MODUL

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 :

Resapan dari laut, danau, sungai , rawa, cadangan lempung dan lapisan penutup yang lembab.

Resapan dari goa-goa batu kapur yang mengandung unsur karbonat.

Resapan dari kantong-kantong air yang terperangkap di dalam batuan

Resapan dari celah-celah patahan.

Aliran dari permeabilitas primer (inherent)

Aliran dari permeabilitas sekunder (rekahan).

Air magmatis (uap air yang keluar dari aktifitas magma)

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.

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).

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.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 materialNo.Description of groundPermeability Unit

DarcyMeinzercm/det

1.Clay shale or dense rock with tight fractures, considered impermeable in most excavations.0,00010,00189.7 x 10-8

2.Dense rock, few tight fractures, approximate lower limit for oil production0,0010,0189.7 x 10-7

3.Dense rock, 0.005 in fracture each sqft0,594.8 x 10-4

4.Silt or clay, silt, fine sand. Few water well in less permeable ground1189.7 x 10-4

5.Silt or clay, silt, fine sand. Few water well in less permeable ground23619.4 x 10-4

6.Clean sand, medium and coarse (0.25 and 1.0 mm)5009.1000,48

7.Clean gravel (70% larger than 2.0 mm)1.25022.7501,2

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.

K 2 ( m (S1- S2 )

Q =

. (1)

C ( log 10 (R/r)

Dimana :

VariableKeteranganMEINZER DARCY

QLaju alirangallon/menit ml/det

KPermeabilitas Meinzer Darcy

MKetebalan penjenuhan rata-rata dari akuifer yang diukur melalui 2 titik pengamatanfeet cm

RJari-jari titik pengamatan

yang jauh dari sumur Dapat diukur dengan satuan

sejenis karena hasilnya hanya

merupakan perbandingan

RJari-jari sumur atau titik pengamatan terdekat

CKonstanta528 2,3

(Viskositascentipoise centipoise

S1Penurunan air tanah pada titik terdekat sumur pengamatan feet Atm

S2Penurunan air tanah pada titik terjauh sumur pengamatanfeet Atm

3. PENYALIRANPenyaliran 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 tambangPengaruh 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 Biaya penyaliran, mungkin menjadi biaya yang prinsip, misainya air digunakan untuk proses pengolahan bahan galian atau keperluan lainnya.

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

Mengurangi efisiensi kerja karyawan, peralatan dan menghambat penanganan material.

Menambah waktu dan biaya perawatan (maintenance) alat, ban, atau kecelakaan akibat penggunaan listrik.

Harus membesihkan material pengotoran akibat longsoran tanah di areal penambangan.

Kemungkinan runtuhan membawa serta gas beracun.

Membersihkan debudebu halus dari alat angkut dan jalan masuk tambang, sehingga menambah jam kerja yang tidak produktif.

Mengganggu aktifitas peledakan.

Lumpur membuat produk menjadi tidak dapat diterima oleh proses berikutnya.

Terjadi penyumbatan pada pipapipa akibat pompa senantiasa menghisap air lumpur.

Kemungkinan perusahaan perlu membeli material yang tahan air (waterproof) untuk melindungi produk.

c. Efek air tak langsung ke sekitar aktifitas penambangan

Kandungan air pada produk akhir bertambah, akibatnya akan menambah biaya transpor, pengolahan dan penanganan.

Dapat terjadi polusi air di sekitar luar lokasi tambang.

Lokasi penurunan air tanah mungkin akan naik lagi karena air hujan masuk kembali ke dalam akuifer.

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. Kadangkadang 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. 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:

Lebih fleksibel, hanya sedikit perencanaan, tidak memerlukan biaya tinggi dan waktu pengerjaan singkat.

Efek terhadap penurunan permukaan air tanah regional dapat dikurangi, biasanya laju dan kapasitas air yang dipompakan ke atas dilakukan sesuai kebutuhan.

Pompa ditempatkan dekat dengan sump, sehingga efisiensinya tinggi.

Bila air di dalam tambang berkurang, maka biaya pemompaan menjadi kecil.

Bila aliran air menuju tambang cukup deras diperlukan beberapa sump dan pompa. Dalam kondisi ini biaya pemompaan diperhitungkan hanya untuk masingmasing sump dan pompa saja.

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 :

Sumur tidak sedalam yang dibuat di luar areal tambang.

Sumur dan pompa tidak menyebar, tetapi torkonsentrasi di dasar front tambang saja.

