Sumber : Hartman, Mine Ventilation and Air Conditioning. Hal 203

Gambar 23. Psycometer

2) Kelembaban Relatif (Ø)

Kelembaban relatif merupakan perbandingan antara tekanan uap dari udara pada suatu keadaan tidak jenuh dengan tekanan uap udara pada keadaan jenuh, pada keadaan temperatur yang sama. Kelembaban relatif dapat dihitung dengan menggunakan pendekatan rumus :

Keterangan:

Ø = Rh = kelembaban relatif (%)

Ps = harga tekanan uap jenuh pada td (in.Hg)

Ps’ = harga tekanan uap jenuh pada tw (in.Hg)

Pb = tekanan barameter (in.Hg)

Pv = tekanan uap jenuh (in.Hg)

T = temperatur (°F)

W = specific humidity (lb/lb.da)

V = specific volume

w = densitas udara (lb/ft³)

Dalam perhitungan densitas udara dapat dilakukan dengan menggunakan pendekatan rumus:

W = specific humidity (lb/lb.da)

V = specific volume ( /lb)

w = densitas udara (lb/

Batas kelembaban relatif yang diperkenankan untuk tambang bawah tanah adalah tidak lebih dari 85% dan nilai dapat ditentukan secara grafis dengan menggunakan grafik temperatur efektif (lampiran 8).

4. Pengendalian Kuantitas Udara Tambang

Kuantitas udara adalah jumlah udara yang masuk ke dalam tambang dengan luas dan kecepatan tertentu yang diukur setiap satuan waktu. Pengendalian kuantitas udara tambang merupakan pengaturan terhadap jumlah alirannya agar cukup untuk pernafasan dan mengurangi konsentrasi gas serta debu yang terbawa dalam udara, termasuk di dalamnya adalah pengaturan arah aliran udara agar memenuhi ketentuan-ketentuan kecepatan. Kuantitas udara yang diukur adalah kuantitas udara tambang bawah tanah, dimana udara yang masuk adalah udara bertekanan, dengan dioperasikannya mesin angin hembus maupun hisap, yang mempunyai arah aliran dan kecepatan. Dengan demikian kuantitas udara ini dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

Keterangan :

Q = kuantitas aliran udara (m³/detik)

v = kecepatan aliran udara (m/detik)

A = luas penampang jalan udara (m²)

Q = V X A

a. Pengukuran Kecepatan Aliran UdaraDalam pengukuran kecepatan aliran udara tambang digunakan anemometer.

Anemometer dibedakan menjadi tiga macam yaitu Anemometer Low Speed (0,1 – 5 m/dtk). Anemometer Medium Speed (5 – 14,4m/dtk) dan Anemometer High Speed (14,5 – 34 m/dtk).

Sumber : Hartman, Mine Ventilation and Air Conditioning, p.203

Gambar 24. Anemometer

Cara pengukuran kecepatan aliran udara tambang dapat dilakukan dengan 3 cara, yaitu:

1. Fixed Point Traversing in a circular opening

Metode ini digunakan untuk penampang lingkaran, metode ini dilakukan di tengah (pusat) jalan udara. Angka yang terbaca dikalikan dengan suatu konstanta untuk memberikan kecepatan aliran rata-rata, nilai konstanta tersebut adalah 0,8.

2. Fixed Point Traversing in a rectangular airwayMetode ini digunakan untuk penampang persegi empat, dalam metoda ini luas penampang dibagi menjadi beberapa daerah yang sama, metode ini cocok untuk lubang bukaan yang besar dan bentuknya teratur. Pengukuran dilakukan pada masing-masing daerah yang telah ditentukan dan hasil pengukuran dirata-ratakan.

3. Continuous TraversingMetode ini merupakan metode yang paling sering dilakukan untuk mengukur kecepatan aliran udara. Traversing dilakukan dengan cara memindahkan atau menggeser anemometer pada kecepatan konstan 0,2 – 0,3 m/dtk, dengan posisi anemometer selalu tegak lurus sumbu aliran udara, pengukuran dilakukan secara konsisten pada arah horisontal atau vertikal dari atas atau dari bawah pada ujung yang satu ke ujung yang lain pada penampang lubang bukaan dengan jalur yang teratur sehingga seluruh penampang lubang bukaan terukur.

