APLIKASI SISTEM MONITORING TERPADU PADA TAMBANG BATUBARA BAWAH TANAH. Hasniati Astika

(1)

Mineral dan Batubara

APLIKASI SISTEM MONITORING TERPADU PADA TAMBANG

BATUBARA BAWAH TANAH

Hasniati Astika

Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara “tekMIRA”

hasni@tekmira.esdm.go.id

S A R I

Pengembangan aplikasi ini dilaksanakan dalam rangka membuat sistem monitoring secara terpadu kondisi tambang batubara bawah tanah dan menyediakan informasi secara real time yang dapat di baca di pusat monitoring dalam satu jaringan. Peralatan monitoring yang dirangkai merupakan pengembangan dari peralatan monitoring yang pernah dikembangkan Puslitbang tekMIRA sejak tahun 2007, antara lain alat monitoring keruntuhan atap, alat monitoring gas metana, karbonmonoksida, karbondioksida, dan oksigen, dan alat monitoring temperatur batubara. Sistem terdiri dari rangkaian perangkat keras dan perangkat lunak antara lain rangkaian datalogger sebagai penangkap data dari sensor dan peralatan monitoring, rangkaian RS485 repeater sebagai penguat data, dan rangkaian radio modem pengirim di mulut tambang. Keseluruhan rangkaian tersebut dihubungkan oleh kabel data di dalam tambang bawah tanah. Data dari radio modem di mulut tambang dikirimkan menggunakan sistem telemetri dan diterima oleh radio modem penerima di ruangan monitoring.

Proses perekaman data diatur setiap satu menit dan diolah oleh software Centralized Monitoring System (CMS) yang dibuat khusus untuk digunakan dalam sistem monitoring terpadu ini. Hasil dari pembacaan oleh software dapat langsung dibaca di layar monitor dalam satu halaman yang terdiri dari 16 kanal pembacaan. Dan data dapat langsung tersimpan dalam database. Ujicoba sistem dan alat monitoring dilakukan di tambang batubara bawah tanah Sawahluwung, PT. Bukit Asam Unit Penambangan Ombilin (UPO), Sawahlunto, Sumatera Barat. Peralatan monitoring ditempatkan di dekat permuka kerja tambang, yaitu di sekitar titik J5C sekitar 1500 meter dari mulut tambang. Dari hasil ujicoba sistem monitoring terpadu yang telah terpasang sejak Juli 2012, seluruh peralatan monitoring dapat membaca dan merekam data hasil monitoring.

Kata kunci : sistem monitoring terpadu, tambang bawah tanah

1. PENDAHULUAN

Dimasa yang akan datang industri tambang akan lebih mengarah pada metode tambang bawah tanah, hal tersebut sejalan dengan semakin banyaknya konsumsi terhadap bahan hasil tambang dan semakin sulitnya untuk memperoleh bahan tersebut di permukaan. Dengan semakin dalamnya bahan tambang

yang harus diambil maka berdampak pula pada resiko kerja dari penambangan tersebut. Berdasarkan dengan pasal 96 UU No 4 tahun 2009 tentang Pertambangan Mineral dan Batubara maka setiap pelaku usaha di bidang pertambangan wajib menerapkan kaidah pertambangan yang baik dan benar (good mining practice) dengan selalu mengutamakan keselamatan dan kesehatan kerja.

(2)

Mineral dan Batubara

Beberapa negara maju dan industri-industri

yang besar telah mengembangkan teknologi monitoring terpadu kondisi tambang batubara bawah tanah. Sistem dan peralatan keselamatan kerja modern yang digunakan dapat sangat kompleks dan mahal, sehingga teknologi tersebut masih sangat mungkin untuk dikembangkan lebih lanjut sesuai dengan kebutuhan saat ini, dan perlu untuk dikembangkan sendiri di dalam negeri agar dapat lebih menghemat pengeluaran terhadap barang-barang import dan mudah untuk diaplikasikan.

