LAPORAN FINAL
PC
Lubang Tambang
Ruang Monitoring ModemRadio
RS232/485
PENGEMBANGAN ALAT DETEKSI GAS PADA
TAMBANG BATUBARA BAWAH TANAH DENGAN
SISTEM KABEL DAN TELEMETRI
Hasniati Astika, Zulfahmi, Zulkifli Pulungan,Yaya Suryana, Supriatna Mujahidin, Budiyono, Nandang Permana, Iis Hayati, Supriatna
Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara
Badan Litbang Energi dan Sumber Daya Mineral
KEMENTERIAN ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL
Jalan Jenderal Sudirman No. 623 Bandung
–
40211
Telp. 022-6030483
–
5 Fax. 022-6003373
http:\\www.tekmira.esdm.go.id
e-mail:[email protected]
Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara
Badan Litbang Energi dan Sumber Daya Mineral
i
KATA PENGANTAR
Permasalahan utama yang dihadapi dalam pengembangan tambang bawah tanah adalah keselamatan kerja tambang, karena sesuai pasal 96 UU No 4 tahun 2009 tentang Pertambangan Mineral dan Batubara menyebutkan bahwa kewajiban setiap pelaku usaha dibidang pertambangan untuk menerapkan kaidah pertambangan yang baik dan benar (good mining practice) dengan selalu mengutamakan keselamatan dan kesehatan kerja.
Sebagai salah satu institusi yang mempunyai peranan untuk membantu semua pihak di bidang pengembangan teknologi penambangan mineral dan batubara, maka Puslitbang tekMIRA melalui Kelompok Pelaksana Litbang Teknologi Eksploitasi Tambang dan Pengelolaan Sumber Daya saat ini melakukan pengembangan terhadap teknologi keselamatan kerja. Salah satu inovasinya yaitu melakukan pengembangan alat deteksi gas pada tambang batubara bawah tanah dengan sistem kabel dan telemetri.
Dari hasil kajian ini diperoleh suatu sistem pendeteksi gas dengan menggunakan sistem kabel dan telemetri yang dapat digunakan untuk melakukan monitoring kondisi gas pada tambang batubara bawah tanah.
Inovasi ini diharapkan menjadi salah satu upaya untuk mempersiapkan teknologi keselamatan kerja yang kedepannya dapat diterapkan sebagai sistem monitoring terpadu untuk diterapkan pada tambang bawah tanah terutama di Indonesia.
Semoga hasil kajian ini dapat bermanfaat baik di bidang penelitian maupun dalam industri pertambangan pada umumnya.
Bandung, Desember 2011
Kepala Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara,
ii
SARI
Tambang Batubara bawah tanah merupakan metoda penambangan yang selama ini banyak menelan korban jiwa, terutama yang diakibatkan oleh gas yang timbul dari dalam tanah yang terlepaskan akibat proses penambangan pada tambang bawah tanah tersebut. Beberapa kejadian kecelakaan tambang antara lain yang terjadi di Cina disebabkan tidak termonitornya kondisi gas dan sistem ventilasi yang tidak dapat memenuhi kebutuhan udara bersih di dalam tambang. Pengawasan terhadap keberadaan gas tersebut menjadi suatu keharusan dalam menerapkan keselamatan dan kesehatan kerja tambang.
Pengembangan ini dilaksanakan dalam rangka membuat sistem pemantauan secara terpadu dan menyediakan informasi secara real time yang dapat di baca di pusat pemantauan dalam satu jaringan. Sistem yang dirancang dapat mengukur konsentrasi gas, menampilkan dan memberi data kondisi gas yang terintegrasi dalam satu sistem.
Komponen utama dan peralatan yang menunjang dalam pembuatan sistem kabel dan telemetri ini antara lain: Sensor/tranduser, Mikrokontroler, Repeater, Radio modem, kabel data, dan power supply. Setiap sensor yang dipasang terhubung dengan mikrokontroler, sensor sebagai tranduser memberikan sinyal hasil pengukuran kondisi gas. Sinyal tersebut dicacah oleh mikrokontroler, dan sebagai keluaran dari data yang telah dicacah oleh mikrokontroler, data dikirim ke radio modem yang kemudian megirimkan data melalui sinyal radio (radio frekuensi) ke ruang sentral.
Sistem kabel digunakan sebagai media komunikasi data di dalam tambang bawah tanah. Sistem telemetri digunakan untuk monitoring dari beberapa lokasi ke satu pusat informasi (ruang sentral). Informasi yang diperoleh dikumpulkan untuk dapat diproses lebih lanjut.
Ujicoba dilakukan dengan melakukan simulasi di laboratorium rekayasa tambang. Dan mensimulasikan pengukuran/monitoring dari tiap sensor dengan menggunakan gas standar.
Kedepan sistem ini dapat membaca secara keseluruhan kondisi tambang batubara bawah tanah dari seluruh titik pemantauan dan dari berbagai macam sensor yang di gunakan dalam pengukuran kondisi tambang bawah tanah.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
iii
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Kondisi Tambang Bawah Tanah... 6
2.5Perkembangan Teknologi Keselamatan Kerja Tambang Bawah Tanah ... 15
2.6 Teknologi Monitoring yang Dirancang Sebelumnya ... 17
BAB V PERANCANGAN DAN PERANGKAIAN SISTEM ... 24
5.1 Desain Pendeteksian Gas dengan Sistem Kabel dan Telemetri... 24
5.1.1Gambaran Umum Rancangan Deteksi Gas ... 24
5.1.2Sistem Komunikasi Data ... 25
5.2 Komponen Peralatan dan Sistem ... 27
iv 1.1 Road Map Kegiatan Pembuatan Sistem Monitoring Terpadu ... 5
2.1 Salah Satu Lokasi Ledakan Gas pada Tambang Batubara Bawah Tanah di Cina ... 12
2.2 Lokasi Ledakan Gas Metana di Sawahlunto ... 13
2.3 Skema Monitoring Kondisi Gas... 16
2.4 Sistem Monitoring Terpadu PervCom Consulting India ... 16
2.5 Alat Deteksi Gas Metana (CH4) dan Karbon Dioksida (CO2) dengan menggunakan Teknologi Sinar Infra Merah ... 19
4.1 Metodologi Kegiatan ... 23
5.1 Desain Pendeteksian Gas menggunakan Sistem Kabel dan Telemetri. ... 25
5.2 Skema Sistem Kabel ... 26
5.3 Skema Sistem Telemetri ... 26
5.4 Sensor Gas Metana Inframerah ... 27
5.5 Sensor Gas CO ... 27
5.6 Rangkaian Mikrokontroler Atmega16 ... 28
5.7 Rangkaian RS232 Interface ... 29
5.8 Rangkaian RS485 Interface ... 29
5.9 Kabel Data ... 30
5.10 Repeater ... 31
v
5.12 Penempatan Baterai dan Charger ... 32
5.13 Diagram Blok Sistem Kabel dan Telemetri ... 33
5.14 Rangkaian Mikrokontroler ... 33
5.15 Rangkaian Repeater ... 34
5.16 Rangkaian Radio Modem... 34
6.1 Grafik Hasil Ujicoba Alat Deteksi Gas Metana ... 36
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Kedepan metoda tambang bawah tanah merupakan alternatif yang
memungkinkan untuk diterapkan seiring dengan semakin langkanya cadangan mineral
dan batubara, letak cadangan yang sudah semakin dalam jauh dari permukaan serta
permasalahan lingkungan yang ditimbulkan oleh metode tambang di permukaan.
Terdapat banyak resiko yang timbul dalam pengembangan metoda tambang
bawah tanah, antara lain biaya operasional yang besar dan juga potensi terjadinya
kecelakaan kerja yang dapat menyebabkan rusak atau hilangnya peralatan dan aset
bahkan dapat menimbulkan korban jiwa. Oleh sebab itu teknologi-teknologi untuk
mendukung pengembangan metoda tambang bawah tanah sangat diperlukan,
terutama dalam rangka mengurangi resiko terjadinya kecelakaan kerja dan juga kondisi
alam yang mungkin timbul.
Permasalahan utama yang dihadapi dalam pengembangan tambang bawah
tanah adalah keselamatan kerja tambang. Sesuai pasal 96 UU No 4 tahun 2009 tentang
Pertambangan Mineral dan Batubara menyebutkan bahwa kewajiban setiap pelaku
usaha dibidang pertambangan untuk menerapkan kaidah pertambangan yang baik dan
benar (good mining practice) dengan selalu mengutamakan keselamatan dan
kesehatan kerja.
