BAB 8
BAB 8
PERENCANAAN SISTEM PENYALIRAN TAMBANG
PERENCANAAN SISTEM PENYALIRAN TAMBANG
(oleh : Ir. Awang Suwandhi, M.Sc., 2004)(oleh : Ir. Awang Suwandhi, M.Sc., 2004)
Berbicara mengenai penyaliran atau drainase akan identik dengan pengontrolan air Berbicara mengenai penyaliran atau drainase akan identik dengan pengontrolan air tanah dan air permukaan bumi yang biasanya mengganggu aktvitas tambang, baik tanah dan air permukaan bumi yang biasanya mengganggu aktvitas tambang, baik tambang terbuka, tambang bawah tanah maupun tambang batubara. Ketika tambang terbuka, tambang bawah tanah maupun tambang batubara. Ketika pengontrolan air tanah menjadi bagian yang tidak terpisahkan dengan aktifitas pengontrolan air tanah menjadi bagian yang tidak terpisahkan dengan aktifitas penggalian bijih maupun batubara, maka faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan penggalian bijih maupun batubara, maka faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan antara lain sistem pengontrolan (sump, sumur dalam atau sumur pompa), curah hujan antara lain sistem pengontrolan (sump, sumur dalam atau sumur pompa), curah hujan rata-rata, debit air ininimum-maksimum, kualitas air dan biaya.
rata-rata, debit air ininimum-maksimum, kualitas air dan biaya.
Sasaran penyaliran adalah membuat lokasi kerja di areal penambangan selalu kering Sasaran penyaliran adalah membuat lokasi kerja di areal penambangan selalu kering karena bila tidak terkontrol akan menimbulkan masalah, antara lain :
karena bila tidak terkontrol akan menimbulkan masalah, antara lain :
Lokasi kerja tidak efektif,Lokasi kerja tidak efektif,
Jalan tambang becek dan licin,Jalan tambang becek dan licin,
Stabilitas lereng tambang rawan longsorStabilitas lereng tambang rawan longsor
Peralatan tambang cepat rusakPeralatan tambang cepat rusak
Kesulitan mengambil contoh (sampling)Kesulitan mengambil contoh (sampling)
Efsiensi kerja menurun danEfsiensi kerja menurun dan
Mengancam keselamatan dan kesehatan kerja.Mengancam keselamatan dan kesehatan kerja.
Sistem penyaliran dapat berupa pencegahan air masuk ke lokasi tambang Sistem penyaliran dapat berupa pencegahan air masuk ke lokasi tambang (inkonvensiona). Kedua sistem ini dapat
(inkonvensiona). Kedua sistem ini dapat diterapkan secara simultan atau diambil salahditerapkan secara simultan atau diambil salah satu sistem saja. Yang penting di dalam merancangnya harus dipertimbangkan satu sistem saja. Yang penting di dalam merancangnya harus dipertimbangkan faktor-faktor pengontrolan tersebut di atas.
faktor pengontrolan tersebut di atas.
Air dalam jumlah tertentu diperlukan untuk aktifitas-aktifitas yang lain, diantaranya Air dalam jumlah tertentu diperlukan untuk aktifitas-aktifitas yang lain, diantaranya mengurangi konsentrasi debu di jalan tambang atau crushing plant, sebagai media mengurangi konsentrasi debu di jalan tambang atau crushing plant, sebagai media peinisahan dan pencucian dalam pengolahan bahan galian, keperluan sehari-hari peinisahan dan pencucian dalam pengolahan bahan galian, keperluan sehari-hari diperkantoran, perumahan dan workshop, dan sebagainya. Melihat cakupan masalah diperkantoran, perumahan dan workshop, dan sebagainya. Melihat cakupan masalah dan manfaat air tanah cukup luas ditambah kemajuan teknologi investigasi air tanah dan manfaat air tanah cukup luas ditambah kemajuan teknologi investigasi air tanah saat ini cukup memadai, maka manajemen air harus diperhitungkan di dalam saat ini cukup memadai, maka manajemen air harus diperhitungkan di dalam perencanaan penambangan.
perencanaan penambangan.