Bila perbandingan tingkat kesulitan pembuatan sumur (pemboran) di dalam dan di luar front tambang sama, maka biaya pembuatan di dalam tambang lebih murah.

Dapat mengambil keuntungan dari relief topografi pada saat penempatan sumur.

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 tambangBeberapa hal yang menguntungkan pada sistem ini dapat dijadikan pertimbangan, yaitu:

Pemompaan air dapat berlangsung terus tanpa terganggu oleh aktifitas peledakan dan pemuatan.

Sumur dapat dibuat atau di bor tanpa terganggu oleh segala aktifitas di dasar fron tambang, termasuk peledakan.

Sumur tidak terpengaruh oleh getaran peledakan dan aktifitas pengangkut bijih.

Areal tambang terbebas dari konstruksi pompa, pipapipa dan genset.

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 :

Dasar tambang bebas dari sump, sehingga areal kerja tidak terganggu oleh lumpur dan kantongkantong sump.

Permukaan air tanah dapat diturunkan segera setelah pompa dijalankan, sehingga lokasi tambang terhindar dari air atau banjir.

Batuan dekat toe, kantongkantong air di dasar tambang dan penggalian baru dapat langsung terbebas dari air.

Dinding pit dijamin lebih stabil.

Jalan tambang di dalam tambang febih terawat.

Laju pemompaan lebih konstan dibanding sistem sump dan pompa (item a).

Air hasil pemompaan lebih bersih, mungkin juga bersih dari komposisi larutan kimiawi dibanding sistem sump dan pompa (item a).3.2.4 Membuat paritanSistem 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.

Gambar 4. Penampang melintang parit

Paritan kadangkadang 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 paritanDisamping 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 aliranaliran air melalui beberapa adit dari dalam tambang. Aliran air akhirnya keluar melalui lembah (Lihat Gambar 6).

Gambar 6. llustrasi sistem penyaliran metalui adit

3.3 Pencegahan air tambang

Pada prinsipnya, pencegahan air tambang mengupayakan bahwa air tambang tidak masuk ke front penambangan. Dengan cara ini maka kegiatan penambangan tidak akan terganggu. Salah satu cara pencegahan agar air tambang tidak masuk ke lokasi kerja penambangan telah diuraikan di atas, yaitu dengan cara membuat sumur dalarn (sumur bor) di luar areal penambangan . Jumlah sumur bor diatur dan dihitung berdasarkan debit air tanah yang akan masuk ke front tambang. Demikian pula ke dalaman masingmasing lubang bor tidak sama karena harus disesuaikan dengan tinggi permukaan air tanahnya. Cara pencegahan air tambang lainnya adalah metoda Siemens, electroosmosis dan pemotongan aliran air tanah.

.3.3.1 Metoda Siemens

Setiap jenjang (bench) di lokasi penambangan dipasang pipa ukuran 8 inci yang bagian bawahnya diberi lubanglubang (pervorated pipe) menembus akuifer. Air tanah akan mengalir menuju dan berkumpul di sekitar bagian bawah pipa tersebut sehingga dapat dipompakan ke luar. Karena pembuatan sumur bor cukup banyak, maka cara pengisapan airnya diupayakan sekaligus dengan menggunakan rangkaian seri atau paralel mengelilingi areal tambang bagian luar. Oleh sebab itu ada yang disebut Ring System, yaitu sumursumur dirangkaikan satu dengan lainnya oleh sebuah pipa induk yang dilengkapi sebuah pompa air. Bilamana pertu, pompa air tersebut dapat ditambah sesuai kebutuhan atau perhitungan (Lihat Gambar 7).

Gambar 7. Penyaliran sistem ring (metoda Siemens)

3.3.2 Cara elektroosmosis

Bilamana lapisan tanah terdiri dari tanah lempungan, maka keadaan ini menyulitkan proses pemompaan karena adanya sifat kapiler yang terdapat pada jenis lempungan. Untuk mengatasi hal tersebut, maka dipergunakan cara electroosmosis. Electroosmosis adalah proses penarikan ionion air, yaitu H' dan OW, menggunakan lempengan katode dan anode. Batang anode dimasukkan ke dalam sumur yang dilengkapi dengan filter yang berfungsi sebagai katode. Bilamana elemenelemen ini dialiri listrik, maka air pori yang terkandung pada batuan akan mengalir menuju katode (lubang sumur) yang kemudian terkumput dan dipompakan ke luar.