Bencana tambang pada tanggal 16 Juni 2009 di Sawahlunto pada are
penembangan milik PT Dasrat Sarana Arang Sejati yang tiba-tiba meledak sekitar pukul
10.45 WIB merupakan merupakan salah satu kecelakaan kerja yang terjadi pada
tambang batubara bawah tanah. Kejadian tersebut diakibatkan oleh akumulasi gas
metana pada lorong tambang dan tidak berfungsinya sistem ventilasi yang memadai
2
terjadinya kebakaran dan ledakan telah terpenuhi maka bencana terjadinya kecelakaan
tersebut tidak dapat dihindari dan dapat berakibat fatal. Kejadian tersebut tak perlu
terjadi apabila perusahaan mematuhi sistem keselamatan kerja yang telah menjadi
acuan wajib bagi pengusaha dan Pengawas tambang.
Beberapa negara maju telah lebih dulu mengembangkan teknologi untuk
mendeteksi gas, namun karena harganya relatif mahal jika mengadopsi teknologi
tersebut ke Indonesia maka perlu dikembangkan sendiri di dalam negeri agar dapat
lebih menghemat pengeluaran terhadap barang-barang import.
Pada tahun anggaran 2011 ini, dilakukan pengembangan dengan membuat
sistem terintegrasi mulai dari dalam tambang bawah tanah sampai ke ruang
monitoring di permukaan. Sistem yang dibuat yaitu dengan memasang sensor-sensor
gas antara lain sensor gas metana dan gas karbonmonoksida secara tetap pada suatu
tempat di dalam tambang yang diduga berpotensi terjadi akumulai gas dengan
menghubungkannya ke luar permukaan menggunakan kabel. Di permukaan akan
dikombinasikan dengan metode telemetri untuk menghemat penggunaan kabel.
Kedepan sistem kabel dan telemetri yang dikembangkan ini akan digunakan
dan diujicobakan pada alat-alat keselamatan kerja tambang bawah tanah lainnya yang
pernah dikembangkan sebelumnya, antara lain: alat monitoring pergerakan batuan,
batuan atap, dan sensor-sensor lain seperti sensor kecepatan udara, temperature dan
kelembaban udara tambang.
Diharapkan kegiatan ini dapat menghasilkan inovasi teknologi untuk
monitoring gas pada tambang batubara bawah tanah. Inovasi ini dapat digunakan
sebagai salah satu upaya untuk mempersiapkan teknologi keselamatan kerja dan dapat
diterapkan sebagai sistem monitoring terpadu untuk mendeteksi kondisi tambang
batubara bawah tanah. Dengan adanya teknologi keselamatan kerja ini dapat
mengurangi kekhawatiran pekerja tambang akan resiko yang mungkin timbul dalam
3
1.2
Tahapan Kegiatan
Kegiatan ini merupakan bagian dari rangkaian kegiatan pembuatan sistem
monitoring terpadu keselamatan kerja tambang batubara bawah tanah yang telah
mulai dilaksanakan sejak tahun 2010. Pada tahun anggaran 2010, Puslitbang Teknologi
Mineral dan Batubara di bawah kelompok Penerapan Teknologi Penambangan Mineral
dan Batubara telah melakukan inovasi untuk mengembangkan perangkat pendeteksi
gas metana pada tambang batubara bawah tanah dengan menggunakan sinar infra.
Pada tahapan ini, peralatan yang telah dirancang tidak untuk digunakan terus menerus
di dalam tambang, namun hanya untuk melakukan pengukuran konsentrasi gas pada
waktu-waktu tertentu pada suatu tempat yang diduga terjadi akumulasi gas.
Sedangkan pada kegiatan tahun 2011 dilakukan pengembangan alat dan juga sistem
monitoring dengan menggunakan sistem kabel dan telemetri, sehingga sistem
terintegrasi mulai dari dalam tambang bawah tanah sampai ke ruang monitoring di
permukaan. Roadmap kegiatan dapat dilihat pada Gambar 1.1.
1.3
Ruang Lingkup Kegiatan
Lingkup pekerjaan yang akan dilakukan dalam kegiatan ini meliputi :
- Pembuatan Kerangka Acuan Kerja
- Studi Literatur
- Identifikasi Penggunaan Peralatan dan Bahan
- Persiapan Administrasi dan Peralatan
- Pengambilan data sekunder
- Perancangan alat dan sistem;
- Perangkaian alat dan pembuatan sistem kombinasi kabel dan telemetri
- Perbaikan alat untuk penyesuaian dengan kondisi lapangan
- Ujicoba peralatan/instrumentasi
- Pengambilan data hasil ujicoba
- Analisis hasil ujicoba dan evaluasi
4
1.4
Tujuan
Tujuan dari kegiatan ini adalah untuk mempersiapkan teknologi tepat guna,
murah dan mudah diperoleh di Indonesia sebagai upaya untuk mendukung penerapan
teknologi penambangan yang baik dan benar.
1.5
Sasaran
Sasarannya dari kegiatan ini adalah diperolehnya 1 paket alat deteksi gas (gas
Metana dan gas karbonmonoksida) yang terintegrasi dengan sistem kabel dan
telemetri dalam mendeteksi akumulasi gas khususnya pada lokasi tambang batubara
bawah tanah.
1.6
Lokasi Kegiatan
Lokasi kegiatan kali ini mulai dari perancangan dan perangkaian alat dan
sistem, ’running test’ dan ujicoba dilakukan di Bandung, dan peninjauan lokasi
tambang batubara bawah tanah di Sumatera Barat.
5
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Kondisi Tambang Bawah Tanah
Bekerja pada tambang bawah tanah sama dengan menantang resiko-resiko
yang sangat mungkin terjadi, karena kondisi tambang bawah tanah banyak memiliki
keterbatasan, sehingga keselamatan kerja setiap saat terancam. Beberapa hal yang
perlu dipertimbangkan adalah sebagai berikut :
Ruang kerja terbatas
Bekerja di bawah tanah meniscayakan lingkungan yang jauh berbeda dibanding
bekerja normal diatas permukaan. Besar bukaan terowongan mesti dihitung cermat
agar efisien dari sudut biaya, dan aman dilihat dari pertimbangan teknis. Terowongan
tidak boleh terlalu besar karena akan membutuhkan biaya tinggi. Terowongan yang
besar juga akan meningkatkan kerumitan-kerumitan teknis.
Dari ilustrasi ini dapat disimpulkan bahwa para miner dituntut untuk bekerja dalam
lingkungan yang terbatas. Terbatasnya ruang sudah jelas akan mempertinggi resiko
yang dapat mengancam keselamatan. Bahaya tertabrak kendaraan bergerak (loader,
truk bawah tanah) menjadi salah satu penyebab kecelakaan yang lumayan tinggi akibat
terbatasnya ruang.
Cahaya terbatas
Bekerja di perut bumi berarti mesti bekerja tanpa cahaya matahari. Siang dan malam
hari tak tampak bedanya. Cahaya bantuan dari lampu penerangan memang
dimungkinkan, akan tetapi dengan panjang terowongan yang bisa mencapai puluhan
kilometer penerangan tidak mungkin dipasang di semua tempat.
Bekerja dengan penerangan terbatas jelas akan menjadi tantangan tersendiri. Di
7
di helm para miners. Jika lampu sampai mati, hanya tertinggal gelap yang pekat. Itu
sebab, umumnya miner tidak diperbolehkan bekerja sendirian. Dia mesti didampingi
setidaknya oleh satu kawan untuk mengantisipasi situasi darurat semacam mati lampu
tadi.
Batuan rapuh
Batuan rapuh adalah musuh terbesar miners. Aneka cara untuk memperkuat batuan
dengan berbagai metode penyanggaan memang sudah dilakukan, tapi tetap, para
pekerja tambang harus waspada akan bahaya ini. Untuk meminimalkan resiko ini, selain
penyanggaan batuan, bermacam prosedur kerja menjadi diperlukan dan mesti dipatuhi
para pekerja tambang.
Gas berbahaya
Metan merupakan contoh paling populer dari gas berbahaya. Metan adalah gas yang
lebih ringan dari udara, tak berwarna, tak berbau, dan tak beracun. Metan terdapat di
semua lapisan batubara, terbentuk bersamaan dengan pembentukan batubara itu
sendiri. Di tambang batubara bawah tanah, udara yang mengandung 5-15% metan dan
sekurangnya 12.1% oksigen akan meledak jika terkena percikan api.
