Perencanaan Sistem Penyaliran Tambang PERENCANAAN SISTEM PENYALIRAN TAMBANG PDF

Preview

Summary

Perencanaan Sistem Penyaliran Tambang Awang Suwandhi, Ir., M.Sc PERENCANAAN SISTEM PENYALIRAN TAMBANG 1. PENDAHULUAN Berbicara mengenai penyaliran atau drainage akan identik dengan pengontrolan air tanah dan air permukaan bumi yang biasanya mengganggu aktifitas tambang, baik tambang terbuka, bawah t...

Description

Perencanaan Sistem Penyaliran Tambang

Awang Suwandhi, Ir., M.Sc

PERENCANAAN SISTEM PENYALIRAN TAMBANG 1. PENDAHULUAN Berbicara mengenai penyaliran atau drainage akan identik dengan pengontrolan air tanah dan air permukaan bumi yang biasanya mengganggu aktifitas tambang, baik tambang terbuka, bawah tanah maupun batubara. Ketika pengontrolan air tanah menjadi bagian yang tidak terpisahkan dengan aktifitas penggalian bijih atau batubara, maka faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan antara lain sistem pengontrolan (sump, sumur dalam atau sumur pompa), curah hujan rata-rata, debit air minimum-maksimum, kualitas air dan biaya. Sasaran penyaliran adalah membuat lokasi kerja di areal penambangan selalu kering karena bila tidak terkontrol akan menimbulkan masalah, antara lain : (1) lokasi kerja (2) jalan tambang becek dan licin, (3) stabilitas lereng tambang rawan longsor (4) peralatan tambang cepat rusak (5) kesulitan mengambil contoh (sampling) (6) efisiensi kerja menurun dan (7) mengancam keselamatan dan kesehatan kerja. Sistem penyaliran dapat berupa pencegahan air masuk ke lokasi tambang (inkonvensional). Kedua sistem ini dapat diterapkan secara simultan atau diambil salah satu sistem saja. Yang penting di dalam merancangnya harus dipertimbangkan faktor-faktor pengontrolan tersebut di atas. Namun air dalam jumlah tertentu diperlukan untuk aktifitas-aktifitas yang lain, diantaranya : mengurangi konsentrasi debu di jalan tambang atau crushing plant, sebagai media pemisahan dan pencucian dalam pengolahan bahan galian, keperluan sehari-hari diperkantoran, perumahan dan workshop, dan sebagainya. Melihat cakupan masalah dan manfaat air tanah cukup luas ditambah kemajuan teknologi investigasi air tanah saat ini cukup memadai, maka manajemen air harus diperhitungkan di dalam perencanaan penambangan.

2. KONSEP PEMBENTUKAN AIR TANAH Air merupakan hasil sirkulasi alamiah yanmg berlangsung terus menerus. Sirkulasi tersebut tidak sesederhana yang dibayangkan karena melibatkan intensitas sinar matahari yang menimbulkan adanya perbedaan tekanan dan suhu, kondisi fisik dan kimiawi permukaan bumi, tingkat permebilitas dan porositas lapisan batuan di dalam kulit bumi, tingkat permebilitas dan porositas lapisan di dalam kulit bumi, intensitas pepohonan lebat, dan sebagainya. Sumber air harus diketahui asalnya dan harus dimengerti pula proses keterjadiannya untuk membantu mempermudah evaluasi. Beberapa sumber air dapat berasal dari beberapa tempat seperti di bawah ini : ¾ Resapan dari laut, danau, sungai , rawa, cadangan lempung dan lapisan penutup yang lembab. ¾ Resapan dari goa-goa batu kapur yang mengandung unsur karbonat. ¾ Resapan dari kantong-kantong air yang terperangkap di dalam batuan ¾ Resapan dari celah-celah patahan. ¾ Aliran dari permeabilitas primer (inherent) ¾ Aliran dari permeabilitas sekunder (rekahan). ¾ Air magmatis (uap air yang keluar dari aktifitas magma) ¾ Akibat buatan manusia, misalnya ; (a) resapan tanggul penahan banjir (b) penyaliran yang tidak sempurna (c) rekahan-rekahan hasil batuan yang runtuh (d) lubang bor terbuka. ¾ Kombinasi sumber-sumber tersebut di atas, misalnya ; (1) permeabilitas primer dan goa-goa, (b) permeabilitas sekunder dan lapisan yang lemah, (c) runtuhan, patahan dan goa-goa dan (d) sumber alamiah dan sumber buatan manusia.

