1. PENDAHULUAN
Demi kelancaran proses penggalian tanah maupun batuan dengan mempergunakan alat gali mekanis, maka harus dipelajari berbagai macam kriteria penggalian yang telah dikenal luas. Dengan memahami kriteria penggalian tersebut dapat diharapkan akan mampu memilih alat gali mekanis yang sesuai dengan kondisi lapangan dimana penggalian dilakukan.
Peralatan gali mekanis kini banyak macamnya ; ada yang cara penggaliannya terputus-putus (cyclic/intermittent) dan ada yang bersifat menerus (continuous). Peralatan gali yang tidak menerus misalnya dragline, backhoe, power shovel, hydraulic shovel, dll. Sedangkan yang bersifat menerus antara lain adalah bucket wheel excavator (BWE) dan berbagai tipe surface miner seperti Dosco TB 3000, Wirtgen surface miner, Voest Alpine surface miner, Huron East miner, Paurat C-miner dan Krupp surface miner. Ujung tombak dari semua alat gali mekanis tersebut adalah alat potongnya yang geometri dan mutunya gigi-giginya sangat bervariasi.
2. KRITERIA ANALISIS PENGGALIAN
2.1. KRITERIA PENGGALIAN MENURUT RMR
Kemampuan untuk menaksir kemampugalian atau potongan suatu massa batuan sangatlah penting, apalagi bila akan menggunakan alat gali mekanis menerus. Fowell & Johnson (1982) menunjukkan hubungan yang erat antara kinerja (produksi) Road header kelas berat (> 50 ton) dengan RMR (lihat Gambar 1).
Selanjutnya pada tahun 1991 mereka melaporkan juga bahwa hubungan tersebut di atas dapat dibagi menjadi 3 zona penggalian :
Zone 1 Kinerja penggalian sangat ditentukan oleh sifat-sifat batuan utuh. Zone 2 Keberhasilan kinerja penggalian dibantu oleh kehadiran struktur
massa batuan. Pengaruh sifat-sifat batuan utuh menurun dengan memburuknya kualitas massa batuan.
Zone 3 Kinerja penggalian semata-mata dipengaruhi oleh struktur massa batuan.
Nilai-nilai UCS, Energi Spesifik, Koefisien Abrasivity secara keseluruhan menyimpulkan bahwa batuan utuh tersebut tidak dapat digali dengan memuaskan oleh roadheader. Namun seperti dilaporkan oleh Fowell & Johnson (1991) bahwa pada kenyataannya massa batuan itu dapat digali dengan cara hanya menggoyang bongka-bongkah batuan dari induknya yang akhir jatuh bebas.
RMR juga pernah dipakai untuk mengevaluasi kinerja roadheader Dosco SL-120 (Sandbak 1985, lihat Gambar 2). Penelitian ini dilaksanakan pada bijih tembaga Kalamazoo & San Manuel, Arizona. Dapat disimpulkan bahwa kemajuan penggalian atau kinerja Dosco tsb dapat diperkirakan dengan menggunakan persamaan berikut ini :
Y = 2.39 e-0.02x R2 = 0.79
100 80 60 40 20 0 0 50 100 150 200 RMR y = 530.84 * 10^(-0.019x) R^2 = 0.83
Zone-3 Zone-2 Zone-1
Gambar 1. Hubungan antara RMR dan laju penggalian roadheader kelas > 50 ton (Fowell & Johnson, 1982 & 1991).
100 80 60 40 20 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Rock Mass Rating
y = 2.39 * 10^(-0.00873x) R^2 = 0.79
2.2. KRITERIA PENGGALIAN MENURUT RMR & Q-SISTEM
Hubungan antara RMR dan Q-Sistem untuk berbagai kondisi penggalian dapat dilihat pada Gambar 3. Jelas tampak bahwa hubungan antara RMR & Q-Sistem adalah linier. Titik-titik yang menunjukkan angka RMR & Q-Sistem yang tinggi mencerminkan kondisi material keras yang penggaliannya perlu peledakan. Sedangkan kehadiran alat gali seperti Surface Miner yang menggunakan mekanisme potong rupanya dapat menggantikan operasi peledakan.
Dalam upaya melengkapi informasi Gambar 3, data asli hasil penelitian Abdullatif & Cruden (1983) dimasukkan dan data penggunaan surface miner diperoleh dari Kramadibrata (1992 - Potong).
100 80 60 40 20 0 .01 .1 1 10 100 Retznei Meekatharra Air Laya Abd. Blast Abd. Dig Abd. Rip
Rock Mass Rating
0.14 1.05
RMR = 4.43 ln(Q) + 47.72 R^2 = 0.85 Fobs. = 50.8; Ftab. = 4.9
Retznei, Air Laya and Meekatharra
Batu kuat dan kompak Batu berkekuatan sedang
Z-2 M-5
2.3. INDEKS EKSKAVASI
Dalam upaya memudahkan pendugaan kemampugaruan suatu massa batuan, Kirsten (1982) mengklasifikasikan massa batuan menurut sifat fisik (Ms), relativitas orientasi struktur massa batuan terhadap arah penggalian dan beberapa parameternya Q-Sistem yang disebut dengan Indeks Ekskavasi yang dinyatakan dengan :
N = Ms x x Js x
N adalah Indeks penggalian dan paramater lainnya sama dengan parameter yang digunakan oleh Q-Sistem, sedangkan Ms dan Js dapat dilihat pada Tabel 1.