Selain itu masih terdapat gas-gas lain yang apabila keberadaannya pada tambang
bawah harus berada dalam kondisi yang tidak membahayakan para pekerja tambang
dan masih dalam batas normal bagi kesehatan manusia, diantaranya gas CO dan gas
CO2.
Konsentrasi gas CO diudara pada tambang bawah tanah yang masih dalam kondisi
aman adalah tidak lebih dari 50 ppm (0.005%volume). Apabila melebihi konsentrasi
tersebut akan dapat membahayakan kesehatan pekerja tambang. Sedangkan
konsentrasi maksimal gas CO2 yang diijinkan pada tambang bawah tanah adalah
kurang dari 5000 ppm (0.5%volume).
8
Salah satu syarat penting pada suatu kegiatan tambang bawah tanah adalah
terpenuhinya udara bersih yang merupakan kebutuhan vital bagi para pekerja tambang
yang berada jauh dari permukaan. Pemenuhan kebutuhan udara harus sesuai dengan
kebutuhan manusia dan juga sistem yang tedapat didalam tambang bawah tanah.
Diperlukan suatu sistem dan peralatan ventilasi yang tepat dan efektif yang sesuai
dengan kebutuhan volume udara dan juga pemantauan kualitas udara yang kontinyu
untuk memenuhi kebutuhan udara bersih tersebut.
Komposisi udara normal terdiri dari 21 % oksigen (O2), 78,09% nitrogen (N2),
0,03% carbon dioksida (CO2) dan 0,93% argon (Ar), komposisi tersebut merupakan
komposisi udara bersih. Tetapi didalam tambang bawah tanah komposisi ini dapat
berubah karena adanya kontaminasi dari gas-gas beracun yang terdapat di dalam
bawah tanah ataupun akibat dari aktifitas penambangan.
Untuk memenuhi kebutuhan udara bersih tersebut terdapat standar kualitas
udara tambang antara lain berdasarkan standar yang dikeluarkan oleh Mine Safety
Health Administration (MSHA), yaitu standar O2 minimum 19,5% volume, sedangkan
CO2 maksimum 5000 ppm (0,5% volume), untuk kadar gas metana pada tambang
batubara bawah tanah maksimal adalah 1% volume pada permuka kerja dan 2%
volume pada return way, untuk gas CO kadar maksimum pada tambang bawah tanah
adalah 50 ppm (0,005% Volume).
2.2.1 Gas Metana (CH4)
Gas metana yang ada di lapisan batubara umumnya terdiri dari dua bentuk,
yaitu dalam bentuk adsorban (terserap) dan dalam bentuk bebas. Gas bebas akan
tersimpan pada pori-pori dan rekahan terbuka. Sedangkan yang teradsorpsi akan
terakumulasi pada bagian atap batuan seperti terserap pada sandstone dan shale
(Vutukuri & Lama, 1986).
Metan adalah gas yang lebih ringan dari udara, tak berwarna, tak berbau, dan
tak beracun. Metan terdapat di semua lapisan batubara, terbentuk bersamaan dengan
pembentukan batubara itu sendiri. Di tambang batubara bawah tanah, udara yang
9
percikan api. Jumlah metan dalam suatu lapisan amat bervariasi. Konsentrasi metan
akan meningkat seiring peningkatan kualitas batubara dan kedalaman cadangan.
Metan terkandung dalam lapisan pori batubara dan terkompresi disana. Saat
lapisan tersebut ditambang, metan yang bersemayam di pori lantas terlepas. Sebanyak
70-80% kadar metan justru bukan berasal dari lapisan yang sedang ditambang.
Sebagian besar metan berasal dari lapisan sekelilingnya (atas/bawah, kiri/kanan) yang
belum ditambang.
Ini bisa terjadi karena adanya perbedaan tekanan antara metan di pori-pori
batubara (tekanan tinggi) dengan tekanan udara terowongan (lebih rendah). Gas
bertekanan tinggi akan selalu mencari udara dengan tekanan lebih rendah. Di awal
perkembangan tambang batubara, sirkulasi udara yang tidak cukup, kegagalan deteksi
atas keberadaan metan, penggunaan api, merokok, atau penggunaan bahan peledak
(black powder) yang tidak tepat, menjadi penyebab utama ledakan di tambang
Gas Karbonmonoksida sifatnya tidak berwarna dan tidak berbau, tidak berasa.
Gas ini bersifat racun dan mudah terbakar, dapat terbentuk dari pembakaran tidak
sempurna pada material karbon. Gas ini dapat terbentuk dari hasil pembakaran,
peledakan, pemanasan benda-benda yang mudah terbakar dan terkumpul di dalam
ruang terisolasi. Gas ini termasuk gas yang sangat berbahaya apabila berada di atas
nilai ambang batas, karena sangat beracun. Apabila terhirup dapat menyebabkan sesak
nafas dan menggantikan oksigen dalam darah yang berasal dari hemoglobin. Daerah
operasi tambang harus dievakuasi apabila konsentrasi gas CO lebih dari 50 ppm
(0,005%).
10
Konsentrasi CO (%) Pengaruh Pada Manusia
0,02 Sedikit Sakit Kepala
0,04-0,05 Terasa Sakit + Telinga Bunyi
0,08-0,10 Hilang Kesadaran
0,15-0,20 Pingsan
> 0,4 Fatal
2.2.3 Gas Karbondioksida (CO2)
Gas karbondioksida dihasilkan melalui pernafasan manusia (respiration),
pembakaran dan dapat keluar dari lapisan batubara dan jenis batuan lainnya. Gas ini
tidak berwarna, tidak berbau, lebih berat dari udara gas yang tidak mudah terbakar,
dan agak terasa asam pada konsentrasi tinggi. Gas ini biasa terakumulasi di bawah
terowongan tambang disekitar lantai tambang. Meningkatnya konsentrasi gas CO2
yang terhirup oleh manusia dapat meningkatkan kerja paru-paru. Ketika konsentrasi
CO2 nafas manusia akan lebih berat dan lebih cepat, pada konsentrasi gas 3% kerja
paru-paru akan menjadi dua kali lipat dari kerja normal, pada konsentrasi 5% kerja
paru-paru menjadi tiga kali lipat, sedangkan apabila konsentrasi gas yang terhirup
meningkat sampai 10% pru-paru hanya bias bertahan beberapa menit saja, meskipun
konsentrasi oksigen masih dalam kondisi normal. Daerah operasi tambang harus
dievakuasi apabila konsentrasi gas CO2 lebih dari 5000 ppm (0,5%).
2.3
Kecelakaan Kerja pada Tambang Batubara Bawah Tanah
2.3.1 Kecelakaan Pada Tambang Batubara Bawah Tanah Di Cina
Berdasarkan www.sourcewatch.org yang mengumpulkan data dari berita-berita
mengenai kecelakaan di tambang batubara bawah tanah di china menyebutkan bahwa
Tambang batubara di china merupakan tambang paling mematikan. Menurut data
resmi setidaknya 3.200 orang meninggal pada Tahun 2008. Penyebab terbesar
11
keselamatan kerja tambang, Ventilasi yang kurang memadai dan ketersediaan
peralatan pengendalian kebakaran. Di Tahun 2009 total korban meninggal akibat
kecelakaan pada tambang batubara bawah tanah sebanyak 2.631korban. Pada awal
pertengahan Tahun 2010, jumlah korban meninggal sebanyak 1.261 korban meningkat
dibandingkan jumlah korban pada awal pertengahan Tahun 2009 yaitu sebanyak 1.175
korban. Data tersebut diperoleh berdasarkan data yang dikelurkan oleh State
Administration Of Work Safety, China. Beberapa kejadian kecelakaan tambang batubara
bawah tanah di Cina dapat dilihat pada Tabel 1.
Kategori utama penyebab kecelakaan tambang batubara bawah tanah yang
terjadi di Cina antara kecelakaan tambang yang diakibatkan oleh gas tambang,
keruntuhan atap, kebakaran tambang dan pengangkutan (Peng, 2010). Kecelakaan
yang diakibatkan gas tambang pada dasarnya disebabkan oleh ledakan gas dan
batubara, yang diikuti oleh ledakan gas metana. Kejadian tersebut banyak terjadi pada
permuka tambang pada saat pembuatan jalan tambang dan juga sering terjadi di area
penambangan. Penyebab terjadinya ledakan gas metana antara lain tidak adanya
system pemantauan gas metana, atau jika ada pemasangannya tidak benar dan juga
kurangnya sensor yang dipasang. Selain itu juga disebabkan oleh tidak tepatnya
pemasangan ventilasi lokal dan tidak tepatnya sistem ventilasi yang diterapkan, juga
adanya ledakan dari alat ventilasi dan peralatan listrik lainya. Ledakan batubara dan gas
dapat terjadi pada area ketidakselarasan dan pada lapisan batubara yang mengalami
perubahan geologi seperti retakan, rekahan, dan lain-lain.
