RINGKASAN EKSEKUTIF KAJIAN GEOTEKNIK UNTUK TAMBANG BATUBARA BAWAH TANAH DI KABUPATEN TAPIN, KALIMANTAN SELATAN Oleh : Ir. Endri O Erlangga M.Sc Ir. Masri Rifin Ir. Ahmad Syofyan Wiroto W Prihono, ST Gunawan ST Riyanto AA. Isharyanto Nani Murdani BADAN LITBANG ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL PUSLITBANG TEKNOLOGI MINERAL DAN BATUBARA (PUSLITBANG tekmira) 2010 1
1. LATAR BELAKANG Penambangan batubara sistem tambang terbuka yang telah dan banyak dilaksanakan di Kabupaten Tapin, terutama di Desa Pualam Sari, Sarang Burung dan sekitarnya, Kecamatan Binuang, Kabupaten Tapin, Propinsi Kalimantan Selatan diperkirakan akan segera berakhir akibat dari nilai nisbah pengupasan/stripping ratio (waste-coal ratio) sudah terlalu tinggi (SR 1 : 12). Oleh karena itu, untuk melanjutkan pengembangan dan perencanaan penambangan batubara dengan metoda tambang bawah tanah di daerah ini perlu dilakukan pengkajian. Untuk mengetahui, apakah metoda penambangan batubara bawah tanah ini dapat dilanjutkan, maka Tim Kajian Geoteknik Tambang Batubara Bawah Tanah di Daerah Kabupaten Tapin, Provinsi Kalimantan Selatan, Pusat Litbang Teknologi Mineral (tekmira) melakukan kajian geoteknik tambang batubara bawah tanah Kabupaten Tapin, Provinsi Kalimantan Selatan. 2. TUJUAN Tujuan kajian adalah untuk mendapatkan data-data teknis geoteknik penambangan batubara tambang bawah tanah ini, yaitu : a) Melakukan kajian teknis terhadap kondisi geologi dan potensi cadangan batubara secara ekonomis di daerah bekas tambang terbuka di daerah bukaan tambang (pit) Sarang Burung, Desa Pualam Sari, Kecamatan Binuang, Kabupaten Tapin, Kalimantan Selatan; b) Melakukan kajian teknis aspek geoteknik dan hidrologi-geohidrologi untuk mendukung rencana penambangan batubara bawah tanah tersebut; c) Merekomendasikan desain penambangan metoda tambang bawah tanah dengan sistem Longwall atau Semi Longwall. 3. METODOLOGI Metodologi kajian geoteknik penambangan batubara tambang bawah tanah yang dilakukan adalah sebagai berikut (lihat Gambar) : 3.1. Persiapan Persipan sebelum melakukan kegiatan lapangan, meliputi studi lliteratur dari data dan informasi serta laporan yang pernah dilakukan sebelumnya untuk bahan kajian dan analisis (peta geologi eksplorasi, peta situasi, penampang geologi, data core logs, dan kajian air tanah serta data curah hujan). 2
Studi Literatur Laporan-Laporan Geologi Tambang, Bor Eksplorasi dan Hidrologi dan Hidrogeologi Pemercontoan Geoteknik Sumberdaya Batubara Kualitas Batubara Karakteristik Massa Batuan Getaran Peledakan/ Gempa ` `` Pemodelan Geologi Analisa Rancangan Lubang Bukaan dan Pemodelan Stabil? SF > 1.2 Ya Tidak Saran/Rekomendasi Desain STOP GAMBAR. METODOLOGIPENGKAJIANGEOTEKNIKTAMBANGBAWAH TANAH 3.2. Kegiatan Lapangan Melakukan kajian geoteknik pada area rencana penambangan dengan metoda tambang batubara bawah tanah, yaitu di bukaan tambang (pit) Sarang Burung untuk mengetahui kondisi geoteknik bawah permukaan dengan pemercontoan batuan (rock sampling) pada hasil pemboran eksplorasi batubara, yaitu 20 meter di atas lapisan (seam) batubara C dan 10 meter di bawah lapisan (seam) batubara C untuk mengetahui sifatsifat geomekanika batuan (sifat fisik dan sifat mekanik batuan) dan struktur diskontinuitas masa batuan, kondisi tegangan (stress) yang bekerja pada dan di sekitar bukaan tambang; Kajian hidrologi dan hidrogeologi untuk mengetahui air permukaan, air bawah tanah, lapisan pembawa air (akuifer). 3.3. ANALISIS DAN PENGOLAHAN DATA 3
