Metode Tambang Batubara
1. SISTEM PENAMBANGAN BATUBARASistem penambangan batubara ada 3, yaitu: - Penambangan Terbuka
- Penambangan Bawah Tanah - Penambangan dengan Auger
1.1 Penambangan batubara terbuka
1.1.1 Kegiatan dalam tambang batubara terbuka
Kegiatan-kegiatan dalam tambang batubara terbuka adalah sebagai berikut. a. Persiapan daerah penambangan
b. Pengupasan dan penimbunan tanah humus c. Pengupasan tanah penutup
d. Pemuatan dan pembuangan tanah penutup (misalnya dengan shovel dan truk, BWE, dan dragline) e. Penggalian batubara
f. Pemuatan dan pengangkutan batubara g. Penirisan tambang
h. Reklamasi
1.1.2 Macam-macam tambang batubara terbuka
Pengelompokan jenis-jenis tambang terbuka batubara didasarkan pada letak endapan, dan alat-alat mekanis yang dipergunakan. Teknik penambangan pada umumnya dipengaruhi oleh kondisi geologi dan topografi daerah yang akan ditambang. Jenis-jenis tambang terbuka batubara dibagi menjadi :
1) Contour mining
Contour mining cocok diterapkan untuk endapan batubara yang tersingkap di lereng pegunungan atau bukit. Cara penambangannya diawali dengan pengupasan tanah penutup (overburden) di daerah singkapan di sepanjang lereng mengikuti garis ketinggian (kontur), kemudian diikuti dengan
penambangan endapan batubaranya. Penambangan dilanjutkan ke arah tebing sampai dicapai batas endapan yang masih ekonomis bila ditambang.
a. Conventional contour mining
Pada metode ini, penggalian awal dibuat sepanjang sisi bukit pada daerah dimana batubara tersingkap. Pemberaian lapisan tanah penutup dilakukan dengan peledakan dan pemboran atau menggunakan
dozer dan ripper serta alat muat front end leader, kemudian langsung didorong dan ditimbun di daerah lereng yang lebih rendah (Gambar 1.1). Pengupasan dengan contour stripping akan menghasilkan jalur operasi yang bergelombang, memanjang dan menerus mengelilingi seluruh sisi bukit.
b. Block-cut contour mining
Pada cara ini daerah penambangan dibagi menjadi blok-blok penambangan yang bertujuan untuk mengurangi timbunan tanah buangan pada saat pengupasan tanah penutup di sekitar lereng. Pada tahap awal blok 1 digali sampai batas tebing (highwall) yang diijinkan tingginya. Tanah penutup tersebut ditimbun sementara, batubaranya kemudian diambil. Setelah itu lapisan blok 2 digali kira-kira
setengahnya dan ditimbun di blok 1. Sementara batubara blok 2 siap digali, maka lapisan tanah penutup blok 3 digali dan berlanjut ke siklus penggalian blok 2 dan menimbun tanah buangan pada blok awal. Pada saat blok 1 sudah ditimbun dan diratakan kembali, maka lapisan tanah penutup blok 4 dipidahkan ke blok 2 setelah batubara pada blok 3 tersingkap semua. Lapisan tanah penutup blok 5 dipindahkan ke blok 3, kemudian lapisan tanah penutup blok 6 dipindahkan ke blok 4 dan seterusnya sampai selesai (Gambar 1.2). Penggalian beruturan ini akan mengurangi jumlah lapisan tanah penutup yang harus diangkut untuk menutup final pit.
Gambar 1.1 Conventional Contour Mining (Anon, 1979)
Gambar 1.2 Block-Cut Contour Mining (Anon, 1979) c. Haulback contour mining
Metode haulback ini (Gambar 1.3 dan 1.4) merupakan modifikasi dari konsep block-cut, yang memerlukan suatu jenis angkutan overburden, bukannya langsung menimbunnya. Jadi metode ini
membutuhkan perencanaan dan operasi yang teliti untuk bisa menangani batubara dan overburden secara efektif.