Tabel 2.1 Beberapa Kejadian Kecelakaan yang Disebaban oleh Gas Berbahaya pada
Tambang Batubara Bawah Tanah di Cina
Waktu Lokasi Jenis Kecelakaan
Jumlah Korban Tewas
22 Februari 2009 Tunlan Coal Mine,
Northern China
Ledakan Gas 77
21 November 2009 Northeastern China Ledakan Gas 104
12
18 Juli 2010 Xiaonangou Coal Mine,
Sangshuping Township , Hancheng City
Kebakaran Tambang
28
2 Agustus 2010 Central Henan Province Kebocoran Gas 9
3 Agustus 2010 Southwestern China’s,
Guizhou Province
Ledakan 15
5 Agustus 2010 Sanyuandong Coal Mine,
Dengfeng City, Henan Province
Kebocoran Gas 16
7 Agustus 2010 Shifang City, Southwestern
Province Of Sichuan
Kebocoran Gas 1
18 Oktober 2010 Central China Kebocoran Gas
Metana
37
7 Desember 2010 Juyuan Coal Mine, Henan’s
Mianchi Country, Central China
Ledakan Gas Metana
26
3 April 2011 Aiwei’ergou Provincial
Capital of Urumqi
Ledakan Gas 10
4 Oktober 2011 Southwestern, Province of
Guizhou
Ledakan Tambang
17
17 Oktober 2011 Dashu Township of Fengjie
County
Ledakan Tambang
8
5 November 2011 The State Run Yima Coal
13 Sumber : http://photoblog.msnbc.msn.com/mine-accident
Gambar 2.1 Salah satu Lokasi Ledakan Gas pada Tambang Batubara Bawah Tanah di Cina
2.3.2 Ledakan Gas pada Tambang Batubara Bawah Tanah di Sawahlunto
Pada tanggal 16 Juni 2009 terjadi ledakan gas metana ditambang batubara
bawah tanah milik PT. Dasrat Arang Sejati yang berlokasi di Bukit Bual/Ngalau Cigak,
Kecamatan Talawi, Kota Sawahlunto, Provinsi Sumatera Barat. Ledakan gas tersebut
menewaskan 33 korban, seluruhnya adalah pekerja yang berada di lubang tambang
pada saat ledakan terjadi. Sistem penambangan pada lokasi tersebut masih dikelola
secara manual, menggunakan alat yang sederhana dan dengan sistem ventilasi yang
buruk. Pada saat kejadian kadar gas metana pada lokasi tersebut berkisar antara
7%-12%. Kadar tersebut jauh diatas ambang batas yang ditetapkan pada Keputusan
Menteri Pertambangan dan Energi Nomor 555.K/26/M.PE1995 tentang K3
Pertambangan umum yaitu sebesar 1 %.
Proses penambangan yang dilaksanakan tidak memenuhi prosedur
penambangan yang baik dan benar (good minning practice). Ventilasi yang di buat
tidak memenuhi prosedur ventilasi yang benar dan hanya menggunakan ventilasi alami
berupa lubang- lubang sebagai jalan masuk tanpa adanya pengaturan sirkulasi udara
14
– langit terowongan dan secara terus menerus sehingga jika terpicu oleh api akan
terbakar dan meledak.
Pada proses penambangan batubara di bawah tanah sebelum bekerja harus dilakukan
pengukuran kadar atau konsentrasi gas metan yang ada di dalam area penambangan,
jika kadar atau konentrasi gas metan berbahaya kegiatan penambangan tidak boleh
dilakukan. Dalam kegiatan penambangan di Sawahlunto kegiatan pengukuran
konsentrasi tidak dilakukan sehingga terjadi ledakan yang memakan korban jiwa.
Faktor penyebab yang dominan adalah rencana penggalian disertai sistem
ventilasi yang buruk (Budihardjo, I., 2009). Hal ini dapat dibuktikan dari berita di
beberapa media yang melaporkan kesulitan evakuasi para korban akibat lorong yang
berbelok – belok. Dapat dipastikan bahwa kondisi berbelok – belok disini adalah akibat
dari sistem penggalian yang tidak memenuhi kaidah penambangan bawah tanah yang
benar. Dan tidak didukung oleh sistem ventilasi yang baik pula, sehingga gas metana
sampai terakumulasi pada tingkat yang dapat meledak. Dengan sedikit percikan api,
entah itu dari benturan antara linggis dengan batuan atau dari terkelupasnya kabel
listrik, maka ledakan gas metana tidak akan terhindarkan.
Sumber: www.kompas.com
Gambar 2.2 Lokasi Terjadinya Ledakan Gas Metana yang berlokasi di Bukit Bual/Ngalau Cigak, Kecamatan Talawi, Kota Sawahlunto, Provinsi Sumatera Barat
Kejadian tersebut merupakan kejadian terburuk yang pernah terjadi di tambang
15
yang memadai, terutama peralatan ventilasi dan juga peralatan deteksi gas.
Dalamkejadian ini semua persyaratan penting tersebut tidak dipenuhi. Antara lain
kurangnya monitoring terhadap kondisi gas dan juga tidak terpenuhinya ventilasi yang
sesuai dengan kebutuhan di dalam tambang bawah tanah. Selain itu juga peralatan
penggalian yang digunakan masih manual, yaitu dengan menggunakan belincong,
yang kemungkinan besar menimbulkan percikan api pada saat melakukan penggalian
yang menjadi pemicu terjadinya ledakan.
Akumulasi gas metana dapat terjadi apabila peralatan ventilasi yang digunakan
tidak memadai. Ledakan gas metana dapat terjadi apabila konsentrasi gas metana
diatas 5%. Apabila konsentrasi gas telah melebihi konsentrasi yang diijinkan yaitu
sebesar 1%, maka diperlukan penambahan peralatan ventilasi lokal yang dapat
mengencerkan akumulasi gas sehingga selalu berada dibawah ambang batas.
Monitoring kondisi gas merupakan hal utama dan sangat penting untuk dapat
mengontrol kondisi gas dan menentukan sistem dan peralatan ventilasi yang sesuai.
2.4
Keselamatan Kerja pada Tambang Bawah Tanah
Pada kegiatan tambang bawah tanah, terdapat beberapa syarat yang harus
dipenuhi terutama dalam kaitannya dengan keselamatan kerja. Syarat keselamatan
kerja tersebut antara lain pengawasan terhadap kondisi didalam tambang secara terus
menerus seperti kondisi batuan disekitar terowongan dan kondisi udara tambang.
Teknologi pengawasan secara dini sangat diperlukan, dengan tujuan utama untuk
melakukan pengawasan dan mengetahui sedini mungkin kondisi tidak aman pada
suatu lokasi tambang agar dapat ditanggulangi sebelumnya. Salah satunya dengan
mengembangkan teknologi pengawasan dan peralatan sederhana yang mudah
didapatkan di Indonesia.
Ledakan gas metana pada tambang batubara bawah tanah merupakan salah
satu penyebab terjadinya kecelakaan kerja tambang yang dapat menimbulkan korban
jiwa yang besar dan berakibat fatal bagi keberlangsungan tambang itu sendiri.
16
dan juga keberadaan lapisan batubara yang sudah semakin jauh dari permukaan
(semakin dalam). Untuk mencegah kejadian tersebut, konsentrasi gas metana harus
dapat termonitor antara lain pada area kerja dan juga di sekitar tambang. Untuk
mencegah terjadinya akumulasi gas yang dapat menyebabkan ledakan tambang
diperlukan ventilasi udara segar ke dalam tambang yang memadai. Berdasarkan
perhitungan 1m3/min gas metana pada permuka kerja memerlukan 79 m3/min udara
bersih yang bebas gas metana agar tidak melebihi ambang batas konsentrasi gas
metana. Apabila konsentrasinya tidak memenuhi nilai ambang batas aman yang
diizinkan, maka tambang tersebut berada dalam kondisi bahaya dan perlu penanganan
lebih lanjut.
2.5
Perkembangan Teknologi Monitoring Keselamatan Kerja Tambang
Bawah Tanah
Karena fasilitas yang menjadi obyek berada dalam kondisi alam yang mudah
berubah dan tersebar di daerah luas yang dihubungkan oleh lorong yang sempit serta
medan kerjanya senantiasa berpindah tempat, maka pada tambang bawah tanah,
efektifitas dari segi keselamatan menjadi tujuan yang lebih penting dari pada
rasionalisasi produksi secara langsung ( Bieuniawski, 1984).
