n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
PEMBORAN PENGGALIAN PEMBORAN PENGGALIAN KARAKTERISASI BATUAN
KARAKTERISASI BATUAN - 2 - 2
Suseno Kramadibrata
Laboratorium Geomekanika & Peralatan Tambang Fakultas Teknik Pertambangan & Perminyakan
Institut Teknologi Bandung
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Karakteristik Teknis
Karakteristik Teknis Batuan Batuan
Batuan kuat membutuhkan energi pemboran dan penggalian lebih besar daripada batuan lemah
Ketidakhadiran bidang lemah akan membutuhkan energi penggalian lebih besar untuk mendapatkan fragmentasi yang diinginkan, sedangkan adanya bidang lemah bisa mengakibatkan masalah pada kegiatan pemboran
Batuan lunak atau plastik cenderung untuk menyerap energi pemboran dan penggalian
Batuan ber-bobot isi tinggi membutuhkan energi
pemboran dan penggalian lebih besar.
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Rock Structure Variation
Rock Structure Variation
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Laboratory Tests For Determining Laboratory Tests For Determining
Relevant Intact Rock Properties Relevant Intact Rock Properties
Physical properties: , , porosity, absorption, & void ratio.
Mechanical properties (static & dynamic):
c,
t, E,
s, c, , &
Dynamic properties: ultrasonic velocity
Hardness
Determination of Physical Mechanical Properties
Laboratory – performed on small rock samples obtained from field or bore hole
Field - insitu test
Steps laboratory test:
Determination of physical properties of intact rock (non destructive test)
Determination of mechanical properties of intact rock (destructive test)
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Process of Process of Geotechnical Geotechnical
Investigation
Investigation
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Intact Rock Properties Intact Rock Properties
Detailed information from target formations is essential for the successful evaluation of both primary & secondary programs. Core samples can yield this critical subsurface information.
With quality cores, mining geotechnical engineers can more fully understand
formation characteristics & more efficiently achieve production objectives.
High quality cores provide the most accurate lithology & physical & mechanical intact rock properties for building the geologic model of the open pit mine design.
Core quality is the key. The sample must be obtained without altering its native (in-situ) properties. Informed application of specialized tools and techniques can produce quality core samples.
The core sample is only as good as the formation data that can be derived from it
Careful review of core and log data can yield
critical subsurface information
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Standard Test for Determining Mechanical Standard Test for Determining Mechanical
Properties of Intact Rock Properties of Intact Rock
Uniaxial compressive strength (UCS): static & dynamic
Uniaxial tensile strength (UTS) – Brazilian test: static & dynamic
Young’s Modulus: static & dynamic
Poisson’s ratio: static & dynamic
Shear strength
Ultrasonic velocity
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Determination of Physical &
Determination of Physical &
Mechanical Properties of Intact Rock Mechanical Properties of Intact Rock
Sample preparation
Direct diamond drilling BQ, NQ HQ (35 - 75 mm) & L/D = 2 – 2.5
Rock sample is cored/drilled from lump rock samples
Cylindrical specimen: BQ, NQ HQ (35 - 75 mm) & L/D = 2 – 2.5
For UCS & Triaxial test: cut specimen, flat, parallel both ends and perpendicular each other.
Measure L & D, area and volume
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Log Bor
Log Bor
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Checking Parallelism
Checking Parallelism & & Flatness Flatness Weighing Rock Specimen
Weighing Rock Specimen
Natural weight specimen: Wn
Dry weight specimen, after 24 hr in oven with T ± 90
oC:
Wo
Saturated weight specimen, after saturation immersed in water 24 hr: Ww
Saturated weigth specimen immersed in water: Ws
Specimen volume without pores: Wo - Ws
Total volume specimen: Ww - Ws
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
S S ifat Fisik ifat Fisik
& Mekanik
& Mekanik Batuan Utuh Batuan Utuh
Sifat batuan Paramater Pengaruhnya
Sifat Fisik Kandungan air
Bobot isi
Porositas
Pemboran, Penggalian
Pemboran, Penggalian
Pemboran, Penggalian Kekerasan
Material Kekerasan Mineralogi
Kekerasan Mohs & Rosival
Koefisien Cementasi
Cone indenter
Uji Dynamic rebound
Shore sclerescope
Schmidt rebound hammer
Modified Schmidt hammer
Pemboran, Penggalian
Pemboran, Penggalian
Pemboran, Penggalian
Penggalian
Penggalian
Penggalian
Penggalian
Pemboran, Penggalian Standard
Kuat Batuan Kuat Tekan – UCS
Kuat Tarik Brazilian
Kuat Geser
Pemboran, Penggalian
Pemboran, Penggalian
Penggalian Perilaku
Konstitutif Uji UCS
Young's Modulus
Spesifik Fraktur Energi
Toughness Index
Pemboran, Penggalian
Pemboran, Penggalian
Penggalian Indeks
Kekuatan Batuan
Brittleness index
Point Load Index-PLI
Impact Strength Index-ISI
O&K Wedge Test
Hardgroove Grindability Index
Breaking Characteristic
Rock Drillability
Drilling Rate Index
Drillability Barre Granite
Penggalian
Pemboran, Penggalian
Penggalian
Penggalian
Pemboran, Penggalian
Pemboran
Pemboran
Pemboran
Pemboran Sifat Dinamik Kecepatan Seismik Lab Penggalian
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Efek Skala
Efek Skala
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B Physical Properties Physical Properties
