaikan, yaitu waktu yang dipergunakan untuk perbaikan dan waktu yang hilang akibat menunggu saat perbaikan termasuk juga waktu penyediaan suku cadang serta waktu perawatan.

b. Ketersediaan Fisik (Physical Availability, PA) Ketersediaan fisik menunjukkan kesiapan alat untuk beroperasi didalam seluruh waktu kerja yang tersedia. Persamaan dari ketersediaan fisik adalah : PA = x 100% Keterangan: S

= Jumlah jam siap yaitu jumlah jam alat yang tidak dipergunakan padahal alat tersebut siap beroperasi

(W+R+S)

= jumlah jam tersedia, yaitu jumlah seluruh jam jalanmatau jumlah jam

kerja yang tersedia dimana alat dijadwalkan untuk beroperasi. c. Penggunaan Efektif Penggunaan efektif menunjukkan berapa persen waktu yang dipergunakan oleh alat untuk beroperasi pada saat alat tersebut dapat digunakan. Penggunaan efektif sebenarnya sama dengan pengertian efisiensi kerja. Persamaan dari kesediaan penggunaan efektif adalah: EU = x 100% d. Pemakaian Ketersediaan (Use of Availability, UA) Ketersediaan Penggunaan menunjukkan berapa persen waktu yang dipergunakan oleh alat untuk beroperasi pada saat alat tersebut dapat digunakan. Penggunaan efektif EUsebenarnya sama dengan pengertian efisiensi kerja. Persamaan dari ketersediaan penggunaan adalah: UA = x 100% Penilaian Ketersediaan alat bor dilakukan untuk mengetahui kondisi dan kemampuan alat bor untuk menyediakan lubang ledak. Kesediaan alat dikatakan sangat baik jika persen 7|Yuli Yulia Citra-1203221 (Teknik Sipil S1)

Mekanika Batuan ≥90%, dikatakan sedang jika berkisar antara 70%80%, dikatakan buruk (kecil) jika persen kesediaan alat ≤70%.

2.2.4 Geometri Pemboran 1. Diameter Lubang ledak Faktor-faktor yang mempengaruhi penentuan diameter lubang ledak adalah : a. Volume batuan yang dibongkar b. Tinggi jenjang dan konfigurasi isian c. Tingkat Fragmentasi yang diinginkan d. Mesin bor yang tersedia e. Kapasitas alat muat yang akan menangani material hasil peledakan. 2. Arah Lubang Ledak Pada kegiatan pemboran ada dua macam arah lubang ledak yaitu arah tegak dan arah miring. Pada tinggi jenjang yang sama, kedalaman lubang ledak miring > dari pemboran tegak selain itu pemboran miring penempatan posisi awal lebihsulit karena harus menyesuaikan dengan kemiringan lubang ledak yang direncanakan. 3. Kedalaman Lubang ledak Penentuan kedalaman lubang ledak disesuaikan dengan tinggi jenjang, dimana kedalaman lubang ledak>tinggi jenjang. Kelebihan kedalaman lubang bor (subdrilling) dimaksudkan untuk memperoleh jenjang yang rata.

2.3 Pemilihan Alat Bor Adapun kondisi batuan yang akan digali atau dimanfaatkan bermaca-macam karakteristik, tekstur, struktur dan kekerasannya, maka dalam usahausaha tersebut perlu diterapkan suatu metode yang tepat. Misalnya terhadap batuan yang keras (andesit), maka proses pemanfaatannya dapat dilakukan dengan metode peledakan. Tetapi sebelum pelaksanaan keputusan pekerjaan peledakan, perlu dipertimbangkan terlebih dahulu adanya fakto-faktor pemilihan bahan peledak dan factorfaktor teknis yang mempengaruhi hasil dari suatu proses tersebut, sehingga ketetapan pekerjaan dapat tercapai. Metode pemboran yang utama dipergunakan dalam tambang terbuka atau quarry adalah pemboran pertikal atau miring. Dalam pekerjaan tambang, pemboran ini dilakukan untuk media 8|Yuli Yulia Citra-1203221 (Teknik Sipil S1)