Ada tiga jenis perlatan yang sering digunakan, yaitu : a. Truk atau front-end loader
b. Scrapers
c. Kombinasi dari scrapers dan truk
Gambar 1.4 Haulback dengan menggunakan kombinasi scraper dan truk (Chioronis, 1987)
d. Box-cut contour mining
Pada metode box-cut contour mining ini (Gambar 1.5) lapisan tanah penutup yang sudah digali, ditimbun pada daerah yang sudah rata di sepanjang garis singkapan hingga membentuk suatu tanggul-tanggul yang rendah yang akan membantu menyangga porsi terbesar dari tanah timbunan.
Gambar 1.5 Metode Box-Cut Contour Mining (Chioronis, 1987) 2) Mountaintop removal method
Metode mountaintop removal method ini (Gambar 1.6) dikenal dan berkembang cepat, khususnya di Kentucky Timur (Amerika Serikat). Dengan metode ini lapisan tanah penutup dapat terkupas seluruhnya, sehingga memungkinkan perolehan batubara 100%.
Gambar 1.6 Mountaintop Removal Method (Chioronis, 1987) 3) Area mining method
Metode ini diterapkan untuk menambang endapan batubara yang dekat permukaan pada daerah mendatar sampai agak landai. Penambangannya dimulai dari singkapan batubara yang mempunyai lapisan dan tanah penutup dangkal dilanjutkan ke yang lebih tebal sampai batas pit.
Terdapat tiga cara penambangan area mining method, yaitu :
a. Conventional area mining method
Pada cara ini, penggalian dimulai pada daerah penambangan awal sehingga penggalian lapisan tanah penutup dan penimbunannya tidak terlalu mengganggu lingkungan. Kemudian lapisan tanah penutup ini ditimbun di belakang daerah yang sudah ditambang (Gambar 1.7).
Gambar 1.7 Conventional Area Mining Method (Chioronis, 1987) b. Area mining with stripping shovel
Cara ini digunakan untuk batubara yang terletak 10–15 m di bawah permukaan tanah. Penambangan dimulai dengan membuat bukaan berbentuk segi empat. Lapisan tanah penutup ditimbun sejajar dengan arah penggalian, pada daerah yang sedang ditambang. Penggalian sejajar ini dilakukan sampai seluruh endapan tergali (Gambar 1.8).
c. Block area mining
Cara ini hampir sama dengan conventional area mining method, tetapi daerah penambangan dibagi menjadi beberapa blok penambangan. Cara ini terbatas untuk endapan batubara dengan tebal lapisan
tanah penutup maksimum 12 m. Blok penggalian awal dibuat dengan bulldozer. Tanah hasil penggalian kemudian didorong pada daerah yang berdekatan dengan daerah penggalian (Gambar 1.9).
Gambar 1.8 Area Mining With Stripping Shovel (Chioronis, 1987)
4) Open pit Method
Metode ini digunakan untuk endapan batubara yang memiliki kemiringan (dip) yang besar dan curam. Endapan batubara harus tebal bila lapisan tanah penutupnya cukup tebal.
a. Lapisan miring
Cara ini dapat diterapkan pada lapisan batubara yang terdiri dari satu lapisan (single seam) atau lebih (multiple seam). Pada cara ini lapisan tanah penutup yang telah dapat ditimbun di kedua sisi pada masing-masing pengupasan (Gambar 1.10).
Gambar 1.10 Open Pit Method pada lapisan miring (Hartman, 1987) b. Lapisan tebal
Pada cara ini penambangan dimulai dengan melakukan pengupasan tanah penutup dan penimbunan dilakukan pada daerah yang sudah ditambang. Sebelum dimulai, harus tersedia dahulu daerah
singkapan yang cukup untuk dijadikan daerah penimbunan pada operasi berikutnya (Gambar 1.11). Pada cara ini, baik pada pengupasan tanah penutup maupun penggalian batubaranya, digunakan sistem jenjang (benching system).