Ws Wo
Wo
density Water
Ws Wn
Wo density
Apparent
Ws Ww
density Wo Saturated
Ws Ww
density Wo Dry
Ws - Ww density Wn
Natural
n
100%
Ws x - Ww
Wo - n Ww
- Porosity
100%
Wo x - Ww
Wo - saturation Wn
of Degree
100%
Wo x Wo - content Ww
water Saturated
100%
Wo x Wo - content Wn
water
Natural
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Axial (%) (MPa) σc
50% σc
Δε
Δσ σYP
Secant
(MPa)
Δσ
σ
cσYP
Δε Average
(MPa) σc
Δε
Δσ 50% σc
σYP
Tangent
Strength failure D
4. Unstable crack propagation Critical energy release (long term strength) C
3. Stable crack propagation Fracture initiation B
2. Perfectly elastic deformation
Crack closure A
1. Closing cracks O
ε
= lateral strain;ε
v = volumetric strain;ε
a= axsial strain StressStrain
ε
aε
lε
vL A
V
2
Strain
Volumetric
Yield point
Stress Strain Curve of Stress Strain Curve of
UCS Test
UCS Test
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Perilaku
Perilaku
Deformasi
Deformasi
Batuan Utuh
Batuan Utuh
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Kuat
Kuat T T ekan ekan U U niaksial (UCS) niaksial (UCS)
Klasifikasi
UCS (MPa)
Bieniawski, 1973 Tamrock, 1988
Sangat keras 250 - 700 200 [7]
Keras 100 - 250 120 – 200 [6-7]
Keras sedang 50 - 100 60 – 120 [4,5-6]
Cukup lunak - 30 – 60 [3-4,5]
Lunak 25 - 50 10 – 30 [2-3]
Sangat lunak 1 - 25 - 10
(Tamrock Surface Drilling and Blasting, 1988), Mohs Hardness [-]
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Klasifikasi
Klasifikasi Jenis Aplikasi Gigi Gali Jenis Aplikasi Gigi Gali
(Durst & Vogt, 1988 & Hagan, 1990) (Durst & Vogt, 1988 & Hagan, 1990)
Alat Gali Klasifikasi Batuan Utuh UCS (MPa)
Wedge tooth Sangat lunak < 20
Drag/point pick Sangat lunak - lunak < 124
Disc cutter Lunak - keras 5 - 130
Button cutter Keras - sangat keras > 240
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Energi Fraktur Spesifik UCS = Wsf = c x p
E c 2
2
Toughness Indeks (Singh, 1983) = TI = x 100
Energi Fraktur UCS = Wf = ½ Fp x
Rock Toughness (Farmer, 1986) = RT=
E c
2
Persamaan Kurva Tegangan Regangan
Persamaan Kurva Tegangan Regangan
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Klasifikasi Penggalian
Klasifikasi Penggalian Rock Rock Cutting Menurut Cutting Menurut Kekuatan Batuan
Kekuatan Batuan (Atkinson et al 1986) (Atkinson et al 1986)
T E
i
=
c2x 100 Kriteria Kekuatan 2
Batuan UCS
cYoung’s Modulus
E
Modulus of Toughness
T
MPa GPa (lb/in
3) Penurunan Perhitungan
High 108.3 40 72.72 45 40.0
Medium 116.0 29 44.05 25 23.8
Low 58.5 13.4 18.32 15 12.2
Very low 29.9 7.8 7.13 9 5.8
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B Kuat Tarik Brazilian (UTS) Kuat Tarik Brazilian (UTS)
UTS << UCS
UCS/UTS = Toughness ratio
= Brittleness Index
BI semakin besar, kinerja alat gali potong meningkat beberapa kali lipat
F
F Contoh
Batuan
Plat tekan atas
Plat tekan bawah
D
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B Kuat Tarik Dinamik Kuat Tarik Dinamik
Kuat tarik dinamik batuan jauh lebih kecil daripada kuat tekan statiknya.
Kuat tarik dinamik sangat penting untuk diketahui dalam proses penggalian mekanis dan peledakan.
Tegangan tarik tangensial harus lebih besar daripada kuat tarik dinamik agar terjadi rekahan radial
Bila spalling diinginkan untuk terjadi, kuat tarik dinamik
harus lebih kecil daripada tegangan tarik radial yang
dihasilkan dari pantulan pulsa tegangan tekan awal di
bidang bebas.
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B Klasifikasi Brittleness Index Klasifikasi Brittleness Index
Brittleness Index Keterangan
6 – 7 Sangat tough & plastik
7 – 8 Tough & plastik
8 – 12 Rata-rata jenis batuan
12 – 15 Sangat brittle tak plastik
15 – 20 Sangat brittle
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Kecepatan
Kecepatan U U ltrasonik ltrasonik
Uji (ISRM 1981) untuk mengukur cepat rambat gelombang ultrasonik pada contoh batu sebelum uji UCS.
cepat rambat gelombang primer (VLp)
cepat rambat gelombang sekunder (VLs).
Modulus Elastik dinamik dapat dihitung.
Kemampugalian batuan ditentukan juga oleh karakteristik
dinamiknya, karena perjalanan gelombang akibat benturan mata bor dan gigi-gigi alat gali terhadap batuan merupakan gerakan dinamik.
Setiap batuan selalu memiliki rekahan awal (pre-existing cracks).
Tergantung dari proses pematangannya didalam, rekahan awal ini dapat saja bertambah.
Menaiknya rekahan awal akan menurunkan kecepatan ultrasonik.
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Kec. Rambat Gel. Ultrasonik Kec. Rambat Gel. Ultrasonik
Kecepatan rambat gelombang tekan
Kecepatan rambat gelombang geser
Modulus Young dinamik
Modulus geser dinamik
Nisbah Poisson dinamik
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
S S ifat Mekanik Batuan Utuh Menurut ifat Mekanik Batuan Utuh Menurut Uji Indeks
Uji Indeks
Point Load Index (aksial & diametrikal) - ISRM, 1985
Breaking Characteristic
Rock Drillability
Drilling Rate Index
Drillability Barre Granite
Cutting Resistance Wedge Test (FA & FL) - O & K
Voest Alpine Rock Cuttability Index (VA-RCI)
Core Cuttability (Roxborough, 1981)
Impact Strength Index
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B Point Load Index (PLI) Point Load Index (PLI)
Uji PLI dilakukan untuk mengetahui kekuatan (strength) contoh batu secara tidak langsung di lapangan
Bentuk contoh batu: silinder atau tidak beraturan.
Peralatan yang digunakan mudah dibawa-bawa, tidak begitu besar dan cukup ringan sehingga dapat dengan cepat diketahui kekuatan batuan di lapangan, sebelum dilakukan pengujian di laboratorium.