Mekanika Batuan bahan peledak. Sehingga dapat difungsikan sebagaimana mestinya dan juga pemboran ini sangat berpengaruh terhadap bentuk permukaan tambang khususnya bentuk bench yang diledakkan. Oleh karena itu, agar hasil dari suatu proses peledakan baik itu dilihat dari fragmentasi batuan dan kondisi dari tambang yang terbentuk terkoordinasi dengan baik, maka pola pemboran yang baik, aman dan efisien adalah “Staggered Dill Pattern” dan pola peledakan yang digunakan adalah “Staggered ‘V’ Cut”. Sedangkan dalam pemilihan alat bor untuk tambang terbuka dan quarry yang memakai metoda peledakan jenjang, ada beberapa factor yang harus diperhatikan, antara lain : ukuran dan kedalaman lubang ledak, jenis batuan, kondisi lapangan dan lain sebagainya, a) Jenis Batuan, dimana menentukan pemilihan alat bor, percussive atau rotaryrushing, dipakai untuk batuan yang keras, rotarycuttingdipakai untuk batuan sedimen. b) Tinggi Jenjang, parameter yang dihubungkan dengan ukuran lainnya. Tinggi jenjang ditentukan terlebih dahulu dan parameter lainnya disesuaikan atau ditentukan setelah mempertimbangkan aspek lainnya. Dalam tambang terbuka dan quarry diusahakan tinggi jenjang ditentukan terlebih dahulu, dengan beracuan pada peralatan bor yang tersedia. Tinggi jenjang jarang melebihi 15 meter, kecuali ada pertimbangan lain. c) Diameter Lubang Ledak, faktor penting dalam menentukan ukuran diameter lubang ledak adalah besarnya target produksi. Diameter yang lebih besar akan memberikan laju produksi yang tinggi. Faktor lain yang mempengaruhi pemilihan ukuran diameter lubang ledak adalah fragmentasi batuan yang dikehendaki dan batasan getaran yang diijinkan. d) Kondisi Lapangan, kondisi lapangan sangat mempengaruhi pemilihan peralatan. e) Fragmentasi, adalah istilah yang menggambarkan ukuran dari pecahan batuan setelah peledakan dan pada umumnya fagmentasi dipengaruhi oleh proses selanjutnya.

9|Yuli Yulia Citra-1203221 (Teknik Sipil S1)

Mekanika Batuan 2.4 Geometri Pemboran Geometri Pemboran meliputi diameter lubang bor, kedalaman lubang tembak, kemiringan lubang tembak, tinggi jenjang dan juga pola pemboran.

2.4.1 Diameter lubang tembak Diameter lubang tembak yang terlalu kecil menyebabkan faktor energy yang dihasilkan akan berkurang sehingga tidak cukup besar untuk membongkar batuan yang akan diledakkan, sedang jika diameter lubang tembak terlalu besar maka lubang tembak tidak cukup untuk menghasilak fragmentasi yang baik, terutama pada batuan yang banyak terdapat kekar dengan jarak kerapatan yang tinggi. diameter lubang tembak yang kecil juga memberikan patahan atau hancuran yang lebih baik pada bagian atap jenjang. hal ini berhubungan dengan stemming, dimana lubang tembak yang besar maka panjang stemming juga aka semakin besar dikarenakan untuk menghindari getaran dan batuan terbang, sedangkan jika menggunakan lubang tembak yang kecil maka panjang stemming dapat dikurangi. Ukuran diameter lubang ledak yang akan dipilih akan tergantung pada : 1. volume massa batuan yang akan dibongkar (vulome produksi) 2. tinggi jenjang dan konfigurasi isian 3. tinggi fragmentasi yang diinginkan 4. alat muat yang digunakan

2.4.2 Kedalaman lubang tembak Kedalaman lubang tembak biasanya disesuaikan dengan tinggi jenjang yang diterapkan. dan untuk mendapatkan lantai jenjang yang rata maka hendaknya kedalaman lubang tembak harus lebih besar dari tinggi jenjang, yang mana kelebihan daripada kedalaman ini disebut dengan sub drilling.