Pengembangan sistem monitoring terpadu ini merupakan bagian dari pengembangan peralatan keselamatan kerja sederhana untuk menunjang perkembangan tambang batubara bawah tanah yang telah dimulai dari 2007, antara lain pengembangan alat monitoring kestabilan lubang bukaan tambang bawah tanah dengan mengunakan gelombang ultrasonik, pengembangan alat monitoring sederhana untuk mendeteksi keruntuhan atap batuan (roof failure) pada tambang bawah tanah menggunakan potensio dan LVDT transducer. Pada 2010 dan 2011, Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara di bawah kelompok Penerapan Teknologi Penambangan Mineral dan Batubara telah melakukan inovasi untuk mengembangkan sistem perangkat pendeteksi bahaya gas metana dengan menggunakan sinar infra merah dan juga sistem deteksi gas pada tambang batubara bawah tanah dengan menggunakan sistem kabel dan telemetri. Kegiatan yang dilaksanakan tahun ini merupakan pengembangan dari beberapa peralatan monitoring dan juga sistem keselamatan kerja yang pernah dirancang sebelumnya. Sistem yang digunakan menggunakan sistem kabel dan telemetri yang terintegrasi antara peralatan pengukuran dan pendeteksian di dalam tambang ke ruang kontrol dipermukaan. Sistem kabel dan telemetri yang dirancang pada 2011 digunakan dan diujicobakan pada alat-alat keselamatan kerja tambang bawah tanah lainnya, antara lain: alat monitoring pergerakan batuan atap,

peralatan monitoring kondisi udara tambang, peralatan monitoring kondisi gas tambang dan peralatan monitoring temperatur batubara.

2. METODOLOGI

a. Observasi Kondisi Lapangan

Langkah awal dari kegiatan ini adalah melakukan studi literatur dan observasi kondisi lapangan. Studi literatur yang terkait dengan penelitian ini antara lain studi mengenai penelitian-penelitian terdahulu, juga dengan melakukan pengembangan terhadap peralatan dan sistem yang telah dikembangkan sebelumnya antara lain peralatan monitoring keruntuhan batuan atap, peralatan monitoring gas dan sistem monitoring menggunakan sistem kabel dan telemetri. Observasi kondisi lapangan yang dimaksud yaitu dengan melakukan pemantauan lokasi tambang batubara bawah tanah yang digunakan sebagai lokasi penerapan sistem, antara lain kondisi terowongan, mencari titik-titik lokasi penempatan jaringan dan peralatan monitoring. Lokasi penempatan peralatan monitoring yang tepat adalah di dekat front penambangan, agar sistem dapat memonitor sampai ke tempat terjauh dari terowongan tambang juga merupakan titik yang masih beresiko.

Perangkaian alat dilakukan di laboratorium tambang, antara lain dengan melakukan perangkaian antara lain: rangkaian datalogger yang akan terhubung dengan peralatan monitoring, rangkaian repeater, rangkaian radio modem juga persiapan perangkat lunak dan perangkat komputer monitoring.

b. Ujicoba di Laboratorium

Ujicoba awal dilakukan di laboratorium peralatan penambangan dengan melakukan running test (ujicoba alat dan sistem) di studio. Running test pada seluruh sistem dilakukan dengan menghubungkan seluruh rangkaian dengan kabel data. Pengujian dilakukan terhadap sistem

(3)

Mineral dan Batubara

kabel dan telemetri yang telah terangkai.

Gulungan pertama (1000 meter) mengubungkan datalogger dengan RS 485 repeater, yang terhubung dengan rangkaian radio modem pengirim setelah gulungan kabel kedua (1000 meter). Rangkaian radio modem penerima terhubung dengan komputer. Perubahan pada datalogger harus dapat terbaca oleh komputer. Apabila belum terbaca, dilakukan penyisiran jaringan, mulai dari setiap rangkaian peralatan, konektor-konektor dan perangkaian dengan kabel data. Setelah seluruh komponen telah terangkai dengan baik sistem telah dapat digunakan dan diujicobakan di lapangan.

c. Pemasangan Jaringan Sistem Monitoring Terpadu

Dalam kegiatan pemasangan peralatan dan sistem monitoring terpadu di lapangan, seluruh komponen, peralatan dan rangkaian perlu dipersiapkan dan diperiksa terlebih dahulu kondisinya. Terdapat beberapa persiapan yang harus dilakukan, antara lain:

- Persiapan dan pemeriksaan kondisi

peralatan dan perlengkapan yang akan dipasang;

- Persiapan pembuatan lubang bor untuk

pemasangan alat monitoring keruntuhan atap;

- mempersiapkan lubang bor horizontal untuk pemasangan alat monitoring temperatur batubara;

- mempersiapkan dudukan untuk

pemasa-ngan power box pada titik-titik yang telah ditentukan;

- mempersiapkan pemasangan listrik pada setiap power box;

- membentangkan kabel data sepanjang

±1500 m;