8.1
8.1 KONSEP PEMBENTUKAN AIR TANAH
KONSEP PEMBENTUKAN AIR TANAH
Air merupakan hasil sirkulasi alainiah yang berlangsung terus menerus. Sirkulasi Air merupakan hasil sirkulasi alainiah yang berlangsung terus menerus. Sirkulasi tersebut tidak sesederhana yang dibayangkan karena melibatkan intensitas sinar tersebut tidak sesederhana yang dibayangkan karena melibatkan intensitas sinar matahari yang menimbulkan adanya perbedaan tekanan dan suhu, kondisi fisik dan matahari yang menimbulkan adanya perbedaan tekanan dan suhu, kondisi fisik dan kimiawi permukaan bumi, tingkat permebilitas dan porositas lapisan batuan di dalam kimiawi permukaan bumi, tingkat permebilitas dan porositas lapisan batuan di dalam kulit bumi dan tingkat permeabilitas dan porositas lapisan di dalam kulit bumi, kulit bumi dan tingkat permeabilitas dan porositas lapisan di dalam kulit bumi, intensitas pepohonan lebat, dan sebagainya.
Sumber air harus diketahui asalnya dan harus dimengerti pula proses keterjadiannya Sumber air harus diketahui asalnya dan harus dimengerti pula proses keterjadiannya untuk membantu mempermudah evaluasi. Beberapa sumber air dapat berasal dari untuk membantu mempermudah evaluasi. Beberapa sumber air dapat berasal dari beberapa tempat seperti di bawah ini:
beberapa tempat seperti di bawah ini:
Resapan dan laut, danau, sungaiResapan dan laut, danau, sungai‚ rawa, cadangan lempung dan lapisan‚ rawa, cadangan lempung dan lapisan
penutup yang lembab; penutup yang lembab;
Resapan dari goa-goa batu Resapan dari goa-goa batu kapur yang mengandung unsur karbonat;kapur yang mengandung unsur karbonat;
Resapan dan kantong-kantong air yang terperangkap di daResapan dan kantong-kantong air yang terperangkap di da lam batuan;lam batuan;
Resapan dari celah-celah patahan;Resapan dari celah-celah patahan;
Aliran dan permeabilitas primer (inherent);Aliran dan permeabilitas primer (inherent);
Aliran dan permeabilitas sekunder (rekahan);Aliran dan permeabilitas sekunder (rekahan);
Air magmatis (uap air yAir magmatis (uap air yang keluar dan aktifitas magma);ang keluar dan aktifitas magma);
Akibat buatan manusia, misalnya (a) resapan tanggul penahan banjir (b)Akibat buatan manusia, misalnya (a) resapan tanggul penahan banjir (b)
penyaliran yang tidak sempuma (c) rekahan-rekahan hasil batuan yang runtuh penyaliran yang tidak sempuma (c) rekahan-rekahan hasil batuan yang runtuh (d) lubang bor terbuka;
(d) lubang bor terbuka;
Kombinasi sumber-sumber tersebut di atas, misalnya (1) permeabilitas primerKombinasi sumber-sumber tersebut di atas, misalnya (1) permeabilitas primer
dan goa-goa, (b) Permeabilitas sekunder dan lapisan yang lemah, (c) runtuhan, dan goa-goa, (b) Permeabilitas sekunder dan lapisan yang lemah, (c) runtuhan, patahan dan goa-goa dan (d)
patahan dan goa-goa dan (d) sumber alamiah dan sumber buatan manusia.sumber alamiah dan sumber buatan manusia.
8.1.1 Lapisan air tanah terkekang
8.1.1 Lapisan air tanah terkekang
Lapisan air tanah terkekang terjadi bila akuifemya terletak diantara dua lapisan batuan Lapisan air tanah terkekang terjadi bila akuifemya terletak diantara dua lapisan batuan yang rendah permeabilitasnya. Lapisan batuan di atas akuifer akan menekan lapisan yang rendah permeabilitasnya. Lapisan batuan di atas akuifer akan menekan lapisan air, sehingga lapisan air tersebut menderita tekanan dan tidak seimbang. Permukaan air, sehingga lapisan air tersebut menderita tekanan dan tidak seimbang. Permukaan lapisan batuan berpermeabilitas rendah disebut dengan permukaan piezometer lapisan batuan berpermeabilitas rendah disebut dengan permukaan piezometer (piezometric surface) yang merupakan batas ketinggian naiknya air tanah apabila (piezometric surface) yang merupakan batas ketinggian naiknya air tanah apabila lubang bor menembus akuifer
lubang bor menembus akuifer lapisan air tanah terkekang. Bahkan apabila permukaanlapisan air tanah terkekang. Bahkan apabila permukaan lapisan batuan kedap air (permeabilltas rendah) adalah permukaan bumi, maka bila lapisan batuan kedap air (permeabilltas rendah) adalah permukaan bumi, maka bila dibuat lubang bor pada akuifemya, air akan memencar sendiri yang dinamakan dibuat lubang bor pada akuifemya, air akan memencar sendiri yang dinamakan sebagal sumur artesis. Tekanan air yang masuk dengan sendirinya ke dalam lubang sebagal 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 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 atasnya. Ketika lubang bor dibuat, air tanah tersebut masuk ke dalam lubang bor untuk mencari keseimbangan.