Sistem monitoring di dalam tambang bawah tanah dibagi berdasarkan
fungsinya yaitu sensor yang mengumpulkan berbagai macam informasi, peralatan
kontrol yang mengoperasikan mesin menurut sinyal kontrol, rangkaian transmisi yang
mengirim informasi ke tempat jauh di luar tambang bawah tanah, terminal penerima
sinyal yang mengumpulkan dan merubah informasi yang dikirim, serta alat pengolah
informasi dan penunjuk yang melakukan analisis, pengolahan dan perekaman
(penyimpanan) informasi yang telah dikumpulkan (Newman. D, 2005).
Terdapat dua metoda yang digunakan untuk memonitor konsentrasi gas
berbahaya pada tambang batubara bawah tanah di Jepang, sesuai dengan peraturan
mengenai keselamatan kerja di negara tersebut, yaitu: Pengukuran dengan cara
manual, dan pengukuran secara kontinyu menggunakan sistem monitoring gas yang
17
monitoring gas secara terpusat melakukan kontrol terhadap konsentrasi gas sebagai
pencegahan kemungkinan terjadinya kecelakaan kerja akibat kondisi gas tersebut.
Apabila terdapat kondisi tidak aman maka dapat segera diketahui dan diambil suatu
keputusan penyelamatan untuk menghindari timbulnya korban jiwa (Gambar 2.3).
Selain itu sistem monitoring tambang bawah tanah yang telah dikembangkan di
luar adalah sistem Active RFID-basedwireless mesh networking menggunakan Ultra low
frequency text messaging sebagai Personal Emergency Device (PED) yang
dikembangkan oleh PervCom Consulting, India (Gambar 2.4). Sistem ini mampu
berkomunikasi dua arah, sehingga para penambang dapat berkomunikasi dengan
stasiun kontrol dan sebaliknya. RFID (Radio Frequency Identification) aktif ini
berdasarkan hasil real time yang terintegrasi. Router ditempatkan di lokasi strategis
pada terowongan dalam satu jaringan yang kuat dan terintegrasi. Sensor, seperti
sensor getaran, sensor kelembaban, sensor asap, sensor gas ditempatkan pada lokasi
tertentu yang dianggap kritis. Sensor tersebut dapat mendeteksi kondisi tambang
secara terus menerus untuk memprediksi bencana. System monitoring terpadu
memungkinkan sistem monitoring maupun penambang dalam keadaan yang beresiko
mengirimkan alarm untuk memperingatkan para penambang mengambil tindakan
yang diperlukan, seperti evakuasi.
18
Gambar 2.4 Sistem Monitoring terpadu yang dikembangkan oleh PervCom Consulting, India
2.6
Teknologi Monitoring yang Dirancang Sebelumnya
Alat monitoring gas yang dirancang pada tahun 2010 merupakan alat
monitoring gas dengan menggunakan teknologi sinar inframerah. Alat yang dirancang
terdiri dari dua macam, yaitu alat deteksi gas metana (CH4) dan alat deteksi gas
karbondioksida (CO2). Karena selain baik digunakan untuk mendeteksi gas metana,
sinar inframerah juga baik digunakan untuk mendeteksi gas karbondioksida. Alat dan
sistem yang dirancang dapat digunakan untuk mengukur konsentrasi gas pada
waktu-waktu tertentu dan juga sebagai alat monitoring manual terhadap kondisi gas pada
area di sekitar tambang.
2.6.1 Komponen Peralatan
Komponen utama pada alat deteksi adalah sensor. Sensor yang digunakan
dalam perancangan alat pendeteksi gas adalah sensor infra merah. Selain sensor
inframerah sebagai komponen utama dalam perancangan alat deteksi gas, juga
digunakan komponen-komponen penting lainnya berupa perangkat kasar (hardware)
19
Sensor inframerah merupakan komponen utama sebagai tranduser yang
memberikan sinyal elektronik sesuai dengan kondisi gas. Sensor inframerah yang
digunakan merupakan sensor yang telah memiliki paten dan juga bersertifikat dari
ATEX dan IECEx untuk dapat digunakan pada area berbahaya keluaran Dynament Ltd
(Gambar 2.5). Terdapat dua macam sensor inframerah keluaran Dynament yang
digunakan dalam perancangan alat deteksi gas ini, yaitu sensor CH4 (gas metana)
dengan kemampuan deteksi 0 – 5% volume CH4, dan sensor CO2 (gas karbondioksida)
dengan kemampuan deteksi 0 – 5000 ppm atau 0 – 0,5% volume CO2.
Sensor inframerah yang digunakan pada kegiatan ini menggunakan NDIR (Non
Diversive Infra Red) dalam melakukan pengukuran konsentrasi gas. Sensor berisi
filamen tungsten yang mempunyai umur panjang sebagai sumber cahaya inframerah,
rongga optik tempat berdifusinya gas, piroelektrik sebagai detektor inframerah
dengan sistem dual temperaturecompensated, dan termistor integral untuk memonitor
suhu internal didalam sensor. Detektor piroelektrik memberikan dua sinyal keluaran
hasil getaran radiasi elektromagnetik dari sumber inframerah, antara lain:
• Active signal yang menurun pada awal pendeteksian gas
• Reference signal yang digunakan untuk memantau intensitas sumber inframerah.
Pengukuran konsentrasi gas berdasarkan penurunan rasio pada sinyal, dengan
menggunakan rumus:
Konsentrasi gas = (- (lon (1 - (1 - Ratio / zero) / span)) / a) mod (1 / b)
zero adalah rasio pada saat posisi nol, span diperoleh dari hasil kalibrasi, sedangkan
konstanta a dan b adalah sebagai berikut:
a = 0.020748 dan b = 0,500 untuk sensor CH4 0-100% volume
a = 0,00059896 dan b=0,87404 untuk sensor CO2 0-5000ppm
nilai span = 0,22 untuk sensor CO2 0-5000ppm.
Sinyal suhu internal digunakan untuk mengukur suhu di dalam sensor dan digunakan
20
optik. Suhu internal biasanya 10 ° C lebih tinggi dari suhu ambient karena panas yang
dihasilkan sumber inframerah. Kenaikan suhu internal juga memberikan keuntungan,
yaitu dapat mengurangi kemungkinan adanya uap air di dalam rongga optik.
2.6.2 Perancangan Alat Deteksi Gas
Komponen-komponen yang saling terhubung, antara lain sensor sebagai
tranduser yang memberikan sinyal hasil pengukuran kondisi gas. Sinyal tersebut
dicacah oleh mikrokontroler, dan sebagai keluaran dari data yang telah dicacah oleh
mikrokontroller, data dikirm ke MMC/SDRam storage dan tersimpan dalam
MMC/SDRam memory card. Ketika alat dalam posisi merekam (on) data secara
otomatis tersimpan dalam memory card, dimana perekaman tersebut terjadi dalam
setiap jangka waktu tertentu (setiap 3 detik).
Catu utama menggunakan baterai kering dengan kapasitas tegangan sebesar
12 Volt. Untuk mikrokontroller, Evaluation Kit Dynament dan MMC/SD board
sebetulnya hanya membutuhkan tegangan sebesar 5 volt, namun agar proses
pengukuran tetap stabil tetap menggunakan tegangan 12 volt dan tegangan ini
diregulasi untuk masing-masing board.
Untuk membuat semua komponen terlindungi, dibuatlah kotak sebagai casing
dari bahan plastik (Perhatikan Gambar 2.6). semua komponen ditempatkan dalam satu
kotak. Kotak tersebut dilengkapi dengan display dan keypad sebagai tempat melihat
hasil pengukuran, melakukan pe nyetelan dan memberikan perintah-perintah pada saat
pengukuran. Tampilan yang terlihat dalam display antara lain waktu, kode lokasi dan
nilai hasil pengukuran.
Sedangkan keypad digunakan untuk memberikan kode lokasi, dan memberikan
21
Gambar 2.5. Alat Deteksi Gas Metana (CH4) dan Karbon Dioksida (CO2) dengan menggunakan Teknologi Sinar Infra Merah
Secara umum, alat yang telah dirancang ini sangat akurat dan layak untuk digunakan
sebagai pendeteksi gas metana di tambang batubara bawah tanah, namun untuk
mengetahui keakuratan alat secara pasti perlu dilakukan ujicoba lebih lanjut dengan
mengunakan sistem yang lebih baik dan waktu ujicoba yang lebih lama.