- mempersiapkan dudukan yang diperlukan untuk pemasangan alat monitoring pada titik-titik yang telah ditentukan.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pemasangan dan ujicoba sistem monitoring dilakukan di tambang batubara bawah tanah Sawahluwung, PT. Bukit Asam, Unit Penambangan Ombilin, Sawahlunto, Sumatera Barat. Kemajuan tambang pada lokasi ini telah mencapai kurang lebih ± 2000 meter dari mulut tambang. Dari hasil diskusi dan evaluasi lokasi dan kondisi tambang, titik penempatan sensor dilakukan di sekitar Junction 5C. Diperlukan persiapan peralatan jaringan yang sesuai, antara lain kabel data sepanjang 2000 meter, 2 buah repeater sebagai penguat data setelah 1000 meter, dan radio modem yang ditempatkan di mulut tambang dan juga di ruang monitoring, sekitar 100 meter dari mulut tambang. Kabel data yang digunakan terdiri dari 16 pasang, namun yang digunakan hanya 3 kabel, yaitu kabel hitam, hijau dan biru. Pin pada konektor yang digunakan adalah pin 4, 5 dan 6. 16 pasang kabel tersebut dimaksudkan sebagai persiapan untuk pengembangan lebih lanjut.

Dalam pemasangan jaringan langkah pertama yang dilakukan adalah membentangkan kabel data mulai dari mulut tambang sampai dengan titik-titik pemasangan komponen jaringan sejauh ± 1500 meter. Bentangan kabel tersebut

(4)

Mineral dan Batubara

digantungkan di sepanjang dinding terowongan

agar aman dan tidak mengganggu kegiatan tambang bawah tanah. Selain itu juga dilakukan perangkaian dan pemasangan jalur listrik yang diperlukan untuk memberikan daya pada setiap rangkaian power box. Seluruh rangkaian sistem dapat dilihat pada Gambar 2.

•

Ujicoba Sistem Monitoring Terpadu

Kondisi Tambang Batubara Bawah Tanah

Kegiatan uji coba ini dilakukan dengan menghubungkan seluruh jaringan dengan CMS Software, sehingga kondisi di dalam tambang batubara dapat dimonitor secara real time dari ruang kontrol di permukaan tambang. Untuk mendeteksi pengiriman data, langkah pertama yang dapat dilakukan adalah mengoperasikan CMS Software pada shortcut yang dapat ditemukan di layar monitor atau menggunakan program termite, setelah data muncul di layar.

PANEL V I J5C J3C J2C J4C A D E C

A : Alat Monitoring Keruntuhan Atap B : Alat Monitoring Gas Metana C : Alat Monitoring Gas O2, CO & CO2 D : Alat Monitoring Temperatur dan Kelembaban

kecepatan angin

E : Alat Monitoring Temperatur Batubara

1 2 4 5 3 B

1 : Power Box Radio Modem 2 : Power Box Receiver 3 : Kabel Data 4 : Power Box Repeater 5 : Power Box Datalogger

J51 J52

Gambar 3. Tampilan dari CMS software

monitor dilakukan proses perekaman. Proses perekaman dilakukan dalam jangka waktu setiap 1 menit, penyetingan jangka waktu perekaman dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Tampilan dari software dapat dilihat pada Gambar 3

Gambar 2. Skema lokasi pemasangan sistem dan peralatan monitoring terpadu di lokasi

(5)

Mineral dan Batubara

Terdapat beberapa kendala dalam kegiatan ini,

sehingga data hasil monitoring tidak muncul pada layar, di antaranya: komunikasi data terputus, hal tersebut dapat disebabkan oleh putusnya kabel data yang berada di dalam tambang, komunikasi radio modem tidak terkoneksi dengan baik atau salah satu power (listrik) tidak terkoneksi atau mati, terputusnya kabel yang ada di panel box sensor sehingga komunikasi RS-485 dari Panel box sensor ke Panel box receiver terputus. Setelah dilakukan penelusuran pada setiap komponen dan jaringan, hal tersebut disebabkan adanya kesalahan pada saat penyambungan kabel antara komponen rangkain RS-485/repeater di sekitar J52 dengan dengan komponen datalogger di J5C. Hal tersebut berhasil diatasi dengan melakukan penelusuran sambungan kabel antara kedua rangkaian.

Sistem secara kontinyu melakukan monitoring, dari hasil monitoring tersebut diperoleh data kondisi gas, kondisi udara, pergerakan batuan atap, dan temperatur batubara. Data yang diperoleh dari hasil monitoring berupa tanggal dan waktu dan nilai hasil pengukuran dari 16 kanal pemantauan.