untuk mencari keseimbangan.
Baik pada lapisan air tanah bebas maupun terkekang, permukaan di sekitar sumur Baik pada lapisan air tanah bebas maupun terkekang, permukaan di sekitar sumur (lubang bor) akan menurun apabila airnya dipompa ke atas permukaan bumi. Akibat (lubang bor) akan menurun apabila airnya dipompa ke atas permukaan bumi. Akibat pemompaan ini air tanah di dalam akuifer akan mengalir menuju dasar sumur lubang pemompaan ini air tanah di dalam akuifer akan mengalir menuju dasar sumur lubang bor). Analisis tertadap aliran ini didasarkan pada kondisi akuiter yang ideal, homogen, bor). Analisis tertadap aliran ini didasarkan pada kondisi akuiter yang ideal, homogen, isotropis ke segala arah dan kedalaman sumur dianggap menembus total ketebalan isotropis ke segala arah dan kedalaman sumur dianggap menembus total ketebalan lapisan akuifer, sehingga air mengalir secara horisontal dan radial. Pengisapan air lapisan akuifer, sehingga air mengalir secara horisontal dan radial. Pengisapan air tanah melalui sumur akan membentuk konis tersebut akan bertambah secara tanah melalui sumur akan membentuk konis tersebut akan bertambah secara logaritimis ke arah jari-jari dimana pengaruh tekanan isap pompa nol
logaritimis ke arah jari-jari dimana pengaruh tekanan isap pompa nol atau tidak terjadiatau tidak terjadi penurunan permukaan lapisan air tanah. Apabila permeabilitas tidak seragam, maka 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 (berrie) yang-menghalangi aliran air tanah atau dekat dengan sumber air yang cenderung terus mengisi sumur tersebut, misalnya danau, laut, dan sebagianya.
8.1.2 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 (Miilidarcy)
Dikatakan 1 darcy apabila suatu fluida dengan kekentalan (viscocity) 1 centipoise pada temperatur 68oF = 20oC 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 ahIi teknik perininyakan. 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 didefenisikan oleh 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 600oF = 15,5oC 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.
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 ke arah horizontal maupun radial di dalam akuifer, isotropis dan walaupun tejadi penyebaran air ke arah horizontal, tetapi tidak mengurangi penetrasi terhadap sumur.
(
)
Tabel 1
Perkiraan Permeabilitas beberapa material
No Description of ground Permeability Unit
Darcy Meinzer cm/det
1. Clay shale or dense rock with tight fractures,
considered impermeable in most excavations. 0,0001 0,0018 9.7x10
-8
2. Dense rock, few tight fractures, approximate lower
liinit for oil production 0,001 0,018 9.7 x 10
-7
3. Dense rock, 0.005 in fracture each sqft 0,5 9 4.8 x 10-4 4. Silt or clay, silt, fine sand. Few water well in Iess
permeable ground 1 18 9.7x I0
-4
5. Silt or clay, silt, fine sand. Few water weil in less
permeable ground 2 36 19.4x10
-4
6. Clean Sand, medium and coarse (025 and 1.0 mm) 500 9.100 0,48 7 Clean gravel (70% larger than 2.0 mm) 1.250 22.750 1,2
Dimana :
Variable Keterangan MEINZER DARCY
Q Laju Aliran Gallon/Menit ml/det
K Permeabilitas Meinzer Darcy
M
Ketebalan penjenuhan rata-rata dari akuifer yang diukur melalui 2 titik
pengamatan
feet cm
R Jari-jari titik pengamatan yang jauh dari sumur
Dapat diukur dengan satuan sejenis karena hasilnya hanya merupakan
perbandingan R Jari-jari sumur atau titik pengamatan
terdekat
C Konstanta 526 2,3
π Viskositas centipoise centipoise
S1
Penurunan air tanah pada titik terdekat
sumur pengamatan feet Atm
S2
Penurunan air tanah pada titik terjauh
sumur pengamatan feet Atm
8.2 PENYALIRAN
Penyaliran yang diuraikan berikut ini dititik beratkan pada metoda atau teknik penanggulangan air paska 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 tejadi, yaitu di dimana 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.