2.7
Sistem Telemetri
Dalam suatu system telemetri terdapat beberapa perangkat utama, antara lain:
perangkat input dikenal sebagai transduser, gelombang radio sebagai media transmisi,
instrumen untuk menerima dan memproses sinyal, dan beberapa jenis instrumentasi
untuk merekam atau menampilkan. Transduser memperoleh hasil pengukurandan
monitoring, dan mengkonversi nilai hasil pengukuran dari sensior menjadi impuls
listrik. Sumber tenaga dari Transduser dapat diperoleh secara internal maupun
eksternal.
Hasil pengukuran dikonversi menjadi sinyal listrik oleh transducer, lalu data
ditransmisikan. Bentuk sederhana dari telemetri adalah sistem metering remote,
dengan menggunakan link kawat ke ruang kontrol pusat. Dalam perkembangan saat ini
banyak digunakan frekuensi radio sebagai media transmisi terutama untuk
penggunaan jarak jauh, selain itu terdapat cara lain yaitu dengan menggunakan seperti
cahaya atau suara.
Gelombang frekuensi radio ini dapat mengirimkan data yang terdiri dari data
tunggal dari satu chanel atau dari beberapa chanel. Disebut multiplexing, sistem ini
menggabungkan beberapa jenis informasi menjadi sinyal tunggal, sehingga dapat
mengurangi biaya. Sistem ini lebih efektif dengan memisahkan berbagai bentuk data
dan sinyal. metode ini disebut pembagian waktu sistem multiplexing di mana data
dikirim dan diterima dalam urutan, atau pola tertentu yang ditetapkan. Metoda ini juga
22
pembagian frekuensi. Pembagian waktu menggabungkan saluran berurutan, frekuensi
sistem membagi saluran-saliran pita frekuensi.
Media komunikasi lainnya adalah menggunakan sistem address-replay. Dengan
program khusus yang mengirimkan data setelah menerima sinyal perintah. Sistem ini
terdiri dari dua metode. Pertama adalah sistem AM/FM yang mirip dengan sistem radio
komersial. selanjutnya terdapat beberapa jenis metoda berbasis pulsa, data berupa
kode digital dalam bentuk pulsa yang kemudian ditransmisikan. Sistem dipilih
tergantung kebutuhan penguna. Pada dasarnya berbagai metoda dan sistem telemetri
adalah untuk mengumpulkan sinyal yang dari jauh sehingga dapat ditampilkan secara
23
BAB III
PROGRAM KEGIATAN
Beberapa program kegiatan yang akan dilakukan pada kegiatan
pengembangan alat untuk mendeteksi gas metana pada tambang batubara bawah tanah dengan menggunakan Sistem Kabel dan telemetri dapat diuraikan sebagai berikut :
1. Pembuatan Kerangka Acuan Kerja
Kerangka acuan kerja dimaksudkan untuk dijadikan acuan dalam melaksanakan kegiatan penelitian. Pada kerangka acuan ini termuat jadwal kegiatan, susunan personil pelaksana, tahapan pelaksanaan dan jadwal kegiatan.
2. Studi Literatur
Referensi yang diperlukan antara lain perkembangan teknologi deteksi gas yang telah dikembangkan oleh para peneliti terdahulu, sistem pemonitoran terpusat dan sistem telemetri yang dapat dikembangkan/diterapkan pada tambang bawah tanah.
3. Identifikasi Penggunaan perangkat lunak dan keras
Melakukan identifikasi terhadap perangkat keras dan perangkat lunak yang dibutuhkan, desain dan perancangan serta modifikasi perangkat keras.
4. Persiapan Administrasi dan Peralatan
Untuk mengoptimalkan kegiatan yang akan dilakukan, maka administrasi pelaksanaan kegiatan harus tertata dan harus sesuai dengan kebutuhan.
5. Pengambilan data sekunder
Data sekunder diperoleh untuk acuan dalam melakukan ujicoba, misalnya kondisi udara tambang dan kelembaban, lokasi kemungkinan terakumulasinya gas pada tambang bawah tanah, kondisi tambang bawah tanah dalam rangka penempatan sistem dan juga peralatan.
6. Perancangan alat dan sistem monitoring
24
7. Perangkaian alat dan pembuatan sistem kombinasi kabel dan telemetri serta
pengujian kemampuan alat untuk batasan tertentu
Dengan teknologi mikrokontroller, akan dilakukan perangkaian alat pendeteksi gas
yaitu gas metana (CH4) dan gas Karbonmonoksida (CO) kemudian dilanjutkan
dengan pembuatan sistem pengiriman data melalui kabel dan telemetri. Karena pada tambang bawah tanah frekeunsi radio sangat buruk, maka sistem pengiriman data akan dilakukan dengan menggunakan kabel, sedangkan setelah di mulut tambang akan dikombinasikan dengan radiomodem menggunakan sistem telemetri (tanpa kabel) yang akan diterima pada terminal penerima yang kemudian diteruskan ke komputer sebagai pendisplay data.
8. Perbaikan dan modifikasi alat untuk penyesuaian dengan kondisi lapangan
9. Pengambilan Data
Merupakan kegiatan pengambilan data hasil ujicoba dan juga kegiatan evaluasi hasil penerapan sistem dan peralatan di lapangan.
10.Analisis hasil ujicoba dan evaluasi
11.Pelaporan dan Tulisan Ilmiah
25
BAB IV
METODOLOGI
Metode penelitian yang akan diterapkan dalam kegiatan ini yaitu dengan
memperhatikan tahapan-tahapan kegiatan perancangan suatu alat dari studi pustaka
sampai pada penyusunan laporan, sehingga diharapkan permasalahan yang mungkin
timbul dapat dipecahkan secara bertahap dan diharapkan dapat menghasilkan kajian
yang memuaskan. Tahapan tesebut dapat dilihat pada Gambar 4.1.
26
BAB V
PERANCANGAN DAN PERANGKAIAN SISTEM
Pada tahun anggaran 2010, telah dilakukan pembuatan alat yang dapat
mendeteksi gas metana dan gas karbondioksida pada tambang batubara bawah tanah
dengan menggunakan teknologi sinar inframerah. Alat ini terbukti dapat mendeteksi
gas metana dan karbondioksida, namun masih bersifat parsial, yaitu hanya dapat
melakukan pengukuran konsentrasi gas pada tempat-tempat yang diduga
terakumulasinya gas pada waktu-waktu tertentu. Pada tahun ini dilakukan pembuatan
sistem yang dapat memonitor secara kontinyu (setiap saat) secara otomatis dengan
cara mengintegrasikan sensor menggunakan sistem kabel dan telemetri sehingga data
pendeteksian gas dapat secara otomatis dikirimkan kesuatu ruang kontrol.
Pengembangan ini dilaksanakan dalam rangka membuat sistem pemantauan
secara terpadu dan menyediakan informasi secara real time yang dapat di baca di
pusat pemantauan dalam satu jaringan. Sistem yang dirancang dapat mengukur
konsentrasi gas, menampilkan dan memberi data kondisi gas di dalam tambang yang
dapat dibaca secara langsung di permukaan tambang.
5.1 Desain Pendeteksian Gas dengan Sistem Kabel dan Telemetri 5.1.1 Gambaran Umum Rancangan Deteksi Gas
Sistem yang dirancang merupakan sistem yang mengintegrasikan antara
peralatan pengukuran dan pendeteksian gas di dalam tambang ke ruang kontrol
dipermukaan. Komunikasi antara pendeteksi gas dan ruang kontrol dilakukan dengan
menggunakan sistem kabel dan telemetri dimana data dari tambang bawah tanah
akan dikirimkan melalui kabel data, dikirimkan ke ruang control melalui radio modem
27
Gambar 5.1. Desain Pendeteksian Gas menggunakan Sistem kabel dan Telemetri
5.1.2
Sistem Komunikasi Data
Hasil akhir komunikasi data dirancang untuk dapat mengukur, membaca dan
menampilkan/memberi data kondisi gas di dalam tambang dan tersimpan dalam satu
sistem. Sistem dapat memonitor konsentrasi gas dan mengambil/memperoleh data
dari sensor-sensor gas yang jauh di dalam tambang. Sensor tersebut harus terhubung
dengan pusat komputer walaupun dalam jarak yang sangat jauh. Sistem yang
dirancang merupakan sistem pengumpulan data jarak jauh dari dalam tambang ke
permukaan tambang.