Contoh yang disarankan untuk pengujian ini berbentuk silinder dengan diameter = 50 mm (NX = 54 mm).
Fracture Index dipakai sebagai ukuran karakteristik diskontinuiti dan Fracture Index dipakai sebagai ukuran karakteristik diskontinuiti dan didefinisikan sebagai jarak rata-rata fraktur dalam sepanjang bor inti didefinisikan sebagai jarak rata-rata fraktur dalam sepanjang bor inti
atau massa batuan
atau massa batuan
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Tipe & Syarat Contoh Tipe & Syarat Contoh
Batuan Uji PLI Batuan Uji PLI
(ISRM, 1985) (ISRM, 1985)
L
P
D
W
D D
L
W1
W2
L > 0,5D
P P
P
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B Breaking Characteristics Breaking Characteristics
Breaking characteristic menggambarkan sifat batuan sebagai reaksi apabila dipukul dengan palu.
Setiap jenis batuan mempunyai sifat khusus dan derajat kerusakan yang berhubungan dengan tekstur, komposisi mineral, dan strukturnya.
Breaking characteristic berbagai batuan dinyatakan sebagai The Los Angeles Co-Efficient (ukuran relatif untuk menentukan tahanan batuan terhadap
penghancuran).
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Kemampuboran Batuan Kemampuboran Batuan
Kemampuboran batuan (rock drillability) adalah kecepatan penetrasi (penembusan) mata-bor ke dalam batuan & merupakan fungsi dari beberapa sifat batuan:
kekuatan batuan utuh
mineralogi
abrasivitas
kekerapan kekar
ukuran butir
tekstur
derajat pelapukan, dan lain sebagainya.
Beberapa metoda empirik telah dikembangkan untuk memperkirakan unjuk kerja pengeboran dalam macam-macam batuan.
Indeks khusus untuk kemampuboran antara lain:
Drilling Rate Index (DRI) atau indeks laju pengeboran
Bit wear index (BWI)
Klasifikasi jenis batuan berdasarkan drillability dari Barre granite Moh's test
Klasifikasi Protodyakonov
BWI & DRI saling berbanding terbalik. Jika batuan mempunyai BWI rendah
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Drilling Rate Index
Drilling Rate Index (DRI) (DRI)
DRI dibuat pada 1979, di University of Tronheim (Norwegia).
Metode DRI ini untuk menghitung laju penembusan
DRI bukan merupakan petunjuk langsung kecepatan pengeboran tetapi merupakan ukuran relatif dari kecepatan pengeboran.
DRI ditentukan berdasarkan dua parameter:
Harga kerapuhan S
20(friability value S
20)
Harga Sievers J (SJ value)
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Drilling Rate Index Drilling Rate Index
Dengan menggunakan S
20dan SJ, DRI dapat ditentukan
Dengan menggunakan sebuah miniatur drill dengan mata bor dia 10 mm diputar dengan 280 putaran.
Contoh batuan dengan ukuran 10 x 10 x 10 cm dibor dengan penekanan 20 kg. Hitung kedalaman hasil pengeboran. SJ = rata-rata kedalaman dari 4-8 kali pengeboran dan dinyatakan dalam 0.1 mm
S
20diukur dari brittleness test:
Beban 14 kg dijatuhkan berulang-ulang (20 kali) dari ketinggian 25 cm terhadap contoh seberat 0,5 kg.
S
20= Prosentase undersize saringan 11,2 mm
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Penentuan Penentuan
S S 20 20 dan SJ dan SJ
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Penentuan Drilling Rate Index Penentuan Drilling Rate Index
Drilling Rate Index,
DRI Bit Wear Index, BWI
Sangat rendah 21 Sangat tinggi 63 Rendah sekali 28 Tinggi sekali 53
Rendah 37 Tinggi 43
Medium 49 Medium 33
Tinggi 65 Rendah 23
Tinggi sekali 86 Rendah sekali 13 Sangat tinggi 114 Sangat rendah 3
Classification of Drilling Rate Index and Bit Wear Index for rock formations with
quartz content of 10-40%
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Kecepatan pemboran relatif dalam barre granite ditetapkan mempunyai harga 1,00 dan drillability dari bermacam-macam
batuan dapat diperoleh dengan mengalikan kecepatan pengeboran dalam barre granite dengan faktor drillability yang tercantum dalam tabel.
Kecepatan pengeboran dalam barre granite 90 cm/menit, faktor drillability dari batuan gamping di Tulsa = 1,2, maka kecepatan pengeboran dalam batuan gamping Tulsa adalah 108 cm/menit.
