Analisis Kebutuhan Pompa pada Sistem Penyaliran Tambang Terbuka dengan Persamaan Material Balance (Studi Kasus pada PT TIA)

Transkripsi

1 Analisis Kebutuhan Pompa pada Sistem Penyaliran Tambang Terbuka dengan Persamaan Material Balance (Studi Kasus pada PT TIA) Riswan 1, Dimas Aditya 2 Abstrak. Tambang terbuka menghasilkan daerah bukaan tambang pada permukaan kerja (front). Kegiatan ini menimbulkan masalah genangan air yang bersumber dari air limpasan dan air tanah sehingga mengganggu aktivitas penambangan, kestabilan lereng dan keselamatan kerja. Penelitian ini menggunakan metode survei di front penambangan yaitu dengan melakukan pengamatan dan perhitungan kapasitas sump, debit pemompaan, debit limpasan aliran permukaan (debit air tanah, resapan dan penguapan diabaikan karena nilainya kecil), dan melakukan analisis penentuan sistem pemompaan dan kebutuhan jumlah pompa yang digunakan dalam mengatasi genangan air atau banjir yang sering terjadi di front penambangan. Analisis kebutuhan unit rangkaian pompa berdasarkan persamaan water balance, debit air limpasan maksimum (Qin) adalah 762, m3/bln dan debit pemompaan 173, m3/bulan, sehingga jumlah pompa maksimum yang dibutuhkan adalah 4 unit pompa (parallel) dengan debit air yang terakumulasi adalah 69, m3/bln dengan ketahanan sump 57.6 hari. Jika menggunakan 1, 2 atau 3 unit pompa tidak dapat direkomendasikan karena ketahanan sump dibawah 26 hari, sedangkan hari hujan perbulan maksimamum 26 hari/bln. jika hal tersebut terjadi, maka ada waktu 10 hari/bulan debit yang terakumulasi tidak tertampung oleh sump. Kata Kunci: Penyaliran, water balance, pompa PENDAHULUAN PT. Tunas Inti Abadi (PT. TIA) merupakan salah satu perusahaan yang bergerak pada bidang pertambangan batubara yang terletak pada wilayah administrasi Desa Sebamban, Sei. Loban, Kusan Hulu dan Angsana, Kabupaten Tanah Bumbu, Sungai Danau, Provinsi Kalimantan Selatan yang memiliki area konsesi seluas 4,305 Ha yang dibagi dalam tiga pit. Pada kegiatan penambangan dilakukan dengan metode tambang terbuka (Open Pit). Sistem ini akan menghasilkan daerah bukaan tambang pada permukaan kerja (front) penambangan, sehingga selama kegiatan penambangan akan menghadapi masalah genangan air yang bersumber dari air limpasan dan airtanah, genangan air ini akan mengakibatkan terganggunya aktivitas penambangan, kestabilan lereng dan keselamatan kerja, yang akhirnya akan mengakibatkan target produksi batubara tidak tercapai. 1 Staff Pengajar dan 2 Mahasiswa Program Studi Teknik Pertambangan Fakultas Teknik UNLAM 66

2 Riswan dan Aditya, D., Kebutuhan Pompa pada Sistem Penyaliran..67 Sumber air tambang yang paling mendominasi adalah air hujan, Curah hujan merupakan salah satu parameter pada kegiatan tambang terbuka yang secara umum dapat mempengaruhi kegiatan operasional penambangan, Intensitas curah hujan di wilayah penambangan PT TIA secara umum sangat tinggi. Proses kemajuan tambang baik luas maupun kedalaman mengakibatkan daerah tangkapan hujan (Cacthment Area) semakin luas dan proses dewatering semakin sulit karena harus mengatasi total head yang terlalu besar serta mengalami kesulitan dalam melakukan proses maintenance karena lumpur yang terbawa air akan terakumulasi sangat banyak. Sistem penyaliran tambang sangat berperan dalam mengatasi permasalahan tersebut, sehingga perlu adanya analisis kebutuhan jumlah pompa untuk mengatasi masalah air yang masuk ke dalam tambang. Genangan air dan banjir yang sering terjadi pada front penambangan dan mengganggu aktivitas penambangan dapat menyebabkan target produksi tidak tercapai sehingga perlu dilakukan analisis kebutuhan jumlah pompa berdasarkan debit air yang masuk ke front penambangan, kapasitas sump dan debit pemompaan yang mampu mengatasi air yang masuk ke area penambangan secara optimal dan efisien. 1. Sistem Penyaliran Tambang Sistem penyaliran tambang adalah suatu usaha yang diterapkan pada daerah penambangan untuk mencegah, mengeringkan, atau mengeluarkan air yang masuk ke daerah penambangan. Upaya ini dimaksudkan untuk mencegah terganggunya aktifitas penambangan akibat adanya air dalam jumlah yang berlebihan, terutama pada musim hujan. Selain itu, sistem penyaliran tambang ini juga dimaksudkan untuk memperlambat kerusakan alat, sehingga alat-alat mekanis yang digunakan pada daerah tersebut mempunyai umur yang lama (Budiarto,1997 : 79-80). Penanganan masalah air dalam suatu tambang terbuka dapat dibedakan menjadi dua yaitu : a. Mine drainage Mine drainage merupakan upaya untuk mencegah masuknya air ke daerah penambangan. Hal ini umumnya dilakukan untuk penanganan air tanah dan air yang berasal dari sumber air permukaan. b. Mine Dewatering Mine dewatering merupakan upaya untuk mengeluarkan air yang telah