Kirsten membagi nilai indeks ekskavasi sebagai berikut : 1 < N < 10 Mudah digaru (ripping)
10 < N < 100 Sulit digaru
100 < N < 1000 Sangat sulit digaru
1000 < N < 10000 Antara digaru dan peledakan N > 10000 Peledakan
Sudah tentu bahwa klasifikasi Kirsten tidak menjamin keberhasilan penggaruan oleh suatu jenis buldoser pada kondisi tertentu, karena daya mesin dan tipe alat garu tidak dilibatkan di dalam perhitungan.
70 65 60 55 50 45 40 .1 1 10 100 1000 10000 Retznei Meekatharra Air Laya
Rock Mass Rating
dswRMREI M-5 RMR = 2.22 ln(EI) + 45.19 R^2 = 0.80 Fobs. = 35.5; Ftab. = 4.9 Mudah digaru Sukar digaru Sangat sukar digaru
Batu kuat dan kompak
Batu berkekuatan sedang
Gambar 4. Hubungan antara Excavatability Index dengan RMR
Tabel 1. Besaran parameter, Ms (Kirsten, 1982)
Kekerasan Identifikasi UCS
(MPa) Mass Strength Number (Ms) Batu sangat lunak
Material crumbles under firm blows with sharp end of geological pick and can be peeled off with a knife, it is too hard to cut a sample by hand
1.7 1.7 - 3.3
0.87 1.86
Batu lunak Can just scraped and peeled with a knife, indentations 1mm to 3 mm show in the specimen with firm blows of the pick point
3.3 - 6.6 6.6 - 13.2
3.95 8.39 Batu keras Cannot be scraped or peeled with a knife,
hand-held specimen can be broken with hammer end of a geological pick with a single firm blow
13.2 - 26.4 17.7
Batu sangat keras
Hand-held specimen breaks with hammer end of pick under more than one blow
26.4 - 53.0 53.0 - 106.0 35.0 70 Batu sama sekali keras
Specimen requires many blows with geological pickto break through intact material
106.0-212.0 212.0
140.0 280.0
Tabel 2. Besaran relative struktur permukaan massa batuan, Js. (Kirsten, 1982)
Arah kemiringan berjarak dekat
Sudut kemiringan berjarak dekat
Nisbah jarak joint, r dengan set kekar (0)-1 dengan set kekar (0)-2 1 : 1 1 : 2 1 : 4 1 : 8
180/0 90 1 1 1 1 0 85 0.72 0.67 0.62 0.56 0 80 0.63 0.57 0.50 0.45 0 70 0.52 0.45 0.41 0.38 0 60 0.49 0.44 0.41 0.37 0 50 0.49 0.46 0.43 0.40 0 40 0.53 0.49 0.46 0.44 0 30 0.63 0.59 0.55 0.53 0 20 0.84 0.77 0.71 0.68 0 10 1.22 1.10 0.99 0.93 0 5 1.33 1.20 1.09 1.03 0/180 0 1 1 1 1 180 5 0.72 0.81 0.86 0.90 180 10 0.63 0.70 0.76 0.81 180 20 0.52 0.57 0.63 0.67 180 30 0.49 0.53 0.57 0.59 180 40 0.49 0.52 0.54 0.56 180 50 0.53 0.56 0.58 0.60 180 60 0.63 0.67 0.71 0.73 180 70 0.84 0.91 0.97 1.01 180 80 1.22 1.32 1.40 1.46 180 85 1.33 1.39 1.45 1.50 180/0 90 1 1 1 1
1. r bentuk relatif blok antara arah penggaruan dan orientasi struktur.
2. Arah dip berjarak dekat dengan joint set relatif terhadap arah penggaruan.
3. Sudut Dip semu berjarak dekat dengan joint set tegak lurus dengan bidang yang searah penggaruan.
4. Batuan utuh, Js = 1.0.
5. Untuk r < 0.125, ambil Js seperti r = 0.125.
Seperti sudah disebutkan bahwa kecepatan seismik sudah banyak dipakai untuk menduga kemampugaruan suatu massa batuan. Berbagai kemungkinan cara penggalian untuk berbagai macam massa batuan menurut kecepatan seismik diberikan oleh Atkinson (1971, lihat Gambar 5). Penggalian disini meliputi dari cara manual hingga mekanis penuh.