8.2.1 Efek air tambang
Pengaruh atau efek tidak langsung dari air tambang (air tanah maupun limpasan) terhadap aktifitas penambangan sebenamya dengan mudah dapat dilihat. Ke banyakan efeknya menyangkut biaya dan keselamatan kerja. Berikut ini diuraikan efek langsung maupun tidak langsung dari air terhadap aktifitas penambangan maupun di luar areal penambangan.
Efek langsung dari air terhadap penambangan
Biaya penyaliran, mungkin menjadi biaya yang prinsip, misalnya 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.
Efek tak langsung dari air 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 membersihkan material pengotoran akibat longsoran tanah di areal
penambangan. Kemungkinan runtuhan membawa serta gas beracun.
Membersihkan debu-debu halus dan alat angkut dan jalan masuk tambang,
sehingga menambah jam kerja yang tidak pröduktif.
Mengganggu aktifitas peledakan.
Lumpur membuat produk menjadi tidak dapat diterima oleh proses berikutnya. Terjadi penyumbatan pada pipa-pipa akibat pompa senantiasa menghisap air
lumpur.
Kemungkinan perusahaan perlu membeli material yang tahan air (waterproof)
untuk melindungi produk.
Efek tak Iangsung dari air ke sekitar aktifitas penambangan
Kandungan air pada produk akhir bertambah, akibatnya akan menambah biaya
transpor, pengolahan dan penanganan.
Lokasi penurunan air tanah mungkin akan naik lagi karena air hujan masuk
kembali ke dalam akuifer.
Lokasi penurunan air tanah jadi menyimpan dan sebelumnya atau bisa juga
terjadi penurunan permukaan tanah.
8.2.2 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 dan bagian p uncak atau lokasi yang lebih tinggi ke tempat yang rendah. Pompa yang digunakan pada posisi ini lebih efisien, efektif dan hemat energi. Pada tambang open pit penggunaan pompa menjadi sangat vital untuk menaikkan air dari dasar tambang ke permukaan dan kerja pompa pun cukup berat. Kadang-kadang tidak cukup digunakan hanya 1 unit pompa, tetapi harus beberapa pompa yang dihubungkan seri untuk membantu daya dorong dari dasar sampai permukaan. Artinya unsur biaya pemompaan harus mendapat perhatian. 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.
Membuat sump di dalam front tambang (pit)
Beberapa hal yang menguntungkan pada sistem ini dapat djadikan pertimbangan, yaitu:
Lebih fleksibel, hanya sedikit perencanaan, tidak memerlukan biaya tinggi dan
waktu pengerjaan singkat.
Efek terhadap penurunan permukaan ait tanah regional dapat dikurangi,
biasanya laju dan kapasitas air yang dipompakan ke atas dilakukan sesuai kebutuhan.
Pompa ditempalkan 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 masing-masing sump dan pompa saja.
Cara ini paling mudah untuk menangani air limpasan.
Membuat sumur dalam (sumur bor) di dalam front 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
lebih murah.
Dapat mengambil keuntungan dan relief topografi pada saat penempatan
sumur.
Bila bentuk penurunan air tanah diindikasikan berbentuk konis curam, maka
pembuatan sumur di dalam tambang lebih efektif dibandingkan pembuatan di luar tambang.
Membuat sumur dalam (sumur bor) di luar front tambang
Beberapa 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, pipa-pipa dan genset.
Walaupun sumur dan pompa tersebar di lua 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 dan sump, sehingga areal kerja tidak terganggu oleh
lumpur dan kantong-kantong sump.