2.4.3 Kemiringan lubang tembak (arah pemboran) Arah pemboran yang kita ketahui ada dua, yaitu arah pemboran tegak dan arah pemboran miring. arah penjajaran lubang bor pada jenjang harus sejjajar untuk mrnjamin keseragaman burden yang ingin didapatkan dan spasi dalam geometri peledakan. lubang tembak yang dibuat tegak, maka pada bagian lantai jenjangaan menerima gelombang tekan yang besar, sehingga 10 | Y u l i Y u l i a C i t r a - 1 2 0 3 2 2 1 ( T e k n i k S i p i l S 1 )

Mekanika Batuan menimbulkan tonjlan pada lantai jenjang, hal ini dikarenakan gelombang tekan seagian akan dipantulkan pada bidang bebas dan sebagian lagi akan diteruskan pada abgian bawah lantai jenjang. sedangkan dalam pemakaian lubang tembak miring akan membentuk bidang bebas yang lebih luas, sehingga akan mempermudah proses pecahnya batuan karena gelombang tekan yang dipantulkan lebih besar dan gelombang tekan yang diteruskan pada lantai jenjang yang lebih kecil.

2.4.4 Pola pemboran Pola pemboran yang biasa diterapkan pada tambang terbuka biasanya menggunakan dua macam pola pemboran yaitu : 1. pola pemboran segi empat (square pattern) 2. pola pemboran selangseling (staggered) Pola pemboran segi empat adalah pola pemboran dengan penempatan lubang-lubang tembak antara baris satu dengan baris berikutnya sejajar dan membentuk segi empat. Pola pemboran segi empat yang mana panjang burden dengan panjang spasi tidak sama besar disebut square rectangular pattern. Sedangkan pola pemboran selangseling adalah pola pemboran yang penempatan lubang ledak pada baris yang berurutan tidak saling sejajar, dan untuk pola pemboran selangseling yang mana panjang burden tidak sama dengan panjang spasi disebut staggered rectangular pattern. Beberapa Keuntungan Pemboran Miring : -

Mengurangi biaya pemboran dan konsumsi handak, karena dengan burden yang besar

-

Akan diperoleh jenjang yang stabil

-

Mengurangi resiko timbulnya ´toe dan ´backbreak

Beberapa Kerugian Pemboran Miring : -

Sulit melakukan pemboran miring yang akurat

-

Diperlukan supervisi yang ketat

Beberapa Keuntungan Pemboran Vertikal : -

Pelaksanaan pengeboran lebih mudah, cepat, dan akurat

-

Untuk jenis batuan yang sama, asesoris bor berumur lebih panjang

-

Bahan peledak lebih sedikit

11 | Y u l i Y u l i a C i t r a - 1 2 0 3 2 2 1 ( T e k n i k S i p i l S 1 )

Mekanika Batuan -

Biaya pengeboran lebih kecil

Beberapa Kerugian Pemboran Vertikal : -

Lereng kurang stabil terhadap getaran, perlu analisis kestabilan lereng

-

Hanya baik untuk batuan yang kompeten (kuat)

-

Permukaan bidang bebas sering tidak rata

2.5 Sistem Pemboran Secara Mekanik (Mechanical Drilling) Mechanical Drilling merupakan operasi pemboran yang peralatan pemborannya digerakkan secara mekanis sehingga operator pemboran dapat mengendalikan semua parameter pemboran lebih mudah. Peralatan pemboran ini disangga diatas rigs dan menggunakan roda atau ban rantai. Komponen utama pada mechanical drilling adalah, a. Mesin (sumber energi mekanik) b. Batang Bor (mentransmisi energi mekanik) c. Mata Bor (menggunakan energi mekanik untuk menembus batuan) d. Flushing (membersihkan lubang bor dari cuttings)

Mechanical drilling terbagi menjadi tiga macam berdasarkan cara penetrasi terhadap batuan, yaitu: rotary drilling, percussive drilling, dan rotary-percussive drilling. 2.5.1 Metode Pemboran Rotary Drilling Rotary Drilling adalah metode pemboran yang menggunakan aksi putaran untuk melakukan enetrasi terhadap batuan. Pada metode ini ada dua jenis mata bor, yaitu tricone bit dengan hasil penetrasinya berupa gerusan dan drag bit dengan hasil penetrasinya berupa potongan (cutting).

2.5.2 Metode Pemboran Percussive Drilling Percussive Drill adalah metode pemboran yang menggunakan aksi tumbukan untuk melakukan penetrasi terhadap batuan. Komponen utama Percussive drilling adalah piston. Energi tumbukan piston diteruskan ke batang bor dan mata bor dalam bentuk gelombang kejut yang bergerak sepanjang batang bor untuk me...