Sistem komunikasi data yang dibutuhkan dalam sistem ini terdiri dari
komunikasi data hasil pendeteksian kondisi gas di dalam tambang berdasarkan sinyal
yang diterima oleh sensor yang diproses oleh mikrokontroler selanjutnya data akan
dilewatkan melalui kabel untuk diteruskan melalui repreater dan diterima oleh radio
modem pengirim. Dan komunikasi data hasil pengolahan dari radio modem pengirim
ke radio modem penerima untuk ditampilkan dan dibaca di ruang server
28
Sistem kabel digunakan sebagai media komunikasi data di dalam tambang
bawah tanah. Komponen yang terdapat di bawah tanah antara lain: sensor gas,
mikrokontroler, kabel data, repeater. Sensor gas sebagai tranduser yang memberikan
sinyal hasil pengukuran kondisi gas. Sinyal tersebut dicacah oleh mikrokontroler,
sebagai keluaran dari data yang telah dicacah oleh mikrokontroler, data dikirim melalui
kabel data dan dikumpulkan oleh repeater dan kemudian dikirim ke radio modem yang
diletakkan dekat dengan jalan masuk tambang.
Sensor Sensor
Kabel Data
Repeater
Mikrologger Radio Modem
BAWAH TANAH PERMUKAAN
Mikrokontroller
Gambar 5.2 Skema Sistem Kabel
Sistem telemetri digunakan sebagai sistem monitoring dari dalam tambang ke
permukaan tambang menggunakan sinyal radio frekuensi. Data hasil pengukuran dari
dalam tambang diteruskan dengan menggunakan radio modem ke ruang monitoring
di permukaan tambang. Radio modem pada ruang monitoring berfungsi sebagai
penangkap sinyal, sedangkan radio modem di dekat lubang tambang berfungsi
sebagai pemancar sinyal (transmitter). Sinyal yang diterima pada ruang monitoring
diteruskan ke komputer menggunakan kabel RS 232. Pada perangkat komputer data
29 PC
Lubang Tambang
Ruang Monitoring ModemRadio
RS232/485
Gambar 5.3 Skema Sistem Telemetri Kondisi Gas Pada Tambang Batubara Bawah Tanah
5.2
Komponen Peralatan dan Sistem
Komponen utama dan peralatan yang menunjang dalam kegiatan monitoring
gas menggunakan sistem kabel dan telemetri ini antara lain: sensor/tranduser,
Mikrokontroler, kabel data, repeater, dan radio modem.
5.2.1
Sensor Gas
Pada kegiatan ini dirancang tiga macam alat deteksi gas yang akan
diujicobakan seperti yang telah disebutkan diatas. Untuk alat deteksi gas CH4
digunakan sensor gas dengan menggunakan sinar inframerah seperti yang pernah
dirancang pada tahun 2010 (Gambar 5.4). Pada kegiatan ini alat monitoring gas
tersebut dikembangkan dengan menggunakan sistem telemetri dan data dapat
diperoleh secara real time. Sedangkan alat deteksi Gas CO menggunakan sistem
chronoaperometry type (Gambar 5.5)
30
Gambar 5.5. Sensor Gas CO
5.2.2 Mikrokontroler
Mikrokontroller adalah perangkat komputer mini, merupakan Integrated Chip
(IC) yang memiliki Central Processing Unit (CPU), Random AccessMemory (RAM), Read
OnlyMemory (ROM) dan komponen lain yang juga hadir dalam komputer.
Mikrokontroller mencacah dan mensinkronisasikan data dari sensor.
Mikrokontroler ini disusun atas Atmega 16 dengan clock 32 Mhz, berbasis
arsitektur RISC (reduced instruction set computer). Hampir semua instruksi dieksekusi
dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 16 register general-purpose, timer/counter
fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART,
programmable. Watchdog Timer, dan mode power saving, ADC dan PWM internal. AVR
juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori
program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.
ATMega16.
ATMega16 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat
disainer sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan proses. Pin-pin
pada ATMega16 dengan kemasan 40-pin DIP (dual inline package) ditunjukkan oleh
Gambar 5.4. Guna memaksimalkan performa, AVR menggunakan arsitektur Harvard
(dengan memori dan bus terpisah untuk program dan data). Dengan
kelebihan-kelebihan ini, dapat digunakan sebagai akuisisi data dari sensor-sensor gas. Secara
31
Gambar 5.6. Rangkaian Mikrokontroller ATmega16
5.2.3 Rangkaian RS 232 dan RS485 Interface
RS 232 adalah standar komunikasi serial yang didefinisikan sebagai antarmuka
antara perangkat terminal data dan perangkat komunikasi data menggunakan
pertukaran biner secara serial. Standar RS232 mendefinisikan kecepatan 256 kbps atau
lebih rendah dengan jarak kurang dari 15 meter, namun belakangan ini sering
ditemukan jalur kecepatan tinggi pada komputer pribadi dan dengan kabel berkualitas
tinggi, jarak maksimum juga ditingkatkan secara signifikan. Dengan susunan pin khusus
yang disebut null modem cable, standar RS-232 dapat juga digunakan untuk
komunikasi data antara dua komputer secara langsung (Gambar 5.7).
Dalam perancangan sistem ini RS232 akan digunakan untuk komunikasi serial
antara data yang dilewatkan oleh repeater dengan radio modem pengirim untuk
32 Gambar 5.7 Rangkaian RS232 interface
RS485 merupakan komponen untuk komunikasi serial hanya saja Standar
RS485 mendukung komunikasi data half-duplex, ini berarti bahwa untuk mengirimkan
dan menerima data hanya menggunakan 2 jalur kabel. Spesifikasi dari standar ini
mampu mendukung komunikasi data dari sejumlah perangkat dan juga mampu
menyangga komunikasi data dalam jarak hingga 1200 meter. Sambungan dari tiap
perangkat yang terhubung ke RS-485 dilakukan secara paralel, sehingga
penyambungan maupun pelepasan perangkat dapat dilakukan tanpa mengganggu
kerja seluruh jaringan (Gambar 5.8).
Gambar 5.8 Rangkaian RS485 interface
33
Kabel digunakan sebagai media untuk mentransfer data, data hasil pengukuran
dari sensor yang telah dicacah oleh mikrokontroler diteruskan melalui kabel data.
Kabel data yang digunakan adalah kabel data keluaran Senshe tech. corporation.
Spesifikasi kabel data yang digunakan antara lain:
- 32 konduktor (16 pairs)
- Max Voltage 800 VDC
- Max current 1.75 Amp
- Out of jacket of cable polyurethane rated -400 to 60 0 C
Sumber www.senshe.com
Gambar 5.9 Kabel data
5.2.5 Repeater (Penguat Data)
Di dalam tambang bawah tanah penempatan sensor bisa sangat jauh
tergantung dari kedalaman penambangan. Apabila data yang diteruskan dari
sensor-sensor tersebut mencapai lebih dari 1000 meter akan terjadi kehilangan/berkurangnya
sinyal pada kabel. Untuk memperpanjang batasan ini perlu ditambahkan repeater
(pengulang) sebagai penguat data. Repeater yang digunakan adalah repeater keluaran
RS 485.com.
Fungsi repeater dalam suatu jaringan adalah sebagai penerima data serta
meneruskannya pada level yang lebih tinggi, atau disebut sebagai penguat. Repeater
juga mempunyai fungsi sebagai alat memperjauh jaringan data dan mampu
34
Sumber www.rs485.com
Gambar 5.10 Repeater
5.2.6 Radio Modem
Radio modem merupakan perangkat utama dalam sistem telemetri. Radio
modem yang digunakan dalam kegiatan ini adalah X-streamTM PKG RF modems,
keluaran DIGI Internasional, Amerika Serikat (Gambar 5.11). Radio modem berfungsi
sebagai perangkat interface untuk mengkondisikan data hasil pengukuran ke dalam
format standar komunikasi data dengan menggunakan media transmisi radio.
Sedangkan spesifikasi teknis dari radio modem yang digunakan adalah sebagai berikut:
- Sistem koneksi: RS 232/485
- Batas transmisi : 180 m (indoor), 5 km (outdoor)
- Transmit power output : 50mW (17 dBm)
- Througput data rate : 9.600 bps
- RF data rate : 10.000 bps
- Power supply : 7 – 18 V
35
Gambar 5.11. X-streamTM PKG RF modem keluaran DIGI 5.2.7 Catu Daya (Power supply)
Catu daya menggunakan baterai kering dengan kapasitas tegangan sebesar 12
Volt. Baterai kering tesebut ditempatkan pada setiap rangkaian elektronik sebagai
pemasok daya yang dibutuhkan pada setiap rangkaian yang terhubung dengan
charger yang secara kontinyu mengisi daya pada baterai. Rangkaian catu daya dapat
dilihat pada Gambar 5.12.