Gambar 8. llustrasi penyaliran electroosmosis

3.3.3 Cara penggalian 1 pemotongan aliran air tanahMetoda ini biasanya dipergunakan untuk mengamati kondisi air tanah. Tanah digali sampai menembus akuifer dan dipotong, sehingga aliran air tanahnya tidak menerus ke arah hilir. Galian yang tembus akuifer ini kemudian ditimbun oleh material yang kedap air (impermeable) atau menggunakan adukan semen.

Tidak semua aliran air tanah pada suatu areal dapat tertutupi dengan cara ini. Pemilihan beberapa lokasi yang selektif menjadi pekerjaan penting agar penggalian dan penyemenan (penimbunan ulang) tepat sasarannya. Disamping itu card ini hanya dapat dikerjakan apabila ke dalaman akuifer masih terjangkau oleh alat gah dan perfu diingat pula bahwa biayanya tidak sedikit.

3.4 Menghitung kebutuhan airAir tambang disamping dapat merugikan aktifitas penambangan akibat air tanah atau air limpasan, tetapi disisi lain banyak pula manfaatnya. Kontrol terhadap air tambang menjadi penting artinya ketika perusahaan ingin memanfaatkannya seoptimal mungkin. Pada hakekatnya kerugian akibat air tambang dapat dieliminir dengan prediksi yang akurat melalui perkembangan dan data masa lalu tentang karakter curah hujan di suatu tempat. Di bawah ini disajikan salah satu contoh perhitungan kebutuhan air untuk keperluan tambang, baik operasi maupun kebutuhan lainnya.a. Operational requirements

Material Preparation

Total water requirement

= 7000 gpm

Water recycle

= 98%

Water loss

= 2%

Preparation plant operating time = 14 hrs/day; 240 dayslyr.

Total usage rate = 7000 x 14 x 60 x 240 = 1.4 x 109 gal/yr.

Water recycle

= 1.4 x 109 gal/yr x 0.98

= 1.37 x 109 gal/yr.

Water loss

= Water uptake requirement

= 2.8 x 107 gaVyr.

= 1.17 x 105 gal/day

Dust Control

Haul road requirement

= 2 gal 1 linear ft 1 day

Haul road length

= 7800 ft

Haul road requirement

= 2 x 78000 x 240

= 3.7 x 106 gal/yr.

b. Portable and Sanitation Requirements

Number of people employed

= 226

Shower and drinking requirement = 62 gallman/day

Sanitary facilities

= 10 gal/man/day

Portable and Sanitation Requirements= 226 x 72 x 240

= 3.9 x 106 gal/yr

c. Total Water Requirements for Operation

Material Preparation

= 2.8 x 107 gal/yr

Dust control

= 3.7 x 106 gal/yr

Protable and Sanitation

= 3.9 x 1 06gal/yr_

TOTAL = 3.6 x 107 gal/yrd. Water Availability

Surface Water Sources

Source No. 1: A 3 sq mile drainage area

Source No. 2: A 1.2 sq mile drainage area

Average Runoff = 6 in. of precipitation per year

Surface Water Available = 4.2 sq mile x 640 acre/sq mile x 0.5 ft x

325829 gal 1 acreft

= 4.4 x 108 gaL/yr

Ground Water Sources

Source No. 1: A well with a yield of 3.5 gpm

Ground Water Available = 3.5 gpm x 5.2 x 105 min/yr

= 1.8 X 106 gal/yr

4. ANALISA CURAH HUJAN RENCANA

Analisa curah hujan dilakukan dengan menggunakan metode gumbel, dimana terlebih dahulu kita ambil data curah hujan bulanan yang ada, kemudian ambil curah hujan maximum setiap bulannya dari data tersebut, untuk sample bisa dibatasi jumlahnya sebanyak n data :Tahapan-tahapan berikutnya adalah :

1. Tentukan rata-rata curah hujan (X) maximum dengan rumus :

X = CH/ n

2. Tentukan standar deviasi dengan rumus :

S = (Xi X)2

( n 1)

3. Tentukan koreksi variansi, dengan rumus :

Yt = -ln[-ln[ T-1 ] ]

T

4. Tentukan koreksi rata-rata dengan rumus :

Yn = -ln[-ln[n + 1 - m ] ]

n + 1

Rata-rata Yn, YN = Yn

N

5. Tentukan koreksi simpangan dengan rumus :

Sn = (Yn-YN)

( n-1 )

6. Tentukan curah hujan rencana dengan rumus :

CHR = X + S (Yt YN)

Sn

Dari hasil akhir perhitungan diperoleh suatu debit rencana dalam satuan mm/hari, yang kemudian debit ini bisa dibagai dalam perencanaan penyaliran.