3.3.1. Data Geoteknik dan Data Hasil Pengujian Laboratorium Geomekanika - Penyajian data sifat-sifat geomekanika batuan (lihat Tabel); - Klasifikasi masa batuan (sistem RMR dan SMR); - Karakteristik masa batuan dengan software Rocklab 1.0 dan/atau hasil dari klasifikasi masa batuan; - Interpretasi hasil kajian geoteknik, kajian hidrogeologi dan hidrogeologi; 3.3.2. Penyusunan Laporan TABEL. HASIL PENGUJIAN GEOMEKANIKA SARANG BURUNG No. Lb Bor Litologi 1. DSB-01 2. DSB- 02A 3. DSB-03 S Kedalaman (m) 111 113 113 120 123 129 129 127 126 126 126 126 128 129 134 152 155 155 159 160 267 269 273 274 274 279 281 282 283 289 Bobot Isi Jenuh ( sat) gr/cm 2 Uji Kuat Tekan Uji Triaxial Uji Kuat Geser Langsung c MPa E (Mpa Cp Mpa Φp ( 0 ) Cr (Mpa) Φr ( 0 ) 2,3821 7,823 156,7 0,395 1,557 39.207 0,209 11.73 2,3550 9,136 71,46 0,385 0,885 26.541 0,116 23.74 2,0440 20,25 311,0 0,380 1,615 44.798 0.022 24.74 4. DSB-04 5. DSB-05 309 310 310 313 313 318 133 134 137 147 149 158 161 162 2,4880 21,26 117,58 0,435 2,1655 48.280 0.178 23.38 2,4130 8,298 78,050 0,320 1,7086 43.977 0.013 15.22 Keterangan : c : Kohesi Φ : Sudut Geser Dalam SS : Batupasir( Stone) c : Kuat Tekan E : Modulus Young;s ST : Batulanau ( Stone) : Nisbah (Ratio) Poisson s sat : Berat Jenis Kondisi Jenuh Cp : Kohesi Peak Cres : Kohesi Residual MS : Batulumpur (Mud Stone) 4
4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Kajian Geoteknik Hasil kajian geoteknik diperoleh dari pengujian sifat fisik (bobot isi jenuh/ sat dan bobot isi alami/ nat) dan pengujian sifat mekanik berupa pengujian kuat geser langsung, pengujian triaxial, dan pengujian kuat tekan (nilai kohesi/c dan sudut geser dalam/φ, kuat tekan/ c, modulus Young s/e, Poisson s ratio/ ) akan dapat menentukan dimensi pilar (kekuatan pilar), jenis penyanggaan dan metoda penambangan (sistem Longwall atau Semi Longwall Mining). Selanjutnya, hasil kajian ini dipergunakan sebagai parameter masukan (input) dalam rancangan (desain) tambang. Untuk sistem penyanggaan diperlukan data, yaitu klasifikasi masa batuan Bieniawski, Rock Mass Rating (RMR), korelasikan dengan tabel sistem penyanggaan berdasarkan RMR, sehingga diperoleh nilai RMR (poor rock atau hard rock) yang dijadikan acuan untuk menentukan metoda penambangan bawah tanah, jenis material untuk membantu penyangga utama (pilar) dan kondisi masa batuan untuk atap (roof), alas/lantai (floor) dan batubara. Selanjutnya dapat diketahui panjang lebar lubang bukaan (span) dan waktu stabil tanpa penyangga (stand-up time)-nya (lihat Gambar). GAMBAR.GRAFIK PENENTUAN WAKTU STABIL TANPA PENYANGGA 5
Hasil kajian geoteknik ini diperoleh : Kelas masa batuan atap (roof), yaitu betulempung dan lantai/alas (floor), yaitu batulempung berkarbon adalah kelas IV atau masa batuan lemah (poor rock); Penyangga pada atap (roof), apabila lebar lubang bukaan (span) = 1,50 meter, stand-up time = 50 jam dan untuk lebar lubang bukaan (span) = 6,50 meter, maka stand-up time = 5 jam. Sedangkan pada lantai/alas (floor), ujung bawah (shoe) penyangga diberi kayu dan baja tahan karat (stainless steel). Stan-up time akan dikontrol oleh span tersebut. 4.2. Kajian Pilar Penentuan dimensi (kekuatan) dan faktor keamanan (FK) pilar digunakan parameterparameter sebagai berikut : a. Hasil pengujian geoteknik; b. Perhitungan dimensi pilar digunakan nilai terkecil antara nilai rata-rata dan medianya dari nilai kuat tekan ( c), Modulus Young s (E), Poisson s Ratio ( ), kohesi (c) dan sudut geser dalam (Φ). Sedangkan nilai bobot isi jenuh ( sat) diambil nilai rata-ratanya; c. Untuk kondisi tertentu (hanya terdapat satu perconto/sample atau tidak ada perconto/sample sama sekali), maka nilai-nilai sifat batuan didekati dengan pendekatan tertentu. Pendekatan-pendekatan yang dilakukan adalah dengan berat jenis material yang disangga adalah dengan menggunakan berat jenis rata-rata lapisan tanah penutup (overburden); d. Variasi kedalaman yang dipakai; e. Kuat tekan batubara pada laboratorium dan kuat tekan batubara in-situ; f. Berat jenis matrial tanah penutup (overburden); g. Poisson s ratio overburden; h. Lebar dan tinggi lubang bukaan; i. Panjang dan lebar panel; j. Ketebalan rata-rata lapisan batubara. 4..3. Penyanggaan Penentuan penyangga berdasarkan nilai klasifikasi masa batuan (RMR) dari masa batuan, dimana jenis penyangga yang diperlukan ada 2 (dua) macam, yaitu sistem penyanggaan untuk panel berupa besi baja berbentuk tapal kuda (mudah dipasang, dilepas dengan cepat) dan 6