3 68 Jurnal Fisika FLUX, Vol. 9, No. 1, Pebruari 2012 (66 75) masuk ke daerah penambangan. Upaya ini terutama untuk menangani air yang berasal dari air hujan. 2. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Sistem Penyaliran a. Rencana Penambangan Sistem penyaliran tambang yang akan diterapkan harus disesuaikan dengan rancangan penambangan, sehingga sistem penirisan dapat mendukung kegiatan penambangan yang akan dilakukan dengan demikian rancangan sistem penyaliran tambang merupakan satu kesatuan yang tidak dapat dipisahkan dari rancangan penambangan secara keseluruhan. b. Curah hujan Curah hujan adalah jumlah air hujan yang jatuh pada satuan luas, dinyatakan dalam millimeter. Derajat curah hujan merupakan banyaknya curah hujan persatuan waktu tertentu dan disebut sebagai intensitas hujan (Budiarto, 1997 :19-20). Intensitas hujan adalah banyaknya curah hujan per satuan waktu tertentu dan dinyatakan dengan satuan mm/jam. intensitas hujan dapat dihitung dengan rumus Mononobe, yaitu : R I 24 t (1) Dimana : R 24 t I = Curah hujan maksimum harian (mm/hari) = Lamanya hujan (jam) = Intensitas hujan (mm/jam) c. Aliran Air Permukaan (Air Limpasan) Air limpasan permukaan adalah air hujan yang mengalir di atas permukaan tanah. Air limpasan ini secara garis besar dipengaruhi oleh elemen-elemen meteorologi yang diwakili oleh curah hujan dan elemen-elemen daerah pengaliran yang menyatakan sifat-sifat fisik dari daerah pengaliran (Budiarto, 1997 : 81). Debit aliran Air Limpasan maksimum dianalisis berdasarkan metode Rasional: Q = 0,278 x C x A x I...(2) Dimana : Q = Debit air limpasan maksimum (m 3 /detik) C = Koefisien limpasan I = Intensitas curah hujan (mm/jam) A = Luas daerah tangkapan hujan (km 2 ) d. Debit Pompa Debit pemompaan adalah volumen air yang dipindahkan oleh pompa persatuan waktu. Rangkaian pompa biasanya dipasang seri atau paralel,

4 Tabel 1. Koefisien Limpasan Kemiringan Riswan dan Aditya, D., Kebutuhan Pompa pada Sistem Penyaliran..69 Kondisi Daerah Pengaliran Koef. Limpasan Sawah, Rawa 0,2 < 3 % Hutan, Perkebunan 0,3 Perumahan dengan kebun 0,4 Hutan, Perkebunan 0,4 Perumahan 0,5 3 % - 15 % Tumbuhan yang jarang 0,6 Daerah penimbunan, tanpa tumbuhan 0,7 Hutan 0,6 Perumahan, Kebun 0,7 > 15 % Tumbuhan yang jarang 0,8 Daerah Tambang, tanpa tumbuhan 0,9 Sumber : Suwandhi, 2004 : 10. dan atau gabungan seri-paralel, tergantung debit dan daya dorong pompa. Untuk memperkirakan debit pemompaan dihitung dengan Metode Discharge. Sumber : Cassidy, 1973 : 176. Gambar 1. Pengukuran Debit Pompa dengan Metode Discharge Dengan Metode Discharge, debit aktual pompa dapat dihitung: Keterangan : Q = X 1,28 D 2... (3) Q = Debit pompa (gpm) X = Jarak horisontal (inch) D = Diameter dalam pipa (inch) e. Sumuran (Sump) Sumuran berfungsi sebagai tempat akumulasi air sebelum dipompa keluar tambang. Dalam pelaksanaan kegiatan penambangan biasanya dibuat sumuran sementara yang disesuaikan dengan keadaan kemajuan medan kerja (front) penambangan. Jumlah air yang masuk ke dalam sumuran merupakan jumlah air limpasan permukaan dan air rembesan serta airtanah, sedangkan jumlah air yang keluar dapat dianggap sebagai yang berhasil dipompa, karena penguapan dianggap tidak terlalu berarti. 3. Material Balance (water balance) Terdapat dua tipe kondisi proses water balance yaitu transient (perubahan nilai karena waktu) dan Steady State (tidak terjadi perubahan nilai karena waktu, rate akumulasi = 0), yang dinyatakan dengan persamaan berikut (Chen, 2007):