Setelah dilakukan beberapa kali ujicoba, sistem telah dapat bekerja dengan baik, seluruh peralatan monitoring dapat terekam dan terpantau pada software. Proses perekaman dan penyimpanan data pada software saat ini masih dilakukan secara manual dikarenakan kapasitas dari harddisk komputer yang belum mencukupi untuk penyimpanan data yang terus menerus. Namun demikian proses monitoring pada sistem terus berjalan dan dilaksanakan secara kontinyu sejak bulan Juni 2012. Sistem ini dilengkapi dengan baterai kering dan juga charger dalam setiap rangkaian, sehingga apabila listrik padam sistem masih dapat bekerja selama ± 8 jam, sesuai dengan kapasitas dari baterai kering. Selanjutnya kegiatan perekaman dilakukan secara manual di ruang kontrol, perekaman dilakukan setiap hari pada setiap jam kerja. Gambaran/trend hasil monitoring dapat dilihat dari grafik antara kondisi tambang terhadap waktu.

Hasil monitoring gas pada layar monitoring dapat dibaca berturut-turut pada kanal 1 sampai dengan kanal 4. Sebagai contoh grafik hasil monitoring adalah grafik hasil perekaman yang dilakukan selama 2 hari dari tanggal 4 sampai dengan 6 Oktober 2012. Grafik konsentrasi gas dapat dilihat pada Gambar 4 sampai dengan Gambar 7.

Konsentrasi gas dari hasil monitoring masih jauh di bawah nilai ambang batas. Konsentrasi gas CH4 0,28%, konsentrasi gas CO₂720 sampai

dengan 1100 ppm, O₂ adalah 20,9% dan

konsentrasi CO adalah 9,5 ppm. Hanya saja masih terdapat banyak noise pada hasil pembacaan konsentrasi gas O₂ dan gas CO. Hal tersebut dapat disebabkan oleh adanya gangguan dalam instalasi sensor, kesalahan dalam pembuatan program atau juga dari senitifitas jenis sensor yang digunakan. Masih perlu dilakukan pengujian lebih lanjut untuk mengetahui penyebab noise tersebut. Sedangkan hasil monitoring pergerakan batuan atap dapat dilihat pada Kanal 5 sampai dengan kanal 6. Pada Gambar 8 dapat dilihat bahwa grafik cenderung datar yang menandakan bahwa tidak ada pergerakan.

Hasil monitoring kelembaban udara dapat dilihat pada Gambar 9. kelembaban udara (relative humidity/%RH) pada tanggal 4 sampai dengan tanggal 6 Oktober terbaca antara 71,4% sampai dengan 71,6%. Masih terdapat noise pada pembacaan %RH.

Temperatur batubara pada empat titik pemantauan cenderung datar yaitu berturut-turut sebesar 29,1 0_{C; 29,1}0_{C; 28,4}0_{C dan 28,9}0_C, sedangkan temperatur di sekitar titik pemantauan sebesar 29,50_{C (Gambar 10).} Selain itu juga dilakukan perekaman pada saat main fan berhenti selama kurang lebih 5 jam, sehingga aliran udara berkurang. Terjadi

akumulasi konsentrasi gas CH₄ hingga

mencapai 2,7%, konsentrasi gas CO₂juga meningkat menjadi 1300 ppm dan kenaikan % RH menjadi 76,7%.

(6)

Mineral dan Batubara

Gambar 4. Grafik hasil monitoring gas metana 4-6 Oktober 2012.

Gambar 5. Grafik hasil monitoring gas CO₂ 4-6 Oktober 2012.

(7)

Mineral dan Batubara

Gambar 7. Grafik hasil monitoring gas CO 4-6 Oktober 2012.

Gambar 8. Grafik hasil monitoring pergerakan batuan atap 4-6 Oktober 2012.

(8)

Mineral dan Batubara

Gambar 10. Grafik hasil monitoring gas CO 4-6 Oktober 2012.

Setelah main fan dinyalakan kembali, konsentrasi gas CH₄ dan gas CO₂kembali menurun menjadi 0,3% dan 750 ppm. Begitu juga dengan konsentrasi kelembaban udara yang terus menurun hingga 74,5% RH.