Selain itu juga harus diperkirakan resiko hidrologi (PR) yang mungkin terjadi, dengan rumus :

PR = 1- ( 1 1 )TL

TR

Dimana :PR = Resiko hidrologi

TR = Periode ulang

TL = Umur bangunan

Resiko hidrologi merupakan angka dimana kemungkinan hujan dengan debit yang sama sebesar angka tersebut, misalnya 0,4 maka kemungkinan hujan dengan debit yang sama atau melampaui adalah sebesar 40 %.

5. PERENCANAAN SALURAN TERBUKA

Pada perencanaan saluran terbuka ada beberapa faktor lapangan yang perlu diperhatikan yaitu :a. Catchment area/water divide

Catchment area adalah merupakan suatu areal atau daerah tangkapan hujan dimana batas wilayah tangkapannya ditentukan dari titik-titik elevasi tertinggi sehingga akhirnya merupakan suatu poligon tertutup yang mana polanya disesuaikan dengan kondisi topografi, dengan mengikuti kecenderungan arah gerak air.Dengan pembatasan catchment area maka diperkirakan setiap debit hujan yang tertangkap akan terkonsentrasi pada elevasi terendah pada catchment tersebut. Pembatasan catchment area biasa dilakukan pada peta topografi , dan untuk perencanaan sistem penyaliran dianjurkan dengan menggunakan peta rencana penambangan dan peta situsi tambang.b. Waktu konsentrasi

Waktu konsentrasi adalah waktu yang diperlukan hujan untuk mengalir dari titik terjauh ke tempat penyaliran. Waktu konsentrasi dapat dihitung dengan rumus dari Kirpich

Keterangan :

tc=waktu terkumpulnya air (menit)

L=Jarak terjauh sampai titik pengaliran (meter)

H=Beda ketinggian dari titik terjauh sampai ke tempat berkumpulnya air (meter)

c. Intensitas curah hujan

Besarnya intensitas hujan yang kemungkinan terjadi dalam kurun waktu tertentu dihitung berdasarkan persamaan Mononobe, yaitu :

Keterangan :

R24=Curah hujan rencana per hari (24 jam)

t

=Waktu konsentrasi, jam

I

=Intensitas curah hujan (mm/jam)

Hubungan antara derajat curah hujan dan intensitas curah hujan dapat dilihat dalam Tabel 2.

Tabel 2. Hubungan Derajat dan Intensitas Curah HujanDerajat HujanIntensitas Curah Hujan (mm/menit)Kondisi

Hujan lemah0,02 0,05Tanah basah semua

Hujan normal0,05 0,25Bunyi hujan terdengar

Hujan deras0,25 1,00Air tegenang diseluruh permukaan dan terdengan bunyi dari genangan

Hujan sangat deras( 1,00Hujan seperti ditumpahkan, saluran pengaira meluap

(Sumber : Sayoga, Rudy, Pengantar Penyaliran Tambang, 1993)

d. Jenis material

Jenis material pada areal penambangan berpengaruh terhadap kondisi penyerapan air limpasan karena untuk setiap jenis dan kondisi material yang berbeda memiliki koefisien materialnya masing-masing. Koefisien tersebut merupakan para meter yang menggambarkan hubungan curah hujan dan limpasan, yaitu memperkirakan jumlah air hujan yang mengalir menjadi limpasan langsung dipermukaan. Koefisien limpasan dipengaruhi oleh faktor-faktor tutupan tanah, kemiringan dan lamanya hujan. Beberapa perkiraan koefisien limpasan terlihat pada table 3.

Table 3. Beberapa harga koefisien limpasan KemiringanTutupan/jenis LahanC

< 3%sawah, rawa0,2

(datar)Hutan, perkebunan0,3

Perumahan0,4

Hutan, perkebunan0,4

3% - 15%Perumahan0,5

(sedang)Semak-semak agak jarang0,6

Lahan terbuka0,7

Hutan0,6

> 15%Perumahan0,7

(curam)Semak-semak agak jarang0,8

Lahan Terbuka daerah tambang0,9

(Rudy Sayoga, 1993)