Gambar 1.11 Open Pit Method pada lapisan tebal (Hartman, 1987) 1.2 Penambangan batubara bawah tanah
Metode penambangan batubara bawah tanah ada 2 buah yang populer, yaitu: - Room and Pillar
- Longwall
1.2.1 Room and Pillar
Metode penambangan ini dicirikan dengan meninggalkan pilar-pilar batubara sebagai penyangga alamiah. Metode ini biasa diterapkan pada daerah dimana penurunan (subsidence) tidak diijinkan. Layout Metode Room and Pillar dapat dilihat pada Gambar 1.12. Penambangan ini dapat dilaksanakan secara manual maupun mekanis.
Gambar 1.12 Metode Room and Pillar 1.2.2 Longwall
Metode penambangan ini dicirikan dengan membuat panel-panel penambangan dimana ambrukan batuan atap diijinkan terjadi di belakang daerah penggalian. Layout Metode Longwall dapat dilihat pada Gambar 1.13. Penambangan ini juga dapat dilaksanakan secara manual maupun mekanis.
Gambar 1.13 Metode Longwall
1.3 Penambangan dengan Auger (Auger Mining)
Auger mining adalah sebuah metode penambangan untuk permukaan dengan dinding yang tinggi atau
penemuan singkapan (outcrop recovery) dari batubara dengan pemboran ataupun penggalian bukaan ke dalam lapisan di antara lapisan penutup. Auger mining dilahirkan sebelum 1940-an adalah metode untuk mendapatkan batubara dari sisi kiri dinding tinggi setelah penambangan permukaan secara konvensional. Penambangan batubara dengan auger bekerja dengan prinsip skala besar drag bit rotary drill. Tanpa merusak batubara, auger mengekstraksi dan menaikkan batubara dari lubang dengan memiringkan konveyor atau pemuatan dengan menggunakan loader ke dalam truk.
Pengembangan dan persiapan daerah untuk auger mining adalah tugas yang mudah jika dilakukan bersamaan dengan pemakaian metode open cast atau open pit. Setelah kondisi dinding tinggi, auger drilling dapat ditempatkan pada lokasi. Kondisi endapan yang dapat menggunakan metode ini
berdasarkan Pfleider (1973) dan Anon (1979) adalah endapan yang memiliki penyebaran yang baik dan kemiringannya mendekati horisontal, serta kedalamannya dangkal (terbatas sampai ketinggian dinding dimana auger ditempatkan, lihat Gambar 1.14 dan 1.15).
Gambar 1.14 Auger Mining pada lapisan batubara dengan kemiringan lapisan rendah (Salem Tool Inc.,1996)
Gambar 1.15 Auger Mining pada lapisan batubara dengan kemiringan lapisan curam (Salem Tool Inc.,1996)
Rencana Pengolahan Batubara
1. Tujuan proses pengolahan
Dikaitannya dengan rencana pemasaran dan operasi penambangan batubara, maka pengadaan proses pengolahan batubara (Coal Processing Plant /CCP) bertujuan untuk mengolah batubara menjadi produk batubara ( product area ) yang sesuai dengan permintaan pasar. Dengan mempertimbangkan
beberapa hal, misalnya kualitas atau mutu cadangan batubara, metode penambangan yang terpilih, serta kualitas permintaan pasar, maka proses pengolahan batubara, meliputi ruang lingkup proses sebagai berikut:
a. Melakukan reduksi ukuran (size reduction) melalui penggerusan (crushing) b. Melakukan pemisahan (clasification) melalui pengayakan (screening) c. Melakukan pencampuran (blending) batubara
d. Melakukan penimbunan/penumpukan batubara (sitockpilling) e. Melakukan penanganan limbah air (water pollution treatment).