Gambar 25. Metode Pengukuran Udara Tambang

b. Pengukuran Luas Penampang Jalur UdaraSelain mengukur kecepatan udara untuk menentukan kuantitas aliran udara dilakukan

pengukuran terhadap luas penampang jalur udara pada setiap titik pengukuran menggunakan meteran. Pengukuran luas penampang jalur udara ini meliputi pengukuran terhadap luas lubang bukaan, luas parit dan luas pipa.

5. Sistem Ventilasi Tambang

Sistem ventilasi tambang bawah tanah dapat dibedakan ke dalam dua macam sistem yaitu sestem ventilasi alami (natural ventilation sistem) dan sistem ventilasi mekanis (mechanical ventilation system).

a. Sistem Ventilasi Alami (Natural Ventilation System)

Ventilasi alami adalah suatu sistem ventilasi yang mengalirkan udara ke dalam tambang dengan memanfaatkan keadaan dan tenaga alam. Mengalirnya udara disebabkan karena adanya perbedaan tekanan antara jalan udara masuk dengan jalan udara keluar. Perbedaan ini harus cukup besar agar dapat mengatasi adanya gesekan belokan dan perubahan penampang pada aliran udara di dalam tambang. Ventilasi alami sangat tergantung dari perbedaan ketinggian bukaan serta perbedaan temperatur di dalam dan di luar tambang. Makin besar perbedaan tersebut maka tekanan ventilasi alam akan semakin besar pula (Balai Diklat TBT, 2006). Arah aliran udara di dalam tambang ventilasi alami dapat dilihat pada gambar 26 di bawah ini.

Apabila temperatur udara di dalam tambang lebih tinggi dari temperatur udara di luar tambang (misalnya pada malam hari atau pada saat musim hujan) maka tekanan udara di dalam tambang akan lebih besar dari tekanan udara di luar tambang sehingga udara akan mengalir dari titik

ke titik . Bila temperatur udara di dalam tambang lebih rendah dari temperatur udara di luar

tambang (pada siang hari atau pada musim panas), maka tekan udara di dalam tambang akan lebih

kecil daripada tekanan udara di luar tambang sehingga udara akan mengalir dari titik ke titik .

Gambar 26. Aliran Udara Pada Sistem Peranginan Alami

b. Sistem Ventilasi Mekanis (Mechanical Ventilation System)

Ventilasi mekanis adalah suatu sistem ventilasi yang mengalirkan udara ke dalam tambang dengan menggunakan mesin angin sebagai alat untuk memberikan perbedaan tekanan. Sistem ventilasi ini dibedakan menjadi dua sistem (Balai Diklat TBT, 2006) yaitu:

1) Sistem Hisap (Exhaust System)

Pada sistem ini mesing angin induk diletakkan pada jalan udara keluar. Dengan adanya isapan mesin angin ini, maka tekanan udara di dalam tambang akan mengecil dan udara dari luar tambang yang bertekanan besar akan masuk ke dalam tambang. Setelah melalui tempat kerja maka udara akan menjadi kotor dan dihisap oleh mesing angin untuk dialirkan keluar tambang.

Keuntungan sistem ventilasi mekanis sistem hisap adalah:

a) Jalan udara masuk dapat digunakan sebagai jalan angkutan utama.b) Aliran udara lebih mudah dikendalikan untuk menghindari terjadinya swabakar (self combustion)c) Relatif tidak menambah kelembaban udara di dalam tambang.

Kerugian sistem ventilasi mekanis sistem hisap adalah :

1) Kurang efektif jika digunakan untuk mengencerkan atau mendilusikan gas-gas yang ada di dalam tambang.