Tabel 4. Koefisien Material dan Kecepatan Izin Aliran

No. MaterialNilaiKecepatan Aliran (m/det)

nAir JernihAir Keruh

1Pasir halus koloida0.0200.4570.672

2Lanau kepasiran non koloida0.0200.5340.762

3Lanau non koloida0.0200.6100.914

4Lanau alluvial non koloida0.0200.6101.067

5Lanau kaku0.0200.6721.067

6Debu vulkanis0.0200.6721.067

7Lempung kompak0.0251.1431.524

8Lanau alluvial, koloida0.0251.1431.524

9Kerikil halus0.0250.6721.524

10Pasir kasar non koloida0.0301.1431.524

11Pasir kasar koloida0.0251.1291.829

12Batuan D 20 mm0.0281.3401.9

13Batuan D 50 mm0.0281.9802.4

14Batuan D 100 mm0.0302.8103.4

15Batuan D 200 mm0.0303.9604.5

16Tanah berumput0.030-2

17Pasangan batu0.017-5

18Tembok diplester0.010-5

Sumber : Civil and Hydrologycal Division, PTBA

e. Rencana kemajuan tambang

Rencana kemajuan tambang nantinya akan mempengaruhi ke dalam pola alir saluran yang akan dibuat, sehingga saluran tersebut menjadi efektif dan tidak menghambat sistem kerja yang ada. Misalnya untuk saluran penyadap biasa dibuat di bagian boundary (batas luar areal penambangan) hal tersebut sangat efektif untuk digunakan dalam jangka waktu yang lama, sehingga dimensi dan cara pembuatannya bisa lebih bersifat permanen dan lebih besar.

Sementara untuk dibagian dalam areal tambang atau dalam front kerja, pola alirnya disesuaikan dengan rencana kemiringan bench yang dibuat, dimana biasanya bench dibuat sedikit turun kebagian dalam sehingga paritan yang dibuat bisa diletakan dipojok bench, dan kemudian arah penyalirannya menuju ke sump di bagian dasar bench (elevasi terendah). Untuk saluran yang ada di dalam front kerja biasanya bersifat sementara karena digunakan dalam jangka waktu yang pendek sehingga dalam pembuatannya tidak pelu permanen, karena pada proses penggalian berikutnya kemungkinan bench yang dipakai landasan kerja tersebut akan tergali sesuai dengan rencana kemajuan tambangnya.

Dari kondisi-kondisi tersebut bisa diperkirakan dimensi dan pola aliran salurannya.

Kemudian untuk merencanakan suatu dimensi saluran terbuka bisa dengan mengikuti tahapan berikut :

1. Tentukan pembagian water divide untuk setiap kemungkinan kondisi areal

2. Penambangan yang ada, dari pembacaan peta rencana. Dan untuk mengukur luasnya tersebut bisa dengan menggunakan planimeter, dan harus diperhatikan mengenai skalanya.

3. Buat jalur saluran dari masing-masing water devide.

4. Hitung waktu konsentrasi dengan menggunakan rumus Kirpich5. Hitung intensitas curah hujan rencana dengan menggunakan metode Gumbel6. Tentukan koefisien material yang sesuai dengan kondisi dilapangan.

7. Hitung debit rencana dengan menggunakan rumus Rasional :

Q = 0,278 x C x I x A

Dimana : Q = Debit rencana,(m3/det)

C = Koefisien material (Koeff. Limpasan)

I = Intensitas hujan rencana, mm/jam

A = Luas catchment area, ha1. Setelah diketahui luas penampang bisa ditentukan jari-jari hidrolis dengan rumus manning. Untuk bentuk saluran yang akan dibuat ada beberapa macam bentuk dengan perhitungan geometrinya sebagai berikut :

Gambar 9. Geometrik penampang saluranBentuk penampang saluran yang paling sering digunakan dan umum dipakai adalah bentuk trapezium, sebab mudah dalam pembuatannya, murah, efisien dan mudah dalam perawatannya, serta stabilitas kemiringan dindingnya dapat disesuaikan menurut keadaan daerah.

Tabel 5. Kemiringan dinding saluran yang sesuai untuk berbagai jenis bahan

BahanKemiringan dinding saluran

Batu/cadasHampir tegak lurus

Tanah gambut (peat) : 1

Tanah berlapis beton : 1

Tanah bagi saluran yang lebar1:01

Tanah bagi parit kecil1,5 : 1

Tanah berpasir lepas2:01

Lempung berpori3:01

Tabel 6.Sifat-sifat Hidrolik pada Saluran Terbuka

Kemiringan Rata-rata

Dasar Saluran (%)Kecepatan Rata-rata

(m/detik)

Kurang dari 10,4

1 20,6

2 40,9

4 61,2

6 101,5

10 152,4

(Sumber : Drainage and Design For Bandung Final Report, Bandung)G.