2. Desain pengolahan batubara
Dalam upaya mengolah batubara menjadi produk akhir yang diminati konsumen perlu rancangan pengolahan yang komprehensif agar pelayanannya memuaskan. Rancang bangun unit pengolahan
didasarkan pada faktor-faktor antara lain: target atau permintaan pasar rata-rata, kualitas batubara dari tambang (raw coal), spesifikasi produk akhir yang diminta, ketersediaan lahan untuk area pengolahan termasuk tempat penimbunan (stockpile) dan ketersediaan air disekitar area pengolahan. Semua f aktor tersebut diatas akan menentukan jenis, dimensi dan
kapasitas peralatan atau mesin pengolahan yang dibutuhkan serta flowsheet pengolahan yang sesuai dengan memperhatikan unsur keselamatan kerja.
2.1 Kapasitas produksi
Kapasitas produksi pengolahan batubara harus mampu mencapai atau memenuhi target produksi optimum yang direncanakan misal, yaitu 2.000.000 ton per tahun dengan kapasitas stockpile sebesar 200.000 ton/2 bulan. Berdasarkan target tahunan tersebut dapat dihitung kapasitas unit pengolahan yang beroperasi 2 shift/hari (8 jam/shift), 28 hari/bulan dan efisiensi kerja 80% sebagai berikut:
T = 0,80 x 16 jam/hari x 28 hari/bulan x 12 bulan/tahun = 4300 jam/tahun 2.000.000 ton/tahun
K = --- = 465 ton/jam 4300 jam/tahun
Loses factor = 8% = 0,08 x 465 = 37 ton/jam Kterpasang = 465 + 37 = 502 ton/jam
Di mana T dan K masing-masing adalah waktu produksi dan kapasitas produksi. Dengan loses factor sebesar 8% akan diperoleh kapasitas terpasang sekitar 500 ton/jam.
2.2 Kualitas produksi
Kualitas produksi hasil proses pengolahan batubara harus dapat me menuhi persyaratan yang diinginkan pasar. Berdasarkan survey pasar dapat disimpulkan bahwa kualitas batubara yang harus dihasilkan proses pengolahan seperti terlihat pada Tabel berikut :
2.3 Prosedur pengolahan batubara
Prosedur pengolahan memperlihatkan tahapan proses pengolahan batubara mulai dari penimbunan raw coal di lokasi pabrik pengolahan sampai produk akhir. Gambar 1 adalah diagram alir (flowsheet) proses pengolahan yang merupakan gambaran dari prosedur pengolahan batubara.
a. Persiapan pengumpanan (feeding)
Sebagai umpan (feed) awal proses pengolahan adalah batubara dari tambang atau ROM atau raw coal yang ditumpuk di stockpile di lokasi pengolahan. Ukuran maksimum umpan awal ini direncanakan 300 mm, sedangkan terhadap umpan yang lebih besar d ari 300 mm akan dilakukan pengecilan secara manual menggunakan hammer breaker. Baik umpan batubara dari tambang maupun hasil pengecilan ulang semuanya dimasukkan ke hopper menggunakan wheel loader untuk dilanjutkan ke proses reduksi dan pengayakan sampai diperoleh produkta akhir yang siap jual.
b. Pengay akan dengan Grizzly
Grizzly berfungsi memisahkan fraksi batubara berukuran +300 mm dengan -300 mm dan posisinya terletak tepat di bawah hopper. Lubang bukaan (opening) grizzly berukuran 300 mm x 300 mm.
Undersize grizzly -300 mm diangkut belt conveyor untuk u mpan crusher primer. Sedangkan fraksi +300 mm di kembalikan ke tumpukan untuk dire duksi ulang menggunakan hammer breaker. Hasil reduksi ulang dikembalikan lagi ke grizzly untuk pemisahan atau pengayakan ulang. Proses ini berlangsung terus menerus selama shift kerja berlangsung.
c. Peremukan tahap awal (primary crusher)
Proses peremukan awal bertujuan untuk mereduksi ukuran fraksi batubara -300 mm menjadi ukuran rata-rata 150 mm. Dengan demikian nisbah reduksi (reduction ratio) pada tahap primer ini adalah 2. Alat yang digunakan adala h roll crusher yang berkapasitas 50 0 ton/jam. Untuk menaksir power atau energi (hp) crusher digunakan rumus Bond Crusher Work Index Equation seperti terlihat berikut ini.