2) Kurang optimal dalam menurunkan kadar debu dalam tambang

2) Sistem Hembus (Forcing System)Pada sistem ini mesin angin utama diletakkan pada jalan udara masuk. Mesing angin ini akan menekan udara ke dalam tambang, sehingga udara mengalir melalui jalan-jalan udara di dalam tambang.Keuntungan sistem ventilasi mekanis hembus adalah :1) Kecepatan angin yang dihasilkan akan semakin besar sehingga lebih efektif bila digunakan untuk

mengencerkan gas-gas dan menurunkan kadar debu yang ada di dalam tambang.2) Udara yang dihembuskan adalah udara bersih sehingga dapat menurunkan temperatur.

Kerugian dari ventilasi mekanis sistem hembus adalah :1) Udara dari permukaan kerja yang mengandung gas dan debu akan mengenai operator dan mesin

pada arah balik dan menyebar didalam lubang.2) Kelembaban udara di dalam tambang relatif meningkat.3) Aliran udara akan lebih sulit dikendalikan, sehingga dapat menyebabkan swabakar (self

combustion)

c. Sistem Ventilasi Bantu (Auxiliary Ventilation)Sistem ventiasi bantu sangat diperlukan pada tempat-tempat yang tidak terjangkau oleh

ventilasi induk. Ventilasi bantu ini biasanya diperlukan pada pekerjaan persiapan atau pembuatan lubang maju. Adapun tujuan dari sistem ventilasi bantu adalah :1) Mengalirkan udara ke lubang-lubang buntu baik pada pekerjaan persiapan maupun

penambangan.2) Mengencerkan gas-gas dan menurunkan kadar debu tambang pada tempat-tempat kerja sampai

di bawah nilai ambang batas yang diizinkan.

Sistem ventilasi bantu ini dapat dibedakan menjadi (NCB, 1978)a) Sistem Hembus Sederhana (Simple Forcing System)

Pada sistem ini udara bersih dihembuskan ke permukaan kerja melalui pipa dengan kecepatan tertentu dan udara kotor dari permukaan kerja akan mengalir melalui lubang persiapan tersebut (gambar 27). Sistem ventilasi ini biasanya digunakan pada permbuatan lubang secara manual dengan pemboran dan peledakan. Keuntungan dari sistem hembus sederhana ini adalah efektif untuk mengencerkan gas-gas dan debu tambang. Sedangkan kerugian dari sistem ini adalah udara kotor yang mengandung debu dan gas tambang dari dari permukaan kerja akan berbalik arah mengenai para pekerja dan menyebar di dalam lubang.

Gambar 27. Sistem Hembus Sederhana (Simple Forcing System)

b) Sistem Hisap Sederhana (Simple Exhaust System)

Pada sistem ini udara kotor pada permukaan kerja akan dihisap oleh pipa angin sehingga udara bersih akan mengalir melalui lubang persiapan ke permukaan kerja (gambar 28). Sistem peranginan ini biasanya digunakan untuk pembuatan lubang persiapan secara mekanis, dimana kadar debu lebih dominan dari kadar gas tambang. Keuntungan dari sistem hisap sederhana ini adalah efektif untuk menghindari terjadinya penyebaran debu di Permuka kerja dan dapat mengarahkan debu tambang tersebut. Sedangkan kerugiannya adalah kurang efektif dalam mengencerkan gas-gas tambang dan membersihkan asap pada pembuatan lubang persiapan.

Sumber : Felipe Calizaya, Mine Ventilation and Enviromental Enginering, Hal 33

Gambar 28. Sistem Hisap Sederhana (Simple Exhaust System)

c) Sistem Kombinasi Hembus dan Hisap (Overlap System)Pada sistem ini udara bersih dihembuskan kepermuka kerja dan udara kotor yang berasal

dari kegiatan dipermuka kerja dihisap oleh mesing angin bantu yang dilengkapi dust colector. Sistem kombinasi ini dibedakan menjadi dua :1)) Forcing With Exhaust Overlap System

Sistem peranginan ini digunakan pada pembuatan lubang bukaan secara mekanis dimana kadar gas-gas tambang lebih dominan dari kadar debu tambang pada permuka kerja (gambar 29).

Gambar 29. Forcing With Exhaust Overlap System

2)) Exhaust With Forcing Overlap SystemSistem peranginan ini digunakan pada pembuatan lubang bukan secara mekanis dimana

kadar debu tambang lebih dominan dari kadar gas-gas tambang pada permuka kerja (gambar 30).