Baterai 12Volt
Charger Baterai
Gambar 5.12 Penempatan Baterai dan Charger
5.3
Perangkaian Sistem
Dalam pembuatan sistem monitoring gas ini terdapat 3 rangkaian yang saling
terhubung, antara lain: rangkaian mikrokontroler, rangkaian repeater, dan rangkaian
radio modem. Setiap rangkaian elektronik masing-masing terangkai dan tersimpan
dalam kotak khusus yang didesain kuat dan aman untuk digunakan pada tambang
bawah tanah dan terhubung dengan baterai dan charger. Diagram blok sistem dapat
dilihat pada Gambar 5.13.
Rangkaian mikrokontroler merupakan rangkaian utama yang terhubung
dengan sensor. Rangkaian terdiri dari Mikrokontroler yang membaca dan mencacah
36
Mikrokontroler ATMega 16 dan RS 485 interface terangkai dalam satu board yang
dapat dilihat pada Gambar 5.14.
Gambar 5.13 Diagaram Blok Sistem Kabel dan Telemetri
Board Rangkaian Mikrokontroler
Gambar 5.14 Rangkaian Mikrokontroler
Rangkaian repeater terdiri dari mikrokontroler ATMega 16, RS 485 interface dan
RS 485 repeater. Mikrokontroler ATMega 16 dan RS 485 interface terangkai dalam 1
board (Gambar 5.15). Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya rangkaian ini mampu
37
hingga 1200 meter. RS485 dalam perancangan sistem ini digunakan untuk
melewatkan data dari hasil pemrosesan oleh mikrokontroler di tambang bawah tanah
ke repreater dan/atau melewatkan data antar mikrokontroler. Penggunaan RS485 ini
dikarenakan jarak yang dapat dilewatkan dalam komunikasi data lebih panjang dari
RS232 yaitu melebihi 1000 meter sehingga dapat digunakan untuk komunikasi data
sepanjang tambang bawah tanah dengan dibantu repeater.
Board Rangkaian Repeater RS 485
Repeater
Gambar 5.15 Rangkaian Repeater
Rangkaian radio modem pengirim terdiri dari rangkaian RS 485/232 interface
dan perangkat radio modem. RS232 digunakan untuk komunikasi serial antara data
yang dilewatkan oleh repeater dengan radio modem pengirim untuk mengirimkan
sinyal data ke radio modem penerima. Rangkaian radio modem dapat dilihat pada
Gambar 5.16. Sedangkan rangkaian radio modem penerima, terdiri dari radio modem
yang tersambung dengan perangkat komputer (laptop).
RS485/RS232 interface Board
38
Gambar 5.16 Rangkaian Radio Modem
BAB VI
PEMBAHASAN
Pengujian sistem pendeteksi gas tambang batubara bawah tanah ini dilakukan
di laboratorium instrumentasi peralatan penambangan, antara lain dengan melakukan
uji kinerja rangkaian dari sistem yang telah dibuat. Terdapat beberapa rangkaian pada
pembuatan sistem deteksi gas ini, antara lain rangkaian mikrokontroler, rangkaian
repeater dan rangkaian radio modem yang masing-masing rangkaian tersebut
terhubung dengan catu daya.
Ujicoba terhadap masing-masing rangkaian dilakukan dengan memberikan
daya dan melakukan pengecekan terhadap masing-masing komponen dan rangkaian
sampai semua komponen tersebut terhubung. Dari hasil ujicoba tersebut
masing-masing komponen dan rangkaian telah terhubung utuk selanjutnya dapat dirangkaikan
menjadi satu sistem yang dapat digunakan untuk melakukan monitoring konsentrasi
gas.
Seluruh komponen danrangkaian dihubungkan dengan menggunakan kabel
data. Pada ujicoba laboratorium ini digunakan kabel data sepanjang 1000 meter, hal ini
disesuaikan dengan kondisi yang mungkin terjadi di lapangan, dan juga berdasarkan
kapasitas maksimal kabel. Sensor gas terhubung dengan mikrokontroler, kemudian
meneruskan data melalui kabel data ke repeater. Dari repeater data diteruskan menuju
radio modem pengirim. Data dari radio modem pengirim dikirimkan ke radio data
39
Pada pengujian ini sensor yang diuji adalah sensor gas metana yang telah
dihubungkan dengan system yang dirancang. Pengujian dilakukan dengan
menggunakan gas metana standar dengan konsentrasi 3.0% Volume. Pengukuran
dilakukan selama dua jam, untuk mendapatkan konsentrasi gas dan juga ujicoba sistem
secara kontinyu. Hasil Ujicoba dengan menggunakan gas standar dapat dilihat pada
Gambar 6.1.
Dari hasi pengukuran dengan menggunakan gas metana standar, konsentrasi
gas hasil pengukuran dengan menggunakan sistem gas ini berkisar antara 2.99 %
volume sampai dengan 3.02 % volume. perbedaan tersebut dapat terjadi akibat noise
pada rangkaian sistem. Hasil ujicoba tersebut menunjukan bahwa alat dan sistem dapat
digunakan untuk mengukur konsentrasi gas Metana.
Gambar 6.1 Grafik Hasil Ujicoba Alat Deteksi Gas Metana
Ujicoba juga dilakukan pada Sensor gas Karbonmonoksida (CO) yang
dihubungkan dengan sistem. Namun dalam pengujian ini masih terdapat
permasalahan pada sensor yang tidak dapat terbaca oleh mikrokontroler. Terdapat
kesulitan dalam penempatan dan penentuan pin yang sesuai untuk sensor tersebut.
Untuk itu perlu dilakukan modifikasi dan pengujian lebih lanjut.
Dari hasil pengujian di laboratorium ini, sistem telah dapat terintegrasi dan
dapat mendeteksi konsentrasi gas metana mulai dari tranduser (sensor gas) hingga
dapat terbaca oleh perangkat komputer. Kedepan sistem kabel dan telemetri ini akan
40
BAB VII
KESIMPULAN DAN SARAN
Pengembangan ini dilaksanakan dalam rangka membuat sistem pemantauan
secara terpadu dan menyediakan informasi secara real time dalam mengukur
konsentrasi gas, menampilkan dan memberi data kondisi gas dan dapat dibaca
secara langsung dan tersimpan dalam satu sistem.
Sistem yang dirancang terdiri dari beberapa rangkaian antara lain sensor sebagai
tranduser, rangkaian mikrokontroler yang membaca dan mencacah data dari
sensor, rangkaian repeater sebagai pengulang dan penguat data dan rangkaian
radio modem pengirim dan penerima data yang dapat mengirimkan data secara
nirkabel (wireless).
Ujicoba dilakukan dengan melakukan simulasi di laboratorium rekayasa tambang.
Dan mensimulasikan pengukuran/monitoring sensor gas metana dengan
menggunakan gas metana standar dengan konsentrasi 3.0 % volume.
Dari hasil ujicoba sistem dan peralatan dengan menggunakan gas standar. terbukti
system telah terintegrasi dan dapat digunakan untuk mengukur konsentrasi gas
metana.
Kedepan sistem ini dapat membaca secara keseluruhan kondisi tambang batubara
bawah tanah dari seluruh titik pemantauan dan dari berbagai macam sensor yang
41
Tambang Batubara Bawah Tanah dengan Teknologi Sinar Infra Merah”, Puslitbang
Teknologi Mineral dan Batubara, Bandung.
4. Peng, S. S., 2010, “Understanding the Chinese Coal Industry”, Henan Polytechnic
University (
http://www.coalage.com/index.php/features/593-understanding-the-chinese-coal-industry.html).
5. Srideep Ghosh, Somprakash Bandyopadhyay, Madhuparna Pal, “Use Of Information
And Communication Technologies For Mining Disasters In Underground Mines”,
PervCom Consulting, India.
6. Tanaka, A., Noda, K., Aoki, K., 2006, “Reliability of Flamable Gas Detection Methods in Japanese Coal Mines”, Mining Technology Vol 115 No.1.
7. Vutukuri, V.S., Lama, R.D., 1986, “Environmental Engineering in Mines”, Cambridge University Press, London.
8. ______,“Infrared Gas Sensor”, (http://www.intlsensor.com/pdf/infrared.pdf) ,