2.1 Lapisan air tanah terkekang Terjadi bila akuifernya terletak diantara dua lapisan batuan yang rendah permeabilitasnya. Lapisan batuan di atas akuifer akan menekan lapisan air, sehingga lapisan air tersebut menderita tekanan dan tidak seimbang. Permukaan lapisan batuan berpermeabilitas rendah disebut dengan permukaan piezometrs (piezometric surface) yang merupakan batas ketinggian naiknya air tanah apabila lubang bor menembus akuifer lapisan air tanah terkekang. Bahkan apabila permukaan lapisan batuan kedap air (permeabilitas rendah) adalah permukaan bumi, maka bila dibuat lubang bor pada akuifernya, air akan memencar sendiri yang dinamakan sebagai sumur artesis. Tekanan air yang masuk dengan sendirinya ke dalam lubang bor, tidak lain akibat air tanah tersebut mendapat tekanan oleh lapisan kedap air di atasnya. Ketika lubang bor dibuat, air tanah tersebut masuk ke dalam lubang bor untuk mencari keseimbangan (Gambar 2).

Diklat Perencanaan Tambang Terbuka Unisba, 12 – 22 Juli 2004

1

Perencanaan Sistem Penyaliran Tambang

Awang Suwandhi, Ir., M.Sc

Gambar 2. Aliran airtanah bebas dan terkekang Baik pada lapisan air tanah bebas maupun terkekang, permukaan di sekitar sumur (lubang bor) akan menurun apabila airnya dipompa keatas permukaan bumi. Akibat pemompaan ini air tanah di dalam akuifer akan mengalir menuju dasar sumur (lubang bor). Analisis terhadap aliran ini didasarkan pada kondisi akuifer yang ideal, homogen, isotropis ke segala arah dan ke dalaman sumur dianggap menembus total ketebalan lapisan akuifer, sehingga air mengalir secara horisontal dan radial. Pengisapan air tanah melalui sumur akan membentuk konis tersebut akan bertambah secara logaritmis ke arah jari-jari dimana pengaruh tekanan isap pompa nol atau tidak terjadi penurunan permukaan lapisan air tanah. Apabila permeabilitas tidak seragam, maka bentuk konis mengalami distorsi. Penurunan permukaan air tanah (drawdown) bertambah seiring dengan pemompaan yang berlangsung terus menerus sampai laju air yang keluar seimbang atau konstan. Keseimbangan ini terbentuk apabila air tanah yang masuk ke dalam pipa (in flow) sesuai dengan kapasitas pompa . Disamping pengaruh permeabilitas, bentuk konis di sekitar sumur atau shaft juga akan dipengaruhi oleh posisi batuan kedap air (barrie) yang menghalangi aliran air tanah atau dekat dengan sumber air yang cenderung terus mengisi sumur tersebut, misalnya danau, laut, dan sebagianya. Gambar 3a memperlihatkan efek barrier terhadap bnetuk konis air tanah. Pada tahap 1 dan 2 masih memungkinkan terbentuknya konis air tanah, namun semakin ke dalam kuantitas air tanah akan berkurang karena terhalang barrier dan bentuk konis air tanah akan berubah hingg relatif mendatar. Sementara itu pada Gambar 3b pembuatan sumur atau shaft dekat dengan danau, maka kontinuitas pengisian air ke dalam sumur pun berlangsung menerus. Akibatnya bentuk konis air tanah akan selalu terbentuk bertambah luas.