Klasifikasi
Klasifikasi B B atuan atuan M M enurut enurut
Drillability Barre Granite
Drillability Barre Granite
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Rumus
Rumus K K ombinasi ombinasi K K ecepatan ecepatan P P engeboran engeboran D D alam alam B B arre arre G G ranite ranite
N = 31 P/d 1,4
Keterangan:
N = kecepatan pengeboran netto dalam "barre granite"
(m/menit)
P = rock drill (kinetic) out put power (KW)
D = diameter lubang (mm)
Contoh:
Rock drill H L 538
Kinetic out put power = 15,5 KW Diameter lubang = 89 mm
Kecepatan pengeboran netto = 0,87 m/menit
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Drilling Rate Index Drilling Rate Index
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Drilling Rate Index
GRANITE GNEISS ANORTHOSITE
AMPHIBOLITE
MICA GNEISS
MARBLE LIMESTONE
QUARTZITE
PHYLITE DIABASE
PEGMATITE SANDSTONE
DIORITE
SLATE SHALE GABBRO
MONTSONITE NORITE GREYWACKE
MICA SCHIST GNESIS GRANITE
GNESIS
GRANITE TACONITE
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Drillability Factor
Drillability Factor B B atuan atuan
Jenis Batuan Asal Batuan DF Jenis Batuan Asal Batuan DF
Andesit Messy Rock, Washington, USA 1,27 Magnesite Vienna, Austria 0,94
Banded gneiss Soina, Sweden 0,89 Magnesite Kiruna, Sweden 0,67
Barre granite Barre, Vermont, USA 1,00 Magnesite Canada 0,55
Basalt New York, USA 0,56 Magnesite Kiruna, Sweden 0,56
Calcite Hanover, Pa. USA 0,89 Magnesite Kirkland Lake, Ontario, Canada 0,59
Chalco-pyrite New Guinea 0,78 Pegmatite Vancouver, B.C. Canada 0,67
Diorite Oregon, USA 0,34 Porphyry Denver, Colorado, USA 0,82
Dolomite Hanover, Pa. USA 1,70 Porphyry Murdockville, Quebec, Canada 0,89
Felsite Denver, Colorado, USA 0,75 Quartzite Canada 0,33
Granite Westchester, NJ. USA 0,67 Quartzite Minessota, USA 0,56
Granite Snettlesham Dam, Alaska, USA 0,78 Quartzite Canada 0,72
Granite Newark, NJ. USA 1,05 Quartzite New Zealand 0,78
Granite California, USA 1,10 Rhyolite Kirkland Lake, Ontario, Canada 0,60
Granite gneiss Lamburg, NJ. USA 0,67 Sandstone Michel, B.C. Canada 0,75
Granite gneiss Vancouver, B.C. Canada 0,89 Sandy dolomite Hanover, Pa. USA 0,60
Hermanite red Sarajevo, Yugoslavia 1,50 Shale Michel, B.C., Canada 0,75
Limestone Washington, USA 0,78 Shale Scranton, Pa. USA 2,00
Limestone Millerville, Va. USA 0,89 Siderite Sufferen, N.Y. USA 0,89
Limestone Buffalo, N.Y. USA 0,89 Siderite Sarajevo, Yugoslavia 0,90
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
O&K Wedge Test O&K Wedge Test
Uji wedge ini mulanya dikembangkan oleh Oreinstein dan Koppel (O&K) dari Lübeck, Jerman (Rasper, 1975) untuk menentukan tahanan gali (digging resistance) batuan keras dan kompak
Untuk analisa kemampugalian BWE dengan gigi tipe pahat pipih (wedge) & gigi tipe point pick menggunakan PLI
Uji ini dipublikasikan dalam O&K Publication Soil testing equipment operating instructions No. 834 601-12.
Prosedur ideal penentuan kemampugalian (diggability) suatu batuan
dengan BWE adalah dengan melakukan pengujian insitu dengan
BWE-nya di lapangan
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Wedge Test Wedge Test
Contoh batuan 15 cm x 15 cm x 15 cm dan ditekan oleh baji hingga belah.
F
L= F
A=
F
L= Tahanan gali per unit panjang, kN m
-1. F
A= Tahanan gali per unit luas, kN m
-2= kPa. F = Beban belah, N.
L = Panjang total bagian yang terbelah, m.
A = Luas total bagian yang terbelah, m
2. L
F
A
F
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Voest-Alpine Rock Cuttability Index Voest-Alpine Rock Cuttability Index
VA-RCI VA-RCI
VA-RCI dikembangkan di Zeltweg, Austria (Gehring, 1982)
Untuk analisa kinerja road header dan tunnel boring machine.
Contoh batuan
min7 cm & di semen moulded 10x10x10 cm lalu dipotong jadi 2 contoh 10x10x5 cm.
Pengujiannya menggunakan pin besi-baja bulat yang ujungnya dipasang tungsten carbide yang dipasang pada mesin gurdi.
Pin dijepit mesin bor & ditempelkan di atas contoh dengan 764 rpm (radius = 25 mm), 5 detik dan beban statik 200 N.
Kedalaman parit diukur 4 sisi siku dengan ketelitian 0.1 mm.
VA-RCI dihitung dari kedalaman rata-rata dari
empat pengukuran.
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Uji Core Cuttability Uji Core Cuttability
Prosedur uji core cuttability menurut Roxborough (1987)
Uji ini mencari Energi Spesifik suatu contoh batuan
ES menghitung gaya potong & gaya normal rata-rata yang diperlukan oleh sebuah pick memotong parit sepanjang tertentu pada sebuah contoh batu berbentuk silinder
Gaya potong memberikan tegangan transient pick saat memotong, gaya normal adalah gaya yang harus dibangkitkan oleh sebuah mesin saat mempertahankan kedalaman pemotongannya
Gaya potong adalah satu dari gaya-gaya ortogonal yang bekerja pada
pick saat memotong batu.
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Uji Core Cuttability Uji Core Cuttability
W = 12.7 mm, d = 5 mm, =
25 cm Contoh diputar sebesar 90
oagar diperoleh
pemotongan ulang yang sama dan sejajar.
Lakukan 4 kali pemotongan dan total panjang pemotongan menjadi 1 m
Pick chisel w = 12.7 mm, FRA 0
o, BCA 5
o.
Tungsten carbide kualitas
standard, grain nominal 3 - 3.5
mm, cobalt 9 - 10%.
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Metoda Penentuan Cutting Performance Metoda Penentuan Cutting Performance
Roadheader Roadheader
Nuh BILGIN, Cemal BALCI, Istanbul - 2005 Nuh BILGIN, Cemal BALCI, Istanbul - 2005
Core cutting test rig in Istanbul Technical University Tool width of 12.7 mm
Depth of cut of 5 mm Rake angle of (-5°),
Back clearance angle of 5°
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Laboratory Cuttability Test Laboratory Cuttability Test
Serhat Keleş (2005)
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Tipikal
Tipikal G G aya aya P P otong otong & & E E nergi nergi P P otong otong
B B atuan atuan
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
G G aya aya P P otong otong & & E E nergi nergi P P otong otong B B atuan atuan Pasir Pasir
Grafik F LC Terhadap Distance (DOC = 7 mm)
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
0 2 4 6 8 10 12 14 16
F C (k N )
Data
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Bölükbasi, Koncagül & Pasmehmetoglu (1991) Bölükbasi, Koncagül & Pasmehmetoglu (1991)
Bölükbasi, dkk. (1991) tahanan potong spesifik luas (FA) berkorelasi baik dengan Energi Spesifik Laboratorium (ESL) dari Core Cuttability Test (Roxborough, 1987).