PERENCANAAN KOLAM PENAMPUNG (SUMP)

Sump (Kolam Penampung) merupakan kolam penampungan air yang dibuat untuk penampung air limpasan, yang dibuat sementara sebelum air itu dipompakan, serta dapat berfungsi sebagai pengendap lumpur. Pengaliran air dari sump dilakukan dengan cara pemompaan atau dialirkan kembali melalui saluran pelimpah. Tata letak sump akan dipengaruhi oleh sistem drainase tambang yang disesuaikan dengan geografis daerah tambang dan kestabilan lereng tambang. Ada dua sistem penyaliran tambang, yaitu :

1. Sistem Penyaliran Memusat

Pada sistem ini sump-sump akan ditempatkan di setiap jenjang tambang (bench), dengan sistem pengalirannya dari jenjang paling atas menuju jenjang di bawahnya sehingga akhirnya air dipusatkan di Main Sump (balong induk) untuk kemudian dipompa keluar tambang.

2. Sistem Penyaliran Tidak Memusat

Sistem ini dapat dilakukan bila ke dalaman tambang relatif dangkal dengan keadaan geografis daerah luar tambang memungkinkan untuk mengalirkan air langsung dari sump keluar tambang.

G.1.Jenis Sump dan Penempatannya

Berdasarkan penempatannya, sump dapat dibedakan menjadi beberapa jenis, yaitu :

1. Travelling sump (balong front), sump ini dibuat pada daerah front tambang, baik secara terencana yang digambarkan pada peta jangka pendek atau tidak terencana sebelumnya. Sump ini dibuat apabila situasi untuk menanggulangi air permukaan dibutuhkan. Jangka waktu penggunaan sump ini relatif singkat dan selalu ditempatkan sesuai dengan kemajuan front tambang.

2. Sump jenjang atau sump transit, sump ini dibuat secara terencana dalam pemilihan lokasi maupun volumenya. Penempatannya pada jenjang tambang dan biasanya di bagian lereng tepi tambang. Sump ini disebut sebagai sump permanen karena dibuat untuk jangka waktu yang cukup lama, biasanya terbuat dari bahan kedap air (batukali, dibeton) dengan tujuan untuk mencegah peresapan air supaya tidak menyebabkan jenjang tambang longsor karena sump ini yang pertama menerima air dari sump front. Konstruksi atau badan sump ini dibagi menjadi dua bagian, bagian pertama untuk menampung air kotor yang berasal dari sump front berfungsi sebagai tempat penampungan lumpur dan bagian lainnya sebagai tempat penampungan air bersih yang berasal dari bagian sump yang pertama kemudian dialirkan ke saluran pelimpah.

3. Main Sump (Balong induk), Sump ini dibuat sebagai penampungan air terakhir dan dapat digunakan sebagai cadangan air untuk digunakan dalam pengamanan kebakaran. Pada umumnya sump ini dibuat di elevasi terendah dalam tambang (dasar tambang).

Untuk merencanakan suatu desain sumuran tersebut bisa mengikuti tahapan-tahapan berikut :

1. Membuat batasan water devide pada areal penambangan, pada peta rencana yang ada.

2. Membuat pola aliran saluran, pada masing-masing water devide.

3. Penempatan atau tata letak sumuran pada bench-bench tertentu sesuai dengan pola penyaliran serta sistem pemompaannya yang akan direncanakan.

4. Hitung curah hujan rencana dengan mengunakan metode Gumbel.5. Hitung debit rencana dengan rumus Rasional.6. Hitung debit pemompaan

7. Dengan iterasi tentukan nilai selisih debit limpasan di kurangi dengan debit pemompaannya.

8. Volume dari selisih tertinggi di atas merupakan proyeksi volume sumuran yang harus dibuat namun harus dibuat juga volume untuk jagaan bisa berapa persen dari volume awal.

