METODE GAS TRACER UNTUK EVALUASI EFISIENSI VENTILASI TAMBANG BAWAH TANAH

METODE GAS PERUNUT UNTUK EVALUASI EFISIENSI VENTILASI TAMBANG BAWAH TANAH A Tracer Gas Method to Evaluate Underground Mine Ventilation Efficiency Arif Widiatmojo1, *, Nuhindro Priagung Widodo2, Kyuro Sasaki3 Renewable Energy Research Center, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, AIST, Japan. 2 Kelompok Keahlian Teknik Pertambangan, Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan, Institut Teknologi Bandung, Bandung 40132. 3 Department of Earth Resources Engineering, Faculty of Engineering, Kyushu University, Japan. 1 Artikelmasuk : 27-12-2020 , Artikel diterima : 2021-04-27 ABSTRAK Kata kunci: Jaringan ventilasi tambang, gas perunut, kebocoran udara, simulasi numerik, difusi turbulensi, peluruhan konsentrasi Keywords: Mine ventilation network, tracer gas, air leakages, numerical simulation, turbulent diffusion, concentration decay Ventilasi tambang bawah tanah mempunyai peran penting untuk memastikan ketersediaan suplai udara segar untuk pekerja tambang, mesin bakar internal, melarutkan gas dan partikulat, maupun menjaga suhu dan kelembapan kelembaban udara. Desain yang tidak benar dapat menyebabkan kebocoran dan resirkulasi udara, menurunkan efisiensi energi dari sistem ventilasi secara total. Di lain hal, difusi turbulensi mengendalikan penyebaran gas dan partikulat. Makalah ini membahas penggunaan gas perunut untuk mengevaluasi efisiensi sistem ventilasi tambang. Dengan mencocokkan hasil pengukuran lapangan dengan simulasi numerik, kuantitas suplai udara yang terbuang disebabkan karena kebocoran dapat dievaluasi. Selain itu, laju pertukaran udara di muka tambang juga di analisa berdasarkan data peluruhan gas. Sebagai hasil analisa, sekitar 53,5% udara bersih terbuang langsung melalui kipas utama. Sedangkan, laju pertukaran udara di salah satu front tambang, adalah sekitar 6,48 kali per jam. ABSTRACT The role of underground mine ventilation is critical to ensure an adequate supply of fresh air for mineworkers and internal combustion engines, to dilute hazardous gasses and particles, and to maintain the appropriate level of temperature and humidity. Improper mine ventilation design leads to leakages or recirculation of airflow, lowering the energy efficiency required for the total ventilation system. On the other hand, turbulent diffusion controls the spreading of gas and other particles. This paper discusses the application of tracer gas measurement to evaluate the efficiency of a mine ventilation system. The history matching of numerical simulation with the field measurement result is employed to evaluate the air leakages. Besides, the air exchange rate in a development heading was also evaluated based on the tracer gas concentration decay. The result indicates 53,5% of the fresh air supply was inefficiently wasted through direct leakages to the main fan. On the other hand, the air exchange rate from a development front was evaluated as 6,48h-1. *Penulis Koresponden: Doi : https://doi.org/10.36986/impj.v3i1.28 1 Indonesian Mining Professionals Journal Volume 3, Nomor 1, April 2021 : 1 - 8 PENDAHULUAN METODE Ventilasi tambang mempunyai peranan vital dalam porsesproses penambangan. Secara umum, ventilasi tambang bawah tanah mempunyai tiga peran utama, yaitu sebagai kontrol kuantitas, kontrol kualitas dan kontrol iklim. Dalam aplikasinya, pasokan udara ke dalam tambang harus mencukupi kebutuhan pekerja tambang, pembakaran mesin, mampu melarutkan dan membuang gas-gas berbahaya