Gambar 30. Exhaust With Forcing Overlap System

Jenis pipa udara yang digunakan antara lain :a) Unsupported flexible duct (flat play), jenis ini mempunyai tahanan (resistance), dan

kebocoran (leakage) yang kecil, fleksibel tetapi tidak dapat digunakan untuk pipa isap karena pipa mudah menciut (gambar 31).

b) “Semi rigid fabric duct” (flexaduct), jenis ini mempunyai tahanan dan kebocoran yang besar, fleksibel, mudah dalam penyambungan dan dapat digunakan untuk pipa isap (exhaust) (gambar 32).

c) “Steel duct”,jenis ini mempunyai tahanan dan kebocoran yang kecil, tidak fleksibel dan sulit dalam penyambungan dan pengangkutannya, dapat digunakan untuk pipa isap maupun hembus

Gambar 31. Pipa Unsupported flexible duct (flat play)

Gambar 32. Pipa Wire Flexibel (Flexaduct)

C. METODOLOGI PEMECAHAN MASALAH

Sistem ventilasi sebagai salah satu kegiatan penambangan, dilakukan agar selalu tersedianya aliran udara segar ke dalam tambang, supaya keperluan untuk pernafasan para pekerja terpenuhi, juga bagi segala proses yang terjadi di dalam tambang yang memerlukan oksigen dalam proses pengerjaannya. Disamping itu juga untuk melarutkan dan membawa keluar tambang segala

pengotor dari gas-gas yang ada di dalam tambang, menyingkirkan debu, mengatur panas, dan kelembaban udara sehingga kegiatan penambangan menjadi lancar, keadaan kandungan gas dalam udara tambang memenuhi syarat bagi pernafasan, kandungan debu yang ada berada dalam ambang batas yang diperbolehkan, yang akhirnya menciptakan suasana dan lingkungan kerja yang nyaman.

Pada ambang bawah tanah Sigalut pada saat ini, sistem ventilasi yang digunakan adalah sistem hembus (forcing) dengan mengoperasikan dua buah mesin angin forcing dengan daya masing-masing 50 HP (373 KW) yang disusun secara seri dan diletakkan dekat lubang masuk slope I, untuk jaringan pemipaannya dipakai pipa jenis FlatLay dan Wire flexibel. Sedangkan pekerjaan penambangan dititikberatkan pada development menuju panel IA SG. Dalam rangka memenuhi kebutuhan udara segar ketika penerobosan jalur menuju panel dilaksanakan dan memenuhi kebutuhan angin ketika penambangan telah dilaksanakan , maka disusunlah suatu rancangan ventilasi.

Dari kasus diatas, maka diperlukan suatu metodologi pemecahan agar penyelesaian masalah menjadi terarah, juga untuk mempermudah penganalisan. Faktor-faktor yang diperhitungkan antara lain:

1. Analisis Perencanaan Ventilasi

a. Rancangan sistem ventilasi

b. Tahap rancangan ventilasi

c. Rancangan ventilasi pada saat penambangan panel IA SG

2. Perhitungan dan Penentuan Kuantitas Udara Dipermuka Kerja

a. Perhitungan kuantitas udara pada terowongan dan pipa udara

Langkah-langkah yang dilakukan dalam perhitungan kuantitas udara masuk ini antara lain:

1. Pengukuran kecepan aliran udara

Dalam pengukuran kecepatan aliran udara di lubang pipa angin digunakan Anemometer high speed, sedangkan pengukuran kecepatan aliran udara di terowongan digunakan Anemometer low speed.