ESL bukan size dependent dan arah uji potongnya dapat disesuaikan untuk normal terhadap bidang perlapisan.
Tahanan potong spesifik luas (FA) sangat dipengaruhi oleh ukuran contoh dan anisotropik material bila ukuran percontoh standard tidak dapat dipenuhi, dan bila ujinya tidak dapat dilakukan tegak lurus terhadap bidang perlapisan.
Bölükbasi, dkk. (1991): suatu massa batuan dengan maksimum ESL sebesar
3,72 MJ/bcm masih dapat digali
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Kurva Time vs. Power Kurva Time vs. Power
VASM2D-160 VASM2D-160
Power & Height vs Time BL160CM1
0 100 200 300 400 500 600 700
0 10 20 30 40 50 60 70
Time (s)
Power (kW)
-1 0 1 2 3 4 5 6
Height (m)
Kebutuhan power berubah sesuai dengan posisi gali
Efisiensi penggalian dapat dilakukan dengan menganalisa kurva power – tinggi
Ketebalan penggalian menentukan efisiensi
penggalian
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Energi Spesifik - UCS Energi Spesifik - UCS
Contoh beton Fc Puncak (kN)
Volume (cm3)
ES UCS (MJ/m3)
ES VARCI (MJ/m3)
UCS (MPa)
Beton
1:5 3,69 43 0,74 17,16 3,56
1:7 3,17 65 1,06 9,75 3,44
1:10 2,99 90 0,52 6,64 2,02
Beton &
sisipan
Mudstone 3,08 118 - 5,22 -
Sandstone 2,63 89 - 5,91 -
Claystone 4,55 110 - 8,27 -
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Aplikasi
Aplikasi R R oadheaders oadheaders Sebagai Fungsi K Sebagai Fungsi K ekar ekar & &
Energi Spesifik (McFeat-Smith, 1978) Energi Spesifik (McFeat-Smith, 1978)
Batas mak SE Lab.
Kinerja umum penggalian (Mc Feat-Smith, 1978) Mesin
Berat Mesin Medium
32 MJ/m
320 MJ/m
3Mesin hanya dapat memotong batuan ini secara ekonomis bila berbentuk perlapisan setebal kurang dari 0.3 m. Modifikasi mungkin diperlukan.
25 MJ/m
315 MJ/m
3Kinerja penggalian buruk. Pergantian pick aus secara regular akan membantu kebutuhan energi gali & me-ngurangi bagian aus. Lebih baik pakai point attack pick dengan kecepatan rendah dan besi sangga samping akan memperbaiki stabilitas.
20 MJ/m
312 MJ/m
3Kinerja penggalian sedang. Untuk batuan abrasive perlu sering periksa pick, karena pick tajam akan memperbaiki kinerja.
17 MJ/m
38 MJ/m
3Kinerja sedang - baik dengan keausan rendah. Pick diganti regular untuk batuan
abrasiv.
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Klasifikasi Roadheaders Klasifikasi Roadheaders
Dosco Overseas Engineering ltd
heavy duty Roadheader (berat Roadheader 98 ton),
medium duty Roadheader (berat Roadheader 53 tonnes), dan
light duty Roadheader (berat Roadheader 34 tonnes).
Gehring K. H.
Heavy Duty Roadheader: 50-80 ton dan
Medium Duty Roadheader: 23-50 ton
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Klasifikasi Roadheader Klasifikasi Roadheader
Nuh BILGIN, Cemal BALCI, Istanbul - 2005 Nuh BILGIN, Cemal BALCI, Istanbul - 2005
Kelas
Roadheader Berat (t) Cutterhead
power (kW) Maks Penampang
(m
2) Maks UCS
(MPa) RQD
(%)
Light 8-40 50-170 25 40-60 -
Medium 40-70 160-230 30 60-90 -
Heavy 70-110 250-300 40 90-110 <80
Extra heavy >100 350-400 45 110-140 <60
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Impact Strength Index
Impact Strength Index (ISI) (ISI)
ISI (Evans & Pomeroy, 1966) & uji
Protodyakonov adalah sejenis.
Uji ISI menggunakan peralatan khusus
Contoh batu:
ukuran 0.95 - 0. 32 cm
berat 100 gram
dipukul dengan piston sebanyak 20 kali
sisa batuan
berukuran semula
ditimbang dan sama
dengan ISI
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Hubungan UCS
Hubungan UCS & & PLI PLI
) 50
Is(
Referensi Persamaan Tipe Batuan
Broch & Franklin (1972) Bieniawski (1975)
Brook (1985)
c= 24I
s(50)
c= 23I
s(50)
c= 22I
s(50)batu pasir
batuan beku, batuan sedimen -
Singh (1981)
Vallejo et al. (1989)
shale
batu pasir
Kramadibrata (1992)
c= 18,7I
s(50)
c= 12,5I
s(50)
c= 17,4I
s(50)
c= 11,82I
s(50)batu pasir dan shale -
shale batu pasir
batu pasir dan batu lempung
Gunsallus & Kulhawy (1984) Cargill & Shakoor (1990) Kahraman (2001)
c= 16,51
s(50)+ 51
c= 23I
s(54)+13
c= 8,41I
s(50)+ 9,51
dolostone, batu pasir, batu gamping batuan sedimen, batuan metamorf
batuan beku, batuan sedimen, batuan metamorf
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Block Punch Index (BPI) Block Punch Index (BPI)
Salah satu alternatif uji indeks yang relatif baru untuk memperkirakan nilai kuat tekan dari batuan & berguna untuk batuan berfoliasi tipis sehingga sulit untuk mendapatkan contoh representatif untuk UCS & PLI sekalipun.
Uji BPI dilakukan untuk mengetahui kuat geser secara langsung dari contoh batuan yang berbentuk silinder tipis.
Diperoleh gaya dikenakan pada contoh batuan menggunakan punch berbentuk empat persegi. Keruntuhan yang terjadi disebabkan oleh pecahnya contoh batuan karena ketidakmampuan contoh batu untuk menahan kuat geser, sedangkan kuat tariknya dieliminir dengan alat penjepit block punch.