Selain itu juga dilakukan perekaman pada saat main fan berhenti selama kurang lebih 5 jam, sehingga aliran udara berkurang. Terjadi

akumulasi konsentrasi gas CH₄ hingga

Gambar 11. Grafik konsentrasi gas metana 25 Oktober 2012.

mencapai 2.7%, konsentrasi gas CO₂ juga meningkat menjadi 1300 ppm dan kenaikan % RH menjadi 76,7%.

Setelah main fan dinyalakan kembali, konsentrasi gas CH₄dan gas CO₂kembali menurun menjadi 0,3% dan 750 ppm. Begitu juga dengan konsentrasi kelembaban udara yang terus menurun hingga 74,5% RH.

(9)

Mineral dan Batubara

Gambar 13. Grafik kelembaban udara 25 Oktober 2012.

Gambar 12. Grafik Konsentrasi Gas CO₂25 Oktober 2012.

4. KESIMPULAN

a. Pengembangan ini dilaksanakan dalam

rangka membuat sistem pemantauan secara terpadu kondisi tambang batubara bawah tanah; dan menyediakan informasi secara real time kondisi gas, kondisi udara tambang, kondisi batuan atap, dan temperatur batubara;

b. Hasil pembacaan pada alat monitoring gas karbonmonoksida (CO) dan oksigen (O₂) masih belum stabil (banyak 'noise'). Oleh sebab itu masih diperlukan penyempurnaan dan kajian lebih lanjut pada kedua alat monitoring gas tersebut;

c. Untuk penggunaan sistem yang lebih lama dengan jaringan yang lebih luas, kapasitas database sistem dan juga program perlu dikembangkan lebih lanjut;

(10)

Mineral dan Batubara

d. Kedepan sistem ini akan dikembangkan

dengan menambahkan sistem pengen-dalian keselamatan kerja tambang batubara bawah tanah;

e. Kari hasil pemasangan jaringan juga ujicoba sistem di tambang batubara bawah tanah Sawahluwung, Sawahlunto, Sumatera Barat, sistem hasil rancang bangun terbukti dapat melakukan monitoring kondisi tambang batubara bawah tanah secara terpadu dan terintegrasi sampai ke ruang kontrol di permukaan tambang sebagai sistem monitoring terpadu kondisi tambang batubara bawah tanah.

DAFTAR PUSTAKA

Bieuniawski, Z.T, 1984, Rock Mechanics Design

in Mining and Tunneling, A.A Balkena,

Rotterdam, Boston, 1984.

Ditjen Mineral dan Batubara, 1995, Keputusan Menteri Pertambangan dan Energi No.555.K/26/M.PE/1995 mengenai Keselamatan dan Kesehatan Kerja Pertambangan Umum.

Dynament Ltd., 2009, Technical Data Sheet Hydrocarbon Infrared Sensor Temperature Compensated Certified Version Type Msh-Hc/Tc,

http://www.dynament.com/infrared-sensor-data/tds0001.PDF, diunduh tanggal

23 April 2010.

Iannacchione, A.T., Prosser, L.J., Grau III, R.H., Oyler, D.C., Dolinar, D.R., Marshall, T.E. and Compton, C.S., 2000, Roof Monitoring

Helps Prevent Injuries in Stone Mines.

NIOSH, Pittsburgh, PA.

International Sensor Technology, 12 Pebruari 2010a. Chapter 5: Infrared Gas Sensor, http:/

/www.intlsensor.com/pdf/infrared.pdf.

Li C. and Yin Z., 2010, Infrared Gas Sensor.

Proceedings of the Third International Symposium on Electronic Commerce and Security Workshops (ISECS '10),

Guangzhou, P. R. China, pp. 101-104. Mark C., Iannacchione A.T., 2001, Best Practice

to Mitigate,Injuries and Fatalities from Rock Falls, Paper in the Proceedings of the 20th International Conference on Ground Control in Mining 2001, NIOSH, Pittsburgh, PA,

www.cdc.gov/niosh/mining/pubs/pdfs/ bptmi.pdf.

McPherson, M. J., 1993, Subsurface Ventilation

Environmental Engineering, Chapman and

Hall, University Press, Cambridge, pp. 390 - 456.

Sivaram Cheekiralla, 2004, Development of Wireless Sensor Unit for Tunnel Monitoring, Massachusetts Institute of Technology,

web.mit.edu/sivaram/www/Sivaram-MS-thesis.pdf.

Srideep Ghosh, Somprakash Bandyopadhyay, Madhuparna Pal. Use Of Information And

Communication Technologies For Mining Disasters In Underground Mines. PervCom