Stripping shovel : no blasting Walking dragline : no blasting
Dragline (crawler) : no blasting Bucket wheel excavator Bucket chain excavator Loading shovel : no blasting Tractor scraper : after ripping Tractor scraper : no ripping etc Labourer with pick & shovel
3.0 KECEPATAN SEISMIK x 1000 m/d 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Rippable Marginal Impossible
Gambar 5. Metode kecepatan seismik untuk penentuan macam penggalian (Atkinson, 1971)
2.5. KRITERIA PENGGALIAN MENURUT INDEKS KEKUATAN BATU
Franklin dkk (1971) mengusulkan klasifikasi massa batuan menurut dua paramater, yaitu Fracture Index dan Point Load Index (PLI). Fracture Index dipakai sebagai ukuran karakteristik diskontinuiti dan didefinisikan sebagai jarak rata-rata fraktur dalam sepanjang bor inti atau massa batuan. Kedua parameter ini digambarkan dalam satu diagram untuk menduga kemampugaruan suatu massa batuan dimana If dan Is masing-masing menyatakan Fracture Index dan PLIi.
Diagram klasifikasi dibagi kedalam tiga zona umum yaitu, penggalian bebas (free digging), penggaruan (ripping) dan peledakan (blasting). Massa batuan
yang terkekarkan dan lemah masuk kedalam kategori bagian bawah kiri diagram, sedangkan massa batuan massif dan kuat di plot dibagian atas kanan. Yang pertama tentunya sangat mudah untuk digali dan yang terakhir sangat sulit digali dengan alat mekanis.
Point Load Index - MPa 0.02 0.06 0.2 0.6 2 EH VH H M L VL
EH = Ekstrim tinggi L = Rendah VH = Sangat tinggi VL = Sangat rendah EL = Ekstrim rendah M= Medium H = Tinggi
PENGGARUAN GALI BEBAS PELEDAKAN RETAKAN PELEDAKAN PEMBONGKARAN 0.03 0.1 0.3 1.0 3.0 10 0.006 VL L M H VH EH
Gambar 6. Kriteria Indeks kekuatan batu (Franklin dkk, 1971)
2.6. KLASIFIKASI KEMAMPUGARUAN
Klasifikasi massa batuan untuk kepentingan penggaruan yang melibatkan parameter mesin penggaru dan sifat-sifat fisik, mekanik dan dinamik massa batuan diberikan oleh Klasifikasi Kemampugaruan (rippability chart). Tabel 3 adalah klasifikasi penggaruan menurut Weaver (1975) yang sudah sering dipakai oleh para kontraktor penggalian dan kriterianya didasarkan pada pembobotan total dari parameter pembentuknya bersamaan dengan daya bulldozer yang diperlukan. Parameter yang dipakai dalam klasifikasi ini adalah kecepatan seismik, kekerasan batuan, tingkat pelapukan, jarak kekar,
kemenerusan kekar, jarak pemisahan kekar dan orientasi kekar terhadap penggalian.
Tabel 3. Klasifikasi massa batuan untuk penggaruan menurut Weaver (1975)
Kelas batuan I II III IV V
Dekripsi Sangat baik Baik Sedang Buruk Sangat buruk
Kecepatan seismik (m/s)
> 2150 2150-1850 1850-1500 1500-1200 1200-450
Bobot 26 24 20 12 5
Kekerasan Eks. keras Sangat keras Keras Lunak Sangat lunak
Bobot 10 5 2 1 0
Pelapukan Tdk. lapuk Agak lapuk Lapuk Sangat lapuk Lapuk total
Bobot 9 7 5 3 1
Jarak kekar (mm) > 3000 3000-1000 1000-300 300-50 < 50
Bobot 30 25 20 10 5
Kemenerusan
kekar Tdk. menerus Agak menerus Menerus - tdk ada gouge berapa gougeMenerus-be- Menerus dgn. gouge
Bobot 5 5 3 0 0
Gouge kekar Tdk ada
pemisahan pemisahanAgak Pemisahan< 1mm Gouge < 5 mm Gouge > 5 mm
Bobot 5 5 4 3 1
Orientasi kekar Sgt.
mengun-tungkan nguntungkanTdk. me- Agak tdk me-nguntungkan Mengun-tungkan Sgt. mengun-tungkan
Bobot 15 13 10 5 3
Bobot total 100-90 90-70 70-50 50-25 <25
Penaksiran
kemampugaruan Peledakan garu & ledakEks. susah Sangat susah garu Susah garu Mudah garu
Pemilihan traktor - D9G D9 / D8 D8 / D7 D7
Horse power 770-385 385-270 270-180 180
Kilowatt 575-290 290-200 200-135 135
Klasifikasi Kemampugaruan telah digunakan dengan hasil memuaskan di daerah Afrika Selatan oleh Weaver (1975). Namun demikian perlu diketahui bahwa klasifikasi ini selanjutnya dimodifikasi oleh Singh dkk (1987) yang hanya melibatkan sifat-sifat batuan seperti UCS, ITS, Young's Modulus, dan Kecepatan rambat gelombang seismik di lapangan.
Pettifer & Fookes di UK (1994) mencoba untuk melakukan modifikasi terhadap kriteria penggaruan sebelumnya seperti ditunjukkan pada Tabel 4.