sistem penyanggaan untuk slope dan roadway adalah cable bolt dan pada daerah runtuhan serta pada dinding ditambahkan wire mesh dan shortcrete. 4..4. Jenis Penambangan Penentuan jenis penambangan didasarkan kepada nilai klasifikasi masa batuan (RMR), yaitu penambangan dengan sistem mekanis penuh (fully mechanized), dimana pembongkaran (loosening/breaking) batubara dilakukan pada panel secara terus menerus (kontinyu) dengan peralatan sepenuhnya mekanis, yaitu road header. Produksinya dilakukan dengan menggunakan mesin drum shearer untuk membongkar batubara didukung powered roof support (PRS) dibelakangnya untuk menyediakan penyanggaan sementara. Drum shearer dan powered roof support (PRS) akan bergerak maju seiring pergerakan penggalian batubara. Juga berdasarkan luas area dan dip lapisan batubara, dimana daerahnya cukup luas dan kemiringan tidak curam. Proses penambangannya pada panel yang telah dipersiapkan, kemudian setelah batubara diambil, maka daerah yang berada dibelakangnya akan ditinggalkan dan dibiarkan runtuh. Penambangan dimulai dengan cara membuat jalan masuk ke dalam lubang ke arah panel batubara yang akan ditambang, lalu buat Main Gate (jalan yang digunakan untuk pengangkutan batubara yang telah dibongkar) dan Tail Gate (merupakan jalan yang berfungsi untuk layanan (service) pada penel penambangan dan transportai alat., lalu lakukan penambangan pada panel tersebut. Pembuatan panel ini didasarkan pada letak batubara, dimana pada daerah tersebut mempunyai ketebalan yang relatf besar. Arah penambangannya bisa dilakukan secara maju (advanced) atau mundur (retreat) dari jalan utama. Penambangan batubara pada daerah kajian direkomendasikandengan metoda fully mechanized retreat Longwall system. 4.2. Kajian Hidrologi dan Geohidrologi Satuan litologi terdiri dari batulempung dan batulanau dengan sisipan batupasir, dimana batupasir cukup tebal dengan porositas cukup baik, berukuran sedang cukup tebal dan merupakan akuifer dan lapisan pasir dengan sisipan lempung atau lanau, dan batubara. Batulempung relatif tebal dan permeabel, menyebabkan air mengalir di atas atau di bawah lapisan tersebut. Hasil perhitungan setiap komponen necara air sebagai berikut : a. Intensitas curah hujan dalam selang waktu 1 hari adalah 13,90 mm; b. Air Limpasan (Surface Runoff), dengan angka koefisien air limpasan (C) = 56% dari curah hujan = 1.924 mm; c. Peresapan (Infiltrasi) adalah 1,60 mm/hari. 7
Jumlah (debit) air tanah yang masuk tergantung pada : Luas daerah tangkapan air (catchment area); Peresapan air (infiltrasi) = 1,60 mm/hari = 0,0016 m/hari Volume air yang meresap ke dalam tanah = 0,0016 m/hari x 6.325.632 m 2 = 10.121 m 3 /hari = 421 m 3 /jam. Air resapan akan mengisi akuifer yang ada (batupasir), muncul sebagai mata air dan sebagaian masuk ke dalam lubang bukaan tambang. Jumlah debit air tanah maksimal yang masuk ke dalam tambang adalah 35 liter/detik atau 126 m 3 /jam. Untuk mencegah agar air limpasan tidak masuk ke tambang, maka haruslah dibuat saluran di sekitar wilayah penambangan, sehingga dapat mencegah/mengurangi air limpasan yang akan masuk ke dalam lokasi penambangan. Daerah yang akan ditambang berada di bagian Timur dari bekas tambang terbuka yang ada sekarang dengan mulut portal (shaft) berada + 100 m dml. Penambangan akan dilakukan sampai elevasi 160 m di atas permukaan laut (dml) dengan