5 70 Jurnal Fisika FLUX, Vol. 9, No. 1, Pebruari 2012 (66 75) total volume total volume yang total volume yang akumulasi dalam masuk dalamsistem keluar dalamsistem sistemdari t ke t dari t ke t dari t ke t (4) Q in Q out Q ac Sum p Gambar 2. Konsep Material Balance Atau dalam bentuk persamaan: Q ac = Q in - Q out. (5) Dimana : Q in = debit masuk sump (m 3 /dtk) Q out = debit yang keluar sump atau debit pemompaan (m 3 /dtk) Qac = debit akumulasi di sump (m 3 /dtk) Penelitian ini bertujuan untuk menganalis kebutuhan jumlah pompa pada sistem tambang terbuka dengan persamaan keseimbangan massa berdasarkan debit air masuk ke front penambangan, kapasitas sump dan debit pemompaan. METODE PENELITIAN Penelitian dilakukan dengan metode survei di front penambangan yaitu dengan melakukan pengamatan dan perhitungan kapasitas sump, debit pemompaan serta debit limpasan aliran permukaan (debit airtanah, resapan dan penguapan diabaiakan karena nilainya kecil). Setelah didapatkan data pengamatan dan hasil perhitungan akan dilakukan analisis penentuan sistem pemompaan dan kebutuhan jumlah pompa yang digunakan untuk mengatasi genangan air atau banjir yang sering terjadi pada front penambangan. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada pengamatan sistem penyaliran Pit South (Selatan) dilakukan peninjauan yaitu memperhatikan kondisi daerah penambangan, luas daerah tangkapan hujan (Luas Catchment Area), intensitas curah hujan, koefisien

6 Riswan dan Aditya, D., Kebutuhan Pompa pada Sistem Penyaliran..71 limpasan, dan debit limpasan, kapasitas sump serta debit pemompaan. Kondisi Daerah Penambangan Saat ini Dari hasil pengamatan yang dilakukan, air limpasan permukaan pada Pit South nantinya akan mengarah pada daerah lebih rendah yaitu Sump South elevasi +17,30 mdpal dan selanjutnya dipompa ke elevasi +42 mdpal menuju settling pond. adalah m 3 /detik (1, m 3 /jam), berdasarkan data curah hujan bahwa durasi hujan maksimum jam/hari dan 26 hari/bulan, diperoleh debit air limpasan maksimum (Q in ) adalah 762, m 3 /bln. Kapasitas Sump South Volume sump di daerah pengamatan adalah 133, m 3 dengan asumsi tidak ada lumpur. Luas Catchment Area Luas catchment Area (daerah tangkapan hujan) berdasarkan peta topografi dan software Minescape adalah seluas 42,33 Ha atau 0,4233 Km 2 Intensitas Curah Hujan Curah hujan prakiraan maksimum 87,369 mm dengan durasi hujan maksimum adalah 16,4 jam, sehingga didapat intensitas hujan berdasarkan rumus Mononobe sebesar 4,69 mm/jam Debit Limpasan Debit air limpasan ditentukan dari Luas daerah tangkapan hujan (A) adalah m 2 atau Km 2 dan nilai koefisien limpasan (C) pada daerah tambang adalah 0.9 dengan intensitas (I) adalah 4.69 mm/jam dengan metode Rasional diperoleh debit air limpasan Sistem Pemompaan Sistem pemompaan yang digunakan adalah sistem pemompaan tunggal (satu pompa) dengan diameter dalam pipa out pompa (D) 6 inch digunakan untuk memompa air dari sump menuju settling pond, dengan metode discharge diperoleh jarak horizontal (X) 27.7 inch, sehingga diperoleh debit aktual pompa (Q out ) sebesar 1, gpm ( liter/menit) atau m 3 /jam dengan waktu pemompaan 20 jam/hari dan 30 hari perbulan sehingga debit pemompaan 173, m 3 /bulan. Analisis Kebutuhan Jumlah Pompa Jumlah kebutuhan pompa dapat ditentukan dari debit limpasan (Qin), debit pemompaan (Qout) dan akumulasi (Qac) serta kemampuan