H. PERENCANAAN SISTEM PEMOMPAAN

Dalam sistem pemompaan dikenal ada beberapa macam tipe sambungan pemompaan yaitu :

a. Seri

Dua atau eberapa pompa dihubungkan secara seri maka nilai head bertambah sebesar jumlah head masing-masing sedangkan debit pemompaan tetap.

b. Paralel

Kapasitas pemompaan ber tambah sesuai kemampuan debit masing-masing pompa namun head tetap. Kemudian untuk menentukan kebutuhan pompa ada dua hal yang perlu diperhatikan

a. Penentuan daya pompa , dengan rumus :

P = SG . Ht . Q

102 . Ep

Dimana :P

= Daya pompa (kw),

Sg = Specific gravity

Ht = Head total sistem, (m),

Q = Debit pemompaan

Ep = Efisiensi pompa

b. Penentuan titik optimal kerja pompa

Penentuan titik optimal pompa digunakan dua jenis kurva yaitu kurva resistan dari sistem dan kurva karakteristik pompa. Kurva resistan sistem adalah nilai head dari sistem untuk sejumlah variasi debit pemompaan. Sedangkan kurva kurva karakteristik pompa menyatakan kemampuan pompa untuk mengatasi head untuk berbagai nilai debit pemompaan atau sebaliknya. Kurva dikeluarkan oleh pabrik pembuat pompa. Setelah kedua kurva tersedia maka langkah selnjutnya kedua kurva digabungkan sehingga diperoleh titik perpotongan yang merupakan titik optimal kerja pompa. Untuk perencanaan pemompaan harus dihitung dulu head totalnya, dengan rumus :

a. Static Head (Hc)

Static head adalah kehilangan energi yang disebabkan oleh perbedaan tinggi antara tempat penampungan dengan tempat pembuangan.

Dimana :

h2 = Elevasi air keluar

h1 = Elevasi air masuk

b. Velocity Head (Hv)

Velocity Head adalah kehilangan yang diakibatkan oleh kecepatan air yang melalui pompa.

Dimana :

v = Kecepatan air yang melalui pompa (m/dt)

g = Gaya gravitasi bumi (m/dt)

Dimana v diperpoleh dari persamaan V =Q/A, Q = debit kemampuan pompa dan A = r2c. Friction head (Hf)

Friction Head adalah kehilangan akibat gesekan air yang melalui pipa dengan dinding pipa, yang dihitung berdasarkan persamaan Darcy-Weisbach.

Dimana :

F = Faktor kekasaran pipa, menggunakan diagram moody.

D = Diameter dalam pipa,m

V = Kecepatan rata-rata aliran dalam pipa, m/s

L = Panjang pipa, m

G = Percepatan gravitasi, m/s2Untuk aliran laminar Re < 2,000, f = 64/Re.

Untuk pipa halus (e = 0) seperti glass, tembaga dan plastik dengan aliran turbulen, menggunakan rumus Blasius untuk f, yaitu

(4,000 < Re < 100,000)

Sementara untuk pipa yang kasar dengan aliran turbulent maka untuk mencari f dengan menggunakan diagram moody.

Diagram Moody

dimana bilangan Re diperoleh dari perhitungan :

Re = v D

Dimana :

Re = Bilangan reynold

V = Kecepatan aliran, m/s

D = Diameter pipa, m

= masa jenis, kg/m3

= Viskositas, Ns/m2

Data viskositas :

Tabel 7. Viscosity of WaterViscosity of Water

TempAbsolute ViscosityKinematic Viscosity

CCentipoisesCentistokesSSUft/sec

01.791.7933.00.00001931

101.311.3131.60.00001410

15.561.121.1231.20.00001217

21.110.980.9830.90.00001059

26.670.860.8630.60.00000930

29.440.810.8130.40.00000869

37.780.680.6930.20.00000739

48.890.560.5730.00.00000609

600.470.4829.70.00000514

71.110.400.4129.60.00000442

82.220.350.3629.50.00000385

1000.280.2929.30.00000319

Keterangan : 1 centistokes = 10-6 m2/sec 1 centipoise = 1 water (20oC) Tabel 8. Kekasaran Pipa Berdasarkan Bahan

Pipe MaterialAbsolute Roughness, e

x 10-6 feetMicron

(unless noted)

drawn brass51.5

drawn copper51.5

commercial steel15045

wrought iron15045

asphalted cast iron400120

galvanized iron500150

cast iron850260

wood stave600 to 30000.2 to 0.9 mm

concrete1000 to 10,0000.3 to 3 mm

riveted steel3000 to 30,0000.9 to 9 mm

Sumber dari Binder (1973)

materialRoughness

mmInches

drawn tubing0.00150.00006

plastic tubing0.00150.00006

stainless steel0.0150.0006

commercial steel0.050.002

rusted steel0.1 to 1.00.004 to 0.04

galvanised iron0.150.006

cast iron0.260.01

Sumber dari Gas/Pd

d. Shock loss Head (Hl)