di mana:
Wi = Indeks kerja (work index) yang diperoleh dari hasil uji kemampu-gerusan (grindability) di lab, untuk batubara sekitar 11,37
C = konstanta dari pabrik pembuat unit crusher, biasanya di atas 10 tergantung jenis bahan metal pembentuk crusher tersebut. Untuk batubara diambil 10
F = diameter umpan yang 80% lolos (hasil uji analisis ayak di lab), P = diameter produkta yang 80% lolos (hasil uji analisis ayak di lab), Faktor = konstanta jenis crusher, untuk primer = 0,75 dan sekunder = 1
Hasil perhitungan untuk menaksir kebutuhan energi crusher primer dengan menggunakan persamaan (1) dan (2) hasilnya sebagai berikut:
F = dijamin konsisten berukuran -300 mm (300.000) sebanyak 80% P = dijamin konsisten berukuran -150 mm (150.000) sebanyak 80% faktor = 0,75 (crusher primer)
d. Pengayakan (screening) tahap-1
Proses pengayakan adalah salah satu proses yang bertujuan untuk mengelompokan ukuran fraksi batubara, sehingga disebut juga dengan proses classification. Alat yang dipakai untuk pengayakan biasanya ayakan getar (vibrating screen). Pada pengolahan batubara ini proses pengayakan tahap awal menggunakan vibrating screen-1 untuk memisahkan fraksi ukuran +150 mm dan -150 mm. Fraksi -150 mm adalah umpan secondary crusher, sedangkan + 150 mm diresirkulasi sebagai umpan crusher primer untuk diremuk ulang. Produkta dari proses pengayakan harus selalu dijaga konsistensi laju kapasitasnya sebanyak 500 ton/jam. Untuk itu perlu dilakukan penaksiran dimensi (panjang dan lebar) dari ayakan (screen) yang harus dipasang.
Terdapat beberapa metoda untuk menentukan dimensi screen dan cara yang dipakai dalam rancangan unit screen dalam studi ini adalah cara grafis dengan beberapa rangkuman konstanta (faktor) yang diperlukan seperti terlihat pada Tabel 2. Konstanta tersebut merupakan faktor yang
telah disesuaikan dengan kondisi di lapangan yang umumnya digunakan untuk pengayakan batubara. Gambar 2.a adalah kurva untuk menghitung produkta hasil pengayakan (ton/jam/ft²) dan Gambar 2.b hubungan antara lebar ayakan dengan laju produkta per inci bed depth (ketebalan lapisan aggregate batubara di atas ayakan) dengan kecepatan 1 ft/sec. Kapasitas screen dirumuskan sebagai berikut:
K = P x E x D x F x W x T x B (3) di mana:
K = kapasitas, ton/jam/sqft P = produksi, ton/jam/sqft
Tabel 1. Faktor dan konstanta pengukuran luas screen
Hubungan Antara Produksi (ton/jam/cuft) dengan ukuran produkta dan Hubungan Antara Lebar Ayakan dengan Bed depth pada Kecepatan Alir 1 ft/sec
Berikut adalah tahapan perhitungan dimensi vibrating screen-1 untuk mengayak batubara 150 mm.
(1) Asumsi kondisi proses (sesuai konstanta atau scoring pada Tabel 2)
Posisi deck paling atas dengan opening 150 mm 6 inci; D = 1,00 Diasumsikan umpan bermuatan 60% berukuran -3 inci; F = 1,40
Spesifikasi oversize hasil pengayakan masih mengandung 10% berukuran -6 inci; E = 1,25 Bentuk lubang bukaan bujursangkar (square) berukuran 6¼” x 6¼”; T =1,00
Densitas aggregate batubara 60 lbs/cuft (dibandingkan dengan densitas batubara berbasis 60 lbs/cuft, sesuai kurva pada Gambar 2.a); B = 60
60 = 1,00
Tidak dilakukan penyemprotan di atas screen; W = tidak ada skor
Laju pengumpanan 625 ton/jam dengan kandungan -6 ” = 80%, jadi kemungkinan produkta lolos = 0,8 x 625 = 500 ton/jam.