Untuk mengukur kecepatan aliran udara dalam terowongan, digunakan metode continuous traversing. Metode ini merupakan metode yang paling umum digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara. Teknik pelaksanaan traversing ini adalah sebagai berikut:

a. Sambungkan anemometer dengan tongkat, kemudian pegang tongkat pada ujung nya dan arahkan anemometer tegak lurus aliran udara (menghadap aliran udara)

b. Stopwatch harus mulai menghitung waktu bersamaan dengan saat awal jarum anemometer bergerak dari angka nol.

c. Gerakan anemometer dengan kecepatan konstan 0,2 – 0,3 m/dtk yang dimulai dari sisi lubang dan diakhiri pada sisi yang lainnya dengan gerakan bergelombang naik turun dari dasar lubang hingga atap lubang dari arah sisi satu ke sisi lainnya.

d. Setelah mencapai titik akhir pengukuran, secara bersamaan stopwatch dan anemometer dimatikan

e. Kecepatan aliran udara dapat dihitung dengan membagi hasil pembacaan dari anemometer (m) dengan waktu yang diperlukan selama satu kali traversing

f. Lakukan traversing minimal 10 kali.

Sedangkan untuk pengukuran kecepatan aliran udara di pipa angin dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut:

a) Anemometer high speed diletakkan pada ujung pipa angin

b) Perhatikan angka kecepatan aliran udara sampai konstan, kemudian tekan tombol stop, pengukuran dilakukan beberapa kali agar diperboleh kecepatan rata-rata.

2. Pengukuran Luas Jalur Udara

Yaitu dengan mengukur tinggi serta lebar terowongan. Juga mengukur luas penghalang yang ada seperti belt conveyor dan pipa udara. Didalam lubang bukaan, besarnlya luas penampang tergantung kepada bentuk penampang jalur udara tersebut. Dalam hal ini jenis penyangganya adalah Arches dengan bentuk penampang seperti yang terlihat pada gambar 32.

Sedangkan untuk pipa udara, luas penampang nya dapat dihitung dengan rumus berikut,

Dimana, d adalah diameter penampang pipa udara (m)

Dengan demikian luas penampang total dapat diperoleh dengan mengurangi hasil perhitungan luas penampang dengan rumus di atas dengan luas penampang penghalang.

3. Perhitungan kuantitas udara

Selanjutnya, perhitungan kuantitas udara pada terowongan dan pipa didapatkan dari perkalian antara kecepatan aliran udara tambang dengan luas penampang jalan udara. Persamaan besarnya kuantitas udara tambang dalam adalah (Hartman H.L., 1982):

Dimana :

Q = Kuantitas udara tambang (m³/dtk)

V = Kecepatan aliran udara tambang (m/dtk)

A = Luas penampang jalan udara tambang (m²)

b. Perhitungan kuantitas udara dipermuka kerja

1) Berdasarkan kebutuhan udara minimal pernafasan para pekerja di permuka kerja.

Yaitu dengan mengalikan jumlah manshift di masing-masing permuka kerja dan kuantitas kebutuhan minimum udara yang dibutuhkan (0,01 m³/dtk/orang)

Q = orang/gilir x m³/dtk/orang

Q = m³/dtk/gilir

2) Berdasarkan kebutuhan udara minimum untuk mengencerkan gas.

Adapun langkah-langkah yang dilakukan dalam perhitungan ini adalah:

a) Dengan mengetahui produksi bergilir, yaitu dengan mengalikan luas penampang jalur udara dengan kemajuan rata-rata penggalian pergilir dan berat jenis batubara, dengan persamaan seperti di bawah ini:

P = m³ x m/giliran x ton/m³

P = ton/giliran

b) Emisi gas methan

Dengan mengalirkan produksi penggalian pergilir dengan emisi gas methan yang diasumsikan yaitu 0,025 m³/ton batubara

Qg = ton/gilir x m³/ton x 1/waktu efektif jam kerja pergilir

Q = V X A

Qg = m³/detk

Maka kuantitas udara untuk mendilusi gas methan diperoleh denan perhitungan seperti persamaan di bawah ini:

Dimana:

= kuantitas udara yang dibutuhkan (m³/dtk)

= kuantitas emisi methan yang diperkirakan (m³/dtk)

MAC = Maximum Allowable Concentration (batas maksimum kandungan gas methan di udara 1%)

= kandungan gas pada intake air (%)

3) Berdasarkan kecepatan aliran udara minimum untuk mengontrol kualitas udara tambang .