Kriteria versi mereka, seperti ditunjukkan pada Gambar 7, memungkinkan kemudahan penggalian suatu massa batuan dianalisis Kriteria ini sejenis dengan kriterianya Franklin. Selanjutnya, mereka menduga bahwa jarak kekar rata-rata dengan kuat tekan batu merupakan parameter penting dalam menilai kemampugaruan, yang percontoh batuannya dapat diperoleh dari singkapan atau bor inti. Grafik ini bukanlah petunjuk mutlak yang mampu memberikan jawaban sebenarnya, karena biaya dan faktor lainnya juga ikut menentukan kemampugaruan suatu massa batuan oleh sebuah bulldozer.
Tabel 4. Parameter geoteknik yang digunakan oleh berbagai kriteria kemampugalian (Pettifer & Fookes, 1994)
Metoda Arti relatif dari setiap parameter1)
analisis SV2) sc2) PLI Hd Ab2) Wea dsw Jp Jsp Jor.
Caterpillar (1970) **** - - -
-Franklin dkk (1971) - - **** - - - **** - * ***
Weaver (1975) **** - - **3) - ** **** * * *6)
Kirsten (1982) - ****4) - - - - ****5) - * **7)
Minty & Kearns (1983) **** - ** - - ** *** * * -Scoble & Muftuoglu
(1984)
- **8) - - - ** ****9) - - **
Smith (1986) - ** - - - ** **** * *
-Singh dkk (1987) *** - **10) - ** ** **** - -
-Karpuz (1990) **** ***8) - **11) - ** **** - -
-Hadjigeorgiou & Scoble (1990)
- - *** - - ** ****
12)
- - *6)
MacGregor dkk (1994) * *
Pettifer & Fookes (1994) - - **** - - * **** - - **
1) Jumlah bintang menyatakan arti relatif setiap parameter pada masing-masing metoda analisis
2) Membutuhkan teknik khusus atau uji laboratorium. 3) Dapat dinyatakan dalam UCS.
5) Fungsi RQD dan jumlah set kekar.
6) Dibandingkan dengan "spacing ratio" dua set kekar.
7) Minty & Kearns juga memasukkan kondisi air tanah dan kekasaran permukaan kekar.
8) Dapat diturunkan dari nilai PLI.
9) Jarak kekar dan jarak bidang perlapisan berbeda. 10) Uji tarik Brazilian diperlukan.
11) Nilai Schmidt hammer.
12) Dinyatakan dalam volumetric joint count, Jv.
SV = Kecepatan seismik Hd = Kekerasan batuan Ab = Abrasivitas Wea = Pelapukan dsw = Jarak kekar Jp = Persistensi kekar Jsp = Pemisahan kekar Jor = Orientasi kekar
2.7. KLASIFIKASI PENGGALIAN DENGAN BWE 2.7.1. Rasper (1975)
Rasper mengatakan bahwa sebelum pemilihan BWE yang cocok untuk suatu tambang, karakteristik material yang akan digali harus diketahui dahulu dengan baik. Data ini akan membantu para perancang BWE untuk mengetahui kapasitas gaya gali dan kualitas alat galinya (tooth). Hingga saat ini suatu uji standard yang pasti untuk menentukan penggunaan BWE belum ada. Para pabrik pembuat BWE selama ini memakai berbagai macam uji yang sesuai dengan pengalamannya masing-masing.
Secara umum dapat dikatakan bahwa sifat-sifat material yang paling mempengaruhi kemampugalian massa batuan oleh BWE adalah, kuat tekan & kuat tarik, kondisi struktur geologi dan ketebalan lapisan yang akan ditambang. Walaupun berbagai pihak telah mengadakan penelitian mengenai kemampugalian BWE, tidak ada cara yang tepat untuk menentu-kan kebutuhan gaya gali kecuali dengan pengukuran langsung dilapangan.
Jelas bahwa gaya yang tersedia pada buket merupakan hasil dari gaya yang tersedia dari motor BW. Untuk menghitung daya ini, daya angkat material di dalam buket hingga titik puncak dimana material ditumpahkan harus dikurangi dari total daya yang tersedia dari motor penggeraknya. Maka, hanya sebagian saja dari daya yang tersedia dipakai untuk membongkar material dari tempatnya, dan ini adalah daya potong (cutting power).
Rasper (1975) mengusulkan suatu persamaan untuk menghitung daya potong dari gigi BWE,
dimana :
Nc = Daya potong penggerak, kW.
FL = Tahanan potong spesifik linear (O&K Wedge test), kN/m. h = Efisiensi.
L* = Produksi, bcm/jam.
ns = Jumlah penuangan buket per menit. R = Jari-jari roda besar, m.
Angka tahanan potong spesifik linear (FL) diperoleh dari uji O&K Wedge. Menurut Rodenberg (1987), para ahli BWE di Russia cenderung menggunakan tahanan potong spesifik luas (FA), sedangkan pihak Jerman lebih menyukai angka tahanan potong spesifik linear (FL). Sebagai gambaran bahwa penggunaan tahanan potong spesifik luas (FA) banyak dipakai untuk menganalisis material yang relatif lebih keras.