Gambar 3.a. Efek barrier dan sumber airtanah terhadap bentuk konis airtanah

2.2. Debit air tanah Disamping parameter-parameter lain, permeabilitas merupakan salah satu parameter yang perlu diperhitungkan. Secara umum permeabilitas dapat diartikan sebagai kemampuan suatu fluida bergerak melalui rongga pori massa batuan. Terdapat tiga definisi atau cara yang digunakan untuk mengukur permeabilitas, yaitu :

Darcy (Milidarcy) Dikatakan 1 darcy apabila suatu fluida dengan kekentalan (viscosity) 1 centipoise pada temperatur 68° F = 20 ° C bergerak dengan laju 1 cm perdetik di bawah gradient tekanan 1 atm percm (tepatnya adalah 1,034 cm air pada temperatur yang sama). Pengukuran cara ini biasanya di pakai oleh para ahli teknik perminyakan. 1 Darcy = 1000 milidarcy.

Diklat Perencanaan Tambang Terbuka Unisba, 12 – 22 Juli 2004

2

Perencanaan Sistem Penyaliran Tambang

Awang Suwandhi, Ir., M.Sc

Kecepatan aliran Dikatakan 1 unit permeabilitas bila air dengan kekentalan 1 centipose bergerak 1 cm perdetik dibawah tekanan gradient 1 atm (100%). Laju air ini sama dengan yang didefinisikan poleh Darcy, tetapi gradient tekanan yang dipakai 1 : 1 bukan 1,034 : 1 . Pengukuran ini umumnya dipakai para ahli bidang teknik sipil, teknik geologi dan mekanika tanah.

Unit Meinzer Disebut 1 unit permeabilitas apabila air bergerak 1 gallon perhari pada temperatur 60° F = 15,5°C mengaliri seluas 1 sqft pada tekanan 1 atm. Cara ini dipakai oleh para ahli hidrologi dan teknik sipil Amerika. Dari hasil percobaan para ahli diperoleh permeabilitas beberapa material seperti terlihat pada Tabel 1. Tabel 1. Perkiraan permeabilitas beberapa material No.

Description of ground

1. Clay shale or dense rock with tight fractures, considered impermeable in most excavations. 2. Dense rock, few tight fractures, approximate lower limit for oil production 3. Dense rock, 0.005 in fracture each sqft

Permeability Unit Darcy Meinzer cm/det 0,0001 0,0018 9.7 x 10-8 0,001

0,018

9.7 x 10-7

0,5

9

4.8 x 10-4

4. Silt or clay, silt, fine sand. Few water well in less permeable ground

1

18

9.7 x 10-4

5. Silt or clay, silt, fine sand. Few water well in less permeable ground

2

36

19.4 x 10-4

500

9.100

0,48

1.250

22.750

1,2

6. Clean sand, medium and coarse (0.25 and 1.0 mm) 7. Clean gravel (70% larger than 2.0 mm)

Perhitungan debit air tanah biasanya dilakukan pada kondisi pengontrolan air tanah yang sulit di atasi. Persamaan Thiem sering digunakan untuk menghitung debit air tanah yang dasar perhitungannya adalah pengurangan air dalam akuifer. Asumsi-asumsi yang terlibat dalam persamaan ini adalah bahwa aliran air bersifat steady, merata baik kearah horizontal maupun radial didalam akuifer, isotropis dan walaupun terjadi penyebaran air kearah horizontal, tetapi tidak mengurangi penetrasi terhadap sumur. Persamaan (1) adalah persamaan Thiem dan illustrasi pada Gambar 2 memperlihatkan sebagian parameter yang digunakan dalam persamaan tersebut.