luas area) = 172,6 Ha. Perkiraan air yang masuk pada proses penambangan dalam kondisi normal dari permuka kerja (front) = 5 m 3 /hari dan 97 m 3 /hari. Dari sumuran (shaft) dengan asumsi terjadi penurunan head 1,00 m dan asumsi diameter terowongan 4,00 m = 5 m 3 /hari. Total air masuk ke dalam tambang = 106 m 3 /hari. Total air masuk maksimum ke dalam tambang = 212 m 3 /hari. 4.3 Rancangan (Desain) Penambangan Rancangan (desain) penambangan batubara di daerah ini didasarkan kepada beberapa pertimbangan : Kondisi geologi areal penambangan terutama keberadaan lapisan batubara yang akan ditambang; Kondisi topografi atau morfologi di atas area penambangan; Kondisi permukaan bekas tambang terbuka (open pit mine) pada dan di sekitar rencana mulut tambang; Kondisi geoteknik massa batuan atap (roof) dan batuan alas/lantai (floor); Target (sasaran) produksi yang diinginkan, dan peralatan yang akan digunakan. Karakteristik masa batuan dan keberadaan lapisan batubara yang menjadi pertimbangan dalam mendesain tambang batubara bawah tanah, adalah sebagai berikut : Dasar dinding lereng bekas tambang terbuka dianggap sebagai garis singkapan lapisan batubara terbawah; Lapisan tanah penutup (overburden) di atas batubara yang akan ditambang dianggap tidak terlalu tebal, sehingga daerah kerja diperkirakan dalam lingkungan tegangan 8
(stress) yang tidak terlalu berat.; Kondisi hidrogeologi dianggap cukup sederhana, tidak kompleks sehingga pengendalian air tanah tidak terlalu sulit; Lapisan batubara yang akan ditambang dianggap mempunyai kemiringan relatif seragam menerus sebesar 20 0 ; Pada permukaan di atas rencana penambangan tidak terdapat bangunan yang harus dijaga (diproteksi) karena bekas tambang terbuka, sehingga tidak ada masalah dengan kemungkinan terjadinya penurunan/amblesan permukaan; Gas methan di dalam lapisan batubara diperkirakan mempunyai konsentrasi relatif rendah dan tidak membahayakan. Metoda ini pada pemilihan lokasi penambangannya sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain : Ketebalan batubara harus relatif seragam; Batas minimal ketebalan batubara yang akan ditambang; Luas daerah yang akan ditambang; Pertimbangan geoteknik pada jalan masuk, jalan utama dan panel penambangan; Pertimbangan hidrologi dan hidrogeologi. 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Sumberdaya batubara di seam C = 4.750.000 BCM, nilai kalori rata-rata = 7.209 kcal/kg, kandungan S total rata-rata = 0,85 %, kandungan abu rata-rata = 10,08 % dan kandungan air total rata-rata = 4,64 %; Rekomendasi sistem tambang bawah tanah adalah Longwall atau Semi Longwall Mining, cara retreat, fully mechanized dengan alat road header, pada elevasi 160 m di atas permukaan laut (dml). Batuan atap dan batuan lantai/alas pada umumnya adalah batulempung RMR = 38 dan RMR = 31-33, klasifikasi masa batuan Kelas IV (poor rock mass). Jenis penyangga di bagi menjadi dua bagian, yaitu sistem penyanggaan untuk panel dan sistem penyanggaan untuk slope dan roadway. 9
Debit air tanah maksimum yang masuk ke dalam tambang pada penurunan head 1,00 m dan diameter terowongan 4,0 m = 212 m 3 /jam; Penambangan dimulai dari panel yang paling atas bergerak menuju panel yang lebih bawah sesuai dengan kemiringan batubara. Pada proses penambangan panel, pembokaran batubara dilakukan sejajar dengan jurus (strike) batubara. 5.2. Saran-Saran Untuk mencegah agar air limpasan tidak masuk ke tambang, maka haruslah dibuat saluran di sekitar wilayah penambangan. Dengan upaya tersebut diperkirakan dapat mencegah atau mengurangi air limpasan yang akan masuk ke dalam lokasi penambangan; Perlu dilakukan kajian lanjutan untuk menentukan arah, bentuk dan dimensi lubang bukaan tambang, yang disesuaikan dengan sasaran (target) produksi yang direncanakan. 10