2.7.2. Bölükbasi, Koncagül & Pasmehmetoglu (1991)
Bölükbasi dkk (1991) menemukan bahwa angka-angka tahanan potong spesifik luas (FA) memiliki korelasi yang baik dengan Energi Spesifik Laboratrium (ESL) yang diperoleh dari Core Cuttability Test (Roxborough, 1987). Mereka juga menyatakan bahwa tahanan potong spesifik luas (FA) sangat dipengaruhi oleh ukuran percontoh dan anisotropik material bila ukuran percontoh standard tidak dapat dipenuhi, dan bila uji-nya tidak dapat dilakukan tegak lurus terhadap bidang perlapisan. Sebaliknya, ESL tidak dipengaruhi oleh ukuran percontoh dan arah uji potongnya dapat dengan mudah disesuaikan untuk normal terhadap bidang perlapisan.
Berdasarkan penemuan kriteria kemampugaruan yang sudah dipublikasikan oleh para peneliti pendahulu, sebuah kriteria baru tentang kemampugalian dengan menggunakan ESL diberikan oleh Bölükbasi dkk (1991). Kriteria ini
menunjukkan bahwa suatu massa batuan dengan maksimum ESL sebesar 3.27 Mj/bcm masih dapat digali (lihat Tabel 5). Bila angka ini dibandingkan dengan kriteria cuttability untuk roadheader menurut McFeat-Smith & Fowell (1979) pada Tabel 4, jelas bahwa selang-selang ini adalah tipikal batuan yang masih dapat digali dengan roadheader dengan mudah.
2.7.3. Schroder & Trumper (1993)
Dipihak lain, Schroder & Trumper (1993) menemukan bahwa kinerja BWE bergantung kepada kekuatan material dan sifat plastisitasnya. Mereka juga berpendapat bahwa abrasivitas batuan menentukan tingkat kerusakan alat gali-pick, sedangkan kekar dapat berpengaruh positif atau negatif tergantung kepada kondisi kekarnya. Panduan berikut ini (Tabel 5-6) merupakan kriteria kemampugalian BWE terhadap kuat tekan batuan utuh menurut mereka.
Tabel 5. Kriteria kemampugalian oleh BWE berdasarkan Energi Spesifik Laboratrium (Bölükbasi, Koncagül & Pasmehmetoglu, 1991)
Energi Spesifik Laboratrium - MJ/bcm
Kelas Minimum Maksimum
Mudah 0.5 1.94
Mampugali 1.12 3.72
Keras 1.73 4.81
Agak keras 2.64 8.58
Tidak mampugali > 2,64 > 8.58
Tabel 6. Panduan analisis kemampugalian menurut UCS (Schroder & Trumper, 1993)
UCS (MPa) Material Kemampugalian
> 200 Basalt, granite
-100 - 200 Quartzite, siliceous limestone
-20 - 100 Gneiss, limestone Hingga 50 MPa dengan SM 5 - 20 Sandstone, shale, marl, claystone Dengan BWE kompak
< 5 Salt, chalk, unconsolidated rock Mudah digali oleh kebanyakan mesin
3. ALAT GALI MEKANIK KONTINYU
Perlu diketahui disini bahwa bab ini membahas sejarah perkembangan alat gali mekanik kontinyu yang terdiri dari BWE dan continuous miner, baik untuk tambang bawah tanah maupun untuk tambang terbuka. Yang dimaksud dengan alat gali mekanik kontinyu adalah peralatan gali yang relatif kompak dengan sistem gali dimuka alatnya dimana proses potong/gali, peremukan dan pemuatan berada pada satu mesin itu sendiri tanpa adanya interupsi.
Pentingnya penggunaan alat gali mekanik kontinyu dapat ditunjukkan oleh fakta yang menyatakan bahwa kurang lebih 85% dari material solid ditambang secara terbuka, dan setengahnya relatif lunak dimana alat gali mekanik kontinyu berperan aktif (Tilmann &Weise, 1987 dan Rodenberg, 1987).
3.1. PERKEMBANGAN BUCKET WHEEL EXCAVATOR
Pertamakali BWE ditunjukkan sebagai alat gali adalah pada gambar pelukis Leonardo Da Vinci. Pertamakali BWE beroperasi sebagai alat gali adalah di Sungai Wesser, Jerman. Diameter rodanya 12 m dan digerakkan dengan prinsip wind-mill. Pada tahun 1836 roda sejenis muncul di Lubeck, Jerman Utara.
Patent pertama di US, no. 242.484 (lihat Gambar 8), diberikan kepada Charles A Smith pada 7 Juni 1881 untuk alat gali tanah. Didalam Patent
tersebut terdapat sejumlah informasi mengenai cara pembuatan dan operasi BWE. Tetapi sayanganya alat tersebut tidak pernah beroperasi.
Patent BWE lainnya juga diberikan oleh Pemerintah Perancis pada 6 Mei 1908 kepada Robert Glogner. BWE ini dilengkapi dengan belt conveyor yang diletakkan persis dibawah titik pusatnya. Belt conveyor dan BW nya tidak bisa di-naikkan, turunkan dan putarkan, tetapi bisa dipanjang pendekkan sehingga kedalaman penggalian (cutting depth) dapat diatur sesuai dengan kebutuhan. Mesinnya menggunakan tenaga penggerak mesin uap.