Yaitu dengan mengalikan kecepatan aliran udara minimum di permuka kerja (0,3 m/dtk) dengan dimensi lubang yang akan ditembus oleh RH S220 M (5m x 3,5m) dan Dosco 3 (4,5m x 3,5m)

Q = (m x m) x m/dtk

Q = m³/dtk

4) Berdasarkan kecepatan udara minimum untuk mengontrol temperatur efektif kelembaban relatif.

Dengan mengalikan dimensi lubang dan kecepatan udara minimum untuk mengendalikan temperatur efektif dan kelembaban relatif sebesar 0,5 m/dtk.

Q = m² x m/dtk

Q = m³/dtk

Untuk mencukupi kebutuhan udara minimum dipermuka kerja, maka diambil harga Q terbesar.

SAFETY FACTOR

Kemudian diasumsikan adanya penambahan kuantitas udara sebagai faktor keselamatan (Safety factor). Yaitu karena adanya kebutuhan udara dari faktor perembesan gas, debu tambang, pendinginan mesin-mesin yang ada dan kebutuhan lainnya seperti tambahan atau masuknya orang-orang yang tidak secara rutin,

sehingga untuk memperkirakan kebutuhan minimum diberikan faktor keselamatan (Safety Factor) sebesar 1,5

c. Perhitungan Kemampuan Mesin Angin Bantu Dipermuka Kerja

Kebutuhan udara pada permuka kerja di tambang bawah tanah diperlukan untuk mencukupi kebutuhan-kebutuhan seperti perpasan para pekerja, untuk mendilusi gas-gas dan debu-debu yang timbul akibat aktivitas dipermuka kerja. Pada pekerjaan development pembuatan lubang bukaan dibutuhkan udara yang cukup. Kuantitas udara ini berhubungan erat dengan kapasitas mesin angin. Dalam pembuatan lubang bukaan biasanya digunakan mesing angin Forcing 50 HP dan Exhaust 25 HP. Maka perlu dilakukan perhitungan untuk menentukan daya mesin angin yang digunakan untuk mengalirkan sejumlah udara melalui pipa dengan panjang tertentu. Penentuan daya mesin angin ini sangat penting karena jika daya mesing angin yang dipakai terlalui besar maka akan mengakibatkan resirkulasi dipermuka kerja, sebaliknya jika daya yang digunakan terlalu kecil maka kuantitas udara yang disuplay ke permuka kerja tidak mencukupi. Dalam perhitungan ini diasumsikan pipa dalam keadaan baik.

1) Tahanan total di sepanjang pipa

r n = r x L

r n = gaul/ m x m

r n = gaul

2) Kehilangan udara di sepanjang pipa

k n = k x L

k n = m³/dtk/m x m

k n = m³/dtk

3) Dari grafik quantity ratio diperoleh harga Qr

4) Kuantitas udara yang dihisap mesin angin

Q1 = Kuantitas udara minimum dipermuka kerja x quantity ratio

Q1 = Q2 x Qr

Q1 = m³/dtk

5) Kuantitas udara rata-rata yang mengalir pada pipa

6) Tekanan yang diberikan mesin angin

7) Dari kurva karakteristik mesin angin bantu, didapat harga kuantitas udara yang diisipa oleh mesin angin (Q1’)

8) Kuantitas udara yang didistribusikan sesungguhnya oleh mesin angin sampai kepermuka kerja.

Keterangan :

r = Resistance Constant (gaul/m)

k = Leakage Constant (m³/dtk)

L = Panjang Pipa (m)

r n = Tahanan total (gaul)

k n = Kehilangan udara (m³/dtk)

Qr = Quantity Ratio (m³/dtk)

Q1 = Kuantitas Udara Yang Dihisap Mesin Angin (m³/dtk)

Q2 = Kuantitas Minimum Dipermuka Kerja (m³/dtk)

Qm = Kuantitas Udara Rata-rata Yang Mengalir Pada Pipa (m³/dtk)

P1 = Tekanan Yang Diberikan Mesin Angin (Pa)

Q1’ = Kuantitas Yang Dihisap Mesin Angin (m³/dtk)

Q2’ = Kuantitas Yang Didistribusikan Mesin Angin di Permuka Kerja(m³/dtk)