maupun partikulat lainnya, serta mengatur temperatur dan kelembapan kelembaban. Nilai minimum parameter-parameter tersebut diatur dalam regulasi pada masing-masing negara. Untuk mengalirkan udara di dalam tambang, diperlukan main fan (kipas utama) yang dipasang di mulut tambang untuk menciptakan perbedaan tekanan dengan udara luar, sehingga aliran udara dapat terjadi. Dalam hal ini, terowongan tambang yang saling terhubung sedemikian rupa menciptakan resistance (tahanan). Proses penambangan yang dinamis ataupun perencanaan sistem ventilasi yang kurang tepat dapat menyebabkan kebocoran udara. Hal ini disebabkan karena udara selalu mencari jalur melalui terowongan dengan tahanan terkecil. Sering kali jalur ini tidak efektif karena tidak melewati area-area dimana pasokan udara lebih dibutuhkan untuk operasional tambang. Dari penelitian sebelumnya, diperkirakan kebutuhan energi untuk ventilasi tambang mencapai 50% dari total konsumsi dan sekitar 20-40% dari total biaya energi untuk penambangan (Demirel, 2018). Metode pengukuran gas tracer (perunut) dapat diterapkan untuk mengetahui adanya kebocoran udara. Pada umumnya hasil pengukuran gas perunut berupa kurva distribusi konsentrasi terhadap waktu. Selain untuk mengetahui kebocoran udara, hasil pengukuran perunut gas juga mempunyai informasi tentang difusi turbulensi yang dialami selama perjalanan. Nilai difusi turbulensi ini, menurut beberapa penelitian sebelumnya merupakan fungsi dari beberapa parameter seperti bilangan Reynolds, diameter terowongan, dan persentase rongga pada dinding terowongan (Arpa, Widiatmojo, Widodo, & Sasaki, 2008; Widiatmojo et al., 2015; Widiatmojo, Sasaki, Widodo, & Sugai, 2013; Widiatmojo, Sasaki, Widodo, Sugai, et al., 2013; Widodo, Sasaki, & Gautama, 2008). Makalah ini mendiskusikan hasil pengukuran gas perunut yang dilakukan di tambang emas bawah tanah Cibaliung, PT. Cibaliung Sumberdaya. Melalui hasil pengukuran gas perunut, analisa dilakukan terhadap jalur kebocoran udara dan laju pertukaran udara di salah satu development heading. Konsep pengukuran gas perunut Dilihat dari tujuannya, pengukuran gas perunut, dapat dibagi menjadi tiga, yaitu dilution (dilusi), decay (peluruhan) dan recirculation (resirkulasi). Pengukuran gas perunut untuk dilusi dilakukan dengan melepaskan gas tertentu pada suatu posisi tertentu di hulu dan mengukur perubahan konsentrasi di suatu posisi tertentu di hilir menggunakan sensor atau monitor gas. Untuk mengetahui resirkulasi pada suatu posisi, pelepasan dan pengukuran konsentrasi dilakukan pada titik yang sama. Sedangkan peluruhan, dapat digunakan untuk mengetahui laju pergantian udara pada ruangan tertutup, sebagai contoh, development heading. Makalah ini akan memfokuskan pembahasan pada dilusi gas dan peluruhan. Pada dasarnya, semua gas yang bersifat inert, tidak beracun dan tidak terdapat dalam konsentrasi tinggi secara natural, bisa dipakai sebagai gas perunut Salah satu gas yang umum dipakai adalah SF6 (Sulfur hexafluoride). Gas ini mempunyai massa jenis 6,12 gram/Liter atau 5 kali lebih berat dari udara pada tekanan udara 1 atmosfir. Pelepasan gas dapat dilakukan dengan dua metode utama, yaitu pelepasan instan atau sesaat dan pelepasan kontinu. Pelepasan instan dilakukan dengan melepaskan sejumlah gas perunut dengan berat dan volume yang diketahui, secara sesaat. Gambar 1 menunjukkan persiapan dan pelaksanaan pengukuran gas perunut, dimulai dengan pengisian gas ke dalam balon, pengukuran dimensi dan berat balon yang telah terisi gas, pelepasan gas (...truncated)