7 72 Jurnal Fisika FLUX, Vol. 9, No. 1, Pebruari 2012 (66 75) sump menampung debit akumulasi air yang masuk kedalam sump, sehingga jumlah pompa maksimum yang dibutuhkan dapat ditentukan Gambar 3. Gambar 3. Hubungan antara Jumlah pompa dengan debit akumulasi Dari Gambar 3 Hubungan antara Jumlah pompa dengan debit akumulasi, maka persamaan water balance dapat ditulis sebagai berikut: Q ac = Q in (Q out x n)... (6) Dimana : Q in = debit masuk sump (m 3 /dtk) Q out = debit yang keluar sump atau debit pemompaan (m 3 /dtk) Q ac = debit akumulasi di sump (m 3 /dtk) n = jumlah rangkaian out pompa (unit) Pada persamaan (6) tersebut debit akumulasi pada sump atau Qac = 0, maka jumlah kebutuhan rangkaian unit dapat ditulis dengan persamaan: n Q Q in..(7) out Tetapi jika pada persamaan (6) tersebut total debit akumulasi pada sump (Qac) pada waktu tertentu atau waktu ketahanan sump menampung debit akumulasi (t), diasumsikan sama dengan volume sump/kapasitas sump (q) yang dapat ditulis kedalam bentuk persamaan berdasarkan Gambar 2. Qac x t =q.(8) Sehingga persamaan (6) dapat ditulis kedalam bentuk maka q Q in ( Q out x n ) t

8 Riswan dan Aditya, D., Kebutuhan Pompa pada Sistem Penyaliran..73 q Q t n Q out in..(9) Berdasarkan persamaan (9) dan Gambar 3, jumlah pompa maksimum yang dibutuhkan adalah 4 unit pompa (parallel) dengan debit air yang terakumulasi adalah 69, m3/bln dengan ketahanan sump 57.6 hari, jika menggunakan 5 unit pompa (parallel) tidak ada debit yang terakumulasi (-104, m3/bln) tidak dapat direkomendasikan karena sump tidak harus dikeringkan setiap hari, sedangkan menggunakan 1, 2 atau 3 unit pompa juga tidak dapat direkomendasikan karena ketahanan sump dibawah 26 hari, sedangkan hari hujan perbulan 26 hari/bln. jika hal tersebut terjadi, maka ada 10 hari/bulan debit yang terakumulasi tidak tertampung oleh sump. Tabel 2. Debit akumulasi (Q ac ) berdasarkan Q in dan Q out serta Jumlah unit Pompa Debil Limpasan (Qin) m 3 /bln Jumlah Pompa (unit) Debit Pemompaan (Qout) m 3 /bln Debit akumulasi (Qac) m 3 /bln Kemampuan Sump (hari) 762, , , , , , , , , , , , , , , , , ~ KESIMPULAN Analisis kebutuhan unit rangkaian pompa berdasarkan persamaan water balance, debit air limpasan maksimum (Q in ) adalah 762, m 3 /bln dan debit pemompaan 173, m 3 /bulan, sehingga jumlah pompa maksimum yang dibutuhkan dibutuhkan adalah 4 unit pompa (parallel) dengan debit air yang terakumulasi adalah 69, m 3 /bln, dengan ketahanan sump 57.6 hari, jika menggunakan 1, 2 atau 3 unit pompa juga tidak dapat direkomendasikan karena ketahanan sump dibawah 26 hari, sedangkan hari hujan perbulan maksimamum 26 hari/bln. jika hal tersebut terjadi, maka ada waktu 10 hari/bulan debit yang terakumulasi tidak tertampung oleh sump.

9 74 Jurnal Fisika FLUX, Vol. 9, No. 1, Pebruari 2012 (66 75) DAFTAR PUSTAKA Budiarto, 1997, Sistem Penirisan Tambang, Jurusan Teknik Pertambangan, Fakultas Teknologi Mineral, Universitas Pembangunan Nasional Veteran, Yogyakarta, Hal ,24, Cassidy, S., 1973, Elements of Practical Coal Mining, Society of Mining Enggineers, New York, p Chen, Z., 2007, Reservoir Simulation: Mathematical Techniques in Oil Recovery,. Society For Industrial And Applied Mathematics, Philadelphia. Nurhakim, 2005, Draft Bahan Kuliah Tambang Terbuka, Program Studi Teknilk Pertambangan FT UNLAM, Banjarbaru, Hal. 53,55,56. Suwandhi, A., 2004, Perencanaan Sistem Penyaliran Tambang, Diklat Perencanaan Tambang Terbuka, Unisba, Juli, Hal 9,10.

10 Riswan dan Aditya, D., Kebutuhan Pompa pada Sistem Penyaliran..75 LAMPIRAN Catchment area Pada Pit South