Q=

K 2 π m (S1- S2 ) C µ log 10 (R/r)

……………. (1)

Dimana : Variable Keterangan MEINZER DARCY Q Laju aliran gallon/menit ml/det K Permeabilitas Meinzer Darcy M Ketebalan penjenuhan rata-rata dari feet cm akuifer yang diukur melalui 2 titik pengamatan Dapat diukur dengan satuan R Jari-jari titik pengamatan sejenis karena hasilnya hanya yang jauh dari sumur merupakan perbandingan R Jari-jari sumur atau titik pengamatan terdekat C Konstanta 528 2,3 Viskositas µ centipoise centipoise S1

Penurunan air tanah pada titik terdekat sumur pengamatan

feet

Atm

S2

Penurunan air tanah pada titik terjauh sumur pengamatan

feet

Atm

Diklat Perencanaan Tambang Terbuka Unisba, 12 – 22 Juli 2004

3

Perencanaan Sistem Penyaliran Tambang

Awang Suwandhi, Ir., M.Sc

3. PENYALIRAN Penyaliran yang diuraikan berikut ini dititikberatkan pada metoda atau teknik penanggulangan air pada tambang terbuka. Telah diuraikan sebelumnya bahwa teknik penyaliran bisa bersifat pencegahan atau pengendalian air masuk ke lokasi penambangan. Perusahaan cenderung menggunakan salah satu cara saja dengan pertimbangan biaya tanpa mengurangi keselamatan kerja Namun, hal penting yang perlu mendapat perhatian serius adalah memprediksi kapan cuaca ekstrim terjadi, yaitu di mana aliran air tanah dan air limpasan sangat membahayakan front penambangan. Ketika pengambilan keputusan untuk memilih salah satu cara penyaliran saja tanpa memperhitungan kondisi cuaca ekstrim, maka bila terjadi banjir di dalam front penambangan semuanya akan sia-sia dan biaya pun akan membengkak. Oleh sebab itu kondisi cuaca pada tambang terbuka sangat besar efeknya terhadap aktifitas penambangan dan apabila hal ini sudah diperhitungkan sebelumnya, maka front penambangan akan terhindar dari kondisi yang membahayakan karyawan maupun peralatan.

3.1 Efek air tambang Pengaruh atau efek tidak langsung dari air tambang (air tanah maupun limpasan) terhadap aktifitas penambangan sebenarnya dengan mudah dapat dilihat. Kebanyakan efeknya menyangkut biaya dan keselamatan kerja. Berikut ini diuraikan efek langsung maupun tidak langsung dari air terhadap aktifitas penambangan maupun di luar areal penambangan.

a. Efek langsung dari air terhadap penambangan

¾ Biaya penyaliran, mungkin menjadi biaya yang prinsip, misainya air digunakan untuk proses pengolahan bahan galian atau keperluan lainnya. ¾ Longsoran lereng akibat resapan air dapat menghentikan aktifitas produksi dan merusak front penambangan, perolehan bijih rendah, atau mungkin terjadi kecelakaan tambang.

b. Efek air tak langsung terhadap penambangan

¾ Mengurangi efisiensi kerja karyawan, peralatan dan menghambat penanganan material. ¾ Menambah waktu dan biaya perawatan (maintenance) alat, ban, atau kecelakaan akibat penggunaan listrik. ¾ Harus membesihkan material pengotoran akibat longsoran tanah di areal penambangan. ¾ Kemungkinan runtuhan membawa serta gas beracun. ¾ Membersihkan debu-debu halus dari alat angkut dan jalan masuk tambang, sehingga menambah jam kerja yang tidak produktif. ¾ Mengganggu aktifitas peledakan. ¾ Lumpur membuat produk menjadi tidak dapat diterima oleh proses berikutnya. ¾ Terjadi penyumbatan pada pipa-pipa akibat pompa senantiasa menghisap air lumpur. ¾ Kemungkinan perusahaan perlu membeli material yang tahan air (waterproof) untuk melindungi produk.

c. Efek air tak langsung ke sekitar aktifitas penambangan

¾ Kandungan air pada produk akhir bertambah, akibatnya akan menambah biaya transpor, pengolahan dan penanganan. ¾ Dapat terjadi polusi air di sekitar luar lokasi tambang. ¾ Lokasi penurunan air tanah mungkin akan naik lagi karena air hujan masuk kembali ke dalam akuifer. ¾ Lokasi penurunan air tanah jadi menyimpan dari sebelumnya atau bisa juga terjadi penurunan permukaan bumi.