BWE pertama yang menggunakan mesin diesel dan bergerak diatas crawler untuk tambang terbuka dibuat pada tahun 1925. BWE ini dibuat oleh Maschinenbau-Anstalt Humbolt bekerjasama dengan perusahaan tambang batubara Eintracht" dengan ukuran buket 0.075 m3. Alat ini dipakai untuk membongkar lapisan interburden batu pasir (sandstone).
1 2 3 4 5 6
1. Bucket wheel 4. Slewing gear 2. Belt conveyor 5. Travel gear 3. Bucket wheel boom 6. Discharge chute
2 1
Gambar 8. U.S. Patent No. 242.484 Bucket Wheel Excavator (Durst & Vogt, 1988)
Baru pada tahun 1931 teknologi motor listrik berkembang sehingga sebuah BWE dapat dibuat dengan tenaga penggerak listrik menggantikan tenaga
diesel dan mesin uap yang kapasitas buketnya bervariasi mulai dari 0.06, 0.09 dan 0.15 m3.
BWE baru menjadi alat terkenal di industri penambangan batubara Jerman pada 1934, ketika sebuah BWE dipasang di atas tiga buah crawler dan alat ini bekerja di tambang "Bitterfeld". Berat mesin ini 352 ton dengan ground pressure rata-rata 100 kPa.
Perkembangan pembuatan BWE dan penggunaanya di tambang terbuka batubara memicu para pembuat mengeluarkan kode standard agar memudahkan orang mengenal ukuran dan tipe BWE. Oleh karena itu dikeluarkanlah suatu kode seperti berikut :
Sch Rs x H Sebagai contoh, Sch Rs x 15
dimana :
Sch = Bucket wheel excavator R = Mounted on crawlers s = Slewable superstructure Inom = Kapasitas buket nominal, liter
T = Dalam penggalian dibawah gari crawler, m H = Tinggi penggalian di atas garis crawler, m
Rancangan mesin standard sekarang ini adalah kompak dengan dimensi lebih kecil dan berat total lebih ringan. Mesin ini disebut Kompak BWE. Salah satu contoh Kompak BWE adalah BWE SchRs 15 yang dipakai di Tambang Air Laya, Sumatra Selatan.
BWE dapat dikatakan ekonomis bila dapat membongkar dan mengangkut sejumlah besar material untuk periode yang lama. Keberhasilan pekerjaan penggalian dengan BWE tidak saja karena BWEnya itu sendiri tetapi juga peralatan penunjangnya. Hal ini mulai dari perencanaan, pekerjaan persiapan, operasi BWE, pengangkutan material. Yang paling penting untuk
dipelihara adalah sistem pengangkutan menerusnya. Hal ini karena pengangkutan material menggunakan belt conveyor panjang (lihat Gambar 10), yang kalau sedikit saja tidak lurus akan menyebabkan belt bergerak keluar titik pusat dan akhirnya material akan tumpah dan mengganggu operasi.
Gambar 9. Dimensi utama BWE SchRs 15 (Durst & Vogt, 1988)
Oleh karena itu adalah mutlak bahwa pergeseran belt conveyor dilakukan dengan seksama sesuai dengan kemajuan penambangan. BWE banyak digunakan tidak saja pada tambang terbuka batubara melainkan juga di tambang kaolin, oil-sand, bauksit, oil-shale, bijih tembaga, posfat, bijih pasir besi, intan, bijih mangan, gamping, lempung dan gravel (Golosinski, 1984; Rodenberg, 1987; Bordia, 1987; Golosinski & Singhal, 1987; Schroder & Trumper, 1993).
Mulai tahun 70-an, BWE tidak saja dibatasi untuk menggali material tanah. Alat ini mulai menggantikan peralatan gali material keras seperti power shovel, dragline, dozer dan front-end loader untuk tingkat produksi yang sama.
Namun demikian penggunaan BWE masih dalam batas kemampuan gigi buket untuk merobek material. Menurut pengalaman meningkatnya penggunaan BWE disebabkan oleh beberapa faktor antara lain :
(1) Karena sistem operasi kontinyu dan bobot struktur lebih rendah, alat ini secara fisik lebih kecil dibanding dengan alat gali konvensional lainnya untuk mengerjakan tugas yang sama.
(2) Kebutuhan daya singkatnya lebih kecil daripada shovel dan dragline karena tidak ada perbedaan daya puncak yang tinggi.
(3) Jari-jari pemuntahan material dapat dirancang cukup jauh sehingga BWE tidak perlu bekerja satu tingkat dengan alat transportnya, dan material bongkaran dapat dimuat ke-dalam berbagai macam alat angkut.
(4) Sebuah BWE dapat dirancang untuk beroperasi secara efisien untuk berbagai tinggi dan kemiringan jenjang dan juga dapat beroperasi dalam kondisi material lembek.
(6) Hasil penggalian berupa material berukuran relatif kecil yang memungkin-kan pemuatan langsung ke belt conveyor tanpa preparasi tambahan lainnya.