(2) Luas screen yang diperlukan
Dari kurva pada Gambar 2.a diperoleh 4 ton/jam per sqft
Kapasitas (pers. 3) = 4 x 1,25 x 1 x 1,4 x 1x 1 = 7 ton/jam per sqft Laju produksi = 0,8 x 625 = 500 ton/jam
Luas screen yang diperlukan = 500 / 7 = 71,43 sqft
(3) Perhitungan bed depth
Dipertimbangkan pengurangan lebar screen total akibat diameter kawat ayakan sekitar 6”. Kemudian dicoba lebar screen 5 ft (lebar bersih 4 ft-6”)
Dari Gambar 2.b diestimasi laju produksi terbaca 40 ton/jam per inci ketebalan aggregate batubara pada kecepatan 1 ft/sec = 60 ft/men (densitas aa ggregat 60 lbs/cuft dan lebar efektif screen 4 ft-6”)
Bila kecepatan aliran batubara pada kemiringan 18º = 55 ft/men, maka laju aggregate per inci bed depth = 40 x 55 / 60 = 37 ton/jam per inci bed depth
Oversize = (0,20 x 625) + (0,10 x 500) = 175 ton/jam Jadi bed depth = 175 / 37 = 5”
Bila dibandingkan bed depth (5”) dengan ukuran fraksi batubara yang diayak rata-rata 6”, maka akan terbentuk hanya satu layer di atas permukaan screen. Untuk memperoleh efisiensi pengayakan yang tinggi perlu dilaku kan simulasi dengan mengubah sudut screen.
Dari perhitungan luas screen diatas, yaitu 71,43 sqft, kemudian disesuaikan dengan spesifikasi unit screen dari pabrik pembuatnya. Sebagai contoh screen buatan NORDBERG seri RS yang berukuran 5 x 16 ft, yaitu TY516RS dapat digunakan. Luas screen TY516RS adalah 80 sqft berarti lebih besar dari perhitungan dan power yang diperlukan antara 15–20 HP (11–15 kW). Pemilihan screen tersebut didasari oleh tidak adanya di mensi screen yang sesuai persis dengan hitungan dan screen dengan seri tersebut yang paling mendekati. Disamping itu screen jenis ini dimanfaatkan untuk pemisahan partikel kasar maupun halus serta material yang bersifat lembab dan lengket, jadi cocok untuk pengayakan batubara. Keuntungan lainnya adalah kapasitas pengayakan dapat ditambah.
e. Peremukan sekunder (secondary crushing)
Proses peremukan sekunder bertujuan untuk mereduksi ukuran fraksi batubara -150 mm menjadi ukuran rata-rata 50 mm, dengan demikian nisbah reduksi pada tahap sekunder ini adalah 3. Alat yang digunakan sama seperti peremuk primer, yaitu roll crusher berkapasitas 500 ton/jam. Dilihat dari besarnya nisbah reduksi, yang lebih besar dibanding peremuk primer, maka dapat diperkirakan bahwa energi yang diperlukan akan lebih besar pula. Taksiran energi tersebut dihitung sebagai berikut: F = dijamin konsisten berukuran -150 mm (150.000 ) sebanyak 80%
P = dijamin konsisten berukuran -50 mm (50.000 ) sebanyak 80% faktor = 1,00 (crusher sekunder)
e. Pengayakan tahap-2
Jenis alat yang dipakai adalah vibrating screen yang digunakan untuk memisahkan fraksi berukuran -50 mm. Umpan yang masuk adalah hasil peremukan dari crusher sekunder berukuran -150 mm. Agar memperoleh kapasitas sesuai dengan target, maka perhitungan dimensi ayakan pada tahap-2 ini sama seperti yang telah diuraikan pada perhitungan dimensi ayakan tahap-1.