3.2 Pengendalian air tambang Terdapat dua cara pengendalian air yang sudah terlanjur masuk ke dalam front penambangan, yaitu dengan sistem kolam terbuka (sump) atau membuat paritan dan membuat adit. Sistem penyaliran dengan membuat kolam terbuka dan paritan biasanya ideal diterapkan pada tambang open cast atau kuari, karena dapat memanfaatkan gravitasi untuk mengalirkan airnya dari bagian puncak atau lokasi yang lebih tinggi ke tempat yang rendah. Pompa yang digunakan pada posisi ini lebih efisien, efektif dan hemat energi. Pada tambang open pit penggunaan pompa menjadi sangat vital untuk menaikkan air dari dasar tambang ke permukaan dan kerja pompa pun cukup berat. Kadang-kadang tidak cukup digunakan hanya 1 unit pompa, tetapi harus beberapa pompa yang dihubungkan seri untuk membantu daya dorong dari dasar sampai permukaan. Artinya unsur biaya pemompaan harus mendapat perhatian.

Diklat Perencanaan Tambang Terbuka Unisba, 12 – 22 Juli 2004

4

Perencanaan Sistem Penyaliran Tambang

Awang Suwandhi, Ir., M.Sc

Sedangkan sistem adit lebih ideal diterapkan pada tambang terbuka open pit dengan syarat lokasi penambangan harus mempunyai lembah tempat membuat sumuran dan adit agar air dapat keluar.

3.2.1 Membuat sump di dalam front tambang (pit) Beberapa hal yang menguntungkan pada sistem ini dapat dijadikan pertimbangan, yaitu: ¾ Lebih fleksibel, hanya sedikit perencanaan, tidak memerlukan biaya tinggi dan waktu pengerjaan singkat. ¾ Efek terhadap penurunan permukaan air tanah regional dapat dikurangi, biasanya laju dan kapasitas air yang dipompakan ke atas dilakukan sesuai kebutuhan. ¾ Pompa ditempatkan dekat dengan sump, sehingga efisiensinya tinggi. ¾ Bila air di dalam tambang berkurang, maka biaya pemompaan menjadi kecil. ¾ Bila aliran air menuju tambang cukup deras diperlukan beberapa sump dan pompa. Dalam kondisi ini biaya pemompaan diperhitungkan hanya untuk masing-masing sump dan pompa saja. ¾ Cara ini paling mudah untuk menangani air limpasan.