(7) Otomatisasi operasi BWE dapat dilakukan dengan mudah, mengurangi jumlah pekerja.
Kerugian utama pengggunaan BWE adalah rendahnya mobilitas dan ketidakmampuannya menggali material keras serta konsentrasi boulder besar.
Menurut Golosinski (1984) BWE heavy-duty dengan gaya gali tinggi sudah banyak dipakai secara luas di Russia untuk menambang bijih mangan, besi dan batubara. Sebuah BWE di tambang batubara Ekibastuz bekerja pada material dengan kuat tekan maksimum 25 MPa dan memiliki lapisan shale dan sandstone setebal 3 m dengan kuat tekannya sampai 75 MPa. Contoh lainnya adalah tambang batubara di Semirara, Filipina, dimana BWE produk Voest Alpine dapat menghasilkan gaya putar sebesar 180 kN.
Permintaan konsumen untuk penggalian material yang relatif keras dalam jumlah besar dan efisien mengilhami O&K untuk melahirkan kompak BWE yang mampu menggali material gamping di Tambang gamping Teutonia dekat Hannover, dengan kuat tekan antara 13-20 MPa (Schroder & Trumper, 1993). Akhirnya O&K membuat Kompak BWE dengan tipe BWE S400/250 (lihat Gambar 11). Out-put teoritik adalah 1080 cm/jam dari diameter roda 5.6 m dengan daya motor roda sebesar 315 kW.
BWE S400/250 ini dilengkapi dengan 16 buket dan 16 pre-cutter dan menggali dengan kecepatan 2.9 m/detik. Masing-masing buket dipasang terpisah dan duduk berdekatan satu sama lain pada rodanya. Oleh karenanya kesemua buket dilas ke badan roda dan alat potong nya dirancang untuk tahan lama.
Gambar 11. Kompak BWE of S400/250 bekerja di Kuari gamping Teutonia, Jerman (Schroder & Trumper, 1993).
3.2. PERKEMBANGAN CONTINUOUS MINERS
Bagian ini membahas sejarah perkembangan continuous miner baik untuk tambang bawah tanah maupun tambang terbuka. Perkembangan continuous surface miners (CSM) mulanya berasal dari continuous miner tambang bawah tanah sekitar 10 tahun yang lalu.
Walaupun peledakan adalah pilihan utama untuk pembongkaran material keras, keuntungan alat gali mekanis tampaknya meningkat untuk berbagai proyek penggalian dan ini disebabkan oleh beberapa faktor seperti :
(1) Keuntungan ekonomis
(2) Memiliki faktor keamanan yang lebih baik (3) Mudah untuk otomatisasi
(4) Dapat melakukan penggalian dengan lebih akurat
(5) Dinding penggalian tidak hancur, terawat dan tetap stabil.
(6) Ukuran hasil bongkaran dapat diangkut dengan belt conveyor dengan mudah
(7) Penggunaannya meningkat pada daerah yang membatasi vibrasi peledakan
Penggunaan efektif alat potong drag tool pada alat gali bawah tanah telah terbukti pada tambang batubara bawah tanah. Hal ini terus berlanjut pada pengggalian lapisan interburden batubara hingga ke formasi batuan yang lebih lunak. Ringkasan perkembangan peralatan gali mekanik bawah tanah, yang sebenarnya untuk batubara ditunjukkan pada Gambar 12. Beberapa skematik diagram dari alat yang disebutkan pada Gambar 12 dapat dilihat pada gambar-gambar selanjutnya.
Rock excavation machines
Drag tool Soft rock mineral production (coal) Tunnelling and development Longwall machines Coal plough Trepanner Shearer Continuous miner Pickmat Hardhead Axial boring machines Road header Axial Transverse Disk cutter Circular fullface TBM Raise boring machines Shaft sinking machines Robbins mobile miner
Gambar 12. Tipe utama alat gali mekanik bawah tanah (Fowell, 1993)
Untuk kepentingan tambang terbuka, berbagai cara telah dicoba untuk membuat continuous surface miner bagi tambang terbuka yang ekonomis dan mampu bersaing dengan pemboran peledakan. Untuk itu beberapa produk seperti, Voest Alpine Surface Miner, Krupp Surface Miner, Wirtgen Surface Miner dan Huron Surface Miner sudah dipakai pada berbagai tambang terbuka dengan tingkat kesuksesan yang berbeda. Teknik pemboran-peledakan dan alat potong gali semakin meningkat, dan peralatan konvensional seperti ekskavator, dozer, dragline dan front-end loader juga
semakin besar, canggih dan kokoh sehingga memberikan tingkat produktivitas yang tinggi serta nilai ekonomi yang baik.