Permukaan air tanah dapat diturunkan segera setelah pompa dijalankan,
sehingga lokasi tambang terhindar dan air atau banjir
Batuan dekat toe, kantong-kantong air di dasar tambang dan penggalian baru
dapat langsung terbebas dar air.
Dinding pit dijamin lebih stabil. Jalan tambang lebih terawat.
Laju pemompaan lebih konstan dibanding sistem sump dan pompa.
Air hasil pemompaan lebih bersih, mungkin juga bersih dan komposisi larutan
kimiawi dibanding sistem sump dan pompa. Membuat paritan
Sistem ini cukup ideal diterapkan pada tambang terbuka open cast atau kuari. Parit dibuat berawal dari sumber mata air atau air limpasan menuju suatu kolam penampung atau langsung ke sungai alam yang sudah ada atau diarahkan ke selokan (riool) Jalan tambang utama. Jumlah parit itu disesuaikan dengan kebutuhan, sehingga mungkin bisa lebih dari satu. Apabila parit terpaksa harus dibuat melalui lalulintas tambang, maka dapat dipasang gorong-gorong (culvert) yang terbuat dan 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 dengan kemiringan dindingnya 1: 1 atau 45o.
Paritan kadang-kadang juga dapat diterapkan pada tambang terbuka open pit apabila situasinya memungkinkan. Sasaran akhir parit adalah kolam atau sump yang akan menampung air sementara sebeJum dipompakan ke permukaan atau dialirkan ke sstem adit. Pada dasamya pembuatan parit ini cukup mudah dan murah.
Gambar 1
Pola alir pada pembuatan paritan
Disamping cara paritan, ada pula suatu cara untuk menampung air tambang, yaitu dengan membuat sumur gali yang diperkuat oleh adukan semen. Sumur ini biasanya dimanfaakan untuk keperluan 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 dari beberapa parit yang dibuat di lokasi tambang.
Sistem adit
Penyaliran dengan sistem adit cocok diterapkan pada tambang open pit yang cukup dalam, tetapi terdapat suatu lembah yang memungkinkan dibuatnya sumuran (shaft). Sumuran ini berfungsi sebagai jalan keluamya aliran-aliran air melalui beberapa adit dan dalam tambang. Aliran air akhirnya keluar melalui lembah.
Gambar 2
Ilustrasi sistem penyaliran melalui adit 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 dalam (sumur bor) di luar areal penambangan. Jumlah sumur bor diatur den dihitung berdasarkan debit air tanah yang akan masuk ke front tambang. Demikian pula ke dalaman masing-masing lubang bor tidak sama karena harus disesuaikan dengan tinggi permukaan air tanahnya. Cara pencegahan air tambang Iainnya adalah metoda Siemens, electro-osmosis den pemotongan aliran air tanah.
Metoda Siemens
Setiap jenjang (bench) di lokasi penambangan dipasang pipa ukuran 8 inci yang bagian bawahnya diberi lubang-lubang (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 sumur-sumur dirangkaikan satu dengan lainnya oleh sebuah pipa induk yang dilengkapi sebuah pompa air. Bilamana perlu, pompa air tersebut dapat ditambah sesuai kebutuhan atau perhitungan.
Cara elektro-osmosis
Bilamana lapisan tanah terdiri dan tanah lempungan, maka keadaan ini menyulitkan proses pemompaan karena adanya sifat kapiler yang tedapat pada jenis lempungan. Untuk mengatas hal tersebut, maka dipergunakan cara electro-osmosis. Electro-osmosis adalah proses penarikan ion-ion air, yaitu H' dan OW, menggunakan lempengan katode den anode. Batang anode dimasukkan ke dalam sumur yang dilengkapi dengan filter yang berfungsi sebagai katode. Bilamana elemen-elemen ini dialiri listrik, maka air pori yang terkandung pada batuan akan mengalir menuju katode (lubang sumur) yang kemudian terkumpul dan dipompakan ke luar.
Gambar 3
Penyaliran sistem ring (metoda Siemens)
Gambar 4
llustrael penyallran electro-osmosls Cara penggalian pemotongan aliran air tanah
Metoda 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 cara ini hanya
dapat dikerjakan apabila ke dalaman akuifer masih terjangkau oleh alat gali dan perlu diingat pula bahwa biayanya tidak sedikit.