Kehilangan ini pada jaringan pipa disebabkan oleh perubahan-perubahan mendadak dari geometri pipa, belokan-belokan, katup-katup dan sambungan-sambungan.

atau,

Hl = n . f . V2 / 2g

Dimana :

K =Koefisien kekasaran pipa yang tergantung pada jari-jari belokan, diameter pipa dan sudut yang dibentuk antara pipa dan bidang datar.

n = Jumlah belokan

f =0,964sin2/2 + 2,047 sin4 /2

= Besar sudut belokan, 0

Jadi total kehilangan head (Ht) adalah ;

Kemudian untuk menghitung debit air yang mampu dikeluarkan oleh pompa adalah dengan persamaan :

Q2 = Q1H2

H1

Dimana : Q1 = Debit pompa dari pabrik, m3/det

Q2 = Debit pompa setelah dikoreksi, m3/det

H1 = Head dr pabrik (blm dikoreksi), m

H2 = Head total perhitungan, m

F. PERENCANAAN KOLAM PENGENDAP LUMPUR (SETTLING POND).

Dalam penentuan dimensi settling pond perlu diketahui beberapa hal yang mendukung kolam tersebut diantaranya yaitu volume air yang akan ditampung, volume butiran yang tersuspensi dan kecepatan waktu pengendapan.

Untuk menentukan kolam besarnya volume air yang ditampung berdasarkan debit air limpasan maksimal maka harus dikalikan dengan faktor koreksi dan waktu konsentrasi air. Faktor koreksi lumpur digunakan untuk mengetahui volume padatan (lumpur) yang terlarut dalam air limpasan serta kerapatan material yang ada dalam air.

Kecepatan padatan tersuspensi tergantung pada diameter partikel dalam padatan yang lolos keluar dari kolam pengendapan sehingga kecepatan pengendapan dapat dihitung dengan menggunakan rumus Stuks, yaitu :

Dimana :

Vt: Kecepatan pengendapan partikel (m/dtk)

G: Percepatan gravitasi (m/dtk2)

SG: Berat jenis partikel padatan

v: Viskositas kinematika air (m2/dtk)

D: Diameter partikel padatan (m)

Sedangkan luas kolam pengendapan ditentukan dari volume total air tersuspensi dan kecepatan partikel padatan tersebut untuk mengendap. Luas kolam pengendapan merupakan perbandingan antara volume air total dengan kecepatan pengendapan, yaitu :

Dimana :

A: Luas kolam pengendapan (m2)

Q: Volume air yang ditampung (m3/dtk)

Vt: Kecepatan partikel tersuspensi (m/dtk)

V.KESIMPULAN

Sumber air tambang dapat dibagi menjadi dua kelompok besar, yaitu lapisan air bawah tanah clan air limpasan (runoff).

Lapisan air bawah tanah mempunyai karakter yang spesifik, antara lain: bergerak atau statis atau menderita tekanan yang sewaktuwaktu bisa menyembur ke permukaan bumi apabila di bor.

Air limpasan adalah air yang nampak di permukaan bumi yang pengontrolannya relatif febih mudah diperhitungkan dibanding air bawah tanah.

Karena tuntutan keselamatan clan kesehatan kerja serta untuk meminimalkan biaya, maka di dalam merancang sistem penyaliran terlebih dahulu harus dilakukan penelitian terhadap karakteristik curah hujan agar dapat mengatasi curah hujan yang ekstrim.

Melihat sumber air yang masuk ke dalam front tambang biasanya air limpasan maupun air bawah tanah, maka penanggulangannya biasa dengan pengendalian (konvensional) atau pencegahan (inkonvensional).

Dalam upaya memanfaatkan air tambang, perlu diperhitungkan jumlah pemakaiannya, baik untuk keperluan operasional maupun nonoperasional, sehingga pemanfaatannya optimalHc = h2 h1

Hv = v2 / 2g

Hf = (f x L x v2) / (D x 2 x g)

Ht = Hc + Hv + Hf + Hl

Hl = (K x v2) / (2 x g)

PAGE 17Diklat Perencanaan Tambang Terbuka

Unisba, 12 22 Juli 2004

_1146453031.unknown

_1148802887.bin

_1148804926.unknown

_1148549056.unknown

_1126081089.unknown

_1126210431.unknown

_1108876690.unknown