3.2.2 Membuat sumur dalam (sumur bor) di dalam front t tambang Beberapa hal yang menguntungkan pada sistem ini dapat dijadikan pertimbangan, yaitu : ¾ Sumur tidak sedalam yang dibuat di luar areal tambang. ¾ Sumur dan pompa tidak menyebar, tetapi torkonsentrasi di dasar front tambang saja. ¾ Bila perbandingan tingkat kesulitan pembuatan sumur (pemboran) di dalam dan di luar front tambang sama, maka biaya pembuatan di dalam tambang lebih murah. ¾ Dapat mengambil keuntungan dari relief topografi pada saat penempatan sumur. ¾ Bila bentuk penurunan air tanah dindikasikan berbentuk konis curam, maka pembuatan sumur di dalam tambang lebih efektif dibandingkan pembuatan di luar tambang. 3.2.3 Membuat sumur dalam (sumur bor) di luar front tambang Beberapa hal yang menguntungkan pada sistem ini dapat dijadikan pertimbangan, yaitu: ¾ Pemompaan air dapat berlangsung terus tanpa terganggu oleh aktifitas peledakan dan pemuatan. ¾ Sumur dapat dibuat atau di bor tanpa terganggu oleh segala aktifitas di dasar fron tambang, termasuk peledakan. ¾ Sumur tidak terpengaruh oleh getaran peledakan dan aktifitas pengangkut bijih. ¾ Areal tambang terbebas dari konstruksi pompa, pipa-pipa dan genset. ¾ Walaupun sumur dan pompa tersebar di luar areal pit, tetapi akan memudahkan perawatannya. Beberapa kelebihan lain dari sistem sumur dalam (bor) baik yang ditempatkan di dalam maupun di luar front tambang, yaitu sebagai berikut : ¾ Dasar tambang bebas dari sump, sehingga areal kerja tidak terganggu oleh lumpur dan kantong-kantong sump. ¾ Permukaan air tanah dapat diturunkan segera setelah pompa dijalankan, sehingga lokasi tambang terhindar dari air atau banjir. ¾ Batuan dekat toe, kantong-kantong air di dasar tambang dan penggalian baru dapat langsung terbebas dari air. ¾ Dinding pit dijamin lebih stabil. ¾ Jalan tambang di dalam tambang febih terawat. ¾ Laju pemompaan lebih konstan dibanding sistem sump dan pompa (item a). ¾ Air hasil pemompaan lebih bersih, mungkin juga bersih dari komposisi larutan kimiawi dibanding sistem sump dan pompa (item a). 3.2.4 Membuat paritan Sistem ini cukup ideal diterapkan pada tambang terbuka open cast atau kuari. Parit dibuat berawal dari sumber mata air atau air limpasan menuju suatu kolam penampung atau langsung ke sungai alam yang sudah ada atau diarahkan ke selokan (riool) jalan tambang utama. Jumlah parit itu disesuaikan dengan kebutuhan, sehingga mungkin bisa lebih dah satu. Apabila parit terpaksa harus dibuat melatui lalulintas tambang, maka dapat dipasang goronggorong (culvert) yang terbuat dari beton atau galvanis. Dimensi parit diukur berdasarkan volume maksimum pada saat musim penghujan deras dengan memperhitungkan kemiringan lereng. Bentuk standar penampang melintang parit umumnya trapesium (lihat Gambar 4) dengan kemiringan dindingnya 1 : 1 atau 450.

Diklat Perencanaan Tambang Terbuka Unisba, 12 – 22 Juli 2004

5

Perencanaan Sistem Penyaliran Tambang

Awang Suwandhi, Ir., M.Sc

Gambar 4. Penampang melintang parit

Paritan kadang-kadang juga dapat diterapkan pada tambang terbuka open pit apabila situasinya memungkinkan. Sasaran akhir parit adalah kolam atau sump yang akan menampung air sementara sebelum dipompakan ke permukaan atau diaiirkan ke sistem adit. Pada dasamya pembuatan parit ini cukup mudah clan pula murah. Gambar 5 memperlihatkan ilustrasi sistern parit pada tambang terbuka open cast.

Gambar 5. Pola alir pada pembuatan paritan

Disamping cara paritan, ada pula suatu cara untuk menampung air tambang, yaitu dengan membuat sumur gali yang diperkuat oleh adukan semen. Sumur ini biasanya dimanfaatkan untuk kepefluan penambangan, antara lain penyiraman jalan tambang, penyemprotan debu dan crushing plant atau untuk keperluan perkantoran, perumahan dan workshop. Oleh sebab itu cara sumur gali biasanya dilengkapi dengan media penjernih air baik kimiawi atau hamparan pasir dan ijuk. Kapasitas sumur gali diperhitungkan berdasarkan debit air maksimum yang mengalir dadn beberapa parit yang dibuat di lokasi tambang.

3.2.5 Sistem adit Penyaliran dengan sistem adit cocok diterapkan pada tambang open pit yang cukup dalam, tetapi terdapat suatu lembah yang memungkinkan dibuatnya sumuran (shafl). Sumuran ini berfungsi sebagai jalan keluarnya aliran-aliran air melalui beberapa adit dari dalam tambang. Aliran air akhirnya keluar melalui lembah (Lihat Gambar 6).

Gambar 6. llustrasi sistem penyaliran metalui adit

Diklat Perencanaan Tambang Terbuka Unisba, 12 – 22 Juli 2004

6

Perencanaan Sist...