Menghitung kebutuhan air
Air 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.
8.3 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 dan data tersebut, untuk sample bisa dibatasi jumlahnya sebanyak n data. Tahapan-tahapan berikutnya adalah:
1. Tentukan rata-rata curah hujan (X) maximum dengan rumus:
2. Tentukan standar deviasi dengan rumus:
()
()
3. Tentukan koreksi variansi, dengan rumus:
[()
]
4. Tentukan koreksi rata-rata dengan rumus:
[()
]
Rata-rata Yn,
5. Tentukan koreksi simpangan dengan rumus:
6. Tentukan curah hujan rencana dengan rumus:
()
Dan hasil akhir perhitungan diperoleh suatu debit rencana dalam satuan mm/hari, yang kemudian debit ini bisa digunakan dalam perencanaan penyaliran. Selain itu juga harus diperkirakan resiko hidrologi (PR) yang mungkin terjadi, dengan rumus:
[ ]
Dimana:
PR = Resiko hklrologi TR = Periode uyang TL = Umur bangunan
Resiko hidrologi merupakan angka dimana kemungkinan hujan dengan debit yang sama sebesar angka tersebut, rnisalnya 0,4 maka kemungkinan hujan dengan debit yang sama atau melampaui adalah sebesar 40%.
8.4 PERENCANAAN SALURAN TERBUKA
Pada perencanaan saluran terbuka ada beberapa faktor lapangan yang perlu diperhatikan adalah ; catchment area, waktu konsentrasi, intensitas curah hujan, jenis material dan rencana kemajuan tambang.
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 akhimya 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 situasi tambang.
Waktu konsentrasl
Waktu konsentrasi adalah waktu yang diperlukan hujan untuk mengalir dari titik terjauh ke tempat penyaliran. Waktu konsenfrasi dapat dihitung dengan rumus dari Kirpich.
Intensitas curah hujan
Besamya intensitas hujan yang kemungkinan terjadi dalam kurun waktu tertentu dihitung berdasarkan persamaan Mononobe.
Hubungan antara derajat curah hujan dan intensitas curah hujan dapat dilihat dalam Tabel berikut.
Tabel 2.
Hubungan Antara Derajat Curah Hujan dan Intensitas Curah Hujan Derajat
Hujan
Intensitas Curah Hujan
(mm/menit) Kondisi
Hujan lemah 0,02-0,05 Tanah basah semua
Hujan normal 0,05 —0,25 Bunyi hujan terdengar
Hujan deras 0,25-1,00
Air tergenang diseluruh permukaan dan terdengar
bunyi dari genangan Hujan sangat deras > 1,00
Hujan seperti ditumpahkan, saluran
pengairan meluap
(Sumber: Sayoga, Rudy, Pengantar Penyaliran Tambang 1993)
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 parameter 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 koeflsien limpasan terlihat pada Table 3.
Tabel 3
Beberapa harga koefisien limpasan
Kemiringan Tutupan / Jenis Lahan C
<3% (datar) Sawah, Rawa Hutan, Perkebunan Perumahan 0,2 0,3 0,4 3%-15% (sedang) Hutan, Perkebunan Perumahan
Semak-semak agak jarang Lahan terbuka 0,4 0,5 0,6 0,7 > 15% (curam) Hutan Perumahan Semak-semak agakjarang Lahan Terbuka daerah tambang
0,6 0,7 0,8 0,9
Tabel 4
Koefisien Material dan Kecepatan Izin Aliran
No Material Nilai
n
Kecepatan Aliran (m/det) Air Jernih Air Keruh
1 Pasir halus koloida 0.020 0.457 0.672
2 Lanau kepasiran non koloida 0.020 0.534 0.762
3 Lanau non koloida 0.020 0.610 0.914
4 Lanau alluvial non koloida 0.020 0.610 1.067
5 Lanau kaku 0.020 0.672 1.067
6 Debu vulkanis 0.020 0.672 1.067
7 Lempung kompak 0.025 1.143 1.524
8 Lanau alluvial, koloida 0.025 1.143 1.524
9 Kerikil halus 0.025 0.672 1.524
10 Pasir kasar non koloida 0.030 1.143 1.524
11 Pasir kasar koloida 0.025 1.129 1.829
12 Batuan D 20 mm 0.028 1.340 1.9 13 Batuan D 50 mm 0.028 1.980 2.4 14 Batuan D 100 mm 0.030 2.810 3.4 15 Batuan D 200 mm 0.030 3.960 4.5 16 Tanah berumput 0.030 - 2 17 Pasangan batu 0.017 - 5 18 Tembok diplester 0.010 - 5
Sumber: Civil and Hydrological Division, PTBA
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 ke bagian 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:
Tentukan pembagian water divide untuk setiap kemungkinan kondisi areal. Penambangan yang ada, dan pembacaan peta rencana. Dan untuk mengukur
luasnya tersebut bisa dengan menggunakan planimeter, dan harus diperhatikan mengenai skalanya.