BPI = Block Punch Index (MPa) F = Beban runtuh (N) r = Jari-jari contoh (mm)
A = Luas bagian runtuh (mm
2) K = Lebar BPI = 15 mm t = tebal contoh (mm)
5 , 2 0 2
2 r K
t 4 BPI F
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Block Punch Index (BPI)
Block Punch Index (BPI)
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Hubungan UCS & Block Punch Index (BPI) Hubungan UCS & Block Punch Index (BPI)
Schrier (1988) BPI adalah uji indeks dan bukan untuk mengukur kuat geser batuan karena kemungkinan dipengaruhi oleh tegangan bending (Everling, 1964).
Uji BPI ekuivalen dengan uji indeks lainnya untuk menduga UCS, & tingkat akurasinya yang lebih baikdaripada uji PLI.
Rivai (2001): hubungan UCS & BPI dapat dilakukan untuk batuan lunak karena penekanan yang terjadi pada uji BPI menyangkut suatu luas yang lebih besar dari point sehingga akan memberikan efek geser.
Referensi Persamaan Tipe Batuan
Schrier (1988)
Ulusay & Gokceoglu (1998) Rivai (2001)
c= 6,1BPI – 3,3
c= 5,5BPI
c
c= 7,13BPI
cbatuan beku, batuan sedimen, batuan metamorf
batuan beku, batuan sedimen, batuan metamorf
batu pasir, batu lempung, batu lanau, batu andesit
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B Hubungan UCS & Impact Strength Index (ISI) Hubungan UCS & Impact Strength Index (ISI)
Uji ISI sudah tidak direkomendasikan lagi oleh ISRM 1986 – Commision on Testing Methods Groups on Test For Drilling and Boring, sehingga perkembangan penelitian untuk mengembangkan kegunaannya, baik untuk memprediksi nilai UCS maupun manfaat lainnya, menjadi kecil.
Kahraman (2001), data hasil uji ISI relatif konsisten daripada UCS dan uji indeks lainnya.
Referensi Persamaan Tipe Batuan
Hobbs (1964)
c*= 53ISI – 2509
Goktan (1988)
c= 0,095ISI – 3,667 batuan sedimen
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Klasifikasi
Klasifikasi Penggalian Penggalian Protodyakonov Protodyakonov (Durst & Vogt, 1988)
(Durst & Vogt, 1988)
Kelas Kekuatan material Tipe tanah / batuan ISI
MPa UCS
MPa I Batu paling keras Solid & tough quartz &basalt 20 200
II Batu sangat keras Porphyritic, quartz, granite 15 150
III Batu keras Granite, hard sandstone, iron ore 10 100
IV Relatif batu keras Normal sandstone, iron ore 6 60
V Batu keras medium Hard clay slate, soft-sand stone & limestone 4 40 VI Relatif batu luak Soft clay, v. soft sand-stone, chalk, fine sand,
anthracite, cemented pebble sandstones 2 20 VIa Relatif batu luak Gravel soil, broken salte, hard fossil coal,
hardened clay 15 15
VII Batu lunak Hard clay, soft fossil coal, clayey soil, hard
brown coal 1 10
VIIa Batu lunak Gritty clay, coarse clay, loess 0.8 -
VIII Tanah Top soil, peat loam, sand 0.6 -
IX Tanah lepas Sand, dumped soils, soft brown coal 0.5 -
X Tanah lumpur Mud, muddy loess - -
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Schmidt Hammer Schmidt Hammer
Ada 2 tipe untuk batu dan beton: L & N. Energi impak (EI) tipe L = 0,735 J = 1/3 EI tipe N & dimensinya juga lebih besar.
Tipe L untuk uji contoh batuan silinder & tipe N untuk contoh batuan besar; blok batuan / langsung pada massa batuan.
Terdiri dari piston yang dikombinasikan dengan per. Piston secara otomatis terlepas dan menumbuk permukaan kontak dengan batuan ketika hammer ditekan ke arah permukaan batuan. Piston tersebut akan segera memantul kembali ke arah dalam hammer. Jarak pantul piston yang terbaca pada indikator dinyatakan sebagai nilai pantul Schmidt Hammer.
Nilai pantul Schmidt Hammer = rata-rata 10 pengujian.
Jarak pantulan ini merupakan fungsi dari jumlah energi impak yang hilang akibat deformasi plastik dan failure dari batu di tempat terjadinya impak.
Nilai pantul fungsi orientasi dari hammer. Pengujian dengan menekan hammer relatif ke arah bawah menghasilkan nilai pantul < daripada menekan hammer ke arah atas. Gaya gravitasi akan menghambat pantulan piston pada saat
hammer ditekan ke arah bawah sebab arah pantul dari
1. Contoh batuan 2. Impact plungerP em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B # P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Hubungan UCS & Schmidt Hammer Hubungan UCS & Schmidt Hammer
Hubungan tsb memperlihatkan kecenderungan
penggunaan bobot isi sebagai variabel tambahan pada hampir semua persamaan korelasi antara UCS dan
Schmidt Hammer
Referensi Persamaan Tipe Batuan Tipe
Hammer 1. Deere & Miller, 1966
2. Kidybinski, 1968 3. Beverly et al., 1979
4. Haramy & DeMarco, 1985 5. Cargill & Shakoor, 1990 5.1. batu pasir
5.2. karbonat
6. Kahraman, 2001
1.
c= 6,9 ×10
(0,16+0,0087Rn)2.
c= 0,477e
(0,045Rn+)3.
c= 12,74e
(0,0185Rn)4.
c= 0.094R
n– 0,383
.1.
c= e
(0,043Rnd + 1,2).2.
c= e
(0.018Rnd + 2,9)1. - 2. - 3. -
4. batu bara
5. sedimen, metamorf
6. tiga jenis batuan
L
-
L
L
L
N
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Hubungan UCS & Kecepatan Ultrasonik Vp Hubungan UCS & Kecepatan Ultrasonik Vp
Vp untuk pemilihan alat gali dan penentuan keberadaan kekar
Hubungan UCS & Vp sulit ditentukan tanpa memperhitungkan faktor- faktor di dalam batuan.