Gambar 13. Coal Plough (Fowell, 1993)
Gambar 15. Ranging Drum shearer (Fowell, 1993)
Gambar 17. Mesin Axial Boom Tunnelling (Fowell, 1993)
Gambar 19. Gambaran skematik Tunnel Boring Machine (TBM, Fowell, 1993)
Gambar 21. Robbins Mobile Miner (Fowell, 1993)
Gambar 22. Joy Continuous Miner (Fowell, 1993)
Namun perlu dicatat disini bahwa Surface Miner (SM) lebih cocok untuk selective mining dari pada untuk penambangan biasa. Hal ini juga menunjang kepentingan ekonomis para penambang dimana saat ini sumber daya mineral semakin tipis, yang kadarnya juga semakin rendah. Dengan demikian penambangan material yang ekonomis menjadi tujuan utama. Dalam kaitannya dengan masalah ini Krupp Surface Miner 4000 (KSM-4000) mampu menggali material setebal 3 cm.
Perusahaan Krupp Industrietechnik dari Jermany perlu waktu 8 tahun untuk dapat memasarkan KSM-4000 di tambang terbuka Amerika. Salah satu KSM-4000 menggali batubara bituminuous dengan kuat tekan 25 MPa (lihat Gambar 23). Bahkan menurut pembuatnya KSM-4000 mampu menggali material hingga kuat tekan 40 MPa, termasuk batubara keras, bauksit, posfat, gamping, oli sand, gipsum, lempung dan beberapa material berlapis dimana bidang rekahan dapat membantu penggalian.
Gambar 23. KSM-400 operasi di tambang batubara Rawhide, Gillette, Wyoming, USA.
Perlu dicatat disini bahwa semua perusahaan pembuat Surface Miner mengembangkan mesinnya dari kekuatan teknologi awalnya. Misalnya, Krupp Surface Miner berkembang dari teknologi BWE, sedangkan Voest Alpine Surface Miner berkembang dari roadheadernya. Perkembangan teknologi ini ditunjukkan pada Gambar 24 dan Tabel 7.
Pada pembongkaran dan pembuatan jalan mesin yang menggunakan prinsip milling permukaan jalan adalah Wirtgen. Mekanisme ini membuat material yang digali dapat didaur ulang kembali kepermukaan semula. Skematik alat ini ditunjukkan pada Gambar 25. Produk model Wirtgen yang ada di pasaran adalah 1900SM, 2600SM, 3000SM, 3500SM, and 4200SM. KRUPP BUCKET WHEEL EXCAVATOR WIRTGEN ROAD MILLING MACHINE VOEST ALPINE ROADHEADER KSM XXXX WIRTGEN XXXXSM VASM-XX
Gambar 24. Sejarah perkembangan Surface Miner
Tabel 7. Klasifikasi Continuous Surface Miners (modifikasi Klaus Janecke, 1988)
SURFACE MILLING MINER
Drum, centrally Drum, frontal (DWE)
Easi Miner by Huron Continuous Excavators by Forster-Miller SM series by Wirtgen WL-50 Excavators by Barber Green
Satterwhite Excavators by Unit Rig C-Miner by PWH/Paurat
KSM 4000 BOOM MINER
Drum Cut Header
CME-12 by Rahco TB 3000 by Dosco
Voest Alpine Surface Miner (VASM) WAV 170 by Westfalia ET-400 by Atlas Copco-Eickhoff
Gambar 25. Prinsip desain Wirtgen Surface Miner (modifikasi Georgen dkk, 1984)
Gambar 26. Voest Alpine Surface Miner 2D
Prototipe pertama Voest Alpine Surface Miner dibuat pada tahun 1988 dan dicoba pada kuari gamping di Austria. Prototipe ini diikuti dengan tipe VASM-1D dengan lebar dan tinggi penggalian adalah 4.5 m dan 4 m. Tipe ini kemudian disusul oleh tipe VASM-2D (lihat Gambar 26). Unit ini mempunyai keistimewaan dalam cara penggaliannya. Drum gali berputar sambil ber-osilasi kiri-kanan pada sebuah rel sehingga total lebar gali adalah 5 m.
Drumnya berisi 48 alat potong (point attack pick) yang spesifikasinya dapat diubah sesuai menurut kebutuhan.
Tabel 8. Tipe dan karakteristik Eksavator (Bordia, 1987)
Sistem Pabrik pembuat UCS Cutting depth Laju penggalian Kapasitas maks.
MPa m m/menit ton/jam
BWE Takraf - Russia Voest-Alpine 25 0.2 - 7.0 N/A 1000 Milling Wirtgen/Huron 100 0.0 - 0.6 0 - 25 2500 Shearer PWH C-Miner 150 1.8 - 2.5 0 - 10 2100 Rotation Oscillation Voest-Alpine Surface Miner*) 100 N/A 60 - 180 1600
DAFTAR PUSTAKA
1. Adler, L., “Excavating Methods Related to Joint System Stability”, International Symposium on Geotechnical Stability in Surface Mining”, Calgary, 1986.
2. Adler, Lawrence dan Naumann, Hans E., “Analyzing Excavation and Materials Handling Equipment”, Department of Mining Engineering, Virginia Polytechnic Institute, Blacksburg, Va, 1970.
3. Martin, J. A., et.al., “Surface Mining Equipment”, Martin Consultant Inc., Golden, Colo, 1982.
4. Suseno Kramadibrata, “Pemindahan Tanah Mekanis”, Jurusan Teknik Pertambangan, FTM-ITB, 1997.