Buat jalur saluran dari masing-masing water devide.
Hitung waktu konsentrasi dengan menggunakan rumus kirpich
Hitung intensitas curah hujan rencana dengan menggunakan metode Gumbel Tentukan koefisien material yang sesual dengan kondisi di lapangan.
Hitung debit rencana dengan menggunakan rumus Rasional:
Q = 0,278 x C x 1 x A Dimana:
Q = Debit rencana,(m3/det)
C = Koefisien material (Koeffisien Limpasan) I = lntensitas hujan rencana, mm/jam
A = Luas catchment area, ha
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 Saluran
Bentuk penampang saluran yang paling seririg 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
Bahan Kemiringan Dinding Saluran
Batu / cadas Hampir tegak lurus
Tanah gambut (peat) 14 : 1
Tanah berlapis beton ½ - 1
Tanah bagi saluran yang lebar 1 : 0,1
Tanah bagi parit kecil 1,5 : 1
Tanah berpasir lepas 2 : 0,1
Lempung berpori 3 : 0,1
Tabel 6
Sifat – Sifat hidraulik pada saluran terbuka Kemiringan Rata-rata Daur Saluran (%) Kecapatan Rata-rata (m/det) Kurang dari 1 0,4 1 – 2 0,6 2 – 4 0,9 4 – 6 1,2 6 – 10 1,5 10 – 15 2,4
(Sumber: Drainage and Design For Bandung Final Report)
8.5 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:
Sistem Penyaliran Memusat
Pada sistem ini sump-sump akan ditempatkan di setiap jenjang tambang (bench), dengan sistem pengalirannya dan jenjang paling atas menuju jenjang di bawahnya sehingga akhimya air dipusatkan di Main Sump (Balong Induk) untuk kemudian dipompa keluar tambang.
Sistem Penyaliran Tidak Memusat
Sistem ini dapat dilakukan bila ke dalaman tambang relatif dangkal dengan keadaan geografis daerah luar tambang memungkinkan untuk mengalikan air langsung dari sump keluar tambang.
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 menenma air dan 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 nilal selisih debit limpasan di kurangi dengan debit pemompaannya.
8. Volume dan selisih tertinggi di atas merupakan proyeksi volume sumuran yang harus dibuat namun harus dibuat juga volume untuk Jagaan bisa berapa persen dari volume awal.
8.6 PERENCANAAN SISTEM PEMOMPAAN
Dalam sistem pemompaan dikenal ada beberapa macam tipe sambungan pemompaan yaitu seri dan parallel.
8.6.1 Sistem Seri
Dua atau beberapa pompa dihubungkan secara seri, maka nilai head bertambah sebesar jumlah head masing-masing, sedangkan debit pemompaan tetap.
8.6.2 Sistem Paralel
Kapasitas pemompaan bertambah sesual 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:
Dimana ;
P = Daya pompa (kw) SG = Specific Gravity
Ht = Head total sistem (m) Ep = Efisiensi pompa
b. Penentuan titik optimal kerja pompa
Penentuan titik optimal pompa digunakan dua jenis kurva yaitu kurva resistan dari system, dan kurva karakteristik pompa. Kurve resistan sistem adalah nilai head dari sistem untuk sejumlah variasi debit pemompaan. Sedangkan 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 Iangkah selanjutnya adalah ; kedua kurva digabungkan sehingga diperoleh titik perpotongan yang merupakan titik optimal kerja pompa. Untuk perencanaan pemompaan harus dihitung dulu head totalnya, den gan rumus:
Static Head (Hc)
Static head adalah kehiyangan energi yang disebabkan oieh perbedaan tinggi antara tempat penampungan dengan tempat pembuangan.