Faktor-faktor: beban pada contoh saat pengujian, porositas, pre-existing crack, bobot isi, kandungan air, ukuran butir & komposisi mineral.
Kahraman (2001) hubungan non-linear antara
cdan Vp dengan
menggunakan variasi contoh batuan daripada penelitiannya Goktan &
Wade et al. sehingga lebih andal utk prediksi UCS daripada Vp.
Referensi Persamaan Tipe Batuan
Goktan (1988) Wade et al. (1993) Kahraman (2001)
c= 0,036v
p*- 31,18
c = 0,055v
p* - 91,44
= 9,95v
1,21batuan sedimen -
batuan beku, batuan sedimen, batuan metamorf
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B A A brasivitas brasivitas
Suatu parameter yang mempengaruhi keausan (umur) mata bor (drill bit) atau batang bor (drill steel).
Tergantung pada komposisi batuan, sehingga keausan mata bor sebanding dengan komposisi batuan tersebut.
Kandungan kuarsa dalam batuan dianggap sebagai petunjuk untuk mengukur keausan batang bor.
Kerusakan pick atau gigi gali sangat dipengaruhi abrasivitas batuan yang digali.
Uji abrasivitas untuk menduga jumlah keausan pick bila kontak dengan batuan.
Cerchar Abrasivity Index untuk menduga abrasivitas batuan beku &
metamorf
Schimazek Factor (Gehring 1992) untuk menduga abrasivitas batuan
sedimen
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Cutting Tools Abrasivity Cutting Tools Abrasivity
Menggunakan gigi gali kualitas top yang dibuat khusus untuk operasi tambang dan dipakai pada Mesin potong 2500 SM
menghasilkan produksi tinggi dengan keausan gigi gali rendah.
Ujung gigi gali sungguhnya menerima beban paling tinggi saat memotong batu sehingga materialnya harus terbuat dari bahan wear-resistant carbide metal.
Tubuh bajanya menyelimuti ujung gigi gali dibagi dalam 3 bagian;
The tool head is particularly hard and highly wear-resistant
The shaft is tougher and more break-resistant. The different degrees of hardness in the tool head and shaft guarantee optimum properties during the entire tool life.
Penggunaan gigi gali khusus pada SM 2500
Cutting soft layers of up to 20 N/mm² (lignite, salt, sand, asphalt)
Cutting medium-hard layers between 20 N/mm² and 50 N/mm² (shell limestone soils, soft limestone, gypsum, marl or shale)
Cutting hard layers between 50 N/mm² and 80 N/mm² (hard concrete,
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Cerchar Abrasivity Index
Cerchar Abrasivity Index CAI CAI
CAI ditentukan dengan menggoreskan sebuah pin besi-baja yang sudah diperkeras ke-permuka batuan segar.
Pin: kuat tarik 200 kg/mm
2, Rockwell hardness 54 – 56, dibentuk konus = 90° dan tajam oleh mesin bubut.
Valantine (1973): selama satu detik pin dibawah beban statik 7 kg digoreskan ke permukaan batuan segar sepanjang 1 cm.
CAI = pin yang sudah rusak akibat goresan diukur dibawah mikroskop dengan satuan 1/10 mm
W 1 cm
Miring Rata
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
CAI Test Set Up
CAI Test Set Up
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Hasil
Hasil P P engukuran engukuran L L ebar ebar R R usak usak U U jung jung P P in in
di di B B atu atu P P asir asir
No W mm No W mm
1 173-349-115-280 11 661-475-551-404
2 284-203-279-285 12 382-313-404-303
3 176-181-175-188 13 255-528-213-548
4 254-262-244-336 14 134-181-150-295
5 167-237-200-262 15 386-311-246-384
6 501-781-469-748 16 297-308-279-297
7 663-475-551-404 17 173-206-225-197
8 443-340-444-437 18 173-206-225-197
9 440-559-653-571 19 189-246-100-376
10 110-302-176-288 20 309-274-190-260
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B Schimazek Schimazek A A brasivity brasivity F F actor actor
Abrasivitas menurut Schimazek F sering digunakan untuk batuan sedimen dan hitungannya memakai persamaan berikut:
F = (N/mm)
t = Kuat tarik tak langsung (MPa)
d = Ukuran butir kuarsa atau mineral keras rata-rata yang diidentifikasi pada analisa sayatan tipis (mm)
V = Kandungan volume mineral keras relatif terhadap kuarsa
100
dV
σ
tP em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Penentuan Schimazek F
Penentuan Schimazek F B B atuan atuan G G amping amping
Mineral % % % % % % % % % % Rata rata Skala
Rosival % Volume
Quartz 65 75 60 60 70 60 75 65 75 55 66 1.0 66
Feldspar 5 10 5 15 5 10 5 5 10 15 8.5 0.3 2.7
Hard silica 5 - 10 - 5 10 5 5 - - 4 0.3 1.2
Lempung 10 10 20 10 15 10 5 10 - 20 11 0.04 0.44
Karbonat 10 - - 5 - 5 5 - 5 - 3 0.03 0.09
Mat. Organik. 5 - 5 5 - 5 - 5 5 10 4 0 1.5
Mat. Volkanik - 5 - 5 5 - 5 10 5 - 3 0.5 1.5
Ukuran butir rata2 kuarsa dari sayatan tipis = 0.16 mm,
t= 10.2 MPa Total 71.9
.