Hc=h2—h1 Dimana:
h2 = Elevasi air keluar h1 = Elevasi air masuk
Velocity Head (Hv)
Velocity Head adalah kehilangan yang diakibatkan oleh kecepatan air yang melalui pompa.
Hv = v2/2g
Dimana ;
v = Kecepatan air yang melalui pompa (m/dt) g = Gaya gravitasi bum (m/dt)
Nilai v diperpoieh dan persamaan V = Q/A, Q = debit kemampuan pompa dan A = m2.
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/dt L = Panjang pipa, m
G = Percepatan gravitasi, m/dt
Untuk 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.
Dimana bilangan Re diperoleh dari perhitungan :
Dimana ; Re = Bilangan Reynold V = kecepatan aliran, m/dt D = Diameter pipa, m ρ = massa jenis, kg/m3 µ = viskositas, Ns/m2Tabel 7 Viscosity of Water
TempoC AbsoMe Viscosity Kinematic Viscosity Centripoises Centristokes SSU Ft2/sec
0.00 1.79 1.79 33.0 0.00001931 10.00 1.31 1.31 31.6 0.00001410 15,56 1.12 1.12 31.2 0.00001217 21.11 0,98 0.98 30.9 0.00001059 26.67 0,86 0.86 30.6 0.00000930 29.44 0.81 0.81 30.4 0.00000869 37.78 0,58 0.69 30.2 0.00000739 48,89 0,56 0.57 30.0 0.00000609 60.00 0,47 0.48 29.7 0.00000514 71.11 0,40 0.41 29.6 0.00000442 82.22 0,35 0.36 29.5 0.00000385 100.00 0,28 0.29 29.3 0.00000319
Keterangan: 1 centistokes = 10-4 m2/sec 1 centipoise = 1 water (20°C)
Tebel 8
Kekasaran Pipa Berdasarkan Bahan
Pipe Material Absolute Roughness, e
x 10-4 feet Micron (Unless noted)
Drawn brass 5 1.5
Drawn copper 5 1.5
Commercial steel 150 45
Wrought iron 150 45
Asphalred cast iron 400 120
Galvanized iron 500 150
Cast iron 850 260
Wood stave 600 to 3000 0.2 to 0.9 mm
Concrete 1000to10,000 0.3to3mm
Riveted steel 3000 to 30,000 0.9 to 9 mm
Sumber dari Binder (1973)
material Roughness Mm Inches Drawn tubing 0.0015 0.00008 Plastic tubing 0.0015 0.00006 Stainless steel 0.015 0.0006 Commercial steel 0.05 0.002 Rusted steel 0.1 to 1.0 0.004 to 0.04 Qalvanised iron 0.15 0.006 Cast iron 0.26 0.01
Shock Loss Head (HI)
Kehilangan ini pada jaringan pipa disebabkan oleh perubahan-perubahan mendadak dari geometri pipa, belokan-belokan, katup-katup dan sambungan-sambungan.
Dimana:
K = kekasaran pipa yang tergantung pada jari-jari belokan, diameter pipa dan sudut yang dibentuk antara pipa dan bidang datar.
n = Jumlah belokan
f = 0,964 sin2Φ/2 + 2.047 sin4Φ/2 Φ = Besar sudut belokan (derajat)
Jadi total kehilangan head (Ht) adalah;
Ht = Hc + Hv + Hr + Hl
Kemudian untuk menghitung debit air yang mampu dikeluarkan oleh pompa adalah dengan persamaan:
Dimana :
Q 1 = Debit pompa dari pabrik, m3/det
Q 2 = Debit pompa setelah dikoreksi, m3/det
H1 = Head dari pabrik (belum dikoreksi), m
H2 = Head total perhitungan, m
8.7 PERENCANAAN KOLAM PENGENDAP LUMPUR (SETTLING POND)
Dalam penentuan dimensi settling pond perlu diketahui beberapa hal yang mendukung kolam tersebut diantaranya ; volume air yang akan ditampung, volume butiran yang tersuspensi dan kecepatan waktu pengendapan.
Untuk menentukan kolam besamya 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 dan kolam pengendapan sehingga kecepatan pengendapan dapat dihitung dengan menggunakan rumus Stuks.
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.