100 dV σt100
71.9 x 0.16 x
F = =
10.2= 1.17
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
CAI &
CAI &
F Schimazek F Schimazek
Batuan Mineral % Moh Kekerasan Rosival Kekerasan
Mudstone Quartz 0.65 7 5.24 120 80
Calcite 0.11 3 4.5
Mica, clay, plagiclase 0.24 1.5 4
Sandstone Quartz 0.97 7 6.87 120 117
Mica, clay, iron hydroxide 0.03 2.5 4
Limestone Clacite 0.98 3 3.08 4.5 7
Quartz 0.02 7 120
Granite Feldspar 0.60 6 6.25 37 57
Quartz 0.30 7 120
Biotite 0.05 2.5 4
Hornblende 0.03 5.5 20
Magnetite 0.01 5.5 20
Chlorite 0.01 2.5 4
CAI Deskripsi Schimazek F Deskripsi
0.3 - 0.5 Abrasiv kecil < 0.01 Tidak abrasiv
0.5 - 1.0 Agak abrasiv 0.01 - 0.05 Abrasiv kecil
1.0 - 2.0 Medium abrasiv-abrasiv 0.05 - 0.1 Abrasiv sedang
2.0 - 4.0 Sangat abrasiv 0.1 - 0.5 Cukup abrasiv
> 4.0 Paling abrasiv 0.5 - 1.0 Abrasiv
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B Schimazek Abrasivitas Schimazek Abrasivitas
Laju keausan akibat abrasiv = kehilangan berat pick dan akan naik sesuai dengan pangkat dua kandungan kuarsanya.
Batu pasir butir kasar dapat menyebabkan keausan pick 50 x lebih besar daripada batu pasir butir halus.
Gehring (1992-b): kuarsa butir < 0.025 mm tidak berpengaruh terhadap abrasivitas.
Roxborough & Phillips (1981) kandungan kuarsa 60% sangat berpengaruh terhadap keausan pick.
Laju keausan meningkat signifikan pada besi daripada tungsten carbide, karena kekerasan kedua material tersebut berbeda.
besi= 7.8 gr/cc dan
tungsten carbide= 14.0 gr/cc, keausan besi = 4 x lebih cepat
daripada tungsten carbide.
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Thuro & Plinninger, 2003. Hard Rock Tunnel Boring, Cutting,
Thuro & Plinninger, 2003. Hard Rock Tunnel Boring, Cutting,
Drilling & Blasting: Rock Parameters for Excavatability. ISRM 2003
Drilling & Blasting: Rock Parameters for Excavatability. ISRM 2003
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Thuro & Plinninger, 2003. Hard Rock Tunnel Boring, Cutting,
Thuro & Plinninger, 2003. Hard Rock Tunnel Boring, Cutting,
Drilling & Blasting: Rock Parameters for Excavatability. ISRM 2003
Drilling & Blasting: Rock Parameters for Excavatability. ISRM 2003
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Thuro & Plinninger, 2003. Hard Rock Tunnel Boring, Cutting,
Thuro & Plinninger, 2003. Hard Rock Tunnel Boring, Cutting,
Drilling & Blasting: Rock Parameters for Excavatability. ISRM 2003
Drilling & Blasting: Rock Parameters for Excavatability. ISRM 2003
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Thuro & Plinninger, 2003. Hard Rock Tunnel Boring, Cutting,
Thuro & Plinninger, 2003. Hard Rock Tunnel Boring, Cutting,
Drilling & Blasting: Rock Parameters for Excavatability. ISRM 2003
Drilling & Blasting: Rock Parameters for Excavatability. ISRM 2003
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
UCS vs. CAI
UCS vs. CAI
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
100 80
60 40
20 0 0
1 2 3 4 5 6
Pick tungsten carbide
(batuan sedimen) Kuarsa vs. Laju Kuarsa vs. Laju Keausan
Keausan
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B Kandungan Kandungan K K warsa warsa P P ada ada B B erbagai erbagai B B atuan atuan
Jenis Batuan Kandungan kwarsa (%) Jenis batuan Kandungan kwarsa (%)
Amphibolite 0 - 5 Mica gneiss 0 - 30
Anorthosite 0 Mica schist 15
Diabase 0 - 5 Norite 0 - 5
Diorite 10 - 20 Pagmatite 15 – 30
Gabbro 0 Phylite 10 – 25
Gneiss 15 - 50 Quartzite 60 – 100
Granite 20 - 35 Sandstone 25 – 90
Greywacke 10 - 25 Slate 10 – 35
Limestone 0 - 5 Shale 0 - 20
Marble 0,00 Taconite 0 - 10
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
0 20 40 60 80 100 120 140 160
10.0
1.0
0.1
0.01
0.001
Fsch = 0.01
Fsch = 0.5
Fsch = 0.1
Fsch = 1
Fsch = 5 Picks type U47 & U47L;
dia. = 17.5 mm of tungsten carbide (Voest Alpine Bergtechnik)
P ic ks /b cm
Konsumsi Pick/bcm vs.
Konsumsi Pick/bcm vs. UCS UCS & F & F Schimazek Schimazek (Voest Alpine Bergtechnik)
(Voest Alpine Bergtechnik)
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Beberapa Faktor Yang Mempengaruhi Beberapa Faktor Yang Mempengaruhi
Keausan Mata Bor Keausan Mata Bor
Mata Bor
Karakteristik (komposisi carbide, bentuk mata gigi gali & mata bor, kandungan steel)
Flushing (fluid, number & geometry of flushing holes and flutes, flushing pressure)
Gaya normal dan kecepatan putaran
Temperatur
Logistik
Pemeliharaan
Penanganan peralatan
Metode pendukung
Geologi
Sifat-sifat batuan (komposisi mineral, kekuatan batuan, ukuran butir, bentuk)
Karakteristik kekar (jarak, orientasi, bukaan, kekasaran)
Pelapukan / alterasi batuan
Kandungan air
Komposisi massa batuan (homogen / hetereogen)
Kondisi tegangan isnitu, orientasi dan
besaran
P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B P em bo ra n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Laju Keausan Alat Gali/Potong Laju Keausan Alat Gali/Potong
WEDGE TOOTH
POINT PICK / TOOTH
Panjang semula
Panjang setelah pemakaian 252 mm
185 mm
n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B n P en gg al ia n S K D ep ar te m en T ek ni k P er ta m ba ng an IT B
Sebelumnya, keausan pick ditentukan dengan mengukur perbedaan panjang asli dan akhir penggunaan. Menurut kebiasaan di Air Laya, pick harus diganti bila panjangnya mencapai 185 mm dari panjang aslinya 25